Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Технология / Другие методич. материалы / Учебное пособие по предмету Автоматизация технологических процессов
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Технология

Учебное пособие по предмету Автоматизация технологических процессов

библиотека
материалов

КГКП «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»







Саметова Г.Т., Чагиева А.А.




УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ


по предмету «Автоматизация технологических процессов»

Специальность: 1302000 «Автоматизация и управление» (по профилю)


























Семей 2014



ПРЕДИСЛОВИЕ


Учебное пособие написано в соответствии с типовой программой по предмету «Автоматизация технологических процессов»для обучающихся технического и профессионального образования по специальности 1302000 «Автоматизация и управление» (по профилю).

Пищевая промышленность страны призвана обеспечить рост объемов производства, позволяющих удовлетворить первоочередные потребности населения. В связи с этим предстоит решить ряд задач по техническому перевооружению предприятий разных отраслей пищевой промышленности путем оснащения их поточными линиями и оборудованием, обеспечивающими комплексную переработку продукции и сырья. Выполнение этих задач возможно лишь на основе широкого внедрения автоматизации.

При изложении материала учтены основные современные тенденции развития и создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), связанные с использованием новейших достижений в области электронной техники и технологии, приборостроения, микропроцессорных систем и микроЭВМ и других перспективных направлений.
























ВВЕДЕНИЕ


Автоматика — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения средств и систем управления производственными процессами, действующими без непосредственного участия человека. Автоматика является основой автоматизации. Автоматизацией называют этап развития машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций техническим устройствам. Автоматизация является одной из движущих сил научно-технического прогресса, которая существенно влияет на развитие производства, делая возможным создание новых высокоинтенсивных технологических процессов и побуждая к разработке более совершенного механизированного и автоматизированного технологического оборудования.

Под управлением производственным процессом понимают такое воздействие на него, которое обеспечивает оптимальный или заданный режим работы. Управляемый производственный процесс называют объектом управления. Совокупность технических устройств, используемых для управления, и производственного персонала, принимающего в нем непосредственное участие, образует совместно с объектом систему управления.

Процесс управления складывается из следующих основных функций, выполняемых системой управления:

1. получения измерительной информации о состоянии производственного процесса как объекта управления;

2. переработки полученной информации и принятия решения о необходимом воздействии на объект для достижения целей управления;

3. реализации принятого решения, т. е. непосредственного воздействия на производственный процесс, например, увеличить или уменьшить подачу сырья на переработку.

Технические устройства, которые применяются в системах управления для автоматизации этих функций, называются техническими средствами автоматизации. Средства, предназначенные для получения информации о состоянии объекта управления, называются средствами измерений.

В пищевой промышленности чаще всего приходится измерять значения следующих технологических параметров: температуры, давления (разрежения) и уровня рабочих сред в аппаратах и машинах; расходов потоков газообразных, жидких и сыпучих материалов, а также состава и показателей качества сырья, полупродуктов и готового продукта.

В зависимости от степени участия человека-оператора в управлении различают следующие системы:

ручного дистанционного управления, в которых функции переработки измерительной информации, определения необходимых управляющих воздействий и их реализации (с помощью технических средств дистанционного управления) выполняет человек;


автоматизированные, в которых человек выполняет только часть функций системы управления;

автоматические, в которых процесс управления протекает без непосредственного участия человека.

Среди автоматических систем наиболее распространены автоматические системы регулирования, которые предназначены для поддержания заданных значений технологических параметров, характеризующих состояние производственного процесса как объекта регулирования. С появлением новых технических средств автоматизации в виде управляющих вычислительных машин в практику автоматизации производственных процессов вошел принципиально новый тип систем управления — автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Широкое внедрение автоматизации пищевых производств позволяет повысить эффективность технологических процессов и обеспечить полную сохранность натуральных свойств исходного сырья, поступающего на переработку.


РАЗДЕЛ 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ОБЪЕКТОВ


ТЕМА 1.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ОБЪЕКТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ


      1. Типовые объекты пищевых производств


Для каждой отрасли пищевой промышленности характерны разнообразные производства с индивидуальными технологическими процессами. Они различаются по используемому сырью, способам обработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако с точки зрения технологии и автоматизации в разных процессах имеется много общего.

В пищевой промышленности можно выделить следующие типовые ТП:

механические — перемещение, дозирование, гранулирование, измельчение, просеивание, смешивание, прессование; гидродинамические — перемещение жидкостей и газов, фильтрование, разделение газовых и жидких неоднородных смесей, перемешивание жидких и пастообразных материалов;

тепловые — нагревание, охлаждение, кондиционирование, выпаривание;

массообменные — абсорбция и десорбция газов, ректификация, экстракция, сушка, конденсация; химические окисление, восстановление, нейтрализация, дегидратация, сульфитация; микробиологические — приготовление разных питательных сред, брожение, ферментация и др.

Большинство пищевых производств представляет собой совокупность различных типовых процессов. Например, диффузионный процесс свеклосахарного производства в качестве основных включает массообменный и тепловой процессы. Процесс приготовления опары, теста в хлебопекарном и макаронном производствах включает типовые механические и микробиологические процессы. Такие примеры можно привести практически для любой отрасли пищевой промышленности. Отсюда следует, что реальные процессы трудно разделить на строго типовые и рассмотреть их автоматизацию по группам. Поэтому целесообразно рассмотреть типовые ТП с точки зрения входящих в них локальных объектов автоматизации. Под последними будем понимать объекты, для которых разрабатываются локальные системы автоматического измерения, контроля, регулирования технологических параметров. Например, диффузионный аппарат как объект автоматизации включает локальные объекты регулирования расходов, уровней, рН среды, производительности. Тепловым процессам также присущи объекты регулирования уровня, температуры, расхода. И в микробиологических процессах, например производстве пивного сусла, имеются встречавшиеся уже ранее локальные объекты регулирования температуры, уровня. Следовательно, типовые ТП представляют собой совокупность локальных объектов автоматизации.

Такой подход позволяет разработать для каждого типового объекта одну или несколько типовых схем автоматизации в зависимости от аппаратурной реализации конкретного процесса. Действительно, разные конструкции аппаратов существенно влияют на статические и динамические характеристики объекта, что может привести к разным решениям его автоматизации.

Таким образом, при рассмотрении ТП как объекта автоматизации необходимо устанавливать, во-первых, к какому типовому процессу он относится, во-вторых, какова его аппаратурная реализация. В этой связи в данной главе рассматриваются схемы автоматизации отдельных локальных объектов, входящих в состав типовых ТП пищевых производств. Эти схемы могут быть использованы в качестве основы при автоматизации конкретного процесса. Наиболее часто встречаются локальные объекты регулирования температуры, уровня, расхода, давления. Типовые схемы автоматизации таких объектов рассмотрены в п. 6.3 (см. рис. 6.4).


1.1.2. Автоматизация непрерывного дозирования материалов


Непрерывное дозирование применяется во многих отраслях пищевой промышленности, например при составлении смесей шоколадной массы в кондитерском производстве, при внесении муки, воды, соли, сахара и других добавок в производстве хлеба. Процессом непрерывного дозирования надо управлять так, чтобы обеспечить требуемое количество каждого компонента в смеси.

Непрерывное дозирование производится бункерными и ленточными дозаторами. Бункерные дозаторы применяются для работы с сыпучими материалами и жидкостями, ленточные — обеспечивают более высокую точность дозирования. В общем случае последние представляют собой совокупность питателя и грузоприемного устройства — весового конвейера. Конструкции ленточных дозаторов делятся на одно- и двухагрегатные. В одно-агрегатных дозаторах функции питателя и грузоприемного устройства совмещены, в двухагрегатных — разделены.

Производительность дозатора определяется тремя параметрами: нагрузкой весового конвейера W, скоростью движения ленты конвейера v и длиной его грузоприемной части L. Ленточный дозатор представляет собой астатический объект регулирования с запаздыванием. Время запаздывания определяется временем пребывания материала на весовом конвейере τ=L/v.

При автоматизации процесса дозирования на двухагрегатных ленточных дозаторах требуемая производительность F может быть достигнута путем регулирования нагрузки на ленте грузоприемной части конвейера: F= W/L. В одноагрегатных дозаторах производится регулирование и нагрузки, и скорости движения ленты весового конвейера.

Производительность одноагрегатного ленточного дозатора непрерывного действия (рис. 7.1, а) зависит от скорости дозирования, которая изменяется в соответствии с частотой вращения ротора электродвигателя 1-6. При работе схемы датчик 1-1 частоты вращения привода электродвигателя передает сигнал на блок умножения 1-3. Одновременно на этот же блок поступает сигнал от датчика 2-1 нагрузки на весовом участке конвейера. Блок умножения формирует сигнал, пропорциональный текущей производительности F дозатора. Этот сигнал поступает на ПИ-регулятор 1-4. Регулирующее воздействие с него подается на привод электродвигателя 1-6, который изменяет скорость движения ленты конвейера II, чтобы обеспечить соответствие текущей и заданной производительностей дозатора. На щите размещены показывающие приборы 1-2 и 2-2 для контроля соответственно частоты вращения электродвигателя и нагрузки конвейера, а


aia - 0090-1

Рис. 7.1. Схема автоматизации ленточных дозаторов: а — одноагрегатного;

6 — двухагрегатного

также самопишущий прибор 1-5, контролирующий текущую производительность дозатора. Ключом выбора режима SA1 осуществляют переключение режима управления с автоматического на ручной.

В двухагрегатном ленточном дозаторе (рис. 7.1, б) количество материала, поступающего из бункера I на грузовой конвейер II, зависит от интенсивности работы питателя III. Сигнал от датчика 1-1 нагрузки конвейера поступает на ПИ-регулятор 1-3. С него регулирующее воздействие подается на электродвигатель постоянного тока 1-4, обеспечивающий изменение производительности питателя до тех пор, пока текущее значение нагрузки не станет равным заданному. Для контроля нагрузки на щите размещен показывающий и самопишущий прибор 1-2. Пуск электродвигателя привода конвейера производится магнитным пускателем, управляемым кнопочной станцией SB1. Работа электродвигателя сигнализируется лампой HL1.


1.1.3. Автоматизация смешивания


Для смешивания двух и более потоков жидких или сыпучих компонентов применяются смесители периодического или непрерывного действия. Смесители снабжаются мешалками для ускорения смешивания и обеспечения равномерного состава смеси. Как объект автоматизации смеситель по каналу «расход входного компонента — показатель качества смеси» может рассматриваться как статический объект регулирования с запаздыванием или без него. Наличие запаздывания, а также инерционность процесса смешивания зависят от физических параметров компонентов смеси и эффективности перемешивания. Возмущающие воздействия, вызывающие отклонения качества смеси от требуемого, связаны с изменениями расходов компонентов смеси, а также их свойств. Регулирующими воздействиями являются изменения расхода подаваемых компонентов. Простейшая СА смесителя предусматривает стабилизацию расхода каждого компонента на заданном значении. Если расход одного из компонентов невозможно стабилизировать, то расходы других должны изменяться регулятором соотношения в заданной пропорции по отношению к нему в целях поддержания заданного состава смеси.

В схеме на рис. 7.2 расходы компонентов К1 и К2, формирующих заданную смесь, измеряются расходомерами 1-1 и 2-1. На щите размещены вторичные показывающие и самопишущие приборы 1-2, 2-2, результаты измерений с которых подаются на регулятор соотношения 1-3. Через панель дистанционного управления 1-4 (содержит ключи выбора режима и дистанционного управления) регулятор воздействует на исполнительный механизм 1-5 регулирующего клапана ведомого компонента К2 в зависимости от расхода ведущего компонента К1.В случае, когда возможно непрерывное измерение качества смеси, может быть использована двухконтурная АСР с коррекцией по качеству смеси. Качество смеси измеряется анализатором 3-1, контролируется на щите прибором 3-2 и передается на корректирующий регулятор 3-3, который изменяет заданное соотношение расходов на регуляторе 1-3. Схема автоматизации предусматривает также регулирование расхода компонента K1 в зависимости от уровня в смесителе. Уровень измеряется датчиком 4-1 и регулируется регулятором 4-2, который через панель дистанционного управления 4-3 воздействует на исполнительный механизм 4-4 регулирующего клапана компонента K1.

aia - 0091-1


Рис. 7.2. Схема автоматизации процесса смешивания


1.1.4. Автоматизация сушки


В пищевой промышленности чаще всего используются сушилки с конвективным подводом тепла (распылительные, с кипящим слоем, барабанные, конвейерные). Наилучшими схемами автоматического регулирования сушки являются такие, когда можно автоматически измерять влагосодержание высушиваемого материала на выходе из аппарата. При этом регулирование корректируется по выходному влагосодержанию материала, что обеспечивает его стабилизацию на заданном уровне.В большинстве случаев невозможно получить информацию о значении выходного влагосодержания материала ввиду отсутствия влагомеров для текущего измерения влажности в потоке материала. Поэтому приходится применять косвенный метод, основанный на функциональной связи влагосодержания материала с важнейшими параметрами сушки: температурой и относительной влажностью сушильного агента. В аппаратах, где сушка длится довольно долго (более 1 ч), начальные параметры высушиваемого материала оказывают на процесс значительно меньшее влияние по сравнению с параметрами сушильного агента. Поэтому считают, что стабилизация параметров сушильного агента обеспечивает стабилизацию влажности материала (при постоянной продолжительности его пребывания в сушилке). Поскольку температура и относительная влажность сушильного агента (воздуха) взаимосвязаны, целесообразно применение АСР температуры воздуха, заданное значение которой изменяется в зависимости от его относительной влажности. В сушильных установках наиболее эффективным регулирующим воздействием является изменение притока тепла. Наряду с ним могут быть использованы изменения интенсивности замены отработанного воздуха свежим, скорости обтекания материала воздухом, скорости перемещения материала в сушильном пространстве.

Барабанная сушилка как объект управления характеризуется большими постоянными времени и значительным запаздыванием, определяемым временем прохождения материала через барабан (до 1 ч), поэтому использование температуры теплоносителя и влажности материала на выходе из сушильного барабана в качестве регулируемой величины в ряде случаев не представляется возможным. Регулирование теплового режима сушки в барабанной сушилке (рис. 7.3) осуществляется двумя АСР.

Первая АСР предназначена для поддержания на заданном уровне температуры теплоносителя в смесительной камере III воздействием на расход воздуха, поступающего в барабан II. Датчик 3-1 контролирует температуру в передней части барабана. Сигнал с датчика передается вторичному прибору 3-2 и регулятору 3-3, который управляет исполнительным механизмом


aia - 0093-1


Рис. 7.3. Схема автоматизации барабанной сушилки


3-4 дроссельной заслонки на линии подачи воздуха к вентилятору VI. При этом одновременно изменяется подача воздуха, необходимого для сгорания газа, а также воздуха, поступающего в смесительную камеру.

Вторая АСР поддерживает тепловой режим сушки изменением подачи газа в топку IV в зависимости от температуры внутри барабана II в таком его сечении, где запаздывание мало и уже произошло испарение значительной части влаги, так что можно судить о процессе сушки в аппарате. Сигнал от датчика 2-1 передается на щит вторичному прибору 2-2 через токосъемное устройство, включающее два вращающихся вместе с барабаном кольца и два ролика с щетками, к которым присоединяются провода, идущие к вторичному прибору. Процесс регулирования осуществляется следующим образом. Если подача сырья или его влажность возрастают, то температура теплоносителя внутри барабана снижается и регулятор 2-3 увеличивает подачу газа (исполнительный механизм 2-4). Это повышает температуру теплоносителя, в результате чего регулятор 3-3 увеличивает расход воздуха, пока температура внутри барабана не примет заданное значение. Работа этих двух регуляторов взаимосвязана.

Схемой предусмотрена стабилизация давления газа перед топкой. В эту АСР входят датчик давления 4-1 — манометр с выходным преобразователем, вторичный прибор 4-2 и регулятор 4-3, управляющий механизмом 4-4 заслонки на линии подачи газа в форсунку V. В схеме предусмотрена также АСР разрежения в топке путем изменения производительности дымососа I. В нее входят датчик разрежения 1-1, вторичный прибор 1-2 и регулятор 1-3.

При измерении температуры в передней части барабана регулятор не всегда получает достаточную информацию о ходе сушки. Во многих случаях поэтому используется каскадная АСР, в которой регулируется температура теплоносителя на выходе из барабана, а ее заданное значение корректируется в зависимости от температуры в середине барабана (см. п. 5.4).

Распылительные сушилки применяются для сушки кофейного экстракта, меланжа, дрожжевой суспензии и т. д. Основными показателями качества готового продукта в зависимости от вида продукта и требований, предъявляемых к нему, являются влагосодержание, фракционный состав, насыпная плотность или физико-химические показатели (цвет, вкус и т. д.). При отсутствии приборов для непосредственного определения перечисленных показателей в качестве основной регулируемой величины может быть использована температура материала или газов на выходе из установки (см. рис. 6.5).

При автоматизации других типов сушильных установок, например сушилок с кипящим слоем, в качестве регулируемой величины выбирается аналогично предыдущим схемам температура материала в слое. В качестве регулирующего воздействия может быть принято изменение подачи материала в сушилку (если можно изменять производительность сушилки), расхода теплоносителя и входной температуры теплоносителя.


1.1.5. Автоматизация химико-технологических процессов


В настоящее время во многих отраслях пищевой промышленности (микробиологическая, витаминная и др.) используются различные реакторы непрерывного и периодического действия (см. главу 10). В схеме автоматизации реактора непрерывного действия (рис. 7.4) одним из основных регулируемых параметров является рН среды в аппарате. Система регулирования рН включает датчик 4-1, самопишущий прибор 4-2, регулятор 4-3. Система может работать с двумя видами регулирующих воздействий, одно из которых — поток с кислотными свойствами, другое — с щелочными (ИМ 4-6, 4-5).Специфической задачей для непрерывного процесса является обеспечение заданной нагрузки. Ее можно решить регулированием расхода входного потока датчиком расхода /-/, самопишущим регулирующим прибором 1-2, ИМ 1-3. Уровень в реакторе регулируется изменением расхода выходного потока (датчик 3-1, самопишущий регулирующий прибор 3-2, ИМ 3-3). Возможен другой вариант, когда заданная нагрузка обеспечивается регулированием расхода выходного потока, а регулирование уровня — изменением расхода потока на входе в аппарат. Схемой предусмотрено также автоматическое поддержание температуры среды в аппарате изменением расхода теплового агента в рубашку (датчик 2-1, самопишущий регулирующий прибор 2-2, ИМ 2-3).

В реакторах периодического действия в зависимости от вида процесса в одних случаях задается постоянная величина рН в течение всего цикла, в других — она является функцией времени (в АСР используется программныйзадатчик 4-4) или какого-либо показателя среды в аппарате.


ТЕМА 1.2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ


1.2.1. Назначение и цели создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП)


Предприятия перерабатывающих отраслей оснащены высокопроизводительным оборудованием и используют передовую многостадийную технологию. Для них характерны непрерывные изменения в технологии и структуре производства, широкая производственная кооперация. Закономерным следствием этого является расширение задач и функций управления, рост технической оснащенности и численного состава управленческого персонала. Повышение производственных показателей, сокращение потерь сырья и повышение качества готовой продукции на действующих, проектируемых и реконструируемых предприятиях связано в первую очередь с повышением качества управления промышленными объектами, в том числе за счет создания и применения автоматизированных систем управления (АСУ). Предприятия перерабатывающих отраслей обладают специфическими особенностями, которые определяют актуальность внедрения на них АСУ: преобладание непрерывных ТП; переработка скоропортящегося сырья; необходимость строгого соблюдения рецептур и параметров ТП для сохранения пищевой и вкусовой ценности продукции; внедрение сложных биохимических и физико-химических методов обработки сырья. В соответствии с государственным стандартом

aia - 0095-1

Рис. 7.4. Схема автоматизации реактора периодического действия


АСУ — человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в разных сферах человеческой деятельности. Процесс оптимизации предполагает организацию такого управления, которое обеспечивало бы максимальное или минимальное значение критерия, характеризующего качество управления. Ввиду того что термин «управление» используется в широком смысле, АСУ могут различаться по типу объектов управления, характеру и объему решаемых задач, критерию управления. На рис. 8.1 представлена иерархия АСУ.

Независимо от типа объекта управления АСУ реализуют такой автоматизированный процесс сбора и переработки информации, который необходим для принятия решений по управлению. При этом роль человека в системе существенна, так как ряд задач управления из-за их сложности и неизученности не формализован, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком.

Назначение любой АСУ, ее функциональные возможности и технические характеристики определяют особенности объекта, для которого создается система. Для АСУ ТП управляемым объектом является ТОУ, представляющий собой совокупность оборудования и реализованного на нем ТП производства целевого продукта. Назначение АСУ ТП можно определить как целенаправленное ведение ТП и обеспечение смежных и вышестоящих систем необходимой информацией.

Создание и функционирование любой АСУ ТП должно быть направлено на получение вполне определенных технико-экономических результатов: снижение себестоимости продукции, улучшение условий труда персонала и т. п. Для получения позитивных результатов в АСУ ТП четко формулируют цели функционирования системы, а о степени их достижения судят по критерию управления — показателю, характеризующему качество ведения ТП и принимающему числовые значения в зависимости от вырабатываемых системой управляющих воздействий.

aia - 0096-1

Рис. 8.1. Иерархия АСУ в отрасли


Наибольшее распространение в АСУ ТП получили критерии технологического (производительность оборудования, потери сырья) или технико-экономического (себестоимость продукта, прибыль) характера.

Современные АСУ ТП очень разнообразны и различаются по степени автоматизации управления объектом, применяемым техническим средствам и многим другим признакам и характеристикам. Более высоким уровнем в иерархии АСУ являются АСУ производством (АСУ Пр) и предприятием (АСУП). Эти системы предназначены для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия в целом или его составных частей (например, цехов) на основе применения экономико-математических методов и средств ВТ. В АСУП в качестве источника информации используются различные формы документооборота. Распространенным критерием управления для этих систем является прибыль предприятия за планируемый период. Максимизация этого критерия должна выполняться при учете остальных показателей в виде ограничений.

Системы, действующие в рамках одного предприятия (АСУ ТП и АСУП) являются самостоятельными, но взаимосвязанными. При наличии АСУ на предприятии АСУ ТП получает от системы верхнего уровня задания и ограничения (номенклатуру и объем выпускаемой продукции, заданные значения технико-экономических показателей и пр.) и осуществляет подготовку и передачу на верхний уровень информации о ходе процесса, состоянии оборудования, основных показателях выпускаемой продукции. Органичное объединение нескольких АСУ ТП между собой или с АСУП, осуществляемое в целях повышения экономической и технической эффективности их функционирования, приводит к появлению на предприятиях интегрированных АСУ (ИАСУ), в которых совмещено решение организационно-экономических задач и оперативное управление ТП. Верхним уровнем управления является отраслевая АСУ (ОАСУ).



1.2.2. Функциональные структуры АСУ ТП


Организация управления в АСУ ТП связана с необходимостью получения информации о ходе ТП и определения оптимального режима функционирования объекта, с реализацией найденных оптимальных управляющих воздействий на ТОУ. Содержание основных этапов в реализации управления на ТОУ иллюстрирует рис. 8.2.

Сложность управления ТОУ определяется большой размерностью вектора информации (характеризующей текущее состояние ТОУ), разными методами ее обработки и формами использования полученных результатов. Обеспечение оптимального хода процесса в АСУ ТП возможно за счет реализации в этих системах множества взаимосвязанных операций: сбора, aia - 0098-1


Рис. 8.2. Основные этапы в реализации управления ТОУ


хранения, анализа и переработки информации о ТОУ; показания, регистрации или индикации одних переменных и регулирования других, реализации набора определенных решений по управлению (U). Выполнение перечисленных операций называется функционированием системы, т. е. выполнением ею установленных функций.

По сравнению с АСР любая АСУ ТП является многофункциональной системой. Различают внешние и внутренние функции АСУ. Внешними являются функции, определяемые назначением системы, внутренними — служебные функции, обеспечивающие качественное выполнение основных, внешних функций. Внешние функции АСУ ТП разделяют на информационные и управляющие. К информационным относятся такие функции АСУ ТП, результатом выполнения которых является представление оператору ТП или внешним потребителям информации о ходе управляемого процесса.

Характерными информационными функциями АСУ ТП являются следующие: контроль текущих значений основных параметров процесса (уiтек); проверка соответствия параметров процесса допустимым значениям

i ≤уiтек≤уi) и информирование персонала о возникновении несоответствия; измерение или регистрация параметров по вызову оператора; вычисление некоторых параметров или комплексных показателей, не поддающихся непосредственному измерению (например, показателей, характеризующих качество готовой продукции); вычисление технико-экономических показателей работы ТОУ и др.

Управляющие функции АСУ ТП включают мероприятия по выработке и реализации управляющих воздействий на ТОУ. К основным управляющим относятся следующие функции: стабилизация параметров ТП на значениях, определяемых технологическим регламентом (уi = const); программное управление по заданным программам, в том числе пуск и остановка отдельных машин и аппаратов; логическое управление в типовых ситуациях, определение «узкого места» и согласование нагрузок последовательно работающих аппаратов; формирование и реализация управляющих воздействий, обеспечивающих достижение режима, оптимального по технологическому или технико-экономическому критерию.

По способу реализации информационных и управляющих функций можно выделить три основные разновидности систем с вычислительным комплексом (ВК), выполняющим следующие функции: информационные, функции центрального управляющего устройства (системы супервизорного управления) и непосредственного цифрового управления (НЦУ).

Функциональные структуры перечисленных АСУ ТП с вычислительным комплексом представлены на рис. 8.3. Блок получения, сбора и формирования информации предназначен для отработки сигналов, характеризующих текущее состояние ТОУ. Источниками информации, передаваемой на блок отображения информации, в ВК и непосредственно в АСР отдельных параметров, являются датчики разных типов. В информационных АСУ (рис. 8.3, а) ВК получает необходимую информацию о состоянии ТОУ, осуществляет централизованный контроль его работы, вычисление комплексных технических и технико-экономических показателей.

Данные об объекте, полученные на ВК, наряду с передачей на блок отображения информации могут передаваться и в вышестоящие АСУ. От них в ВК поступает нормативная и плановая информация для рассматриваемой системы. Характерной особенностью информационной системы является то, что задачи анализа информации, принятия решений, а также осуществления управляющих воздействий возложены на оперативный персонал. По мере накопления опыта проектирования и эксплуатации АСУ ТП на вычислительный комплекс стали возлагать задачи анализа информации, предназначенной для подготовки управления и выдачи рекомендаций оперативному персоналу по управлению ТОУ. Такие системы стали выделять в класс систем, работающих в режиме «советчика».

В автоматизированной системе управления ТП с ВК, выполняющим функции супервизорного управления (рис. 8.3, б), вычислительный комплекс включен в замкнутый контур автоматического управления. Особенностью супервизорного управления является ведение процесса в режиме, близком к оптимальному. Работа комплекса по сбору информации ТОУ мало отличается от описанной выше. Переработка информации в системе супервизорного управления и определение управляющих воздействий осуществляются с использованием модели объекта, а результаты затем преобразуются в сигналы изменения задания и настроек регуляторов. Ввиду того что в этих системах в контур управления включен ВК, за оперативным персоналом остаются функции наблюдения за работой системы и вмешательства в процесс управления в аварийных ситуациях (пунктирные линии связи).

Автоматизированные системы управления технологическими процессами с ВК непосредственного цифрового управления являются системы, в которых ВК выполняет функции регуляторов по формированию управляющих воздействий. В системе НЦУ (рис. 8.3, в) сигналы на исполнительные органы поступают непосредственно с ВК. Это характерно для каждого контура управления. Число контуров может достигать нескольких сотен и определяется ТОУ и мощностью ВК. Применяемый в НЦУ подход обеспечивает возможность разработки гибких систем, так как ВК реализует программно любой закон регулирования; изменение закона регулирования достигается сменой рабочей программы.


aia - 0100-1

Рис. 8.3. Функциональные структуры АСУ ТП: а — ВК выполняет информационные функции; б — BK выполняет функции супервизорного управления;


aia - 0101-1

Рис. 8.3. (продолжение) я — ВК выполняет функции непосредственного цифрового управления (НЦУ)


В структуре непосредственного цифрового управления АСР сохраняются как резервные элементы, иначе выход из строя ВК может привести к потере управляемости объектом. В рассматриваемой системе оперативный персонал контролирует работу системы, меняет диапазон допустимого изменения измеряемых величин, имеет доступ к управляющим программам.


1.2.3. Виды обеспечения АСУ ТП


Современные АСУ согласно государственному стандарту включают оперативный персонал, организационное, информационное, программное и техническое обеспечение. Все компоненты системы находятся в постоянном взаимодействии (рис. 8.4).

Рассматривая АСУ ТП как разновидность системы по преобразованию входной информации в выходную, следует выделить два основных компонента человеко-машинной системы: оперативный персонал и техническое обеспечение. Именно они осуществляют сбор информации об объекте управления, обрабатывают и анализируют ее, формируют управляющие воздействия и реализуют их, определяют выходную информацию системы. Для того чтобы оперативный персонал и техническое обеспечение (комплекс технических средств) могли функционировать в соответствии с принятыми критериями, их необходимо обеспечить соответствующими инструкциями и правилами. Для оперативного персонала эту задачу выполняет организационное обеспечение, для технических средств — программное. Взаимодействие компонентов внутри системы и взаимодействие ее с внешней средой носят информационный характер, так как сводятся к приему и передаче информации в виде разных сигналов, данных, сообщений, текстов и т. п. Такой информационный обмен требует определенных соглашений о принятых формах, смысле и содержании информационных элементов. Совокупность этих соглашений образует еще один компонент системы — информационное обеспечение. Рассмотрим компоненты системы.

Оперативный персонал. К нему относятся операторы-технологи автоматизированного технологического комплекса (АТК) и персонал, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал может работать в контуре управления, используя информацию и рекомендации, подготовленные комплексом технических средств (КТС), и вне его. Последний вариант характерен для более совершенных АСУ ТП, так как за человеком оставлены лишь функции контроля за работой системы, изменения режимов ее работы, вмешательства в случае аварийных ситуаций.

Организационное обеспечение. Этот вид обеспечения включает описание функциональной, технической и организационной структур системы, инструкции и регламенты для работы оперативного персонала системы. Организационное обеспечение за счет правил, предписаний и инструкций должно организовывать четкое взаимодействие оперативного персонала и КТС системы.

Информационное обеспечение. Этот вид обеспечения представляет собой совокупность системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, сигналов, характеризующих состояние АТК, и документов, необходимых для выполнения функций АСУ ТП.

Информация, вводимая в систему автоматически от датчиков и вручную оперативным персоналом с терминалов, подлежит классификации, т. е. систематизации и распределению ее по классификационным группам в соответствии с определенными правилами. Следующей задачей обработки информации является кодирование, т. е. приведение в соответствие каждому информационному сообщению кода — совокупности цифр, букв или цифро-буквенных символов. Цель кодирования — представление информации в сжатой и удобной для обработки форме.

Для реализации функции управления оперативный персонал или КТС получают сигналы из информационной базы. Выходная информация системы выводится через печатающее устройство на мнемосхемы или экраны видеотерминалов — алфавитно-цифровых или графических. Для АСУ ТП пищевых производств основными формами выходных документов являются «Режимный лист», «Оперативный рапорт работы за смену», «Оперативный рапорт работы за сутки», «Сводные показатели работы предприятия». В каждом из перечисленных документов информация выдается в определенных форме, последовательности и объеме в соответствии с заранее запрограммированным документом.


aia - 0102-1

Рис. 8.4. Схема взаимодействия основных компонентов АСУ ТП


Программное обеспечение. Оно представляет собой совокупность программ для реализации на ЭВМ целей и задач системы, обеспечивающих функционирование КТС. Программное обеспечение (ПО) создается на основе использования разных математических методов, моделей и алгоритмов для обработки информации с использованием средств ВТ.

Программное обеспечение включает общее программное обеспечение (системное), поставляемое со средствами ВТ, и специальное. Отдельно выделяют ПО обработки данных. В задачи общего ПО входит обеспечение универсальности применения ЭВМ, высокой производительности ее, адаптивности к изменениям аппаратурных средств и введению новых программ. Специальное программное обеспечение реализует функции конкретной системы.

В настоящее время ПО разрабатывают в виде отдельных, функционально законченных элементов — программных модулей (ПМ). Компоновка ПМ позволяет собрать ПО конкретных систем управления. Модульную структуру ПО АСУ ТП можно проиллюстрировать реализацией информационной функции любой системы, в которую в общем случае входят четыре основных блока:

  • сбор и обработка информации от датчиков, установленных на ТОУ;

  • ввод информации от устройств ручного ввода;

  • расчет технико-экономических показателей системы;

  • представление информации оперативному персоналу.

В свою очередь, блоки состоят из модулей. Например, блок сбора и обработки информации состоит из модулей опроса датчиков, фильтрации сигналов, масштабирования, усреднения и др. Каждый ПМ является описанием логически законченной операции и составной частью пакета программных модулей. В отрасли ведутся работы по организации библиотеки программных модулей, что создаст предпосылки для индустриализации процесса создания программного обеспечения.

Техническое обеспечение. Этот вид обеспечения является совокупностью средств, связанных между собой единством поставленной задачи (автоматизации регистрации, передачи, обработки и отражения информации) и объединенных в единую технологическую цепочку. Комплекс технических средств является материальной основой АСУ ТП. Его состав и структура зависят от объекта управления, перечня автоматизируемых функций и характера задач, решаемых в системе.

В общем случае для реализации информационных и управляющих функций АСУ ТП должна содержать следующие технические средства: ВК и устройства связи с объектом (УСО) - совокупность устройств для получения и преобразования сигналов контроля и управления, коммутации каналов передачи сигналов; традиционные устройства автоматизации -датчики, преобразователи, вторичные приборы, автоматические регуляторы; устройства связи оперативного персонала с техническими средствами АТК-пульты управления, средства отображения информации, средства ручного ввода информации и пр.

Технические средства, используемые для построения системы, должны отвечать следующим требованиям: быть серийной продукцией приборостроительной и других отраслей промышленности; иметь блочно-модульный принцип построения и унифицированные связи между отдельными устройствами; обеспечивать реализацию возможно большего числа функций при наличии полного набора устройств; иметь высокие показатели надежности.

Основой КТС является ВК, представляющий собой набор вычислительных средств, реализующих вычислительный процесс. В настоящее время широко используют управляющие вычислительные комплексы (УВК), построенные на базе системы малых электронных вычислительных машин (CM-ЭВМ), которые имеют высокую производительность, сравнительно небольшие габариты и невысокую стоимость. CM-ЭВМ имеют систему автоматизации первоначальной загрузки и запуска системы, автоматизацию восстановления системы при сбоях, развитые возможности по контролю и диагностике системы. Управляющие вычислительные комплексы CM-ЭВМ имеют широкий набор периферийных устройств и УСО, устройств внутрисистемной связи. Программное обеспечение CM-ЭВМ построено по агрегатно-модульному принципу.


ТЕМА 1.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ


1.3.1. Анализ технологического процесса как объекта управления


Пищевая промышленность объединяет свыше тридцати отраслей народного хозяйства: хлебопекарную, кондитерскую, сахарную, крахмало-паточную, консервную, чайную, табачную, парфюмерно-косметическую, пищеконцентратную и др. Предприятия этих отраслей в ходе разных производственных процессов выпускают широкий ассортимент высококачественных продуктов питания и изделий. Производственные процессы можно рассматривать как набор последовательных технологических операций, связанных с подготовкой сырья, непосредственной его обработкой и получением готовой продукции. Для современных крупных производств, удельный вес которых растет во всех отраслях пищевой промышленности, характерно наличие разнородных процессов, связанных материальными и энергетическими потоками.

На стадии проектирования систем автоматизации производственных процессов технологические объекты управления (ТОУ) требуют тщательного анализа. При этом анализ должен быть системным, предполагающим исследование производственного процесса с точки зрения технического оснащения и технологии, качества сырья и готовой продукции, организации управления процессом. В процессе анализа изучаются технологические процессы конкретного производства, выявляются величины, характеризующие процесс, находятся взаимосвязи между ними.

Текущее состояние ТОУ (рис. 6.1) определяют следующие величины:

входные x1, x2, .... xn, характеризующие качество и количество исходных продуктов (сырья или продукции предыдущего ТП) и энергетических потоков; выходные у1, у2, … уm, характеризующие состояние (температуру,


aia - 0071-1

Рис. 6.1. Технологический процесс как объект управления


aia - 0071-2

Рис. 6.2. Структурные схемы систем автоматизации:

а — децентрализованной; б — централизованной одноуровневой; в — централизованной двухуровневой


расход, давление) и свойства (плотность, вязкость, рН) продукции рассматриваемого процесса; регулирующие воздействия, при помощи которых поддерживается технологический режим.

Результатом анализа ТОУ является определение конкретных задач рациональной структуры системы автоматизации. Наиболее простыми структурами систем автоматизации являются одноуровневые децентрализованные системы (рис. 6.2,а). Такие системы находят применение для производств, в которых ТП функционально не связаны или слабо связаны между собой. В этих системах создаются индивидуальные пункты управления (ПУ) для каждого участка или отделения производства, которые оснащаются всеми необходимыми средствами автоматизации. В них решаются следующие задачи: измерение и контроль технологических величин, сигнализация их предельных значений, поддержание параметров, определяемых технологическим регламентом. В этих системах для ТП одного типа (например, процесса нагревания), несмотря на различия в аппаратурном оформлении и свойствах перерабатываемого продукта, используются типовые решения по автоматизации. Сложность привязки системы автоматизации к конкретному оборудованию заключается в правильном выборе регулируемых величин и точек контроля, обеспечивающих систему необходимой и достаточно точной информацией.

Автоматизация пищевых производств в настоящее время характеризуется разной степенью оснащенности процессов системами автоматизации. Технологические объекты управления — агрегаты, установки, "линии и цехи пищевых предприятий — все чаще оснащают централизованными системами автоматизации (рис. 6.2, б). В этих системах на центральный пункт управления (ЦПУ) выносится вся информация об объекте. Опыт эксплуатации на пищевых предприятиях централизованных систем выявил ряд недостатков такой структуры: снизилась надежность функционирования системы автоматизации из-за невозможности исправления ошибок на ЦПУ; выросли затраты на техническое оснащение ЦПУ и линий связи, что обусловлено концентрацией всей оперативной информации на ЦПУ; усложнилась организация ремонтных и профилактических работ на ЦПУ для предприятий с непрерывным ТП, работающих круглосуточно.

Перечисленные недостатки явились основанием для разработки централизованных двухуровневых систем автоматизации (рис. 6.2, в), в которых ЦПУ дополняет индивидуальные пункты управления, реализующие те же задачи, что и в децентрализованных системах. В ЦПУ (верхний уровень) обрабатывается информация о ТОУ и формируются команды, изменяющие режимы работы отдельных агрегатов ТОУ.

Централизованные системы автоматизации сложных объектов, к которым можно отнести большинство современных пищевых предприятий, получают широкое распространение по мере использования средств вычислительной техники (ВТ) для обработки и анализа больших объемов информации, поступающей на ЦПУ. Концентрация информации о ТОУ на ЦПУ позволяет оперативно использовать ее для реализации оптимального управления объектом, обеспечивающего не только увеличение производительности технологического оборудования, повышение качества выпускаемой продукции, снижение потерь сырья, но и новую организацию управления — оперативный расчет технико-экономических показателей, координацию работы отдельных производственных агрегатов и предприятия в целом. Системы автоматизации, имеющие в структурной схеме средства ВТ, называют автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП).


1.3.2. Состав документации проекта автоматизации.


Состав, объем и содержание проектов автоматизации пищевых предприятий определяют государственные и отраслевые стандарты. Проектные работы ведут в целях подготовки документации для заказа аппаратуры, приборов, щитов и пультов управления, материалов для соединительных линий и дополнительных устройств; обеспечения возможности для выполнения монтажа устройств контроля и управления; определения стоимости этих, устройств и оценки экономического эффекта от их применения.

Проекты систем автоматизации технологических процессов выполняются на основе и в соответствии с заданием на проектирование, составленным заказчиком и согласованным с организацией, которой поручается разработка проекта. Задание на проектирование должно, как правило, содержать следующие основные данные: наименование предприятия и задачу проекта; основание для проектирования; перечень отделений (цехов), агрегатов или установок, охватываемых проектом с указанием особых условий (агрессивности, токсичности, влажности окружающей среды, класса взрыво- и пожароопасности сырья); стадийность проектирования; планируемый уровень капитальных затрат; предложения по централизации управления ТП и структуре управления объектом, по объему и уровню автоматизации; предложения по размещению центральных и местных пунктов управления, щитов и пультов. Для выполнения проекта системы автоматизации ТП запрашиваются исходные материалы: чертежи производственных помещений с расположением технологического оборудования и коммуникаций; технологические схемы с основными техническими и конструктивными характеристиками оборудования и коммуникаций; перечни контролируемых и регулируемых параметров, дистанционно управляемых электроприводов и пр. Проектирование систем автоматизации ведется в две стадии: технический проект и рабочие чертежи. На стадии технического проекта определяются соответствие ТП условиям автоматизации (возможны рекомендации по замене или модернизации оборудования), объем автоматизации, структура системы автоматизации и комплекс технических средств, сметная стоимость.

В техническом проекте разрабатывается следующая документация: схемы автоматизации технологических процессов; планы расположения щитов, пультов и средств ВТ; заявочные ведомости приборов и средств автоматизации, средств ВТ, щитов, пультов, электроаппаратуры, монтажных изделий и прочего; пояснительная записка.

На стадии выполнения рабочих чертежей осуществляют уточнение и детализацию решений. На этой стадии разрабатываются принципиальные электрические и пневматические схемы контроля, автоматического регулирования, управления, сигнализации и питания; общие виды щитов и пультов; монтажные схемы щитов и пультов; схемы внешних электрических и трубных проводок; заказные спецификации приборов, средств автоматизации, средств ВТ, электроаппаратуры, щитов и пультов, кабелей и проводов, монтажных материалов и изделий.

При проектировании систем автоматизации ТП с использованием средств ВТ или создании системы автоматизации для объекта с новой технологией указанным стадиям предшествует проведение научно-исследовательской работы. Для объектов с простым ТП (или при повторном использовании индивидуального проекта) проектирование ведут в одну стадию, называемую технорабочим проектом.

Ввиду того что проектирование систем автоматизации представляет собой сложный и трудоемкий процесс, в котором творческая работа (инженерный анализ, подготовка вариантов решения) сочетается с работой по использованию типовых проектных решений, усилия многих коллективов направлены на решение задач, связанных с разработкой системы автоматического проектирования (САПР) систем автоматизации. При этом под САПР понимается набор вычислительных программ для ЭВМ, обеспечивающих поэтапное решение задач на различных стадиях проектирования. Первым этапом проведения этих работ явилось создание в отраслевых проектных организациях информационно-вычислительной базы, отражающей номенклатуру используемых в отрасли технических средств автоматизации.

В настоящее время нетворческая часть проектирования систем автоматизации в значительной степени формализована и успешно решается с использованием современных средств ВТ: расчет элементов и средств автоматизации, анализ и синтез АСР, оформление части графического и текстового материала проекта. Автоматизация проектирования обеспечивает снижение сроков разработки проектной документации и повышает ее качество.


1.3.3. Схемы автоматизации технологических процессов


Схемы автоматизации технологических процессов (СА ТП) являются основным техническим документом, определяющим оснащение объекта управления средствами автоматизации. При разработке СА ТП решают следующие задачи: получение информации о состоянии ТОУ; контроль, измерение, регистрация и сигнализация параметров процесса и состояния оборудования; регулирование технологических параметров процесса; управление оборудованием; размещение средств автоматизации на щитах, пультах и технологическом оборудовании.

Задачи автоматизации решаются с использованием технических средств, включающих отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу и вспомогательные устройства.

При разработке СА ТП следует руководствоваться следующими принципами:

1) при выборе технических средств автоматизации необходимо учитывать характер ТП, условия пожаро- и взрывоопасности процесса, токсичность и агрессивность окружающей среды; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; дальность передачи сигналов информации от места установки измерительных преобразователей до пунктов контроля и управления; требования к системе управления по надежности, точности и быстродействию;

2) СА ТП должны строиться на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и ВТ; при этом желательно использовать унифицированные системы ГСП, характеризуемые простотой сочетания, взаимозаменяемостью, удобством компоновки на щитах и пультах управления;

3) в случаях, когда системы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются технические задания на разработку новых средств автоматизации (например, датчиков анализа качества пищевых сред);

4) выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (электрическую или пневматическую), определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, требованиями к быстродействию и дальности передачи сигналов информации и управления;

5) количество приборов, аппаратуры сигнализации и управления, устанавливаемых на диспетчерских щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры отвлекает внимание обслуживающего персонала от основных средств автоматизации, определяющих ход ТП, усложняет эксплуатацию установки, увеличивает ее стоимость; /

6) в процессе разработки СА ТП нужно учитывать возможность наращивания функций управления в системе.


1.3.4.Функциональные схемы автоматизации


В верхней части чертежа СА изображают технологическую схему, которая должна давать представление о принципе работы ТОУ. На технологическом оборудовании и коммуникациях показывают отборные устройства, датчики, регулирующую и запорную арматуру, определяя тем самым относительное расположение мест отбора измерительных сигналов и подачи команд управления. Приборы и средства автоматизации на СА изображают в соответствии с ГОСТ 21.404—85 (приложение 1). Стандарт устанавливает два метода построения условных обозначений приборов и средств автоматизации: упрощенный и развернутый.

При упрощенном методе построения приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции, например контроль, регулирование и сигнализацию, и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным обозначением. Устройства, выполняющие вспомогательные функции (фильтры, редукторы, усилители, источники питания, монтажные элементы и пр.), не изображают. При развернутом методе построения каждый прибор или блок изображают отдельным условным обозначением.

Построение условного обозначения прибора иллюстрирует рис. 6.3. В верхней части графического изображения наносят буквенные обозначения измеряемой величины и функциональных признаков прибора, в нижней части — позиционное обозначение прибора или комплекта средств автоматизации. Комплектом называется совокупность средств, предназначенных для измерения, сигнализации или регулирования одного параметра. Все приборы комплекта средств автоматизации обозначаются одним номером, а каждой его составной части (измерительному, регулирующему прибору и другим элементам) присваивается

aia - 0076-1

Рис. 6.3. Принцип построения условного обозначения прибора по ГОСТ 21.404—85


дополнительный цифровой индекс. Полный номер каждого элемента комплекта аппаратуры состоит из двух частей (например, 2-1, 7-2).

Присвоение дополнительных цифровых индексов в комплекте аппаратуры производится в такой последовательности: датчик, измерительный или регулирующий прибор, переключатель и т. д. Позиционное обозначение элемента СА сохраняется за ним во всех материалах проекта. Первая буква в обозначении прибора или устройства (кроме устройств ручного управления) является наименованием измеряемой величины. Буквенные обозначения устройств, предназначенных для ручных операций (кнопка, ключ управления и др.), должны начинаться с буквы Н. Порядок расположения буквенных обозначений функциональных признаков прибора обусловлен последовательностью: 1, R, С, S, А.

На рис. 6.4 в качестве примера приведена СА участка ТП, на котором реализованы АСР температуры и расхода продукта, подаваемого на обработку; АСР давления пара в магистрали; позиционная АСР уровня в накопительной емкости; система управления электроприводом насоса.

При разработке СА ТП принято изображать щиты, и пульты управления в виде прямоугольников в нижней части поля чертежа. В зону этих прямоугольников выносят аппаратуру контроля, регулирования, сигнализации и управления. На участках линий связи элементов одного комплекта указывают предельные рабочие значения измеряемых и регулируемых величин.

Электроаппаратуре (электроизмерительным приборам, сигнальным лампам, кнопкам, ключам управления, звонкам и т. п.), изображаемой в СА ТП, присваивают цифро-буквенные обозначения, принятые на принципиальных электрических схемах (см. п. 6.4). Позиционные обозначения некоторых приборов и средств автоматизации, таких как регуляторы прямого действия, показывающие термометры, манометры, состоят только из порядкового номера (на рис. 6.4 это регулятор давления прямого действия РС(3), прибор для измерения температуры 77(5), сигнальные лампы HL1, HL2, HL3, магнитный пускатель КМ1, кнопки управления SB1 и SB2).

Приборы и средства автоматизации, установленные вне щитов и пультов и не связанные непосредственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике «приборы по месту». Этот прямоугольник изображают над прямоугольником щитов и пультов управления.

В технологической схеме сборник I предназначен для компенсации неравномерностей в подаче продукта на переработку, а сборник II является накопительным. Схемой автоматизации предусмотрено двухпозиционное регулирование уровня в нем. Датчики уровня 1-1 (верхнего) и 1-2 (нижнего) подают сигналы на позиционное регулирующее устройство 1-3, воздействующее на электромагнитный клапан 1-4, управляющий подачей продукта в сборник. Стабилизацию температуры продукта, подаваемого на обработку насосом IV, обеспечивает АСР, включающая датчик 2-1, показывающий и регулирующий прибор 2-2, исполнительный механизм 2-4 и регулирующий орган 2-5, который изменяет подачу теплоносителя в теплообменник III. В АСР предусмотрена возможность управления регулирующим органом посредством панели дистанционного управления 2-3, установленной на щите. В АСР стабилизации расхода продукта сигнал от датчика 4-1,установленного на трубопроводе, через промежуточный преобразователь 4-2 попадает на показывающий самопишущий и регулирующий прибор 4-3. Врассматриваемом контуре величина

aia - 0078-1

Рис. 6.4. Схема автоматизации участка технологического процесса


расхода определяется степенью дросселирования потока, зависящей от степени открытия регулирующего клапана 4-6. Часто на СА рядом с изображением регуляторов дают условное обозначение реализуемого ими закона регулирования. Регуляторами 2-2 и 4-3 реализуется ПИ-закон регулирования.

Тип, марка и основные характеристики используемых в СА ТП средств автоматизации приводятся в спецификации, которая является составной частью текстового материала любого проекта автоматизации. При изображении сложных СА ТП с большим числом средств автоматизации во избежание изломов и пересечения линий связи их обрывают и нумеруют. Нумерация разрывов линий связи выносится на базовые линии, причем со стороны щитовых приборов нумерация дается в возрастающем порядке. Такой метод выполнения СА называют адресным. Его иллюстрирует рис. 6.5.

Топочные газы, образующиеся в камере сгорания II, смешиваются, с потоком отработанного воздуха и поступают в сушильную камеру I, куда также подается дрожжевая суспензия. Поток горячих газов обеспечивает распыление суспензии и высушивание образующихся капель до гранул с требуемой конечной влажностью. Средний размер гранул зависит от соотношения расходов газов и дрожжевой суспензии. Готовый продукт выводится, из сушильной камеры, где он отделяется от отходящих газов

АСА распылительной сушилки включает следующие основные контуры регулирования:

  1. расхода дрожжевой суспензии, поступающей в сушилку (регулятор 1-4); этот контур обеспечивает стабильную производительность установки;


aia - 0079-1


Рис. 6.5. Схема автоматизации струйной распылительной сушилки


2) расхода отработанного воздуха в заданном соотношении с расходом газа (регулятор 2-7); этот контур обеспечивает полноту сгорания газа;

3) температуры отходящих газов (регулятор 3-2), коррелированной с остаточной влажностью сухих дрожжей;

4) расхода отработанного воздуха в заданном соотношении с расходом дрожжевой суспензии (регулятор 4-7) для обеспечения требуемого гранулометрического состава сухих дрожжей.


1.3.5. Принципиальные электрические схемы автоматизации


Принципиальные электрические схемы (ПЭС). Эти схемы определяют состав элементов, входящих в узлы системы автоматизации, отражают связи между ними, способы электропитания приборов и средств автоматизации. Исходным материалом для разработки ПЭС являются СА ТП. ПЭС, в свою очередь, служат основанием для разработки схем соединений (монтажных схем), чертежей фасадов щитов и другой технической документации.

ПЭС выполняют в соответствии с требованиями ГОСТов, которые регламентируют правила выполнения схем, условные графические и буквенные обозначения элементов схем, маркировку участков электрических цепей (приложения 2, 3). Разработку ПЭС ведут в таком порядке: на основе СА формулируют требования к ПЭС и устанавливают последовательность действия ее элементов; каждое из сформулированных требований изображают в виде элементарных цепей; элементарные цепи объединяют в общую схему; производят выбор аппаратуры и расчет электрических параметров отдельных элементов (сопротивлений, обмоток реле, нагрузки контактов и т. п.); проверяют и корректируют схему.

При разработке ПЭС руководствуются следующими соображениями и требованиями:

1) для простоты и наглядности в схемах используется принцип развертки, заключающийся в том, что элементы аппаратов и приборов, действующих в разных цепях, располагают вне зависимости от их конструктивной связи в соответствии с логикой действия схемы;

2) последовательность изображения элементарных электрических цепей должна соответствовать порядку срабатывания отдельных узлов контроля, сигнализации, управления и регулирования;

3) контакты, а также другие переключающие устройства показываются в нормальном положении, т. е. при отсутствии в цепи тока или внешнего механического воздействия;

4) против каждой цепи управления с правой стороны даются лаконичные поясняющие надписи. Надпись каждой цепи отделяется от соседних надписей линиями в местах разделения этих цепей (рис. 6.6);

5) каждому аппарату, используемому в ПЭС, присваивается условное буквенное обозначение, которое распространяется на все его элементы, изображенные на схеме. При использовании в схеме нескольких однотипных элементов к буквенному обозначению добавляется цифровая приставка в виде арабских цифр. Например, при наличии в схеме трех промежуточных реле их обозначения Kl, К2, КЗ;

6) для удобства чтения ПЭС, а также возможности составления по ним другой документации проекта на них производится маркировка цепей. Силовые цепи переменного тока маркируют буквами, обозначающими фазы, и последовательными числами (А, В, С, N, А1 и т. д.); цепи управления, сигнализации, защиты, блокировки и измерения маркируют последовательными числами (рис. 6.7). Участки цепей, разделенные контактами аппаратов, катушками реле, различными коммутирующими устройствами, аппаратурой сигнализации и т. п., имеют разную маркировку. Участки, сходящиеся в одном узле ПЭС, а также проходящие через разъемные контактные соединения, маркируются одинаково.

Содержание ПЭС определяется спецификой производственного процесса, для которого разрабатывается система автоматизации. В ПЭС обязательно должно входить следующее: схема главных (силовых) цепей; элементные схемы управления, регулирования, измерения, сигнализации и электропитания с соответствующими поясняющими надписями; диаграммы работы (включения) контактов ключей и программных устройств; перечень элементов, входящих в ПЭС. Рассмотрим подробнее построение ПЭС на конкретных примерах. Пуск асинхронного электродвигателя (см. рис. 6.7)

aia - 0081-1

Рис. 6.6. ПЭС технологической сигнализации

aia - 0081-2

Рис. 6.7. ПЭС управления нереверсивным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором


производится нажатием кнопки SB2. При этом замыкается цепь питания обмотки магнитного пускателя КМ. При срабатывании пускателя его контакты в силовой цепи включают электродвигатель, а в цепи управления блокируют кнопку SB2. Отключение электродвигателя производится нажатием кнопки SB1, разрывающей цепь питания обмотки пускателя. Защита электродвигателя от перегрузок осуществляется тепловыми реле КK1 и КК2, нагревательные элементы которых включены в две фазы силовой цепи, а контакты — в цепь питания обмотки пускателя. Защита электродвигателя и цепи управления от коротких замыканий осуществляется предохранителями FU. Рубильник SA предназначен для отключения цепей питания и управления при осмотре или ремонте. В трехфазных цепях с заземленной нейтралью питание цепей управления производится фазным напряжением 220 В.

Управление реверсивным асинхронным электродвигателем (рис. 6.8) производится с помощью трех кнопок: SB1 («Стоп»), SB2 («Вперед»), SB3 («Назад»). При нажатии на кнопку SB2 включается магнитный пускатель КМ1, подавая напряжение на электродвигатель. Для изменения направления вращения электродвигателя следует нажать кнопку SB1, а затем кнопку SB3, включающую магнитный пускатель КМ2. В результате переключатся фазы силовой цепи и электродвигатель начнет вращаться в обратном направлении. Использование размыкающих блок-контактов КМ1 и КМ2 исключает возможность одновременного включения обеих обмоток реверсивного магнитного пускателя. Для отключения электродвигателя от питающей сети в цепи предусмотрена установка автоматического выключателя QF, который защищает электродвигатель от перегрузок и коротких замыканий. В цепи управления использовано межфазное напряжение.

При автоматизации ТП используются запорные и регулирующие устройства (шиберы, клапаны, вентили и пр.) с электроприводами, для которых разрабатываются ПЭС. В производственных условиях ручное управление должно быть предусмотрено как из производственного помещения (местное), так и с диспетчерского пункта (дистанционное). На рис. 6.9 изображена схема управления электроприводом регулирующего органа из двух мест. Положение ключа выбора режима управления SA определяет местный (М) и дистанционный (Д) варианты управления. Буквой Н обозначено нейтральное положение ключа. Выбор режима управления осуществляется на пункте управления.

Включение электропривода на открытие осуществляется в местном режиме кнопкой SB3, в дистанционном — кнопкой SB4. Магнитный пускатель КМ1 замыкающими контактами блокирует пусковые кнопки и включает электродвигатель в направлении открытия, а размыкающим контактом разрывает цепь пускателя КМ2. При достижении запорным органом положения «Открыто» пускатель КМ1 отключается переключающим контактом конечного выключателя SQ1, который одновременно подает напряжение на сигнальную лампу HL1 — «Открыто». Для отмены ошибочной команды или остановки запорного органа в промежуточном положении предусмотрены кнопки SB1 и SB2, одна из которых установлена в производственном помещении, другая — на пункте управления. Для закрытия регулирующего органа нажимают кнопки SB5 или SB6, которые включают пускатель КМ2. Работа схемы при закрытии регулирующего органа осуществляется аналогично описанной.

При автоматизации ТП важное значение придается устройствам сигнализации, оповещающим обслуживающий персонал о состоянии ТОУ. В качестве примера рассмотрим схему световой и звуковой технологической сигнализации, используемой при дистанционном или автоматическом управлении (см. рис. 6.6). При замыкании любого из технологических контактов (PI, Р2 или РЗ), срабатывающих, например, при достижении предельного значения температуры, включается соответствующее реле. Оно своими переключающими контактами отключает сигнальную лампу от шины опробования ламп (1) и подключает ее к питающей шине. Замыкающий контакт любого реле (К1, К2 или КЗ) включает звуковой сигнал НА. Для снятия звукового сигнала обслуживающий персонал нажимает кнопку SB1, включающую реле К4, которое самоблокируется и разрывает цепь звукового сигнала. Световая сигнализация сохраняется до возвращения технологического параметра к номинальному значению. Кнопка SB2 служит для проверки исправности сигнальных устройств.

Широкое распространение при автоматизации ТП имеют электрические системы регулирования как дискретного, так и непрерывного действия, построенные на использовании серийно выпускаемых приборов и средств автоматизации. В тех случаях, когда в системах дистанционного контроля или автоматического


aia - 0083-1

Рис. 6.8. ПЭС управления реверсивным асинхронным электродвигателем


aia - 0083-2

Рис. 6.9. ПЭС управления электроприводом регулирующего органа

управления применяются стандартные приборы, пользуются типовыми схемами их включения. При этом измерительные и регулирующие устройства обозначают упрощенно (в виде прямоугольников) с изображением входных и выходных зажимов (клеммников) с их заводской маркировкой (рис. 6.10).


1.3.6.Схемы монтажных соединений


Автоматизация ТП во многих отраслях пищевой промышленности связана с применением пневматических средств автоматизации, которые используются как самостоятельно, так и совместно с электрическими устройствами. Принципиальные пневматические схемы (ППС), так же как и ПЭС, отражают полный набор элементов, входящих в функциональные узлы систем автоматизации. Характерной особенностью средств пневмоавтоматики является совмещение в одном приборе нескольких традиционных функций. Так, вторичный измерительный прибор с встроенной станцией управления (например, ПВ10.2Э) выполняет функции контроля, формирования сигнала задания, ручного дистанционного управления и др. Пневматические средства автоматизации на ППС изображают в виде прямоугольников (без масштаба) с указанием внутри или вблизи»от них условного обозначения и заводского типа устройства. Внутри прямоугольников должны быть указаны но-


aia - 0084-1


Рис. 6.10. ПЭС системы контроля и регулирования


aia - 0085-1


Рис. 6.11. Схема регулирования расхода жидкого продукта: а — схема автоматизации; 6 — ППС


мера присоединительных штуцеров приборов и устройств для подключения импульсных, командных и питающих линий связи. Вспомогательные устройства, такие как фильтры, редукторы, показывающие манометры для контроля давления воздуха, запорная арматура, на ППС показывают только в том случае, если не разрабатывается схема пневмопитания.

В качестве примера на рис. 6.11 представлены схемы регулирования расхода жидкого продукта. В контуре регулирования использовано измерительное сужающее устройство 1-1, мембранный дифманометр с пневмовыходом 1-2, вторичный показывающий прибор системы СТАРТ с встроенной станцией управления 1-3, регулятор системы СТАРТ и пневматический исполнительный механизм 1-5. На ППС изображены две линии пневмопитания (датчика расхода и приборов, смонтированных на щите управления) с полным набором вспомогательных элементов: запорный вентиль (В), фильтр воздуха (Ф), редуктор давления (Р), технический малогабаритный манометр (М). На ППС сохраняются цифровые обозначения основных средств автоматизации.


1.3.7. Щиты и пульты


Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линий связи между ними. Щиты и пульты устанавливают в производственных или специальных щитовых помещениях — диспетчерских операторских пунктах. Основные типы щитов и пультов имеют следующие условные обозначения: щит шкафной с задней дверью ЩШ-ЗД; щит шкафной с задней дверью, открытый с двух сторон, ЩШ-ЗД-02; щит шкафной с задней дверью, открытый с правой стороны, ЩШ-ЗД-ОП; щит шкафной трехсекционный ЩШ-3; щит шкафной трехсекционный, открытый с двух сторон, ЩШ-3-02; щит шкафной малогабаритный ЩШМ; щит панельный с каркасом ЩПК; щит панельный с каркасом, закрытый с правой стороны, ЩПК-ЗП; щит панельный с каркасом двухсекционный ЩПК-2; пульт П; пульт правый П-П; пульт с наклонной приборной приставкой ПНП.

Щиты шкафные и панельные выпускают двух модификаций, различающихся по числу лицевых панелей в одной секции. Щиты исполнения I имеют в каждой секции две лицевые панели, щиты исполнения II — три. При проектировании щитов СА ТП рекомендуется в первую очередь применять щиты исполнения II. Фасадные панели этого исполнения наиболее технологичны в изготовлении благодаря минимальным размерам и применению автоматизированного процесса изготовления.

При проектировании систем автоматизации рекомендуется применять: в производственных помещениях щиты шкафные одиночные и многосекционные с задними дверями, а также малогабаритные; в щитовых помещениях эти же щиты используются для установки аппаратуры при наличии особых условий (например, при установке аппаратуры с открытыми токоведущими частями); в диспетчерских и операторских помещениях щиты панельные с каркасом; в щитовых и производственных помещениях пульты в качестве устройств для размещения аппаратуры управления и сигнализации.

Компоновка приборов и аппаратуры на фасадных панелях щитов выполняется в соответствии с рекомендациями соответствующих руководящих материалов. Поле I (рис. 6.12) фасадной части щитов является декоративным и не предназначено для установки приборов. Поля II и IV предназначены для размещения самопишущих и регистрирующих приборов, а также органов управления. На поле III рекомендуется размещать сигнальную арматуру и малогабаритные показывающие приборы. Для наглядности функций контроля и управления технологическим процессом в ряде случаев на щиты наносят с помощью условных символов мнемоническую схему технологического процесса.

Под приборами и аппаратурой в стандартных рамках выполняют поясняющие надписи. На внутренних плоскостях щитов, дверях малогабаритных щитов размещают электро- и пневмоаппаратуру, изделия для монтажа электрических и трубных проводок.

Основным техническим документом на щиты и пульты управления является чертеж общего вида. Он содержит вид спереди, вид на внутренние плоскости, таблицу надписей, перечень составных частей.




aia - 0087-1

Рис. 6.12. Пример расположения приборов на щите: а — исполнение II: б — исполнение I


Тема 1.4.Технические средства автоматизации


1.4.1. Основные элементы средств измерений


Измерение, т. е. нахождение значения физической величины опытным путем, осуществляется с помощью специальных устройств — средств измерений. Основными видами средств измерений являются измерительные преобразователи и измерительные приборы.

Измерительные преобразователи (датчики) предназначены для получения сигнала измерительной информации, удобной для передачи, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем; измерительные приборы — для получения сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Государственная система промышленных приборов используется в целях наиболее экономически целесообразного решения проблемы обеспечения техническими средствами автоматическим систем контроля, регулирования и управления технологическими процессами для разных отраслей народного хозяйства, в том числе отраслей агропромышленного комплекса. По роду энергии» используемой для питания устройств и формирования сигналов, ГСП подразделяется на следующие ветви: электрическую, пневматическую, гидравлическую, а также ветвь приборов и устройств, работающих без источников вспомогательной энергии.

Унификация сигналов измерительной информации (определяемая соответствующими стандартами) обеспечивает передачу и обмен информацией, дистанционную связь между устройствами управления, передачу результатов измерений от средств получения информации к устройствам контроля и управления, а также управляющих сигналов к исполнительным механизмам в автоматических системах любой сложности.

Из электрических сигналов наибольшее распространение получили унифицированные сигналы постоянного тока и напряжения (0-5 мА; 0-20 мА 0-10 мВ;-10...0...+10 В и др.). Пневматические сигналы связи (0,02-0,1 МПа) нашли достаточно широкое применение в тех производствах, где отсутствуют повышенные требования к инерционности автоматизируемых процессов и где необходимо учитывать пожаро- и взрывоопасность производств. Гидравлические сигналы характеризуются давлением рабочей жидкости 0,2-0,8 МПа.

К первой группе приборов и устройств ГСП относятся первичные измерительные преобразователи (датчики), измерительные приборы и устройства, которые вместе с нормирующими устройствами, формирующими унифицированный сигнал, образуют группу устройств получения измерительной информации. В связи с большим разнообразием контролируемых и измеряемых параметров, а также огромным количеством конструктивных исполнений измерительных устройств номенклатура средств этой группы является самой многочисленной.

Во вторую группу входят различные преобразователи сигналов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, шифраторы и дешифраторы, согласовательные устройства, а также устройства дистанционной передачи, телеизмерения, телесигнализации и телеуправления.

В третью группу устройств, называемую центральной частью ГСП, входят технические средства, предназначенные для формальной и содержательной обработки измерительной информации и формирования управляющих воздействий: анализаторы сигналов, функциональные и операционные преобразователи, логические устройства, запоминающие устройства, автоматические регуляторы, задатчики всех типов, а также управляющие вычислительные машины и устройства, в том числе микропроцессоры, микро- и миниЭВМ и др. В функциональном отношении эта группа устройств является самой сложной, поскольку они реализуют все алгоритмы автоматического регулирования и управления: от простейших задач стабилизации до автоматизации управления предприятиями или даже целыми отраслями.

Устройства четвертой группы (исполнительные устройства) —это электрические, пневматические, гидравлические или комбинированные исполнительные механизмы, усилители мощности, позиционеры и некоторые вспомогательные устройства к ним, а также различные регулирующие органы, которые могут в ряде случаев являться составной частью основного технологического оборудования.

Дальнейшим развитием системы ГСП являются агрегатные комплексы (АК), создаваемые на основе технических средств, входящих в отдельные функциональные группы ГСП, и предназначенные для самостоятельного применения в соответствии с их спецификой.


1.4.2. Измерительные преобразователи и приборы для измерения параметров состояния сред


Измерительные преобразователи и приборы этой группы предназначены для получения измерительной информации о таких физических величинах, как температура, давление, расход, уровень и др., которые характеризуют состояние разных технологических сред (твердых, жидких, газообразных), а также машин и агрегатов и их отдельных элементов, деталей и узлов.

Измерение указанных параметров и представление информации об их значениях и изменениях являются абсолютно необходимыми на всех стадиях протекания любых технологических процессов. Ни один технологический процесс не может управляться ни вручную, ни автоматически без получения такой информации с помощью соответствующих технических средств измерений, основанных на использовании различных методов измерений и способов получения результатов измерений.


1.4.3. Измерение температуры


Температура является одним из важнейших параметров, характеризующих многие процессы пищевой технологии. Для измерения температуры применяется большое количество средств измерения, называемых термометрами.

Термометры расширения. Действие термометров расширения основано на использовании зависимости удельного объема вещества от температуры измеряемой среды, в которую оно помещено.

Жидкостные термометры. Измерение температуры жидкостными термометрами расширения основано на различии коэффициентов объемного расширения материала оболочки термометра и жидкости, заключенной в ней. Оболочка термометров изготовляется из специальных термометрических сортов стекла с малым коэффициентом расширения. Пределы измерения стеклянных термометров от -200 до +750 °С.

Дилатометрические термометры. Принцип действия стержневого дилатометрического термометра (рис. 3.1) основан на использовании разности удлинений трубки 1 и стержня 2 при нагревании вследствие различия коэффициентов линейного расширения их. Движение стержня передается стрелке прибора с помощью механической передачи 3.

Биметаллические термометры. Чувствительный элемент термометра (рис. 3.2) выполнен в виде спиральной или плоской пружины, состоящей из двух пластин из разных металлов, сваренных по всей длине. Внутренняя пластина имеет больший коэффициент линейного расширения, чем внешняя, поэтому при нагревании такая пружина раскручивается, а стрелка перемещается.

Дилатометрическими и биметаллическими термометрами измеряется температура в пределах от -150 до +700 °С (погрешность 1-2,5%).

Манометрические термометры. Принцип действия этих термометров основан на использовании зависимости давления рабочего вещества при постоянном объеме от температуры. В зависимости от заполнителя (рабочего вещества) эти термометры подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные. Устройство всех типов манометрических термометров аналогично.

Прибор (рис. 3.3) состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 6, защищенной металлическим рукавом 7, и манометрической части, заключенной в специальный корпус 5. Вся внутренняя система прибора заполняется рабочим веществом. При нагревании термобаллона увеличивается объем жидкости или повышается давление рабочего вещества внутри замкнутой термосистемы. Эти изменения воспринимаются манометрической трубкой 3, которая через передаточный механизм, состоящий из тяги 4 и сектора 2, воздействует через зубчатое колесо на стрелку прибора.

aia - 0013-1

Рис. 3.1. Стержневой дилатометрический термометр


aia - 0013-2

Рис. 3.2. Биметаллический термометр


aia - 0014-1

Рис. 3.3. Манометрический термометр


Диапазон измерения температуры с помощью манометрических термометров от -120 до +600 °С.

Термоэлектрические термометры. Данные измерительные устройства состоят из термоэлектрического преобразователя температуры (ТПТ), электроизмерительного прибора и соединительных проводов.

В основу измерения температуры термоэлектрическими преобразователями температуры (ТПТ) положен термоэлектрический эффект, который заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если места соединения (спая) нагреты до разной температуры. Цепь, состоящая из двух разнородных проводников, образующих ТПТ (рис. 3.4), состоит из термоэлектродов А и В, места соединения которых - спаи - имеют разную температуру. При нагревании рабочего спая t возникает термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), которая является функцией двух переменных величин: t и to - температуры свободного спая. Чувствительные электроизмерительные приборы, работающие в комплекте с ТПТ, градуируются, как правило, при температуре свободного спая to, равной 0 °С. Для защиты от механических повреждений и воздействия измеряемой среды электроды ТПТ помещают в специальную арматуру (рис. 3.5), которая представляет собой защитную гильзу 1 с головкой 2, служащей для присоединения термоэлектродов 3 и проводов, соединяющих их с электроизмерительным прибором. Электроды термоэлектрических преобразователей

aia - 0015-1

Рис. 3.4. Схема термоэлектрической цепи


должны быть хорошо изолированы во избежание соприкосновения между собой и защитной арматурой. Это осуществляется с помощью бус или трубок 4 из специального фарфора. Для измерения термоЭДС, развиваемой ТПТ, в термоэлектрических термометрах используются различные электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения небольших значений напряжения постоянного тока. Наиболее часто и широко в настоящее время в качестве измерительных приборов в комплектах термоэлектрических термометров применяются милливольтметры и потенциометры.

Милливольтметры. Принцип действия милливольтметров (рис. 3.6) основан на взаимодействии между проводником (рамкой), по которому протекает электрический ток, и магнитным полем постоянного магнита. Рамка 1, выполненная из нескольких сотен последовательных витков тонкой изолированной проволоки (медной, алюминиевой), помещается в магнитное поле постоянного магнита 3. При этом рамка имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, для чего она крепится с помощью специальных кернов и подпятников или подвешивается на растяжках или подвесах (на рисунке не показаны).

Для формирования равномерного радиального магнитного потока служит цилиндрический сердечник 4. При прохождении тока по рамке возникают силы F1 и F2, направленные в разные стороны и стремящиеся повернуть рамку вокруг ее оси. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 2 (нижняя не показана), которые также служат для подвода термоЭДС к рамке.

Потенциометры. В основу работы потенциометров положен


aia - 0015-2

Рис. 3.5. Защитная арматура термоэлектрического преобразователя температуры


aia - 0016-1

Рис. 3.6. Милливольтметр для измерения термоЭДС


нулевой метод измерения электродвижущей силы, развиваемой ТПТ. При этом измеряемая ЭДС уравновешивается (компенсируется) с помощью известного падения напряжения, а результирующий эффект доводится до нуля. В принципиальной упрощенной схеме потенциометра для измерения термоЭДС (рис. 3.7) ток от вспомогательного источника контрольного напряжения Е проходит по цепи, в которую между точками В и С включено переменное сопротивление Rp (реохорд). Реохорд представляет собой калиброванную проволоку длиной L. Разность потенциалов между точкой В и любой промежуточной точкой Д, где находится скользящий контакт - движок реохорда, будет пропорциональна сопротивлению.

Последовательно с ТПТ при помощи переключателя П включается чувствительный милливольтметр НП - нуль-прибор, который является индикатором наличия тока в цепи. Термоэлектрический преобразователь подключается таким образом, что его ток на участке Rвд идет в том же направлении, что и от вспомогательного источника тока. Для измерения термоЭДС движок реохорда перемещается до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не перестанет отклоняться от нуля. Очевидно, в этот момент падение напряжения на сопротивлении Rвд будет равно измеряемой термоЭДС.


aia - 0016-4


Рис. 3.7. Принципиальная схема потенциометра для измерения термоЭДС


Очень широко применяются автоматические электронные потенциометры, предназначенные для измерения температуры и других параметров, преобразованных в напряжение постоянного тока. Структурная схема электронного автоматического потенциометра приведена на рис. 3.8.

Измерение термоЭДС Ех от ТПТ производится путем сравнения ее с падением напряжения на калиброванном реохорде Rp. Компенсационная схема потенциометра состоит из реохорда Rp с ползунком К, электронного усилителя / с преобразователем, преобразующим постоянное напряжение Ех в переменное, реверсивного электродвигателя РД и источника питания Еа. Электродвигатель через редуктор 2 связан с ползунком К и стрелкой показывающей части прибора 3.

Действие компенсационной схемы сводится к автоматическому перемещению ползунка К по реохорду в сторону уменьшения напряжения рассогласования, т. е. разности термоЭДС от ТПТ и падения напряжения на реохорде, подаваемой на электронный усилитель. Это перемещение, производимое с помощью реверсивного электродвигателя РД, происходит до тех пор, пока напряжение рассогласования не станет равным нулю. Таким образом, положение ползунка К на реохорде и связанной с ним стрелки прибора определяет величину термоЭДС и, следовательно, величину измеряемой температуры. Сопротивление R служит для настройки рабочего тока в компенсационной цепи.

Конструкция современных электронных автоматических потенциометров основана на блочно-модульном принципе построения: прибор состоит из отдельных унифицированных блоков и узлов, соединенных между собой проводами через штепсельные разъемы.

Термометры сопротивления. Термометр сопротивления представляет собой измерительное устройство, состоящее из термопреобразователя сопротивления (ТС), электроизмерительного прибора и соединительных проводов.


aia - 0017-1

Рис. 3.8. Структурная схема электронного автоматического потенциометра


Термометры сопротивления широко применяются во всех отраслях пищевой промышленности для измерения температуры в достаточно широком диапазоне (от -260 и ниже и до +1100°С).

Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления основано на использовании зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры.

В настоящее время выпускаются три большие группы стандартных термопреобразователей сопротивления: платиновые, медные и никелевые. Платиновые предназначены для измерения температурыот -260 до +1100° С, медные - от -200 до +200 °С, никелевые - от -60 до +180 °С.

Наружная арматура ТС так же, как и термоэлектрических преобразователей температуры, состоит из защитной гильзы, подвижного или неподвижного штуцера для крепления головки, в которой помещается контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих ТС с измерительным устройством термометра сопротивления.

В качестве измерительных приборов, применяемых в комплекте с ТС, широко используются логометры и уравновешенные мосты. Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста приведена на рис. 3.9.

Структурная схема электронного автоматического моста аналогична схеме автоматического потенциометра. Логометры являются измерительными приборами, показания которых пропорциональны отношению двух электрических величин (обычно сил токов). Подвижная система логометра (рис. 3.10) состоит из двух жестко скрепленных между собой рамок, имеющих сопротивления R1 и R2, расположенных под некоторым углом одна к другой и помещенных в переменный воздушный зазор между полюсными наконечниками постоянного магнита и сердечником. Магнитная индукция между магнитными наконечниками и сердечником неравномерная и имеет наибольшую величину в середине, а наименьшую — у краев наконечников.

Рамки закрепляют с помощью кернов и подпятников, на растяжках или подвесах, что обеспечивает возможность их поворота на некоторый угол. Ток к рамкам подводится по спиральным безмоментным пружинкам, а также через подвесы или растяжки. При изменении сопротивления Rt вследствие изменения температуры через одну из рамок потечет ток большей силы, равенство моментов нарушается и подвижная система поворачивается на угол, пропорциональный изменению температуры. .


1.4.4. Измерение давления


Давление, как параметр, характеризующий состояние различных веществ, определяется отношением силы, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности, к площади этой поверхности. Под абсолютным давлением подразумевается полное давление, которое отсчитывается от абсолютного нуля.

aia - 0019-1

Рис. 3.9. Принципиальная схема уравновешенного моста

aia - 0019-2

Рис. ЗЛО. Принципиальная электрическая схема логометра


Средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации о всех видах давлений, называются манометрами, а манометры для измерения давления разреженного газа — вакуумметрами. Средства для измерения разности двух давлений называются дифференциальными манометрами или дифманометрами.

Жидкостные манометры. Приборы этой группы основаны на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба рабочей жидкости. Они отличаются простотой устройства и эксплуатации, а также высокой точностью измерения, широко применяются в качестве лабораторных и поверочных приборов. Диапазон измерения их невелик.

Деформационные манометры. Принцип действия деформационных манометров основан на использовании деформации чувствительных элементов (мембран, сильфонов, пружин) или развиваемой ими силы под действием измеряемого давления среды и преобразовании ее в пропорциональное перемещение или усилие.

На рис. 3.11 приведена схема устройства мембранного де-

формационного дифманометра с индукционной дистанционной передачей измерительной информации на расстояние. Давление измеряемой среды подводится к прибору по импульсным трубкам. В плюсовой и минусовой камерах дифманометра (т. е. в камерах, к которым подводятся большее и меньшее давления) размещены две одинаковые мембранные коробки 1 и 2, образованные из сваренных между собой гофрированных мембран. Коробки укреплены в разделительной перегородке, которая зажата между крышками корпуса 5. Внутренние полости мембранных коробок заполнены жидкостью

aia - 0020-3


Рис. 3.11. Мембранный деформационный дифманометр с датчиком индукционной дистанционной передачи


и сообщаются через отверстие. С центром верхней мембраны связан сердечник 3 индукционного преобразователя 4, преобразующего перемещение в электрический сигнал, подаваемый на измерительный прибор. При изменении перепада давлений мембранные коробки деформируются, подвижные центры коробок перемещаются и жидкость перетекает из одной коробки в другую. Величина перемещения подвижного центра верхней коробки и соединенного с ним сердечника зависит от параметров коробки и разности давления снаружи и внутри коробки. Деформация мембран продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давлений, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок.

Подобные мембранные дифманометры (типа ДМ) изготовляются на перепады давлений от 1,6 до 630 кПа и рабочее давление среды до 25 МПа. Класс точности приборов 1 —1,5.

В сильфонных манометрах в качестве чувствительных элементов используются сильфоны, представляющие собой тонкостенную металлическую трубку с поперечной гофрировкой. Некоторые типы сильфонов изготовляются с винтовой пружиной, вставляемой внутрь, что несколько расширяет диапазон их применения.

На рис. 3.12 приведена кинематическая схема общепромышленного манометра с одновитковой пружиной. При изменении давления рвх перемещение конца пружины 3 через тягу 5 передается к сектору 1, который вращается на оси 6. Угловое перемещение сектора с помощью зубчатого зацепления вызывает вращение зубчатого колеса (трубки) 2, на оси которого укреплена стрелка отсчетного устройства 4.

Электрические манометры. Эти приборы основаны на использовании зависимостей электрических параметров преобразователей давления от измеряемого давления среды, и в последние годы получили широкое распространение. Действие электрических манометров сопротивления основано на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления. Принцип действия комплекса измерительных преобразователей типа «Сапфир» основан на тензорезистивном эффекте тензорезисторов, наносимых в виде монокристаллической пленки кремния на чувствительные элементы приборов - тензомодули.

Измерительный блок, показанный на рис. 3.13, представляет собой тензомодуль рычажно-мембранного типа 6, помещенный в замкнутую полость основания 8. Последняя заполнена полиметилсилоксановой жидкостью. Тензомодуль отделен от измеряемой среды металлическими


aia - 0021-1

Рис. 3.12. Трубчато-пружинный манометр


aia - 0022-1

Рис. 3.13. Измерительный блок электрического манометра

гофрированными мембранами 1, соединенными между собой штоком 7, который связан с концом рычага тензомодуля. Под действием разности давлений происходит перемещение штока 7, которое вызывает прогиб измерительной мембраны 2 тензомодуля, что ведет к изменению сопротивления тензорезисторов 5, нанесенных на измерительную мембрану.

Электрический сигнал через выводы 3 передается во встроенное электронное устройство 4, с которого он далее передается в линию связи.


1.4.5. Измерение расхода и массы веществ


Расходомеры переменного перепада давления. Для измерения расхода жидкостей, газов и паров, протекающих по трубопроводам, широко используются расходомеры переменного перепада давления. Перепад давления создается с помощью нормализованных сужающих устройств. Наиболее распространенными из них являются диафрагмы.

Диафрагма представляет собой тонкий диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубы в трубопроводе (рис. 3.14). При протекании потока жидкости или газа в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки перед диафрагмой возрастает из-за подпора перед ней. За диафрагмой оно снижается до минимума, затем снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как происходит потеря давления рпот вследствие трения и завихрений.

Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате этого средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление р2 в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством р1. Разность этих давлений (перепад давления Δр = р1—р2) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.

Подключение к сужающему устройству измерительного прибора — дифманометра осуществляется с помощью импульсных трубок 1, 2, подводящих давления и р2 к соответствующим полостям прибора. В общем виде уравнения объемного и массового расходов газов (паров) и жидкостей через диафрагму имеют следующий вид:

aia - 0023-1

где α - коэффициент расхода, зависящий от типа и размера сужающего

устройства и физических свойств потока; ε - поправочный коэффициент расширения, вводимый при измерении расхода газов и паров (для жидкостей ε= 1); d - диаметр сужающего устройства, м; Δр - перепад давлений. Па; ρ - плотность измеряемой среды, кг/м3.

Расходомеры обтекания. Эти устройства основаны на зависимости перемещения тела, находящегося в потоке и воспринимающего динамическое давление струи, от расхода вещества. Наиболее широко применяемыми расходомерами обтекания являются, расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры. Последние применяются для измерения расходов однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по трубопроводам, особенно широко в винодельческом, спиртовом, ликеро-водочном, пиво-безалкогольном и других производствах.

Ротаметр (рис. 3.15) представляет собой длинную коническую трубку1, располагаемую вертикально, вдоль которой перемещается поплавок 2 под действием движущегося снизу вверх потока. Поплавок перемещается до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки не достигнет такого размера, при котором перепад давления по обе стороны поплавка не станет равным расчетному. При этом действующие на поплавок силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода.

Тахометрические расходомеры. Принцип действия этих устройств основан на использовании зависимости скорости движения тел - чувствительных элементов, помещенных в поток, от расхода вещества, протекающего через расходомеры.

В турбинных тахометрических расходомерах чувствительными элементами являются вращающиеся под действием потока жидкости или газа турбины-крыльчатки, располагаемые горизонтально или вертикально. Камерные тахометрические расходомеры представляют собой один или несколько подвижных элементов, отмеривающих или отсекающих при своем движении определенные объемы жидкости или газа.

aia - 0023-2


Рис. 3.14. Схема измерения расхода жидкостей и газов с помощью сужающего устройства:

I - сечение, где еще нет влияния сужающего устройства на поток; II - сечение, где сжатие струи наибольшее


aia - 0023-3

Рис. 3.15. Ротаметр


Электромагнитные (индукционные) расходомеры. Эти устройства предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами удельной электропроводностью не ниже 5-10-2 См/м, протекающих в закрытых и полностью заполненных трубопроводах. Широко применяются в разных отраслях пищевой промышленности. Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходомера (рис. 3.16) состоит из немагнитного участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному участку трубопровода 3 через однородное магнитное поле, создаваемое электромагнитом 2, в жидкости, которую можно представить как движущийся проводник, возникает электродвижущая сила, снимаемая электродами 4. Эта ЭДС прямо пропорциональна средней скорости потока:

aia - 0024-1(3.13)

где В - магнитная индукция в зазоре между полюсами магнита, Т; l - расстояние между электродами, м; υср — средняя скорость движения потока, м/с.

Эта ЭДС представляет собой сигнал, пропорциональный расходу, который поступает на измерительный блок (на рисунке не показан), где он преобразуется в стандартизированный вид и затем подается к измерительному или управляющему устройству.

aia - 0024-2


Рис. 3.16. Измерительный преобразователь электромагнитного расходомера

1.4.6. Измерение уровня


Поплавковые уровнемеры. Существует большое разнообразие типов и модификаций поплавковых уровнемеров и сигнализаторов, различающихся по конструкции, характеру измерения (непрерывное или дискретное), пределам измерения, условиям применения, системе дистанционной передачи и т. п. Принцип их действия основан на использовании перемещения поплавка на поверхности жидкости. Это перемещение механически или с помощью системы дистанционной передачи передается к измерительной части прибора.

В поплавковом уровнемере (рис. 3.17) изменение уровня жидкости определяется по положению поплавка 1. Движение поплавка передается с помощью троса или мерной ленты 2, перекинутой через ролики 3 и 4, на мерный шкив 6, на оси которого укреплена стрелка 5, показывающая по шкале уровень жидкости в резервуаре. Поплавок и трос уравновешиваются контргрузом 7 или пружиной.

Мембранные уровнемеры. Эти средства получили распространение для измерения уровня зерна и других сыпучих исслеживающихся материалов. В мембранном сигнализаторе уровня зерна (рис. 3.18), который крепится к стенке бункера, усилие давления зерна воздействует на гибкую мембрану / из прорезиненной ткани с жестким металлическим диском 2 и перемещает ее, преодолевая усилие пружины 3. Это перемещение приводит к переключению электрических контактов микропереключателя 4, находящегося внутри корпуса 5. Срабатывание контактов должно происходить при высоте слоя зерна над мембраной около 150 мм.

Гидростатические уровнемеры. Принцип их действия основан на измерении давления столба жидкости или' выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость. В пищевой промышленности находят широкое применение буйковые и пьезометрические (барботажные) гидростатические уровнемеры. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на измерении выталкивающей силы, действующей на буек, который погружен в жидкость и удерживается в ней в заданном положении с помощью какой-либо внешней силы. В качестве этой силы используется упругая сила пружины или скручивающейся торсионной трубки.

Пьезометрические гидростатические уровнемеры представляют собой открытую с одного конца измерительную трубку, опускаемую в резервуар с жидкостью, уровень которой измеряется. Через эту трубку продувается воздух, который барботирует через жидкость в виде пузырьков. Давление

воздуха в трубке ρ является мерой уровня жидкости. При этом следует учитывать влияние плотности жидкости р, так как p = ρgH.

Электрические уровнемеры. Изменение уровня в них с помощью чувствительного элемента датчика преобразуется в электрический сигнал, который измеряется каким-либо электроизмерительным прибором. При этом используются электрические свойства среды: электропроводность, диэлектрическая проницаемость и др.


aia - 0025-1

Рис. 3.17. Поплавковый уровнемер


Акустические (ультразвуковые) уровнемеры. Эти приборы основаны на свойстве звуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением. К достоинствам ультразвуковых уровнемеров следует отнести нечувствительность их к изменению свойств измеряемой среды, большой температурный диапазон, высокую надежность.

Радиоизотопные уровнемеры. В этих приборах используется зависимость интенсивности потока ионизирующего излучения, падающего на приемник (детектор) излучения, от положения уровня измеряемой среды.


aia - 0026-1

Рис. 3.18. Мембранный сигнализатор уровня


Измерительные преобразователи и приборы для измерения состава и свойств сред.

В ходе переработки исходных пищевых продуктов и сырья и превращения их в готовые изделия происходит многократное изменение их физико-химических свойств и состава. Измерение параметров, характеризующих состав и свойства пищевых продуктов, позволяет судить о режиме этих процессов непосредственно, так как именно они характеризуют качество продуктов. Поэтому контроль этих параметров является обязательным, а иногда и главным элементом многих систем управления технологическими процессами пищевых производств.

Средства измерений для получения измерительной информации о составе или свойствах анализируемых веществ называются анализаторами.


1.4.7. Измерение плотности жидкостей


Измерения, связанные с анализом состава и свойств веществ, основаны на использовании зависимостей между составом анализируемого вещества (или концентрациями его компонентов) и величинами, характеризующими его физические или физико-химические параметры.

Плотность жидкости является одним из показателей (параметров), характеризующих ее свойства. Плотность — это масса вещества, заключенная в единице объема.

Весовые плотномеры. Эти приборы основаны на измерении массы анализируемой жидкости определенного объема, которая Является функцией ее плотности. Конструктивно они выполняются в виде мерной камеры определенного объема, масса которой измеряется.

Весовой плотномер (рис. 3.19) с U-образной трубкой 2 в качестве чувствительного элемента снабжен пневматическим преобразователем. По U-образной трубке непрерывно протекает анализируемая жидкость, подводимая к ней через специальные безмоментные подводы — гибкие рукава 1 (резиновые трубки, сильфоны и т. п.). Изменение массы чувствительного элемента, пропорциональное изменению плотности жидкости, передается с помощью тяги 3 на левое плечо рычага 4. На правое плечо того же рычага действуют противовес 5 и усилие сильфона обратной связи 6. Перемещение рычага 4 преобразуется в пневматический сигнал с помощью пневмопреобразователя типа сопло - заслонка 7. Этот сигнал поступает к измерительному пневматическому прибору и в сильфон обратной связи 6. При равновесии рычага 4 выходной пневматический сигнал пропорционален плотности анализируемой жидкости. Настройка прибора на необходимый диапазон измерения осуществляется перемещением груза 5.

Поплавковые плотномеры. Приборы основаны на изменении степени погружения поплавка, являющейся функцией плотности анализируемой жидкости. При погружении в жидкость полупогруженного тела (поплавка) согласно закону Архимеда на него будет действовать выталкивающая сила, равная массе вытесненной им жидкости.

В лабораторной и производственной практике широко используются поплавковые приборы, предназначенные для эпизодических измерений, так называемые ареометры. Они могут быть стеклянными или металлическими и самой разнообразной формы. В пищевой промышленности применяется большая группа плотномеров автоматических, использующих поплавковый (ареометрический) принцип измерения.

aia - 0027-1

Рис. 3.19. Весовой плотномер жидкости


В поплавковом плотномере (рис. 3.20) анализируемая жидкость подводится в измерительную камеру / через входной патрубок и отводится через выходной сливной. Поплавок 2, полностью погруженный в жидкость, с помощью штока 3 соединен с торсионной трубкой (пружиной) 4. Усилие, создаваемое на ней, уравновешивает выталкивающую силу поплавка. Торсионная трубка соединена также с сердечником электрического преобразователя 5, к которому подключается измерительный прибор.

Гидростатические плотномеры. Принцип их действия основан на измерении давления столба однородной анализируемой жидкости определенной высоты, пропорционального ее плотности. Эта зависимость выражается следующим уравнением:


aia - 0028-1(3.14)

где p - давление столба жидкости, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - высота столба жидкости, м.

При неизменной высоте столба жидкости Н давление р является мерой ее плотности. Известны гидростатические плотномеры с чувствительными элементами в виде мембран или сильфонов и с продувкой воздухом, называемые пневмометрическими.

Гидростатические пневмометрические плотномеры с продувкой воздухом основаны на принципе, суть которого ясна из схемы, приведенной на рис. 3.21. Через трубку, погруженную открытым концом в анализируемую жидкость на постоянную глубину Н, продувают (барботируют) воздух. К трубке подключен измерительный прибор - чувствительный манометр, давление в котором прямо пропорционально плотности контролируемой жидкости [определяется по формуле (3.14)].Радиоизотопные плотномеры. Измерение плотности различных сред этими плотномерами основано на зависимости степени ослабления ионизирующего излучения, прошедшего через анализируемую среду, от плотности этой среды.

В радиоизотопном плотномере (рис. 3.22) пучок γ - излучения от источника 1 проходит через анализируемую жидкость 2, протекающую по трубопроводу или находящуюся в сосуде, и попадает на приемник излучения (детектор) 3. При изменении плотности жидкости изменяется интенсивность излучения, попадающего на приемник 3. Полученный сигнал далее подается на усилитель 4, а затем и на измерительный прибор 5.


aia - 0028-2

Рис. 3.20. Автоматический поплавковый плотномер


1.4.8. Измерение вязкости жидкостей


Вязкость жидкостей характеризуется динамическим коэффициентом вязкости — величиной, равной отношению силы внутреннего трения, которая действует на поверхности слоя жидкости при градиенте скорости, равном единице, к площади этого слоя. Для измерения вязкости служат вискозиметры.

Капиллярные вискозиметры. Их действие основано на использовании закона Пуазейля для истечения жидкости из капиллярных трубок:

aia - 0029-1(3.15)

где Q - объемный расход жидкости, вытекающей из трубки, м3/с; d - диаметр трубки, м; μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па-с; l - длина трубки, м; Δр — разность давлений между концами трубки, Па.

В капиллярном вискозиметре (рис. 3.23) постоянство значения расхода обеспечивается шестеренным насосом /. Анализируемая жидкость проходит через капиллярную трубку 3 диаметром d и длиной /. Перепад давления между входом и выходом трубки измеряется чувствительным дифманометром 2, отградуированным в единицах вязкости.

aia - 0029-2

Рис. 3.21. Схема пневмометрического измерения плотности жидкости

aia - 0029-3

Рис. 3.22. Радиоизотопный плотномер


Шариковые вискозиметры, а основе принципа их действия лежит теория Стокса, справедливая в применении к движению шариков малого диаметра в жидкостях и заключающаяся в том, что шар, падающий в достаточно вязкой среде, приобретает постоянную скорость движения за сравнительно короткий промежуток времени.

Ротационные вискозиметры. Принцип их действия основан на измерении моментов сопротивления или крутящих моментов, передаваемых анализируемой жидкостью чувствительному элементу, которые являются функцией вязкости жидкости. Чаще других применяются приборы с коаксиальными цилиндрами, вращающимися телами и вращающимися параллельными дисками, погружаемыми в анализируемую жидкость.

Вискозиметр с коаксиальными цилиндрами (рис. 3.24) представляет собой два цилиндра, между которыми помещается анализируемая жидкость. При вращении внешнего цилиндра 2 с постоянной скоростью от электродвигателя 1 жидкость приходит в стационарное вращательное движение и передает момент вращения внутреннему цилиндру 3. Для сохранения этого цилиндра в покое к нему должен быть приложен противоположный по знаку и равный по величине момент силы, создаваемый, как показано на рисунке, грузом 4.


1.4.9. Измерение содержания веществ, растворенных в жидкостях


Анализаторы состава жидкостей представляют собой средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации о количестве вещества или его концентрации, а в некоторых случаях — о сумме компонентов веществ в анализируемой жидкости.

Кондуктометрические приборы. Принцип их действия основан на измерении электропроводности анализируемых растворов. Удельная электропроводность (удельная электрическая проводимость) жидкостей в зависимости от концентрации и природы растворенных в них веществ может изменяться на несколько порядков, от Ю-4 (чистая вода) до 100 См/м (сильные электролиты), что позволяет в ряде случаев просто и с высокой степенью точности контролировать концентрацию компонентов в растворах.

aia - 0030-1

Рис. 3.23. Капиллярный вискозиметр


aia - 0030-2

Рис. 3.24. Ротационный вискозиметр с коаксиальными цилиндрами


Чувствительный элемент этих приборов — измерительная ячейка — состоит из двух электродов, помещаемых в анализируемый раствор на определенном расстоянии один от другого (рис. 3.25). Сопротивление ячейки определяется электропроводностью раствора. При площади электродов S, расстоянии между электродами L и удельной электропроводности раствора σ сопротивление измерительной ячейки (в Ом)

R = L/σ*S = K/σ. (3.16)

Измерение электропроводности может производиться как на постоянном, так и на переменном токе. В настоящее время широкое распространение получают бесконтактные методы измерения электропроводности растворов, которые обеспечивают измерение концентрации сильно загрязненных агрессивных жидкостей, суспензий и коллоидных растворов непосредственно в технологических потоках.

Потенциометрические анализаторы. С помощью этих приборов могут быть измерены концентрация в растворах ионов водорода во всем диапазоне изменения — от самых кислых до самых щелочных сред, ионов разных веществ (Na, К, Са, Mg, Li и др.), а также окислительно-восстановительные потенциалы практически любых сред.

Метод потенциометрического измерения концентрации ионов в растворах основан на измерении разности электрических потенциалов двух специальных электродов, помещаемых в анализируемую среду, причем один из электродов является измерительным, а другой — вспомогательным и в процессе измерения свой потенциал изменять не должен. В качестве измерительных широко распространены стеклянные и сурьмяные электроды, в качестве вспомогательных — каломельные и хлорсеребряные.

Электрическая цепь преобразователя (ячейки) для измерения рН растворов (рис. 3.26) состоит из измерительного стеклянного электрода 1 с вспомогательным внутренним электродом, служащим для создания aia - 0031-1

Рис. 3.25. Схема измерительной ячейки кондуктометра


электрической цепи, и внешнего вспомогательного электрода 2, осуществляющего контакт с контролируемым раствором. При погружении электродов в анализируемый раствор между поверхностью стекла шарика и раствором происходит обмен ионами, в результате чего одновалентные ионы металлов, содержащиеся в электродном стекле, переходят в раствор и замещаются ионами водорода из раствора. Вследствие такого взаимодействия между поверхностью стекла и контролируемым раствором возникает разность потенциалов Ех, обусловленная активностью ионов водорода в растворе. Измеряя потенциал стеклянного электрода, погруженного в анализируемый раствор, можно определить значение рН.

Оптические анализаторы. Эти приборы относятся к классу спектральных анализаторов, в которых значение выходного сигнала измерительной информации зависит от взаимодействия потока излучения с анализируемой жидкостью или от свойств излучения анализируемой жидкости. В оптических приборах, как правило, в качестве измерительных преобразователей оптических величин в электрические применяются различные фотоэлектрические преобразователи.

Рефрактометрический метод анализа жидких сред основан на использовании зависимости показателя преломления света при переходе его из одной среды в другую. В проточном рефрактометре (рис. 3.27) использована дифференциальная измерительная кювета.

Световой поток от источника 1 проходит через коллиматор 2 и направляется на измерительную кювету 3, состоящую из двух частей: одна заполнена эталонной жидкостью, а через другую протекает анализируемый раствор. Пройдя через измерительную кювету, световой поток попадает на блок дифференциального фотоприемника 4, состоящего из двух одинаковых фоторезисторов. Если коэффициенты преломления контролируемой и образцовой жидкостей одинаковы, то и обе половины с фото-приемника освещены одинаково. При этом сигнал разбаланса, подаваемый на электронный усилитель 5, равен нулю. При изменении концентрации анализируемой жидкости меняется коэффициент ее преломления и луч света отклоняется вверх или вниз,

aia - 0032-1

Рис. 3.26. Схема электродной системы для измерения рН растворов


aia - 0032-2

Рис. 3.27. Автоматический рефрактометр


что поведет к изменению освещенности частей фотоприемника. В результате на входе усилителя 5 появляется сигнал разбаланса, который после усиления будет подан к реверсивному электродвигателю 6, изменяющему положение блока фотоприемника до наступления нового состояния равновесия. Одновременно производится перестановка стрелки показывающего или пера записывающего устройства 7.

Известны и также широко используются в пищевой промышленности оптические анализаторы жидкостей: колориметрические, поляризационные, нефелометрические, турбидиметрические и др.


1.4.10. Измерение влажности газов, твердых и сыпучих материалов


Содержание влаги (воды) в воздухе и других газовых средах, а также в твердых, вязкопластичных и сыпучих материалах и продуктах является весьма важной характеристикой, определяющей как протекание многих технологических процессов (сушка, выпечка, обжарка, выпарка и др.), так и качество исходного сырья и готовой пищевой продукции.

Методы измерения влажности газов. Влажность воздуха (газа) — это содержание в нем водяного пара; абсолютная влажность — масса водяного пара, содержащаяся в единице объема влажного или сухого газа; влагосодержание — отношение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объеме. Психрометрический метод измерения влажности основан на использовании зависимости между упругостью водяного пара в газовой среде и показаниями сухого и влажного термометров, помещенных в эту среду.

Простейший психрометр состоит из двух одинаковых жидкостных стеклянных палочных термометров, расположенных рядом. Баллончик с ртутью одного из термометров покрывается тканью, конец которой опускается в резервуар с водой. На основании показаний обоих термометров по соответствующим таблицам определяют влажность воздуха или газа. Психрометрический метод положен в основу построения ряда автоматических промышленных приборов, предназначенных для непрерывного измерения влажности воздуха и газов.

Конденсационный метод измерения влажности газов, или метод точки росы, основан на использовании следующей зависимости:

φ= Еτ / Et, (3.17)

где Еτ - упругость насыщенного пара при температуре точки росы т, Па; Et - упругость насыщенного пара при температуре t, Па.

Зная температуру точки росы т и температуру исследуемого газа t, можно определить его относительную влажность.

В основе сорбционного метода измерения влажности лежит способность некоторых веществ, имеющих пористую структуру, адсорбировать влагу на своей поверхности. В сорбционных электролитических влагомерах влагочувствительный элемент представляет собой жидкую или сухую пленку электролита, наносимую на неэлектропроводную основу (подложку), которая обладает свойством поглощать влагу из окружающей среды до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между давлением водяного пара непосредственно над поверхностью электролита и давлением пара окружающей среды. Сопротивление электролитической пленки чувствительного элемента влагомера изменяется в зависимости от концентрации растворенного вещества и температуры. В качестве электролитов, применяемых в электролитических датчиках, используются водные растворы хлорита лития (LiCl), смесь поваренной и сегнетовой солей и др.

Методы измерения влажности твердых и сыпучих материалов. Средства измерений влажности твердых и сыпучих материалов - влагомеры - широко используются в пищевой промышленности в лабораториях и непосредственно в производственных условиях для контроля и управления технологическими процессами. Для характеристики содержания влаги в твердых и сыпучих материалах применяются, как правило, две величины: влагосодержание U и влажность W, выражаемые в относительных единицах или в процентах.

Влагосодержание — отношение массы влаги М, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала М0:

U=M0. (3.18)

Влажность — отношение массы влаги М, содержащейся в материале, к массе влажного материала Мвл:

W=M/ Мвл =M/(M0 + M). (3.19)

Известно много методов измерения содержания влаги в твердых и сыпучих материалах, которые могут быть подразделены на две большие группы: прямые и косвенные. В основе прямых методов лежит разделение исследуемого вещества или материала на влагу и сухой остаток.

Косвенные методы, получившие самое широкое распространение во влагометрии твердых и сыпучих материалов, основаны на использовании функциональных связей между их физическими свойствами (тепловыми, механическими, электрофизическими и др.) и содержанием в них влаги.

Термогравиметрический метод, называемый также весовым или методом сушки, характеризуется тем, что проба исследуемого вещества или материала подвергается воздушно-тепловому высушиванию до постоянной массы. Метод получил широкое распространение как в лабораторной, так и в производственной практике благодаря высокой точности и простоте аппаратурного оформления. В настоящее время этот метод является единственным образцовым методом измерения влажности твердых и сыпучих материалов, применимым к очень широкому классу материалов.

Электрофизические методы косвенного измерения влажности основаны на зависимости электрофизических свойств исследуемых материалов и веществ (электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и др.) от содержания в них влаги.

Кондуктометрический метод основан на использовании зависимости между влажностью вещества W и его электрической проводимостью ох

aia - 0035-1(3.20)

где σ - электрическая проводимость материала. См; А и k - положительные постоянные коэффициенты, зависящие от природы анализируемого материала и условий измерения.

В качестве измерительных схем для реализации кондуктометрического метода большое распространение получили различного вида омметры и мегомметры — электронные и электромагнитные.

Диэлькометрический метод измерения влажности основан на различии диэлектрической проницаемости твердых материалов, воздуха и воды. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воды является величиной постоянной и близка к 81 (εв≈81), а относительная диэлектрическая проницаемость большинства сухих веществ лежит в пределах 2—10, то даже незначительное изменение влажности вещества вызывает изменение его электрических характеристик, в том числе диэлектрической проницаемости. Для реализации диэлькометрического метода используются влагомеры, состоящие из трех основных частей: высокочастотного генератора, первичного измерительного преобразователя и измерительной схемы (прибора).



1.4.11. Измерение состава газов


В пищевой промышленности газоанализаторы используются для анализа топочных газов при сжигании разных видов топлива, для контроля состава газовых сред в пекарных и сушильных камерах, концентрации диоксида серы, диоксида углерода и других газов, подаваемых в ходе многих технологических процессов виноделия, сахарного производства и др., а также для контроля концентрации предельных значений в пожаро- и взры-опасных пищевых производствах и помещениях, где возможно скопление газов, вредных для здоровья обслуживающего персонала.

В комплект газоаналитических приборов наряду с датчиком и измерителем выходных сигналов входит, как правило, ряд вспомогательных узлов, обеспечивающих нормальную работу устройства в целом. Основными вспомогательными узлами являются приспособления для отбора, очистки, транспортирования и подготовки к анализу проб газовой смеси.

Механические газоанализаторы. К этой группе относятся приборы, основанные на использовании различных химических реакций и связанных с ними изменений объема или давления анализируемой газовой смеси после удаления из нее анализируемого компонента с помощью специальных поглотителей.

Тепловые газоанализаторы. В газоанализаторах этого типа (рис. 3.28) осуществляется измерение относительного изменения теплопроводности анализируемой газовой смеси, сравниваемой с теплопроводностью эталонной смеси известного состава. Такое сравнение осуществляется с помощью измерительного преобразователя — мостовой электрической схемы.

Измерительный мост образован двумя одинаковыми чувствительными элементами (резисторами) Rа и Rэ, выполняющими роль нагревателей и термопреобразователей сопротивления одновременно, и двумя одинаковыми постоянными резисторами R1 и R2. Один из чувствительных элементов Rа помещен в рабочую камеру, через которую непрерывно протекает анализируемая газовая смесь, а второй Rэ - в закрытую сравнительную камеру, заполненную эталонным газом известного состава. Обычно температура нагрева чувствительных элементов Rа и Rэ в термокондуктометрических газоанализаторах составляет 100 - 120 °С.

Если теплопроводность анализируемого и эталонного газов одинакова, нагреваемые в одинаковых условиях резисторы Rа и Rэ будут иметь одинаковую температуру и электрические сопротивления, а следовательно, мост будет находиться в равновесии. При отклонении теплопроводности анализируемой газовой смеси от этого значения мост выйдет из равновесия и в диагонали его появится напряжение разбаланса ΔU, которое служит мерой концентрации определяемого компонента.

Термомагнитные газоанализаторы. Действие этих устройств основано на использовании потока кислородсодержащего газа («термомагнитного ветра»), возникающего в неоднородном магнитном поле при наличии температурного градиента. Принципиальная схема измерительного преобразователя термомагнитного газоанализатора приведена на рис. 3.29.

Через кольцевую камеру, представляющую собой полое кольцо с трубкой (перемычкой), установленной по диаметру этого кольца, протекает анализируемый газ. На перемычку намотана спираль из платиновой проволоки. Спираль состоит из двух секций-резисторов R1 и R2, нагреваемых до температуры 200 - 250 °С от источника электрического тока Е. Платиновые резисторы являются одновременно и нагревательным и чувствительным элементами, включенными в измерительную схему (составленную из резисторов R1 и R2 и постоянных резисторов R3 и R4).

При отсутствии кислорода в анализируемой газовой смеси тот ее объем, который заполняет перемычку, не движется, т. е. термомагнитный ветер отсутствует. При наличии кислорода вследствие взаимодействия его молекул с магнитным полем внутри перемычки образуется конвективный поток газа, направленный вдоль ее оси (на рисунке слева направо). Этот поток охлаждает секцию R1, находящуюся в межполюсном пространстве магнита, и передает часть тепла секции R2. Это вызывает соответствующее изменение их температуры, а следовательно, и электрического сопротивления, что воспринимается измерительным прибором ИП, включенным в диагональ мостовой измерительной схемы.

Оптические газоанализаторы. Эти устройства входят в большую группу различных приборов, основанных на использовании зависимости изменения оптических свойств анализируемой газовой смеси от изменения концентрации определяемого компонента.


aia - 0037-1


Рис. 3.28. Газоанализатор по теплопроводности

aia - 0037-2


Рис. 3.29. Термомагнитный газоанализатор


ТЕМА 1.5.Технические средства для построения систем регулирования и управления


Всякая автоматическая система регулирования (АСР) состоит из совокупности объекта регулирования (ОР), измерительного устройства (ИУ), автоматического регулятора (АР), исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО).


1.5.1. Автоматические регуляторы.


Автоматический регулятор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования сигнала от измерительного устройства в соответствии с заданным алгоритмом (законом) управления и усиления его до значений, необходимых для управления исполнительным механизмом, воздействующим через регулирующий орган на объект управления.

По способу действия АР подразделяются на регуляторы прямого и непрямого (косвенного) действия. В регуляторах прямого действия энергия для их работы поступает от самого объекта автоматизации. В регуляторах непрямого действия энергия к их элементам подводится от внешнего источника, что позволяет развивать достаточно большие динамические усилия при перемещении регулирующих органов и обеспечивает возможность территориального разделения объекта, автоматического регулятора и исполнительного механизма с регулирующим органом. Кроме того, регуляторы косвенного действия обладают более высокими быстродействием и точностью.

По виду подводимой энергии регуляторы подразделяются на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. Одной из основных характеристик регуляторов является закон регулирования (см. п. 5.3.). Современные регуляторы косвенного действия представляют собой устройства, состоящие из нескольких структурных элементов, основными из которых являются многоступенчатые усилители, сумматоры, модуляторы, умножители и другие блоки, с помощью которых обеспечивается построение схем, обусловливающих формирование регулирующего воздействия в соответствии с алгоритмом управления.

Электрические автоматические регуляторы (автоматические регулирующие блоки), структурная схема которых приведена на рис. 4.1, предназначены для формирования выходного сигнала, подаваемого к электрическому исполнительному механизму АСР.

Автоматический регулятор состоит из узла входных цепей 1, к которому подводятся сигналы от измерительных преобразователей. Далее преобразованные сигналы поступают к сумматору 2, к которому также подводится сигнал, сформированный узлом обратной связи 5. Разность между сигналом обратной связи и сигналом от измерительного преобразователя подается к суммирующему усилителю 3 и далее к узлу 4, с помощью которого формируется управляющий сигнал в соответствии с законом регулирования. Настройки вводятся в регулятор при наладке АСР конкретного объекта автоматизации через узел входных цепей 1.

На рис. 4.2. приведена принципиальная схема пневматического регулятора, построенного на основе универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА). При работе регулятора давление рп от измерительного преобразователя, пропорциональное текущему значению регулируемой величины, подается в камеру Г элемента I, который является элементом сравнения. К камере В этого же элемента подведено давление рзд, пропорциональное заданному значению регулируемой величины. Кроме того, в камеру Д подается давление рн, поддерживаемое постоянным с помощью элемента III. Питание этой ветви схемы АР осуществляется от источника через дроссель Д.

Сигнал с выхода элемента I в виде р1 подается на элемент сравнения IV, где он суммируется с сигналом обратной связи рвых, поступающим с выхода усилителя мощности V. Выходной сигнал элемента IV подается в камеру Б элемента II, к камере Д этого же элемента подведено постоянное давление рн от элемента III. Сигнал р2, пропорциональный разности этих двух сигналов, подается к усилителю V и далее через выключающее реле VI — на выход регулятора в линию связи с исполнительным механизмом, а также через линию обратной связи — на вход элемента IV.


aia - 0040-1

Рис. 4.1. Структурная схема автоматического регулятора

aia - 0041-1

Рис. 4.2. Принципиальная схема пневматического регулятора


Выключающее реле VI служит для отключения выходного сигнала регулятора при подаче командного давления рк в камеру А этого элемента, когда необходим переход с автоматического на ручное управление. Настройка регулятора осуществляется регулируемым дросселем Дп элемента IV.


1.5.2. Исполнительные механизмы


Исполнительные механизмы (ИМ), являясь составной частью АСР, предназначены для перемещения регулирующего органа (РО) в соответствии с командой, получаемой от регулятора. При переходе на ручное (дистанционное) управление команда к ИМ подается человеком-оператором с помощью соответствующих органов ручного управления. В зависимости от вида энергии, используемой в ИМ, они подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические.

Электрические ИМ. В автоматике в основном используются электромагнитные и электродвигательные электрические ИМ. Основным узлом электромагнитных ИМ является электромагнит постоянного или переменного тока разных форм и конструкций, обеспечивающих его срабатывание при протекании тока по обмотке управления.

Электродвигательные ИМ являются наиболее распространенными. По характеру движения выходного рабочего звена они подразделяются на однооборотные, у которых выходной вал перемещается по дуге окружности (до 360°); многооборотные, у которых выходной вал вращается (более 360°), и прямоходные, выходное звено (шток) которых перемещается поступательно.

Электродвигательный ИМ (рис. 4.3) состоит из электродвигателя 3 с электромагнитным тормозом 4, блока 5 с конечными выключателями, червячного редуктора 2 и выходного вала редуктора 1, предназначенного для

aia - 0042-1

Рис. 4.3. Электродвигательный исполнительный механизм: а - общий вид; б - электрическая схема включения:


сочленения с регулирующим органом. Пуск электродвигателя в ту или иную сторону вращения обеспечивается включением контактов 1РБ или 2РБ реле автоматического регулятора. При этом через обмотки В или Н реверсивного магнитного пускателя потечет ток и включатся его главные контакты ВО или НО, с помощью которых включается в сеть электродвигатель ЭД. Блок-контакты В1 и H1 служат для шунтирования контактов регулятора. Для отключения электродвигателя при достижении выходным валом редуктора крайних положений предназначены конечные выключатели КВО и КВЗ, зажигая при этом одну из соответствующих сигнальных ламп ЛO или ЛЗ. Кнопка КС служит для аварийного останова электродвигателя.

Пневматические ИМ. Предназначены для работы с пневматическими регуляторами и выпускаются в двух модификациях: мембранные и поршневые. Мембранный исполнительный механизм (рис. 4.4) состоит из следующих основных элементов: корпуса 1 (составлен из двух фланцев), мембраны 2, возвратной пружины 3 и штока 4. Втулка с натяжной гайкой 5 служит для регулирования усилия, развиваемого пружиной.

aia - 0043-1






Рис. 4.4. Мембранный исполнительный механизм


При подаче давления от пневматического регулятора в надмембранную плоскость мембрана 2 прогибается вниз, тем самым перемещая шток 4, сочлененный с регулирующим органом. Противодействующее усилие и возврат штока в исходное положение при отсутствии давления в надмембранной полости осуществляются с помощью пружины 3.

В поршневых ИМ перестановочное усилие создается давлением рабочей среды в поршневых полостях.

Гидравлические ИМ. В них используется энергия рабочей жидкости под давлением. Эти механизмы применяют в АСР, если необходимы значительные усилия для перемещения регулирующего органа.


1.5.3. Регулирующие органы


Регулирующие органы (РО) предназначены для изменения расхода материальных или энергетических потоков в объект регулирования. Регулирующие органы разделяются на дроссельные, объемные и скоростные.

Дроссельные РО. Эти механизмы обеспечивают изменение расхода среды путем изменения скорости и площади живого сечения потока при прохождении его через дросселирующее

устройство, гидравлическое сопротивление которого является переменной величиной. Применяются они в основном для изменения расхода жидкостей, газа и пара, транспортируемых по трубопроводам. Основными типами дроссельных РО являются регулирующие клапаны, шиберы и заслонки.

На рис. 4.5 приведена схема односедельного регулирующего клапана, состоящего из корпуса 7 с седлом /, штока 4 с затвором 3, имеющего запорную (профильную) поверхность 2, а также из сальника 6 с поджимным фланцем 5. Изменение пропускной способности клапана осуществляется путем перемещения затвора 3 вдоль оси прохода седла клапана.

Шиберы или задвижки представляют собой прямоугольную или фигурную пластину, которая перемещается перпендикулярно оси трубопровода и изменяет его проходное сечение. Заслонки выполняются в виде лопастей, помещаемых в регулируемом потоке в трубопроводе. Изменение живого сечения потока среды осуществляется поворотом лопасти заслонок от ИМ.Объемные РО. Представляют собой устройства с насосами объемного дозирования, а также объемные (камерные) питатели, отмеривающие или отсекающие при своем движении определенные объемы жидкости, газа или сыпучих продуктов.Скоростные РО. Используются в основном для дозирования сыпучих материалов и продуктов, представляют собой тарельчатые или ленточные питатели, в которых регулирование расхода происходит путем изменения скорости движения ленты или вращающейся тарелки питателя или частоты вращения электропривода.




aia - 0043-2

Рис. 4.5. Односедельный регулирующий клапан


1.5.4. Микропроцессорные технические средства


Одним из перспективных направлений развития технических средств автоматизации является использование микропроцессорных больших интегральных схем (МП БИС) или просто микропроцессоров (МП), применение которых дает возможность изменять алгоритм обработки данных посредством программирования. Наряду с этим важнейшим результатом использования в технических средствах автоматизации микроминиатюрных больших интегральных схем (БИС) является возможность создавать электронные схемы и конструкции с высоким быстродействием и повышенной надежностью, низкой стоимости и энергоемкости.

На рис. 4.6 приведена структурная схема универсального микропроцессора.

Ядром микропроцессора является арифметическо-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения по командам от устройства управления (УУ) нескольких простейших операций: сложение, вычитание, сдвиг, пересылка, логическое сложение (ИЛИ), логическое умножение (И), сложение по модулю 2.

Устройство управления (УУ) руководит работой АЛУ и внутренних регистров (BP), которые служат для ввода, хранения и вывода двоичной информации, а также для сдвига двоичного числа. По сигналам УУ осуществляется выборка каждой новой, очередной команды.

Блок внутренних регистров (BP) служит внутренней памятью микропроцессора, расширяет возможности АЛУ и используется для временного хранения данных и команд, а также выполняет некоторые процедуры обработки информации. Отдельные части микропроцессора соединяются между собой с помощью внутренней шины данных, являющейся группой линий передачи информации.

Внешние связи микропроцессора осуществляются с помощью внешних шин: управления (ШУ), данных (ШД) и адреса (ША). Процедура обработки данных, выполняемая программно-управляемым микропроцессором, определяется программой, т. е. совокупностью команд, имеющих свой код операции и адрес.


aia - 0046-1

Рис. 4.6. Структурная схема универсального микропроцессора


Микропроцессоры могут встраиваться непосредственно в приборы, датчики, преобразователи, автоматические регулирующие устройства, машины, элементы технологического оборудования и др. объекты, работой которых они управляют. При этом они могут объединяться в единые централизованные системы под управлением центрального (главного) МП, что обеспечивает их координированное функционирование.

Микропроцессоры используются при автоматизации как самостоятельные технические средства или их элементы, так и в микроЭВМ, представляющих собой конструктивно законченные вычислительные устройства, которые построены на основе МП БИС в отдельном корпусе, и имеющих свои источники питания, пульты управления, узлы ввода-вывода информации (сигналов), что позволяет использовать их в качестве автономных, независимо работающих устройств со своим программным обеспечением.

На практике также применяются функциональные блоки, содержащие МП БИС и оформленные конструктивно в виде отдельных плат. Такие блоки выполняют роль микроЭВМ, встраиваемой в технические средства автоматизации, и называются микроконтроллерами.

Отечественной промышленностью освоено серийное производство регулирующих микропроцессорных контроллеров-типа ремиконт и ломиконт. На рис. 4.7 приведена структурная схема ремиконта, предназначенного для автоматического регулирования самых разнообразных технологических процессов в разных отраслях промышленности. Он содержит процессор, постоянную и оперативную память (ПЗУ и ОЗУ), устройства ввода-вывода информации (УСО) и устройство связи с оператором. Эти элементы объединены внутренней параллельной шиной и образуют физическую структуру контроллера ремиконт.

Ремиконт формирует заданный закон регулирования,' выполняет суммирование, дифференцирование, селектирование,

aia - 0047-1

Рис. 4.7. Структурная схема ремиконта


переключение и др. преобразования аналоговых сигналов, а также обрабатывает и формирует дискретные сигналы управления. При этом реализуемые им алгоритмы управления могут задаваться и изменяться оператором непосредственно на месте эксплуатации. С помощью ремиконта возможна организация программного, каскадного, многосвязанного и других видов управления технологическими процессами.

Ремиконт является многоканальным устройством, заменяющим несколько десятков аналоговых приборов и регуляторов. Для настройки ремиконта используется специальная панель, клавиши и индикаторы которой обозначены терминами, привычными для специалистов. Ремиконт снабжен также средствами информационного контроля за ходом автоматизируемого процесса и диагностическими индикаторами вида «норма», «больше», «меньше» и т. п., которые помогают обнаруживать и ликвидировать возможные отклонения и неисправности.

Одним из важнейших элементов использования микропроцессорного контроллера при автоматизации технологических процессов является программное обеспечение, которое основывается на алгоритмах. Алгоритмы управления, в свою очередь, разрабатываются на базе методов теории автоматического регулирования и управления, методов оптимизации.

Программное обеспечение контроллера включает программу диспетчера, рабочие программы, программу обслуживания пульта оператора и диагностическую программу. Программа диспетчера служит для координации процесса вычислений в режиме реального времени, а также управляет выполнением других программ. Рабочие программы выполнены в виде блоков, каждый из которых реализует один из алгоритмов управления. Набор таких алгоритмических блоков образует библиотеку рабочих программ. С помощью программы обслуживания пульта оператора обеспечивается выполнение приказов, поступающих от оператора. Диагностическая программа контролирует правильность работы всех устройств и узлов МПК.

Микропроцессорные технические средства получают все большее распространение не только как АР, но и как элементы других групп технических средств, и в первую очередь в измерительных устройствах — измерительных преобразователях (датчиках) и измерительных приборах, где они могут использоваться для повышения точности измерений, проведения вычислительных операций, введения корректирующих показателей и т. п.


РАЗДЕЛ 2.СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

ТЕМА 2.1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ХЛЕБОПЕКАРНОГО И МАКАРОННОГО ПРОИЗВОДСТВ


2.1.1. Процессы хлебопекарного и макаронного производств как объекты автоматизации


Современные предприятия хлебопекарной и макаронной подотраслей представляют собой крупные производства, оснащенные высокомеханизированными и автоматизированными поточными линиями и агрегатами, средствами автоматического контроля и управления процессами, суточной мощностью 15-100 т готовой продукции. Характерной особенностью этих производств является сочетание предприятий разного уровня производительности: крупных, средних, даже небольших, что позволяет оптимально решать важные задачи рационального размещения производств.

В больших городах страны суточная мощность хлебозаводов достигает 300-400 т. На крупных предприятиях за счет рационального использования оборудования, лучшей организации труда и производства обеспечиваются высокие производственные и экономические показатели работы, снижение расхода сырья, материалов и топлива, создаются условия для специализации и комбинирования производства, внедрения поточных методов. Вместе с тем еще имеется немало мелких предприятий, на которых преобладают немеханизированные операции и автоматически неконтролируемые параметры ТП.

Хлебопекарному и макаронному производствам свойственна выработка многих или нескольких видов основной продукции из разнообразного по своим свойствам и составу сырья, осуществляемая на комплексно-механизированных и автоматизированных линиях, агрегатах. Выпускаемая продукция является штучной. Каждая поточная линия комплектуется оборудованием, позволяющим реализовать объединение всех операций процесса, начиная от приготовления теста и кончая выходом готовой продукции из печи (сушилки).

Процессы приготовления хлеба и макаронных изделий во многом схожи по ряду составляющих стадий и операций, используют подобное сырье и во многом однотипное оборудование. На современном хлебозаводе и макаронной фабрике различают три основные стадии производства: мучной склад и отделение для хранения и подготовки дополнительного сырья; основное хлебопекарное (макаронное) производство; склад готовой продукции, хлебохранилище и экспедиция.

Как правило, при автоматизации выделяют следующие участки: бестарного хранения муки; приготовления раствора и хранения жидкого сырья; приготовления и разделки теста; выпечки (сушки); склад готовой продукции, хлебохранилище и экспедиция; подготовки и обеспечения производства (отопление, вентиляция, водо- и холодоснабжение, котельная и др.).

Отдельный технологический участок производственного процесса этих производств может рассматриваться как самостоятельный объект управления (ОУ). Замес и брожение теста, разделка, расстойка его, выпечка хлеба, производство и сушка макаронных изделий осуществляются на специализированных или универсальных поточных линиях, которые размещаются в производственном цеху. Установки для бестарного хранения и транспортировки муки, устройства для ее просеивания и взвешивания территориально располагаются по соседству с помещениями для подготовки дополнительного сырья (солевого и сахарного растворов, жира, дрожжей, опары, закваски и т. д.).

На хлебозаводах и макаронных фабриках удовлетворительно подготовлены к автоматизации, как правило, только основные участки технологических линий. В то же время имеется большое число неавтоматизированных вспомогательных операций, требующих использования тяжелого и монотонного неквалифицированного труда.

Конкретные задачи и состав операций по автоматизации процессов производства хлеба и макаронных изделий во многом определяются особенностями объекта управления и могут быть представлены в следующем виде.

Автоматизация хлебопекарного и макаронного производств реализуется путем использования систем двух видов: автоматических систем регулирования (АСР) и автоматизированных систем управления (АСУ). Степень автоматизации хлебозаводов и макаронных фабрик обусловлена характером требуемых функций и уровнем механизации производства.

Современное состояние хлебопекарного и макаронного производств как объектов автоматизации представляет, как правило, автоматизацию их в виде простых локальных систем автоматического контроля и управления, сигнализации и блокировки. В последнее время на предприятиях отрасли находят все большее распространение АСУ с использованием управляющих вычислительных комплексов (УВК), мини- и микроЭВМ, средств микропроцессорной техники.

На ход процессов производства хлеба и макаронных изделий влияют качество сырья, технические характеристики оборудования, степень механизации и автоматизации производства, ассортимент выпускаемой продукции. Эффективность производства в этих условиях может быть повышена за счет специализации линий, обеспечивающих выпуск однотипной продукции в заданном ассортименте. В то же время рост эффективности автоматизации за счет специализации производства имеет определенные ограничения, связанные с настройкой линий и агрегатов на выпуск сугубо однотипных изделий. Такой подход к автоматизации рационален для существующего этапа автоматизации хлебопекарных производств на базе комплексно-механизированных участков, цехов и агрегатов. В дальнейшем требования перестройки ассортимента выпускаемой продукции в ограниченной по объему серии поставят перед отраслью задачи по внедрению элементов гибкой технологии, программируемого технологического оборудования и новых принципов организации производства, базирующихся на применении гибких автоматизированных производств. /

Повышение экономической эффективности хлебопекарного и макаронного производств, производительности труда и качества выпускаемой продукции невозможно без внедрения прогрессивной технологии. Широкое распространение на хлебозаводах страны находят прогрессивные непрерывные технологические схемы, обеспечивающие в условиях поточно-массового производства хлебобулочных изделий достаточно полное решение задач механизации и автоматизации процесса приготовления теста.

В хлебопекарной промышленности в настоящее время применяются два основных способа приготовления теста из пшеничной муки: опарный и безопарный. Наиболее распространен опарный способ производства хлеба из пшеничной муки, характеризующийся технологической гибкостью процесса и высоким качеством готовой продукции.

В последнее время практическое применение получили следующие приемы, позволяющие значительно сократить процесс тестоприготовления: интенсификация процесса путем внесения в тесто улучшителей, сокращающих продолжительность его созревания; изменение реологических свойств теста в зависимости от степени механического воздействия на него в процессе замеса; интенсификация замеса теста путем сочетания первых двух приемов. Интенсивная механическая обработка теста в машинах как периодического, так и непрерывного действия приводит к сокращению продолжительности брожения, снижению затрат сухих веществ на брожение и повышению качества хлеба.

На макаронных предприятиях вырабатывают продукцию двух основных типов: длинные и короткие макаронные изделия. Наибольшее распространение получили прогрессивные технологические схемы производства длинных изделий с сушкой в подвесном состоянии, осуществляемые на автоматических поточных линиях. Этот способ производства макаронных изделий обеспечивает высокое качество продукции, но имеет ограничения по диаметру макарон.

При производстве коротких макаронных изделий находят все большее распространение технологические схемы, реализованные на автоматических поточных линиях, которые по сравнению с комплексно-механизированными линиями позволяют вырабатывать изделия более высокого качества за счет использования трех последовательных этапов сушки — подсушки, предварительной и окончательной сушки.

Качество хлеба и макаронных изделий удается повысить не только за счет совершенствования технологии, но и в сочетании с внедрением на хлебозаводах комплексной механизации и автоматизации технологических процессов.


2.1.2. Система автоматизации хранения и внутрипроизводственной транспортировки сырья


Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ и транспортных операций на хлебозаводах и макаронных фабриках эффективно решается путем бестарной перевозки и хранения муки и другого дополнительного сырья. Хранение муки на современном предприятии осуществляется в складах бестарного хранения, а транспортировка из склада в производство — в основном при помощи аэрозольтранспорта.

Бесперебойное снабжение производства основным видом сырья — мукой заданного сорта — требует автоматизации приема муки на склад и выдачи ее в производство. В зависимости от степени подготовленности предприятия к автоматизации (мощности, технической вооруженности, наличия службы КИП) возможны разные уровни автоматизации в складе бестарного хранения муки.

Часто при работе складов бестарного хранения муки и ее пневмотранспортировании встречаются случаи прекращения истечения муки из бункера в питатель материалопровода вследствие сводообразования. Это явление обусловлено неоднородностью физико-механических свойств муки (таких, например, как угол естественного откоса, коэффициент внутреннего трения и т. д.), связанных в первую очередь с изменениями влажности, температуры, дисперсности, сорта муки, а также условиями и продолжительностью ее хранения. Для восстановления требуемой подвижности массы, муки в бункере необходимо разрушить своды, для чего разработаны системы автоматического обрушивания сводов с применением различных побудителей, например вибраторов.

Для получения информации о массе муки, находящейся в бункерах, используют разные системы тензометрического взвешивания, состоящие из тензопреобразователей, встраиваемых непосредственно в опоры или под опоры бункера муки, и вторичных приборов. Для учета числа партий муки, поступающей в производство, используются электромагнитные счетчики импульсов, которые регистрируют число отвесов, производимых автоматическими весами при загрузке каждого бункера.

Предельные уровни муки в бункерах контролируются электронными сигнализаторами. Измерение уровня муки в производственных бункерах осуществляется электронными измерителями уровня. В последнее время на хлебозаводах внедряются ультразвуковые и электромеханические индикаторы уровня.

Система автоматизации приема муки из автомуковозов в емкости для бестарного хранения и внутрипроизводственной транспортировки муки аэрозольтранспортом (рис. 9.1) позволяет реализовать следующие режимы: дистанционное управление приемом муки из автомуковозов в складские емкости и автоматическое управление выдачей муки в производство.ava_0112

Рис. 9.1. Система автоматизации приема и внутрипроизводственной транспортировки муки аэрозольтранспортом


Система автоматизации приема муки и пневмотранспортирования ее в производственные бункера обеспечивает непрерывное измерение уровня муки и контроль предельных значений (максимального и минимального уровней) в силосах и производственных бункерах; защиту от завалов муки (контроль давления воздуха в магистрали перед питателем); управление подачей воздуха на аэрацию силосов и обрушивание сводов в промежуточных бункерах; предпусковую, рабочую и аварийную звуковую и световую сигнализацию работы механизмов.

Мука автомуковозом доставляется на предприятие. Прием муки на склад осуществляется с использованием дистанционного и местного режимов работы. В дистанционном режиме работы операцией по приему муки из автомуковоза управляет оператор со щита управления. Автомуковоз, снабженный компрессорной установкой, подсоединяется при помощи шланга к приемному щитку склада VII. При подключении автомуковоза к материало-проводу замыкается контакт конечного выключателя 2-1 и загорается табло HL2: «Автомуковоз подсоединен». Шофер автомуковоза сообщает оператору сведения о сорте и качестве прибывшей муки. Оператор на основании данной информации выбирает для загрузки соответствующий силос I, набирает маршрут поступления муки при помощи вентилей материалопроводов 5-1, устанавливая их в положение «На проход». Сигнализация работы вентилей осуществляется загоранием ламп HL8.

Проконтролировав по светящимся лампам правильность набранного маршрута, оператор нажимает кнопку 2-4 «Начать разгрузку автомуковоза». Загорается табло HL3 на приемном щитке, и звенит звонок 2-2. По этому сигналу шофер нажимает кнопку 2-3 включения компрессорной установки автомуковоза на щитке приема. На щите управления загорается табло «Идет разгрузка» HL5. Момент окончания разгрузки автомуковрза определяется по падению давления воздуха в его цистерне. В момент достижения мукой верхнего уровня 3-1 в силосе / на щите управления включается лампа HL7. На щитке приема загорается табло HL4 «Прекратить разгрузку», и выключается звуковая сигнализация. При этом табло «Начать разгрузку» HL3 гаснет. Получив команду, шофер перекрывает кран разгрузочного устройства автомуковоза, и материалопровод в течение 10—20 с продувается воздухом работающего компрессора. Останов компрессора осуществляется нажатием кнопки «Стоп» на приемном щите 2-3.

Работа системы при управлении процессом выдачи муки в производство может осуществляться в двух режимах: дистанционном и местном. Выбор режима оператором производится ключом 1-1 на щите управления.

При работе в дистанционном режиме оператор выбирает просеивательную линию, к которой подключает тот или иной производственный бункер. Силосы склада бестарного хранения муки / включают на опорожнение. Для этой цели силосы в нижней части имеют аэрируемые днища, к которым из вентилятора по трубопроводу через клапан 8-1 нагнетается сжатый воздух. Отсюда мука шнеком подается в шлюзовой питатель VII системы пневмотранспортирования ее в производство. Для этого в шлюзовой питатель также поступает сжатый воздух из воздуходувки 10.

Просеивательная линия включает надсепараторный бункер II, магнитный сепаратор, просеиватель III, автоматические весы, питатель IV, рукавный фильтр V, вентилятор и систему воздухопровода и транспортирования. При срабатывании датчика нижнего уровня муки 13-1 в надсепараторном бункере II переключатель материалопровода заполняемого бункера 22-1 автоматически установится в положение «Заполнение», а все остальные — «На проход». После открытия электромагнитного вентиля 15-1 подачи сжатого воздуха к питателю просеивателя мука, аэрированная сжатым воздухом, из шлюзового питателя по трубопроводу поступает в воздухоохладители и далее в просеиватель III. Отработанный воздух через матерчатый фильтр уходит в атмосферу. Если давление сжатого воздуха перед питателем снижается (19-1), сигнализируя об освобождении материалопровода, включается электродвигатель 16 питателя соответствующей маршруту просеивательной линии. Далее включаются электропривод просеивателя III и вентиль 23-1 подачи воздуха на обрушивание сводов в надсепараторных бункерах II, открываются вентили подачи воздуха к подсилосным питателям выбранных силосов и происходит пуск питателей.

Просеянная мука проходит через автоматические весы, попадает в материалопровод и транспортируется к расходным производственным бункерам с помощью поворотного клапана 21-1. После этого включаются вентилятор 17 и привод встряхивающего фильтра V в линии аэрации.

При заполнении бункера мукой до верхнего уровня приводы питателя складского силоса и просеивателя автоматически останавливаются. Через открытые вентили подачи воздуха к питателям осуществляется продувка материалопровода. По окончании продувки включаются встряхивающие фильтры силосов и надсепараторного бункера II. В схеме предусмотрены аварийная остановка механизмов, звуковая и световая сигнализация при завалах материалопровода.


2.1.3. Системы автоматизации тестоприготовления


Процесс тестоприготовления является одним из основных и наиболее продолжительным этапом, во многом предопределяющим качество будущего хлеба. К основным операциям, качество выполнения которых значительно влияет на технологические свойства теста, относят дозирование сырья и полуфабрикатов, их смешивание и замес, а также брожение. Все тестоприготови-тельные агрегаты, эксплуатируемые в настоящее время в отрасли, в зависимости от применяемой технологической схемы и конструкции оборудования подразделяются на агрегаты непрерывного и порционного (периодического) действия.

Процесс непрерывного приготовления теста характеризуется жестко фиксированной последовательностью технологических операций, исключающей возможность их повторения в целях исправления дефектов продукта. При непрерывном замесе корректировка влажности теста путем подрегулировки дозатора одного из компонентов, как в тестомесильных машинах дискретного действия, невозможна. Указанные специфические особенности непрерывного тестоприготовления влияют на показатели замеса. Стабилизация качественных показателей теста при непрерывном тестоприготовлении может быть достигнута совершенствованием технических характеристик и эксплуатационной стабильностью оборудования, позволяющим полностью автоматизировать процесс.

В процессе непрерывного замеса можно выделить три источника ошибок, приводящих к отклонению качественных показателей теста: погрешность работы дозирующего оборудования, колебания качества муки, поступающей в производство, несоблюдение условий проведения замеса. Компоненты, подаваемые в смеситель, дозируются весовыми дозаторами непрерывного действия. Погрешности дозирования изменяют соотношение компонентов, предусмотренное рецептурой, и вызывают изменение качественных показателей теста.

Мука, поступающая на хлебозавод в течение суток с одного мелькомбината, по своим хлебопекарным свойствам в основном достаточно однородна. Однако в отдельных случах даже при доставке муки за сутки наблюдаются значительные колебания в ее хлебопекарных свойствах. В общем случае хлебопекарные свойства муки изменяются в течение 3-5 сут.

К условиям проведения замеса теста можно отнести такие факторы, как колебания температуры и влажности окружающей среды, концентрация и влажность компонентов теста, частота вращения рабочих органов, продолжительность замеса и степень механической обработки теста в машине и ряд других характеристик тестомесильного оборудования.

Входными (управляющими) переменными замеса теста являются расходы компонентов (муки, опары, соли, сахара, жира),

подаваемых соответствующими дозаторами. Выходными (управляемыми) переменными могут быть выход теста, влажность, вязкость, температура, кислотность теста и др. Это наиболее важные показатели процесса, рекомендуемые технологическими инструкциями!

Спецификой интенсивного замеса теста является зависимость ряда показателей процесса от степени механической обработки теста, которая характеризуется удельным расходом энергии и продолжительностью замеса. Удельный расход энергии может быть определен при интегрировании мощности, потребляемой электродвигателем тестомесильной машины в процессе замеса, отнесенной к массе обрабатываемого теста.

Агрегат (рис. 9.2) производительностью 650—1250 кг/ч предназначен для выработки массовых сортов хлеба из пшеничной муки I, II и высшего сортов. Приготовление опары (I фаза) производится в установке V непрерывным способом (рис. 9.2, а). Мука (30—35 % общего количества) на замес опары подается автоматическим дозатором IV в смеситель непрерывного действия III, где непрерывно смешивается с дрожжевым молоком и водой. Дозирование воды и дрожжевого молока осуществляется двух-компонентной дрожжевой станцией II. Поддержание заданной температуры воды обеспечивается темперирующим устройством I путем смешивания холодной и горячей воды (вентили 11-3, 11-4). Из смесителя смесь самотеком поступает в установку для брожения V, где, пройдя через отверстия в поперечных перегородках корытообразной емкости, выбраживает в течение 3,5 ч. Приготовленная опара влажностью 65—68 % шестеренным насосом VI перекачивается через теплообменный аппарат VII к шестиком-понентной дозировочной станции II. В теплообменном аппарате VII жидкую опару охлаждают в целях компенсации нагрева теста, возникающего при интенсивной механической обработке его в процессе замеса.

Замес теста (II фаза) осуществляется в тестомесильной машине I непрерывного действия РЗ-ХТО (рис. 9.2, б) в раздельных рабочих камерах. В камере предварительного смешивания происходит смешивание исходных компонентов. Мука в камеру подается автоматическим весовым дозатором непрерывного действия II. Жидкая опара дозируется шестикомпонентной дозировочной станцией III, имеющей две секции для опары. Другие секции дозировочной станции обеспечивают подачу растворов сахара, соли и растопленного жира. Шестая секция является резервной и может быть использована при приготовлении теста из ржаной или ржано-пшеничной муки. Расход заданного компонента обеспечивается установкой задания каждому каналу станции. Интенсивная механическая обработка теста происходит в рабочей камере пластификатора тестомесильной машины.

Система автоматизации обеспечивает выполнение следующих функций: регулирование расходов компонентов, подаваемых дозаторами 2-3; регулирование продолжительности брожения опары путем изменения степени заполнения рабочей емкости установки для брожения; регулирование температуры жидкой опары в процессе ее брожения изменением подачи холодной или горячей воды в рубашку установки регулятором 18-2 (см. рис. 9.2, а); регулирование степени интенсивной механической обработки теста при замесе в тестомесильной машине изменением частоты вращения месильных органов пластификатора 5 (см. рис. 9.2,6); световую и звуковую сигнализацию об отклонениях от заданного режима работы оборудования агрегата; контроль и сигнализацию наличия и уровня компонентов в расходных емкостях и дозаторах (8-2...10-2, 13-2...15-2 на рис. 9.2, а, б); контроль потребляемой мощности при замесе и косвенно качественных показателей теста (5-2); контроль температуры теста (6-2); ручной и автоматический режим управления (1-2) механизмами агрегата; автоматическую блокировку, отключающую механизмы при возникновении аварийных режимов. На щите управления смонтированы средства измерения, регулирования, управления и сигнализации, обеспечивающие ввод задания, оперативную сигнализацию о нарушениях режима и управления механизмами агрегата.

Безопарный (однофазный) способ приготовления теста характеризуется внесением всех предусмотренных по рецептуре компонентов одновременно для получения определенной порции теста. В системе автоматизации порционного замеса теста (рис. 9.3) агрегат для порционного приготовления теста по экспрессной технологии с использованием концентрированных молочнокислых заквасок (МКЗ) включает тестомесильную машину периодического действия ТПИ-1 III с интенсивной механической обработкой теста, порционный автоматический дозатор муки VII с циферблатным указателем, комплекс дозаторов II объемного действия с отдельным электроприводом на каждый жидкий ингредиент.

Использование высококислотной, самоконсервируемой закваски и интенсивного замеса обеспечивает получение высококачественных хлебобулочных изделий при значительном снижении затрат сухих веществ муки при брожении и сокращении продолжительности тестоведения. Мука из подготовительного отделения при помощи питающих шнеков загружается в силос VI. Одновременно из подготовительного отделения жидкие компоненты насосами перекачиваются в сборники для хранения. В тестомесильную машину III подаются мука из силоса VI питающим шнеком и дозатором и вода из сборника при включении клапана 20. Приготовление молочнокислой закваски осуществляется в месильной машине. После брожения ее перекачивают в мерный бак /, а из бака шестеренным насосом в сборник МКЗ. В аппарат для брожения, помимо закваски, добавляют такое же (50%) количество питательной смеси из муки и воды. Закваска из мерного

aia - 0119-1

Рис. 9.2. Система автоматизации тестоприготовительного агрегата РЗ-ХТН непрерывного действия с интенсивной механической обработкой: а - I фаза - приготовление опары: 6 - II фаза - замес теста


aia - 0120-1


рис. 8.3. Система автоматизации порционного замеса теста


бака попадает через весовой дозатор II в тестомесильную машину III, куда также дозируют растворы дрожжей, соли, сахара, муки и другие компоненты по рецептуре.

Дозирование муки и жидких компонентов осуществляется дозаторами VII, II. В тестомесильной машине III периодического действия ТПИ-1 происходит интенсивная механическая обработка теста. Полученное тесто после замеса поступает в нагнетатель-экструдер, которым подается посредством питающего шнека IV в емкость для кратковременного брожения V. Система автоматизации обеспечивает выполнение следующих функций: управление подачей муки и жидких компонентов в соответствующие сборники (вентили 1-1-7-1, 9-1, 13-1); управление последовательностью включения агрегатов и механизмов; контроль наличия компонентов в сборниках; контроль качественных показателей теста по величине энергозатрат (18-1, 19-1); контроль температуры жидкого жира, воды и МКЗ; автоматическое дозирование компонентов теста в соответствии с заданной рецептурой (1-7, 8-12); автоматическое регулирование степени интенсивной механической обработки теста (18-3); автоматическое регулирование температуры жидких компонентов.


2.1.4. Система автоматизации выпечки хлеба


Выпечка хлеба протекает под действием теплоты и влаги и является завершающим этапом производственного цикла приготовления хлеба. Внутри тестовой заготовки, а также на ее поверхности возникает сложный комплекс физических, коллоидных, микробиологических и биохимических процессов, в результате которых она превращается в готовый продукт.

Процессы, протекающие в тестовой заготовке в период выпечки, носят, как правило, нестационарный характер. Сам объект автоматизации - процесс выпечки - представляет собой нелинейный объект с распределенными параметрами. Скорость протекания процессов в тестовой заготовке зависит от скорости изменения температуры в соответствующем слое. Тестовая заготовка в пекарной камере проходит различные этапы гидротермической обработки, включающие операции увлажнения, теплообмена излучением, конвекцией и теплопроводностью.

Основными качественными показателями хлеба, определяемыми кинетикой тепло- и массообмена в пекарной камере, считают объем и форму хлеба, толщину, окраску и глянцевитость корки, а также аромат и вкус. К основным факторам, влияющим на объем и форму хлеба, относят параметры процесса гидротермической обработки хлеба в зоне увлажнения: температуру и влажность среды в пекарной камере, а также структурно-механические свойства теста и продолжительность выпечки. Выпечка хлеба осуществляется на современных печах, представляющих собой комплекс теплотехнических, транспортно-механических устройств, снабженных


aia - 0122-1

Рис. 9.4. Система автоматизации печного агрегата РЗ-ХПА


также средствами автоматического регулирования основных параметров процесса. В хлебопекарной промышленности широко используются хлебопекарные печи, работающие на газовом и жидком топливе с рециркуляцией продуктов сгорания. Такие печи обладают малой тепловой инерцией и малым энергопотреблением.

Система автоматизации печного агрегата РЗ-ХПА (рис. 9.4) реализует следующие функции: измерение температуры в основных зонах печи (в зоне увлажнения 1-2), в первой (2-2) и второй (3-2) зонах пекарной камеры при помощи милливольтметров 1-2, 2-2, 3-2 в комплекте с хромель-копелевыми термоэлектрическими преобразователями 1-1, 2-1, 3-1; двухпозиционное регулирование температуры среды в пекарной камере (5-2); автоматическую блокировку превышения температуры смеси топочных и рециркуляционных газов; контроль наличия пламени датчиком 8-1 совместно с автоматом контроля пламени 8-3; контроль и блокировку давления воздуха в вентиляторе горелки; автоматически» розжиг печи (12-2); контроль разрежения в топке вакуумметром 7-2; регулирование давления газа в газопроводе регулятором давления газа 15-1 прямого действия; автоматическое управление прерывистым движением конвейера печи при помощи магнитного пускателя 4-1 привода конвейера и реле времени 4-'3; ручной пуск и аварийный останов конвейера при помощи кнопочной станции, установленной на щите управления 4-2; обеспечение безопасности; световую сигнализацию режима работы вентилятора HL7, рециркуляционного дымососа HL8, конвейера HL1; световую и звуковую сигнализацию аварийного режима (8-2 и HL5).

При работе системы автоматического управления тепловым режимом пекарной камеры, если температура среды в пекарной камере (термоэлектрический преобразователь 5-1) меньше заданной, вентили клапанов 5-3 и 6-4 открыты, в горелку поступает больше газа, что приводит к появлению «большого факела». Одновременно релейная схема автоматизации обеспечивает при помощи исполнительного механизма увеличение подачи воздуха в топку. При достижении в пекарной камере заданной температуры или превышении ее релейная схема обеспечивает закрытие клапана 5-3 и прекращение подачи воздуха в топку.

При этом открыт только клапан 6-4, расход газа в топку снижается, что соответствует режиму «Малый факел». Предварительная настройка вентилей 16 и 17 обеспечивает расчетный расход газа через клапаны 5-3 и 6-4. Работа в режиме «Малый факел» приводит к постепенному снижению температуры среды в пекарной камере. Когда температура среды становится меньше заданной, срабатывание релейной схемы приведет к открытию клапана 5-3 и горелка перейдет в режим работы «Большой факел». Применение регулирующего милливольтметра в сочетании с релейной схемой обеспечивает двухпозиционное автоматическое регулирование температурного режима печи. Открытие клапанов 5-3 и 6-4 сопровождается включением сигнальных ламп HL2 и HL3.

Для обеспечения требуемой надежности и безопасности работы печи предусмотрены следующие виды блокировки и защиты: для защиты каналов печи от быстрого прогорания (температура более 600 °С) автоматическая блокировка превышения температуры смеси топочных и рециркуляционных газов; при увеличении температуры смеси газов более 600 °С регулирующий милливольтметр 6-2, отключающий горелку путем закрытия клапанов 5-3 и 6-4; автоматическое выключение горелки при повышении температуры продуктов сгорания в камере смешения более 600 °С, при уменьшении разрежения в камере сгорания ниже 10 кПа, при отрыве пламени или его проскоке в горелку, при отсутствии давления в вентиляторе горелки.

Система автоматики безопасности предусматривает автоматический розжиг печи в такой последовательности: продувка газоходов в печи перед пуском в течение 1—2 мин; включение подачи топлива; воспламенение топлива с помощью электродов зажигания 14, высокое напряжение (10—15 тыс. В) на которые подается от трансформатора зажигания 12-2; прогрев топки на режиме «Малый факел» в течение 1—2 мин; отключение горелки при отсутствии пламени в течение 15 с после подачи топлива.

Средства автоматизации, контроля и управления движением конвейера, измерения температуры по зонам пекарной камеры расположены на щите управления № 1, который размещен у посадочного окна печи. На щите управления № 2, который установлен со стороны топки, расположены средства автоматизации регулирования и безопасности.


2.1.5. Система автоматизации макаронного производства


Задачи, возникающие при автоматизации макаронного производства, во многом схожи с задачами, стоящими перед хлебопекарной промышленностью. К ним можно отнести автоматизацию следующих участков производства: бестарного хранения муки; замеса, уплотнения и формования теста; операций разделки, резки, укладки сырых макарон; сушки макарон; конечных операций приготовления макарон (накопления, стабилизации, фасовки, транспортирования и складирования).

Процесс сушки макарон является самым длительным и наиболее ответственным. Сушка макарон сопровождается сложным комплексом явлений тепломассообмена, определяющих во многом качество продукции. В процессе сушки макарон по мере удаления влаги изменяются структурно-механические свойства их. Макароны приобретают свойства упругого и хрупкого тела, теряя свойства пластичности.

Качество работы АСР определяет режим сушки. Так, продолжительная сушка при мягких режимах (низкой температуре и высокой относительной влажности сушильного воздуха) приводит к закисанию макарон; в то же время интенсификация сушки (жесткий режим), особенно на заключительном этапе, ведет к растрескиванию макарон и превращению их в крошку.

В целях сокращения продолжительности сушки макарон и обеспечения в то же время их прочности процесс разбивается на период предварительной и период окончательной сушки. Предварительная сушка характеризуется интенсивным удалением влаги из сырых макарон при сохранении их пластичности (до влажности около 20 %). Окончательная сушка представляет собой период медленного удаления влаги из макарон, приобретающих при этом свойства упругого материала.

Автоматические поточные линии для производства макарон состоят из ряда отдельных технологических агрегатов, транспортных механизмов и обеспечивают высокую степень механизации и автоматизации всех стадий производства готовой продукции высокого качества. Сушка макарон часто производится в подвесном состоянии на металлических стержнях - бастунах. Система автоматизации периода предварительной сушки, осуществляемой в составе автоматической поточной линии Б6-ЛМВ, приведена на рис. 9.5.

Предварительная сушилка конструктивно представляет собой герметизированный и теплоизолированный тоннель I, разделенный перекрытием на два этажа, образующих две зоны сушки. В первой (нижней) зоне находится один гребенчатый транспортер II, во второй (верхней) —два транспортера. В нижней части сушилки размещен транспортер V для возврата порожних бастунов. Для подогрева сушильного воздуха используются водяные калориферы III из ребристых труб, трубопроводы, насосы и регулировочная арматура.

Горячая вода (80—90 °С) подается в систему подогрева первой зоны непосредственно от централизованной сети теплоснабжения. В систему подогрева второй зоны, помимо горячей воды, частично подается отработанная теплая вода из первой зоны при помощи насоса.

Вентилирование в первой зоне осуществляется при помощи вентиляторов IV, которые расположены попарно. Два вентилятора при входе макарон в сушилку засасывают воздух из помещения, продувают его через калориферы, создают воздушную завесу и подают теплый воздух в нижнюю зону. Четыре пары вентиляторов обеспечивают рециркуляцию сушильного воздуха с продувкой его через калориферы. Часть влажного воздуха выходит из зоны в помещение. Система вентиляции зон сушилки обеспечивает частичную рециркуляцию сушильного воздуха: влажный воздух частично смешивается с более сухим, поступающим из помещения, а частично выбрасывается в помещение. Заданные параметры сушки - температура и относительная влажность сушильного воздуха поддерживаются автоматически. Система автоматизации обеспечивает контроль температуры и влажности воздуха в нижней и верхней зонах предварительной сушилки (2-3, 3-2, 5-2, 26-2, 30-2); контроль давления и температуры горячей воды по зонам сушилки (8-1, 24-2, 25-1); регулирование температуры и относительной влажности воздуха по зонам предварительной сушилки (3-2, 5-2, 27-2, 30-2); контроль положения регулирующих органов 4-2, 6-2, 28-2, 31-2; световую сигнализацию рабочего и аварийного режимов работы сушилки.

Работа АСР сушилки базируется на использовании психрометрического метода измерения и регулирования параметров сушильного агента (воздуха). Датчики температуры и влажности воздуха установлены в обеих зонах предварительной сушилки. В качестве датчика температуры использованы


aia - 0125-1

Рис. 9.5. Система автоматизации сушки макарон на линии Б6-ЛМВ


термопреобразователи сопротивления 3-1, 5-1, 27-1, 30-1. Один из каждой пары является «мокрым», а другой - «сухим». Вторичными приборами в комплекте с ними служат логометры 5-2, 30-2.

Автоматическая система регулирования обеспечивает режим сушки путем поддержания требуемой разницы между показаниями «сухого» и «мокрого» термометров. В схеме регулирования температуры воздуха регулирующим параметром является расход горячей воды в калорифере, изменение которого осуществляется клапанами 3-5, 27-5 в верхней и нижней зонах сушилки. Регулирующим воздействием в системе регулирования влажности воздуха является расход сушильного воздуха в смеси с сухим из помещения в системе вентиляции (5-4, 30-5).

Контроль температуры горячей воды на выходе из калориферов предварительной сушилки осуществляется термопреобразователями сопротивления 14-1 - 23-1 и логометром 14-3. Температура и влажность сушильного воздуха контролируются стеклянными техническими термометрами расширения 2-1, 2-2, 26-1, 26-2 и психрометрами 2-3, 26-2.


ТЕМА 2.2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ


2.2.1. Биотехнологические процессы как объекты автоматизации


Биотехнологические процессы, в которых целевой продукт образуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов, давно применяются в пищевой промышленности, причем область их применения постоянно расширяется. К числу наиболее крупных относятся производства хлебопекарных дрожжей, спирта, вина, пива, уксусной и лимонной кислот. При всем разнообразии они имеют много общего в структуре (последовательности операций), аппаратурном оформлении, целях и задачах автоматизации.

Всякое производство на основе биотехнологических процессов состоит из следующих основных стадий: приготовление питательной среды, выращивание посевной (чистой) культуры микроорганизмов-продуцентов, производственное (товарное) культивирование, выделение целевого продукта и его переработка (после-ферментационные процессы). Типичным примером может служить производство хлебопекарных дрожжей (рис. 10.1).

Первым по ходу процесса является отделение 1 приема и хранения сырья и вспомогательных материалов. Основным сырьем в этом производстве служит свекловичная меласса, которая поступает на предприятие в железнодорожных цистернах. Поскольку меласса производится только в сезон сахароварения, т. е. 3-4 мес в году, на каждом заводе по производству дрожжей имеется мелассохранилище, где создается годовой запас сырья и откуда оно по мере надобности поступает в производство. Наряду с мелассой в производстве дрожжей используется ряд других видов сырья и вспомогательных материалов: минеральные соли, кукурузный экстракт, водный раствор аммиака, серная кислота и др. Основными задачами автоматизации отделения 1 являются контроль и учет количества сырья .и материалов, поступающих от поставщиков, направляемых в производство и хранящихся на складе, а также управление транспортными операциями.

Следующим по ходу процесса является отделение 2 приготовления питательных сред, в котором готовятся рабочие растворы мелассы и солей, а также эмульсия пеногасителя. Основными задачами автоматического управления в этом отделении являются приготовление компонентов питательных сред заданного состава в количестве, которое определяется потребностями основного производственного отделения - дрожжерастильного.

В дрожжерастительном отделении 3 на питательной среде выращивают дрожжи, биомасса которых является целевым продуктом производства. Качество работы отделения в значительной степени определяет технико-экономические показатели работы всего завода в целом, поэтому требования, предъявляемые к системе автоматизации, здесь особенно высоки. Основной задачей автоматического управления в дрожжерастильном отделении является обеспечение заданного режима культивирования дрожжей за счет регулирования важнейших технологических параметров.

Отделение 4 чистой культуры предназначено для получения засевных (маточных) дрожжей, которые используются в дрожжерастильном отделении при выработке товарных дрожжей. Задачи автоматического управления в этом отделении те же, что и в дрожжерастильном.

Культуральная жидкость из дрожжерастильного отделения поступает в отделение 5, где дрожжи отделяются от бражки путем последовательного сепарирования и фильтрования сгущенной суспензии. Главной задачей автоматизации в этом отделении является стабилизация технологического режима путем автоматического регулирования основных параметров процессов сепарирования и фильтрования.

Если товарная продукция завода представлена прессованными дрожжами, то заключительным в производственном комплексе является формовочно-упаковочное отделение 6, из которого дрожжи поступают на склад-холодильник. Как видно из приведенного примера, биотехнологическое производство имеет преимущественно последовательную структуру, в которой продукты, вырабатываемые на предыдущей стадии, поступают для переработки на последующую стадию. Рассмотрим подробнее технологию, задачи и методы автоматического управления технологическими процессами на основных стадиях биотехнологического производства.

aia - 0128-1

Рис. 10.1. Блок-схема производства дрожжей


2.2.2. Системы автоматизации процессов приготовления

питательных сред


Задачи автоматического управления процессом приготовления питательных сред вытекают из места и роли этого отделения в общем комплексе биотехнологического производства. Как показывает технико-экономический анализ, основной составляющей переменной части себестоимости таких продуктов биотехнологии, как хлебопекарные дрожжи, пиво, спирт и др., является стоимость сырья.

Затраты сырья на единицу продукции зависят от эффективности процессов на всех стадиях, в том числе в отделении приготовления питательных сред.

Влияние этого отделения проявляется в том, что если питательная среда не сбалансирована по составу, то компоненты, введенные в нее в избытке, теряются с отходами производства. Кроме того, если часть веществ находится в питательной среде в форме, которая недоступна для усвоения микроорганизмами, она также попадает в отходы.

Существенный источник потерь связан с наличием в питательной среде посторонних микроорганизмов, попадание которых в ферментатор приводит к нестерильности процесса культивирования. В одних случаях, например при биосинтезе амилолитических ферментов, это может значительно снизить выход целевого продукта и даже стать причиной брака, в других, например при производстве хлебопекарных дрожжей, снижает качество целевого продукта. Потери могут возникнуть из-за несвоевременного приготовления питательной среды, что приводит к простою оборудования в отделении ферментации.

Таким образом, основными задачами автоматического управления процессом приготовления питательных сред являются обеспечение сбалансированности среды, т. е. заданного ее состава; приготовление питательной среды в количестве, определяемом потребностями отделения ферментации; обеспечение стерильности питательной среды.

Основными компонентами питательной среды являются вещества, которые обеспечивают биосинтез углеродом. В пищевой биотехнологии роль источников углерода выполняют природные сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза и др.), которые содержатся в мелассе или образуются при гидролизе крахмала сельскохозяйственного сырья (зерна, картофеля и др.). В состав питательной среды входят минеральные соли как источники азота, фосфора и других элементов, а также биологически активные вещества (кукурузный экстракт, дестиобиотин и др.).

Технология приготовления питательных сред из мелассы и крахмалистого сырья существенно различается и рассматривается отдельно. По способу выполнения процессы приготовления питательных сред делятся на периодические и непрерывные.

Приготовление питательных сред из мелассы. Меласса является основным сырьем в производстве хлебопекарных дрожжей, лимонной кислоты и других пищевых продуктов. Приготовление питательной среды на основе мелассы включает следующие операции: разбавление мелассы водой, очистка от механических примесей и коллоидов (осветление) и стерилизация мелассного раствора.

На рис. 10.2 представлена упрощенная технологическая схема, совмещенная со схемой автоматизации периодического процесса приготовления питательной среды в производстве хлебопекарных дрожжей. Сырая меласса из напорных баков самотеком поступает в дозирующий бачок I, где регулятором 1 поддерживается постоянный уровень. Далее меласса с постоянным расходом дозируется в приемную воронку смесителя II, куда подаются также горячая вода и серная кислота. Расходом горячей воды управляет регулятор 2 в зависимости от концентрации сахара в растворе мелассы, которая измеряется в потоке смесителя автоматическим рефрактометром. Расходом серной кислоты управляет регулятор 3 в зависимости от значения рН, которое измеряется автоматическим рН-метром в потоке раствора мелассы после смесителя. Уровень в смесителе поддерживает регулятор 4.

Из промежуточного сборника III раствор мелассы подается насосом либо в стерилизатор IV (при горячем способе приготовления), либо, минуя его, в кларификатор V. Стерилизатор имеет три секции: паровой стерилизации, выдержки и охлаждения. Температура мелассного раствора на выходе первой секции регулируется расходом пара (регулятор 5), а на выходе третьей секции - расходом охлаждающей воды (регулятор 6).

После очистки в кларификаторе V осветленный раствор мелассы направляется в сборник VI, где контролируется уровень с помощью сигнализатора 7. Если раствор хранится в сборнике при повышенной температуре, то перед подачей в дрожжерастильный аппарат он охлаждается в теплообменнике VII. Температура раствора на выходе теплообменника регулируется расходом охлаждающей воды с помощью регулятора 8, а его давление — регулятора 9.

Схема автоматизации установки непрерывного действия для приготовления питательной среды на основе мелассы в производстве лимонной кислоты представлена на рис. 10.3. Меласса из расходной емкости I и раствор питательных солей из сборника III дозируются насосами-дозаторами II в

aia - 0130-1

Рис. 10.2. Функциональная схема автоматизации периодического процесса приготовления питательной среды в производстве хлебопекарных дрожжей

определенном соотношении в смеситель IV, куда также подается теплая вода. Расход воды стабилизируется регулятором расхода / и корректируется в зависимости от плотности готовой питательной среды на выходе установки регулятором плотности 2.

Из смесителя питательная смесь поступает в стерилизационную колонку V, где нагревается острым паром до температуры 140 °С. Расход пара на стерилизацию регулируется регулятором 3 в зависимости от температуры смеси на выходе из колонки. Из выдерживателя VI смесь поступает в теплообменник-рекуператор VII, где она предварительно охлаждается водой, направляемой затем в смеситель на разбавление мелассы. Окончательное охлаждение питательной среды до заданной температуры производится в теплообменнике VIII, расход воды в который регулируется в зависимости от температуры среды на его выходе регулятором 4.

Приготовление питательных сред из крахмалистого сырья. В качестве крахмалистого сырья в пищевой биотехнологии используются зернопродукты и сочное сырье (картофель и другие овощи), а также отходы их переработки. Основной задачей управления процессом приготовления питательной среды из крахмалистого сырья является обеспечение максимальной степени извлечения питательных веществ из сырья с переводом их в формы, доступные для потребления микроорганизмами. Для извлечения крахмала исходное сырье подвергается измельчению и тепловой обработке, после чего выполняется ферментативный гидролиз экстрагированного крахмала с образованием Сахаров. Аппаратурная реализация процесса и задачи управления зависят от способа выполнения — периодического или непрерывного.

Примером периодического процесса приготовления питательной среды с использованием ферментов солода для осахаривания крахмала зерна может служить производство пивного сусла. Основной стадией здесь является осахаривание затора (смеси дробленого солода и ячменя с водой), которое

aia - 0131-1

Рис. 10.3. Функциональная схема автоматизации непрерывного процесса приготовления питательной среды в производстве лимонной кислоты


производится в двух заторных аппаратах по отварочному способу. В первый аппарат заливают воду, нагретую до 45 °С, из расчета 3—4 м3 на 1 т сырья, затем включают мешалку и загружают 3 т смеси солода с ячменем. Программа варки сусла предусматривает последовательный нагрев затора с постоянной скоростью сначала до 52 °С и выдержку при этой температуре в течение 25 мин (белковая пауза), затем до 62 °С и выдержку 30 мин (мальтозная пауза), наконец, до 70 °С и выдержку 40 мин (декстринная пауза).

После этого отстоявшуюся жидкую часть затора сливают во второй аппарат, а густой остаток нагревают до кипения и кипятят в течение 30 мин. Густой остаток затем сливают во второй заторный аппарат, смешивают с перелитой ранее жидкой частью и выдерживают весь затор при температуре 76 °С в течение 15—20 мин до полного осахаривания.

Таким образом, процесс варки заключается в последовательном выполнении однотипных операций: нагрев затора до определенной температуры с заданной скоростью и выдержка в течение определенного времени при этой температуре. Основной задачей автоматизации этого процесса является программное регулирование температуры в заторных аппаратах, а также дистанционное или автоматическое управление дозированием жидких и сыпучих компонентов и транспортными операциями.

Датчиком системы программного управления температурным режимом варки является термопреобразователь сопротивления, подключенный к электронному регулятору. На каждом из этапов варки к регулятору подключают один из задатчиков, настроенных на определенную температуру. Если температура в аппарате ниже заданной, регулятор формирует команду на открытие регулирующего клапана, установленного на трубопроводе подачи пара в рубашку заторного аппарата. При достижении температурой заданного значения подача пара прекращается и включается одно из реле времени, настройка которого определяет продолжительность выдержки затора при данной температуре. По окончании выдержки реле времени подает команду на подключение к регулятору очередного задатчика в соответствии с программой варки. Автоматический контроль и регистрация температуры производятся электронным мостом.

Примером непрерывного процесса приготовления питательной среды на основе крахмалистого сырья может служить стадия приготовления сусла в спиртовом производстве, система автоматизации которой рассматривается ниже.


2.2.3. Системы автоматизации процессов культивирования микроорганизмов


Промышленное культивирование микроорганизмов в большинстве случаев осуществляют глубинным методом, при котором клетки суспендированы в водном растворе питательных веществ. По способу организации процессы культивирования делятся на периодические, непрерывные и промежуточные, которые могут быть реализованы в разных вариантах, например периодический с подпиткой. Способ культивирования в значительной степени определяет состав задач управления и структуру системы автоматизации.

Периодический способ культивирования. Этот способ обычно применяется при выращивании посевного материала, а в ряде случаев на стадии производственной ферментации (производство амилолитических ферментов, пивоваренное производство и др.). Периодические процессы культивирования реализуются в биореакторах-ферментаторах, работающих циклически. Полный цикл работы ферментатора состоит из вспомогательных (опорожнение аппарата, его промывка, стерилизация, загрузка питательной среды и посевного материала) и рабочей (собственно процесс культивирования) стадий. Задачи управления на вспомогательных и рабочей стадиях существенно различаются. На вспомогательных стадиях основной задачей является обеспечение заданной последовательности выполнения операций, т. е. функция программно-логического управления. При этом требуется переключать в определенной последовательности запорные клапаны, установленные на трубопроводах обвязки ферментатора. На большинстве действующих производств для этого в основном применяется ручное дистанционное управление.

Наряду с задачами программно-логического управления на ряде вспомогательных стадий требуется регулировать некоторые параметры: на стадии стерилизации, например, температуру в аппарате; после загрузки питательной среды иногда ее кислотность по показателю рН и т. п. Для этого служат АСР соответствующих параметров. На рабочей стадии основной задачей управления является поддержание в ферментаторе таких условий, при которых процесс культивирования проходит наиболее эффективно.

В ходе культивирования происходят взаимосвязанные процессы потребления питательных веществ, роста биомассы микроорганизмов и образования продуктов метаболизма, в том числе целевого продукта. При этом состав культуральной жидкости в ходе процесса изменяется: концентрация биомассы и продуктов метаболизма возрастает, а концентрация субстрата уменьшается. Обычно процесс завершается при исчерпании запаса питательных веществ и накоплении достаточного количества целевого продукта.

Качество ферментации характеризуется производительностью процесса, а также выходом целевого продукта из единицы питательных веществ. Эти показатели зависят от условий проведения культивирования, главными из которых являются состав и температура культуральной жидкости, ее рН, концентрация растворенного кислорода (для аэробных микроорганизмов).

При периодическом культивировании состав культуральной жидкости изменяется в ходе процесса и фактически оказывается неуправляемым. Поэтому основной- задачей управления такими процессами является регулирование режимных параметров — температуры, рН среды и степени аэрации. Для стерильных процессов ферментации необходимо, кроме того, регулировать в аппарате избыточное давление. Специфической особенностью процессов глубинного культивирования аэробных микроорганизмов является обильное пенообразование, поэтому у таких процессов необходимо регулировать уровень пены в ферментаторе.

Система автоматизации периодического процесса культивирования (рис. 10.4) включает АСР следующих параметров: температуры — изменением расхода хладагента, поступающего в теплообменник ферментатора (регулятор 2); рН — управлением подачи титрующего вещества в аппарат (регулятор 5); расхода аэрирующего воздуха (регулятор /); давления в аппарате — изменением расхода отходящих из ферментатора газов (регулятор 3); уровня пены—подачей в аппарат химического пеногасителя (регулятор 4). В ряде процессов к тому же осуществляется автоматический контроль концентрации кислорода и СОг в отходящих газах (прибор 6), концентрации растворенного кислорода и других качественных показателей с помощью соответствующих автоматических анализаторов, в основном несерийных.

В качестве объектов регулирования температуры периодические процессы культивирования обладают изменяющимися динамическими характеристиками. Из кривых разгона ферментатора по каналу регулирования «температура — расход хладагента», снятых в начале и конце культивирования при одинаковом по амплитуде изменении расхода хладагента (рис. 10.5), видно, что постоянная времени Т в ходе процесса

aia - 0134-1


Рис. 10.4. Схема автоматизации периодического процесса глубинного культивирования


значительно увеличивается. Динамические характеристики изменяются с увеличением плотности, вязкости и других физических параметров культуральной жидкости вследствие роста концентрации микроорганизмов и продуктов метаболизма. Для обеспечения устойчивости системы и удовлетворительного качества регулирования необходимо выбирать значения настроек регулятора температуры исходя из наиболее неблагоприятного варианта характеристики, который соответствует наибольшему значению Т в ходе ферментации.

Периодический способ культивирования с подпиткой. Способ является развитием периодического и отличается от него тем, что вначале в аппарат загружают только часть питательной среды, а остальное количество ее вводят в ходе процесса в виде так называемой подпитки. Расход подпитки служит дополнительным управляющим воздействием и позволяет в определенной степени регулировать состав культуральной жидкости.

Система автоматического управления таким процессом наряду со всеми функциями, характерными для периодического процесса культивирования, должна обеспечить автоматизацию дозирования подпитки. На практике применяют два способа автоматического дозирования: программный и параметрический. Программный способ состоит в том, что расход подпитки автоматически регулируется в соответствии с заданной программой. Программу заранее рассчитывают для «среднего» процесса, и если физиологические свойства культуры в конкретном процессе по каким-либо причинам отличаются от среднего уровня, то эффективность управления снижается.

При параметрическом способе управления расход подпитки регулируется в зависимости от значений некоторого параметра, который характеризует текущее физиологическое состояние популяции микроорганизмов. В этом случае отклонение свойств процесса от «среднего» вызывает изменение контролируемого параметра и соответствующую коррекцию программы дозирования подпитки.

Примером периодического процесса культивирования с подпиткой может служить товарная стадия в производстве хлебопекарных дрожжей. Перед засевом в аппарат загружают питательную среду, которая содержит только 5 % расчетного количества мелассы, предназначенного для процесса в целом. Остальное количество дозируется в ходе культивирования порционным дозатором, работой которого управляет специальное программное устройство, или программными регуляторами расхода.


aia - 0135-1


Рис. 10.5. Кривые разгона ферментатора:

1 — в начале процесса; 2 — в конце процесса

aia - 0136-1

Рис. 10.6. Автоматическая система регулирования расхода подпитки по концентрации паров спирта в отходящих газах


Автоматическая система порционного дозирования состоит из мерника-дозатора объемного типа и программного управляющего устройства. Управляющее устройство вырабатывает дискретные сигналы на включение клапанов подачи раствора мелассы в дозатор и слива его содержимого в дрожжерастильный аппарат. Частота импульсов соответствует заданному для текущего времени процесса среднему расходу подпитки.

Система программного регулирования расхода подпитки состоит из расходомера, регулятора с программным задатчиком и регулирующего клапана. Параметрическое управление расходом подпитки при культивировании хлебопекарных дрожжей возможно по разным показателям, характеризующим физиологическое состояние популяции. Например, если расход мелассы превышает скорость ее потребления и, следовательно, в культуральной жидкости возрастает концентрация Сахаров, то интенсифицируется процесс брожения. При этом часть поступающего с подпиткой сахара превращается в спирт, концентрация паров которого в отходящих газах возрастает. Одна из автоматических систем параметрического управления подачей раствора мелассы в производстве хлебопекарных дрожжей (рис. 10.6) состоит из анализатора / паров спирта в отходящих газах, регулятора 2 и регулирующего клапана 3. Система обеспечивает такой расход мелассы, при котором скорость потребления сахара на рост биомассы дрожжей близка к скорости его поступления в дрожжерастильный аппарат с подпиткой. Данный режим культивирования является наиболее экономичным.

Непрерывный способ культивирования. Способ применяется в производстве спирта, вина, уксусной и лимонной кислот. Он заключается в том, что в ферментатор непрерывно поступает поток питательной среды и из него отводится поток культуральной жидкости. В стационарном режиме работы расходы обоих потоков равны и постоянны во времени; объем культуральной жидкости в ферментаторе и ее состав при этом также постоянны. Во многих случаях культивирование непрерывным способом проводят в батарее из нескольких ферментаторов.

Непрерывный процесс культивирования является более благоприятным для автоматизации объектом управления, чем периодический. Это объясняется стационарными условиями проведения процесса, при которых проще поддерживать заданный технологический режим.

К основным задачам управления непрерывным процессом культивирования относятся поддержание заданного технологического режима путем регулирования температуры и рН культуральной жидкости, а также степени .эрации; поддержание материального баланса ферментатора, которое сводится к регулированию уровня культуральной жидкости; обеспечение заданной нагрузки. Две последние задачи специфичны для непрерывного процесса.


aia - 0137-1

Рис. 10.7. Автоматическая система регулирования нагрузки батареи ферментаторов непрерывного действия по потоку: а — входному; б — выходному


Типовая схема автоматизации непрерывного процесса культивирования подобна изображенной на рис. 10.4. Она предусматривает автоматическое регулирование следующих параметров: температуры — изменением расхода хладагента, поступающего в теплообменник ферментатора; рН среды - изменением расхода титрующего вещества; расхода аэрирующего воздуха и уровня - изменением расхода культуральной жидкости на выходе ферментатора; нагрузки - регулированием расхода входного потока.

При проведении непрерывного культивирования в батарее ферментаторов возникает задача координации их нагрузок. Распространены два варианта систем автоматизации, обеспечивающих согласование расходов в батарее из двух ферментаторов (рис. 10.7). В первом случае нагрузка батареи задается регулятором расхода I, который воздействует на входной поток, а материальный баланс ферментаторов поддерживается регуляторами уровня 2 и 3. Во втором случае нагрузка задается регулятором 3, который поддерживает заданный расход на выходе батареи. При этом регуляторы уровня 1 и 2 обеспечивают поддержание материального баланса ферментаторов по жидкости.

Необходимость в регулировании уровня отпадает, если слив культуральной жидкости производится через переливную трубу ферментатора.


2.2.4. Системы автоматизации послеферментационных процессов


Целевой продукт, синтезированный на стадии производственной ферментации, выделяется из культуральной жидкости и перерабатывается в товарную форму с помощью ряда технологических операций, которые называются послеферментационными процессами. В редких случаях, например при производстве амилолитических ферментов на спиртзаводах, культуральная жидкость является конечным продуктом и никакой переработки не требует.

В производстве пива, первичном виноделии, производстве уксусной кислоты послеферментационная переработка сводится к осветлению культуральной жидкости, из которой отфильтровываются клетки микроорганизмов. Основной задачей при автоматизации этих процессов является контроль качества фильтрования, который проводится путем измерения остаточной концентрации биомассы по оптической плотности осветленного жидкого продукта. Целесообразно к тому же измерять перепад давления на фильтре, по величине которого можно судить о забивании и необходимости регенерации фильтра.

В производстве спирта послеферментационные процессы осуществляются в брагоректификационных установках, где спирт отгоняется паром из бражки, очищается от примесей и концентрируется путем ректификации. В производстве хлебопекарных дрожжей, когда товарным продуктом являются сухие дрожжи, послеферментационные стадии включают сепарирование, фильтрование дрожжевой суспензии на вакуум-фильтрах, гранулирование дрожжевого теста и сушку гранул. Наиболее сложной для автоматизации является стадия сушки.

В односекционной сушилке с виброкипящим слоем (рис. 10.8) гранулы влажного продукта (дрожжевого теста) питателем IV подаются из бункера III во входную часть сушильной камеры V и попадают на вибролоток VI. Под действием вибрации лотка и потоков горячего воздуха, выходящего из его отверстий, гранулы образуют кипящий слой, который постепенно перемещается к выходу аппарата. Сушильным агентом служит воздух, который вентилятором II нагнетается в калорифер I, нагревается глухим паром и затем подается под вибролоток VI сушилки.

aia - 0138-1






Рис. 10.8. Схема автоматизации одно секционной сушилки виброкипящего слоя


Сушка является сложным тепломассообменным процессом, состояние

которого как объекта управления характеризуют производительность по сухому продукту и остаточная влажность сухих дрожжей. Производительность зависит от расхода влажного продукта, подаваемого питателем, а остаточная влажность продукта - от его начальной влажности, производительности сушилки, а также расхода воздуха и его температуры на входе в кипящий слой, которая определяется расходом греющего пара, подаваемого в калорифер. Основным возмущающим воздействием для процесса сушки является изменение начальной влажности продукта, а управляющими воздействиями могут служить изменение расхода влажного продукта на входе сушилки и изменение расхода пара в калорифере.

Основная трудность при управлении сушкой обычно связана с отсутствием подходящих автоматических влагомеров, серийно выпускаемых промышленностью. Поэтому об остаточной влажности чаще всего приходится судить по косвенным показателям, роль которых играют температура сушильного агента на выходе из аппарата и температура готового продукта. Таким образом, автоматизация сушки обычно сводится к стабилизации температурного режима.

В этом случае основной регулируемой величиной является температура в слое продукта вблизи от выхода сушильной камеры, а регулирующим воздействием — изменение расхода пара в калорифер. Поскольку сушилка как объект регулирования обладает большой инерцией и значительным запаздыванием, целесообразно для повышения качества регулирования применить двухконтурную (каскадную) АСР (см. п. 5.4).

Система автоматизации сушилки с виброкипящим слоем (см. рис. 10.8) предусматривает автоматическое регулирование температуры воздуха на выходе из калорифера (регулятор 1) с коррекцией по температуре в слое дрожжей вблизи от выхода сушильной камеры (регулятор 2). Регулирование осуществляется изменением расхода пара в калорифер. Заданная производительность поддерживается путем стабилизации режима работы питателя IV. При сушке кормовых дрожжей широкое распространение получили распылительные, в частности струйные, сушилки, в которых сушильным агентом служит смесь воздуха и продуктов сгорания природного газа (см. рис. 6.5).


2.2.5. Система автоматизации производства спирта


Типичным примером биотехнологического процесса может служить производство спирта, которое состоит из трех основных частей: приготовление питательной среды (сусла) из крахмалистого сырья, например зерна; дрожжегенерация и сбраживание сусла дрожжами; выделение спирта из культуральной жидкости (бражки) путем брагоректификации. Сусло готовится на головных участках производства, где зерно подвергается очистке и дроблению, смешивается с водой, образуя замес, который подвергается тепловой обработке (развариванию) и осахариванию под действием ферментов солода или ферментных препаратов, полученных путем микробиологического синтеза.

В схеме автоматизации участков подработки зерна и приготовления замеса (рис. 10.9) зерно со склада системой транспортеров I и норией II подается в приемный бункер III, из которого поступает на очистку в сепаратор IV и далее через промежуточный бункер V на порционные весы VI, которые обеспечивают контроль общего количества зерна, поступившего в производство. Затем поток зерна направляется транспортером VII и норией VIII в бункер-накопитель IX, из которого попадает в измельчающее устройство X. Размолотое зерно подается в смесительную камеру смесителя-предразварника XI, где перемешивается с водой в однородную массу - замес. Из смесительнойкамеры замес попадает в камеру предразварника, где нагревается острым вторичным паром.

Участок подработки зерна. Основными задачами на этом участке являются дистанционное управление, блокировка и сигнализация работы системы машин и механизмов, которая обеспечивает транспортировку зерна со склада на переработку по определенному маршруту. Для этого служит автоматическая система управления, сигнализации и блокировки, в электрическую схему которой поступают сигналы об измерении частотывращения электродвигателей норий и транспортеров от реле скорости (1-1-4-1) и уровня зерна в бункерах от мембранных датчиков уровня (5-1 - 7-1). Автоматический учет количества зерна, поступившего со

aia - 0140-1

Рис. 10.9. Схема автоматизации участков подработки зерна и приготовления замеса


переработку, обеспечивают контактный датчик 8-1, который при каждом отвесе порционных весов формирует электрический импульс, и счетчик электроимпульсов 8-2, установленный на щите. Производительность (нагрузка) головных участков устанавливается АСР расхода зерна, в состав которой входят расходомер зерна 9-1, вторичный регистрирующий прибор с пневмопреобразователем 9-2, вторичный пневматический прибор 9-3 с ПИ-регу-лятором 9-4 и исполнительное устройство 9-5, в качестве которого используется регулирующая заслонка (шибер) с пневматическим мембранным исполнительным механизмом.

Стадия приготовления замеса. Основной задачей управления на этой стадии является получение определенной концентрации в замесе крахмала, что обеспечивает АСР соотношения расходов зерна и воды, поступающих в предразварник-смеситель. Расход воды измеряется ротаметром 10-1 с пневмовыходом, сигнал с которого поступает на вторичный прибор 10-2 и далее на регулятор соотношения 10-3 в качестве регулируемой переменной. Пневмосигнал, пропорциональный расходу зерна, с пневмопреобразователя вторичного прибора 9-2 поступает на регулятор соотношения в качестве задания. Командный сигнал с выхода регулятора соотношения подается на привод регулирующего клапана 10-4 подачи воды.

Схемой автоматизации предусмотрено регулирование температуры в смесительной камере и камере предразварника, а также уровня массы в камере предразварника. Обе АСР температуры состоят из датчиков - манометрических термометров с пневмовыходом 11-1 и 12-1, вторичных приборов 11-2 и 12-2 с ПИ-регуляторами 11-3 и 12-3 и регулирующих клапанов 11-4 на линии подачи холодной воды в смеситель и 12-4 на линии подачи пара в предразварник. Для измерения уровня разваренной массы служит датчик 13-1 в комплекте с вторичным прибором 13-2.

Участок разваривания. В схеме автоматизации участка разваривания (рис. 10.10) замес из предразварника-смесителя подается плунжерным насосом I в контактную головку II, где нагревается острым паром,


aia - 0142-1

Рис. 10.10. Схема автоматизации участка разваривания


и далее в варочную колонну II первой ступени, куда также подается острый пар. Затем разваренная масса последовательно проходит через варочные колонны IV второй ступени и попадает в сепаратор V, где от нее отделяется пар. Основными задачами управления в этом отделении являются стабилизация температурного режима разваривания, а также поддержание заданной производительности (нагрузки), которая определяется потребностью отделения осахаривания.

Стабилизацию температурного режима обеспечивают АСР температуры массы на выходе из контактной головки и АСР температуры в первой варочной колонне, которые однотипны. Датчиками температуры служат манометрические термометры 2-1 и 3-1 с пневмовыходом, сигнал с которых подается на вторичные приборы 2-2 и 3-2 с ПИ-регуляторами 2-3 и 3-3 и затем на регулирующие клапаны 2-4 и 3-4, установленные на трубопроводе подачи пара в соответствующий аппарат. Производительность участка определяется расходом замеса, который регулируется АСР уровня в сепараторе 5. При изменении потребления разваренной массы отделением осахаривания, например при его увеличении, уровень в сепараторе понижается. Пневматический сигнал от датчика уровня 5-1 поступает на вторичный прибор 5-2 с ПИ-регулятором 5-3 и далее на регулирующий клапан 5-4, который увеличивает расход замеса, приводя его в соответствие с расходом разваренной массы.

Автоматический контроль расхода замеса производится с помощью индукционного расходомера 1-1 - 1-2. Стабилизацию уровня в последней варочной колонне второй ступени осуществляет АСР, состоящая из уровнемера 4-1, вторичного прибора 4-2 с регулятором 4-3 и регулирующего клапана 4-4 на линии перетока массы в сепаратор. Для стабилизации давления в коллекторе пара служит АСР, состоящая из датчика 6-1, вторичного прибора 6-2 с ПИ-регулятором 6-3 и регулирующего клапана 6-4.

Отделение осахаривания. В отделении осахаривания (рис. 10.11) разваренная масса охлаждается в вакуум-испарителе II и поступает в осахариватель III, куда дозируется ферментный раствор из сборника IV. В результате ферментативного гидролиза крахмал осахаривается и разваренная масса крахмалистого сырья превращается в питательную среду для дрожжегенерации и брожения - сусло, которое после охлаждения в теплообменнике V собирается в сборнике VI.


aia - 0143-1

Рис. 10.11. Схема автоматизации участка осахаривания


Основными задачами управления в этом отделении являются, поддержание заданного режима осахаривания, которое сводится к стабилизации температуры реакционной массы в осахаривания теле и концентрации в ней фермента. Для регулирования температуры служит двухконтурная (каскадная) АСР: температура массы на выходе вакуум-испарителя измеряется манометрическим термометром 1-1, пневматический сигнал с выхода которого поступает на вторичный прибор 1-2 с регулятором 1-3 и далее на регулирующий клапан 1-4, изменяющий расход воды в барометрический конденсатор I. Температура массы в осахаривателе измеряется термопреобразователем сопротивления 2-1, который подключен к электронному мосту 2-2 с встроенным пневматическим ПИ-регулятором. Выходной сигнал этого регулятора подается через панель управления 2-3 в качестве задания на регулятор 1-3. Применение двухконтурной АСР повышает качество регулирования температуры в осахаривателе.

Для поддержания концентрации фермента в реакционной массе служит АСР соотношения расходов сусла и ферментсо-держащего раствора. В эту АСР входят индукционные расходомеры 3-1 и 3-2 для ферментсодержащего раствора и 4-1 и 4-2 для сусла; электропневмопреобразователи 3-3 и 4-3; вторичный прибор 3-4 и регулятор соотношения 3-5, выходной сигнал которого поступает на регулирующий клапан 3-6, установленный на трубопроводе подачи ферментсодержащего раствора в осахариватель.

Температура сусла на выходе теплообменника V стабилизируется АСР, которая состоит из термопреобразователя сопротивления 6-1, электронного моста с встроенным ПИ-регулятором 6-2 и регулирующего клапана 6-3, установленного на трубопроводе подачи холодной воды в теплообменник.

Для регулирования уровня массы в осахаривателе используется АСР, датчиком которой служит буйковый уровнемер 5-1. Его выходной пневмосигнал поступает на вторичный прибор 5-2 с регулятором 5-3, который воздействует на регулирующий клапан 5-4, установленный на трубопроводе подачи разваренной массы в вакуум-испаритель. Аналогичная по структуре АСР используется для поддержания уровня сусла в сборнике VI. В этой системе регулятор воздействует на клапан 7-4, установленный на трубопроводе подачи сусла из осахаривателя в теплообменник.

Стадия брожения. Основной стадией производства спирта, на которой образуется целевой продукт, является брожение. Наибольшее распространение имеет непрерывный способ брожения, который осуществляется в батарее ферментаторов (бродильных аппаратов), соединенных последовательно. Перед началом процесса в головной ферментатор I (рис. 10.12) вводят культуру посевных дрожжей-сахаромицетов, выращенных в посевных ферментаторах IV*, и подают поток осахаренного сусла. После заполнения головного ферментатора избыток культуральной жидкости попереливной трубепоступает вовторой

aia - 0145-1

Рис. 10.12. Схема автоматизации отделения дрожжегенерации и брожения


ферментатор II и т. д., пока не будут заполнены все аппараты батареи. Из последнего ферментатора III культуральная жидкость (бражка) с объемной долей спирта 8—9 % подается в отделение брагоректификации. В посевных ферментаторах IV и первых трех головных бродильных аппаратах микробиологические процессы протекают особенно интенсивно и сопровождаются значительным тепловыделением, поэтому они снабжены теплообменниками и охлаждаются водой.

Основной задачей автоматизации на стадиях дрожжегенерации и брожения является поддержание оптимальной температуры в посевных и головных бродильных ферментаторах. Как объекты регулирования они обладают большой инерционностью и значительным запаздыванием. Температура в каждом аппарате измеряется термопреобразователями сопротивления 1-1, 1-2, 1-3, которые подключены к многоточечному регулирующему электронному мосту в комплекте с блоком задания и блоком реле (1-4-1-6). Выходные сигналы через электропневмоиреобразо-ватели 1-7* управляют подачей охлаждающей воды в соответствующие ферментаторы через регулирующие клапаны 1-8— 1-10.

При работе системы переключающее устройство моста поочередно подключает к его измерительной схеме один из датчиков температуры, а к регулятору - один из задатчиков, на котором установлено заданное значение температуры в соответствующем ферментаторе. Если температура отличается от заданного значения, то позиционный регулятор вырабатывает электрический сигнал, преобразуя его в командный пневматический, и открывает или перекрывает подачу охлаждающей воды в теплообменник данного ферментатора.

Для предотвращения инфицирования культуральной жидкости ферментаторы периодически стерилизуют острым паром. Во время стерилизации температура в аппарате значительно превышает верхний предел измерений моста 1-4, что неблагоприятно сказывается на его работе. Для предотвращения «зашкаливания» прибора должна быть предусмотрена возможность шунтирования термопреобразователей дополнительным электрическим сопротивлением на время стерилизации.

Переливы в ферментаторах предотвращаются электронными сигнализаторами уровня 2-1 - 5-1, включенными в электрическую схему световой и звуковой сигнализации. В ходе брожения выделяются газы, которые в основном содержат СO2, а также пары спирта. Отходящие газы направляются в спиртоловушку, V, которая орошается водой. Пары спирта растворяются в воде, образовавшаяся водно-спиртовая смесь подается в брагоректификационную установку, а СO2 поступает на переработку в цех углекислоты.

Схемой автоматизации предусмотрено регулирование расхода воды, поступающей в спиртоловушку. Расход измеряется ротаметром 6-1, пневматический выходной сигнал которого подается на вторичный прибор 6-2 с ПИ-регулятором 6-3, управляющим клапаном 6-4 подачи воды.

Для обеспечения безопасных условий работы в бродильном отделении предусмотрены автоматический контроль и регулирование концентрации СO2 в воздухе производственного помещения. Проба воздуха непрерывно просасывается через приемник газоанализатора 7-3, в комплект которого входит также вторичный прибор с регуляторами 7-4, 7-5. Если концентрация СO2 в помещении превышает предельно допустимую, то включаются электродвигатель привода вентилятора VI, а также световая и звуковая сигнализация (7-4).

Стадия выделения спирта из культуральной жидкости (бражки) и его очистка от примесей. Эта стадия является заключительной и осуществляется в брагоректификационных установках (БРУ). Существует несколько вариантов технологических схем БРУ, однако принципы их автоматизации схожи, поэтому в качестве примера рассматривается трехколонная установка косвенного действия (рис. 10.13).

Бражка из бродильного отделения подается в теплообменник I где нагревается парами спирта и воды, затем поступает в верхнюю часть бражной колонны VI и по тарелкам стекает вниз. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары воды и спирта, которые образуются за счет теплоты греющего пара, подаваемого в кипятильник колонны. В результате тепломассообмена концентрация спирта в потоке пара возрастает, а в жидкости уменьшается. Бражка, из которой отогнан спирт, называется бардой. Она отводится из нижней части колонны и, являясь основным отходом спиртового производства, используется либо непосредственно в качестве корма для скота, либо как сырье для производства кормовых дрожжей. Пары спирта и сопутствующих ему примесей выходят из верхней части колонны, охлаждаются в теплообменнике I потоком бражки и окончательно конденсируются в дефлегматоре II, куда подается охлаждающая вода.

aia - 0147-1

Рис. 10.13. Схема автоматизации трехколонной установки косвенного действия

Очистка спирта-сырца производится в эпюрационной колонне VII, куда на перегонку поступает конденсат спирта-сырца из дефлегматора II. Обогрев колонны производится паром, который подается в кипятильник. Температурный режим в эпюрационной колонне рассчитан на разделение спирта, который здесь является высококипящим компонентом смеси, и легколетучих примесей (эфиров, альдегидов, метанола и др.), которые концентрируются в верхней части колонны III и выходят из нее в виде эфироальдегидной фракции (ЭАФ).

Очищенный спирт концентрацией 20—30 % (эпюрат) выводится из нижней части эпюрационной колонны и подается в ректификационную колонну VIII для окончательной очистку и концентрирования. В этой колонне легколетучим компонентом является спирт, а основным высококипящим — вода, поэтому концентрация спирта возрастает по высоте колонны. Обогрев этой колонны, как и двух других, производится глухим паром, который подается в кипятильник.

Спирт-ректификат концентрацией 96 % отбирается с 10— 15 тарелок в верхней части колонны и проходит через теплообменник V, где охлаждается водой. Пары спирта всходят через верхнее отверстие и после конденсации в дефлегматоре IV возвращаются в колонну в качестве флегмы. Из нижней части колонны отбираются сивушные масла, а еще ниже отводится вода с остатками спирта.

Брагоректификационное отделение является взрывоопасным помещением, поэтому в нем допускается установка только приборов и средств автоматизации во взрывобезопасном исполнении. В системе автоматизации БРУ использованы преимущественно приборы пневматической ветви ГСП, в том числе вторичные приборы с пневмоприводом диаграммы. Нагрузка БРУ определяется расходом бражки, для регулирования которого служит система, состоящая из комплекта индукционного расходомера (1-1, 1-2), электропневмопреобразователя 1-3, вторичного прибора 1-4 с ПИ-регулятором 1-5 и регулирующего клапана 1-6.

Важным технологическим параметром, определяющим режим работы любой из колонн БРУ, является давление в ее нижней части, которое зависит от расхода греющего пара в кипятильник. Для регулирования давления в схеме автоматизации БРУ использованы однотипные системы, которые состоят из датчиков давления 2-1, 5-1, 8-1, вторичных приборов 2-2, 5-2, 8-2 с П-регулятором 8-3 или ПИ-регуляторами 2-3 и 5-3 и регулирующих клапанов 2-4, 5-4, 8-4 на трубопроводах подачи пара в кипятильник соответствующей колонны.

Основным параметром, характеризующим состояние процесса в каждой колонне, является концентрация целевого продукта (спирта) в основном технологическом потоке на выходе из аппарата. Из-за отсутствия серийных датчиков для автоматического измерения этого параметра его непосредственное регулирование невозможно. Однако при постоянном давлении в колонне между концентрацией и температурой кипения жидкости на контрольной тарелке существует однозначная зависимость, которую можно использовать для косвенного регулирования концентрации.

В бражной колонне температура на контрольной тарелке регулируется двухконтурной (каскадной) АСР. Температура измеряется манометрическим термометром 3-1, пневматический сигнал с выхода которого подается на вторичный прибор 3-2 с ПИ-регулятором 3-3. Сигнал этого регулятора поступает в качестве задания на регулятор 2-3 давления в нижней части колонны. При работе системы, если по каким-либо причинам концентрация спирта в верхней части колонны изменяется, например уменьшается, температура на контрольной тарелке снижается, становясь меньше заданной. Регулятор 3-3 увеличит заданное значение давления для регулятора 2-3, которое окажется больше текущего значения давления в нижней части колонны. В результате увеличится расход пара в кипятильник и интенсифицируются процесс кипения, а также все тепломассообменные процессы в колонне, что со временем приведет к восстановлению требуемого режима ее работы.

Аналогичная по структуре АСР (6-1, 6-2, 6-3) применяется для стабилизации технологического режима в эпюрационной колонне. Отличие состоит в том, что в данной АСР регулируется температура в нижней части колонны, откуда отбирается целевой продукт-эпюрат.

Особенно высокие требования предъявляются к качеству регулирования концентрации спирта, отбираемого из ректификационной колонны, поскольку он является конечным продуктом производства. Для этого служит двухконтурная (каскадная) АСР, которая регулирует расход спирта-ректификата с коррекцией по температуре на контрольной тарелке. Датчиком расхода является ротаметр 9-1, пневматический выходной сигнал которого подается на вторичный прибор 9-2 с П-регулятором 9-3 и далее на регулирующий клапан 9-4.

Температура на контрольной тарелке измеряется манометрическим термометром 10-1, пневмосигнал с которого поступает на вторичный прибор 10-2 с ПИ-регулятором 10-3. Сигнал с выхода этого регулятора подается в качестве задания на регулятор 9-4.

Схемой автоматизации БРУ предусмотрено регулирование расходов охлаждающей воды, подаваемой в дефлегматор всех колонн. При этом расход воды в дефлегматор бражной колонны обеспечивает стабилизацию температуры отходящей нагретой воды (4-1 - 4-4). В эпюрационной и ректификационной колоннах применены однотипные системы регулирования давления в верхней части колонны, которые состоят из датчиков 7-1 и 11-1, вторичных приборов 7-2 и 11-2 с ПИ-регуляторами 7-3 и 11-3 и клапанами 7-4 и 11-4, регулирующими подачу охлаждающей воды в дефлегматор соответствующей колонны.

Наряду со стабилизацией основных технологических параметров брагоректификации система автоматизации БРУ обеспечивает регулирование давления пара в коллекторе с помощью регулятора 13 прямого действия «после себя», а также температуры спирта-ректификата после теплообменника V (12-1 — 12-4). Измерение и учет объема спирта, получаемого из БРУ, а также содержания в нем чистого алкоголя производятся с помощью специального устройства, называемого контрольным снарядом (на рис. 10.13 не показано).


ТЕМА 2.3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА САХАРА


2.3.1. Технологические процессы свеклосахарного

и сахарорафинадного производств как объекты управления


Сахарная промышленность объединяет свеклосахарные заводы, сырьем для которых служит свекла, и сахарорафинадные заводы, подвергающие дополнительной обработке сахарный песок, полученный на свеклосахарных заводах.

Свеклосахарное производство представляет собой последовательность взаимосвязанных процессов, протекающих в ряде отделений и аппаратов. Процесс получения сахарного песка из свеклы включает гидромеханические, механические, тепловые, диффузионные и другие процессы. Свеклосахарное производство является непрерывно-поточным, характеризуется высокими значениями потоков материала и энергии, сложностью процессов массотеплообмена, большой протяженностью производственных линий, наличием внутренних обратных связей по параметрам. Свеклосахарное производство как объект управления характеризуется большой размерностью вектора контролируемых параметров (свыше 400), наличием транспортного запаздывания и инерционными свойствами отдельных аппаратов, распределенными значениями параметров по времени и протяженности аппаратов.

В настоящее время разработана и рекомендована к внедрению типовая схема автоматизации свеклосахарного производства СА-85. В схеме (рис. 11.1) показаны последовательность расположения цехов (отделений), объединенных в процессе свеклосахарного производства, и организация управления по двухуровневой структуре — с локальных пунктов управления (ПУ) и центрального диспетчерского пункта (ЦДП) управления заводом. Локальные ПУ наряду со связью с соответствующими отделениями и ЦДП оснащены еще телефонной связью и промышленным телевидением для связи со службой КИПиА, электротехнической службой, химической лабораторией и управленческим персоналом завода. Типовая схема автоматизации СА-85 составлена на основании комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, опыта внедрения систем автоматизации на действующих заводах и предусматривает контроль свыше 400 параметров процесса, стабилизацию и программное регулирование основных режимных параметров, осуществляемое 110 контурами регулирования.

aia - 0151-1

Рис. 11.1. Структурная схема управления ТП свеклосахарного завода


Схема СА-85 охватывает все технологические участки производства, для которых спроектированы независимые системы управления, предусматривающие наряду со стабилизацией режимных параметров оптимизацию отдельных процессов за счет использования серийных средств автоматизации.

Техническое обеспечение СА-85 базируется в основном на элементах пневматической и электрической ветвей ГСП. В системах локальной автоматизации применяются средства автоматизации спецразработок — датчики реологических характеристик утфеля и плотности рафинадных сиропов, датчики контроля движения транспортерных лент и индикаторы наличия на них сахара, устройства для выпуска утфеля из вакуум-аппаратов и пр.

Сахарорафинадное производство является высокомеханизированным, характеризуется высокой интенсивностью процессов, наличием параллельных линий материальных потоков и значительным числом единиц технологического оборудования. Производство по характеру протекающих процессов разбито на ряд отделений, имеющих тесные технологические связи по материальным и энергетическим потокам. Между отделениями предусмотрены промежуточные накопительные емкости. Структурная схема производства сахара-рафинада представлена на рис. 11.2.

Склад бестарного хранения оснащен поточно-транспортными механизмами, подающими сырье из железнодорожных вагоновв производственные бункера и помещения склада. В роспускном отделении размещены клеровочные аппараты и сборники промо-ев. Полученный в отделении сироп должен иметь определенные температуру и концентрацию сухих веществ. Отделение очистки сиропа оснащено гравиевыми и патронными фильтрами, сборниками сиропа до и после фильтров. Отделение ионитных реакторов включает сборник перед ионитными реакторами, ионитные реакторы и сборники промоев после ионитных реакторов.

aia - 0152-1

Рис. 11.2. Структурная схема процессов сахарорафинадного завода


О качестве работы отделения судят по количеству отфильтрованного сока и его цветности.

Вакуум-выпарное отделение оснащено вакуум-аппаратами и сборниками перед ними, утфелемешалками и утфелераспредели-телями. Концентрация сухих веществ в уваренном сиропе (утфе-ле) является одним из наиболее важных количественных показателей работы отделения. Отделение центрифугирования, включающее центрифуги непрерывного действия, через тракт подачи рафинадной кашки связано с участком прессования и фасовки. В состав последнего входят пресс-сушильные агрегаты, производительность которых определяется расходом рафинадной кашки и частотой вращения ротора установки. Любое сахарорафинадное производство имеет склад готовой продукции, оснащенный поточно-транспортными механизмами для транспортировки пакетов и коробов.

Производство сахара-рафинада является непрерывно-дискретным, так как в составе оборудования производственных отделений задействованы аппараты с периодической организацией обработки — вакуум-аппараты, утфелемешалки и центрифуги продуктовых утфелей. Производственной продукцией сахарорафинадных заводов являются быстрорастворимый прессованный сахар-рафинад, прессованный колотый сахар, сахар-рафинад в мелкой упаковке, жидкий сахар и патока.

Для сахарорафинадных заводов типовая схема автоматизации (подобная СА-85) формально не составлена. Однако для двух основных видов сахарорафинадного производства, использующих в качестве сырья тростниковый сахар-сырец и промышленный сахар-песок, разработаны достаточно полные проекты комплексных систем локальной автоматизации процессов и аппаратов, головные образцы которых внедрены и эксплуатируются на сахарорафинадных заводах. Специфичность сред, их агрессивность, наличие механических включений создают сложности в измерении ряда параметров, определяют объективные трудности при автоматизации этих заводов.


2.3.2. Системы автоматизации технологических процессов свеклосахарного производства


Процесс диффузии. Свеклоперерабатывающее отделение является одним из основных на свеклосахарном заводе. В диффузионной установке извлекают сахар, содержащийся в свекле. Полученный диффузионный сок на последующих участках подвергают очистке и обработке в целях получения товарного сахара-песка. Параметры полученного диффузионного сока, его технологические свойства, а также потери сахара в жоме (обессахаренной стружке) определяют дальнейший ход процесса и показатели работы всего завода.

В свеклоперерабатывающем отделении наряду с основным оборудованием - диффузионными аппаратами разных конструкций - размещены свеклорезки, аппараты для подготовки, подогрева и подачи воды, сборник диффузионного сока, транспортеры и пр. На современных свеклосахарных заводах наибольшее распространение получили наклонные и колонные диффузионные аппараты. Рассмотрим более подробно работу диффузионного отделения, оснащенного наклонными диффузионными аппаратами А1-ПДС-20 и схему его автоматизации (рис. 11.3).

Наклонный диффузионный аппарат представляет собой корытообразный корпус, внутри которого смонтированы транспортирующие стружку шнеки. Корпус снабжен жомовыгрузочным устройством и системой обогрева. Размеры аппарата (в м) зависят от расчетной производительности: длина 22—35, высота 7— 10, ширина 5—8.

Измельченная в виде стружки свекла подается транспортером II в головную часть аппарата I. Экстрагирующая жидкость - жомопрессовая и сульфитированная вода - подаются в хвостовую часть аппарата. Стружка, заполняющая все внутреннее пространство аппарата, перемещается от головной его части к хвостовой двумя парами шнеков, вращающихся независимо один от другого. В процессе транспортирования свекловичная стружка обессахаривается, превращаясь в жом, а вода, движущаяся в противотоке со стружкой, обогащается сахаром и превращается в диффузионный сок. Жом выгружается из аппарата ленточными шнеками. Вода, полученная при отжиме жома, очищается и возвращается в диффузионный аппарат в целях снижения потерь сахара. Сульфитированная вода подается в аппарат после обработки в сульфитаторе сернистым газом до придания ей слабокислой реакции (рН около 6). Полученный диффузионный сок отделяется от стружки на лобовом сите и откачивается насосом IV на дальнейшую переработку. Для улучшения диффузии молекул сахара из стружки в раствор аппарат снабжен секционной паровой рубашкой.

Эффективность работы диффузионного отделения определяется его производительностью, содержанием сахара в диффузионном соке и потерями сахара в жоме. На экстракцию сахара влияют многие факторы: температурные режимы по зонам аппарата, качество свекловичной стружки, время диффундирования, рН среды в аппарате, соотношение расходов стружки и воды и др.При проектировании системы автоматизации диффузионного отделения учтены свойства объекта управления (диффузионного аппарата),определяющие специфику построения отдельных контуров регулирования. Диффузионный аппарат является объектом с распределенными параметрами, так как температурные режимы сокостружечной смеси и содержание в ней сахара неодинаковы по зонам аппарата. Объект управления обладает значительными инерционными свойствами как по каналу стабилизации температурного режима сокостружечной смеси, так и по каналу регулирования концентрации диффузионного сока.

С учетом специфики объекта управления типовая схема автоматизации предусматривает стабилизацию удельной нагрузки аппарата; стабилизацию концентрации диффузионного сока; стабилизацию температурных режимов по зонам диффузионного аппарата; стабилизацию уровня в головной части аппарата; измерение расходов стружки, экстрагирующих жидкостей,

диффузионного сока; измерение рН сокостружечной смеси. Большинство технологических параметров свеклоперерабатывающего отделения контролируют с помощью общепромышленных приборов. Исключение составляют средства измерения концентрации сухих веществ в диффузионном соке и сахара в жоме.

Удельная нагрузка на диффузионный аппарат — масса стружки, приходящейся на единицу объема корпуса, — определяет производительность отделения. Удельную нагрузку оценивают по величине тока, потребляемого электродвигателями приводов транспортирующих шнеков, и регулируют изменением производительности свеклорезки III. Время чистого запаздывания по этому каналу регулирования достигает 20 мин, а постоянная времени — 30 мин. Поэтому АСР построена по двух-контурной схеме с использованием основной информации от привода хвостовых шнеков и дополнительной — от привода головных шнеков.



aia - 0154-1

Рис. 11.3. Система автоматизации наклонного диффузионного аппарата


Нагрузка электродвигателей шнеков измеряется с помощью калиброванных шунтов 2-1 и 2-2 и автоматических потенциометров 2-3 и 2-4. В зависимости от изменения нагрузки регулирующий прибор 2-5 вырабатывает дискретный выходной сигнал для управления приводом свеклорезки. Для увеличения запаса устойчивости контура регулирования в нем используется обратная связь по частоте вращения свеклорезки. Частота вращения измеряется тахогенератором 2-6, выходной сигнал которого через делитель напряжения 2-7 подается на вход регулирующего прибора. Номинальная частота вращения устанавливается задатчиком 2-8.

Стабилизация концентрации диффузионного сока осуществляется путем изменения расхода воды, подаваемой в диффузионный аппарат. С учетом инерционных свойств объекта управления АСР построена по двухконтурной схеме. На регулирующий блок 6-4 поступает сигнал о величине и скорости изменения количества сахара в сокостружечной смеси в средней зоне диффузионного аппарата. Содержание сухих веществ в сокостружечной смеси и диффузионном соке, определяющее содержание сахара, контролируют комплектами рефрактометров 6-1 и 6-5 и автоматических мостов 6-2 и 6-6. Блок прямого предварения 6-3 предназначен для введения в сигнал, пропорциональный содержанию сухих веществ в сокостружечной смеси, составляющей, которая характеризует скорость изменения контролируемого параметра. Вторичным прибором в АСР содержания сухих веществ в диффузионном соке является прибор 6-7.

Автоматическое регулирование температуры сокостружечной смеси в наклонном диффузионном аппарате с учетом его инерционных свойств реализуют по пяти зонам. Контуры АСР построены на базе идентичных средств автоматизации. Датчиками температуры служат медные термопреобразователи сопротивления 8-1-12-1. Вторичные приборы - автоматические мосты - работают в комплекте с пневматическими регуляторами, реализующими ПИ-закон регулирования (на СА полный набор элементов показан для секций хвостовой части аппарата). Регулирующие воздействия в контурах стабилизации температуры осуществляют клапаны, изменяющие расход пара, подводимого к каждой из секций аппарата.

Необходимая продолжительность контакта стружки с соком достигается путем автоматической стабилизации уровня в головной части аппарата. Уровень измеряется пьезометрическим методом, заключающимся в измерении перепада давления воздуха, продуваемого через трубки, опущенные в контролируемую среду. Сигнал от дифманометра 7-6, характеризующий уровень . поступает на вторичный прибор 7-8 и регулятор 7-9. Регулирующее воздействие — изменение расхода откачиваемого диффузионного сока — осуществляется регулирующим клапаном 7-10. Системой автоматизации предусмотрен контроль перепада уровней сокостружечной смеси по длине аппарата и на лобовом сите. Уровень по длине аппарата измеряется (7-1, 7-2) так же, как и уровень в головной части аппарата, пьезометрическим методом. Перепады давления измеряются дифманометрами 7-4 и 7-5 и записываются вторичным прибором 7-7. Схемой автоматизации предусмотрен контроль расходов экстрагирующих жидкостей и диффузионного сока индукционными расходомерами, в комплект которых входят датчики 3-1, 4-1, 14-1 и вторичные самопишущие приборы 3-2, 4-2, 14-2. Расход свекловичной стружки измеряется ленточными весами с встроенным в них дифференциально-трансформаторным датчиком 1-1, работающим в комплекте с вторичным прибором 1-2. Измерение рН сокостружечной смеси реализует комплект чувствительного элемента 13-1, преобразователя 13-2 и вторичного прибора 13-3.

Процесс дефекосатурации. Очистка диффузионного сока от органических примесей на свеклосахарных заводах осуществляется на участке дефекосатурации, позволяющей за счет последовательного воздействия реагентов провести эффективное отделение осадка от сахарного сиропа. Технологический процесс этого участка включает операции предварительной дефекации, основной дефекации, I и II сатурации (рис. 11.4).

В преддефекаторе I - цилиндрической емкости с мешалкой - осуществляют смешивание диффузионного сока с соком / сатурации, содержащим большое количество растворенной извести и частицы карбоната кальция. В полученной таким образом суспензии органические примеси выпадают в осадок в виде крупных рыхлых хлопьев. На дальнейшую обработку сок подается самотеком через переливной патрубок, регулирующий уровень в преддефекаторе.

В основном дефекаторе III за счет дополнительной обработки диффузионного сока раствором извести - известковым молоком — уничтожаются микроорганизмы и выпадают в осадок анионы органических кислот. Дефекатор конструктивно подобен преддефекатору, но смесь сока и известкового молока поступает в него по одному патрубку.

Нейтрализация извести дефекованного сока осуществляется в два этапа сатурационным газом, содержащим около 30 % С02. В аппарате I сатурации IV большая часть извести превращается в карбонат кальция, адсорбирующий органические примеси. В этом аппарате отделяют осадок от сока, который направляют в аппарат II сатурации V (для окончательного удаления извести из раствора). Аппарат I сатурации IV представляет собой цилиндрический корпус с коническим днищем и расширенной верхней частью, в которой собирается большое количество пены. Сатурационный газ подводится в нижнюю часть аппарата, проходит слой сока и выбрасывается в атмосферу. В верхнюю зону аппарата II сатурации (аналогичной конструкции) подают фильтрованный сок I сатурации и незначительное количество известкового молока для улучшения качества осадка после II сатурации.

Эффективность работы участка дефекосатурации оценивают по его производительности, полноте удаления примесей, количеству извести и сатурационного газа, израсходованных на процесс очистки. Перечисленные параметры могут меняться в значительных пределах и в основном зависят от химического состава диффузионного сока, поступающего на обработку, его температуры, плотности известкового молока и состава сатурационного газа.

Станция дефекосатурации как объект управления характеризуется рядом особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании системы автоматизации: все аппараты станции обладают распределенностью параметров, обусловливающих интенсивность протекания в них химических реакций; высокая скорость химических реакций определяет жесткие требования к временным показателям переходных процессов в АСР; на объект управления действует большое число возмущающих воздействий, которые не удается нейтрализовать, - изменение состава диффузионного сока, изменение плотности известкового молока и содержания СО2 в сатурационном газе. Качество проведения предварительной и основной дефекаций характеризует содержание извести в суспензии, выходящей из аппаратов. Из-за отсутствия средств экспресс-анализа этого параметра в промышленных условиях управление дефекацией осуществляют поддержанием соотношения входных потоков в аппараты.


aia - 0158-1

Рис. 11.4. Система автоматизации отделения сокоочистки


При условии стабилизации температуры диффузионного сока, поступающего на очистку, схема автоматизации участка дефекосатурации (см. рис. 11.4) обеспечивает стабилизацию соотношения расходов диффузионного и рециркуляционного соков I сатурации, подаваемых в преддефекатор; стабилизацию соотношения расходов сока и известкового молока, подаваемых в аппарат основной дефекации; стабилизацию значений рН сока I и II сатурации.

Автоматическое регулирование соотношения расходов «диффузионный сок и сок I сатурации» осуществляют путем воздействия на расход рециркуляционного сока. Расход продуктов, поступающих в преддефекатор, измеряют электромагнитные расходомеры, датчики 1-1 и 1-2 которых установлены на соответствующих магистралях. Вторичные приборы 1-3 и 1-4, размещенные на щите, регистрируют измеряемые параметры и передают сигнал на регулирующий блок соотношения 1-5, формирующий управляющее воздействие. В АСР предусмотрена панель дистанционного управления 1-6.

Стабилизацию соотношения расходов «диффузионный сок и известковое молоко» поддерживают, воздействуя на подачу известкового молока в аппарат основной дефекации. Специфичные свойства раствора извести - колебания плотности, осаждение из суспензии твердых частиц - обусловливают установку на магистрали подачи известкового молока дозатора II специальной разработки. Он представляет собой щелевой расходомер с двумя клапанами, через которые раствор извести подается в аппараты основной дефекации и II сатурации. Напоромер 2-1, измеряющий уровень в напорной камере щелевого расходомера, отрабатывает сигнал, который пропорционален текущему расходу известкового молока, подаваемого в дефекатор. Измерение расхода осуществляет вторичный прибор 2-3; регулирующий блок 2-4 сравнивает сигналы, пропорциональные текущим значениям расходов диффузионного сока и известкового молока (1-3 и 2-3), и формирует управляющий сигнал в зависимости от возникающего рассогласования. Численные значения соотношения можно менять панелью управления 2-5, а расход известкового молока — регулирующим клапаном 2-6 дозатора.

Стабилизацию рН сока I и II сатурации осуществляют двумя контурами регулирования, построенными на использовании идентичных средств автоматизации. На производственном участке установлены погружные датчики рН 3-1 и 4-1 в комплекте с преобразователями 3-2 и 4-2. На щите смонтированы комплекты электропневматических преобразователей 3-3 и 4-3, вторичных приборов 3-4 и 4-4 и автоматических регуляторов 3-5 и 4-5, реализующих ПИД-закон регулирования. Регулирующие воздействия направлены к заслонкам, смонтированным на трубопроводе подачи сатурационного газа.

К отфильтрованному соку I сатурации перед аппаратом II сатурации добавляют незначительное количество известкового молока. Система автоматизации предусматривает возможность управления клапаном 5-2, установленным на дозаторе, со щита панелью управления 5-1.

Наряду с описанным предусмотрены контроль и стабилизация давления в магистрали сатурационного газа, сигнализация падения давления в магистрали. Комплект средств автоматизации включает дифманометр 6-1 с дифференциально-трансформаторным выходом и показывающий прибор с регулирующей приставкой 6-2. Выходной сигнал регулирующего блока воздействует через пневматический исполнительный механизм на заслонку сброса сатурационного газа в атмосферу.

Процесс выпаривания. Выпарная станция (ВС) занимает важное место в общей технологической и тепловой схемах сахарного завода. Кроме своего основного назначения - выпаривания поступающего сока до заданного содержания сухих веществ при определенной производительности сахарного завода,- она обеспечивает вторичными соковыми парами теплообменную аппаратуру завода, снабжает котельную конденсатом для питания паровых котлов, а завод - аммиачной водой для технологических нужд.

Для выпаривания сока на сахарных заводах применяют многокорпусные выпарные установки, позволяющие последовательно многократно использовать пар, поступающий в первый корпус. На ВС сок концентрируется с 15-16 до 65-70 % сухих веществ (плотность 1,32 г/см3) и превращается в сироп, который подвергается дальнейшей обработке в вакуум-аппаратах.

При работе ВС сок направляется в первый корпус и последовательно переходит из корпуса в корпус. Свежий пар поступает только в первый корпус. Второй корпус обогревается соковым паром первого корпуса, третий - соковым паром второго и т. д. Для многократного использования греющего пара, поступающего в первый корпус, в последующих корпусах температура снижается благодаря убывающему последовательно остаточному давлению в надсоковых пространствах аппаратов. Так как процесс выпаривания непрерывен, а количество поступающего сока и отбор сокового пара из выпарных аппаратов изменяются во времени, то поддержание оптимального режима работы ВС возможно только при автоматическом управлении процессом выпаривания. Оптимальным будет считаться режим, обеспечивающий заданную производительность ВС при стабилизации уровня сока в корпусах выпарных аппаратов, что гарантирует наилучшие условия теплообмена и бесперебойное снабжение потребителей соковым паром необходимого потенциала.

Схемы автоматизации ВС строят на основе двухуровневой структуры, в которой на нижнем уровне используются локальные системы автоматизации, а на верхнем уровне - система централизованного контроля и управления на базе управляющего вычислительного комплекса (УВК). Значительная часть локальных систем автоматизации функционирует во взаимодействии с УВК и представляет необходимую информацию для решения задач централизованного контроля состояния производства и расчета ТЭП. Остальная часть локальных систем автоматизации функционирует самостоятельно, решая задачи стабилизации и сигнализации отклонений технологических параметров. В качестве примера рассмотрим схему автоматизации пятикорпусной ВС с повышенным температурным режимом (рис. 11.5).

Работа такой ВС отличается рядом преимуществ: снижением чувствительности к изменениям расхода и концентрации сока, поступающего на выпаривание; сокращением времени пребывания сока в зоне высоких температур вследствие переноса отборов пара из первых корпусов в последние, что при прочих равных условиях уменьшает разложение сахара и нарастание цветности сока при выпаривании; уменьшением продолжительности варки утфеля в вакуум-аппаратах путем повышения температуры греющего пара.

Сок температурой 86 °С нагревается в группе подогревателей VII и при достижении температуры 126 °С поступает в корпус I выпарной станции. Туда же подается ретурный пар давлением 0,29 МПа и температурой 136 °С.

Схема автоматизации обеспечивает стабилизацию давления сокового пара корпусов I и II ВС; стабилизацию разрежения в корпусе V; стабилизацию уровней сока по выпарным аппаратам; подачу аммиачной воды в сборник сока перед ВС при падении уровня в корпусе I; измерение температуры по корпусам I—V ВС; контроль давления пара и перепада давления между паровой камерой и надсоковым пространством в корпусе /; измерение плотности сиропа, откачиваемого на дальнейшую переработку; контроль расхода сока, поступающего в переработку, и сиропа, откачиваемого из ВС.

Давление сокового пара корпуса I стабилизируется по жесткой программе. По мере отложения накипи на поверхности нагрева выпарного аппарата заданное значение давления периодически повышают в целях сохранения требуемой производительности ВС. Контур стабилизации включает пневматический преобразователь давления 3-1, прибор умножения на постоянный

aia - 0162-1

Рис. 11.5. Система автоматизации выпарной станции


коэффициент 3-2, прибор селектирования большего сигнала 3-3 (сигнал на этот прибор поступает и от преобразователя, установленного на корпусе II), вторичный прибор 3-4 и ПИ-регулятор 3-5. Давление поддерживается путем регулирования поступления ретурного пара в паровую камеру корпуса I ВС. В контуре предусмотрено ручное дистанционное управление регулирующим органом при помощи станции управления, встроенной во вторичный регистрирующий прибор 3-4.

Разрежение в корпусе V поддерживается измерительным преобразователем разности давления 5-1 и комплектом вторичного прибора 5-2 и регулятора 5-3. Стабилизация уровней в выпарных аппаратах обеспечивает наилучшие условия для теплопередачи, повышая тем самым производительность ВС. Работа узла регулирования уровней осуществляется по принципу продольной стабилизации. Возникающее в любой зоне системы возмущение последовательно передается на корпус I ВС. Если количество сока, поступающего в выпарную станцию, недостаточно для восстановления минимально допустимых уровней в аппаратах, системой автоматизации предусмотрена подача аммиачной воды в сборник сока VI перед ВС. Любой контур регулирования реализован с использованием комплекта буйкового уровнемера 13-1, пневматического позиционера 13-6, прибора селектирования меньшего сигнала 13-5, вторичного прибора 13-3 и пневматического регулятора 13-4. (Обозначения элементов приведены для АСР уровня в корпусе IV ВС.)

Аммиачную воду в сборник сока перед ВС подают при оголении поверхности обогрева выпарных аппаратов. Параметром, который наиболее точно фиксирует начало предаварийного режима, является разность давлений между греющим и соковым парами первого выпарного аппарата. При оголении поверхности нагрева теплопередача от пара к кипящей жидкости резко уменьшается, давление греющего пара возрастает, а сокового - падает. Это приводит к -увеличению перепада давления. Росту перепада давления соответствует увеличение нагрузки аппарата, что и служит сигналом для включения подачи воды в соковую камеру аппарата.

В рассматриваемом узле при снижении уровня сока в сборнике до минимального значения сигнал от датчика 9-1 замыкает контакт пневмоэлектрического преобразователя 8-2. Если при этом уровень в корпусе I нормальный (сигнал от датчика 10-1), никаких изменений в цепи не произойдет. При минимальном значении уровня в корпусе I замыкается еще один контакт преобразователя 8-2. Для контроля давления ретурного пара предусмотрен пневматический преобразователь давления 6-1, сигнал от которого поступает на самопишущий трехшкальный вторичный прибор 7-2. Перепад давления измеряется комплектом преобразователя 7-1 и вторичного прибора 7-2. При росте перепада давления в корпусе I замыкается третий контакт преобразователя, что служит сигналом для включения подачи воды. В схему подачи аммиачной воды входят сигнализатор мембранный 8-1, электропневматический клапан 8-4, ключ выбора режима управления 8-3.

Контроль температуры в корпусах ВС осуществляется шеститочечным уравновешенным автоматическим мостом 1-6, на который поступают сигналы от термопреобразователей температуры, установленных на каждом выпарном аппарате. Плотность сиропа, выходящего из ВС, является одним из параметров, позволяющих охарактеризовать ее работу. Измерение плотности осуществляется радиоизотопным плотномером 15-1, работающим в комплекте с вторичным показывающим и самопишущим прибором 15-3.

Контроль расходов сока, поступающего на переработку, и сиропа после ВС осуществляется индукционными расходомерами. Датчики 16-1 и 17-1 установлены на производственных коммуникациях, а на щит вынесен вторичный показывающий и самопишущий прибор 16-4.

Роспускное отделение. В этом отделении обеспечивают получение сиропа с содержанием сухих веществ 65—67 % и температурой 82—85 °С и равномерную подачу его в последующие отделения (см. рис. 11.2) на обработку. По схеме автоматизации отделения (рис. 11.6) сахарный песок из бункера II ленточным транспортером I подается в клеровочные котлы III, которые представляют собой цилиндрические вертикальные емкости диаметром 2,5 м с лопастной мешалкой и открытым паровым обогревом. Для получения сиропа в котлы подают горячую воду, промой роспускного отделения, побочные продукты отделений фильтрования и вакуум-выпарного. Схема автоматизации обеспечивает регулирование расхода сахара-песка, подаваемого в отделение, температуры в клеровочных котлах, плотности сиропа, уровня в клеровочных котлах, контроль расхода промоев, подаваемых на роспуск сахара-песка, сигнализацию предельных значений уровня в бункере сахара-песка.

Расход сахара-песка в роспускное отделение регулируют с коррекцией по уровню сиропа в сборнике V перед фильтрами. Сигнал, пропорциональный текущему значению расхода сахара-песка, поступает с датчика тензовесов /-/, установленного на ленточном транспортере /. На щите управления размещены вторичный прибор 1-3 и регулятор 1-4, сигнал задания которому формирует прибор алгебраического суммирования 1-6. На этот прибор поступает корректирующий сигнал из АСР уровня в сборнике V перед фильтрами. Выходной сигнал регулятора через байпасную панель управления 1-5 воздействует на шибер, установленный под производственным бункером II. Системой автоматизации предусмотрена блокировка — отсечка подачи сахара-песка при следующих отклонениях от нормального хода процесса: остановке транспортера, повышении уровня в клеровочных котлах, снижении уровня в сборнике промоев IV.

Стабилизация температуры в клеровочных котлах осуществляется изменением подачи пара в барботеры котлов. В качестве регулирующих устройств применяются дилатометрические терморегуляторы 2-1 и 6-1.

Стабилизацию плотности сиропа обеспечивают изменением подачи в клеровочные котлы промоев. В АСР входят изотопный плотномер 3-1, вторичный прибор 3-2, регулятор 3-3, байпасная панель управления 3-4 и регулирующий клапан на трубопроводе подачи промоев к клеровочным котлам.

Уровень в клеровочных котлах регулируют изменением откачки сиропа на дальнейшую обработку. Уровень измеряется пьезометрическим методом. Сигнал от датчика 5-1 поступает на самопишущий прибор со станцией управления 5-3 и смонтированный на нем регулятор 5-4. Управляющий сигнал с регулятора подается на регулирующий клапан, установленный на трубопроводе откачки сиропа клеровки. В первом клеровочном котле, снабженном переливным устройством, предусмотрен контроль уровня (4).

Расход промоев контролируется индукционным расходомером 7-1, работающим в комплекте с электропневмопреобразователем 7-2 и вторичным прибором 7-3. Температурные режимы в клеровочных котлах измеряются комплектом датчиков 9-1, 9-2 и вторичного прибора 9-3.


aia - 0165-1

Рис. 11.6. Система автоматизации роспускного отделения


Отделение очистки сиропа. Приготовленный в клеровочных котлах сироп содержит сравнительно много примесей, которые необходимо отделить, не допуская их попадания далее в технологический поток.

В технологической схеме отделения очистки (рис. 11.7) сироп, прошедший механическую очистку, центробежным насосом перекачивается в сборник I, который размещен на высоте 26 м в целях создания гидростатического давления и обеспечения определенной скорости первой стадии фильтрования на гравиевых фильтрах II. Вторая стадия фильтрования осуществляется на патронном фильтре V и предназначена для отделения от сиропа мелких взвесей. На патронные фильтры сироп поступает самотеком из сборника IV, находящегося на высоте 22 м. Для согласования производительности гравиевых и патронных фильтров между ними предусмотрен дополнительный сборник сиропа III.

Схема автоматизации отделения очистки обеспечивает контроль расхода сиропа, подаваемого на станцию; стабилизацию уровня во всех емкостях технологического потока; регулирование расхода сиропа на патронные фильтры. Контроль расхода сиропа, подаваемого в отделение фильтрования, осуществляется индукционным расходомером 1-1, работающим в комплекте с электропневмопреобразователем 1-2 и вторичным прибором 1-3.

Контроль уровня во всех емкостях отделения производится пьезометрическим методом. Комплект средств автоматизации аналогичен описанному и входящему в АСР уровня в клеровочных котлах (см. рис. 11.6). Управляющее воздействие с регулятора уровня в сборнике сиропа перед гравиевыми фильтрами 2-4 используется в качестве корректирующего сигнала для системы регулирования подачи сахара-песка в роспускное отделение.

Управляющее воздействие с регулятора уровня в сборнике перед патронным фильтром 3-4 поступает на клапаны, установленные на трубопроводе подачи сиропа на гравиевый фильтр II (один клапан перед фильтром и один после него). Уровни в сборниках после фильтров регулируются аналогичными техническими средствами 4 и 5. Воздействие с регуляторов подается на клапаны, установленные на трубопроводах откачки сиропа.

Расход сиропа, подаваемого на патронный фильтр V, регулируется изменением положения заслонки на трубопроводе подачи сиропа. Метод и средства контроля расхода аналогичны комплекту I, но в АСР использован

aia - 0167-1

Рис. 11.7. Система автоматизации отделения очистки сиропа


вторичный прибор 6-3 со станцией управления. Сигнал задания регулятору формирует задатчик прибора алгебраического суммирования 6-6, на который в качестве корректирующего воздействия подается сигнал из АСР уровня в сборнике VI перед ионитными реакторами.

При нормальном значении уровня в сборнике выходной сигнал прибора алгебраического суммирования 6-6 не изменяется, а при повышении уровня - изменяется на величину коррекции. Откорректированное задание поступает на регулятор через станцию управления вторичного прибора. Такое построение контура регулирования позволяет реализовать его работу как в автоматическом режиме, так и в режиме дистанционного управления. Для обеспечения постоянного прохождения сиропа через патронные фильтры, что является непременным условием их работы, предусмотрен аварийный режим работы фильтров - на рециркулирующем сиропе. Включение этого режима (срабатывание клапанов рециркуляции) происходит при снижении уровня в сборнике сиропа перед патронными фильтрами с использованием позиционного регулятора 7-1.


2.3.3. Автоматизированные системы управления свеклосахарным и сахарорафинадным производствами


В настоящее время осуществляется переход от локальных систем контроля и регулирования отдельных процессов и аппаратов к АСУ сахарных производств. В промышленную эксплуатацию приняты головные образцы АСУ ТП свеклосахарных и сахарорафинадных заводов, а также АСУ организационно-экономической деятельностью свеклосахарного завода — АСУП.

Головные образцы АСУ ТП свеклосахарных заводов имеют двухуровневую централизованную структуру. На нижнем уровне реализован объем локальной автоматизации, предусмотренный типовой схемой СА-85. На верхнем уровне на базе управляющего вычислительного комплекса (УВК) осуществляется контроль технологических параметров и режимов работы основного оборудования, оперативный расчет технико-экономических показателей (ТЭП) производства. Разработчиками подготовлен к внедрению ряд задач оптимального управления процессом экстракции сока из свеклы, процессом очистки диффузионного сока, режимом работы выпарной станции, управления вакуум-аппаратами и основным материальным потоком свеклосахарного завода. В соответствии с руководящими материалами по созданию АСУ каждая из перечисленных задач оформлена в виде самостоятельного программного модуля и сдана в отраслевой фонд алгоритмов и программ. Рассмотрим алгоритмы управления отделениями свеклосахарного завода, схемы автоматизации которых приведены в п. 11.2.

Оптимальное управление процессом экстракции сока осуществляется путем использования адаптивной модели расчета значений коэффициента откачки сока, параметров температурного режима и уровня сока в диффузионном аппарате. В качестве критерия управления использован обобщенный показатель, учитывающий производительность диффузионного аппарата по переработанной свекле, потери сахара, качество диффузионного сока, затраты на его очистку и последующее выпаривание воды.

Алгоритм управления процессом дефекосатурации обеспечивает максимально возможное в конкретной производственной ситуации удаление несахаров из раствора. Управление процессом сводится к согласованию требуемой и фактической скоростей осаждения сока I сатурации за счет изменения рассчитываемого значения рН сахарных растворов.

Алгоритм управления режимом выпарной станции обеспечивает минимальный расход ретурного пара и минимальное нарастание цветности за счет оперативного расчета значений нагрузки первого корпуса и давления вторичных паров двух корпусов. Решение проблемы сбора и передачи достоверной информации на верхний уровень АСУ ТП свеклосахарного завода позволит шире использовать модели, алгоритмы и программы оптимального управления свеклосахарным производством в целом.

Головной образец АСУ ТП сахарорафинадного производства разработан для Одесского завода, оснащенного современным оборудованием и работающего по передовой технологии. Разработанный проект был тиражирован для Краснопресненского (г. Москва) сахарорафинадного завода, где работы по внедрению АСУ ТП велись одновременно с работами по дальнейшей механизации и автоматизации производственных участков. Такой подход обеспечил создание автоматизированного технологического комплекса (АТК).

В АСУ ТП сахарорафинадного завода использована двухуровневая централизованная структура, выбор которой обусловлен стремлением повысить надежность работы системы и необходимостью участия операторов отделений в процессе управления. На нижнем уровне находятся локальные системы контроля и регулирования процессами отделений. Локальные системы в основном выполняют функции автоматической стабилизации технологических параметров и контроля состояния оборудования. Все средства автоматизации, необходимые для управления на нижнем уровне, компонуются на местных щитах и пультах управления.

Централизованный контроль и автоматизированное управление производством на верхнем уровне осуществляются с центрального диспетчерского пункта (ЦДП), в котором сосредоточены УВК, пульт управления, центральный щит с мнемосхемой, щит приборов непрерывной регистрации, устройства диспетчерской связи (рис. 11.8).

В управляющий вычислительный комплекс АСУ ТП сахарорафинадного завода, построенный на базе М-6000, вводятся аналоговые сигналы расходов сырья, полупродуктов, пара, воды и конденсата; уровней во всех емкостях; температурных режимов по производственному процессу; плотности и рН сиропа. Наряду с этим в УВК вводятся дискретные сигналы, характеризующие частоту прессования, количество готовой продукции, простои отдельных видов оборудования. Структура алгоритмического обеспечения АТК сахарорафинадного завода представлена на рис. 11.9.

Внедрение АТК обеспечило улучшение ряда технико-экономических показателей (рост производительности труда и выпуска продукции, снижение затрат электрической и тепловой энергии, численности персонала предприятия). В процессе эксплуатации системы выявлены следующие основные недостатки: чувствительность к повреждениям; отдаленность ЦДП от объекта, требующая дублирования системы управления локальными средствами автоматизации; недостаточная надежность системы управления.


aia - 0170-1

Рис. 11.8. Структурная схема ЦДП АТК завода

aia - 0170-2

Рис. 11.9. Структура алгоритмического обеспечения АТК завода

Модернизация АСУ ТП сахарорафинадных заводов связана с внедрением распределенных систем, в которых планируется расширение функций оперативно-диспетчерского и непосредственного цифрового управления комплексом ТП производства. Комплекс технических средств, заложенный в проект, базируется на СМ-ЭВМ.

На нижнем уровне системы управления будут реализованы автоматические системы управления отделениями производства, реализуемые на базе СМ-1804, пульта диспетчера, оператора и средств связи оператора с диспетчером ЦПУ и операторами локальных щитов управления. На верхнем уровне управления внедряется система централизованного диспетчерского управления производством в целом, реализующая использование СМ-1420, пульта диспетчера, средств связи диспетчера с операторами нижнего уровня. На ЭВМ верхнего уровня возложена роль координатора работы системы.

Разработка и внедрение распределенной АСУ ТП обеспечат существенное улучшение технико-экономических показателей работы завода за счет повышения ритмичности работы отделений и производительности работы оборудования, снижение потерь сахара в мелассе.


ТЕМА 2.4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНДИТЕРСКОГО ПРОИЗВОДСТВА


2.4.1. Технологические процессы кондитерского производства как объекты автоматизации


Кондитерская промышленность включает крупные высокомеханизированные предприятия, отвечающие по своей технической оснащенности и поточности производства требованиям автоматизации. Особенностью процессов кондитерского производства, определяющей актуальность и экономическую эффективность их автоматизации, является наличие большого числа разных физико-химических, физических, биохимических, тепловых и др. методов воздействия на сырье, полуфабрикаты и готовую продукцию, требующих особой четкости ведения процессов и оптимального режима управления. Неблагоприятные условия автоматизации процессов приготовления кондитерских изделий определяются многостадийностью и сложностью ТП, большим числом факторов, влияющих на состояние приготавливаемых кондитерских изделий, их сложной взаимосвязью и наличием возмущающих воздействий, не поддающихся контролю и изучению; нестационарностью по ассортименту и качеству перерабатываемого сырья; многообразием и нестабильностью режимов на разных стадиях ТП, создающих трудности для оптимизации этих процессов.

Кондитерские изделия можно разделить на две большие группы: мучные и сахарные. К числу наиболее крупных ТП приготовления мучных кондитерских изделий относятся производство печенья, крекера, галет, пряников, вафель, кексов, рулетов, пирожных и тортов; сахарных — производство карамели, конфет, шоколада, какао порошка, ириса, халвы, мармелада, пастилы. При всем разнообразии процессы в каждой из этих групп имеют много общего, например в последовательности проведения операций, в аппаратурном оформлении и т. д. Процессы приготовления как мучных, так и сахарных изделий включают набор типовых процессов, из которых состоят производства.

Производство мучных кондитерских изделий состоит из следующих основных стадий: приема, хранения и выдачи в производство муки и других видов сырья, замеса теста, его штамповки, выпечки, охлаждения и упаковки готовой продукции. Типичным примером может служить производство печенья.

Первым по ходу процессом в этом производстве является подготовка сырья. Для приготовления печенья используют пшеничную муку высшего, I и II сортов. Перед подачей в производство отдельные партии муки смешивают в разных соотношениях в целях получения муки оптимального качества. Одновременно в муку вводят предусмотренное рецептурами количество крахмала, соевой и кукурузной муки. Муку, сахар и другое сыпучее сырье просеивают для удаления случайных примесей и обрабатывают в магнитном поле для удаления металлопримесей. Жиры, молоко цельное, сгущенное и сухое восстановленное пропускают через сита. Фруктовое сырье (подварки, пюре) протирают на протирочной машине. Основными задачами автоматизации этого отделения являются контроль и учет количества сырья, хранящегося на складах и направляемых в производство, а также управление транспортными операциями.

Следующим по ходу процессом является приготовление теста. Тесто для кондитерских изделий представляет собой сложную по составу систему, в которую обычно наряду с мукой и водой входят сахар, жир, яйцепродукты, молоко и т. д. В качестве разрыхлителя используют в основном не дрожжи, а соду или карбонат аммония, которые способны выделять газообразные продукты, разрыхляющие тесто. Основной задачей автоматизации на этой стадии является приготовление теста заданной рецептуры.

После замеса теста следует его формование, для чего используют штампмашины ударного действия либо ротационные формующие машины. После формования тесто поступает на выпечку. Процесс выпечки сопровождается сложными физико-химическими явлениями, происходящими под действием высокой температуры пекарной камеры, в результате чего из тестовых заготовок получается готовый продукт. От правильного ведения выпечки в значительной степени зависит качество готовых изделий. Главной задачей автоматизации на этой стадии является автоматическое регулирование основных параметров процесса.

Заключительными в рассматриваемом производстве являются охлаждение и упаковка готовой продукции. Таким образом, производство мучных кондитерских изделий имеет преимущественно последовательную структуру, в которой продукты, вырабатываемые на предыдущей стадии, поступают для переработки на последующую стадию.

Приготовление сахарных изделий в отличие от мучных включает некоторые специфические процессы, характерные лишь для данного производства, например обжарку и дробление какао бобов, получение из них крупки, масла, порошка и т. д., уваривание сиропа для приготовления карамельной массы и др. Для проведения данных процессов широко используются машины и аппараты для тепловой обработки сырья, полуфабрикатов и изделий (темперирующие, помадосбивальные машины, холодильные камеры и др.), машины и агрегаты для механической обработки сырья, полуфабрикатов и готового продукта (очистительно-сортировочные, измельчающие, жгутовытягивающие машины, коншмашины и др.).

Анализ процессов приготовления сахарных кондитерских изделий показал, что эти производства, так же как и производство мучных кондитерских изделий, имеют в основном последовательную структуру. Во многом совпадают и важнейшие задачи автоматического управления на основных стадиях ТП, таких как подготовка компонентов заданного состава и в нужном количестве, обеспечение заданных технологических режимов за счет автоматического регулирования основных параметров процесса и т. д.


aia - 0174-1

Рис. 12.1. Схема автоматизации процесса приготовления теста для затяжных сортов печенья

Технологические процессы кондитерского производства как объекты автоматизации можно объединить в небольшое число групп с аналогичными динамическими свойствами: одноемкостные объекты (статические и астатические), многоемкостные объекты (статические и астатические), объекты с транспортным запаздыванием и с распределенными параметрами. Примерами астатических одноемкостных объектов являются промежуточные емкости для какао масла, шоколадных масс и т. д., на выходе которых установлены насосы постоянной производительности. Одноемкостными статическими объектами являются сборники эссенции, раствора соли и т. д., двухъемкостными - теплообменники со змеевиковыми подогревателями, различные смесители, коншмашины, очистительно-сортировочные машины и т. д. К объектам с транспортным запаздыванием относятся трубопроводы, разного рода транспортеры и т. п., перемещающие сырье, полуфабрикаты, готовый продукт и разного рода материалы. На кондитерских предприятиях внедрены как локальные системы автоматизации аппаратов, машин, агрегатов, так и АСУ ТП.


2.4.2. Система автоматизации производства затяжных сортов печенья


Одной из основных операций этого производства является процесс приготовления теста (рис. 12.1). Основными задачами автоматизации, вытекающими из места и роли этого процесса в производстве печенья, являются обеспечение заданного состава теста и приготовление теста в количестве, определяемом потребностями производства.

Основными компонентами теста для приготовления затяжных сортов печенья являются сахар-песок, инвертный сироп, жир, молоко, меланж и мука. Сахар-песок поступает в бункер III, где установлены датчики верхнего 1-1 и нижнего 1-2 уровней, сигналы от которых подаются на сигнализатор уровня 1-3. Сигнализация верхнего и нижнего уровней сахара-песка в бункере осуществляется с помощью соответствующих световых табло НL1 и HL2. Как только сахар-песок достигает верхнего предельного уровня, оператор кнопкой управления 1-4 либо 1-5 включает шнек подачи сахара-песка на автовесы II. После достижения определенной дозы сахара-песка исполнительный механизм 2-3 открывает задвижку на выходе бункера автовесов и отмеренная порция сахара-песка пересыпается в эмульсатор I.

Далее следует дозирование инвертного сиропа, который поступает из бака IV в мерник V. В баке IV установлены датчики верхнего 3-1 и нижнего 3-2 уровней, сигналы от которых поступают на сигнализатор 3-3. При достижении инвертным сиропом верхнего уровня (4-1) начинает работать ИМ 3-7, который закрывает клапан подачи инвертного сиропа в мерник V. Одновременно с этим включается ИМ 5-2, который открывает клапан подачи инвертного сиропа в эмульсатор. Жир и молоко дозируются последовательно аналогичной системой.

Следующим этапом является дозирование воды и меланжа в мерник VII. Схемой автоматизации предусмотрен контроль верхнего (6-1, 6-2) и нижнего (6-3) уровней воды и меланжа с соответствующей сигнализацией на щите. Поступившие в эмульсатор компоненты перемешиваются специальными лопастями, которые приводятся в движение электродвигателем. Стабилизация температуры массы в эмульсаторе (30—35 °С) осуществляется регулятором прямого действия 8, воздействующим на приток воды в рубашку.

Сигнализаторы верхнего и нижнего уровней в бункерах сахара-песка, инвертного сиропа, жира и молока выполняют функции автоматического дозирования и контроля запасов данных компонентов. Дозирование компонентов ведется в строгой последовательности от сахара-песка до меланжа.

Готовая эмульсия перекачивается шестеренным насосом 10-8 в сборный бак VI, который для поддержания температуры эмульсии (30—35 °С) также снабжен водяной рубашкой. Стабилизация температуры эмульсии в сборном баке осуществляется регулятором прямого действия 11. Уровень эмульсии в сборном баке контролируется системой, аналогичной системе регулирования в мернике V.

Замес теста производится в тестомесильной машине IX при определенном соотношении муки, поступающей из бункера X, эмульсии и жира, подаваемого из пластикатора XI. Задатчиком 16-5 устанавливается необходимый расход муки. Сигнал от электронно-механического преобразователя 16-1 поступает на вход усилителя 16-2 и далее на регулятор 16-4 через интегратор 16-3. Получаемый на выходе регулятора сигнал разбаланса поступает на промежуточный преобразователь 16-8 и далее на привод вибропитателя 16-10, увеличивающего или уменьшающего подачу муки на транспортер дозатора VIII. Производительность дозатора контролируется интегратором 16-3. На щите управления установлен дополнительный двухшкальный миллиамперметр 16-6, регистрирующий величину тока в обмотке управления и регулирующее воздействие.

Сигнал от регулятора расхода муки 16-4 поступает еще и на вход аналого-множительного устройства 17-1, которое управляет соотношением мука — эмульсия. Сигнал о расходе эмульсии от электромагнитного расходомера 18-1 через преобразователь 18-2 попадает на регулятор 17-2. В регуляторе этот сигнал, характеризующий текущий расход эмульсии, сравнивается с сигналом аналого-множительного устройства 17-1. Если эти сигналы не равны, то полученный на выходе сигнал рассогласования усиливается в усилителе 17-3 и подается на ИМ 17-5, который увеличивает или уменьшает подачу эмульсии до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю. Расход эмульсии контролируется сумматором 18-5.

В схеме автоматизации предусмотрены раздельное автоматическое управление дозированием муки и эмульсии, ручное управление дозаторами с пульта управления, что осуществляется ключами 16-7, 16-11 и 18-6. При раздельном автоматическом дозировании эмульсии включается задатчик 18-4. г—Наряду с рассмотренными операциями подготовки сырья к производству и замеса теста в процессе приготовления затяжных сортов печенья (рис. 12.2) решаются следующие основные вопросы: автоматическое дистанционное управление поточной линией в сблокированном режиме, автоматическое регулирование температуры по зонам пекарной камеры, автоматическое зажигание газовых горелок, обеспечение безопасности при использовании газового топлива, автоматическая отбраковка и подача печенья в кассеты заверточной машины (осуществляется на базе микроЭВМ «Электроника ДЗ-28»).

Технологическая схема производства печенья, представленная в верхней части СА, предусматривает загрузку готового теста в две воронки I ламинатора II. С ламинатора многослойный пласт теста поступает на транспортер с тремя парами калибрующих вальцов III; формование теста производится штампом ударного действия IV. Для выпечки полученное тесто загружается в трехсекционную печь V с газовым обогревом. Охлаждение печенья происходит в естественных условиях на ленточном транспортере, с которого готовый продукт поступает на стеккер, где принимает положение «на ребре», что необходимо для упаковки печенья вручную. Затем печенье попадает на транспортер робототехнического комплекса «Артур» VII, который осуществляет автоматическую отбраковку и подает печенье в кассеты-накопители заверточной машины VIII, где происходит упаковка печенья в пачки.

Для стабилизации производительности оборудования линии в СА предусмотрены однотипные АСР (1, 2, 3, 4, 5, 6, 22, 23). Полный набор элементов в АСР представлен на примере дозатора и включает тахогенератор 1-1, регулирующий блок 1-2, сравнивающий сигнал, поступающий с тахогенератора, с сигналом задатчика и при наличии разбаланса выдающий сигнал блоку управления тиристорами 1-4, который изменяет выходное напряжение преобразователя. Для контроля скорости электродвигателя постоянного тока в АСР предусмотрен вольтметр 1-3. Контроль величины тока в якорных цепях производится амперметром 1-5. В ручном режиме пуск дозатора осуществляется оператором со щита управления путем включения кнопки управления 1-6. Для корректировки скорости (±20 %) в цепях обмоток возбуждения электродвигателей по месту установлен потенциометр 1-7, с помощью которого можно менять скорость электродвигателя.

Выпечка изделий осуществляется в одноленточной газовой печи. Пекарная камера печи условно разделена на три зоны. Для каждой зоны предусмотрена отдельная АСР температуры, принцип действия которых аналогичен. В качестве датчиков температуры используются термоэлектрические преобразователи температуры 10-1, 10-3, 10-5, сигналы от которых поступают на соответствующие усилители 10-2, 10-4, 10-6. В качестве


aia - 0178-1Рис. 12.2. Схема автоматизации поточно-механизированной линии производства затяжных сортов печенья


вторичного прибора используется автоматический потенциометр 10-9. В комплект АСР входит также регулирующее устройство 10-10, которое при наличии сигнала рассогласования автоматически регулирует соотношение «топливо - воздух» путем воздействия на соответствующие электромагнитные клапаны 11-2...13-2, механически связанные с мембранными пневматическими клапанами 11-4...13-4 на газовых магистралях. Схемой автоматизации предусмотрено ручное дистанционное управление клапанами 11-1 ...13...1, снабженными ИМ 11-2...13-2 путем включения соответствующих кнопок управления 11-3...13-3 при установке переключателя 10-11 в положение «Дистанционное».Компрессорная установка через ресивер VI питает сжатым воздухом клапаны 11-4...13-4 с мембранным пневмоприводом. Необходимое давление воздуха поддерживается в ресивере с помощью электроконтактного поршневого реле давления 18-1, которое включает электродвигатель компрессора при давлении воздуха 250 кПа и отключает его при давлении 700 кПа.

Давление сжатого воздуха, подаваемого в систему трубопроводов, контролируется датчиком давления 10-7 и передается на потенциометр 10-9. Один из каналов регулирующего устройства 10-10 используется для сигнализации давления воздуха. В том случае, когда давление воздуха ниже допустимого, система безопасности СА обеспечивает подключение цепи аварийной подачи газа. Для поддержания постоянного давления газа перед регулирующими клапанами используется регулятор прямого действия 25. Перед ним установлен общий регулирующий клапан 14-1, открытый при нормальной работе печи и закрытый при аварии.

Давление газа, подводимого от городской магистрали, контролируется датчиком 10-8 и вторичным прибором 10-9. При снижении давления газа менее допустимого регулирующее устройство отключает подачу газа. О снижении давления газа и воздуха подается сигнал на щит световыми табло HL14 и HLI7. Давление воздуха и газа по месту контролируется манометрами 18-1 и 21-1. Реле времени 15-1 предназначено для задержки аварийного отключения газа при незначительных пульсациях давления газа и воздуха. Для зажигания газа применяются электрозапальники, о нормальной работе которых сигнализирует лампочка HL15 на щите. Автоматика безопасности заключается в том, что клапан подачи газа 14-1 откроется только в том случае, если давления газа и воздуха находятся в допустимых пределах, включены печной конвейер и вентилятор, имеется электроэнергия, включены электрозапальники газа. Подача газа сигнализируется световыми табло HL11, HL12 и HL13. Управление электродвигателем вентилятора охлаждения осуществляется по месту кнопкой 7-2.


2.4.3. Система автоматизации производства карамели


Для получения карамельной массы широко используется двухступенчатая технологическая схема, включающая стадии приготовления и уваривания сиропа. В схеме автоматизации уваривания карамельной массы (рис. 12.3) для приготовления карамельного сиропа очищенный от


aia - 0180-1

Рис. 12.3. Схема автоматизации уваривания карамельной массы 180


ферропримесей сахар-песок поступает через дозатор I в смеситель V. В этот же смеситель из рецептурных сборников II,III, IV поступают патока, инвертный сироп и водопроводная вода. Патока предварительно подогревается до температуры 70 °С. В смесителе V, снабженном паровой рубашкой, происходит перемешивание компонентов и частичное растворение сахара-песка. Концентрация сухих веществ в сиропе 84—88 %. Для более интенсивного растворения компонентов непосредственно в смеситель вводят пар постоянного давления. При непрерывном перемешивании сироп прогревается до температуры 130—150 °С. Приготовленный таким образом сироп поступает на дальнейшее уваривание в змеевик вакуум-аппарата IX. Из змеевика увариваемый полуфабрикат подается в вакуум-камеру VI, где заканчивается приготовление карамельной массы путем подачи вакуум-насосом VIII вторичного пара из конденсатора смешения VII.

Схема автоматизации решает следующие основные задачи: обеспечение заданного состава карамельной массы; приготовление сахарного сиропа в количестве, необходимом для карамельного производства. Для управления ТП используется комплекс электрических агрегатных средств контроля и регулирования (АСКР) ГСП.

Уровень патоки, инвертного сиропа, воды и смеси необходимых для приготовления сиропа компонентов контролируется в соответствующих сборниках и смесителе с помощью емкостных уровнемеров 1-1...4-1, передающих информацию на подключенные к ним аналоговые показывающие одношкальные приборы 1-2... ...4-2. Температуру патоки в сборнике // патоки (контур 5) регулируют изменением подачи пара в рубашку. Аналогичным образом регулируют температуру смеси в смесителе V (контур 10), полуфабриката в варочном котле IX (контур 13) и уваренной карамельной массы в вакуум-камере VI (контур 15). Давление греющего пара, поступающего в паровые рубашки сборник патоки, смесителя, варочного котла и вакуум-камеры, контролируют с помощью датчиков давления 6-1, 11-1, 14-1 и 17-1, подключенных через нормирующие преобразователи сигналов к соответствующим вторичным показывающим приборам 6-2, 11-2, 14-2 и 17-2.

Схемой автоматизации предусмотрен контроль расходов патоки, инвертного сиропа и воды, поступающих в смеситель. В качестве датчиков расхода 7-1...9-1 используются индукционные расходомеры, сигналы от которых через блоки преобразования 7-2...9-2 поступают на соответствующие показывающие приборы 7-3...9-3. Для автоматического регулирования расхода приготовленного в смесителе карамельного сиропа предназначен индукционный расходомер 12-1, соединенный через блок преобразования сигналов 12-2 с регулятором 12-3, воздействующим на электропривод 12-7.В схеме автоматизации уваривания карамельной массы предусмотрен дистанционный и местный режимы работы электродвигателей транспортеров и аппаратов линии. Для этого по месту и на щите управления размещены кнопки и ключи выбора режима.

На схеме автоматизации линии производства карамели (рис. 12.4) приведены стадии получения и обработки карамельной массы, приготовления начинок (тянульная машина VI), разделки карамельной массы (вытягивающая машина X) и ее формования (штампующая машина XI), охлаждения готовых изделий. Схемой предусмотрено регулирование уровней продукта в разных сборниках, а также поддержание в заданных диапазонах температуры и давления в основных точках процесса.

aia - 0182-1


Рис. 12.4. Схема автоматизации поточной линии карамельного производства


Регулирование давления греющего пара в вакуум-аппарате III осуществляется АСР, состоящей из манометра 5-1 и регулятора 5-2, воздействующего на ИМ 5-3 клапана подачи пара. Разрежение в вакуум-аппарате регулируют изменением режима работы мокровоздушного насоса IV. С этой целью сигнал вакуумметра 7-1 подается на регулятор 7-2, который воздействует на ИМ 7-3 подачи холодной воды. Данная АСР сблокирована с электроприводом 7-7 выгрузки карамельной массы. Подобная блокировка необходима потому, что в процессе выгрузки вакуум-аппарат сообщается с атмосферой и возникают резкие изменения разрежения.

Уровень в сборнике карамельного сиропа I регулируется с помощью датчиков 1-1 и 1-2 электронного кондуктометрического сигнализатора уровня 1-3, который управляет ИМ 1-7 клапана подачи сиропа. Аналогично регулируются уровни в сборнике начинки VII, в темперирующей машине VIII и в сборнике перед подкаточной машиной IX (соответственно по контурам 21, 26 и 30). Температура перекачиваемого насосом II сиропа и готовой карамельной массы контролируется термоэлектрическими преобразователями температуры 13-1 и 14-1, подключенными к многоточечному вторичному показывающему прибору 13-2. Температура выходящей и входящей воды в охлаждающей машине V контролируется медными термопреобразователями сопротивления 16-1 и 17-1, соединенными через переключатель 16-2 с автоматическим мостом 16-3. Температура начинки на входе в подкаточную машину контролируется термоэлектрическим преобразователем температуры 36-1, соединенным с автоматическим потенциометром 36-2. Стабилизация температуры карамельной массы в охлаждающей машине обеспечивается регулятором прямого действия 15.

Температура начинки в темперирующей машине VIII регулируется позиционной АСР, которая состоит из датчика 24-1, регулятора 24-2 и электромагнитного клапана 24-3 на протоке воды через рубашку. aia - 0184-1

Рис. 12.5. Схема автоматизации варочного отделения производства отливных глазированных конфет

Аналогично регулируется температура в охлаждающем шкафу XII, в котором в качестве хладагента используется рассол. Для автоматического регулирования расхода начинки, подаваемой в подкаточную машину, предусмотрен электромагнитный расходомер 34-1 с регулятором 34-3 и ИМ 34-4 регулирующего органа на перепускном трубопроводе. Влажность уваренной карамельной массы измеряется косвенным путем по температуре ее кипения, определяемой датчиком 10-1, сигнал с которого поступает на вторичный показывающий и самопишущий прибор 10-3, отградуированный непосредственно в процентах влажности карамельной массы.

Схемой автоматизации поточной линии карамельного производства предусмотрен автоматический и ручной пуск электродвигателей и ручной пуск электродвигателей машин и аппаратов линии. Для этого по месту и на щите управления установлены кнопки и ключи выбора режима.


2.4.4. Система автоматизации производства отливных глазированных конфет


Технология отливных глазированных конфет в поточной линии предусматривает процессы варки, отливки и глазирования. Основные компоненты приготовления конфет - фруктовое пюре, молочный сироп, патока и сахарный сироп - поступают в заданных количествах из промежуточных сборников II, III, VII, IX (рис. 12.5) в рецептурный смеситель I, из которого смесь перекачивается в змеевиковый варочный аппарат IV. После уваривания смесь направляется в помадосбивальную V, а затем в темперирующую VIII машины.

При автоматизации варочного отделения необходимо обеспечить качественное дозирование компонентов смеси, требуемые параметры варки, температурные режимы в аппарате IV, машинах V и VIII. Кроме того, должно быть предусмотрено регулирование уровней в промежуточных сборниках компонентов смеси.

Автоматическое дозирование компонентов смеси обеспечивается путем стабилизации расходов компонентов из промежуточных сборников в смеситель. Фруктовое пюре из промежуточного сборника // отбирается насосом, приводимым в действие электродвигателем, и через трубопровод, в котором установлен электромагнитный расходомер 18-1, поступает в смеситель /. Сигнал расходомера подается на вторичный прибор 18-2 и далее на регулятор 18-3, который посредством ИМ 18-4 изменяет положение РО на линии перепуска фруктового пюре в промежуточный сборник. Аналогично дозируются молочный сироп, патока и сахарный сироп (соответственно по контурам 21, 24 и 27). Во всех промышленных сборниках предусмотрено автоматическое регулирование уровня. В первом промежуточном сборнике датчики уровня 1-1 и 1-2 подают информацию на электронный кондуктометрический сигнализатор уровня 1-3, который управляет электродвигателем 1-8 насоса подачи фруктового пюре. Аналогично регулируется уровень и в трех остальных промежуточных сборниках (соответственно по контурам 4, 7 и 10). В змеевиковом варочном аппарате изменение давления греющего пара осуществляется регулятором 32-1, управляющим ИМ 32-3 клапана подачи пара в аппарат.

Температура воды в рубашке помадосбивальной машины регулируется позиционной АСР, которая состоит из датчика 37-1, показывающего вторичного прибора 37-2, регулятора 37-3 и электропривода 37-4 клапана на трубопроводе холодной воды. Аналогично регулируется температура воды в рубашке темперирующей машины (соответственно по контуру 40).

Температура в сборниках контролируется датчиками 13-1- 16-1, в смесителе - датчиком 17-1, соединенными через переключатель 13-2 с вторичным показывающим прибором 13-3. К тому же осуществляется автоматический контроль влажности уваренной конфетной массы по температуре ее кипения. Для этого в пароотделителях VI установлены датчики 34-1 и 35-1, соединенные через переключатель 34-2 с показывающим и сигнализирующим прибором 34-3, проградуированным в процентах влажности.

Схемой автоматизации варочного отделения предусмотрены также пуск и останов электродвигателей машин и аппаратов отделения. Для перехода с автоматического управления на ручное предназначены ключи выбора режима.

Технологическая схема процессов отливки и глазирования конфет в поточной линии приведена на рис. 12.6. Конфетная масса из темперирующей машины подается насосом в отливочную машину II. Корпуса конфет из установки ускоренной выстойки I, где они обдуваются холодным воздухом из воздухоотделителя III, поступают в глазировочную машину IV, затем в охлаждающий шкаф V, хладагентом в котором является рассол, а из него готовые конфеты направляются на завертку и упаковку.

Основной задачей автоматизации этих процессов является стабилизация температурных режимов, уровня в отливочной машине и управление электродвигателями. Уровень конфетной массы в отливочной машине измеряется емкостным уровнемером /-/, подключенным к сигнализатору уровня 1-2, воздействующему на электропривод 1-7 насоса подачи конфетной массы.

Автоматическое регулирование температуры холодного воздуха, поступающего в установку выстойки корпусов конфет, осуществляется показывающим, самопишущим прибором 9-2 с позиционным регулятором, управляющим электромагнитным клапаном 9-3 на линии подачи рассола в воздухоохладитель. Аналогично обеспечивается регулирование температуры воздуха в охладительном шкафу (соответственно по контуру 14).

Схемой автоматизации предусмотрен контроль температуры в отливочной и глазировочной машинах с помощью соответствующих термопреобразователей сопротивления 3-1 и 12-1, соединенных с соответствующими показывающими вторичными приборами 3-2 и 12-2. Контроль температуры осуществляется также в установке ускоренной выстойки корпусов конфет термопреобразователями сопротивления 6-1 - 8-1, соединенными через переключатель 6-2 с вторичным показывающим прибором 6-3.

aia - 0187-1

Рис. 12.6. Схема автоматизации процессов отливки и глазирования конфет


Схема автоматизации обеспечивает также управление электродвигателями машин и аппаратов. Для перехода с автоматического режима управления на ручное установлены ключи выбора режима 1-3, 4-4.


2.4.5. Система автоматизации производства шоколадных масс


Технологическая линия производства шоколадных масс (рис. 12.7) предусматривает смешивание какао масла, какао тертого, сахарной пудры, вкусовых добавок и разжижителя. Тертое какао и какао масло подаются в обогреваемые горячей водой сборники VII и XIII, откуда дозаторами VIII направляются в первый смеситель I. В тот же смеситель поступает сахарная пудра, получаемая путем размола в микромельнице II сахара-песка, который перемещается через дозатор III и ворошитель IV из бункера V при помощи шнека VI. Масса из первого смесителя подается в пятивалковую мельницу IX, в которой образуется тонкорастертая смесь, направляемая во второй смеситель X. Сюда же из дозаторов XI, XII подаются разжижитель и эссенция. После перемешивания во втором смесителе полученная масса попадает в эмульсатор для гомогенизации шоколадной массы в целях получения идеальной однородности ее, равномерного распределения ароматических и жировых компонентов. Затем шоколадная масса шестеренным насосом подается в подогреваемый горячей водой сборник шоколадной массы XIV. Схемой автоматизации (см. рис. 12.7) обеспечиваются точное дозирование компонентов, регулирование уровней и температурных режимов в сборниках. Для обеспечения точной работы дозирующих устройств схема автоматизации предусматривает регулирование уровней в бункере сахара-песка, сборниках какао тертого VII и какао масла XIII. Уровень в бункере сахара-песка измеряется датчиками и 1-2 электронного кондуктометрического сигнализатора уровня 1-3, который управляет через магнитный пускатель 1-7 включением и выключением электродвигателя 1-8 шнека подачи сахара-песка в бункер. Аналогично построены схемы регулирования уровней в сборниках какао тертого и какао масла (соответственно контуры 6 и 12). В сборнике шоколадной массы XIV предусмотрено регулирование уровня по верхнему пределу, при достижении которого по сигналу датчика верхнего уровня 21-2 выключается электродвигатель 21-7 и прекращается подача шоколадной массы в промежуточный сборник.


aia - 0188-1

Рис. 12.7. Схема автоматизации процесса производства шоколадных масс


Автоматическое регулирование температуры в сборниках обеспечивается управлением слива воды из обогревающих рубашек сборников. В сборнике какао тертого температура измеряется термопреобразователем сопротивления 8-1, соединенным с показывающим и самопишущим мостом 8-3, сигнал от которого поступает на регулятор 8-4, воздействующий на электромагнитный клапан 8-5 стока воды из обогревающей рубашки сборника. Аналогично происходит регулирование температуры в сборниках какао масла и шоколадной массы (соответственно по контурам 14 и 24).

Схема автоматизации обеспечивает управление электродвигателями машин и аппаратов поточной линии. Для перехода с автоматического управления на ручное предусмотрены ключи выбора режима.

ТЕМА 2.5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ


2.5.1. Технологические процессы производства безалкогольных напитков как объекты автоматизации


Производство безалкогольных напитков включает периодические и непрерывные процессы. Наличие периодических процессов ограничивает производительность оборудования, затрудняет решение вопросов их автоматизации. Разработка и внедрение непрерывных процессов производства является актуальной задачей.

Развитие автоматизации производства безалкогольных напитков идет по двум направлениям: автоматизация периодических процессов с максимальным использованием приборов контроля и регулирования качественных показателей и автоматизация непрерывных процессов в целях создания комплексных АСУ. Все периодические и непрерывные процессы имеют в основном последовательную структуру. С точки зрения динамических свойств управляемых процессов участки приготовления безалкогольных напитков характеризуются относительно малой инерционностью, продолжительность пребывания среды в отдельных аппаратах (от 1 мин в фильтре-прессе линии производства газированных напитков до 60 мин в варочной колонне линии приготовления купажного сиропа) существенно меньше, чем в кондитерском производстве (продолжительность пребывания шоколадных масс в коншмашине до 3 сут).

Процессы производства безалкогольных напитков по динамическим' свойствам могут быть охарактеризованы одно- и многоемкостными объектами с транспортным запаздыванием и с распределенными параметрами. Производство безалкогольных напитков характеризуется отсутствием больших буферных емкостей между участками, наличием рециркуляционных потоков и обратной связи участков через обслуживающий персонал. Основными задачами автоматизации этих процессов являются автоматический контроль и регулирование основных параметров, дистанционное или автоматическое управление операциями дозирования жидких и сыпучих компонентов и транспортными операциями.


2.5.2. Система автоматизации приготовления кваса


Квас готовят из солода, ржаной муки, сахара и мяты. Получаемое квасное сусло сбраживается комбинированной культурой квасных дрожжей и молочнокислых бактерий.

В процессе приготовления кваса (рис. 13.1) хлебный экстракт подается насосом HI, в сборник I, откуда насосом Н2 перекачивается в цистерну // и далее насосом Н3 — в сборник V, где разводится теплой водой. Теплая вода получается смешиванием горячей и холодной воды. Разведенный экстракт перекачивается насосом Н5 в бродильный чан VI. В этот же чан подаются насосом Н3 часть сахарного сиропа и насосом Н4 закваска из сборника IV. В бродильном чане происходит процесс брожения. По окончании его сусло из бродильного чана перекачивается насосом Н6 в холодильник VII. Охлажденное сусло поступает в чан VIII для купажирования кваса, куда добавляется оставшееся количество сахарного сиропа из цистерны сахарного сиропа III. Готовый квас откачивается насосом Н7 на розлив.

Схемой автоматизации производства кваса решаются задачи автоматического дозирования компонентов и обеспечения заданных температурных режимов, контроль расходов, а также управление, блокировка и сигнализация работы оборудования. Автоматическое дозирование компонентов осуществляется объемным методом путем заполнения ими промежуточных емкостей: для экстракта - сборника и


aia - 0191-1

Рис. 13.1. Схема автоматизации производства кваса


цистерны, для закваски — сборника. Так, необходимый уровень заполнения сборника экстрактом достигается применением АСР, включающей датчик верхнего уровня 2-1, электронный сигнализатор уровня 2-2, магнитный пускатель 2-6, электродвигатель 2-7 насоса H1. Достижение экстрактом в сборнике верхнего уровня сигнализируется световым табло НL. Работа насоса H1 контролируется по показанию манометра 1-1. Посредством ключа выбора режима 2-3 осуществляется перевод схемы с автоматического на ручной режим работы, а управление электродвигателем 2-7 - кнопкой управления 2-4 либо 2-5. Аналогично происходит работа контура регулирования уровня в цистерне экстрактора (5).

Регулирование температурных режимов предусмотрено в сборниках разведенного экстракта, бродильном чане и холодильнике сусла. Температура в сборнике разведенного экстракта определяется температурой воды, получаемой смешиванием горячей и холодной воды. Температура теплой воды измеряется показывающим манометрическим термометром 15-2 с пневматической дистанционной передачей. Пневматический сигнал поступает на показывающий и самопишущий прибор с задатчиком 15-3, установленный на щите, а от него-на пневматический пропорциональный регулятор температуры 15-4. Регулирующее воздействие передается на мембранный клапан 15-5, изменяющий подачу горячей воды. Аналогичной АСР производится регулирование температуры в бродильном чане (17) и холодильнике (20).

Количество сиропа, подаваемого в бродильный и купажный чаны, контролируется шестеренными счетчиками жидкости 19-1 и 22-1. Расходы экстракта и кваса на розлив контролируются индукционными расходомерами 12-1 и 24-1, подключенными к соответствующим вторичным показывающим приборам 12-2 и 24-2 (по месту), а также через электропневматические преобразователи 12-3 и 24-3 к соответствующим показывающим и интегрирующим приборам 12-4 и 24-4 (на щите), определяющим общее количество расходуемых жидкостей.

Контроль работы насосов Н2 — Н7 осуществляется посредством показывающих манометров 3-1, 4-1, 13-1, 14-1, 16-1, 25-1. Предусмотрена электрическая схема управления, блокировки и сигнализации работы оборудования.


2.5.3. Система автоматизации приготовления томатного сока


Для приготовления натурального томатного сока с последующей стерилизацией его (рис. 13.2) томаты в ящиках подаются из хранилища с помощью установки для разгрузки в приемную часть элеваторной моечной машины I для предварительной мойки. Для интенсификации этого процесса предусмотрена турбуляция воды воздухом, подаваемым встроенным компрессором. После элеваторной моечной машины плоды на транспортере обмываются струями чистой водопроводной воды. Затем плоды попадают в приемную часть вентиляторной моечной машины II, где производится окончательная мойка их струями воды. Для усиления моющего эффекта в воду, наполняющую ванну, через трубы барботируют сжатый воздух.

Следующим этапом является отбраковка томатов на инспекционном транспортере III и удаление их из цеха. Отобранные плоды подъемным транспортером IV подаются в дробилку с семяотделителем V. После дробления и отделения семян образующаяся дробленая масса поступает в емкость VII, а семена — в емкость VI, откуда насосом подаются в сушильное отделение для получения порошка, используемого в качестве добавок в корм скоту. Томатная масса насосом HI перекачивается в трубчатый подогреватель VIII, где подогревается до 60—65 °С, и далее насосом Н2 через емкость IX подается в экстракторы X и XI. Если дробленая масса недостаточно нагрета (меньше 60 °С), то она посредством рециркуляционного клапана возвращается на подогрев.

В экстракторах X и XI осуществляется выделение томатного сока. Оба экстрактора могут работать как попеременно, так и вместе в зависимости от заданной производительности линии. Отходы из экстракторов попадают на шнек отходов XII, затем в емкость отходов XIII, после чего насосом Н3 направляются в томатный цех для приготовления томатной пасты. Сок из экстракторов поступает в емкость XIV, где происходит частичное отстаивание его, затем насосом Н4 подается в подогреватель XV для подогрева до 80—85 °С. Если сок не прогрелся до заданной температуры, то с помощью рециркуляционного клапана он направляется на вторичный подогрев. Затем подогретый сок поступает в емкость XVI, где происходит отстаивание его, после чего насосом Н5 сок направляется на окончательный подогрев (до 97 °С) в подогреватель XVII. Если сок после подогревателя

aia - 0195-1

Рис. 13.2. Схема автоматизации приготовления томатного сока


имеет меньшую температуру, то с помощью рециркуляционного клапана он направляется на вторичный подогрев.

Многоступенчатый подогрев необходим для предотвращения заваривания сока, а точное поддержание заданного значения температуры очень важно для получения томатного сока с хорошими вкусовыми свойствами, поскольку понижение ее приводит к закисанию сока, а повышение — к пригоранию его. Сок из подогревателя поступает в емкость XVIII, а оттуда при необходимости насосом Н6 подается в линию розлива.

Вся линия приготовления сока состоит из отделения приготовления дробленой томатной массы и отделения приготовления томатного сока. Схема автоматизации решает следующие основные задачи: управление поточной линией в сблокированном режиме; контроль и сигнализация уровня, температуры и давления в основных точках процесса; регулирование давления пара в магистрали; регистрация количества приготовленного томатного сока. Для перехода с автоматического режима управления на ручной служат ключи выбора режима SA1 - SA4. Управление электродвигателями линии в ручном режиме осуществляют кнопками управления, расположенными по месту.

Контроль давления пара в магистрали производится манометрами 11-1. 38-1 и 45-1, в подогревателях дробленой массы - манометрами 20-1 и 23-1, в подогревателях сока XV и XVII — манометрами 41-1 и 48-1, после подогревателя сока XVII — манометром 51-1. Стабилизация давления пара в магистрали осуществляется регулятором прямого действия 54, который в зависимости от значения давления воздействует на приток пара. Уровень приготавливаемой массы в емкостях VI, XIII для семян и отходов, в емкостях VII и IX дробленой массы, в емкостях XIV, XVI и XVIII сока измеряется соответствующими датчиками уровня, подключенными к электронным сигнализаторам уровня 14, 17, 25, 33, 35, 42 и 49.

Автоматическое регулирование температуры дробленой массы в подогревателе осуществляется пневматическим регулятором 21-3, получающим сигнал от показывающего и самопишущего манометрического термометра 21-2. Регулятор передает сигнал на мембранный ИМ 21-5, воздействующий на клапан подачи пара в подогреватель дробленой массы.

Аналогичным образом обеспечивается автоматическое регулирование температуры сока в подогревателях XV и XVII (39 и 46). Сигнализация о значениях температуры дробленой массы осуществляется показывающим сигнализирующим манометрическим термометром 22-2, воздействующим на сигнальные лампы HL27 и HL28, установленные на щите. Так же обеспечивается сигнализация о значениях температуры томатного сока после подогревателей XV (40) и XVII (47).

Для регистрации суммарного расхода готового томатного сока на схеме предусмотрена установка индукционного датчика расхода 52-1, сигнал с которого поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор 52-3, расположенный на щите. Там же размещены кнопки SB1 проверки световой и звуковой сигнализации и SB2 гашения звукового сигнала.


2.5.4. Система автоматизации розлива минеральной воды


Схема автоматизации розлива минеральной воды (рис. 13.3) разработана Гипросахаром. Минеральная вода из артезианской скважины поступает в оросительный холодильник I. Температура минеральной воды на выходе из холодильника контролируется термопреобразователем сопротивления 1-1, сигнал от которого поступает на вторичный показывающий и сигнализирующий прибор 1-2, расположенный на щите. В случае повышения температуры на щите загорается лампочка HL1. Охлажденная минеральная вода подается в установку II для беззараживания бактерицидными лучами, а затем направляется в резервуары III. Контроль верхнего уровня в резервуарах осуществляется датчиками 2-1 и 3-1, сигналы от которых подаются на соответствующие электронные сигнализаторы уровня 2-2, 3-2 и сигнальные лампы HL2 и HL3.

Установка для обеззараживания воды укомплектована специальными средствами сигнализации и управления, позволяющими осуществить включение и контроль работы бактерицидных ламп. Минеральная вода из резервуаров III подается на механическую очистку в фильтр-пресс IV. Контроль за работой фильтра-пресса осуществляется по перепаду давления на дифманометре 6-1, расположенном по месту, и по показаниям прибора 6-2, расположенного на щите. Затем минеральная вода вновь охлаждается в охладителе V.

aia - 0197-1

Рис. 13.3. Схема автоматизации розлива минеральной воды


Температура воды на выходе из охладителя регулируется путем воздействия на расход рассола для охлаждения. Термопреобразователь сопротивления 4-1 соединен с позиционным регулятором 4-2, который управляет электромагнитным клапаном 4-3 на протоке рассола через охладитель.

Охлажденная минеральная в'ода через промежуточный бачок VI поступает в сатуратор VII для насыщения ее диоксидом углерода. Автоматическое поддержание уровня осуществляется в промежуточном бачке с помощью датчиков уровня 7-1 и 7-2, передающих информацию на электронный сигнализатор уровня 7-3, который управляет электроприводом 7-7 клапана подачи воды. Аналогичным образом организовано регулирование уровней в сатураторе (контур 8). После насыщения диоксидом углерода минеральная вода подается на вторичное обеззараживание бактерицидными лучами в установку II. Отсюда минеральная вода направляется в разливочную машину.


2.5.5. Система автоматизации приемки винограда на заводах первичной переработки сырья


В процессе приемки винограда в целях дальнейшего получения из него виноградного сока на заводах первичной переработки определяется масса и оценивается качество поступающего сырья. По действующей схеме (рис. 13.4) автомашина с виноградом поступает на автовесы I. Сигнал тензодатчика 1-1 о массе поступившего сырья передается на преобразователь 1-2 и далее на электрифицированную пишущую машинку 1-3 и цифровое световое табло НИ. Пишущая машинка печатает результат определения массы поступившего сырья, величина которой одновременно высвечивается на табло HL1.

После взвешивания приводится в действие пробоотборник II и с помощью кнопки управления 2-1 через магнитный пускатель 2-2 включается электродвигатель 2-3 вакуум-насоса V. О пуске электродвигателя сигнализируют лампы HL2 и HL3. Вакуум-насос V через промежуточный сборник IV осуществляет забор виноградного сусла из пробоотборника II в вакуум-бачок III. При достижении заданного уровня, контролируемого датчиком уровня 3-1, срабатывает электронный сигнализатор уровня 3-2, соединенный с электрической схемой управления.

Вакуум-насос V останавливается, посредством электромагнитного клапана 4-1 открывается доступ воздуха в вакуум-бачок, и вакуум ликвидируется. Посредством электромагнитных клапанов 5-1 и 6-1 открываются вентили протока виноградного сусла через кювету VI. Это необходимо для промывки в течение нескольких секунд призмы рефрактометра. После этого электромагнитный клапан 6-1 обесточивается и вентиль закрывается, прекращая сток сусла. В результате этого происходит наполнение кюветы VI и замыкается цепь преобразовательного устройства 7-2 рефрактометра 7-1. Выходной сигнал рефрактометра поступает на электрифицированную пишущую машинку 1-3 и цифровое световое табло HL4. Результат измерения сахаристости печатается на квитанции и одновременно высвечивается на цифровом табло. Через несколько секунд по окончании измерения и печати схема измерения сахаристости приходит в исходное состояние.


aia - 0199-1

Рис. 13.4. Схема автоматизации приемки винограда на заводах первичной обработки


Для охлаждения источника света в датчике рефрактометра 7-1 используется проточная вода. Подача воды контролируется посредством датчика уровня 8-1, установленного на контролируемом сборнике VII. В случае прекращения протока воды от электронного сигнализатора уровня 8-2 срабатывает звонок 8-3 и одновременно отключается цепь питания рефрактометра. Оператор, приняв сигнал, снимает его и принимает необходимые меры по ликвидации неисправности. В схеме автоматизации предусмотрены ручной и автоматический режимы работы, которые выбираются посредством ключа 9-1.


2.5.6. Система автоматизации переработки винограда


Поступивший на завод виноград направляется в дробильно-прессовое отделение (рис. 13.5). Из приемных бункеров-питателей III виноград поступает в дробилку II. В процессе дробления из него образуются мезга, стекающая в сборник I, и гребни, попадающие на транспортер гребней. Мезга из сборника насосом HI подается в зависимости от выбранной технологической схемы переработки либо в общий бункер-стекатель IV и прессы V, либо в настойную емкость VIII. Сусло-самотек и прессовое сусло поступают в сборники VI, откуда насосами Н2 и НЗ перекачиваются в отстойники VII. Отпрессованная виноградная выжимка транспортером отводится в цех утилизации.

Схема автоматизации дробильно-прессового отделения пре-дусма1фивает последовательное управление приводами оборудования отделения, обеспечение заполнения емкостей, контроль и защиту от переливов. Пуск линии переработки винограда производится включением электродвигателя дробилки 6-1 с помощью электрической схемы управления с выдержкой времени при отсутствии мезги в сборнике, контролируемом датчиком уровня 1-1 и сигнализатором уровня 1-2. После запуска дробилки через определенное время, обеспечивающее ее разгон, включают электродвигатель шнека бункера-питателя 7-1, затем электродвигатель транспортера гребней 8-1. При заполнении сборника мезгой до заданного уровня включают электропривод 9-1 насоса H1, и мезга в зависимости от положения ключа выбора

aia - 0200-1

Рис. 13.5. Схема автоматизации дробильно-прессового отделения переработки винограда


технологического режима подается либо в настойную емкость, либо в приемный бункер-стекатель.

Блокировка насоса HI осуществляется соответственно либо по верхнему уровню мезги в настойной емкости, контролируемому датчиком уровня 17-1 электронного сигнализатора уровня 17-2, а также по нижнему уровню в мезгосборнике, контролируемому датчиком уровня 1-1 электронного сигнализатора уровня 1-2; либо по нижнему уровню в мезгосборнике, а также по верхнему уровню в башнях-стекателях, контролируемому датчиком уровня 18-1 электронного сигнализатора уровня 18-2, по верхнему уровню в левом суслосборнике, контролируемому датчиком уровня 19-1 электронного сигнализатора уровня 19-2, и верхнему уровню в правом суслосборнике, контролируемому датчиком уровня 20-1 электронного сигнализатора уровня 20-2. При достижении мезгой в стекателях нижнего уровня, контролируемого датчиками уровня 2-1 и 3-1 электронных сигнализаторов уровня 2-2 и 3-2, соответственно включают электроприводы 10-1 и 11-1 прессов. После этого включают электропривод 15-1 транспортера выжимки.

Управление электроприводами насосов Н2 и НЗ (13-1 и 14-1) осуществляют по нижнему уровню жидкости в суслосборниках, контролируемому соответственно датчиками . уровня 4-1 и 5-1 электронных сигнализаторов уровня 4-2 и 5-2, а также по верхнему уровню в отстойниках, контролируемому соответственно датчиками уровня 21-1 и 22-1 электронных сигнализаторов уровня 21-2 и 22-2. Управление электроприводом насоса Н4 15-1 осуществляют по верхнему уровню в бункере-стекателе, контролируемому датчиком уровня 18-1 электронного сигнализатора уровня 18-2, и верхнему уровню в суслосборниках, контролируемому датчиками уровня 19-1 и 20-1 соответствующих электронных сигнализаторов уровня 19-2 и 20-2. Переключение на технологическую схему получения сусла производится трехходовым краном выбора технологического режима и ключом выбора режима в электрической схеме управления.


2.5.7. Система автоматизации мойки в бутыломоечной машине


Процесс мойки стеклотары является необходимым этапом рассматриваемого производства. Задачей мойки является очистка поверхности стекла от грязи, пыли и микрофлоры. Для этого в бутыломоечной машине осуществляются следующие операции: предварительная обмывка бутылок отработанной теплой водой температурой 30—35 °С для удаления крупных частиц грязи и подогрева бутылок; отмачивание бутылок в концентрированном щелочном растворе (1 —1,5%) температурой 60—65 °С; шприцевание под давлением и ополаскивание под душем бутылок щелочным раствором при температуре 60—65 °С; шприцевание под давлением и ополаскивание под душем бутылок теплой водой (30—35°С); шприцевание и ополаскивание бутылок холодной водой.

Главными условиями высококачественной мойки бутылок являются строгое соблюдение температурного режима и поддержание оптимальной концентрации моющего раствора в ваннах бутыломоечной машины. В бутыломоечной машине 1 %-ный щелочной раствор готовится путем смешивания концентрированного 30 %-ного NaOH с водой. Далее щелочной раствор подогревается до 60—65 °С и направляется в соответствующие ванны на мойку. Теплую воду получают подогреванием холодной воды до 30 —35 °С. После мойки щелочной раствор очищается и возвращается в расходный бак.

При автоматизации процесса мойки в бутыломоечной машине I необходимо поддержание температурных режимов и концентрации щелочного раствора в заданном диапазоне. Схема автоматизации мойки (рис. 13.6) предусматривает регулирование уровняв сборнике II концентрированного 30 %-ного NaOH регулятором прямого действия 1 с пропорциональным законом регулирования. Регулирование уровня 1 %-ного щелочного раствора осуществляется изменением подачи концентрированного щелочного раствора в расходный бак III. В качестве датчика использован рН-метр с термокомпенсацией 2-1, сигнал от которого поступает на высокоомный преобразователь 2-2. Далее сигнал подается на позиционный регулятор 2-3, импульсный элемент 2-4 и электромагнитный клапан 2-5. В качестве импульсного элемента может быть использован, например, командный электропневматический прибор, устанавливающий дозу подаваемой щелочи продолжительностью ее слива и обеспечивающийвыдержку времени, необходимую для растворения дозы, поступившей в расходный бак в целях компенсации инерционности процесса растворения (т. е. инерционности объекта регулирования).Уровень в расходном баке III контролируется датчиком уровня 3-1, сигнал которого поступает на электронный сигнализатор уровня 3-2, осуществляющий позиционное управление электромагнитным клапаном 3-3 на линии подачи воды в бак. Температура раствора щелочи в расходном баке измеряется термопреобразователем сопротивления 4-1, сигнал с которого поступает на показывающий и регулирующий прибор 4-2, расположенный на щите, который управляет электрическим ИМ 4-3 клапана подачи пара на подогрев щелочного раствора. Аналогично осуществляется регулирование температуры теплой воды для предварительной обмывки (5) и ополаскивания (7) бутылок.

aia - 0202-1

Рис. 13.6. Схема автоматизации мойки в бутыломоечной машине


Схемой автоматизации также предусмотрен контроль расхода воды в бутыломоечную машину. С этой целью на трубопроводе подачи воды установлен электромагнитный расходомер 6-1, сигнал от которого через измерительный блок 6-2, расположенный по месту, поступает на вторичный показывающий и самопишущий прибор 6-3.


ТЕМА 2.6. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ


2.6.1. Система автоматизации приготовления детской питательной смеси


К сухим продуктам детского и диетического питания относят злаковые и овощные порошки, выпускаемые в чистом виде или в смеси с сухим молоком и сахаром. Детскую питательную смесь готовят из рисовой, овсяной и гречневой круп. Основными задачами автоматизации (рис. 14.1) являются автоматическое дозирование компонентов детской питательной смеси, обеспечение заданных температурных режимов, контроль расходов, а также управление, блокировка и сигнализация работы оборудования.

Крупу очищают от примесей, моют и передают в варочный аппарат. В процессе варки происходит разрушение межклеточных связей и клеток зерна, благодаря чему пищевые вещества круп переходят в воду. Получаемые отвары представляют собой густые коллоидные растворы, вязкость которых резко повышается при снижении температуры, что в значительной степени затрудняет ведение технологического процесса (фильтрование, транспортирование, сушку). После варки в тепловом аппарате ВНИИКП-2 готовый отвар направляется в подогреватель II, где поддерживается температура 80—90 °С. Подогреватель оборудован мешалкой, паровой рубашкой и, по существу, является резервной емкостью в данном процессе. Однако накапливать жидкие отвары в больших количествах в подогревателе не рекомендуется, так как в них происходит рост кислотности, что приводит к ухудшению качества получаемого продукта.

Температура отвара в подогревателе II регулируется путем воздействия на расход проходящего через рубашку пара. Первичный преобразователь температуры 1-1 соединен с пропорциональным регулятором 1-2, который управляет электромагнитным клапаном 1-6, изменяющим расход пара в темперирующую рубашку подогревателя. При достижении температуры отвара 90 °С электромагнитный клапан закрывается. Для включения мешалки подогревателя используются кнопки управления, расположенные по месту или на щите. Разгрузочный кран подогревателя открывается только при температуре отвара, находящейся в пределах зоны регулирования. При этом одновременно с открытием крана, осуществляемого ИМ 5-4, с помощью кнопок управления на щите либо по месту и магнитного пускателя производится запуск насоса /, подающего отвар в напорный расходный бак IV сушильного агрегата V. В расходном баке IV установлены электронные сигнализаторы верхнего 7-2 и нижнего 8-2 уровней с первичными преобразователями уровня 7-1 и 8-1, контролирующими уровень отвара в баке и подающими" сигналы на включение и отключение насоса I с соответствующей сигнализацией на щите. Напорный бак IV имеет переливную трубу, соединенную с подогревателем II, через которую излишек отвара сливается обратно в сборник-подогреватель. На распылительный диск сушильного агрегата V отвар подается из напорного бака IV насосом, приводимым в движение электродвигателем переменного тока. Диск, являющийся основным рабочим механизмом, установлен на вертикальном валу турбины, изготовлен из нержавеющей стали и имеет верхнее отверстие для подачи продукта к пяти расположенным по периферии диска цилиндрическим форсункам. Для сушки отваров в промышленности широко используют распылительные установки «Нема», представляющие собой цилиндрическую башню, наружные и внутренние стенки которой выполнены из металла. Между стенками имеется теплоизоляционный слой из шлаковой ваты. Сушильная башня имеет два тангенциальных ввода для горячего воздуха и выводное отверстие для отработанного воздуха. Внутри башни размещен уборочный вращающийся механизм, которым высушенный продукт, накопившийся на полу башни, подается к разгрузочному отверстию. Воздух для сушки подогревается в калорифере III. В схеме автоматизации приготовления детской питательной смеси предусмотрено регулирование температуры воздуха, поступающего из калорифера. Для этого используется контактный датчик температуры 14-1, сигнал с которого поступает на пропорциональный регулятор 14-2, управляющий электромагнитным клапаном 14-7 подачи пара в калорифер. Схемой предусмотрено также регулирование температуры высушенной питательной смеси на выходе из сушильной башни. Для этого используется контактный датчик температуры 10-1, сигнал от которого поступает на пропорциональный регулятор 10-3, управляющий электромагнитным клапаном 10-8 подачи жидкого отвара из расходного бака IV. Отработанный в сушильной башне воздух поступает в батарейный циклон VI и затем посредством вентилятора IX выбрасывается в атмосферу. Для включения вентилятора по месту и на щите предусмотрены соответствующие кнопки управления. Высушенный отвар осаждается вниз и отводится из сушилки посредством шнекового винтового транспортера VII, включаемого через магнитный пускатель кнопками управления по месту или на щите. Сушилка V оборудована также приборами, регистрирующими температуру воздуха, поступающего из калорифера III в сушилку, и воздуха, поступающего из сушильной башни к батарейному циклону VI (датчики температуры 12-1 и 9-1, сигналы от которых поступают на двухточечный показывающий и регистрирующий прибор 9-3, расположенный на щите).

Сухой порошок из сушильной башни попадает на вибрационное сито для отсева комочков. Одновременно с просеиванием порошок охлаждается на сите VIII. Далее ковшовый транспортер-нория X подает высушенный отвар на автоматические весы XII, которые регистрируют выход высушенного продукта с помощью счетчика количества отвесов (17). Взвешенная смесь далее поступает в приемный бункер XI, где установлены датчики уровня 18-1 и 19-1, сигналы от которых поступают на сигнализаторы верхнего и нижнего уровней. Датчик верхнего, уровня связан с норией подачи отвара в бункер и при достижении отваром верхнего уровня нория автоматически останавливается. Из приемного бункера пневмотранспортом высушенный отвар подается в осадительную камеру XIII. В камере предусмотрены контроль и сигнализация нижнего и верхнего уровней соответственно датчиками 26-1 и 22-1 и сигнализаторами. Аналогичным образом контролируются уровни в остальных осадительных камерах XIV, XV и XVI. При переполнении всех осадительных камер или любой из них от датчиков верхнего уровня 22-1 — 25-1 подается сигнал на соответствующие вентиляторы 21, 30-33, останавливающиеся при этом. Воздух, отделившись от продукта, проходит через фильтр мультициклона XVIII. В остальные осадительные камеры XVI— XVI поступают соответственно манная крупа, молоко, сахар.

Манная крупа из бункера для хранения XXI посредством нории XXII, включающейся кнопками управления по месту и на щите, перемещается в просеиватель XXIII и подвергается контрольному просеиванию. Аналогичные операции производятся и с остальными компонентами, входящими в рецептуру обезвоженных смесей, попадающими с помощью норий XXV, XXVIII из бункеров для хранения XXIV, XXVII в просеиватели XXVI и XXIX. Применяемые при этом для контрольного просеивания вибропросеиватели XXIII, XXIV, XXIX имеют ситовый кузов, соединенный с эксцентриковым механизмом, который приводится в движение от соответствующих электроприводов.

После вибропросеивания компоненты смеси пневмотрансгортом подаются в соответствующие осадительные камеры XIII— XVI, а затем в мультициклоны XVII—XX. Для предотвращения переполнения мультициклонов в них предусмотрена установка датчиков уровня 38-1...41-1, сигналы от которых поступают на соответствующие сигнализаторы уровня. При переполнении бункеров мультициклонов загораются соответствующие лампочки на щите управления. Продукты из осадительных камер XIII—XVI поступают на дозировочно-смесительную станцию XXX, где смешиваются. Компоненты по заданным рецептурам дозируются как вручную, так и на весовых устройствах. Дозирование и смешивание компонентов молочных смесей осуществляется на дозировочно-смесительной станции XXX для сыпучих продуктов, состоящей из питающего устройства, объемного дозатора и шнекового смесителя. Станция дозирует компоненты (до четырех одновременно) по заданному объему, подает их в смеситель и после смешивания направляет готовый продукт на следующий процесс.

Из смесителя дозировочно-смесительной станции полученный продукт самотеком проходит на электромагнитный сепаратор XXXI для отделения ферропримесей.

aia - 0207-1

Рис. 14.1. Схема автоматизации приготовления детской питательной смеси


Далее очищенный продукт поступает в приемную воронку, расположенную под сепаратором, а ферропримеси, задержанные магнитным экраном сепаратора, непрерывно счищаются с него передвигающимся ползуном узла очистки в специальные ящики. Затем смеси фасуются автоматом XXVII в комбинированные жестяно-картонные банки на полуавтоматических весовых устройствах.

Схема автоматизации обеспечивает пуск и останов электродвигателей машин и аппаратов. Для перехода с автоматического управления на ручное предназначен ключ выбора режима 50-1.


2.6.2. Система автоматизации производства белкового концентрата


Технологическая схема получения белкового концентрата предназначена для безотходной переработки отходов, образующихся при транспортировании и хранении плодоовощной продукции. Для производства белкового концентрата используют капустный лист, морковь, свеклу, томаты, огурцы, зелень (петрушка, укроп, сельдерей), арбузы, дыни, яблоки, ягоды. Переработка предусматривает биоконверсию отходов путем выращивания на питательных средах, состоящих из этих отходов и дополнительных питательных компонентов, дрожжеподобных микроорганизмов с последующим получением жидкой культуры. Конечный продукт — белковый концентрат — содержит белок и остатки растительного сырья и предназначен для добавок в корм животным и птицам.

Схема автоматизации производства белкового концентрата (рис. 14.2) обеспечивает автоматическое поддержание заданных температурных режимов, стабилизацию рН щелочных растворов, регулирование уровня, расхода компонентов смеси и готового концентрата. Культуральная жидкость из ферментатора перемещается насосом в сборник с мешалкой и далее насосом I подается в теплообменник II, где подогревается до 60—80 °С.

Автоматическое регулирование температуры культуральной жидкости производится путем воздействия на расход проходящего через рубашку пара. Термопреобразователь сопротивления 8-1, установленный в теплообменнике, передает информацию на показывающий, регистрирующий и регулирующий прибор 8-2, размещенный на щите, который управляет электромагнитным клапаном 8-3 на протоке пара через рубашку теплообменника.

Из теплообменника культуральная жидкость насосом III подается в вакуум-выпарную установку IV, где концентрируется в два-три раза до содержания сухих веществ 12—20 %. Образующийся конденсат в сборнике V нейтрализуется 10 %-ным раствором NaOH до рН 6,5—7,0. Нейтрализованный конденсат используется для приготовления среды, поступающей в ферментатор. Концентрация сухих веществ в вакуум-выпарной установке регулируется следующим образом. Сигнал от датчика концентрации 10-1 через электропневматический преобразователь 10-3 поступает на показывающий и регистрирующий прибор 10-4 и далее на устройство 10-5, которое через исполнительный механизм 10-6 воздействует на регулирующий орган в линии подачи пара в вакуум-выпарную установку. Температура воздуха в установке регулируется путем воздействия на расход холодной воды, подаваемой в установку. Сигнал от термопреобразователя сопротивления 9-1 поступает на прибор 9-2, находящийся на щите, который управляет электромагнитным клапаном подачи холодной воды в вакуум-выпарную установку.

Уровень в вакуум-выпарной установке регулируется с помощью датчика уровня 7-1, передающего информацию на электронный сигнализатор уровня 7-2, который управляет включением и отключением насоса подачи культуральной жидкости в вакуум-выпарную установку. В схеме предусмотрена световая сигнализация в случае отклонения температуры воздуха от допустимой, а также превышения допустимого уровня. Уровень конденсата в сборниках VI, VII регулируется с помощью датчиков уровня 11-1 и 12-1, передающих информацию на соответствующие электронные сигнализаторы уровня 11-2 и 12-2, которые управляют электроприводом 11-3 клапана подачи конденсата в емкости. Образующийся конденсат нейтрализуется 10 %-ным раствором NaOH до рН 6,5—7,0. Величина рН контролируется следующим образом. Сигнал от датчика рН 13-1, снабженного показывающим прибором 13-2, через промышленный электропневмопреобразователь 13-3 поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор 13-4, далее на регулирующее устройство 13-5, которое воздействует на исполнительный механизм 13-6 клапана подачи 10 %-ного раствора NaOH. Уровень в конденсаторе V регулируется с помощью преобразователя уровня 5-1, передающего информацию на электронный сигнализатор уровня 5-2, который управляет электроприводом подачи упаренной культуральной жидкости в теплообменник //. Нейтрализованный конденсат используется для приготовления питательной среды. Упаренная культуральная жидкость, содержащая 12—20 % сухих веществ, насосом VIII подается в сборник IX с мешалкой, в котором осуществляется термолиз упаренной культуральной жидкости. Уровень жидкости в сборнике IX регулируется так же, как уровень конденсата в сборнике V (контур регулирования 6), а температура—аналогично регулированию температуры культуральной жидкости в вакуум-выпарной установке IV (контур 15).

Полученный в сборнике IX термолизат насосом X подается в сушилку. Концентрат высушивается в распылительной сушилке XIV типа СРЦ и далее с помощью шнека XV проходит циклоны XVII, затворы XVIII и поступает в бункер XIX, откуда попадает в упаковочный автомат XX. Отработанный воздух из циклонов XVII через фильтр XVI выводится наружу. Температура воздуха, выходящего из сушильной башни, поддерживается в пределах 75—85 °С.В схеме приготовления белкового концентрата имеется калорифер XIII для подогрева воздуха, поступающего через фильтр грубой очистки XI и бактерицидный фильтр XII. Регулирование температуры осуществляется по контуру 17 путем воздействия на расход пара. Температура воздуха, выходящего из сушильной башни XIV, регулируется по контуру 21 путем воздействия на расход ферментного раствора, подаваемого на распылительный диск.

В схеме предусмотрена аварийная звуковая и световая сигнализация в случае отклонения температуры воздуха, выходящего и входящего в сушильную башню, от допустимой. Кроме того, в схеме предусмотрены выключение звуковой сигнализации кнопкой 23-1, перевод с автоматического управления на ручное переключателем 21-3, ручное управление регулируемым приводом насоса для ферментного раствора по месту при помощи кнопки 21-4.Частота вращения электродвигателя распылительного диска контролируется вольтметром 19-1. Схемой предусмотрен автоматический и ручной пуск электродвигателей вентиляторов, насосов, машин и аппаратов линии. Для этого по месту и на щите управления размещены кнопки и ключи выбора режима.



aia - 0211-1

Рис. 14.2. Схема автоматизации производства белкового концентрата


2.6.3. Система автоматизации производства концентратов сладких блюд


Концентраты сладких блюд получают из яблочного пюре и томатной пасты методом пеносушки. Схема автоматизации (рис. 14.3) используется также для производства сухих муссов быстрого приготовления. Продукт вручную или насосом подается в один из приемных баков II или III, где перемешивается мешалкой и темперируется. Далее оттемперированный продукт насосом-дозатором V подается в пеногенератор VI, взбивается и поступает в бункер VII с насадкой, регулирующей толщину пены на ленте. Выходящая из бункера пена наносится на проходящую ленту и вместе с ней подается в зону предварительной сушки. Здесь пена слегка подсушивается, а затем подается на вальцы IX, X и XI для окончательной сушки. Высушенный продукт поступает на вал XII, где охлаждается и переносится в зону съема продукта. Снятый с ленты продукт поступает на транспортер-просеиватель XIV, просеивается и транспортируется для загрузки в крафт-мешки с полиэтиленовым вкладышем.

В схеме предусмотрен механизм XIII чистки и мойки ленты после снятия с нее продукта. Чистка осуществляется щеткой, совершающей колебательно-вращательное движение. Мойка также осуществляется щеткой, совершающей колебательно-вращательное движение. В зону контакта щетки с лентой при этом форсунками подается вода. При необходимости в зону чистки можно подать воду, для этого в схеме предусмотрены насосы, а также форсунки. Вода после мойки стекает в баки, а оттуда через фильтры проходит в насосы, которые снова подают ее к форсункам. При достижении определенной концентрации моющей воды раствор удаляют и бак заполняют чистой водой. После мойки лента перемещается в зону ополаскивания чистой водой, которая затем удаляется в канализацию.

Сушка ленты осуществляется резиновым скребком, удаляющим воду с ее поверхности. В схеме предусмотрены также вариаторы IV и VIII для регулирования частоты вращения. Схема автоматизации обеспечивает заданные температурные режимы процесса приготовления концентратов сладких блюд (киселей, муссов и т. д.), контроль и регулирование давления, расхода в основных точках процесса, а также управление и сигнализацию работы оборудования.

В схеме автоматизации в целях исключения недопустимого повышения давления в магистралях подачи пара в вальцы IX, X и XI, а также в рубашках приемных баков II и III размещены регуляторы давления 1 и 2 прямого действия. Давление до регуляторов 1 и 2 измеряется манометром 3-1, после регулятора 1 — манометром 4-1, после регулятора 2 — манометром 8-1. Давление пара, поступающего в вальцы IX, X и XI, контролируется манометрами 5-1—7-1, а поступающего в рубашки приемных баков II и III - манометрами 10-1 и 11-1.

Давление продукта перед пеногенератором контролируется манометром 20-2 с разделителем 20-1. При необходимости его можно уменьшить (или увеличить), изменяя подачу газа из баллона /. Манометрами контролируют давление ледяной воды, а также пара в коллекторах перед вальцами IX, X и XI. Схемой предусмотрено автоматическое регулирование давления пара в каждом из греющих вальцов (30, 33 и 36). В состав контура регулирования давления пара в греющем вальце IX входят датчик давления типа «Сапфир», потенциометр, регулятор, исполнительный механизм, регулирующее воздействие от которого передается на клапан. Аналогичный состав имеют АСР давления пара в греющих вальцах X и XI (33, 36).

Схема автоматизации обеспечивает регулирование температуры продукта в приемных баках II и III и температуры пены после пеногенератора. Температура продукта в приемном баке II контролируется термопреобразователем сопротивления 12-1, подключенным к уравновешенному мосту, который при увеличении температуры продукта закрывает вентиль с электромагнитным приводом 12-6, прекращая подачу пара в рубашку приемного бака II. Аналогично осуществляется регулирование температуры продукта в приемном баке III (15).

aia - 0212-1

Рис. 14.3. Схема автоматизации производства концентратов сладких блюд


АСР температуры пены после пеногенератора включает термопреобразователь сопротивления 22-1, подключенный к уравновешенному мосту 22-2. Сигнал об изменении температуры поступает на регулятор 22-3, далее на исполнительный механизм 22-4, воздействующий на регулирующий клапан. Аналогично осуществляется регулирование температуры ленты на охлаждающем вальце XII (40). Термопреобразователями сопротивления 31-1, 34-1, 37-1, 38-1 в комплекте с уравновешенными мостами осуществляется контроль температуры ленты на вальцах IX, X, XI и температуры продукта на вальце XI.

Сигнализация уровней продукта в приемных баках II и III, а также в пеносборнике VII осуществляется датчиками уровня 16-1...16-3, передающими информацию на регулятор-сигнализатор уровня 16-4. В схеме предусмотрены световая и звуковая сигнализация об уровнях продукта, а также сигнализация об отсутствии продукта на ленте, осуществляемая с помощью бесконтактного термометра 27-1. Сигнал от термометра поступает на регулятор 27-2 температуры продукта на ленте перед вальцом IX. При отсутствии продукта на ленте, а следовательно, при увеличении температуры звучит сирена и загорается лампочка НПО. Аналогично осуществляется и сигнализация о наличии продукта на ленте перед вальцами X и XI (28, 29).

Пуск и останов всех электродвигателей, кроме электродвигателей мешалок приемных баков и станции сбора сухого продукта XV, осуществляются со щита контроля и управления. Мешалки приемных баков и станция сбора сухого продукта XV имеют посты управления, размещенные по месту.

Нагрузка электродвигателей насоса-дозатора V и пеногенератора VI контролируется амперметрами 21-4, 23-3. На щите управления размещена кнопка аварийного останова всех электродвигателей 50-1.


ТЕМА 2.7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ


2.7.1. Перспективы развития автоматизации в пищевой промышленности


В процессе развития автоматизации в пищевой промышленности можно выделить следующие основные этапы: автоматизация производства, комплексная автоматизация, полная автоматизация.

Автоматизация производства. На базе новейших достижений науки и техники автоматизация производства является стратегическим направлением повышения эффективности экономики и качества продукции. Перед пищевой промышленностью стоят важные задачи — создать средства механизации и автоматизации производства, позволяющие последовательно сокращать применение ручного, тяжелого и малоквалифицированного труда. На передовых предприятиях отрасли эта задача решается комплексно с учетом не только основного, но и вспомогательного производства.

Комплексная автоматизация. Этот этап характеризуется переходом от систем автоматического управления отдельными процессами к комплексной автоматизации предприятий и созданию единой автоматизированной системы управления производством. От использования традиционных средств измерения и автоматизации сделан шаг к широкому применению вычислительной техники и построению сложных информационных и управляющих систем. Интенсификация пищевой промышленности в основном обусловлена внедрением комплексных автоматических линий, предусматривающих автоматизацию всех технологических процессов основного и вспомогательного производства и создание единой системы управления, связанной с подсистемами нижнего уровня (локальными).

Однако полностью решить проблему комплексной механизации и автоматизации производства, исключить значительный объем ручного труда невозможно, используя только традиционные методы автоматизации. Проблема существенного снижения во многих производственных и вспомогательных операциях доли ручного труда, прежде всего однообразного, вредного, утомительного и тяжелого, может быть успешно решена путем создания нового класса машин, способных автоматически выполнять и имитировать действия человека в процессе трудовой деятельности. Такими машинами стали роботы, которые в сочетании с системами управления на базе электронной и вычислительной техники можно включать в состав технологических линий и комплексов.

Этап комплексной автоматизации получил наибольшее применение в массовом и крупносерийном производствах. В мелкосерийном и единичном производствах автоматизация практически неэффективна из-за необходимости частой смены автоматического оборудования, работающего по принципу жесткого управления, и при изменении серии изделий. Задачи ускорения научно-технического прогресса в пищевой промышленности диктуют необходимость создания на производстве условий, позволяющих в нужный момент и за короткое время перейти на выпуск новой продукции.

Стремление к гибкости производства должно сочетаться с комплексной автоматизацией и всемерной экономией трудовых ресурсов, что позволяет реализовать гибкая производственная система (ГПС). Решением в этом случае может стать технологическая линия, цех, завод, которыми управляет сеть ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, применением робототехнических систем и программируемого технологического оборудования (в том числе с ЧПУ).

Применение ГПС на пищевых предприятиях позволит обеспечить выпуск на одном предприятии небольших партий разнообразной продукции, причем разные виды изделий могут изготавливаться на одной и той же технологической линии. Вся переналадка производства может быть осуществлена программным путем со сменой лишь отдельных агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью. Переналадка в этом случае не потребует больших временных и материальных затрат.

Гибкие производственные системы в пищевой промышленности могут дать максимальный эффект, если автоматизировать весь процесс создания новой продукции от замысла к технической документации и далее к выпуску готовой продукции. Средством реализации такой проблемы являются системы автоматизированного проектирования (САПР), представляющие собой комплексы вычислительных устройств, средств связи и чертежных автоматов.

Полная автоматизация. В пищевой промышленности полная автоматизация производства может быть достигнута при применении программируемых роботов-манипуляторов, программно-управляемого технологического оборудования, автоматизированных складских и транспортных систем, САПР и создании на основе этих средств программно-управляемого технологического процесса. Такое производство получило название гибкого автоматизированного производства (ГАП) и обладает только ему присущими свойствами: гибкостью, комплексностью и универсальностью.




КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

РАЗДЕЛ 1.

  1. Какими специфическими способностями обладают предприятия перерабатывающих отраслей?

  2. Что является управляемым объектом для ТОУ?

  3. На что направлено создание и функционирование любой АСУ ТП?

  4. Какова иерархия АСУ в отрасли?

  5. Что является верхним уровнем управления?

  6. Чем определяется сложность управления ТОУ?

  7. Какие функции являются характерными для АСУ ТП?

  8. Выделите три основные разновидности систем с вычислительным комплексом(ВК)?

  9. Куда передаются данные об объекте, полученные с ВК?

  10. Что включается в организационное обеспечение?

  11. Что представляет собой информационное обеспечение?

  12. Что представляет собой программное обеспечение?

  13. Какие основные блоки входят в функции любой системы?

  14. Какие технические средства должна содержать АСУТП для реализации информационных и управляющих функций?

  15. Какие величины определяют текущее состояние ТОУ?

  16. Что является результатом анализа ТОУ?

  17. Какими недостатками обладают централизованные системы?

  18. Какие технические средства должна содержать АСУТП для реализации информационных и управляющих функций?

  19. Какой процесс называется технологическим ?

  20. Назовите регулируемые параметры технологического процесса?

  21. Какие воздействия являются задающими?

  22. Разница между какими значениями называется рассогласованием?

  23. В каких технологических процессах применяется непрерывное дозирование?

  24. Какие параметры определяют производительность дозатора?

  25. От чего зависит производительность одноагрегатного ленточного дозатора?

  26. Какие приборы и средства автоматизации используются в схемах автоматизации ленточных дозаторов?

  27. Какие бывают смесители?

  28. От чего зависят наличие запаздывания и инерционности в процессе смешивания?

  29. Назовите виды сушилок сушилки?

  30. Назовите параметры, регулируемые в схемах автоматизации процесса сушки?

  31. Для чего предназначена первая АСР в барабанной сушилке?

  32. Что осуществляет вторая АСР в барабанной сушилке?

  33. Где в основном применяются распылительные сушилки?

  34. Что называется автоматизацией?

  35. Основные функции, выполняемые системой управления?

  36. Какие различают системы управления в зависимости от участия в них оператора?

  37. Что обеспечивают централизованные системы автоматизации?

  38. Какая документация входит в состав проектной документации?

  39. Какие задачи решаются при разработке СА ТП?

  40. Как составляется ФС автоматизации?

  41. Что включает в себя принципиально-электрическая схема автоматизации?

  42. Назовите методы построения ФСА?

  43. Для чего необходима схема монтажных соединений?

  44. Как выполняется компоновка приборов и аппаратуры на фасадных панелях щитов и пультов?

  45. На какие группы делятся приборы и устройства ГСП?

  46. На чем основано действие электрических термометров сопротивления?

  47. Какие материалы используют для изготовления термометров сопротивления?

  48. Какие приборы являются измерительными приборами для термоэлектрических пирометров?

  49. По какому принципу действуют термометры расширения твердых тел?

  50. Что служит чувствительным элементом для манометрических термометров?

  51. На чем основан принцип действия радиоактивных уровнемеров ?

  52. Какие приборы применяются для измерения уровня сыпучих материалов?

  53. Как работает электронный индикатор уровня?

  54. Назовите недостатки пьезометрических уровнемеров?

  55. Что входит в комплект магнитного газоанализатора?

  56. Типы электрических газоанализаторов?

  57. Что называется плотностью газа?

  58. Какие приборы применяются для измерения плотности газа?

  59. На чем основан принцип действия психрометра?

  60. Что называется относительной влажностью газа?

  61. Как производится анализ состава жидкостей?

  62. Назовите недостатки химических газоанализаторов?

  63. Что входит в комплект автоматического регулятора?

  64. Для чего предназначены исполнительные механизмы?

  65. Какие бывают по характеру движения рабочего звена электрические исполнительные механизмы?

  66. Что обеспечивают дроссельные регулирующие органы?

  67. Что дает применение микропроцессора в автоматизации технологических процессов?

  68. Как осуществляются внешние связи микропроцессора?

  69. Какие блоки называются микроконтроллерами?

  70. Что включает в себя программное обеспечение контроллера?





РАЗДЕЛ 2.

  1. Какие задачи решаются при автоматизации процесса тестоприготовления?

  2. Какие приборы контроля применяются при автоматизации процесса тестоприготовления?

  3. Какие режимы управления реализуются при автоматизации процесса тестоприготовления?

  4. Какие параметры необходимо регулировать в технологическом процессе выпечки хлеба?

  5. Что включает в себя технологический процесс выпечки хлеба?

  6. Как строится функциональная схема макаронного производства?

  7. Назовите контуры управления в процессе автоматизации макаронного производства?

  8. Что включает в себя щит автоматизации макаронного производства?

  9. Назовите основные стадии производства на основе биотехнологических процессов?

  10. Какое производство можно привести в качестве типичного биотехнического процесса?

  11. Что служит основным сырьем для биотехнического процесса?

  12. Как происходит стабилизация технологического режима биотехнического процесса?

  13. Каковы оновные задачи автоматизации процесса приготовления питательных сред?

  14. Какие основные компоненты питательных сред?

  15. Что служит основным сырьем для питательных сред?

  16. Какие есть способы приготовления питательных сред?

  17. Основные операции приготовления питательных сред на основе мелассы?

  18. Приведите примеры непрерывного процесса приготовления питательных сред?

  19. Каковы основные задачи автоматизации процесса культивирования микроорганизмов?

  20. Назовите основные компоненты культивирования микроорганизмов?

  21. Назовите способы культивирования микроорганизмов?

  22. Назовите основные виды послеферменационных процессов?

  23. Что служит основным сырьем для послеферменационных процессов?

  24. Назовите три основные части производства спирта?

  25. Как производится сусло?

  26. Что является основными задачами на участке подработки зерна?

  27. Основная задача управления на стадии приготовления замеса?

  28. Что происходит на участке разваривания?

  29. Как обеспечивается стабилизация температурного режима на участке разваривания?

  30. Основные задачи автоматизации на стадии брожения?

  31. Какие процессы происходят при получения сахарного песка из свеклы?

  32. Чем характеризуется свеклосахарное производство как объект управления?

  33. Что охватывает структурная схема управления ТП свеклосахарного завода?

  34. На чем базируется техническое обеспечение ТП свеклосахарного завода?

  35. На ряд каких отделений разбито производство по характеру протекающих процессов?

  36. Что происходит в диффузионной установке?

  37. Какие аппараты находятся в свеклоперерабатывающем отделении?

  38. Что представляет собой диффузионный аппарат и как он работает?

  39. От чего зависит эффективность работы диффузионного отделения?

  40. Что предусматривает типовая схема автоматизации диффузионного аппарата?

  41. Какую структуру имеют АСУ ТП свеклосахарных заводов?

  42. Что происходит на нижнем уровне локальной автоматизации?

  43. Что происходит на верхнем уровне на базе управляющего вычислительного комплекса (УВК)?

  44. Каким путем осуществляется оптимальное управление процессом экстракции сока?

  45. Что обеспечивает алгоритм управления процессом дефекосатурации?

  46. Что предусматривает алгоритм управления режимом выпарной станции?

  47. Что является особенностью процессов кондитерского производства?

  48. Какие факторы влияют на процессы в кондитерском производстве?

  49. На какие две группы можно разделить кондитерские изделия?

  50. Из каких основных стадий состоит производство кондитерских мучных изделий?

  51. Приведите типичные примеры производства кондитерских изделий?

  52. Назовите основные компоненты для приготовления затяжных сортов печенья?

  53. Приведите пример контура автоматизации в данном процессе?

  54. Какое оборудование задействовано в технологическом процессе производства карамели?

  55. Приведите пример контура автоматизации в процессе производства карамели?

  56. Основные этапы технологического процесса производства отливных глазированных конфет?

  57. Какие средства контроля и автоматизации применяются в данном процессе?

  58. Что является одной из основных операций в процессе производства шоколадных масс?

  59. Назовите основные компоненты для приготовления шоколадных масс?

  60. Какое оборудование задействовано в производстве шоколадных масс?

  61. Какие процессы включает производство безалкогольных напитков?

  62. Как могут быть охарактеризованы процессы производства безалкогольных напитков по динамическим свойствам?

  63. Чем характеризуется производство безалкогольных напитков?

  64. Основными задачами автоматизации процессов производства безалкогольных напитков являются?

  65. По каким направлениям идет развитие автоматизации производства безалкогольных напитков?

  66. Какие основные процессы включает производство кваса?

  67. Основные задачами автоматизации процессов производства кваса?

  68. Какие средства контроля и автоматизации применяются при производстве томатного сока?

  69. Назовите контуры автоматизации при производстве томатного сока?

  70. Какие процессы включает производство розлива минеральной воды?

  71. Какие средства контроля и автоматизации применяются при производстве розлива минеральной воды?

  72. Какие процессы включает производство приемки винограда?

  73. Основные стадии приемки винограда?

  74. Какие средства контроля и автоматизации применяются при производстве приемки винограда?

  75. Какие процессы включает производство переработки винограда?

  76. Как строится функциональная схема автоматизации процессов переработки винограда?

  77. Какие процессы включает производство мойки в бутыломоечной машине?

  78. Назовите основные задачи автоматизации процессов мойки в бутыломоечной машине?

  79. Каков технологический процесс мойки в бутыломоечной машине?

  80. Какие процессы включает производство детской питательной смеси?

  81. Основные стадии приготовления детской питательной смеси?

  82. Назовите контуры автоматизации при приготовлении детской питательной смеси?

  83. Какие средства контроля и автоматизации применяются при производстве белкового концентрата?

  84. Какие процессы включает производство концентратов сладких блюд?

  85. Каков технологический процесс производства концентратов сладких блюд?

  86. Назовите основные этапы в развитии автоматизации в пищевой промышленности?

  87. Что позволяет реализовать применение ГПС на предприятии?

  88. Что означает ГАП?

  89. Что представляет собой промышленный робот?

  90. Какие дополнительные мероприятия необходимы для внедрения на производстве робототехники?





ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Выбрать и рассчитать регулирующий орган для регулирования расхода воды.


1. Определяется пропускная способность регулирующего органа

КV = 36 · 103 Qmax · hello_html_238a5794.gif, м3/ч (1)

где Qmax – максимальный расход воды, м3

hello_html_7a95e80e.gifплотность жидкости, кг/м3

ΔР – перепад давления на регулирующем органе при максимальном расходе, Па.


2. Определяется условная пропускная способность, большая расчетного значения на 20 %

Кvу ≥ 1,2 Кv(2)


3. По таблице (приложение 1) предварительно выбирается клапан двухседельный, указать стандартное Кvу3/ч) Ду, (мм)


4. Выполняется проверка влияния на пропускную способность вязкости. Для этого рассчитывается критерий Рейнольдса

Re = 1,271 hello_html_53584b73.gif (3)

где ν- кинематическая вязкость, м3

Ду – диаметр условного прохода клапана, м

Если Re ≤ 2000, то выполняется расчет на влияние вязкости.

Если Re> 2000, то влияние вязкости на расход жидкости не учитывается.


5. Расчет на влияние вязкости

а) определяется коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости Ψ в зависимости от числа Рейнольдса по рис.(см. приложение 2)

б) определяется пропускная способность с учетом влияния вязкости по формуле

Кvв = Ψ Кvу (4)

Если Кvв ≤ Кvу, то выбор считается законченным.

Если Кvв > Кvу, то производится новый выбор регулирующего органа по Кvв, то есть выбирается новый диаметр условного прохода Ду1 по табл. V.3 (см приложение)


6. По таблице (приложение 3)выбирается

тип регулирующего органа.



Данные для расчета:


Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Qmax (м3)

195

210

270

183

175

ΔРро (МПа)

1,6

0, 24

1,6

1,6

1,5

Т (0С)

90

90

90

90

90

(г/см3)

1

1

1

1

1

Р1(МПа)

1,8

1

1,8

1,8

1,8

Р нщ (МПа)

0,07

0,05

0,07

0,07

0,07

ν (см2/с)

0,00201

0.00328

0,00322

0,00274

0,00201



Вариант 6

Вариант 7

Вариант 8

Вариант 9

Вариант 10

Qmax (м3)

547

160

450

320

180

ΔРро (МПа)

0,62

1,6

2,7

3,5

2,2

Т (0С)

90

90

90

90

90

(г/см3)

1

1

1

1

1

Р1(МПа)

50

1,8

2,3

2,5

20

Р нщ (МПа)

2,8

0,07

0,09

0,04

2,8

ν (см2/с)

0,00855

0,00260

0,00610

0,00445

0,00320


ТЕСТЫ


Вариант №1

1. Отсутствие автоматических устройств

A) высокое качество продукции

B) уменьшение затрат сырья и энергии

C) сокращение брака и отходов

D) уменьшается численность основных рабочих

E) увеличивается численность основных рабочих

2. Процесс, при котором функции управления и контроля осуществляется методами и средствами автоматики - называется

A) автоматизация

B) коммуникация

C) сигнализация

D) электрификация

E) газификация

3. Система телемеханики - это

A) фиксация механизмов, устройств в определенном состоянии в процессе их работы

B) отрасль науки и техники об управлении и контроле протекания различных процессов, действующих без непосредственного участия человека

C) совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса

D) отрасль технических наук, исследующая комплекс вопросов, связанных с управлением на расстоянии

E) наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и их объединениях

4. Уравнение зависимости режимных, выходных и входных параметров

A) z = f (х)

B) z = f (х)

C) V = X

D) х = f (у)

E) у = f (х.)

5. Возмущающим воздействиям подвергаются объекты управления

A) реальные и динамическом режиме

B) технологические

C) объект ы управления с ЭВМ

D) реальные в статическом режиме

E) стационарные, работающие в дискретном режиме

6. В объекте управления число технологических параметров 41-160

A) со средней

B) с малой

С) с высокой

D) объект с минимальной информационной емкостью

Е) сверхвысокой

7. В объекте управления число технологических параметров 10-40

А) средняя

В) повышенная

С) большая

D) малая

Е) наименьшая

8. По цели управления С'АУ делится на

А) автоматизированные и автоматические

В) стабилизирующие и оптимизирующие

С) местного и дистанционного управления

D) экстремальные и минимальные

Е) замкнутые и разомкнутые

9. По характеру ТП, объекты управления делятся на

А) стабилизирующие и оптимизирующие

В) автоматизированные

С) замкнутые и разомкнутые

D) с местным и дистанционным управлением

Е) объекты непрерывного н периодического действия

10. Схемы по степени централизации

А) многоуровневые

В) структурные

С) электрические принципиальные

D) монтажные

Е) функциональные

11. Назначение датчиков

A) для плавного изменения выходной величины

B) регулятор технологического процесса

С) стабилизатор входного сигнала

D) усилитель входного сигнала

Е) первичный преобразователь информации

12. Основное определение телемеханики

А) фиксация механизмов, устройств в определенном состоянии в процессе их работы

В) ручное и дистанционное управление параметрами объекта на расстоянии

С) автоматическая передача на расстояние команд управления и информация о состоянии управляемых объектов

D) телеуправление объектом на расстоянии дистанционное и автоматическое

Е) передача на расстояние результатов измерений параметров контролируемых объектов

13. Показатели надежности САУ

A) способность изделия не выходить из строя

B) сохраняемость, достоверность, срок гарантии

C) срок службы, гарантийная наработка, ресурс времени

D) наработка изделия до предельного состояния, сохраняемость, добротность

E) безотказность, ремонтопригодность, долговечность

14. При централизованном контроле в состав измерительной схемы входит

A) приборы - задатчики, передающие устройства

B) ГОУ - КГС - оператор

C) ТОУ - линия связи, исполнительный механизм, регулятор датчик, задатчик, линия связи, регулятор

Е) первичный измерительный преобразователь - линия связи - вторичный прибор

15. Окружность, разделенная горизонтальной линией с буквенным обозначением в верхней части TIR

A) прибор вторичный, регулирующий уровень «на щите»

B) датчик температуры

C) прибор давления

D) прибор вторичный, регулирующий температуру, показывающий «на щите»

Е) вторичный прибор температуры, показывающий и регистрирующий «на щите»

16. Окружность, разделенная горизонтальной линией с буквенным обозначением в верхней части MR

A) влажности «на щите», регистрирующий

B) массу записывает «на щите»

C) массы «на щите», регулирующий

D) масса «на щите», регистрирующий

E) прибор для измерения массы

17. Технический документ проекта автоматизации, определяющий структуру САУ и оснащения ее средствами автоматизации

A) рабочий проект

B) технологический регламент

C) структурная

D) принципиальная электрическая схема

E) функциональная

18. Устройство с буквенным обозначением HL

A) осветительная

B) люминесцентная лампа

C) прибор звуковой сигнализации

D) нагревательный элемент

Е) прибор световой сигнализации

19. Вторичный прибор системы получает информацию

А) от линии связи

В) от регулятора

С) от датчика

D) с ТОУ

E) от оператора

20. Динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий

А) ТОУ

В) оператор - ГОУ

С) диспетчер - оператор

D) АСУП комбината

Е) регулятор

21. Основное достоинство асинхронных тахогенераторных датчиков

А) возбуждение от постоянных магнитов

В) возбуждение от электромагнитов

С) его частота зависит от скорости вращения ротора

D) возбуждение от электромагнита ротора

Е) его частота не зависит от скорости вращения ротора

22. Выбор параметров управления необходим для

А) определения параметров верхнего и нижнего уровня отклонения от заданного значения

В) правильного выбора приборов учета и контроля

С) построения технологической схемы

D) выбора средств автоматизации

Е) определения информационной емкости объекта

23. Технический документ проекта автоматизации, определяющий правила монтажа САУ и оснащение её средствами автоматизации

А) схема па плане цеха или предприятия

В) структурная схема

С) монтажная схема

D) функциональная схема

Е) принципиальная электрическая схема

24. Назначение систем предупредительной автоматической сигнализации

А) извещает об обнаружении изменения частоты вращения вала электропривода

В) извещает об отклонениях в составе компонентов при изготовлении сложной продукции

С) извещает о перегрузках в питающих электрических сетях

D) извещает о повышенной влажности в помещениях

Е) извещает обслуживающий персонал о различных режимах работы оборудования или о непредвиденном его отключении

25. Химическая, биологическая, термическая обработка применяется

A) для обезвреживания токсичных выбросов

B) д ля очистки воды на ТЭЦ

C) для очистки сточных вод

D) для обработки реагентов на обогащение руды

E) для очистки газов

26. Системы кондиционирования служат

A) для коагуляции коллоидных и взвешанных веществ

B) для поддержания в производственных помещениях определенного температурного режима с помощью теплообменников

C) для автоматического поддержания температуры и относи тельной влажности воздуха в помещениях предприятий

D) для стабилизации температуры в производственных помещениях с часто открываемыми грузовыми воротами

E) д ля обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях

27. Маркировка цепей питания

A) 600-700

B) 401

C) 1-100

D) 201 -400

E) 101-200

28. Электрическая принципиальная схема составляется на основании

A) структурных схем

B) схем внешних соединений

C) схемы общего вида щита

D) монтажных схем

E) функциональных схем

29. Реле времени

A) V

B) КК

C) КА

D) SB

Е) КТ

30. Выключатель кнопочный

A) SB

В) PW

С) КА

D) PS I

E) PA

31. Шифр электрической принципиальной схемы

А) С

B) А2

C) II

D) ЭЗ

E) А1

32. Шифр функциональной схемы автоматизации

A) ЭЗ

B) Г1

С) Н

D) С

Е) А2

33. На входе регулятора формируется управляемый сигнал, который подается на

А) щит

В) вторичный прибор

С) исполнительный механизм

D) датчик

Е) регулирующий орган

34. Схема, которая позволяет получить сведения необходимые для выполнения соединений в пределах щита

А) принципиальная

В) технологическая

С) структурная

D) функциональная

Е) монтажная

35. Автоматизация управления предприятием осуществляется под руководством

А) отдела кадров

В) членов коллектива

С) экономистов предприятия

D) первого руководителя

Е) персонала предприятия

36. Элемент автоматики, осуществляющий количественное преобразование поступающей на вход физической величины

А) регулятор

В) исполнительный механизм

С) задающий элемент

D) датчик

E) усилитель

37. Отношение абсолютной погрешности к номинальному (расчетному) значению выходной величины элемента автоматики, выраженное в %

A) чувствительность

B) относительная погрешность

C) вариация

D) абсолютная погрешность

E) приведенная погрешность

38. Элемент автоматики, обеспечивающий постоянство выходной величины при колебаниях входной величины

A) стабилизатор

B) сумматор

C) распределитель

D) усилитель

E) датчик

39. Минимальная величина на входе элемента автоматики, которая вызывает изменение выходной величины

A) погрешность

B) коэффициент стабилизации

C) вариация

D) зона нечувствительности

E) порог чувствительности

40. Датчик, работа которого основана на возникновении электрических зарядов разных знаков при сжатии кристалла

A) потенциометрический

B) магнитоупругий

C) индуктивный

D) пьезоэлектрический

Е) тензометрический

41. Выходной сигнал преобразователя "Метрам -100"

A) 0 -г 2 мА

B) 0 -г 5 мА

C) 0 -Г I мА

D) 0 -г 10 мА

E) 4-г 10 мА

42. Сколько обмоток синхронизации у статора сельсин - датчика

A) 2

B) 4

C) 1

D) 5

E) 3

43. Применение индуктивного датчика

А) для измерения электрического сопротивления ;

В) для измерения линейных перемещении или размера деталей

С) для измерения весовой нагрузки

D) для измерения температуры

Е) для измерения эдс

44. Материал обладающий пьезоэффектом

А) кварц

В) серебро

С) медь

D) германий

E) кремний

45. Класс точности преобразователя "Метрам -100"

A) 0,5

В) 0.05 I

С) 0,35

D) 0,15 I

Е) I

46. Питание преобразователя "Метран -100" осуществляется напряжением

А) 24 В

B) 12 В

С) 220 В

D) 36 В

Е) 42 В

47. Предел измерения термометра сопротивления ТСМ

A) 10°С...+ 120°С

B) 20°С...+ 100°С

С) 50°С...+ 20°С

D) 30°С...+ 300°С

Е) 50°С...+ 180°С

48. Время срабатывания реле времени

A) tcp>Iмс

B) tcp<50 мс

С) tcp = 150 мс

D) tcp>10 мс

Е) tcp> 100 мс

49. Датчик, который не относится к генераторным

A) тахометрический

B) индуктивный

C) пьезоэлектрический

D) индукционный

E) термоэлектрический

50. Физическое явление, положенное в основу работы термопары

A) свойство односторонней проводимости р-н перехода

B) тензоэффект полупроводниковых материалов

C) закон электромагнитной индукции

D) пьезоэффект

E) термоэлектрический эффект

51. Спай термопары, который воспринимает измеряемую температуру

A) холодный

B) свободный

C) теплый

D) горячий

E) температурный

52. Чувствительный элемент терморезистора ТСП изготавливается из

A) алюминия

B) никеля

C) платины

D) стали

E) меди

53. Сопротивление термистора изменяется под воздействием

A) линейного перемещения

B) скорости

C) давления

D) емкости

E) температуры

54. Главный элемент в реостатных датчиках

A) переменный резистор

B) катушка

C) конденсатор

D) дроссель

E) якорь

55. Графическое обозначение имеет

A) реле

B) электродвигатель

C) конденсатор

D) резистор

E) контакт

56. Реле, предназначенное для защиты электродвигателя от перегрузки

А) электродинамическое

В) геркон

С) поляризованное

D) нейтральное

Е) электротепловое

57. Принцип действия электромагнитного реле основан на

А) использовании тензометрического эффекта

В) принципе компенсации магнитных потоков

С) использовании пьезоэлектрического эффекта

D) явлении электромагнитной индукции

Е) воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент

58. Конструкция герконового реле

А) биметаллическая пластина, контакты

В) постоянный магнит, неподвижный сердечник

С) сердечник, якорь, короткозамкнутый виток

D) сердечник, якорь, магнитопровод

Е) стеклянный баллон, контакты, обмотка

59. Чтобы исключить залипание якоря при обесточивании обмотки реле

применяют

А) дополнительный сердечник

В) шунт

С) экранирование

D) короткозамкнутый виток

Е) штифт из немагнитного материала

60. Дискретный пневматический сигнал "0" равен

А) 0 МПа

В) 0-50 МПа

С) I МПа

D) 0 -0,01 МПа

Е) 0 - 30 МПа

61. Условное обозначение пневматического элемента на

принципиальных схемах означает

А) фильтр

В) переменный пневматический дроссель

С) элемент сопло-заслонка

D) источник питания сжатым воздухом

Е) постоянный пневматический дроссель

62. Регулирующий орган, изменение проходного сечения которого осуществляется путем поворота затвора-диска вокруг оси

A) вентиль

B) клапан двухседельный

C) клапан односедельный

D) заслонка

E) шибер

63. Регулирующий орган, который не может быть применим для регулирования расхода жидкостей

A) шибер

B) клапан двухседельный

C) клапан односедельный вентиль

Е) клапан трехседельный

64. При расчете регулирующего органа на rai определяют

A) коэффициент кавитации

B) режим течения

C) число Рейнольдса

D) влияние вязкости

E) коэффициент сопротивления

65. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР - 2М предназначен для

A) защиты от вибрации

B) защиты от токов ФУКО

C) управления исполнительным механизмом с трехфазным электродвигателем

D) управления исполнительным механизмом с однофазным электродвигателем

E) дистанционного указания положения вала исполнительного механизма

66. САР, в которой происходит поиск и поддержание максимальных и минимальных значений регулируемой величины, это -

A) система программного регулирования

B) система стабилизации

C) следящая система

D) дискретная система

E) система экстремального регулирования

67. Отрицательная обратная связь

A) уменьшает влияние входного воздействия

B) усиливает возмущающее воздействие

C) не изменяет влияние входного воздействия

D) создает помехи

E) увеличивает влияние входного воздействия

68. Величина, не относящаяся к качественным показателям процесса

А) перерегулирование

В) интегральная квадратичная ошибка

С) возмущение

D) динамическая ошибка регулирования

Е) статическая ошибка регулирования

69. Энергия, за счет которой перемещается регулирующий орган в регуляторах косвенного (непрямого) действия

А) энергия, получаемая от исполнительного элемента

В) энергия, получаемая от измерительного элемента

С) энергия, получаемая от блока сравнения

D) энергия, получаемая от преобразовательного элемента

Е) энергия, получаемая от постороннего источника

70. НМД - регулятор также является

А) изодромным с отставанием

В) изодромным с увеличением

С) изодромным с ускорением

D) изодромным с усилением

Е) изодромным с предварением

71. Регуляторы температуры прямого действия состоят из

А) стабилизатора напряжения

В) усилителя мощности

С) программного задатчика

D) нормирующего преобразователя

Е) регулирующего клапана и термостатического элемента

72. Регулятор, у которого изменение выходной величины возникает

скачкообразно при достижении входной величины определенного значения

А) И - регулятор

В) ПИД - регулятор

С) МИ - регулятор

D) П -регулятор

Е) позиционный регулятор

73. Дополнительная функция регулятора PC 29

А) автоматическое и ручное управление

В) введение сигнала задания

С) цифровая индикация 1 из 4-х сигналов

D) формирование ПИ - закона регулирования

Е) суммирование различных входных сигналов

74. Нормальная продолжительность рабочего времени в Республике Казахстан [ не должна превышать

A) 41 час в неделю

B) 38 часов в неделю

C) 36 часов в неделю

D) 40 часов в неделю

E) 24 часа в неделю

75. Сверхурочные работы компенсируются

A) оплатой не более чем в полуторном размере

B) оплатой не более чем в тройном размере

C) оплатой не ниже чем. в полуторном размере

D) оплатой не ниже чем тарифная ставка

E) оплатой не ниже чем в двойном размере

76. Продолжительность дополнительного оплачиваемого ежегодного трудового отпуска предоставляемого работникам, занятым на тяжелых работах, работах с вредными (особо вредными) и (или) опасными условиями труда

A) не менее 5 календарных дней

B) не менее 6 календарных дней

C) не менее 10 календарных дней

D) не менее 3 календарных дней

E) не менее 12 календарных дней

77. Срок действия дисциплинарного взыскания

A) 3 месяца

B) 12 месяцев

C) 1 месяц

D) 4 месяца

Е) 6 месяцев

78. По письменному заявлению работника при регистрации брака работодатель обязан предоставить отпуск без сохранения заработной платы продолжительностью

A) до шести календарных дней

B) до четырех календарных дней

C) до двух календарных дней

D) до пяти календарных дней

E) до трех календарных дней

79. Время перерыва для отдыха и приема пищи

A) оплачивается не более 2 часов

B) не оплачивается, если превышает I час

C) не включается в рабочее время и не оплачивается

D) оплачивается дополнительно

E) включается в рабочее время

80. Надзор н контроль за соблюдением законодательства о труде включает

следующие виды

А) государственный, внутренний, общественный

В) государственный, общественный

С) государственный, ведомственный, вневедомственный

D) внутренний, внешний, общий

Е) внутренний, общественный

81. Вид ответственности, предусматривающий расторжение индивидуального трудового договора

А) административная

В) дисциплинарная

С) материальная

D) экономическая

Е) уголовная

82. Периодичность проведения первичного инструктажа на рабочем месте

А) один раз в год

В) один раз в 6 месяцев

С) при смене рабочего места или вида работ

D) один раз и лишь при приёме на работу в данную организацию

Е) при приеме на работу, при смене рабочего места или вида работ

83. Продолжительность обучения на рабочем месте (стажировки)

А) от 1 до 10 смен

В) 10 смен

С) от 3 до 4 смен

D) от 1 до 2 смен

Е) от 2 до 14 смен

84. При несчастном случае на производстве необходимо проведение

А) первичного инструктажа па рабочем месте

В) целевого инструктажа

С) вводного инструктажа

D) внепланового инструктажа

Е) повторного инструктажа

85. При перерыве более 30 календарных дней в работе, к которой предъявляются повышенные требования но безопасности, необходимо проведение

А) повторного инструктажа

В) целевого инструктажа

С) первичного инструктажа на рабочем месте

D) вводного инструктажа

Е) внепланового инструктажа

86. При участии в реанимации пострадавшего двух человек соотношение

«дыхание - массаж» должно составлять

A) 2-3 вдоха : 10-12 надавливаний

B) 3-5 вдохов : 15-18 надавливаний

C) 1-2 вдоха : 5-10 надавливаний

D) 1 вдох : 5 надавливаний

E) 3-5 вдохов : 10 надавливаний

87. При проведении реанимационных мероприятий одним человеком соотношение «дыхание - массаж» должно составлять

A) 3-5 вдохов : 15-18 надавливаний