Курсовая работа: Модернизация системы автоматического управления ёмкостью для производства кисломолочных напитков

Рисунок 3 - Структурная схема АСУТП

кисломолочный резервуарный машинный

В соответствии с рисунком А.1 выпускной квалификационной работы выполнена модернизированная схема системы управления ёмкость для производства кисломолочных напитков.

Основной задачей на стадии хранения кисломолочных напитков в ёмкости является поддержание оптимальной температуры. Температура в емкости измеряется термопреобразователя сопротивления ТСМ50 и АСУТП (ADAM - 5017 H). Который подключается к регулирующим каналом контроллера ТКМ-51 с выходом на регистрирующее устройство АЦПУ (4-2).

Выходные сигналы посредством нормирующих усилием управляют подачей пара в посредством ЦАП (ADAM-50-24) и регулирующего клапана 3, заполнение и опорожнение емкости контролируется электронным сигнализатором уровня 2-1 и АЦП модуль (ADAM-5017 H). Включенных в электрическую схему световой сигнализации с выходом на пульт ЭВМ и АРМ технолога. Включение двигателя мешалки 3, а также световая сигнализация 5-4 на пультах ЭВМ и АРМ технолога осуществляется посредством контроллера ТКМ-51 (2-2) ЦАР (ADAM 5024). Управление исполнительными механизмами, а также световая сигнализация осуществляется на пультах ЭВМ и АРМ технолога и имеет операторный и автоматический режим.

Модернизированная схема системы управления ёмкость для производства кисломолочных напитков выполнена по ГОСТ21.208?2013, примеры выполнения схем приведены в работах[8] - [9].

3.2 Составление и описание принципиальной схемы

В соответствии с рисунком Б.1 выпускной квалификационной работы представлена принципиальная схема автоматического регулирования и сигнализации уровня в резервуаре.

При подаче напряжения (ключ SA1) на щите управления загорается сигнальная лампа HL1. Для работы системы в автоматическом режиме необходимо установить ключ управления SA2 в положение «A». При опускании уровня в резервуаре до нижнего срабатывает выходное устройство сигнализатора уровня САУ, подающего напряжение питания на обмотку реле К1. Реле срабатывает и одним своим замыкающим контактом включает сигнальную лампу HL2, а другим включает реле К3. Реле К3 срабатывает и самоблокируется через собственный замыкающий контакт К3 и размыкающий контакт реле верхнего уровня К2. Одновременно с этим другим своим замыкающим контактом реле К3 подает питание на электромагнитный вентиль YA. Вентиль открывается, и продукт поступает в резервуар. При превышении значения уровня продукта Lmin (нижний уровень) отключается реле К1 и размыкаются все его замыкающие контакты.

Сигнальная лампа HL2 погаснет. Однако за счет самоблокировки реле К3 будет продолжать оставаться во включенном состоянии и продукт будет продолжать поступать в резервуар. При достижении продуктом верхнего уровня Lmax срабатывает реле верхнего уровня К2, которое своим замыкающим контактом включает сигнальную лампу HL3, а размыкающим контактом разрывает цепь самоблокировки реле К3. Реле К3 отключается, размыкаются его замыкающие контакты и цепь питания электромагнитного вентиля YA. Он закрывается, и подача продукта в резервуар прекращается.

Кнопка SB позволяет осуществить ручное дистанционное управление электромагнитным вентилем YA (ключ управления SA2 находится в положении «Д»).

Электрические принципиальные схемы выполняются по ГОСТ 2.702-2011, примеры выполнения схем приведены в работах [11] - [12].

3.3 Выбор и компоновка щита автоматизации

В соответствии с рисунком В.1 выпускной квалификационной работы будет указана схема компоновки щита управления на первом уровне.

На лицевой панели щита управления я установил вторичный прибор ТРМ1. Для измерения температуры заквашивания, и нормализации прибор для измерения уровня САУ- 6М, а также реле времени.

Под приборами располагается ключ управления, служащий для включения щита, и установки режима управления. Лампочки указывают какой режим включен.

Для управления работой трёхходовым краном на слив и подачу продукта установлен переключатель. Лампочки указывают какая операция выполняется.

Для управления работой исполнительным механизмом, подачей воды в теплообменную рубашку установлена кнопка со встроенным светодиодом.

Для управления работой электродвигателя мешалки и насоса дозатора в операторном режиме установлены кнопки со встроенным светодиодом. Электромагнитный контактор, тепловое реле, понижающий трансформатор устанавливаются во внутрь щита.

Компоновка щита управления выполняется по ОСТ 36.13?90.

4. Параметры надёжности монтаж, наладка и эксплуатация и ремонта КИПиА

4.1 Параметры надёжности КИПиА

Для оценки поведения автоматической системы в эксплуатационных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система может подвергаться воздействию:

- механических нагрузок (вибраций, ударов, постоянного ускорения);

- электрических нагрузок (напряжения, электрического тока, мощности);

- окружающих условий (температура, влажность, давление).

Влияние указанных факторов проявляется в виде отклонений параметров системы от номинальных (расчетных) значений. Эти отклонения могут быть настолько значительными, что система становится непригодной к использованию, так как возникновение больших отклонений параметров от расчетных значений при эксплуатации системы приводит к аварии или к появлению брака в выпускаемой продукции.

Когда система перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, систему считают отказавшей. Следовательно, надежность является одной из характеристик качества системы, поэтому она, как и другие характеристики системы (точность, быстродействие), должна оцениваться количественно на основе анализа технических параметров системы в эксплуатационных условиях.

Так как на отдельные технические параметры системы оказывают влияние различные факторы (схемные, конструктивные, производственные и эксплуатационные) и учесть их аналитически при детерминированном подходе к анализу системы невозможно, то количественная оценка надежности системы возможна только на основе теории вероятностей или ее специальных разделов (теории случайных процессов и математической статистики).

Надежность - свойство системы сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.

Функции системы определяются целевым ее назначением. Автоматизированная система управления - это многофункциональная система. Вследствие воздействия возмущающих воздействий система может находиться в разных состояниях, обеспечивающих выполнение заданных ей функций. Однако, в каждом таком состоянии качество выполнения системой функций не будет одинаковым. Например, чем больше отклонение выходных параметров, характеризующих выполняемую функцию от заданных, тем менее качественно работает система, т.е. система менее эффективна. Под эффективностью системы понимают вероятность выполнения системой заданных функций при определенном значении параметра.

Надежность, в сущности, является характеристикой эффективности системы. Если для оценки качества автоматической системы достаточно характеризовать ее надежностью выполнения системой функций в различных состояниях, то надежность совпадает с эффективностью системы.

Обобщенное количественное значение надежности системы в большинстве случаев трудно непосредственно получить из первичной информации, кроме того, она не позволяет оценить влияние различных этапов разработки и эксплуатации системы, поэтому надежность целесообразно рассматривать по трем главным составляющим, которые являются свойствами системы и могут характеризоваться как качественно, так и количественно:

- безотказность;

- восстанавливаемость (ремонтопригодность);

- готовность.

Если в результате проектирования нерезервированной системы не удается обеспечить требуемую безотказность, можно применять следующие методы повышения надежности системы при эксплуатации:

- обратные связи;

- резервирование.

Применение отрицательных обратных связей позволяет стабилизировать параметры отдельных узлов, блоков и приборов системы, т. е. уменьшать вероятность отказа системы вследствие постепенных отказов. В ряде случаев полезно применять положительные обратные связи.

Повышение надежности изделий и систем может быть достигнуто с помощью резервирования.

Резервирование бывает информационное, временное, функциональное, аппаратурное и структурное. Рассмотрим два последних вида резервирования. Аппаратурное резервирование обеспечивается применением нескольких одинаковых устройств для достижения заданной цели, например, прием и запись уникальной информации одновременно на 2--3 устройства. Структурное (схемное) резервирование состоит в применении специальных схем соединений основного и резервного элементов.

Используют поэлементное резервирование и резервирование всей цепи основных элементов (нагруженный резерв). В полностью резервированной системе отказ одного или нескольких элементов не приводит к отказу всей системы. При постоянном резервировании, которое иногда называют пассивным, резервные устройства постоянно включены в схему, при этом до момента ремонта включенными в схему остаются и отказавшие устройства. Постоянное резервирование отличается простотой схем, возможностью применения к различным конструкциям (системам, приборам, узлам, элементам) и даже к внутриэлементным связям. Наиболее эффективно постоянное резервирование для элементов и внутриэлементных связей.

Параметры надёжности КИПиА определяются по ГОСТ 24.701-86

4.2 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты

Для работы электропривода мешалки подбираем электродвигатель серии АИР160S6

Технические данные рассматриваемого двигателя приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики двигателя серии АИР160S6

Расчет номинального тока электродвигателя делаются по формуле:

(1)

где: Iном - номинальный ток электродвигателя, А

Pном - номинальная мощность электродвигателя, Вт

Uном - номинальное напряжение электродвигателя, В

Cosр - скольжение электродвигателя.

Пусковой ток электродвигателя определим по формуле:

(2)

Выбор контакторов и пускателей осуществляется по наибольшей мощности управляемого электродвигателя переменного тока.

Для управления установкой применён пускатель магнитный серии ПМЕ 1200. Он предназначен для коммутации силовых цепей и оснащён тепловым реле для защиты от перегрузок электродвигателей переменного тока.

Технические характеристики магнитного пускателя ПМЕ-100 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики магнитного пускателя ПМЕ-100

Расчет магнитного пускателя осуществляется по следующим формулам:

Iном.мп ? Iном.дв (3)

где: - номинальный ток магнитного пускателя, А

Iном.дв- номинальный ток электродвигателя, А

Подставив значения, получим 3 ? 1,15, т. е. условие выполняется.

Iпред.мп ?Iпуск.дв (4)

где: I пред.мп - предельный включаемый ток, А

Iпуск.дв- пусковой ток электродвигателя, А

Подставив в данную формулу численные значения получим 45 ? 5,75.

Условие выполняется, то есть выбранный магнитный пускатель ПМЕ-100 удовлетворяет всем нашим требованиям.

Для защиты двигателя от длительных перегрузок (20 - 50 %) применяются тепловые реле, которые включают последовательно в контролируемую цепь. В магнитных пускателях серии ПМЕ-200 применяются реле типа ТРН-10А

Технические характеристики теплового реле ТРН-10А приведены в таблице 3.