Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Модернизация системы управления отделением брожения на спиртзаводе на основе программируемого логического кон-троллера Modicon TSX Micro компании Schneider Electric

irina_k20 2375 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 95 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 26.06.2020
В настоящее время выделены расы дрожжей, устойчивые к накопле-нию даже 20% спирта. Процесс спиртового брожения лежит в основе получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения, хлебопечения, произ-водства глицерина. Совместно с молочнокислым брожением используется при получении кисломолочных продуктов (кумуса, кефира). Для получения этилового спирта используют разное сырье трех основных групп: содержащее сахар (сахарная свекла, кормовая патока, или меласса, сахарный тростник, фруктовые соки); содержащее крахмал (картофель, земляная груша, кукуруза, ячмень, овес, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу (древесина и сульфитные щелока). Сырье используют в зависимости от хозяйственных возможностей; оно должно быть дешевым и в достаточном количестве. Крахмалсодержащее сырье разваривают и подвергают осахариванию. Источником амилолитических ферментов служит солодовое молоко, изго-товляемое из проросших зерен ячменя, или ферментный препарат из грибов рода Aspergillus. Вносят и дополнительные источники питания. Это делается всегда по рецепту сред для каждого данного производства. В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces cerevisiae, которые быстро размножаются, с устойчивы, обладают высокой энергией брожения. Есть и промышленно важные расы дрожжей. По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на специальном перегонном аппарате. Получается спирт-сырец и остается отход производства – барда которую используют для получения кормовых дрожжей. Отработанные дрожжи тоже используются в виде жидких и сухих кормовых дрожжей. Спирт-сырец используют как для технических целей, так и для даль-нейшей очистки – ректификации. Автоматизация технологических процессов – этап комплексной меха-низации, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления технологическими процессами (ТП) и пе-редачей этих функций автоматическим устройствам. При автоматизации ТП получение, преобразование, передача и использование энергии, материалов и информации выполняются автоматически при помощи специальных технических средств и систем управления. Рост технической и энергетической вооруженности труда, развитие научных исследований с использованием современной научной аппаратуры, достижений полупроводниковой микроэлектроники и диспетчерского управления обеспечили комплексную механизацию и автоматизацию ТП производства пищевой продукции и подготовили необходимые условия для комплексной автоматизации практически всех ТП пищевого производства. Интенсификация технологических процессов производства спирта на современном этапе может быть осуществлена только с использованием управления их основными параметрами. Одним из основных параметров, обеспечивающих оптимальность условий протекания всех технологических процессов в пищевой промышленности, является температура, а наиболее важным этапом ТП по производству спирта, на котором необходимо особенно строгое поддержание этого параметра – нагрев содержимого бродильного ферментатора. Точность поддержания заданных значений температуры оценивается с помощью критериев качества управления, количественно выражающих сте-пень успешности достижения цели управления. Часто эти критерии выбира-ются весьма произвольно, на основании опыта и интуиции разработчиков автоматических систем. Произвольный выбор критериев нередко влечет за собой экономические потери, т.к. не всегда правильно учитываются конкретные особенности управляемых технологических процессов. Поэтому весьма важно так выбрать критерии, чтобы при их оптимизации достигался минимум экономических потерь, обусловленных ошибкой управления. В процессе нагревания содержимого бродильного ферментатора система управления температурой подвергается действию разнообразных и зачастую неконтролируемых возмущений с неизвестными статистическими характеристиками. Поэтому важно наделить ее робастными свойствами, обеспечивающими близость критериев качества управления к оптимальным значениям в условиях статистической неопределенности, т.е. при отсутствии информации о статистических характеристиках возмущающих воздействий. В пищевой промышленности широкое распространение получил про-порционально-интегральный (ПИ) закон управления. Поэтому при управле-нии температурой бродильного ферментатора важно оптимальным образом настроить регулятор температуры. Разработка и исследование автоматизации процесса изготовления спирта, позволяет получить высокое качество готового продукта и оптимизировать процесс его производства.
Введение

К середине XIX века спиртовое производство в России достигло своего расцвета, а русская водка, благодаря своим высоким органолептическим качествам, завоевала всемирную славу и известность наравне с французским коньяком и шотландским виски. Особенности технологии, такие, как состав затора, условия подготовки сырья, соотношение зерна, воды, солода и дрожжей, а также режимы водно-тепловой обработки, осахаривания, брожения и перегонки, всегда были предметом поисков и непрерывного совершенствования со стороны русских винокуров. Анализ литературных данных XVIII—XIX веков по винокурению поз-волил определить основные особенности этой технологии. Основой классической технологии спирта в первую очередь являлись: использование качественного зерна ржи с небольшим добавлением (до 15%) других зерновых культур, глубокая очистка сырья, низкотемпературная (не выше 60...70 °С) водно-тепловая обработка замеса, регламентированное брожение, обеспечивающее определенные состав и количество естественных примесей. В связи с отсутствием «жестких» способов разваривания сырья особое внимание уделялось качеству зерна и способам его очистки. Проводилась как сухая очистка от сорных, зерновых и минеральных примесей (на оборудовании мукомольных заводов), так и более глубокая очистка, в том числе и мойка. Зерно с признаками дефектности к переработке не допускалось, так как способов борьбы с инфицированием не существовало. Так, например, в книге Кропоткина по винокурению за 1868г. читаем: «Для большего выхода спирта и для получения более чистого по вкусу и запаху продукта хлебные зерна перед размельчением должны быть самым тщательным образом очищены, так как нечистоты, примешанные к хлебу, оказывают вредное влияние при приготовлении сусла и при его брожении, причем получаются вещества, придающие спирту весьма противные вкус и запах, сам выход спирта в значительной степени уменьшается». Но сегодня в условиях жесткой конкуренции для снижения себестои-мости продукции спиртовые заводы зачастую перерабатывают низкокаче-ственное фуражное зерно, непригодное для переработки в других отраслях пищевой промышленности. В отдельные периоды допускается переработка дефектного зерна. При этом часть токсичных веществ, адсорбированных зерном, не раз-рушается в процессе водно-тепловой обработки, а переходит в сусло, что приводит к замедлению процесса брожения, ингибированию роста и развития дрожжей, накоплению в бражке несвойственных для спиртового брожения примесей, которые трудно отделяются при ректификации и ухудшают органолептические показатели спирта. Другой особенностью современного производства спирта является разваривание сырья под давлением при высоких температурах, под действием которых активизируются процессы окисления, меланоидинообразования и гидролиза, что приводит к образованию различных токсических примесей и потере Сахаров. Все эти факторы привели к тенденции, когда, используя сложные многоколонные брагоректификационные установки, из бражек практически любого качества в процессе перегонки удаляют все примеси и получают высокоочищенный спирт. Алкогольные напитки из такого спирта по своему качеству далеко не всегда удовлетворяют требования потребителей. Но самое главное — такая технология в корне отличается от традици-онных классических основ получения спирта для русской водки. Все это может привести к тому, что современный алкоголь, произво-димый в России, может потерять связь с историческим брэндом «русская водка», влияние которого по инерции еще сохраняется. Показатель Классическая технология XIX века Современная технология Сырье и его качество Кондиционная рожь с неболь-шим (5-15%) добавлением дру-гих зерновых культур. Без при-знаков дефектности Низкокачественное фуражное зерно (пше-ница, рожь, ячмень, кукуруза и др.). В от-дельные периоды допускается переработка зерна с различными степенями дефектности Очистка сырья Сухая очистка на оборудовании мукомольных заводов, мойка зерна Сухая очистка от сорных (магнитных мине-ральных и др.) и зерновых примесей (би-тых, проросших, морозобойных, давленых зерен) Водно-тепловая об-работка «Мягкая», при температуре 60...80 °С предварительным за-мачиванием зерна «Жесткая» при температуре 120...140 °С и давлении 0,4-0,6 МПа Ферментные препа-раты Солод, собственная ферментная система зерна Ферментные препараты микробного проис-хождения, различной степени очистки и концентрирования Сбражвание Периодическое сбраживание с помощью чистой культуры дрожжей, начальная температура брожения 20...22 °С, концентрация сусла до 22 % СВ, продолжительность брожения 3-5 сут Периодическое или непрерывное сбражи-вание с помощью специальных спиртовых рас дрожжей (XII, Y-717 и др.). Температу-ра брожения 30...35 °С, продолжительность 48-72 ч Перегонка Простая 2- и 3-кратная перегон-ка. Получаемый спирт характе-ризуется наличием естественных для спиртового брожения приме-сей Осуществляется на 5-6 колонных брагорек-тификационных установках с получением высокоочищенного спирта Отечественная спиртовая промышленность до 1917 г. была представ-лена мелкими заводами мощностью около 22 тыс. дал спирта в год. Совет-ский период характеризуется появлением крупных предприятий с мощно-стью 6000 - 12000 дал в сутки. В 1980 г. в СССР действовало около 400 крупных заводов, а производство спирта составило 200 млн. дал. Далее производство спирта неуклонно снижалось, особенно в периоды перестройки и экономических кризисов. Также снижение производство обуславливалось ужесточением отраслевого законодательства, увеличением стоимости лицензий, установлением минимальных порогов по уставному капиталу для производителей спирта, введением требования о полной переработке отходов спиртового производства. Но главной причиной снижения является большой теневой оборот спирта, делающий легальное производство менее рентабельным. Технология производства спирта относится к биотехнологии, так как производство связано с использованием катализаторов (ферментов), имею-щих биологическое происхождение. При должном подходе производство спирта является безопасным и безотходным: в производстве кроме спирта получают диоксид углерода, барду, эфироальдегидную фракцию, сивушные масла. Спиртовым брожением называется процесс расщепления сахара мик-роорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа. Возбудителями спиртового брожения являются дрожи сахаромицеты, некоторые мицеальные грибы. Даже растения и грибы в анаэробных условиях способны накапливать этиловый спирт. Характерной физиологической особенностью большинства дрожжей является их способность переключать обмен с одного типа (анаэробный) на другой (аэробный). Недостаточность выделяющейся при брожении энергии дрожжи возмещают переработкой большого количества сахара, чем при дыхании. Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются и побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла. В состав сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, амиловый, изоамиловый спирты. Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения. Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пирувата образуется ацетальдегид; если к дрожжам сбраживающим глюкозу добавить бисульфит, то появится новый продукт-глицерин, при снизится выход этилового спирта. На развитие дрожжей и ход брожения влияют: химический состав сбраживаемой среды, концентрация и кислотность среды, содержание спир-та, температура, наличие посторонних микроорганизмов. Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов-сахарозу и мальтозу. Дрожжи не могут сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов. Наиболее благоприятная концентрация сахара – от 10 до 15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30–35% сахара брожение прекращается. Хорошим источником азота для большинства дрожжей являются аммонийные соли, но дрожжи могут использовать также аминокислоты и пептиды. Нормальное брожение протекает в кислой среде, при рН 4–5. В щелочной среде в результате брожения образуется глицерин. Наибольшая скорость брожения при температуре 30 С. При температуре 45–50оС брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей. Снижение температуры замедляет ход брожения, но полностью оно не прекращается даже при температуре ниже 0 С. С энергетической точки зрения брожение – процесс малоэффективный. Так, если при окислении 1 грамм молекулы глюкозы до СО2 и Н2О в процессе аэробного дыхания синтезируется 36 моль АТФ, то в процессе спиртового брожения – всего 2 моль АТФ. Дрожжи могут переключать один тип обмена веществ (аэробный) на другой (анаэробный). По характеру брожения дрожжи подразделяют на верховые и низовые. Брожение, вызываемое верховыми дрожжами, протекает быстро и бурно при температуре 20–28 С. На поверхности бродящей жидкости образуется много пены и под действием выделяющегося углекислого газа дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. По окончании брожения дрожжи оседают на дно бродильных сосудов рыхлым слоем. Брожение, которое вызывают низовые дрожжи протекает медленно при температуре 5–10С. Газ выделяется постепенно, пены образуется мень-ше, дрожжи быстро оседают на дно бродильных емкостей. Этиловый спирт, образующийся в процессе брожения, неблагоприятно влияет на дрожжи. Накопление дрожжами спирта в концентрации 2–5% действует на них угнетающе. В большинстве случаев брожение прекращается при накоплении дрожжами 12–14% (объемных) спирта.
Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..4 1. Автоматизация бродильного отделения спиртзавода . . . . . . … . . ….12 2. Технические и программные средства управления технологическими процессами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . 36 3. Выбор критериев качества управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ….. . . 47 4. Условия робастности управления для систем с ПИ регуляторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... .55 5. Расчет динамических характеристик системы управления температурой в бродильном ферментаторе . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 6. Безопасность и экологичность проекта……….……………………...…69 7. Экономический расчет……………………………….…..………………83 8. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . .. . . 90 9. Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …… . . . 91
Список литературы

1. М. М. Благовещенская, Л. А. Злобин. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. Издательство: Высшая школа. 2013. 2. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Рекомендации по подготовке к итого-вой государственной аттестации выпускников/ Методическое пособие для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумов-ского (ПКУ), 2018 3. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Программирование промышленных контроллеров/ Учебно-методический комплекс для студентов специ-альности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 4. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Диагностика и надежность автомати-зированных систем/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 5. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Программирование логических кон-троллеров/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 6. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Системы реального времени/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 7. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Распределенные системы управления/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 8. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Адаптивное и робастное управление/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 15.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), 2018 9. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Адаптивные системы/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 27.03.04– М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015 10. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Компьютерные технологии управления в технических системах/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 220400.68 - «Управление в технических системах» – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015 11. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Аппаратное и программное обеспечение интеллектуальных систем управления/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 220400.68 - «Управление в технических системах» – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015 12. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Адаптивные системы в промышленной автоматике/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 220400.68 - «Управление в технических системах» – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015 13. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Робастные системы в промышленной автоматике/ Учебно-методический комплекс для студентов специальности 220700.68 - «Автоматизация технологических процессов и производств» – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015 14. Основы теории автоматического управления. Рабочая программа, методические указания, задания на контрольные работы и курсовой проект для студентов специальности 27.03.04. – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015. 15. Дипломное проектирование / Гончаров А.В., Гданский Н.И. Методические указания по выполнению дипломного проекта для студентов специальности 27.03.04 всех форм обучения. – М.: МГУТУ им. К.Г.Разумовского, 2015. 16. Гончаров А.В., Гданский Н.И. - Робототехнические системы и комплексы. Рабочая программа, методические указания, задания на контрольные работы и курсовой проект для студентов специальности 27.03.04 заочной формы обучения. – М.: МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015. 17. Гончаров А.В., Солдатов В.В. Применение парадигм интеллектуального управления при решении «открытых задач» автоматизации. – М.: ПРОБЕЛ-2000. 18. Солдатов В.В., Шавров А.В., Герасенков А.А. Технические средства автоматизации. – М.: Изд-во Рос. гос. агр. заоч. ун-та, 2004. 19. Шавров А.В., Солдатов В.В. Многокритериальное управление в условиях статистической неопределенности. - М.: Машиностроение, 2010. 20. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. – СПб.: Невский диалект, 2011. 21. Пикина Г.А., Верховский А.В. Об одном методе расчёта оптимальных настроек типовых регуляторов // Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП: Сб. науч. тр. – М.: Изд-во МЭИ, 1998. 22. Герасенков А.А. Построение дискретных схем управления электроприводами. – М.: Изд-во Московского государственного агроинженерного университета им. В.П.Горячкина, 1999. 23. Егупов Н.Д., Пупков К.А. (Ред.). Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 томах. Том 1. Методы современной теории автоматического управления. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана 2004. 24. Егупов Н.Д., Пупков К.А. (Ред.). Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 томах. Том 2. Методы современной теории автоматического управления. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана 2004. 25. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. – М.: Наука, 1987. – 320 с. 26. Бесекерский В. А., Небылов А. В. Робастные системы автоматического управления. – М.: Наука, 1983. – 240 с. 27. Бесекерский В.А., Попов В.П. Теория автоматического регулирования. – М.: Наука, 1972. – 768 с. 28. Солдатов В.В., Юдин А.А., Гончаров А.В. Оптимизация линейных робастных систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. № 8. – С. 11 – 13. 29. Солдатов В.В., Гончаров А.В. Выбор значения показателя колебательности при оптимизации систем в условиях статистической неопределенности. / Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. Научный журнал № 1 (6). – М.: РГАЗУ, 2006. – С. 226 – 227. 30. Солдатов В.В., Гончаров А.В. Идентификация нелинейных систем с использованием нечеткого логического вывода // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». Агроинженерия. Научный журнал. Выпуск №3(28) /2008. – С. 76 – 80. 31. Солдатов В.В., Гончаров А.В. Математическое моделирование и оптимизация теплообменников // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». Агроинженерия. Научный журнал. Выпуск №4(29) /2008. – С. 53 – 56. 32. Гончаров А.В., Хисамов Р.Н. Лабораторный мультиканальный стенд для обучения студентов методам построения АСУТП // Информатизация образования и науки. Выпуск №3 (7)/ /2010. – С. 107-118. 33. Гончаров А.В., Хисамов Р.Н. Обучение студентов решению «открытых задач» на основе парадигм управления //Вестник Российской академии образования. Выпуск №2 (50) /2010. – С. 45-47.
Отрывок из работы

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОТДЕЛЕНИЯ БРОЖЕНИЯ СПИРТЗАВОДА Основная стадия производства спирта, на которой образуется целевой продукт, – брожение. Наибольшее распространение получил непрерывный способ брожения, осуществляемого в батарее ферментаторов (бродильных аппаратов), соединенных последовательно. Перед началом процесса в головной ферментатор I (рис. 1.2) вводят культуру посевных дрожжей-сахаромицетов, выращенных в посевных ферментаторах IV, и подают поток осахаренного сусла. После заполнения головного ферментатора избыток культуральной жидкости по переливной трубе поступает во второй фермен-татор 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. Систему управления отделением брожения можно реализовать с помощью АСУТП (рис. 1.1) в которой используется управляющая ЭВМ, сетевые контроллеры, средства отображения и управления ТП, а также АРМ операторов и лаборатории. Структура подразделений пищевого предприятия в основном опреде-ляется его мощностью и техническими средствами контроля и управления. В схеме на рис. 1.1 используется следующий состав модулей: 1 — преобразователи (датчики) технологических параметров; 2 — электропневматические исполнительные устройства, пус¬ковая элек-троаппаратура; 3 — локальные устройства управления ТП; 4 — микропроцессорные локальные контроллеры; 5 — микропроцессорные сетевые контроллеры; 6 — пульт управления оператора; 7— сервер БД РВ; 8— программно-технический комплекс (ПТК); 9 — управляющая ЭВМ отечественного или зарубежного про¬изводства; 10—-АРМ оператора (технолога, инженера, химика-аналитика и т. п.). На первом уровне управления монтируются измерительные преобразователи (датчики), сигнализаторы параметров, средства управления исполнительными устройствами, пусковая аппаратура и АРМ химика-аналитика. Пульты управления ТП и оборудованием в основном расположены по месту объекта управления. Это стационарный пульт, предназначенный для установки на передней поверхности защитных шкафов со встроенными в них модемами или радиомодемами, блоки бесперебойного питания, аккумуляторы и другие необходимые устройства. Взаимосвязь аппаратуры осуществляется посредством НАRТ-протокола с помощью полевой сети Fieldbus Н1. Второй уровень управления предусматривает использование сетевых контроллеров ТКМ-51 с информационной мощностью, обеспечивающей аналоговые входы/выходы 64/32, дискретные входы/выходы 192/160, в количестве трех комплектов (с «горячим» резервированием) на базе ПТК «САРГОН» с управляющей ЭВМ (Pentium IV), функционирующего в режиме операторской рабочей, станции, наличие сервера ОРС и БД на базе ЭВМ (Pentium IV), АРМ химика-аналитика и АРМ оператора-технолога на базе ЭВМ 1ВМ РС. Прием и передача информации осуществляются посредством промышленной сети Profibus DP, возможно использование Modbus. ОС функционирует с помощью ОС Windows NT. Основное программное обеспечение связано с SСАDА-программой Трейс Моуд, реализующей основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, передачи данных и команд системе для контроля и управления. Оно состоит из инструментального и исполнительного комплексов. Открытость SСАDА-программы гарантирует функционирование СУ в ОРС-сервере, что обеспечивает работу сетевых структур без специальных драйверов. В качестве ОС контроллеров используют типовую систему О8-9 или версии Windows, что позволяет применять прикладное ПО для контроллеров. Информационная мощность АСУТП отделения брожения (рис. 1.2) составляет: входы/выходы 14/14, т.е. 28. Из них аналоговые входы/выходы 9/9, дискретные входы/выходы 5/5, т. е. имеется достаточный резерв. АСУТП отделения брожения осуществляет отображение ин¬формации о протекании ТП в режиме РВ, контроль поступления сырья и материалов, ввод задания и команд с клавиатур ПТК и АРМ оператора-технолога, а также управление ТП. Основной задачей управления на стадиях дрожжегенерации и броже-ния является поддержание оптимальной температуры в посевных и головных бродильных ферментаторах. Как объекты регулирования они обладают большой инерционностью и значительным временем запаздывания. Температура в каждом аппарате измеряется термопреобразователями сопротивления ТСМ и АЦП (АDАМ-5017Н) или модулем АDАМ-5013 (1-1, 1-2, 1-3), которые подключены к регулирующему каналу контроллера ТКМ-51 (1-4) с выходом на регистрирующее устройство АЦПУ (/-5). Выходные сигналы посредством нормирующих усилителей (1-7) управляют подачей холодной воды в соответствующие ферментаторы по¬средством ЦАП (АDАМ-5024) и ре-гулирующих клапанов (1-8) + (1-10). Для предотвращения инфицирования культуральной жидкости ферментаторы периодически стерилизуют «острым» паром, что в целом неблагоприятно сказывается на работе системы управления температурным режимом. Для устранения этого предусмотрена возможность шунтирования в период стерилизации сопротивлений дополнительным резистором. Переливы в ферментаторах предотвращаются электронными сигнализаторами уровня (2-1) ч- (5-7) и АЦП (модуль АDАМ-5017Н), включенными в электрическую схему световой и звуковой сигнализации с выходом на пульты ЭВМ и АРМ технолога. В ходе брожения выделяются газы, в основном содержащие углекислый газ и пары спирта. Отходящие газы направляются в спиртоловушку V, которая орошается водой. Пары спирта растворяются в воде, образовавшаяся водноспиртовая смесь подается в брагоректификационную установку, а углекислый газ поступает на переработку в цех углекислоты. Системой управления предусмотрено регулирование расхода воды, поступающей из спиртоловушки. Расход измеряется индукционным расходомером (6-1) и АЦП (АОАМ 5017Н), выходной сигнал которого подается на регистрацию АЦПУ (6-2) и в регулирующий канал контроллера ТКМ-51, выполняющего ПИ-закон регулирования (6-3), и далее — на ЦАП (модуль АDАМ-5024). Выходной управ¬ляющий сигнал с контроллера посредством ЦАП подается на ре¬гулирующий клапан (6-4), установленный на линии по-дачи воды. Для обеспечения безопасных условий работы в бродильном отделении предусмотрены автоматические контроль и регулирование концентрации углекислоты в воздухе производственного помещения. Пробы воздуха непрерывно просасываются через приемник газоанализатора ГИАМ-15М (7-3), в комплект которого входит устройство отображения информации (телемонитор и АЦПУ) ЭВМ и контроллер ТКМ-51 (7-5). Если концентрация углекислого газа в помещении превышает предельно допустимую норму, то посредством ЦАП (АDАМ-5024) включается электродвигатель привода вентилятора VI, а также световая и звуковая сигнализация (7-4) на пультах ЭВМ и АРМ технолога. Рис. 1.1. Структурная схема АСУТП бродильного отделения. Рис. 1.2. Схема системы управления отделением брожения. Термопреобразователь сопротивления ТСМ Термопреобразователи (датчики температуры) предназначены для не-прерывного измерения температуры различных рабочих сред (например, пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п.), не агрес-сивных к материалу корпуса датчика. Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандарт-ном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с трубной резьбой по спец. заказу. Основные критерии правильного выбора термопреобразователя: • Соответствие измеряемых температур рабочим диапазонам измерений термопреобразователей; • Соответствие прочности корпуса датчика температуры условиям эксплуатации; • Правильный выбор длины погружаемой части датчика и длины соединительного кабеля; • Необходимость взрывозащищенного исполнения для работы на взрывопожароопасных участках. Принцип действия термосопротивления основан на свойстве провод-ника изменять электрическое сопротивление с изменением температуры окружающей среды. Термосопротивления отличаются материалом чувствительного эле-мента: ТСМ – медь, ТСП – платина. Термопреобразователи сопротивления относятся к числу наиболее распространенных преобразователей температуры, используемых в цепях измерения и регулирования. Термопреобразователи сопротивления выпускаются многими отечественными и зарубежными фирмами, такими как «Термико», «Элемер» (Московск. обл.), «Навигатор», «Термоавтоматика» (Москва), «Тепло- прибор» (г. Владимир и г. Челябинск), Луцкий приборостроительный завод (Украина), Siemens, Jumo (Germany), Honeywell, Foxboro, Rosemount (USA), Yokogawa (Япония) и др. Термометром сопротивления называется комплект для измерения температуры, включающий термопреобразователь, основанный на зависимости электрического сопротивления от температуры, и вторичный прибор, показывающий значение температуры в зависимости от измеряемого сопротивления. Для измерения температуры термопреобразователь сопротивления необходимо погрузить в контролируемую среду и каким-либо прибором измерить его сопротивление. По известной зависимости между сопротивлением термопреобразователя и температурой можно определить значение тем-пературы. Таким образом, простейший комплект термометра сопротивления (рис. 1.3, а) состоит из термопреобразователя сопротивления (ТС), вторичного прибора (ВП) для измерения сопротивления и соединительной линии (ЛC) между ними (она может быть двух, трех или четырехпроводной). Рис. 1.3. Схемы термометров сопротивления: а — термопреобразователь с вторичным прибором; б — термопреобразователь с норми-рующим преобразователем; ТС — термопреобразователь сопротивления; ВП, ВП1, ВП2 — вторичные приборы; ЛС — линии связи; НП — нормирующий преобразователь; БРТ — блок размножения токового сигнала В качестве вторичного прибора обычно используются аналоговые или цифровые приборы (например, КСМ-2, РП-160, Технограф, РМТ-39/49), реже — логометры (например, Ш-69001). Шкалы вторичных приборов градуируются в градусах Цельсия. Широко применяются схемы с нормированием выходного сигнала термопреобразователей (рис. 1.3, б). В этом случае линией связи термопреобразователь сопротивления соединяется с нормирующим преобразователем НП (например, Ш-9321, ИПМ-0196 и т.п.), имеющим унифицированный выходной сигнал (например, 0...5 или 4...20 мА). Для использования в нескольких измерительных каналах этот сигнал размножается блоком размножения БРТ и затем поступает к нескольким вторичным приборам (ВП-1, ВП-2 и т.п.) или иным потребителям. Очевидно, что в этом случае вторичными приборами должны быть миллиамперметры. Выпускаются преобразователи сопротивления, в головке которых располагается схема нормирования, т.е. их выходным сигналом является ток 0...5, 4...20 мА или цифровой сигнал (интеллектуаль-ные преобразователи). В таком случае необходимость использования нормирующего преобразователя НП в виде отдельного блока отпадает. Термопреобразователи сопротивления с выходным унифициро-ванным сигналом имеют в своем обозначении букву У (например, ТСПУ, ТСМУ). Характеристики этих преобразователей и с цифровым выходным сигналом (Метран-286) приведены в табл. 1. Таблица 1 Технические данные термопреобразователей сопротивления Тип термопреобразователя со-противления Класс до¬пуска Интервал исполь-зования, °С Пределы допускаемых от-клонений ± ? t, °С ТСМ А В С -50...120 -200... 200 -200... 200 0,15+ 0,0015 *|t| 0,25 + 0,0035 *|t| 0,50 + 0,0065 *t| ТСП А В С -200...650 -200...850 -100...300 и 850...1100 0,15 + 0,002 *|t| 0,30 + 0,005 *|t| 0,60 + 0,008 *|t| ТСПУ — 0...600 0,25; 0,5 % (приведен-ная) ТСМУ — -50... 180 0,25; 0,5 % (приведен-ная) КТПТР 1 2 0...180 по ? t 0,05 + 0,001? t 0,10 + 0,002? t Метран 286 выход 4...20 мА HART протокол - 0...500 (с 100П) 0,25 (цифровой сигнал) 0,3 (токовый сигнал) Для изготовления термопреобразователей сопротивления (ТС) могут использоваться либо чистые металлы, либо полупроводниковые материалы. Электрическое сопротивление чистых металлов увеличивается с ростом температуры (их температурный коэффициент достигает 0,0065 К-1, т.е. сопротивление увеличивается на 0,65% при увеличении температуры на один градус). Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления имеют отрицательный температурный коэффициент (т.е. их сопротивление уменьшается с ростом температуры), доходящий до 0,15 К-1. Полупроводниковые ТС не используются в системах технологического контроля для измерения температуры, так как требуют периодической индивидуальной градуировки. Обычно они используются как индикаторы температуры в схемах компенсации температурной погрешности некоторых средств измерения (например, в схемах кондуктометров). Термопреобразователи сопротивления из чистых металлов, полу-чившие наибольшее распространение, изготавливают обычно из тонкой проволоки в виде намотки на каркас или спирали внутри каркаса. Такое изделие называется чувствительным элементом термопреобразователя сопротивления. Для предохранения от повреждений чувствительный элемент помещают в защитную арматуру. Достоинством металлических ТС является высокая точность измерения температуры (при невысоких температурах выше, чем у термоэлектрических преобразователей), а также взаимозаменяемость. Металлы для чувствительных элементов (ЧЭ) должны отвечать ряду требований, основными из которых являются требования стабильности градуировочной характеристики и воспроизводимости (т.е. возможности массового изготовления ЧЭ с одинаковыми в пределах допускаемой погрешности градуировочными характеристиками). Если хотя бы одно из этих требований не выполняется, материал не может быть использован для изготовления термопреобразователя сопротивления. Желательно также выполнение дополнительных условий: высокий температурный коэффициент электрического сопротивления (что обеспечивает высокую чувствительность — приращение сопротивления на один градус), линейность градуировочной характеристики R(t) = f(t), большое удельное сопротивление, химическая инертность. По ГОСТ Р50353-92 термопреобразователи сопротивления могут изготавливаться из платины (обозначение ТСП), из меди (обозначение ТСМ) или никеля (обозначение ТСН). Характеристикой ТС является их сопротивление R0 при 0 °С, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) и класс. Электронный сигнализатор уровня Сигнализаторы уровня являются наиболее распространёнными устройствами автоматики. Принцип действия этих устройств весьма разнообразен и определяется как физическими свойствами среды, так и поставленными задачами. В промышленности для измерения и сигнализации уровня различных жидкостей в ёмкостях используют различные способы. Измерители и сигнализаторы уровня могут быть радарного типа, когда от прибора к поверхности жидкости посылается ультразвуковой сигнал или электромагнитная волна микроволнового диапазона и по времени задержки отражённой волны вычисляется дистанция. Часто применяются поплавковые датчики - при всплытии поплавка срабатывает контактный или бесконтактный сигнализатор. Иногда уровень жидкости в ёмкости определяют по давлению на входе датчика, вваренного в её нижнюю часть. Очень распространены виб-рационные датчики, которые представляют собой генератор и резонаторы камертонного типа, которые погружаются в измеряемую среду. При резком изменении добротности резонансной системы прибор выдаёт соответствую-щий сигнал. Имеются системы, основанные на измерении затухания ультразвуковой волны, распространяющейся по стенке ёмкости от излучателя, располагаемого на уровне уставки сигнализации до приёмника, расположенного по горизонтали на некотором расстоянии. Бывают даже радиоизотопные приборы, просвечивающие стенку ёмкости, на противоположной стороне которой располагается счётчик Гейгера. Достаточно распространены ёмкостные сигнализаторы, представляющие собой контрольные электроды, покрытые изолирующим слоем, например, фторопластом. Когда жидкость покрывает электроды, подключенные к генератору, увеличивается электрическая ёмкость электрода относительно стенок резервуара или рядом расположенного вспомогательного электрода, изменение которой измеряет вторичный прибор. Для сигнализации уровня электропроводных неагрессивных жидкостей чаще всего применяют контрольные электроды, представляющие собой прут из нержавеющей, стали или иного материала, не подверженного окислению, закреплённый на специальном изоляторе - зонде, кото-рый имеет крепёжные элементы. Если в измеряемой ёмкости отсутствуют механические устройства для перемешивания, и измеряемая жидкость нахо-дится в спокойном состоянии - контрольные электроды устанавливают сверху. Для сигнализации нормативных уровней электроды выполняют разной длины, с расчётом, чтобы по достижению заданного уровня жидкость коснулась нижней части электрода. Для исключения эффекта поляризации - процесса электролиза на поверхности электродов, приводящего к образованию плохо проводящей корки - на контрольные электроды должен подаваться переменный ток с высокой степенью симметрии, необязательно синусоидальный. Простейшие сигнализаторы, использующие принцип измерения сопротивления постоянному току между контрольным электродом и вспомогательным, схемы которых часто публикуются в радиолюбительской литературе, практически неработоспособны из-за быстрого увеличения сопротивления в цепи электродов по причине поляризации, что приводит к отка-зу сигнализатора. Обычно уровень переменного напряжения на контрольных электродах составляет около 6 В, а электронная схема срабатывает при сопротивлении в цепи контрольного электрода ниже 3 кОм. Схема сигнализатора должна иметь симметричный вход для обоих полуволн контрольного напряжения. Напряжение, выделенное на измерительном резисторе, выпрямляется и поступает на вход порогового элемента, имеющего гистерезисную характеристику, на выходе которого подключается реле или бесконтактный коммутационный элемент.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Дипломная работа, Программирование, 58 страниц
550 руб.
Дипломная работа, Программирование, 73 страницы
750 руб.
Дипломная работа, Программирование, 73 страницы
3000 руб.
Дипломная работа, Программирование, 64 страницы
650 руб.
Дипломная работа, Программирование, 48 страниц
490 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg