Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Системы управления технологическими процессами.
Вводная лекция.
Автоматизация производства является одной из основных составляющих ускорения научно-технического прогресса пищевой промышленности. Основой АСУ ТП пищевой технологии теперь являются функциональные возможности микропроцессорных систем управления, при создании которых ведущую роль занимают такие факторы, как использование принципов интеграции, распределенного управления, программных комплексов. При автоматизации производств пищевой промышленности объектом автоматизации является не отдельный технологический процесс или агрегат, а технологический комплекс (ТК) со сложными взаимосвязями между его подсистемами. Современные системы автоматизации пищевой промышленности на базе микропроцессорных средств обладают широкими функциональными возможностями, усовершенствованными техническими характеристиками, которые обеспечивают повышение надежности (живучести) автоматизированных систем управления пищевой промышленности, их быстродействие, оперативность управления, комфортность работы оператора.
Расширение функциональных возможностей современных микропроцессорных систем автоматизации пищевой промышленности связано с появлением значительного количества различных видов (систем) отображения технологической информации; использованием динамических мнемосхем; получением графиков изменения технологических параметров за любой промежуток времени; формированием предыстории развития процесса; архивированием с помощью таблиц, отчетных документов. Все это дает возможность повысить оперативность управления, максимально учитывая состояние производственной ситуации, что обуславливает рост показателей эффективности функционирования ТК. При создании систем автоматизации пищевой промышленности используют многоконтурные системы, в которых реализуются принципы компенсации возмущений, адаптации, совершенные структуры типа каскадных систем, систем автоматизации с дополнительными сигналами, а также других автоматизированных и автоматических систем управления.
1.Задача автоматизации комплекса по хранению и переработке зерна на сегодняшний день является довольно актуальной. Современные средства АСУ ТП зерноперерабатывающих предприятий позволяют значительно снизить потери при хранении и переработке зерна, сэкономить энергоресурсы зерноперерабатывающих предприятий, элеваторов, минимизировать влияние человеческого фактора, рисков возникновения аварийных ситуаций работы автоматизированных технологических комплексов по хранению и переработке зерна. Последние разработки в области АСУ ТП зерноперерабатывающей отрасли позволяют автоматически прогнозировать процесс самосогревания зерна, надежно, качественно в автоматическом режиме управлять потоками влажного и сухого зерна, процессом сушки, также системой формирования технологических маршрутов в пределах зерноперерабатывающего предприятия.
2.Достоинствами автоматизации отрасли производства пиво-безалкогольных напитков является высокий уровень, стабильное качество получаемого продукта. Соответственно, автоматизация особенно востребована теми отраслями, где необходима высокая точность соблюдения технологического регламента. В отрасли пивоварения, а также в винодельческом производстве таким направлением является, например, поддержание температуры брожения. Производство ликероводочных продуктов, благодаря автоматизированным системам, полностью избавляется проблемы стабильного, точного получения водно-спиртовой смеси необходимой крепости (то же самое относится к производству слабоалкогольных напитков, в рецептуру которых входит спирт). Довольно широко автоматизированные системы управления также применяются в технологических процессах дозирования в потоке точно заданного рецептом количества ингредиентов.
3.Внедрение АСУ на предприятиях хлебопекарной промышленности обеспечивает: рост производительности, а также эффективности работы предприятий отрасли хлебопродуктов (современная система автоматизации является решающим фактором высокой производительности работы предприятия);более интенсивное использование оборудования предприятий хлебопекарной промышленности; экономию электроэнергии, топлива основными технологическими линиями производства хлебопродуктов; повышение эффективности использования материальных ресурсов хлеб-заводами; высвобождение, перераспределение функций производственного и административно-управленческого персонала предприятий хлебопекарной промышленности; повышение достоверности информации, а также ее оперативности, что является важным аспектом при принятии обоснованных управленческих решений на предприятиях отрасли хлебопродуктов.
Параметры, характеризующие состояние технологического процесса.
Любой технологический процесс характеризуется целым набором технологических параметров, по которым и можно судить о состоянии технологического процесса.
К таким параметрам относятся: расход, температура, давление, концентрация, вязкость.
Для сбора информации (оценка параметров) предназначены первичные преобразователи - датчики. Датчики преобразуют измеряемый параметр в форму удобную и преобразования на вторичные приборы или преобразователи. Преобразователи и вторичные приборы представляют информацию в форме удобной и понятной для оператора.
Исполнительным устройством (клапаном) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО) объекта.
Определённое количество параметров подлежит регистрации, регулированию, сигнализации, блокировке.
Параметры, подлежащие регистрации.
Регистрации подлежат все параметры, оговорённые в технологическом регламенте для регулирования, сигнализации, блокировки. Кроме этого регистрации подлежат все параметры необходимые для безопасного ведения технологического процесса.
Параметры для регулирования.
Регулированию подлежат наиболее важные параметры, оговоренные в технологическом регламенте, которые необходимо поддерживать на определённом заданном значении.
Параметры, подлежащие блокировке.
Это параметры, которые при превышении определённых значений, могут вызвать предаварийную или аварийную ситуацию, а также создать взрывоопасную или пожароопасную обстановку, грубое нарушение экологической обстановки. Блокировке также подлежат параметры, превышение нормы которых может вызвать выход из строя технологического оборудования.
Параметры для сигнализации.
Это параметры, которые необходимо контролировать и при отклонении их выше или ниже установленной нормы оповещать обслуживающий технологический персонал в виде звукового или светового или же обоих сигналов вместе.
В современном производстве большое значение имеет автоматическая сигнализация, которая является одним из звеньев связывающих диспетчера с производством. В комплекс автоматической сигнализации входят сигнальные лампы, приборы контроля и регистрации параметров. Виды сигнализации.
Автоматическая сигнализация ,по своему назначению, подразделяется на предупредительную, контрольную и аварийную.
Предупредительная сигнализация включается в тех случаях, когда значения контролируемых факторов достигают величины, при которой возникает необходимость вмешательства диспетчера или обслуживающего персонала либо в течении технологического процесса либо во время работы оборудования для обеспечения в дальнейшем нормальной работы участка отделения или всего завода.
Так в условиях хлебозавода предупредительная сигнализация оповещает диспетчера об отклонении температурных режимов в пекарных камерах от заданных значений, об опорожнении емкостей из которых мука поступает на производство и т.д.
Контрольная сигнализация применяется для проверки правильности произведённых операций по управлению поточными линиями и технологическим оборудованием, а также для контроля над состоянием оборудования в процессе работы.
Аварийная сигнализация оповещает диспетчера и обслуживающий персонал о выходе из строя машин и агрегатов или о возможности на том или ином участке аварии, которая может вызвать нарушение технологического процесса.
Аварийная сигнализация осуществляется световым и звуковым сигналами. При этом для звуковой сигнализации используется специальное устройство, например электрическая сирена или гудок, но их сигналы должны отличаться от предупредительного сигнала. К аварийной сигнализации относится зачастую и пожарная сигнализация.
Функции регистрации и регулирования обычно осуществляются локальными системами АСР, основанными на базе пневматической ветви приборов. После появления средств вычислительной техники, основанной на микропроцессорных системах, функцию сбора и обработки информации выполняют модули, входящие в УМК (управляющий микропроцессорный комплекс). УМК представляет собой средний уровень в иерархической структуре АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом).
АСУТП – это организационно-техническая система управления объектом в соответствии с принятым критерием (критериями) управления, в которых сбор и обработка необходимой информации осуществляется с применением средств вычислительной техники. Критерий управления в АСУТП это соотношение, характеризующее степень достижения целей управления (качество функционирования технологического объекта управления в целом).
Критерий обычно является технико-экономическим (себестоимость выходного продукта при заданном качестве), критерий может также быть техническим показателем.
Совокупность управляющих команд, подаваемых системой должна обеспечивать автоматической машине или автоматическому комплексу в автоматическом и наладочном режимах выполнение следующих основных функций : а) управление работой отдельных встроенных агрегатов для обеспечения им заданных перемещений скоростей; б) управление рабочим циклом линий или их участков из жестко сблокированных агрегатов для обеспечения заданной последовательности их работы; в) взаимная блокировка независимо работающих агрегатов для обеспечения заданного характера их действия; г) быстрое обнаружение места и характера возникающих отказов для максимального сокращения длительности их устранения; д) учёт количества выпускаемых деталей; е) сигнализация о ходе процесса обработки и качестве деталей.
Развитие средств автоматики и электроники и прежде всего программного управления позволяет выполнять эти функции на качественно более высоком уровне, а именно – управлять работой агрегатов с оптимизацией режимов их работы, адаптацией и самонастройкой режимов, придавая системам управления только функции исполнения разработанной программы, но в значительной степени и сам процесс программирования.
Элементы автоматизации процессов хлебопекарного производства.
Автоматизация производственных процессов хлебопекарных предприятий наиболее эффективна при выполнении следующих условий:
Основные понятия и определения.
Автоматическое устройство можно рассматривать, как группу взаимно связанных элементов, каждый из которых выполняет определённое преобразование сигналов, несущих информацию для контроля и управления.
В зависимости от выполняемых функций элементы систем автоматики можно разделить на следующие основные группы:
Воспринимающие элементы, или датчики, непосредственно измеряющие контролируемые параметры и преобразующие их значения в сигналы определённого вида, удобные для передачи последующим элементам системы.
Промежуточные элементы, или управляющие, воспринимающие сигналы от датчиков и выполняющие функции усиления, преобразования этих сигналов, распределения их по различным каналам для передачи последующим элементам системы. К промежуточным элементам относятся элементы сравнения, усилители реле, распределители, выпрямители, стабилизаторы и т.д.
Исполнительные элементы, выполняющие различные функции в зависимости от назначения системы автоматики. К исполнительным элементам относятся различные двигатели, измерительные приборы, сигнальные устройства.
Датчики систем автоматики различны по своему назначению и конструкции. В зависимости от ряда признаков датчики делятся на электрические , механические, радиоактивные, акустические, оптические, физико-химические и др.
Электрические датчики нашли наибольшее применение в автоматике благодаря удобству передачи информации с помощью тока и напряжения.
Механические датчики используются в основном как элементы, воспринимающие перемещения, т.к. во многих случаях преобразование контролируемых параметров в перемещения осуществляется сравнительно просто.
Действие оптических датчиков основано на явлении преломления или полного внутреннего отражения потока световых лучей контролируемым объектом.
Автоматическое регулирование – важнейшая составная часть автоматизации технологических процессов. Под ним подразумевают воздействие устройства или комплекса устройств на одну или несколько величин, которые характеризуют данный технологический процесс и называются параметрами процесса, с целью поддержания их на заранее
заданном значении или изменения по определённому закону.
Измерительные приборы.
Измерительным прибором называется устройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицей измерения.
По измеряемой величине измерительные приборы делятся на следующие группы:
а) приборы для измерения температуры;
б) приборы для измерения давления;
в) приборы для измерения количества и расхода;
г) приборы для измерения уровня жидкости и сыпучих материалов;
д) приборы для измерения физико-химических свойств вещества.
По способу отсчёта приборы подразделяются на следующие группы:
По условиям работы измерительные приборы делятся на стационарные и переносные.
Качество измерительного прибора определяется рядом его характеристик, важнейшими из которых являются: точность, чувствительность, постоянство и инерционность.
Точность измерительного прибора определяется степенью приближения показания прибора к действительному значению измеряемой величины. Для каждого прибора устанавливается наибольшее допустимое отклонение его показания от действительного значения измеряемой величины. Это отклонение называется допустимой погрешностью.
Важной характеристикой прибора является инерционность, которая характеризуется временем от момента изменения измеряемой величины до момента, когда это изменение фиксируется указателем прибора.
Постоянство измерительного прибора характеризуется степенью устойчивости его показаний при неизменных внешних условиях.
Порогом чувствительности прибора называется минимальное значение изменение измеряемой величины, вызывающее перемещение указателя.
Автоматизированная система регулирования.
АСР – автоматизированная система регулирования. Задачей АСР является поддержание одного или нескольких параметров объекта на заданном значении или изменение этого значения по заранее известному закону или программе.
В любой АСР присутствуют такие элементы как регулятор и объект.
Действительное значение параметра объекта (на схеме х) через обратную связь подается на элемент сравнения (1), где оно сравнивается с заданным значением этого параметра (Хзд). Элемент сравнения (сумматор), сравнивая значения Х и Хзд выдаёт на выходе сигнал рассогласования (разность).Далее сигнал рассогласования поступает на вход регулятора, где по заданному закону регулирования преобразуется и на выходе регулятора появляется сигнал регулирования или регулирующий импульс (Хр). Регулирующий импульс воздействует на объект, производя регулирование параметра объекта. Основной из причин отклонения регулируемого параметра от заданного значения является внешнее возмущающее воздействие.
Классификация АСР.
Классификация систем по назначению.
АСР классифицируются по назначению:
ОУ – объект управления;
АР – автоматический регулятор;
У – выходная величина;
Уз – задание.
Классификация систем по принципу управления.
По принципу управления системы регулирования делятся на:
У-Уз=∆У; Хр=f(∆У).
Достоинства систем регулирования по отклонению: простая структура, один регулятор, контроль за одной координатой; независимо от вида возмущения управляющее воздействие вносится единственным регулятором, установленным по одному каналу. Расчёту подлежат параметры настройки лишь одного регулятора.
В процессе эксплуатации объекта управления его свойства могут меняться, соответственно изменяются и коэффициенты усиления технологического аппарата ( например ПЕЧЬ). При использовании одного и того же регулятора в работающей печи нужно осуществлять перенастройку регулятора.
3. Комбинированные системы. В таких АСР управляющее воздействие формируется как с учётом отклонений выходной величины от задания, так и с учётом возмущений, причём контур регулирования по возмущению организуется из условия полной или частичной компенсации наиболее сильных (первого и второго) возмущений.
Классификация АСР по энергетическим признакам.
Для питания устройств автоматики используются:
Достоинства электрических систем: возможность передачи сигналов на большие расстояния. Точность. Возможность формирования управляющих воздействий, требующих операций большого объёма вычислений. Возможность длительного хранения информации.
Недостатки электрических систем: Большая стоимость, высокая сложность оборудования, высокие требования квалификации обслуживающего персонала, повышенная пожаро- и -взрывоопасность.
Достоинства пневматических систем: Высокая пожаро- и – взрывобезопасность, относительно низкая стоимость. Простота конструкции и обслуживания, достаточно высокая точность.
Недостатки пневмосистем: большие габариты, небольшое быстродействие, ограниченный радиус действия(150м), сложность при построении больших управляющих систем.
Достоинства гидравлических систем: Высокая скорость передачи сигнала, большие установочные усилия.
Недостатки гидравлических систем: большая стоимость рабочей жидкости, ошибка измерения при небольшой утечке жидкости.
С целью объединения положительных сторон пневматических, электрических и гидравлических систем можно использовать несколько источников энергии в одной системе. Связь электрических, пневматических и гидравлических систем осуществляется при помощи электропневматических, пневмоэлектрических, пневмогидравлических, гидропневматических, электрогидравлических и гидроэлектрических преобразователей.
Классификация АСР по характеру воздействия на исполнительный механизм.
По характеру воздействия на исполнительный механизм различают системы: аналоговые и дискретные.
Аналоговые АСР – это такие АСР в которых по времени непрерывных изменений регулируемой величины, перемещение регулирующего устройства происходит непрерывно во времени.
В системах дискретного действия аналоговым изменениям регулируемой величины соответствуют прерывистые дискретные положения регулирующего устройства. Причём определённым изменениям регулируемой величины соответствуют фиксированные перемещения регулирующего устройства. Чаще всего регулирующее устройство регулятора принимает одно из двух фиксированных положений «открытой» или «закрытое».
Одноконтурные и многоконтурные АСР.
Система, в которой при формировании управляющего воздействия сигнал проходит в одном контуре называется одноконтурной.
Пример одноконтурной системы.
Одноконтурная система проще в расчёте и эксплуатации, но при работе объекта с большими колебаниями нагрузки такие системы не обеспечивают высокого качества регулирования.
Система, в которой при формировании входного воздействия сигнал проходит по нескольким контурам называется многоконтурной.
АР1 – автоматический регулятор, стабилизирующий вспомогательную величину У1 на определённом уровне, которое задаётся регулятором АР2.
FFRC – регулятор соотношения расходов.
В многоконтурных системах выделяются главный и вспомогательный контуры регулятора. Вспомогательные контуры организуются с целью компенсации возмущения или стабилизации вспомогательной регулируемой величины на требуемом уровне.
Современный этап автоматизации технологических процессов характеризуется использованием цифровой управляющей техники: микро-ЭВМ - для управления отдельными участками и агрегатами, в том числе промышленными манипуляторами, мини-ЭВМ - для управления технологическим комплексом. Головные образцы АСУ ТП с использованием цифровой управляющей техники созданы на базовых объектах в производстве сахара-песка, сахара-рафинада, растительного масла, маргарина, спирта и других пищевых продуктов. Целевой комплексной программой работ по автоматизации производства и управления в пищевой промышленности определена необходимость широкого тиражирования АСУ ТП. Выполнение этой программы возможно при переходе от индивидуальной разработки каждой системы к индустриальным методам проектирования на основе унифицированных и типизированных элементов.
Вопросы унификации аппаратурной основы АСУ ТП решаются при проектировании компоновкой вычислительных комплексов из набора агрегатных модулей АСВТ-М и СМЭВМ. С целью снижения затрат на компоновку модулей освоены и выпускаются промышленностью фиксированные наборы агрегатных модулей, объединенные в типовые конструктивы (стойки), а также типовые комплексы. Базовые технологические объекты управления (ТОУ) являются наиболее представительными в своих подотраслях, что дает возможность тиражировать АСУ ТП и использовать их опыт внедрения и эксплуатации на многих предприятиях. Разработка головных АСУ ТП в различных подотраслях пищевой промышленности осуществляется на единых методологических и организационных принципах.
АСУ ТП построены по иерархическому принципу, большинство из них содержит два уровня управления:
1 - местные пункты, в которых сосредоточены локальные системы контроля и управления отдельными участками и отделениями, оборудованные устройствами связи с оперативным персоналом АСУ ТП;
2 - центральный пункт управления, осуществляющий контроль и управление ТОУ в целом.
Централизация контроля и управления обеспечила возможность оперативно влиять на технологический процесс, своевременно предотвращать и ликвидировать аварийные ситуации, уменьшить потери сырья, сократить численность обслуживающего персонала.
В АСУ ТП реализованы следующие функции: контроль технологического процесса и состояния оборудования, дистанционное управление оборудованием и запорно-регулирующей арматурой, программное и логическое управление, автоматическое регулирование параметров (в том числе непосредственно от вычислительной машины), защита и блокировка оборудования и технологического процесса, сигнализация о нарушениях технологических режимов, централизованный сбор технологической и оперативно-производственной информации, автоматический контроль, индикация и регистрация информации в цифровой и аналоговой форме, индикация информации по инициативе оперативного персонала, расчет технико-экономических показателей по отдельным участкам технологического процесса и производству в целом, расчет оптимальных режимов ведения технологических процессов, формирование и выдача советов оперативному персоналу, формирование отчетных документов по участкам и ТОУ в целом ежечасно, ежесуточно, ежедекадно и ежемесячно.
В качестве примера рассмотрим структурную схему функциональных подсистем головного образца АСУ ТП сахарорафинадного производства. Из схемы видны основные особенности данной части АСУ ТП, в том числе:
наличие в системе обратной связи от управляемых и контролируемых технологических процессов к управляющему вычислительному комплексу (УВК), в состав которого входят управляющая ЭВМ, мнемощит, пульт управления, расположенные в вычислительном центре (ВЦ) и центральном диспетчерском пункте (ЦДП) завода;
наличие в системе задач оперативного (в темпе реального времени производства) управления, осуществляемого диспетчером, операторами технологических участков и локальными регуляторами, и перспективного (с учетом использования статистических данных об отклонениях от регламента режимных параметров работы оборудования и экономических показателей производства) управления, осуществляемого главным инженером, главным технологом и главным экономистом завода в порядке устранения «узких мест» производства и повышения его эффективности;
использование модулей ввода и вывода информации управляющей ЭВМ для управления мнемощитом;
передача выработанных УВК регулирующих воздействий непосредственно из ЦДП в виде изменения заданий регуляторам и операторам технологических участков по соответствующим каналам связи;
наличие в составе системы аналоговой, число-импульсной и дискретной информации, поступающей от автоматических датчиков, а также дискретной информации, вводимой из техно-химлаборатории по результатам лабораторных анализов качества сырья, полупродуктов и готовой продукции.
По такому же принципу построены структурные схемы головных образцов АСУ ТП свеклосахарного, маслоэкстракционного, маргаринового, спиртового и других пищевых производств. В ряде случаев, например в АСУ ТП свеклосахарного производства, применяют трехуровневые иерархические структуры, при этом средняя ступень включает системы локальной оптимизации (для диффузии, варки утфелей), реализованные с помощью специально используемых ЭВМ. В создаваемых АСУ ТП все шире используются функции, указанные в укрупненном перечне, приведенном в табл. 19-1. В качестве критерия управления производствами в целом принят обобщенный экономический показатель - прибыль предприятия от реализации товарной продукции. Цель управления- увеличение прибыли - достигается снижением себестоимости продукции, повышением ее качества и ростом производительности предприятия при соблюдении плановых В результате декомпозиции общего критерия управления получают комплекс частных целевых функций управления отдельными технологическими участками.
АСУ ТП пищевых производств представляют собой сложные системы и подразделяются на ряд подсистем. Каждая подсистема осуществляет заданные функции контроля и управления ТОУ и имеет автономное техническое, информационное и математическое обеспечение. Так, например, в состав АСУ ТП
сахарорафинадного производства входят три подсистемы, работающие совместно с ЭВМ: подсистема централизованного контроля основных технологических процессов и состояния оборудования; подсистема оптимального управления режимом работы, определяющим производительность завода; подсистема расчета и печати оперативных технико-экономических показателей (ТЭП).
Подсистема централизованного контроля основных режимных параметров и состояния технологического оборудования предназначена для текущего информирования диспетчера и руководства завода о ходе процессов производства с целью принятия оперативных и перспективных мер при недопустимых нарушениях технологического регламента производства по определяющим режимным параметрам и основным видам оборудования. Она предусматривает решение 5 следующих задач:
1-определение, сигнализация и представление на мнемо-щите ЦДП информации о недопустимых отклонениях от регламента 85 режимных параметров технологических процессов (величина рН, расходов, уровней, температур);
2 - определение и представление на мнемощите сигналов о работе 20 единиц оборудования (вакуум-аппаратов, центрифуг, насосов, транспортеров);
3 - представление на дисплее (станции индикации данных СИД) 12 фрагментов технологической схемы завода с указанием текущих значений основных параметров процессов;
|
Функции |
Объекты |
|
Нижний уровень |
|
|
1. Взаимосвязанное оптимальное регулирование с элементами логики |
Установки с непрерывным технологическим процессом ректификации, дистилляции, экстрагирования, пастеризации, выпаривания и до. |
|
2. Программное логическое управление с элементами стабилизации |
Установки с непрерывно-дискретным технологическим процессом варки, брожения, стерилизации и др. |
|
3. Логическое управление |
Установки и агрегаты транспортировки сыпучих продуктов, штучных изделий |
|
4. Контроль комплексных показателей |
Приемка сырья, лаборатория техно-химконтроля |
|
Верхний уровень |
|
|
1. Анализ производственных ситуаций |
Основной технологический процесс производства |
|
2. Оптимизация процесса в статике |
То же |
|
3. Многокритериальное управление |
» |
4 - определение и печать численных значений и времени отклонения от регламента режимных параметров технологических процессов;
5 - представление на дисплее по вызову диспетчера текущего значения любой величины, входящей в базу данных информационного обеспечения АСУ ТП.
При создании АСУ ТП стадии проектирования и состав проектных материалов определяются нормативными документами, основными из которых являются «Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию и применению автоматизированных систем управления технологическими процессами в отраслях промышленности» (ОРММ-2АСУ ТП) и «Временное положение о порядке создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) в пищевой промышленности», утвержденное Мин-пищепромом СССР в 1979 г.
Разработка проектов оригинальных АСУ ТП осуществляется по стадиям: разработка технического задания (ТЗ), разработка технического проекта (ТП), разработка рабочего проекта (РП).
На стадии разработки технического задания проводится предварительное обследование автоматизируемого технологического процесса, осуществляются предпроектные научно-исследовательские работы, выполняются эскизная разработка АСУ ТП и оформление всех основных документов технического задания на создание АСУ.
На стадии разработки технического проекта предусматривается выполнение следующих укрупненных этапов: системотехнический синтез АСУ ТП; аппаратурно-техни-ческий синтез АСУ ТП; разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта оборудования, не выпускающегося серийно, и заявок на разработку новых средств автоматизации; разработка алгоритмов контроля, управления и функционирования АСУ ТП, информационного обеспечения АСУ ТП; согласование смет, ведомостей и при необходимости патентного формуляра; сравнительный анализ разрабатываемой АСУ ТП и расчет ожидаемой экономической эффективности АСУ ТП по проектным данным; оформление технического проекта.
На стадии разработки рабочего проекта разрабатываются рабочая документация на техническое обеспечение системы; составляются заказные спецификации; разрабатывается рабочая документация на программное и информационное обеспечение АСУ ТП и изготовляются специальные программы на машинных носителях информации, разрабатывается эксплуатационная документация АСУ ТП.
Проектирование повторно реализуемых АСУ ТП выполняется в одну стадию с выпуском техно рабочего проекта (ТРП). При выполнении ТРП разрабатывается комплект документов, подлежащих согласованию и утверждению заказчиком, в которых содержатся основные технические решения по АСУ ТП, задания на разработки, связанные с созданием системы, сметная документация. Кроме того, разрабатывается документация, предназначенная для заказа комплекса технических средств и покупных программных изделий для монтажа, наладки и эксплуатации АСУ ТП.
Документация проектов АСУ ТП в основном ориентирована на использование типовых решений и оформляется таким образом, чтобы ее составные части могли в последующем быть основой типовых решений. В части математического обеспечения это требование удовлетворяется модульным представлением общего алгоритма функционирования системы с максимально возможным использованием типовых модулей. Такой подход применяют и при разработке проектной документации в части программного обеспечения.
Особенности автоматизации производств пищевой промышленности
Как и любая другая отрасль промышленности, пищевая промышленность имеет свои ньюансы и особенности, которые в свою очередь накладывают определенные требования к автоматизации производства.
Из особенностей производств пищевой промышленности можно выделить основные:
производства характеризуются наличием большого числа трубопроводов, отсюда возникает задача создания распределенной системы сбора информации с управляющих устройств насосов, клапанов, дозаторов;
в производственном процессе большую долю занимают повторяющиеся операции (циклы) с изменяющимися параметрами (производство продуктов по рецептам);
в номенклатуре средств измерений присутствуют системы измерения вязких и сыпучих сред, большое распространение имеют системы взвешивания продукции;
часто процесс управления производством требует методик расчетов, не реализуемых в стандартных измерительных комплексах, выполнение которых ложится на АСУ ТП;
в производстве четко выражена постадийность, причем часто система автоматизации необходима отдельно для аппарата;
многие процессы обладают критичностью ко времени и точности поддержания параметров, что налагает требования по точности измерения и быстродействию.
При этом в пищевой промышленности распространены ситуации изменения производственного цикла и смена оборудования, отсюда АСУ ТП должна обладать масштабируемостью и широкими коммуникационными возможностями.
Контроллер можно представить как совокупность некоторого количества различных устройств, заключённых в одном корпусе, работой которых управляет одно главное устройство. Кроме этого, контроллер имеет память программ и память данных.
Главное устройство называется ядром (оно тоже состоит из разных частей: АЛУ, детектор инструкций, стек и т.д., но нам для программирования это пока не важно). Главным оно является потому, что только оно может читать зашитые в память программ элементарные команды и, в зависимости от этих команд, раздавать указания остальным устройствам, что нужно делать.
Одним из важнейших компонентов ядра является АЛУ - арифметико-логическое устройство. В микроконтроллерах PIC оно имеет один рабочий регистр W и может выполнять математические и логические операции с любым регистром памяти данных. То, что АЛУ может работать с любым регистром памяти данных - очень важно, в дальнейшем будет рассказано почему.
Все остальные устройства - это периферийные модули. Непосредственно друг с другом они не взаимодействуют и предназначены для выполнения каких-либо конкретных задач. Например, контроллер PIC16F628A имеет такой набор периферийных модулей: 2 порта ввода-вывода (по 8 независимых цифровых каналов), модуль аналоговых компараторов (2 компаратора), 3 таймера, модуль сравнения/захвата/ШИМ и модуль USART.
Разные контроллеры могут отличаться набором периферийных модулей (соответственно, могут решать разные задачи), но все контроллеры одной серии имеют одно и тоже ядро.
Память контроллера делится на память программ и память данных.
Память программ в контроллерах с буквой F - флешовая, соответственно, она может быть достаточно большое количество раз перезаписана. Здесь основным интересным фактом является то, что размер этой памяти эта не кратен 8-ми битам, как обычно, а имеет разрядность 14 бит. Такой размер в данном случае называется словом. Все команды контроллера 14-ти разрядные, то есть занимают одно слово памяти программ. Доступ к памяти программ осуществляется по отдельной 14-ти разрядной шине.
Те, кто писал программы для компьютера могут запутаться, т.к. в компьютере слово - это 16 бит, так что будьте внимательны. Когда говорят, что объём памяти программ, например, PIC16F628A равен 1 Килобайту, то это не означает, что он равен 1024 байта по 8 бит. На самом деле он равен 1024-м словам по 14 бит.
Память данных, в свою очередь, делится на EEPROM и ОЗУ.
EEPROM - это энергонезависимая память, которая может использоваться для хранения любой пользовательской информации. Ячейки этой памяти имеют стандартный размер - 8 бит. Тут всё понятно.
ОЗУ - это оперативная память, которая используется только во время выполнения программы. При отключении питания, информация, хранившаяся в этой памяти, пропадает. Эта память, так же как и EEPROM, 8-ми битная. На этом типе памяти давайте остановимся поподробнее:
ОЗУ представляет собой набор регистров, разделённый на блоки по 128 байт, называемые банками. В разных контроллерах может быть разное количество банков (например, в PIC12 их 2, а в PIC16 - 4).
Кроме регистров специального назначения, существуют ещё регистры общего назначения - это просто пустые ячейки памяти, которые могут использоваться программистом для хранения в оперативной памяти какой-то пользовательской информации (например, в них можно хранить значения каких-то переменных).
Микроконтроллер aditec MIC 1018 разработан для применения в климатических установках, а также в комбинированных установках для варки копчения и запекания. Можно вводить максимально 99 9-ти шаговых программ или соединить несколько программ в 9/18/27/... шагов обработки.
Прибор управления включает в себя 4 датчика температуры для камеры, ядра(внутри продукта), влажности и одного для свободного пользования. Для управления используется 18 беспотенциальных выходных реле, которые можно произвольно программировать. Прибор регулирует температуру камеры обогревом и охлаждением, влажность камеры увлажнением и обезвоживанием, дополнительный контур регулирования, время работы и отключения при достижение температуры ядра в каждом рабочем шаге. MIC 1018 регулирует дополнительно Fc-значение, дельта-Т-значение, время и температуру ядра (внутри продукта).
Каждый контур регулирования можно установить как двухпозиционный(двухуровневый) регулятор или регулятор ХР. Назначение агрегатов реле является полностью произвольным. Все реле можно настраивать к 10 (20) видам обработки как с опережением, с задержкой включения или выключения, так и в режиме пульсации.
Последовательный интерфейс обеспечивает передачу данных между MIC 1018 и компьютером или принтером. С помощью программы (aditec VisuNet) существует возможность соединения микроконтроллера с персональным компьютером для визуального наблюдения и протоколирования всех параметров и видов обработки в каждом шаге программы. Этим обеспечивается всеохватывающий контроль качества продуктов, находящихся в установке.
Основные параметры MIC 1018:
По выбору:
Механические параметры:
Электрические параметры:
Входы:
Выходы:
Последовательный интерфейс: RS 232 для ввода и вывода (8-битовые данные)
Показание состояния коммутационного элемента: светящийся диод
Регулирование расхода.
Регулирование большинства технологических параметров осуществляется на коротком отрезке трубопровода. Расход обычно быстрее реагирует на поступающие в объект возмущения. Поэтому с целью повышения качества регулирования главных параметров, определяющих ход процесса и зависящих от расхода, целесообразно расход использовать в качестве вспомогательной регулируемой величины.
Классификация приборов для измерения расхода
Количество вещества выражается в единицах объема или массы (т.е. в м3 или килограммах). Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным, и массовым методами, количество газа - только объемным. Для твердых и сыпучих материалов используется понятие насыпной или объемной массы, которая зависит от гранулометрического состава сыпучего материала. Для более точных измерений количество сыпучего материала определяется взвешиванием.
Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Массовый расход измеряется в кг/с, объемный - в м3/с.
Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.
Классификация:
Механические
объемные
ковшовые
барабанного типа
мерники
скоростные
по методу переменного перепада давления
по методу постоянного перепада давления
напорные трубки
ротационные
Электрические
электромагнитные
ультразвуковые
радиоактивные
Описание РМ-5-П
Предназначен для измерения объема и расхода молока, кисломолочных и других жидких пищевых продуктов.
Функции прибора:
Особенности прибора:
Прибор выполнен в виде единого резидентного измерительно-вычислительного модуля. Оснащен стандартными присоединительными муфтами из пищевой нержавеющей стали. По заказу счетчик-расходомер может комплектоваться термопреобразователем и преобразователем давления с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4-20 мА.
Основные технические характеристики
* Температура продуктов, содержащих белок — до 60 °С.
Регулирование давления.
Классификация приборов для измерения давления
Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей усилия к площади, на которую действует усилие.
В зависимости от природы контролируемого процесса нас интересует абсолютное давление Ра или избыточное Ри. При измерении Ра за начало отсчета принимается нулевое давление, которое можно себе представить как давление внутри сосуда после полной откачки воздуха. Естественно, достигнуть Ра = 0 невозможно.
Барометрическое давление Рбар - давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы.
Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным и барометрическим давлениями:
Ри = Ра - Рбар
Если Рабс < Рбар, то Ри называется давлением разряжения.
Классификация приборов для измерения давления:
I. По принципу действия:
1) жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
2) поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
3) пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
4) электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).
II. По роду измеряемой величины:
1) манометры (измерение избыточного давления);
2) вакуумметры (измерение давления разряжения);
3) мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
4) напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
5) тягомеры (для измерения малых давлений разряжения);
6) тягонапорометры;
7) дифманометры (для измерения разности давлений);
8) барометры (для измерения барометрического давления).
Манометры показывающие виброустойчивые с мембранным разделительным устройством типа МТП-100/1-ВУМ, предназначены для измерения избыточного давления в трубопроводах сепараторов пищевых продуктов.
Манометр типа МТП-100/1-ВУM состоит из манометра и мембранного разделительного устройства. Внутренняя полость трубчатой пружины манометра и надмембранное пространство разделительного устройства заполнены жидкостью полиэтилсилоксановой марки ПЭС-2 ГОСТ 13004-77.
Тип 432.55.
Манометры для пищевой, биологической и фармацевтической промышленности.
Производитель: "WIKA GmbH & Co.KG" /Германия/
Описание
Манометр модели 432.55 разработан как дополнение к стандартной программе, для применения в пищевой, биологической и фармацевтической промышленности, а также в лакокрасочной промышленности. Все детали, соприкасающиеся с измеряемой средой изготовлены из CrNi-стали и имеют цельносварную конструкцию. Конструкция прибора позволяет применение абсолютно сухой измерительной камеры.Таким образом исключается загрязнение среды передающей жидкостью, как это может происходить в случаях повреждения системы разделителя давления.
Исполнение
EN 837-3
Номинальный размер
100, 160
Диапазоны измерений
от 0...0,6 бар до –1...4 бар
Класс(EN 837-3 /6)
1,6
Рабочее давление
постоянное: ВПИ (Верхний предел измерения)
переменное: 0,9 х ВПИ
Запас на перегрузку
1,5 х ВПИ
Регулирование уровня в технологических аппаратах.
Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой, например жидкостью. Уровень является достаточно важным технологическим параметром. Так, например, путём измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в ёмкостях. Подобная информация используется для проведения товароучётных операций и для управления технологическим процессом. В этом случае в емкостях устанавливаются датчики – сигнализаторы уровня, которые сигнализируют о предельном верхнем и предельном нижнем уровне.
Существуют уровнемеры, предназначенные для измерения текущего значения уровня рабочей среды. Также уровень регулируется с целью поддержания его на заданном значении для обеспечения условий протекания технологического процесса. В этом случае к стабильности уровня предъявляются довольно высокие требования. Это относится к наиболее важным технологическим процессам.
По диапазону измерений различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов.
По принципу действия и конструктивному оформлению различают:
а) приборы для контроля уровня жидкости;
б) приборы для контроля уровня сыпучих материалов.
2. По принципу действия:
а) поплавковые
б) емкостные
в) радиоактивные
г) гидростатические.
- индикацию наличия поданного напряжения питания;
- индикацию моментов достижения (превышения, снижения) заданного уровня;
- коммутацию электрической цепи при достижении (превышении или снижении) контролируемого уровня для информационной связи с другими приборами.
Сигнализатор не содержит материалов и источников излучения, оказывающих вредное влияние на окружающую среду и здоровье человека.
Принцип действия сигнализатора основан на изменении параметров ультразвукового эхо-сигнала чувствительного элемента сигнализатора при погружении в жидкость. При положении уровня жидкости выше чувствительного элемента сигнализатора, оптический индикатор сигнализатора излучает свечение желтого цвета, цепь контактов сигнализатора разомкнута.
При положении уровня жидкости ниже чувствительного элемента сигнализатора, оптический индикатор сигнализатора излучает свечение синего цвета, цепь контактов сигнализатора замкнута.
Обозначение при заказе.
При заказе следует указать расстояние от опорной поверхности до чувствительного элемента (А) - 60, 80, 100, 120, 160, 250, 320, 350, 400, 450, 500, 800, 1200, 1500 мм. Возможно исполнение с расстоянием (А) по заказу. Расстояние от чувствительного элемента до торца (В) – 11 ± 0,1.
Пример:
Ультразвуковой сигнализатор уровня УСУ-1 (100).
Материал сигнализатора, контактирующий с контролируемой средой 12Х18Н10Т ГОСТ 19941-81 и 12Х18Н9Т-В ТУ14-1-3957-85.
Модель Seetol разработана с целью усовершенствования и упрощения считывания показаний с высоких уровнемеров с нулевой отметки, используя перископ. Такой способ исключает погрешность от параллакса, которая существует с традиционными уровнемерами и, следовательно, обеспечивает надежность считывания с точностью до 1мм по максимальной длине шкалы в 20 метров.
Максимальная рабочая температура 80 oС Максимальное рабочее давление 4 bar g
Материалы клапана Алюминий с наконечниками из нержавеющей стали
Регулирование температуры.
Темп-рой наз-т физическую величину, характеризующую степень нагретости тела. Измерять температуру можно только косвенным путём, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению – эти св-ва называются термометрическими. Температура является одним из важнейших параметров, характеризующих технологический процесс хлебопекарного производства и других отраслей пищевой промышленности. На современных хлебопекарных предприятиях присутствуют такие технологические аппараты как хлебопекарные печи, тепловое и холодильное оборудование, оборудование для изготовления мучных кондитерских изделий, оборудование для охлаждения и замораживания продуктов и т.д. Нормальное протекание всех процессов, происходящих в данных технологических аппаратах , а также соответствие качества полученной продукции заданной норме, во многом зависит от поддержания температуры на требуемом значении.
По свойству термодинамического тела, используемого для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:
Бесконтактный термометр Fluke FoodPro - это "передовая линия" в борьбе за поддержание правильной температуры получения, хранения и выдержки пищевых продуктов. Благодаря инфракрасной технологии термометры FoodPro позволяют производить быстрые и высокоточные замеры температуры поверхности так часто, как это необходимо. Они производят измерения намного быстрее, чем контактные термометры, и исключают возможность перекрестного загрязнения. Удобная лампа подсветки освещает область, с которой производятся замеры.
Термометр Fluke FoodPro Plus сочетает в себе такой же инфракрасный сканер температуры поверхности, а также термощуп и встроенный таймер обратного отсчета для всестороннего контроля температуры пищевых продуктов и времени приготовления и охлаждения.
Оба термометра серии FoodPro подвергаются мойке вручную и оснащены уникальными системами контроля HACCP, которые мгновенно указывают на безопасность или потенциальную опасность температуры хранения с помощью зеленого или красного индикатора.
. Датчик ДРТ-1 имеет:
• диапазон контролируемых температур от –55 до +125 °С;
• две температурные уставки;
• задания уставок во всем диапазоне контролируемых температур с дискретностью 1 °С;
• предел основной абсолютной погрешности срабатывания датчика - ± 1° С;
• давление контролируемой среды до 6,0 мПа (60 кгс/см2);
• питание от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой (50±1) Гц (ДРТ-1-220) или постоянного тока напряжением 110 В (ДРТ-1-100);
• контакты реле коммутируют внешние электрические цепи переменного тока напряжением 220 В, силой тока 10 А или постоянного тока напряжением 110 В, силой тока 0,5 А;
• габаритные размеры – 122х88х185 мм;
Пример записи обозначения датчика с питанием от сети постоянного тока напряжением 110 В, с верхней уставкой 70 °С, нижний уставкой 55 °С длиной гильзы l = 75 мм при заказе:
«Датчик-реле температуры ДРТ-1-110 5Д2.821.016 ТУ, tву= 70 °С, tну= 55 °С, l = 75 мм».
Датчики температуры ИД-1
|
Датчики изготавливаются с применением стандартизированных термочувствительных элементов. По требованию Заказчиков длина рабочей части датчиков может быть изменена. Номинальные статические характеристики (НСХ) датчиков, диапазоны температур и области применения приведены в таблице:
Тип НСХ Диапазон температур, °с Длина рабочей части, мм Область применения ИД-1 50П, 100П 50М, 100М От 0 до +200 120 (d=4 мм) Игольчатый датчик для кон троля температуры пище вых продуктов ДТ-1 50М, 100М 50П, 100П От-50 до +200 36 36 Для измерения температуры в технологическом обо рудовании ТХК XK(L) От -50 до +400 10,32,60,120 Термопластавтоматы, экструдеры, литьевые м фор мовочные машины
|
Рбар
Ра
исунок 2.8