Автоматизация технологического процесса в пищевой промышленности

Для контроля, регистрации и индикации  между датчиками и исполнительными  механизмами устанавливается единый микропроцессорный контроллер. Поступающий  сигнал сравнивается с верхними и  нижними предельными значениями и вырабатывается управляющий сигнал.

Дозирование компонентов происходит объемным способом с помощью шестеренчатых  насосов-дозаторов и ленточного дозатора. Регулирование расхода  компонентов происходит при помощи частотного преобразователя, управление ведется с помощью универсального контроллера. Количество компонентов  определяется частотой вращения рабочих  органов дозаторов. Соотношения компонентов в рецептуре устанавливаются задатчиками в пределах (кг/ч): по сахару-песку 160…170, какао-маслу и какао тертому 60…300.

Регулирование температуры в валках можно обеспечить путем изменения  расхода охлаждающего агента в зависимости  от температуры внутри валка. С помощью  датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, поддерживается температура  в пределах 20-28⁰С, необходимая для безотказной работы машины.

Для регулирования степени измельчения  продукта необходимо изменять зазор  между валками. Зазор можно регулировать с помощью изменения давления в гидроцилиндрах в гидравлической системе прижатия валков. Измерения  производятся для каждой стороны  валков отдельно в трех парах гидроцилиндров. С помощью датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, регулируется подача масла, нагнетаемого гидравлическим насосом.

Составляем  технологическую карту параметров, таблица 1.

Таблица 1 –  Технологическая карта параметров процесса приготовления смеси

Аппарат	Параметр			Функции системы автоматизации
	Наименование и размерность	Номинальное значение	Предельные значения
1	2	3	4	5
Сборник какао-тертого	Температура подаваемого компонента, 0С	65	60…70	Показание, регулирование с помощью контроля слива теплоносителя из рубашки
	Уровень подаваемого компонента, м	0,3	0,1…0,4	Показание,  сигнализация, отключение и включение  двигателя насоса
Дозаторы	Расход  какао-тертого, кг/ч	165/200	60…300	Показание,  регистрация, регулирование  с помощью изменения частоты  вращения
Смеситель	Температура смеси, 0С	65	62…67	Показание, регулирование с помощью изменения  расхода греющего агента

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5
Пятивальцо- вая мельница	Давление  в гидроцилинд- рах, кПа	15	10…20	Показание, регулирование с помощью  контроля расхода масла в гидроцилиндрах
	Температура вальцов, 0С	24	20…28	Показание, регулирование с помощью изменения  расхода хладагента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Выбор технических средств и описание схемы автоматизации

 

Для контроля температуры в качестве первичного преобразователя выбираем термометр сопротивления, измерение  которого основано на свойстве проводников  и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при  изменении их температуры. В качестве чувствительного элемента используется медь; это очень удобно так как  она имеет низкую стоимость, высокий  температурный коэффициент электрического сопротивления, ее легко получают в  чистом виде. Термометры сопротивления  являются предпочтительными для  небольших температур, имеют высокую  точность и надежность.

Термометр сопротивления выбираем типа ТСМУ – Метран – 274 с унифицированным  выходным сигналом; это более выгодно, так как не требуется устанавливать  нормирующий преобразователь.

 

Уровень измеряется гидростатическим уровнемером Метран – 100 – ДГ тип 1531 с унифицированным выходным сигналом. Принцип его действия основан  на измерении давления столба жидкости или выталкивающей силы, действующей  на тело, погруженное в жидкость. Использование уровнемера  этого  типа также более выгодно, так  как не требуется устанавливать  нормирующий преобразователь.

 

Для контроля давления в качестве первичного преобразователя выбираем датчик для измерения избыточного  давления серии Метран – 43 – ДИ 3173 с унифицированным выходным сигналом. Эти манометры достаточно широко распространены в пищевой промышленности. Также такой датчик имеет достаточный  диапазон измеряемых давлений, что  является важным, так как рецептур очень много и все они подразумевают  различную степень измельчения  шоколадной массы, а, следовательно, различный  зазор между вальцами, который  регулируется с помощью различных  значений давлений.

 

Для измерения температуры вальцов  выбираем термоэлектрический термометр  ТХАУ – 205 с унифицированным выходным сигналом. Он измеряет температуру  по величине термо- ЭДС, возникающей  в цепи из двух разнородных проводников. Термопара градуировки ТХАУ (термопара  хромель – алюмель) имеет высокую  стойкость и хорошую линейность. 

 

Управление процессом осуществляется с помощью микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329.

Он предназначен для сбора, обработки  информации, реализации функций контроля, программологического управления, регулирования, противоаварийных защит и блокировок, систем учета тепла и энергоресурсов.

Прибор предназначен для измерения  температуры, давления и других физических величин. Он отображает текущую архивную информацию в цифровом виде, в виде графиков и диаграмм.

Технические характеристики: имеется  цветной или монохромный графический  5,7” дисплей; П3- или ПИД- регулирование; интерфейс RS232/485; память: гибкий магнитный диск (FDD), Compact Flash; исполнение: искробезопасноек; количество каналов: 16;32.

Входной сигнал: термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи, а также другие источники сигнала  в виде тока, напряжения или сопротивления. Погрешность 0,1%.

 

Частотные преобразователи серии  СТ-2004V предназначены для построения частотно-регулируемых приводов. Управление ведется векторным способом с помощью ШИМ-модуляции. Диапазон регулирования скорости 1:100. Точность регулирования ±1%. Имеется автонастройка, ограничение скорости, торможение, ПИД-регулятор, аналоговый выход и интерфейс RS-232. Дисплей информирует о частоте, напряжении тока, крутящем моменте, значениях установок, кодов и ошибках.

Преобразователи обеспечивают защиту по мощности, напряжению, перегрузок по току, перегрева и превышения предельной скорости.

 

Температура  какао-тертого в  ёмкости Е1 измеряется с помощью  термометра сопротивления ТСМУ Метран – 274 с унифицированным выходным сигналом. С него унифицированный  выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий  сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе слива воды, которая является теплоносителем.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры  воды клапан отрывается, при понижении  – закрывается.

 

Уровень жидких компонентов в емкости  Е1, измеряется гидростатическим уровнемером  Метран – 100 – ДГ, вырабатывающим выходной унифицированный сигнал в виде 0…5 мА. Этот сигнал поступает на многофункциональный  прибор Ш-9329, который осуществляет сравнение  сигнала, с его заданным верхним  и нижнем предельным значением и  вырабатывает управляющий сигнал. Управляющий  сигнал поступает на электродвигатель насоса, установленный на трубопроводе подачи компонентов  в Е1.

 

Температура массы в смесителе  С измеряется с помощью термометра сопротивления ТСМУ Метран – 274 с  унифицированным выходным сигналом. С него унифицированный  выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе установленный на трубопроводе подачи воды, которая является теплоносителем.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры  воды клапан закрывается, при понижении  – открывается.

 

Температура массы в пятивальцовой  мельнице ПМ измеряется с помощью  термоэлектрического   термометра ТХАУ-205. С него унифицированный  выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий  сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе подачи воды, которая является хладагентом.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры  вальцов клапан открывается, при  понижении –закрывается.

Давление в пятивальцовой мельнице ПМ измеряется с помощью датчика  для измерения избыточного давления МЕТРАН – 43 – ДИ – 3173. Датчик соединен с регулятором, который воздействует на исполнительный механизм с электроприводом  типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе подачи масла, нагнетаемого гидравлическим насосом.

Все выбранные приборы занесены в таблицу 2.

Таблица 2 – Спецификация на приборы  и средства автоматизации

Поз.	Измеряемый параметр и его номинальное  значение	Наименование прибора	Тип	Кол-во	Место установки	Лит. Ссылка
1	2	3	4	5	6	7
1	Температура, 60-70 0С	Термометр сопротивления. Пределы измерения  от 0 до 1800С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1	Ёмкость Е1	[3], с.57
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1	Трубопровод слива теплоносителя  из Е1	[3], с.20
2	Уровень, 0,1…0,4м	Датчик гидростатического давления. Пределы измерения уровня 10м. Погрешность 0,5%. Давление 0,4 МПа. Выходной сигнал 0…0,5мА.	Метран-100-ДГ	2	Ёмкость Е1	[3], с.12

Продолжение таблицы 2

3	Температура, 62-670С	Термометр сопротивления. Пределы измерения 0 до 1800С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1	Смеситель С	[3], с.57
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1	Трубопровод подачи тепло- носителя в С	[3], с.20
4	Температура, 220С	Термоэлектрический датчик температуры. Т=0…6000С. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТХАУ-205	5	Вальцы мельницы ПМ	[3], с.4
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	5	Трубопровод	[3], с.20
5	Давление 15 МПа	Датчик для измерения избыточного  давления 0…25МПа. Выходной сигнал 0…0,5мА.	МЕТРАН-43-ДИ-3173	6	Гидроцилинд -ры мельницы ПМ	[3], с.7
6	Расход	Частотный преобразователь.	СТ-2004V-5А5	1	Дозатор какао-тертого	[4], с.15
7		Универсальный микропроцессорный контролер.	Ш-9329	1	Управляющий пульт	[4], с.9

 

4 Описание средств автоматизации

Основой для построения системы  автоматизации смесительно-рецептурного комплекса являются датчик уровня (гидростатического  давления), термометры сопротивления  и термоэлектрические, измерительный  преобразователь избыточного давления давления, которые имеют унифицированные  сигналы, которые поступают на универсальный  контроллер.

 

Принцип действия термометров (термопреобразователей) сопротивления материалов (металлов, их окислов и солей) изменять свое электрическое сопротивление при  изменении температуры. Величину, характеризующую  изменение сопротивления материалов при изменении температуры называют температурным коэффициентом сопротивления. Термометры сопротивления бывают двух видов проводниковые и полупроводниковые

Самыми распространенными в  промышленности проводниковыми преобразователями  сопротивления являются технические  термометры из платины и меди.

Медные чувствительные элементы для  измерения температуры в пределах                              -50…200^оС, из платины -200…750^оС.  Приборы из платины более точные, медные более дешевые. Конструкция показана на рисунке 3.