Оборудование «Среда-1»

Содержание Введение

1. Входные данные

2. Обоснование и выбор объекта автоматизации

3. Технологическая характеристика объекта автоматизации

4. Разработка функционально-технологической схемы автоматизации

5. Разработка принципиальной электрической схемы

6. Расчет и выбор технических средств автоматизации

7. Разработка нестандартных элементов и технических средств (щитов, пультов, станций управления)

8. Определение основных показателей надежности автоматических систем

9. Расчет экономической эффективности автоматизации объекта

10. Выводы

11. Литература

Введение

Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений .При автоматизации технологических процессов получение, превращение, передача и использование энергии, материалов и информации используется автоматически с помощью специальных технических устройств и систем управления.

Благодаря механизации и автоматизации резко возрастает продуктивность труда. Вопросы комплексной автоматизации имеют большое сельскохозяйственное значение, потому что их внедрение гарантирует экономический эффект.

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации. Проектами наиболее сложных производств, предусматривается комплексная автоматизация ряда технологических процессов. Практически все институты, занимающиеся проектированием, ведут разработки проектов автоматизации, а также занимаются подготовкой высококвалифицированных специалистов в этой области. Широкое внедрения средств автоматизации стало возможным только после осуществления комплексной механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. В сельском хозяйстве развернута большая организационная и научно — исследовательская работа по созданию систем автоматизации, приборов специфического назначения, которые в ближайшие годы дадут колоссальный экономический эффект.

Автоматизация сельскохозяйственного производства повышает надежность и продлевает срок службы оборудования, облегчает и оздоровляет условия труда, повышает безопасность труда и делает его более приспособленным, сокращается использование рабочей силы и экономические затраты, увеличивается количество и качество продукции, уменьшается процесс стирания различии между трудом.

Автоматизация в сельском хозяйстве имеет и свои особенности. Основные технологические процессы производства сельскохозяйственной продукции непрерывно связаны с биологическими процессами. Нарушения биологического режима приводит не только к недовыполнению плана, но и к порче жилых обетов (животных, птицы, растений). Увеличения выхода продукции можно добиться за счет улучшения условий содержания животных и лучшего воздействия на растений.

Основными целями автоматизации технологического процесса являются:

— повышение эффективности производственного процесса.

— повышение безопасности.

— повышение экологичности.

— повышение экономичности.

1. ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ Фруктохранилище с автоматизацией управления микроклимата. Фруктохранилище предназначено для хранения не только фруктов, но и овощей.

Особенности фруктохранилища:

1. Хранения различных видов овощей и фруктов.

2. Автоматизация контроля микроклимата.

3. Продолжительное хранение продукции.

4. Строгий контроль за параметрами воздуха

5. Регулирование параметров микроклимата Таблица 2.1 Технические характеристики фруктохранилища

2. Обоснование и выбор объекта автоматизации Конструкции фруктои овощехранилищ имеют много общего. Автоматизация хранения фруктов вызвана необходимостью охлаждения продукта и точного поддержания температуры и относительной влажности воздуха.

Для фруктохранилищ, имеющие вместимость от 1000 до 3000 т разработан комплект электрооборудования, который обеспечивает автоматическое управление микроклиматом в камерах хранения фруктов, управления работой конденсаторного и испарительных оборудование, защита компрессоров охлаждающих машин и сигнализацию нормальных и аварийных режимов роботы установки

.В хранилище изменяют газовый состав воздуха: кислорода — 2−3%, углекислого газа — 1−5%, азота — 92−97%. В помещениях для хранения фруктов (фруктохранилищах) концентрацию диоксида углерода поддерживают на уровне, существенно более высоком, чем в атмосферном воздухе: 1% и более.

При этом содержание кислорода уменьшается, а азота увеличивается, благодаря чему улучшаются условия хранения фруктов. Содержание СО2 регулируют, пропуская циркуляционный воздух через известковое молоко или сжигая газ при контролируемой подачи воздуха.

Полученная таким образом газовая смесь, обогащенная также и азотом, охлаждается и подается в хранилище. Температура хранения, рекомендуется — менее 5С, но не ниже температуры подмерзания плодов, которая должна поддерживаться с высокой точностью.

Большое значение имеет также контроль влажности газовой смеси, от которой зависит потеря влаги плодами и контроль содержания газа этилена, выделяемого плодами.

Хранение фруктов состоит из четырех фаз:

1. фаза просушки

2. фаза заживления

3. фаза охлаждения

4. фаза хранения

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ автоматизация электрический надежность технологический Установка «Среда-1» предназначена для хранения овощей и фруктов в ней используется только искусственное воздушное охлаждение. Данная установка позволяют сохранить плоды в течение 5−7месяцов.

Оборудование «Среда-1» выполняет контроль, измерения и регулирования температуры в многосекционных хранилищах (до 8 секций). Система обеспечивает управление температурой продукта и воздуха в верхней зоне хранилища, стабилизацию температуры приточного воздуха в пределах ± 20 °C. Контроль температуры осуществляется в 39 точках хранилища.

Установка создаёт не обходимые условия для хранения фруктов например:

1. Хранение яблок, производится при температуре от — 1 °C до +4°С, при влажности воздуха около 95%, что позволяет иметь свежие яблоки даже через полгода. Но для получения желаемого качества яблок через определенный срок, надо также правильно собрать, вовремя отправить на хранение, и соблюдать все технологические тонкости по хранению яблок. И это относится к любым другим фруктам и ягодам.

2. Хранение слив (на срок до месяца) и киви (на срок до 3-х месяцев) происходит при температуре от 0 °C до +1°С и при влажности воздуха 90−95%.

3. Хранение груш и винограда (на срок до 4-х месяцев), абрикосов (до 3-х недель), персиков (до месяца), происходит при температуре от -1°С до 0 °C и при влажности 90−95%.

4. Хранение черешни, на срок до 2-х недель, происходит при температуре от 0 °C до +2°С и при влажности 90−95%.

5. Хранение клубники, на срок до 2-х недель, происходит при температуре 0 °C и при влажности 90−95%.

6. Хранение арбузов (при температуре +10°С) и дынь (при температуре от +3°С до +10°С), на срок до месяца, происходит при влажности 85−90%.

7. Хранение апельсинов, на срок до 4-х месяцев, происходит при температуре от +6°С до +10°С и при влажности воздуха 85−90%.

8. Хранение лимонов, на срок до полугода, происходит при температуре от +12°С до +14°С и при влажности воздуха 85−90%.

9. Хранение мандаринов, на срок до месяца, происходит при температуре от +5°С до +8°С и при влажности воздуха 85−90%.

10. Хранение бананов происходит при влажности воздуха 85−90%: спелые бананы (на срок до недели) при температуре +14°С и зеленые бананы (на срок до 2-х месяцев) при температуре +13°С.

4. Разработка функционально-технологической схемы автоматизации Функционально-технологическая схема (ФТС) автоматизации отображает технические решения автоматизации конкретных технологических процессов. ФТС-это схема технологического процесса, на которой при помощи условных обозначений изображают устройства управления, приборы и средства автоматизации и связи между ними, которые определяют в целом принцип строения системы автоматического контроля и управления объектом.

Оборудование «Среда-1» предназначено для автоматического контроля, измерения и регулирования температуры в многосекционных хранилищах (до 8 секций). Система обеспечивает управление температурой продукта и воздуха в верхней зоне хранилища, стабилизацию температуры приточного воздуха в пределах ± 20 ° С. Контроль температуры осуществляется в 39 точках хранилища.

Датчики температуры продукта установлены на глубине 0,5 … 0,7 м — по одному датчику для двухпозиционного регулятора РМ и для регулятора разности температур РР и по 3 … 4 датчика для контроля температуры продукта с помощью логометра Р.

Датчики температуры верхней зоны СКВ установлены на половине свободной высоты зоны — один датчик для логометра Р, а другой — для двухпозиционного регулятора РВ, управляет включением и выключением рециркуляционно-отопительных агрегатов.

Датчики температуры СКВ установлены в канале подачи воздуха после вентилятора перед распределительными клапанами: один датчик для логометра Р, второй для двухпозиционного регулятора РК (включение — выключение вентилятора), третий для регулятора пропорционального действия РП (положение смесительного клапана).

Датчик внешней температуры ВКН установлен на расстоянии 0,5 м от хранилища и защищен от прямого воздействия солнечных лучей. Оборудование функционирует автоматически по сигналам регуляторов или вручную при помощи магнитных пускателей КМ1 … КМ5.

В многоканальной системе «Среда-1» отклонения температуры от заданной определяется в блоке измерений и задач БВЗ и поочередно поступает на терморегуляторы. Блоки БРД выполняют роль коммутаторов двухпозиционного (ДПР) и пропорционального (ПР) регуляторов температуры.

Электронные реле PE1 и PE 2 превращают аналоговый сигнал в цифровой и передает в блоки электромагнитных реле БР1 и БР2. Сигналы с блоков БР1 и БР2 поступают в соответствующих блоков управления БУ, которые формируют сигналы управления исполнительными механизмами ВМ и обеспечивают поддержание необходимой температуры.

Таким образом, блоки БВЗ, РЭ и БР образуют регуляторы с двухпозиционным и пропорциональными зонами регулирования, а блоки коммутаторов БРД ДПР и БРД ПР — синхронный автоматический переключатель для поочередного опроса датчиков. Ими же осуществляется синхронное поочередное подключение исполнительных механизмов для управления температурой в соответствующих секциях хранилища. Электронный блок БЭ генерирует импульсы, которые переключают коммутаторы БРД с заданной периодичностью.

По сравнению с системой ОРТХ оборудования «Среда-1» имеет более широкие функциональные возможности. Кроме установок активной вентиляции и отопления, система включает в себя холодильные агрегаты, что дает возможность хранить продукцию в течение всего года.

Рисунок. 5.1 Функциональная схема многоуровневой системы управленим микроклимата «Среда-1»

5.Разработка принципиальной электрической схемы Переключателями SA1 и SA3 осуществляется выбор управления: ручной или автоматический. При ручном управлении кнопки SВ1 и SB2 управляют вентиляторами и калориферами двух рециркуляционо отопительных систем, SВ3 и SB4 — подогревателем смесительного клапана, SB5 и SB6 — приточной вентиляцией.

При автоматическом управлении (переключатель SA1 в положении, А) работа схемы зависит от периода хранения. В лечебный период (переключатель SA2 в положении Л) работает вентилятор приточной вентиляции. Периодически (по вставкой программного реле времени) он включается на 30 мин. магнитным пускателем КМ4 .

В период охлаждения (переключатель SA2 в положении О) в действие вводится дифференциальный регулятор РТ1 (типа ПТРД -2), который сравнивает температуру продукции и воздуха. При разнице температуры более 2 — 3 ° С регулятор РТ1 включает промежуточное реле KV2. Своими контактами KV2.1 реле включает регулятор PТ3 (ПТР -2) и с выдержкой времени — регулятор РТ4. В результате пускатель КМ4 включает вентилятор и пропорциональный регулятор РТ5 (ПТРП), который стабилизирует температуру воздуха в системе приточной вентиляции. При отклонении этой температуры от заданной терморегулятор РТ5 включает исполняющий механизм заслонки смесительной клапана.

Заслонка возвращается в такое положение, при котором соотношение рециркуляционного и наружного воздуха обеспечивает нужную температуру. Охлаждение продолжается до тех пор, пока температура продукции не достигнет заданного значения, после чего регулятор РТ3 выключает приточный вентилятор .

Рисунок 5.1 Принципиальная схема автоматического управления микроклиматом «Среда-1»

В период хранения (переключатель SA2 в положении X) вентилятор включается контактами КТ программного реле времени для выравнивания температурных градиентов в массе продукта. При этом через контакты КМ4.3 вводятся в действие реле KV2 и терморегуляторы PТ1 и РТ3. В дальнейшем схема работает, как и в режиме охлаждения.

Если температура в верхней части хранилища (ВК3) становится меньше заданной, что может привести к выпадению конденсата, срабатывает терморегулятор РТ2, который через магнитные пускатели КМ1 и КМ2 включает рециркуляционном — агрегаты. При снижении внешней температуры до 15 ° С включается подогреватель смесительного клапана.

Рисунок 5.2 Принципиальная схема, силовая, системы управлением микроклимата «Среда-1»

6. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

6.1 Выбор автоматических выключателей Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для защиты электрических установок недопустимых перегрузок и токов короткого замыкания, а также для нечастых включений и отключений при нормальных условиях роботы то есть, они заменяют одновременно предохранитель и рубильник. В автоматах функции защитного элемента выполняют расцепители реагирующие на отклонение той или иной величины от своего нормального значения. Расцепители представляют собой электромагнитные и тепловые реле, измерительные органы которых включены в электрическую цепь, а исполнительные воздействуют непосредственно на отключение автомата.

Сила номинального тока расцепителя :

Где: Iн — номинальный ток всей электроустоноки;

Следовательно:

Силу расчётного тока срабатывания автоматического выключателя при пуске двигателя определяем по формуле:

(6.1)

Следовательно:

Исходя из полученных данных автоматический выключатель выбираем по каталогу, а именно ВА51−29−14 такими техническими характеристиками:

6.2 Выбор предохранителей Предохранители предназначены для защиты от токов короткого замыкания и длительных перегрузок. Защитный элемент у предохранителя плавкая вставка, изготовленная из лёгких металлов или их сплавов. Чем больше кратность тока, тем меньше время сгорания вставки. Предохранители нужно выбирать так, чтобы напряжение на которое они рассчитаны Uн, было не меньше напряжения сети Uсн, номинальный ток плавких вставок предохранителей Iвн был не меньше расчётного тока Iвр, номинальный ток предохранителя должен быть не менее номинального тока двигателя, а так же номинальный ток предохранителя должен быть не менее номинального тока нагревательного элемента должно выполняться условие:

Расчётный ток плавких вставок предохранителей определяем по формуле:

где, Iн — номинальный ток двигателя (А);

— пусковой ток двигателя, А;

— коэффициент, который учитывает условия пуска двигателя. При нормальных (лёгких) условиях пуска =2,5.

Следовательно:

Исходя из расчетов выбираем предохранители типа ПРС-6

С такими техническими характеристиками:

А = 6А

В = 380В

= 4А, а так же выбираем предохранитель предохранители типа ПРС-20. С такими техническими характеристиками:

А = 20А

В = 380В

= 16А

6.3 Выбор магнитного пускателя Магнитные пускатели предназначены для переключений нереверсивных и реверсивных трехфазных электродвигателей, их защиты от перегрузки при напряжении до 500 В, и номинальном токе до 150 А.

Электромагнитные пускатели выбирают:

По назначению в зависимости от режима работы и способа пуска двигателя.

По конструктивному исполнению в зависимости от места установки и необходимости в сигнализации.

По номинальному рабочему напряжению.

где, Uн. п — номинальное напряжение пускателя (В);

Uн.с — номинальное напряжение сети (В).

Следовательно:

По величине номинального рабочего тока;

Следовательно: 22 А, По необходимому количеству контактов.

Зная номинальный ток предварительно выбираем магнитный пускатель ПМЛ 2210О2 с такими техническими характеристиками:

7. Разработка нестандартных элементов и технических средств Щиты систем автоматизации предназначены для размещения в них средств контроля и управления технологическими процессами, контрольно-измерительных приборов, аппаратуры управления, защиты, сигнализации и других.

Щиты устанавливаются в производственных или отдельных (щитовых) помещениях.

Основанием для разработки щита управления является полная принципиальная схема управления, контроля и сигнализации, представленная на листе 2 графической части проекта.

Предварительно выписываем размеры аппаратов и их монтажных зон, способ крепления аппаратов на монтажных рейках. Производим компоновку аппаратов, устанавливаемых на задней стенке шкафа управления, на двери с учетом рекомендаций по их размещению. Приборы и аппараты, устанавливаемые внутри шкафа, рекомендуется размещать на следующих расстояниях: от основания шкафа 200 мм (при установке блоков зажимов 250мм); от верхней и боковых стенок 50 мм (при установке блоков зажимов 100мм).

Подвижные токоведущие части аппаратов в отключенном состоянии не должны быть под напряжением. Их следует размещать так, чтобы они под действием силы тяжести не могли самопроизвольно замкнуть свои контакты. Расстояния между оголенными частями различных фаз по воздуху должно быть не менее 20 мм. Аппараты с тепловыми элементами рекомендуется размещать в нижней зоне, на двери рекомендуется устанавливать сигнальные аппараты, командные органы (кнопки управления, тумблеры, переключатели и т. п.).

В качестве пульта управления используем ящик навесной малогабаритный типа ЩОВ-84−409 625×650×125 IP=61

На передней панели щита (двери) в верхней зоне размещаем автоматический выключатель, так же крепятся кнопки, и переключатели.

На задней стенке пульта располагаем магнитные пускатели, предохранители цепи управления, магнитные пускатели, реле времени, промежуточные реле, а так же терморегуляторы.

Производим окончательную компоновку приборов внутри пульта управления. При компоновке аппаратов определяем расстояния между осями приборов. Аппараты располагаем с учетом их монтажных зон и варианта крепления аппаратов на монтажных рейках. Монтажные рейки крепятся на монтажных угольниках.

На двери пульта управления под аппаратами располагаем поясняющие надписи.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Надежность — это свойства установки (схемы) выполнять заданные функции на протяжении времени, обусловленного требованиями эксплуатации. Если на стадии проектирования не учитывать надежность, то в реальных условиях разработанная схема управления может оказаться не работоспособной.

Основное понятие в теории надежности отказэто (полный или частичный) потеря работоспособности, нарушение нормальной работы объекта (схемы), в последствии чего его характеристики не соответствуют требованиям, которые перед ним ставятся.

Безотказность — свойство установки беспрерывно сохранять работоспособность на протяжении определенного промежутка времени.

Долговременность — свойство установки сохранять работоспособность до достижения определенного состояния при существующей системе технического обслуживания.

Неисправность — состояние, при котором установка не отвечает хотя бы одному из требований.

Работоспособность и неработоспособность состояние характеризуется способностью и неспособностью установки выполнять заданные функции с сохранением значений, параметров соответствующих нормативно-технической документации.

Интенсивность отказов представляет собой вероятность отказа машины в единицу времени. Вероятность отказов определяют по статистическим данным (таблица 8.1)

Таблица 8.1 интенсивность отказов элементов системы управления

Наработка на отказ — средняя продолжительность работы между отказами, и определяется по формуле:

;

где:

— сума интенсивности отказов элементов системы управления, Соответственно:

Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникает, и определяется по формуле :

; где: (8.3)

к — поправочный коэффициент учитывающий влияние окружающей среды;

(к-10)

— сума интенсивности отказов элементов системы управления,

— время работы, для которого рассчитывается параметры надежности (

Соответственно: 0,4

9.Расчет экономической эффективности автоматизации объекта В результате технико-экономических, социально — экономических и качественных сравнений автоматизированного и неавтоматизированного производства определяются основные показатели эффективности автоматизации: капитальные затраты, эксплуатационные годовые затраты, рентабельность, срок окупаемости, приведенные затраты и др.

Капитальные затраты — одна из основных исходных величин при расчетах экономической эффективности автоматизации. Эти затраты складываются из стоимости Кса способа автоматики с учетом их доставки, монтажа и наладки; затрат Км на модернизацию действующей техники и технологий, вызванных автоматизацией; стоимости Кс строительство и реконструкций строений в связи с внедрением автоматизации; остаточной стоимости Кост основных средств, которые подлежат ликвидации при внедрении устройств автоматики, за исключением стоимости Кр, полученной от реализации части ликвидированных основных средств, т. е.

8.1

К= Кса+ Км + Кс + Кост — Кр = 1500 + 2200 + 3000 + 1500 — 1000 = 7200

Таблица 9.1

Годовые эксплуатационные затраты производства складываются в основном из амортизационных отчислений Оа, отчислений на поточный ремонт О тр, отчислений Оз на зарплату обслуживающего персонала, стоимости электроэнергии Сэ, и стоимости Ст топливои смазочных материалов, куда относятся и некоторые другие годовые затраты:

З =Оа + О тр + Оз + Сэ + Ст=300 + 1700 + 12 000 + 7500 + 200 = 19 700

Таблица 9.2

Экономия годовых эксплуатационных затрат складываются из годовых затрат при неавтоматизированном способе производства Зн, тоже, при автоматизированном способе производства За, дополнительная прибыль за счет увеличения качества продукции, снижения затрат Пд.

Эг = Зн — За + Пд = 25 000 — 18 700 + 2500 = 8800

Таблица 9.3

При автоматизации сельскохозяйственного производства дополнительная прибыль Пд, неучтенная в ранее приведенных формулах, играет значительную роль.

В ряде случаев, учитывая эту прибыль, можно применять высоконадежные и дорогие автоматические средства, получая при этом значительный экономический эффект.

Срок окупаемости капитальных затрат на автоматизацию при одинаковом годовом объеме производства складывается из капитальные затраты соответственно неавтоматизированного и автоматизированного производства Кн и Ка (Кн Ка) и эксплуатационные годовые затраты соответственно неавтоматизированного и автоматизированного производства Зн и За (Зн За).

Со = = 0.74

Таблица 9.4

Вывод Во время выполнения курсовой работы основной целью было, произвести обоснование и выбор объекта автоматизации, описать технологическую характеристику объекта автоматизации, разработать функционально-технологическую схему, разработать принципиальную электрическую схему, рассчитать и выбрать технические средства автоматизации, разработать нестандартный элемент, определить основные показатели надежности автоматической системы, и произвести расчет экономической эффективности автоматизации объекта.

Следовательно, целесообразно использовать оборудование «Среда-1» так, как данная установка выполняет контроль, измерения и регулирования температуры в многосекционных хранилищах. Система обеспечивает управление температурой продукта и воздуха в верхней зоне хранилища, стабилизацию температуры приточного воздуха в пределах ± 20 ° С, что соответствует условиям, которые необходимы для эффективного хранения фруктов.

Данная курсовая работа проделана для определения основных показателей надежности, разработки нестандартных элементов и технических средств, а также для закрепления знаний, полученных во время изучения специальных предметов и улучшения качества усвоения теоретического материала и его применение в практических расчётах.

Использованная литература

1. Барало О. В., Самойленко П. Г. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления.

2. Бородин И. Ф. Недилько Н. М. Автоматизация технологических процессов. — М., Агропромиздат, 1986.

3. Бородин И. Ф. Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов. — М.: Колос, 2004. — 344 с.

4. Гончар В. Ф., Тищенко Л. П. Электрооборудование и автоматизация с. г. агрегатов и установок. К. Высшая школа. 1989. 343 с.

5. Гончар В. Ф. Электрооборудование и автоматизация с. г. агрегатов и установок. К. Высшая школа. 1985. 208 с.