Автоматизация установки приготовления сиропа

1. Исходные данные на проектирование

2. Технологические параметры

3. Обоснование выбора структуры проектируемой системы

3.1 Выбор датчика температуры

3.2 Выбор датчика концентрации

3.3 Выбор расходомера

3.4 Выбор датчика для определения уровня жидкости

3.5 Выбор клапанов

3.6 Выбор насоса

4. Выбор контроллера и модулей ввода/вывода Заключение Список используемой литературы

Современное промышленное производство невозможно без автоматизации.

Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

Введение

автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства. До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался немеханизированным. В настоящее время операции интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.

Автоматическое регулирование технологических процессов на различных предприятиях позволяет получить высокую производительность при наименьших производственных затратах и высоком качестве продуктов. Однако системы автоматического регулирования оказываются не достаточно эффективными, если они спроектированы только на основании общих положений теорем автоматического регулирования. Для наиболее эффективной работы таких систем их необходимо проектировать с учетом особенностей технологических процессов, для которых они предназначены.

Производство сиропа — очень интересный и продолжительный процесс, сопровождающийся выделением сахара из сахаросодержащих культур. Сам по себе сироп является побочным продуктом обработки сахарных культур, из числа которых выделяется патока — концентрированная густая масса с большим содержанием несахаров.

Основные этапы данного производства:

— измельчение сахаросодержащих культур;

— выделение сока прессованием измельченной массы;

— очистка сока, получение сиропа.

Далее, из полученного сиропа, посредством кристаллизации производиться сахар:

— уваривание сока до образования кристаллов сахара;

— для отделения кристаллов сахара из сиропа происходит вращение сиропа в центрифуге;

— очистка сиропа;

— уваривание сиропа до его кристаллизации;

— отделение кристаллов сахара.

1. Назначение и область применения проектируемой системы управления

В кондитерской промышленности применяются два способа непрерывного приготовления сиропов: под избыточным и атмосферным давлением.

Сиропы — промежуточный полуфабрикат при производстве ряда кондитерских изделий, преимущественно сахарных. Основной целью приготовления сиропов является растворение сахара-песка. Приготовление сиропа как полуфабриката можно рассматривать как один из приемов, направленных на видоизменение сахарозы. По структуре сиропы представляют гомогенную дисперсную систему — раствор. Особенностью сиропов как растворов является высокая концентрация сухих веществ, большая доля которых представлена сахарами и, прежде всего, сахарозой. Сироп представляет собой светлую, прозрачную, вяз-кую жидкость. Высокая концентрация сахарозы в сиропах (более 40%, а обычно не ниже 70%) обеспечивает их микробиологическую устойчивость, прежде всего к сбраживанию. Сахароза в сиропах находится только в растворённом состоянии.

В зависимости от режима работы оборудования различают периодический способ, осуществляемый в варочных котлах, диссуторах, и непрерывный — на станции ШСА, в шестисекционном агрегате непрерывного действия.

2. Технологические параметры

3. Обоснование выбора структуры проектируемой системы

Получение сиропов под избыточным давлением. Качество сиропа в значительной степени зависит от температуры и продолжительности нагревания его при изготовлении. При снижении температуры и продолжительности теплового воздействия в процессах растворения сахара и уваривания сиропа до нужной концентрации накапливание продуктов разложения уменьшается. Однако снижение температуры процесса изготовления сиропов неприменимо, с одной стороны, в связи со значительным ростом растворимости Сахаров при увеличении температуры (см. рис.) и, с другой стороны, в связи с тем, что в кондитерской промышленности применяются сиропы только высокой концентрации. Уменьшать же продолжительность нагревания можно путем снижения количества воды, используемой для растворения.

Наиболее рациональным способом приготовления сиропов явля-тся способ, при котором количество воды, взятой для растворения сахара, не превышает количества ее, содержащегося в уже готовом сиропе. В этих условиях процесс приготовления сиропа, который обычно состоит из процессов растворения и уваривания до нужной концентрации, сводится к одному процессу растворения сахарный раствор при приготовлении сахаро-паточных (сахаро-инвертных) сиропов наилучшим является растворение предусмотренного по рецептуре сиропа сахара в патоке или инвертном сиропе. Однако такой процесс в обычных условиях нагревания для применяемых в кондитерском производстве рецептурных соотношений сахара и патоки практически неосуществим.

Трудность заключается в том, что растворимость Сахаров при температурах кипения сиропа при атмосферном давлении ниже той, которая необходима для получения сиропа нужной концентрации. Температура кипения сиропа хотя и повышается с увеличением концентрации его (рис.), однако недостаточна для растворения всего сахара в патоке.

Повышение температуры кипения может быть достигнуто путем увеличения давления. Приготовление сахаро-паточных и сахаро-инвертных сиропов под избыточным давлением осуществляется непрерывно путем прокачивания сахаро-паточной (сахаро-инвертной) смеси через змеевик, обогреваемый паром. При этом избыточное давление создается в результате гидравлического сопротивления змеевика. Полного растворения сахара в патоке осуществить при этом не удается. В рецептурную смесь необходимо добавлять некоторое количество воды. Такая схема осуществлена в универсальном сироповарочном агрегате ШСА-1, разработанном ВНИИ кондитерской промышленности по типу оборудования сиропной станции фабрики им. Бабаева. Процесс приготовления сиропа протекает следующим образом. Сахар, предварительно просеянный и освобожденный от металло-примесей, ленточным питателем подается из бункера в смеситель / туда же подаются предварительно подогретая патока, инвертный сироп и вода, которые дозируются плунжерными насосами 2. В смесителе, который обогревается паром, все компоненты перемешиваются двумя лопастными мешалками 3. Мешалки расположены вдоль оси смесителя и вращаются навстречу друг другу. Полученная кашицеобразная масса стекает в сборник 4. Влажность; этой массы для карамельного сиропа 17−19%, температура 65−70°С.Из сборника масса плунжерным насосом 5 подается в змеевиковую варочную колонку 6. Змеевики обогреваются паром под давлением 450−550 кПа. Для регулирования давления внутри змеевика на выходе из варочной колонки установлена диафрагма 9. В зависимости от величины отверстия в диафрагме избыточное; давление в змеевике может быть изменено в пределах 80−150 кПа.

Температура кипения растворов сахарозы, глюкозы и патоки различной концентрации (при атмосферном давлении): I — глюкоза, 2 — сахароза, 3 — патока. Масса, проходя по змеевику, нагревается до кипения. Температура кипения сиропа зависит от давления. Таким образом, при помощи диафрагмы температура кипения может быть повышена, что используется, например, при изготовлении сиропа из сахара с крупными кристаллами. Нагретый до температуры кипения сироп из змеевика подается в пароотделитель, где из него вентилятором отсасывается вторичный пар. Сироп стекает в сборник 7, где проходит через фильтр 8, и шестеренчатым насосом подается к местам потребления.

3.1 Выбор датчика температуры

Исходные данные: максимальное рабочее значение температуры сиропа t = 30 ⁰С. Среда агрессивная, не разрушающая материал защитной арматуры. Термопреобразователь будет подключаться аналогового входу контроллера Мицубиси.

Описание термоэлектрического преобразователя Назначение: преобразователи термоэлектрические ТХК Метран-202 предназначены для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры.

Преобразователи имеют разборную конструкцию, состоящую из внутреннего чувствительного элемента, изготовленного на базе термопарного кабеля.

Количество чувствительных элементов: 2.

НСХ: L — для ТХК Метран-202.

Класс допуска: 2 по ГОСТ Р 8.585.

Диапазон измеряемых температур:

— 40…600°С — для ТХК Метран 202 01…06,

Рабочии? спаи?: изолированныи?.

Степень защиты корпуса соединительнои? головки от воздеи? ствия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14 254.

Климатическое исполнение: У1.1 по ГОСТ 15 150, но для значении? температуры окружающего воздуха от -45°С до 85 °C; Т3 по ГОСТ 15 150, но для значении? температуры окружающего воздуха от -10°С до 85 °C с относительнои? влажностью до 98% при температуре 35 °C.

Поверка: периодичность поверки — 1 раз в год, методика поверки — в соответствии с ГОСТ 8.338.

Среднии? срок службы: не менее 3-х лет.

Вид исполнения по ремонтопригодности: ремонтируемое изделие.

Среднее время восстановления: 20 мин.

3.2 Выбор датчика концентрации

В качестве датчика для определения концентрации щелочи в моющем растворе, выберем концетратомер АЖК-3120 (кондуктомер) Рисунок 3.2.1 — Концетратомер АЖК-3120

Области применения: пищевая, молочная, пивоваренная промышленность и др.

Таблица 3.2.1 — Общие характеристики концентратомера АЖК-3120

Выходные сигналы с измерительного прибора:

3.3 Выбор расходомера

Исходные данные: заданный расход составляет 6 м³/ч.

В качестве датчика измерения расхода щелочи был взят расходомер переменного перепада давления Метран-350-М.

Данный расходомер обладает следующими граничными значениями измерения объемного расхода:

Q_min = 0.8 м³/ч

Q_max = 49 137 м³/ч Расходомеры на базе усредняющеи? напорнои? трубки Annubar предназначены для измерения расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах технологического и коммерческого учета.

Рисунок 3.3.1 — Расходомер Метран-350-М Основные преимущества:

многопараметрические измерения и вычисление расхода;

установка в трубопровод через одно отверстие;

возможность установки в трубопровод без сброса давления (конструкция Flo-Tap);

минимальная вероятность утечек измеряемои? среды благодаря интегральнои? конструкции;

низкие потери давления по сравнению с большинством других расходомеров;

существенное снижение стоимости монтажа и обслуживания благодаря особенности конструкции Annubar;

легкость взаимодеи? ствия с существующими АСУТП или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникации? HART;

простота перенастрои? ки динамического диапазона;

высокая надежность, отсутствие движущихся частеи?.

Пределы измерении? массового, объемного расходов и объемного расхода, приведенного к стандартным условиям (СУ по ГОСТ 2939–63: Т=30°С, Р=101,325 кПа) представлены в таблице 3.3.1

Таблица 3.3.1 — Пределы измерении?

Время включения Заявленные параметры аналогового и цифрового сигналов обеспечиваются через 2 с после включения питания — для расходомеров на базе датчика 3051C или 3051S и через 7−10 с (для сигнала расхода через 10−14 с) — для расходомеров на базе датчика 3095MV.

Время демпфирования:

Время реакции аналогового выходного сигнала на ступенчатое изменение входного сигнала устанавливается пользователем: от 0 до 60 с (для расходомеров на базе датчика 3051C или 3051S); от 0 до 29 с (для расходомеров на базе датчика 3095MV). Запрограммированное значение демпфирования добавляется к времени отклика модуля сенсора.

Электропитание от внешнего источника постоянного тока для расходомеров на базе датчика 3051C: напряжение питания 10,5…42,4 В без внешнеи? нагрузки (при передаче сигнала по 4−20 мА) или с Rн 250 Ом (при передаче сигнала по HART протоколу).Для расходомеров на базе датчика 3095MV: напряжение питания 11…55 В без внешнеи? нагрузки (при передаче сигнала по 4−20 мА) или с Rн 250 Ом (при передаче сигнала по HART протоколу). Потребляемая мощность не более 1,1 Вт.

3.4 Выбор датчика для определения уровня жидкости

Исходные данные: уровень раствора в сборнике должен поддерживаться на уровне 1 м, соответственно выберем датчик соответствующей конфигурации, способный работать с щелочными растворами и иметь довольно низкую погрешность в пределах 0,1%.

Для определения уровня жидкости в сборнике с щелочью выберем цифровой контролер уровня серии DLC 3010 FIELDVUE

Рисунок 3.4.1 — Цифровой контролер уровня DLC 3010

Цифровой контроллер уровня типа DLC 3010 устанавливается с бескамерными и камерными уровнемерами серии 249 производства компании Fisher.

Рисунок 3.4.2 — Типовая установка уровнемера (слева — камерного, справа — бескамерного) Входной сигнал: уровень, уровень раздела или плотность: вращательное движение вала торсионной трубки пропорционально изменениям уровня, уровня раздела или плотности, которые изменяют плавучесть буйка.

Выходной сигнал:

Аналоговый от 4 до 20 мА постоянного тока (прямое действие — повышение выходного сигнала уровня, уровня раздела или плотности — увеличивает выходной сигнал; или обратное — уменьшает выходной сигнал) Высокое насыщение: 20.5 мА Низкое насыщение: 3.8 мА Высокий уровень сигнала тревоги: 22.5 мА Высокий уровень сигнала тревоги: 3.7 мА В данной конфигурации доступно только одно из вышеперечисленных определений уровня сигнала тревоги. Соответствует условиям NAMUR NE 43, когда выбран высокий уровень сигнала тревоги Цифровой: HART частотная манипуляция на 1200 бод.

Требования к питанию от 12 до 30 В постоянного тока, прибор имеет защиту от обратной полярности. Для связи по протоколу HART 17,75 В.

Эксплуатационные ограничения указаны в таблице 3.4.1

Таблица 3.4.1 — Температура и влажность окружающей среды Таким образом данный прибор соответствует диапазонам температур, используемым для приготовления раствора (поддерживается 40-градусная температура в смесителе).

3.5 Выбор клапанов

Отсечной клапан предназначен для быстрого отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации или по технологическим требованиям. Отсечной клапан Серии VIP типа «открыто-закрыто» имеет запатентованную конструкцию (клапан и пневмопривод объединены в один корпус), малые габариты и вес, широкий спектр конструкций и размеров, малое потребление воздуха, полнопроходное сечение. Существует возможность монтирования в любом пространственном положении.

Отсутствует зависимость от уровня входного и выходного давления.

Возможна модификация с герконовыми датчиками.

3.6 Выбор насоса

Для подачи продукта из сборника 1 в секцию регенерации тепла трехсекционного пластинчатого теплообменника на подогрев. Расход продукта составляет. Продуктом являются различные жидкости, которым необходима пастеризация, например: пиво, молоко и т. д.

Учитывая условия работы был выбран соответствующий насос: Grundfos durietta 0.

Рисунок 8 — Пищевой насос Grundfos durietta 0

Технические данные:

· Расход — до 6 м³/ч

· Рабочее давление — до 8 бар

· Диапазон температур — от 0 ⁰С до 90 ⁰С Область применения:

Гигиеничное исполнение и применяемые материал позволяют использовать duritta 0 пищевой промышлености.

Конструкция Насосы durietta 0 представляют собой одноступенчатые или многоступенчатые консольные центробежные насосы. В вертикальном исполнении насосы оборудованы специальными монтажными опорами с закрепленным всасывающим патрубком.

Насосы совместимы с системами безразборной мойки CIP. Детали насоса, изготовлены из слоистой нержавейющей стали.

4. Выбор контроллера и модулей ввода/вывода

Контроллеры серии Alpha — линейка недорогих компактных программируемых логических контроллеров для малых задач автоматизации.

Среди всего разнообразия продукции контроллер ALPHA — это промежуточное звено между отдельными компонентами и программируемым контроллером. В его компактном корпусе заключены все преимущества программируемого контроллера. ALPHA можно с успехом использовать как альтернативу для реле и контакторов, экономя место и затраты.

Серия ALPHA особенно подходит для применений в машино и аппаратостроении, а также в автоматизации зданий. Важными особенностями ALPHA 2, являются объем программы, составляющий в общей сложности 200 функциональных блоков, большой дисплей, возможность расширения и второй коммуникационный интерфейс. Перечень команд включает в себя функциональные блоки (например, арифметические операции), функции передачи SMS. Это открывает новые возможности, в частности, для прикладных задач с аналоговой обработкой (например, регулирование температуры).

автоматический датчик концентрация клапан Характеристики AL2−14MR-A:

Заключение

В данной курсовой работе была разработана автоматизация установки приготовления сиропа. Данные установки широко применяются в пищевой промышленности.

В результате выполнения были составлены функциональная, структурная и принципиальные схемы установки.

В соответствии с заданными границами измерений величин, были подобраны датчики и исполнительный механизм.

Таким образом из данной курсовой работы были приобретены базовые навыки по автоматизации промышленных процессов и систем.

Список используемой литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование устройств и систем управления и автоматики»

2. Кожевников М. М., Никулин В. И. Технические средства АСУТП для пищевой промышленности: справочное пособие для студентов технологических специальностей пищевой промышленности / Справочное пособие — Могилев: Ризограф УО МГУП, 2008.

3. Юрчук Л. Ю., Жеребко В. А. Функціональні схеми автоматизації. Розробка та оформлення — К.: НТУУ «КПІ», 2011.