Термин автоматизация (от греческого automatos) означает «самодействующий». В энциклопедическом словаре дается следующее определение автоматизации производства: «Автоматизация производства - процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполняемые человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам ».

Автоматизация производства является важнейшим фактором ускорения научно-технического прогресса в народном хозяйстве. Дальнейшие развитие всех видов промышленности требует создания автоматизированного оборудования, автоматизированных линий, технологических процессов. В научно-технических программах развития промышленности предусмотрена автоматизация производства на основе широкого применения микропроцессорной техники и электронных вычислительных машин (ЭВМ). В ближайшее время будут решаться проблемы, обеспечивающие широкое внедрение автоматизации на всех уровнях: в области управления как технологическими процессами, так и производственно-хозяйственной деятельности предприятия в целом. В результате будут созданы автоматизированные предприятия и производственные объединения, получат дальнейшее развитие. Для решения поставленных задач нужны высококвалифицированные специалисты в области автоматизации производства. Поэтому в настоящие время большое значение придается изучению в вузах дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств». Целью изучения дисциплины является подготовка студента к самостоятельному решению теоретических и практических задач автоматизации химико-технологических процессов промышленности.

Измерительные приборы и автоматические устройства обеспечивают оптимальное протекание технологического процесса, недоступное ручному управлению. Поэтому автоматизация позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы производства, улучшить качество выпускаемой продукции и значительно повысить производительность труда.

Разработка систем автоматизации химико-технологических процессов производств осуществляется в трех направлениях: 1) определяются методы эффективного изучения закономерностей объектов управления при использовании физического и математического моделирования с применением ЭВМ: 2) создаются технические и экономические целесообразные методы управления с установлением наиболее рациональных зависимостей между измеряемыми и управляющими координатами технологических процессов; 3) разрабатываются инженерные методы эффективного воплощения автоматизации, технические средства контроля и управления.

Исходя из системного подхода, автоматизацию производства предприятия подразделяют на 4 уровня:

1. Автоматизация технологических агрегатов и машин

2. Автоматизация технологических участков.

3. Автоматизация технологических процессов в целом.

4. Автоматизация производственно-хозяйственной деятельности.

В зависимости от роли человека в управлении различают автоматические и автоматизированные системы управления (АСУ). Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) представляет собой организационно-техническую систему управления технологическим процессом в целом в соответствии с принятым критерием управления, в которой для сбора и обработки информации используется вычислительная техника. Роль человека в АСУ ТП сводится к содержательному участию в выработке решений там, где их выполнение не может быть полностью автоматизирована.

Комплекс технических средств АСУ ТП включает и средства локального контроля, сигнализации и регулирования, которые могут функционировать автономно. Локальные системы автоматизации, входящие в АСУ ТП, представляют собой комплекс устройств автоматики, автономно реализующих функцию управления частью технологического процесса или контроля за ним. Практически во всех применяемых схемах автоматизации реализуются функции контроля, сигнализации, регулирования, пуска и остановки технологического оборудования, автоматической защиты.

Автоматизация производства - непрерывно развивающийся процесс, причем особенностью его развития является то, что переход к более высокой ступени не означает полного исчезновения характерных черт развития на низшей ступени, так как каждая последующая ступень является продолжением и развитием низшей ступени.

АСУ ТП предназначены для выработки и осуществления управляющих воздействий на технологический объект управлении (ТОУ). ТОУ представляет собой совокупность технологического оборудования, на котором по установленным регламентам осуществляется технологический процесс производства продуктов. К ТОУ относится технологические аппараты, агрегаты и установки, а также участки, цехи и технологические комплексы по производству продуктов в целом. Если технологический комплекс функционирует совместно с управляющей им АУС ТП, то они образуют автоматизированный комплекс (АТК).

По уровню, занимаемому АУС ТП в организационно- производственной структуре перерабатывающего предприятия, различают три класса АСУ ТП; нижнего уровня, верхнего уровня, многоуровневые. АУС ТП нижнего уровня управляют технологическими агрегатами, установками, участками. АСУ ТП верхнего уровня (централизованные) - группами технологических установок, участками, производствами и не включает в себя АСУ ТП нижнего уровня. Многоуровневые АСУ ТП управляют теми же, что и АСУ ТП верхнего уровня, но включают в себя АСУ ТП нижнего уровня.

Процесс дозирования широко распространен в отраслях пищевой промышленности: при производстве хлеба дозируются мука, вода, соль и другие добавки; припроизводстве овощных и закусочных консервантов дозируются вкусовые добавки; при производстве синтетических моющих средств осуществляется дозирование различных ингридиентов, входящих в их состав.

Для получения смесей повышенного качества процесс дозирования происходит обычно непрерывно. При автоматизации процессов дозирования основное внимание уделяется регулированию соотношения расходов заданных рецептурной компонентов, при этом предъявляются повышенные требования к точности дозирования.

Дозирование может осуществляться по объему, например с помощью многокомпонентного насоса-дозатора, либо по массе с помощью весовых устройств.

1 Описание функциональной схемы

Рассмотрим автоматизацию процесса дозирования по массе жидких компонентов при производстве маргариновой эмульсии.

При производстве маргариновой продукции предварительно готовиться маргариновая эмульсия, в состав которой входят жировые и водно-молочные компоненты. Набор этих компонентов проводится в дозированном отделении, куда они поступают соответственно из жирохранилищя и молочного отделения. В жирохранилище каждый вид жировых компонентов находится в баках-емкостях, в которых поддерживается определенная температура, для того чтобы жиры находились в расплавленном виде и хорошо транспортировались по трубопроводам.

В молочном отделении приготавливается сквашенное молоко и пастеризуется поступающее свежее молоко, готовится раствор соли, кипяченая вода и т.д.

Дозирование-набор жировых и водно-молочных компонентов-осуществляется по определенной рецептуре по массе в баки, установленные на автоматических весах. После набора жировой и водно-молочной смеси одновременно проводится их слив в один из смесителей, откуда приготовленная маргариновая эмульсия поступает на дальнейшую обработку.

На схеме приведена схема автоматического управления участком дозирования при производстве маргарина. Из емкостей I жирохранилища и VI молочно отделения (для упрощения на схеме показоно по одной емкости)

Последовательно в баки IV и V, установленные соответственно на весах II и III, набирается по массе каждый входящий в рецептуру вид жиров и компонентов водно-молочной смеси.

Автоматизация участка выполнена с использованием комплектной системы автоматизированного дозирования жидких сред (САДЖС-2). В состав этой системы входят рычажно-механические весы II типа РС-2Ц13 с пределом взвешивания 2000 кг, с указателем циферблатным типа УЦК-400-3 ВД6 (2а, 2б) с 6 задающими стрелками и сельсином-датчиком и с дистанционным циферблатным указателем типа УЦД-400-3ВП6(2в) с 6 задающими стрелками и сельсином-датчиком, а также весы III типа РП-1Ц13 с пределом взвешивания 1000кг и соответственно двумя указателями УЦК-400-3ВД6 (3а) и УЦД-400-3ВП6 (3б) со шкалами 0-500кг.

В качестве запорной арматуры на линиям подачи компонентов на весы и слива с весов в смесители применены отсечные клапаны с поршневым пневмоприводом КОПП 1(5б-11б; 17б-20б) и КОПП2 (12б,21б). Управление клапанами осуществляется сжатым воздухом с помощью электропневматическим вентилей типа ВВ-32Ш (5а-12а,17а-21а).

Кроме весовых дозаторов жировых и водно-молочных компонентов, в состав системы входят два пульта управления, два шкафа, в которых расположены вентили ВВ-32Ш, и два местных щитка.

Пульты управления и дистанционные циферблатные указатели устанавливаются в помещении операторского (диспетчерского) пункта управления маргариновым цехом.

Система обеспечивает местный, дистанционный и автоматический режимы управления. В местном режиме управления производится переключателями с местных щитков, в дистанционном-переключателями с пультов управления. На пультах расположена световая сигнализация работы клапанов набора и слива компонентов, установки стрелки весов на «0» шкалы, окончания набора компонентов, готовности смесителя принять с весов набранные компоненты.

Системой предусмотрено аварийная световая и звуковая сигнализация перегрузки весов, нарушение рецептуры из-за не закрытия клапана подачи компонента, отсутствия подачи компонентов на весы и слива набранной порции с весов после поступления команды.

Система позволяет провести проверку массы отдельных компонентов, а остановить дозирование с доработкой всего цикла набора. Обеспечена также защита весов от перегрузки.

Перед началом работы системы в автоматическом режиме выбирают программу для данного вида маргарина штекерами на программной плате пультов управления. Установка штекера обеспечивает соединение датчиков массы циферблатного указателя с определенными вентилями ВВ-32Ш, управляющий сигнал от которых поступает на определенные клапаны подачи компонентов.

Если набор в баке на весах окончен и один из смесителей готов принять очередную порцию, то открываются клапаны слива и компоненты поступают в смеситель.

Системы автоматизированного управления дозированием предусматривается также автоматический контроль уровня и температуры в емкостях жирохранилища и молочного отделения. В качестве датчиков уровня используются гидростатические уровнемеры ПИГ-2(1а,13а). Сигналы от уровнемеров поступают на вторичные приборы ППВ1.ЗИ (1б,13б) с сигнальными устройствами. По достижении верхнего уровня в емкости электрический сигнал от ППВ-1.ЗИ используется для блокировки соответствующих насосов; при нижних значениях уровня блокируется работа дозирующих устройств.

Контроль температуры продукта в емкостях осуществляется с помощью термопреобразователей сопротивления ТСП(4а), сигналы от которых поступают на многоточечный электронный мост КСМ-2(4б).

Вторичные приборы и сигнальные лампочки установлены на щитах жирохранилища и молочного отделения.

В емкости, в которой происходит сквашивание молока, с помощью погруженных датчиков ДПг и преобразователя П201 контролируется рН

2 Описание технологического процесса

Автоматизация участка выполнена с использованием комплектной системы автоматизированного дозирования жидких сред (САДЖС-2). В состав этой системы входят рычажно-механические весы II типа РС-2Ц13 с пределом взвешивания 2000 кг, с указателем циферблатным типа УЦК-400-3 ВД 6 с 6 задающими стрелками и сельсином-датчиком и с дистанционным циферблатным указателем типа УЦД-400-3ВП6с 6 задающими стрелками и сельсином-датчиком, а также весы III типа РП-1Ц13 с пределом взвешивания 1000кг и соответственно двумя указателями УЦК-400-3ВД6 и УЦД-400-3ВП6 со шкалами 0-500кг.

В качестве запорной арматуры на линиях подачи компонентов на весы и слива с весов в смесители применены отсечные клапаны с поршневым пневмоприводом КОПП 1и КОПП 2. Управление клапанами осуществляется сжатым воздухом с помощью электропневматическим вентилей типа ВВ-32Ш.

Системы автоматизированного управления дозированием предусматривается также автоматический контроль уровня и температуры в емкостях жирохранилища и молочного отделения. В качестве датчиков уровня используются гидростатические уровнемеры ПИГ-2. Сигналы от уровнемеров поступают на вторичные приборы ППВ 1. ЗИ с сигнальными устройствами. По достижении верхнего уровня в емкости электрический сигнал от ППВ-1.ЗИ используется для блокировки соответствующих насосов; при нижних значениях уровня блокируется работа дозирующих устройств.

Контроль температуры продукта в емкостях осуществляется с помощью термопреобразователей сопротивления ТСП, сигналы от которых поступают на многоточечный электронный мост КСМ-2

Вторичные приборы и сигнальные лампочки установлены на щитах жирохранилища и молочного отделения.

В емкости, в которой происходит сквашивание молока, с помощью погруженных датчиков ДПг и преобразователя П201 контролируется рН.

3 Выбор приборов и средств автоматизации

Стеклянный термометр

Принцип действия стеклянных термометров основан на использовании свойства газов и жидкостей изменить свой, объем и твердых стержней -- длину при изменений температуры.

Термометры стеклянные одноконтактные и 2-х контактные бывают палочного типа с двумя или тремя впаянными в массивный капилляр платиновыми контактами. Точки контакта указываются при заказе.

Техническая характеристика

Температура контактируемая, °С -20/+3000

Допускаемые отклонения от номинальной
Температура контактируемая в интервалах, °С

-20/+100 ±2

101-200 ±3

201-300 ±5

3)Допустимая нагрузка: Мощность1Вт

Сила тока0,04 А

4)Длина погруженной части, ммот 50-300

5) Конструкции:

1П и 2П -- одноконтактные и 2-х контактные (прямые) 1У и 2У -- одноконтактные и 2-х контактные

(Изогнутые под 90°)

Уровнемер поплавковый пневматический типа ДУЖП - 200М

Предназначен для измерения и преобразования уровня в стандартный пневматический сигнал

Техническая характеристика

Погрешность измерения, мм . . . . . . . . . . . . . .не более ±5

Дифференциал срабатывания, мм .. . . . . . . . . . 5-30

Выходной дискретный пневматический

сигнал, мПа

При значении . «0» 0-0,01

«1» 0,11-0,14

Температура контролируемой среды,°С. 30+50

Давление рабочей среды, мПа. ..до 20

Плотность контролируемой жидкости, кг/м. 700-1200

7) Разность плотностей двух несмешивающихся

жидкостей при контроле линии их раздела. .. не менее 200

Давление сжатого воздуха питания, мПа. .0,14-10

Срок службы. .8 лет

Габаритные размеры, мм. 380*85*75

Масса, кг. .. 4,3

Изготовитель. ..«СтарроруссПрибор» г.Иркутск

Газоанализатор оптико-акустический автоматический ГИАМ-15

Они предназначен для непрерывного контроля содержания одного из компонентов: СО, СО2, СН4 в технологических процессах в системах охраны окружающей среды и выбросах промышленных предприятий. Контроль осуществляется путем измерения объемной доли СО, СО2,СН4 и выдачи информации в виде унифицированного выходного сигнала, пропорционального анализируемой величине.

Техническая характеристика газоанализаторов ГИАМ-15

1) Диапазон измерения, %:

а) для СО. . 0--0,01; 0--0,02; 0--0,05;

0--0,1; 0--0,3; 0--0,5;

б) для СО2 . .. 0--0,01; 0--0,02; 0,05;

0--0,1; 0--0,2; 0--0,5;

в) для СН4 .. 0--0,02; 0--0,05;0--0,1;

0--0,2; 0--0,5;

2) Параметры анализируемой газовой смеси:*

а) температура, °С. 45

б) влаги содержание, г/м3 ,. 1

в) пыли. . .

3) Габаритные размеры, мм .. 420 Ч520 Ч115

4) Масса, кг..14

Манометр

Принцип действия этого прибора основан уравновешивании измеряемого давления (разрежения) силой упругой деформации одновитковой или многовитковой трубчатой манометрической пружины.

В пищевой промышленности приборы с трубчатой пружиной применяется для измерения давления и разрежения паров, жидких и газообразных сред.

Техническая характеристика

Тип МОШ 1100

Класс точности .2,5

Предел измерения.. 0,1;0,16;0,25

Габаритные размеры, или диаметр корпуса, мм. 100

Масса, кг.. 0,9

Изготовитель. .. «Томскийманометровый» завод

Газоанализатор термокондуктометрический ТП5501

Принцип действия основана на непрерывном измерении содержании водорода в газовых смесях, содержащих кроме водорода двуокись углерода, метан, азот и окись углерода в любых количествах, и кислород в количествах, исключающих возможность образования взрывоопасных смесей.

В комплект поставки входят приемник, измеритель на базе прибора КСМ2-024, стабилизатор напряжения типа С-0,09 и баллон с контрольной газовой смесью.

Технические характеристики газоанализатора

1) Диапазон измерений

концентрации водорода в

газовых смесях, % по объему .. 0--1; 0--2; 0--3; 0--5; 0--10; 0--20;0--6

50--100; 60--100; 80--100; 90--100;

95--100

2) Расстояние от приемника до

измерителя, м (не более) . 100

3) Потребляемая мощность, В-А .150

4 Расчет регулирующего органа

Расчет регулирующего органа.

Задание:

Выбрать и рассчитать регулирующий орган для регулирования расхода воды.

Данные для расчета:

1. среда -- вода

2. максимальный объемный расход Q max () - 2520

3.перепад давлений при максимальном расчетном расходе РРО - 0.28

4.температура Т () -108

5.плотность () -1

6.абсолютное давление до-2.0

7.абсолютное давление насыщенных паров при заданной температуре -1,25

8.кинетическая вязкость при заданной температуре V- 0,00394

Расчет регулирующего органа

1. определяем максимальную пропускную способность:

, где

-- максимальный объемный расход р - плотность ) РРО - перепад давлений при максимальном расчетном расходе

2. из перечня типа размеров РО выбираем регулирующий орган сусловной пропускной способностью большей на 20%

и имеющий определенный диаметр условного прохода

Dу=300.=1600()

3. проверка влияния вязкости жидкости на пропускную способность РО, определяем число Рейнольда

, где

V- кинетическая вязкость при заданной температуре

4.проверю РО на возможность возникновения кавитации.

4.1 определяю коэффициент выбранного регулирующего органа

, где

Где - площадь сечения входного патрубка регулирующего органа ( )

()

4.2По кривой нахожу коэффициент кавитации Ккав = 0,61

4.3 определяю перепад давления, при котором возникает кавитация

где - абсолютное давление до регулирующего органа ,

- абсолютное давление насыщенных паров при температуре

Так как то выбираем РО с ране найденной условной пропускной способностью .

5.Определяем максимальную пропускную способность

6. проверяю вновь выбранный регулирующий орган по условию:

Так как условия выполняется, то с ране выбранный РО обеспечивает заданный максимальный расход в условиях кавитации и отбор регулирующего органа по пропускной способности, считается законченным.

Список литературы

1) Г.В. Королева «Основы автоматизации» Москва «Высшая школа» 1990г.

2) А.Г. Староверов «Основы автоматизации производства» Москва «Машиностроение» 1989г.

3) В.Я. Маклер, Л.С. Раввин «Автоматическое санитарно-технических и вентиляционных систем» Москва «Староиздатель» 1982г.

4) А.Н. Камразе, М.Я. Фитерман. «Контрольно измерительные приборы и автоматика» Ленинград «Химия» 1988г.

5) К.Н. Менблер «Автоматизация конденсационных и вентиляционных систем» Москва «Машиностроения» 1987г.