Автоматизація виробництва олії

/

ВСТУП

Основними напрямками економічного і соціального розвитку країни передбачається широкий розвиток всіх галузей народного господарства, однією із важливих галузей являється харчова промисловість. Продукція промисловості країни характеризується широким асортиментом. Перед харчовою промисловістю поставлені завдання подальшої інтенсифікації виробництва, вдосконалення технологічних процесів і росту продуктивності праці. Одним із вирішальних факторів у справі виконання поставлених завдань є автоматизація як засіб забезпечення контролю, надійності, економічності і безпеки роботи технологічного обладнання.

На сучасному етапі науково-технічного прогресу автоматизація розвивається в двох напрямках. Перший пов'язаний з автоматизацією технологічних процесів, а другий - з автоматизацією управління галузями промисловості і народного господарства в цілому.

Науково-технічний прогрес харчової промисловості пов'язаний з безперервним підвищенням рівня автоматизації, збільшенням одиничних потужностей машин і агрегатів, а також впровадження нового обладнання і технологічних ліній. Це все викликає додаткових вимог до обслуговуючого персоналу. Широке впровадження систем автоматизації приносить народному господарству окрім прямого економічного ефекту й організаційний ефект, так як потребує спеціалістів високої кваліфікації, а відповідно підвищується загальний рівень організації виробництва і його культури, покращує стиль і ефективність виробництва.

Розвиток виробництва, підвищення ефективності харчової промисловості, покращення якості продукції неможливі без комплексної автоматизації виробництва, вдосконалення і перехід на вищий рівень управління. Цей етап автоматизації повинен базуватися на широкому використанні електронно-обчислювальної техніки, міні- і мікро-ЕОМ, а також на впровадженні робототехніки і гнучких виробничих систем.

Комплексна автоматизація характеризується переходом від систем автоматизованого управління окремими процесами до автоматизації підприємства (створення єдиної АСУ), від використання традиційних методів і засобів вимірювання і контролю до широкого використання обчислювальної техніки і побудови складних інформаційних і управляючих систем. Такі системи ефективні в масовому, або серійному виробництві при гнучкій системі виробництва і управління. Підвищення ефективності АСУ залежить від показників якості комп'ютерних та комп'ютеризованих систем автоматичного управління, які входять в їх склад.

Початковий етап впровадження централізованих АСУ характеризується прагненням до максимальної централізації задач, які вирішуються на одній чи декількох керуючих ЕОМ. Централізація функції управління знижує надійність функціонування комп'ютерної системи управління, тому паралельно центральній встановлюють аналогічну резервну ЕОМ з комунікаційним обладнанням, що призводить до збільшення функціональної складності алгоритмів управління.

Швидке вдосконалення мікропроцесорних засобів призвело до узгодження з периферійним обладнанням, до переходу розподілених чи локальних комп'ютерних систем управління (КСУ). Функціональна гнучкість, висока надійність, зручність проектування, можливість реалізації складних алгоритмів управління, відносно низька вартість, компактність, гнучкість програмного забезпечення та висока швидкодія дозволяють будувати розподілені КСУ на високому рівні.

Загальні задачі КСУ можна розподілити за декількома ієрархічними рівнями. На нижньому рівні ієрархічного управління, тобто безпосередньо біля об'єкту, управління передається керуючим мікро-ЕОМ, програмованим контролерам, які забезпечують високу ступінь незалежності від керуючої ЕОМ більш високого ієрархічного рівня.

Для нижнього рівня ієрархії управління доцільно застосування мікрозасобів керуючої обчислювальної техніки (МЗ КОТ), які являють собою набір конструктивних, апаратних та системних модулів, які виконані на базі мікропроцесорних структур. Основною особливістю МЗ КОТ є висока гнучкість, яка забезпечує компонування функціональних систем КСУ вже на нижньому рівні, де користувач за допомогою провідних з'єднань, що встановлюються в перехідні колодки мікросхем, може пристосовувати плати до конкретного застосування. Важливою особливістю мікропроцесорних систем управління є їх більш висока надійність, порівняно з системами, що реалізовані на іншій елементній базі. Надійність мікропроцесорних систем в 5?10 разів вища, ніж у апаратури, що реалізована на основі великих інтегральних схем (ВІС). Одна з причин - різке зниження числа точок пайки та роз'ємних з'єднань між елементами.

1. ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТА

1.1 Аналіз відомих технічних рішень з питань автоматизації технологічного процесу

Кажучи про підприємства олієжирових виробництв, слід відмітити сильне відставання в процесі автоматизації та комп'ютеризації. Майже всі технологічні процеси в даній галузі або зовсім не автоматизовані, або частково і на низькому рівні.

При переході більшості підприємств галузі на ринкові відносини все більшого значення набуває кожна зароблена чи зекономлена гривня. А досягати стабільності на ринку можна зокрема шляхом посиленої модернізації виробництва, застосування прогресивних технологій, автоматизації технологічних процесів.

Якщо проаналізувати в цьому аспекті ситуацію на Нововолинському олієжировому комбінаті (ОЖК), для якого розробляється в даному дипломному проекті система автоматизації, то можна пересвідчитися в низькому рівні технологічних процесів. Одним із таких вузьких місць у виробництві ОЖК займає відбілювання олії. Це не останній щабель в ряді процесів комбінату, що забезпечує якість продукції, адже саме від реалізації якісної рафінованої чи дезодорованої олії підприємство отримує прибутки. Потрібно відмітити, що прибуток сильно залежить від якості, а не лише від кількості випущеної продукції.

1.2 Характеристика продукту та його призначення

Соняшникова олія - жирний продукт, отриманий з насіння соняшнику, має велике народногосподарське значення і використовується, в основному, в їжу. З неї виготовляють маргарин і кулінарні жири, консерви. Використовують також в миловарінні і лакофарбовій промисловості. Вона входить в склад різних мазей (летючих). Саме за її властивості - повільне висихання, використовують в якості добавок, які припиняють висихання фарб на полотні при тривалій роботі над картиною, створюючи можливість очищати чи перемальовувати її.

Сира олія має приємний запах і смак. Її густина при температурі 10⁰С - 920-927 кг/м³, температура застигання від -16 до -19⁰С, кінематична в'язкість при температурі 20⁰С - 60,6•10-6 м²/сек. Кислотне число в олії - стеаринова - (1,6?4,6)%, олеїнова - (24?40)%. Вміст фосфатидів, токоферолів залежить від методу обробки (масла) олії. Іодне число 119 - 136, гідроксильне число 2-10,6. У воді олія не розчиняється. Теплота згоряння олії складає (39,4?39,8)•10³ Дж/г, що визначає його як висококалорійний продукт харчування. Олія цілком вільна від холестерину. Склад всіх існуючих олій (їх приблизно 40 видів), соняшникова переважає вітамінною цінністю, оскільки всі її токофероли пред'явлені -токоферолом (найбільше Е-вітамінів) [1].

Основними методами отримання олії являються віджим, екстрагування або комбінований. Загальними підготовчими стадіями для любого методу являються: очищення, сушіння, облущення насіння і видалення кожури від ядра. Після того, насіння подрібнюють, отримується м'ятка. Перед від жимом м'ятку підігрівають при 100?110⁰С в жаровнях при перемішуванні і підволожуванні. Прожарену м'ятку - мезгу віджимають в шнекових пресах. Вихід олії з твердого залишку - жмиху залежить від тиску, товщини шару, густини і в'язкості олії, тривалості віджиму.

Метод екстрагування виконується в спеціальних апаратах - екстракторах - за допомогою органічних розчинників (екстракційний бензин). В результаті отримують розчин олії в розчиннику (місцелла) і обезжирений твердий залишок (осад), змочений розчинником - шрот. З місцелли і шроту розчинник виводиться відповідно в дистиляторах і шнекових випаровувачах. Шрот являється цінним високобілковим кормовим продуктом. Вміст в ньому олії залежить від структури шрота, тривалості екстрагування і температури, властивостей розчинника (в'язкості, густини), гідродинамічних умов.

Олія отримана будь-яким методом підлягає очищенню. За ступенем очищення олія є сира, нерафінована і рафінована. Сира олія підлягає тільки фільтрації і являється найбільш повноцінною, в ній повністю зберігаються фосфатиди, токофероли, стерини та інші біологічні компоненти. Нерафінована олія підлягає тільки частковому очищенню - відстоювання, фільтрація, гідратація і нейтралізація. Ця олія має меншу біологічну цінність, так як в процесі гідратації видаляється частина фосфатидів. Рафінована олія підлягає обробці по повній схемі рафінації, включаючи механічне очищення (видалення залишків відстоюванням, фільтрацією і центрифугуванням), гідратацію (обробку невеликою кількістю гарячою, до 70⁰С води), нейтралізацію (дія на нагріту олію до 80-95⁰С лужним розчином), адсорбну рафінацію, в процесі якої в результаті обробки олії адсорбентами (жирове вугілля, флоридин, трепел, опока, глина) поглинаються фарбники, а олія висвітлюється і відбілюється, дезодорацію (видалення ароматичних речовин дією на олію водяної пари під вакуумом [2].

В результаті рафінації забезпечується прозорість і відсутність осаду, а також запаху і смаку. В біологічному відношенні рафінована олія менш цінна. При рафінації втрачається значна частина стеринів і в олії повністю відсутні фосфатиди. Для усунення цього недоліку рафіновану олію штучно збагачують фосфатидами. Переваги щодо часу зберігання рафінованої олії незначні, так як вона дещо втрачає природні захисні речовини при рафінації.

1.3 Розробка технологічного процесу виготовлення продукту

На Нововолинському олієжировому комбінаті використовують екстракційний метод отримання олії, так як він має значні переваги над віджимом. При цьому методі легше і простіше автоматизувати безперервні процеси і підвищити продуктивність праці, підвищити вихід олії з сировини, збільшити питому вагу переробленої сировини.

Процес відбілювання олії є одним з етапів рафінації. Обробка нейтралізованої соняшникової олії адсорбентом перед гідрогенізацією і дезодорацією веде до видалення з неї залишків білкових і слизистих речовин, мила, фосфатидів, а головне барвників. Для звільнення від останніх в основному і застосовують метод освітлення (відбілювання) олії. Цей метод називають адсорбційним процесом, при якому відповідні речовини (адсорбенти) здатні своєю розвиненою пористою поверхнею поглинати шкідливі речовини і виділяти їх при нагріванні. Останній процес називається десорбцією.

Для адсорбції в олієжировій промисловості можна використовувати різні адсорбенти - глину, трепел, опоку. Найпоширеніші у використанні - глини. Вони бувають різного виду - кил, гумбрин, асканит, гулябі, флоридин, тон сил.

Всі вони являються породами різних періодів і зустрічаються в місцях проявлення вулканічної дії. Утворюються в результаті гідрохімічних змін вулканічних пород.

Важливе значення в якості відбілювання займає вибір типу адсорбенту. За таблицею 138 [3] вибираємо відбілюючи глину типу тонсил і даємо ї коротку характеристику.

Глина тонсил отримується з природних порід - бентонітових глин - алюмосилікатів, яка має властивість поглинати при 105⁰С пігменти, слизи, муті, смоли і після активізації кислотами підвищує свої адсорбційні властивості. Складається в основному з глинистих мінералів(байд еліта, сапоніта) з домішками обломків кварцу, польових шпатів, біотиту, тироксинів та інших матеріалів. В її складі переважають часточки розміром менше 0,01 мм. Відрізняється високим вмістом води, 2/3 кількості якої виділяється при 100⁰С. Глина типу тонсил має високу адсорбційну ємність і активність. Пр невеликій кількості адсорбенту отримують при відбілюванні високий відбілюючий ефект. Вона має розвинуту поверхню (пористість) і значну кількість активних центрів. Глина має невисоку олієємність (кількість олії у відсотках, затриманої адсорбентом). Вона легко відділяється від олії при фільтруванні. Технологічний процес відбілювання олії відбувається за структурою, зображеною на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Оптимальна структура технологічних операцій

Нейтралізована олія поступає в проміжний збірник олії, де підігрівається до температури 60⁰С парою низького тиску. Після цього олія поступає в паровий підігрівач, де підігрівається до температури 105⁰С (саме при такій температурі проходить процес відбілювання). Гаряча олія поступає в апарат для відбілювання. Де проходить процес адсорбції. Відбілюючи глина (адсорбент) поступає в апарат для відбілювання (адсорбер) безперервним способом. Олія з адсорбентом в адсорбері перебуває 30 хв, після чого швидко фільтрується. Виділення глини з олії відбувається на фільтр - пресі.

1.4 Характеристика основного обладнання

Збірник олії представляє собою ємність об'ємом 50 м³, виготовлену з вуглецевої сталі. В збірнику міститься підігрівач у вигляді змійовика, підігріває олію до 60⁰С. Підігрівач олії за конструкцією трубковий, виготовлений із вуглецевої сталі, оснащений компенсаторами. Товщина теплової ізоляції із мінеральної шерсті - 100 мм. Поверхня теплообміну - 14 м², довжина - 2900 мм, висота - 1990 мм, ширина 590 мм, кількість секцій - 14. витрати пари для підігрівання олії від 60⁰С до 1050С - 40⁰ кг/год. Апарат для відбілювання представляє собою стальну ємність з еліптичним дном і сферичною кришкою для роботи під вакуумом. Апарат має патрубки для вводу і зливу олії, подачі глини, вакуумної лінії, наглядні віконця, люк - лаз на кришці апарату. Ємність апарату - 25,2 м³, діаметр - 2500 мм, висота циліндричної частини - 5400 мм, Висота олії в апараті - 4000 мм. Товщина теплової ізоляції із мінеральної вовни - 80 мм. Продуктивність установки - 160 т/добу. Робоча температура - 105⁰С. апарат оснащений двома мішалками на одному валі, робочий тиск 690 мм.рт.ст.

Резервуар відбілюючої глини - апарат ємністю 3,3 м³ з конусним дном, виготовленим із вуглецевої сталі. Діаметр - 1600 мм, висота циліндричної частини - 1200 мм. Резервуар служить забірником глини перед апаратом для відбілювання і оснащений системою аерації. Щоб запобігти утворенню комків в резервуар постійно підводиться стиснене повітря.

1.5 Технічні засоби системи автоматизації

В адсорбері (апараті для відбілювання) проходить процес механічного перемішування з метою підвищення масло обмінних і хімічних реакцій. Виходячи з потужності перемішуючого середовища - суспензія (олія-глина) межа в'язкості знаходиться в межах 0,01-50 Па•с, використовують пропелерну мішалку. В якості робочого органу застосовано два пропелери, насаджені на вертикальну вісь в два ряди. Мішалка має нижню опору і приводиться в рух електроприводом. Завдяки куту нахилу лопатей, частини речовини виштовхуються у багатьох напрямках. При цьому виникають зустрічні потоки речовини. Що забезпечують хороше перемішування.

Технічні характеристики представлені в розрахунковій частині даного дипломного проекту. Зовнішнє зображення адсорбера з електродвигуном і перемішуючим пристроєм показані в графічній частині проекту. Відцентровий насоси марки 10D-6 служать для подачі нейтралізованої олії і відводу суспензії з системи відбілювання. Їх дія полягає на передачі кінематичної енергії від обертаючого робочого колеса (рисунок 1.2) тим частинам речовини, яка знаходиться між лопатями. Під дією центр обіжної сили частина робочої олії з колеса переміщується в корпус і дальше, а на її місце під дією тиску повітря поступає нова олія, забезпечуючи неперервну роботу насоса. Подача олії на колесо проходить в одному напрямку. Однією з важливих характеристик робочого колеса являється коефіцієнт швидкодії. Інші характеристики насоса представлені на рисунку

Рисунок 1.2 - Схема центр обіжного насоса: 1 - отвір для олії; 2 - робоче колесо; 3 - корпус; 4 - патрубок для відводу олії; - центр обіжна сила

Рисунок 1.3 - Характеристики відцентрового насоса 10D-6, 10 - діаметр вхідного отвору в мм/25, рівний 250 мм; D - робоче колесо; 6=0,1•n_S - колесо тихохідне; n_S - число обертів колеса - 60 об/хв.; - допустима вакууметрична висота всмоктування; - напір, - потужність, - ККД, - подача.

Вакуумний насос марки ВВН використовується для видалення з адсорбера газів і парів, що утворюються в процесі відбілювання з метою отримання в ньому вакууму, що необхідно для якості олії. Продуктивність водяного насоса - 195 м³/год, абсолютний тиск - 8,0 кПа, витрати води - 0,8 м³/год, тиск води на вакуум-насос не повинен перевищувати 0,5 кг.с/см². Схема водокільцевого насоса показана на рисунку 1.4, а загальний вид його на рисунку 1.5. При обертанні колеса з радіальними лопатями, ексцентрично розміщеного в камері, вода, яка заповнює камеру під дією центр обіжних сил відштовхується від стінки корпуса, утворюючи водяне кільце 1 і серповидну камеру. В яку поступає газ і пара. При обертанні колеса прорізи по черзі з'єднуються з каналами, через який газ виходить у газорозподільник.

Рисунок 1.4 - Схема водокільцевого вакуумного насоса: 1 - водяне кільце, 2 - серповидна камера.

Рисунок 1.5 - Загальний вигляд вакуумного насоса

1.6 Обґрунтування вибраного напрямку розробки

Принципове рішення напрямку розробки являється результатом аналізу базової системи автоматизації. Вона має значні недоліки, так як обмежується локальною системою регулювання, автоматичним контролем, сигналізацією і захистом. Управління технологічним процесом відбувається вручну, мають місце значні відхилення параметрів регулювання і часу передачі сигналів.

Таким чином, виходячи з традиційних методів автоматизації неможливо здійснити комплексну автоматизацію комплексну автоматизацію підприємства в цілому.

Щоб вирішити вище названі проблеми необхідно впровадити таку систему автоматизації технологічного процесу відбілювання олії, яка б базувалася на сучасних методах автоматизації управління.

Використання сучасних засобів і систем автоматизації, центральне місце яких займає ЕОМ, дозволить вирішити наступні задачі:

- автоматизована система працюватиме в режимі оптимального управління ТП, що являється найкращим по збиранню, обробці інформації, обчисленню техніко-економічних показників. Це призведе до зменшення похибки в підтримці технологічного регламенту на потрібному рівні, що дасть помітне підвищення якості та кількості олії;

- всі функції управління і контролю виконуватиме автоматизована система, що дозволить покращити умови праці в цеху відбілювання олії, так як для працівників інтенсивна робота на протязі зміни в умовах підвищеного рівня шуму, вологості та температури являється досить важкою;

- крім прямого економічного ефекту модернізована система принесе (народному господарству) значний організаційний ефект, так як вимагає спеціалістів високої кваліфікації і аналогічно підвищиться загальний рівень організації виробництва - його культури, підвищується стиль і ефективність керівництва. І взагалі, рівень автоматизації процесу являється одним із важливих показників науково-технічного прогресу підприємства.

Аналізуючи все сказане вище можна зробити висновок про актуальність і необхідність вибраного напрямку розробки - впровадження модернізованої системи автоматизації технологічного процесу відбілювання олії.

2. аналіз технологічного процесу, як об'єкта керування

Технологічний процес відбілювання олії складний і проводиться з метою перетворення рідких жирів в високоякісні тверді жири які використовуються для виробництва маргарину, мила тощо. Процес відбілювання олії є одним з етапів рафінації. Обробка нейтралізованої соняшникової олії адсорбентом перед гідрогенізацією і дезодорацією веде до видалення з неї залишків білкових і слизистих речовин, мила, фосфатидів, а головне барвників.

При виробництві олії оптимальна температура визначається в залежності від необхідної степені відбілювання. В нашому випадку олія надалі використовується для виробництва маргарину, оптимальна температура, становить 80 - 95 °С.

Якщо температура стає нижчою за оптимальну, то процес відбілювання сповільнюється, а підвищення температури за межі встановлених значень приводить до гідролізу.

Отже температура є одним з основних технологічних параметрів процесу відбілювання олії, який впливає на продуктивність обладнання і якість готового продукту. Для адсорбції в олієжировій промисловості можна використовувати різні адсорбенти - глину, трепел, опоку. Найпоширеніші у використанні - глини. Розглянемо автоматичну систему регулювання відбілювання олії за допомогою глини типу тонсил. Вхідними сигналами в даній системі регулювання будуть кількість насіння, температура насіння, кількість адсорбенту, температура адсорбенту, вологість адсорбенту.

Вихідними сигналами будуть кількість очищеної олії, температура олії, кількість шроту. Структурну схему взаємозв'язку між вхідними і вихідними величинами для відбілення можна зобразити так:

Рисунок 2.1 - Схема зв'язків між вхідними та вихідними величинами: Q_{насіння} - кількість насіння; Q_{адсорб.} - кількість адсорбенту; t_{насіння} - температура насіння; _адсорб - вологість адсорбенту; t_адсорб - температура адсорбенту; t_{нагрівання} - температура нагрівання; Q_олії - кількість очищеної олії; t_олії - температура олії; Q_шроту - кількість шроту.

З вищенаведеної схеми видно, що відбілення олії являє собою складну динамічну ланку з багатьма взаємопов'язаними вхідними і вихідними величинами. З цієї ж схеми видно напрямок регулювання, в залежності від зміни вхідних величин.

В режимних картах, що приведенні в першому розділі, наведені значення регульованих параметрів в залежності від навантаження.

3. ОБҐРУНТУВАННЯ вибору функціональної схеми автоматизованої системи керування

3.1 Розробка функціональної структури оптимізації

На підставі проведеного аналізу об'єкта автоматизації із урахуванням автоматизації передбачається контроль технологічних та режимних параметрів процесу відбілювання:

- температура олії на виході, тиску гріючої пари на вході в збірник олії;

- температура олії на виході, витрати гріючої пари на вході в підігрівач;

- витрати олії і глини на вході в адсорбер, рівень і тиск в адсорбері;

- витрати, тиск стиснутого повітря на вході в резервуар глини, рівень в резервуарі;

- витрати і тиск води на вакуумний насос.

А також система оптимального управління статичними режимами процесу відбілювання;

- АСР температури в збірнику олії;

- АСР температури в підігрівачі олії;

- АСР співвідношення 'олія - глина';

- АСР рівня в адсорбері;

- АСР рівня в резервуарі;

- АСР тиску в адсорбері.

Для вирішення задачі автоматизації процесу відбілювання олії необхідно виділити інформаційні та управляючі функції системи.

Характеристики інформаційних функцій приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Характеристики інформаційних функцій

Характеристики керуючих функцій приведені в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Характеристики керуючих функцій.

Після вибору та дослідження автоматизованих функцій системи, інформаційних та управляючих характеристик об'єкта дослідження, можна реалізувати схему автоматизації технологічного процесу відбілювання олії, яка наведена в графічній частині дипломного проекту. Також представлена функціональна схема автоматизації (на схемі показані лише контури АСР).

3.2 Контури автоматичної системи регулювання

Система оптимального управління статичними режимами процесу відбілювання на Нововолинському ОЖК використовує шість контурів АСР, які забезпечують стабілізацію режимних параметрів за допомогою контролера.

АСР температури олії на виході збірника. Система забезпечує стабілізацію температури на виході збірника олії.

Сигнал на поточне значення температури олії формується давачем температури та порівнюється із заданим значенням. В залежності від результату порівняння контролером виробляється управляюча дія за вибраним алгоритмом управління на регулюючий клапан, який встановлений на лінії подачі гріючої пари в збірник.

АСР температури в підігрівачі проходить за аналогічним принципом.

АСР співвідношення 'олія - глина' на вході в адсорбер. Система забезпечує стабілізацію подачі кількості відбілюючої глини в апарат для відбілювання. Сигнал про поточне значення витрат олії і глини формується автоматичними здавачами (дифманометрами - витратомірами по перепаду у звужуючому пристрої) та порівнюється з заданим значенням. В залежності від результату порівняння контролером виробляється управляюча дія по вибраному алгоритму управління на регулюючий клапан, який встановлений на лінії подачі відбілюючої глини в адсорбер.

АСР рівня в адсорбері забезпечує стабілізацію рівня в апараті для відбілювання. Сигнал про поточне значення рівня формується автоматичним здавачем рівнеміром та порівнюються із заданим значенням. В залежності від результатів порівняння контролером виробляється управляюча дія по вибраному алгоритму управління на регулюючий клапан, який встановлений на лінії переливу олії.

АСР рівня глини в резервуарі проходить за аналогічним принципом.

АСР тиску в адсорбері - система забезпечує стабілізацію тиску в апараті для відбілювання олії. Сигнал про поточні значення тиску формується автоматичним здавачем тиску та порівнюється із заданим значенням. В залежності від результату порівняння контролером виробляється управляюча дія по вибраному алгоритму управління на вакуумний насос, який встановлено на лінії відводу паро-газової суміші.

Основні технічні рішення

Комплекс технічних засобів, який проектується, призначений для реалізації інформаційних, обчислюючи та управляючих функцій АСУ ТП відбілювання олії з використанням персонального комп'ютера та регулюючого мікропроцесорного контролера.

Виконання інформаційних функцій АСУ ТП (контроль завдань по каналах регулювання, значення параметрів, які регулюються та положення виконавчих механізмів) передбачено з використанням цифрового індикатора, який поставляється у комплекті.

При проектуванні систем автоматичного керування з використанням мікропроцесорної техніки для взаємодії управляючого (контролюючого) комплексу з здавачами необхідно мати рівняння перетворень залежності уніфікованого сигналу від контрольованого параметру технічного процесу. Дане питання розглянуто в наступних розділах даного проекту.

4. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ

4.1 Елементна база автоматичної системи керування

Для вимірювання та контролю температури олії використовуються термоперетворювачі опору платинові ТСП - 0879 - 5Ц.2.821 - 435 - 04 [4].

Для контролю температури на щиті цеху використовуються логометри Л - 64И.

Для вводу сигналів в управляючий обчислювальний комплекс використовуються іскробезпечні перетворювачі системи ГСП Ш703И-01 з межами вимірів 0?150⁰С (0?300⁰С) з вхідним сигналом 0?5 мА.

Для вимірювання тиску пари, води, стисненого повітря, тиску в адсорбері використовуються перетворювачі вимірювальні водозахищені Сапфір - 22ДІ-Ех надлишкового тиску з електричним вихідним сигналом в комплекті з блоком перетворення сигналів БПС - 24П, який забезпечує живлення перетворювачів Сапфір в уніфікований вихідний сигнал 0,5 мА для вводу аналогово сигналу в контролер.

Контроль тисків на щиті в цеху відбувається вторинними пневматичними приладами ПКП.1.

Для вимірювання витрат гріючої пари, глини, води на вакуумнасосі, стисненого повітря на систему аерації використовуються перетворювачі вимірювальні різниці тиску з електричним вихідним сигналом Сапфір-22-ДД-Ех в комплекті з блоком перетворення сигналів БПС-24К, який забезпечує живлення перетворювачів Сапфір та уніфікований вихідний сигнал 0?5 мА.

Для вимірювання рівня в адсорбері, резервуарі використані здавачі рівня ДПУ - 1М.

4.1.1 Рівняння перетворення для резисторного термометра

Залежність опору від температури для дротового елемента з платини між -183 і +630⁰С задається формулою Каллендера-Ван Дьюзена [5]:

, (4.1)

Де - константи.

Значення визначається шляхом вимірювання опору елемента при 100⁰С, значення - з вимірів опору при С (точка кипіння кисню). Константа визначається шляхом вимірювання опору при температурі, яка перевищує набагато 1000С, наприклад в точці кипіння сірки +444,7⁰С. Типові значення констант: С^-1; , якщо і 0,11, якщо ; ; Ом.

Для вираження залежності струму від опору можна використати рівняння 4.41:

, (4.2)

звідси:

. (4.3)

З рівнянь (4.2) та (4.3) не важко вивести зворотні залежності та .

4.2 Опис аналогів

Електронна промисловість випускає цілий ряд керуючої обчислювальної техніки. Це спеціалізовані, такі що використовуються в конкретних умовах, та універсальні комплекси технологічних засобів. Всі вони випускаються на базі конкретних мікропроцесорних комплектів, які мають різні технічні та економічні характеристики. Спеціалізовані керуючі комплекси мають застосування тільки в тих сферах, на які вони орієнтовані. Адаптація їх до інших умов недоцільна, так як разом з їх високою ціною, переорієнтація вимагає додаткових грошових витрат.

Тому варто розглядати перелік універсальних керуючих мікрозасобів, і на їх базі робити вибір оптимального варіанту.

Враховуючи особливості виробництва в умовах ОЖК, можна сформулювати основні вимоги до комплексу:

- середня швидкодія;

- наявність дискретних та аналогових каналів, які забезпечують зв'язок з центральною ЕОМ та прийом інформації від здавачів, а також підключення до виконавчих пристроїв (електродвигуни, клапани, інша запірна арматура);

- гнучкість;

- можливість зв'язку з ІВМ - сумісними персональними комп'ютерами, у зв'язку з їх широким розповсюдженням;

- простота технічного обслуговування, при якій не вимагається залучення висококваліфікованих спеціалістів;

- ремонтопридатність;

- невисока вартість, яка забезпечує мінімальні капіталовкладення та скорочує строк окупності.

Виходячи з вище перерахованих вимог, доцільно розглянути ряд комплексів керуючої обчислювальної техніки, яка випускається серійно.

4.2.1 Програмований логічний контролер ПЛК-256

Програмований логічний контролер з кількістю входів і виходів до 256 використовується для управління технологічним обладнанням масового виробництва, автоматичними лініями та маніпуляторами, а також технологічними процесами в різних галузях промисловості.

В процесі управління ПЛК - 256 здійснює збір, логічну та арифметичну обробку дискретних, аналогових та імпульсних сигналів, які характеризують стан технологічного процесу, формування дискретних та аналогових команд за законами логічних функцій та арифметичних операцій. Застосування ПЛК - 256 дозволить:

- спростити роботи по проектуванню систем управління та скоротити час підготовки замовлення за рахунок простої компоновки, оптимального підбору функціональних можливостей та наявність спеціального програмного математичного забезпечення;

- Відмовитися від використання спеціальних приміщень для встановлення систем управління завдяки можливості експлуатації ПЛК - 256 в умовах промислового комплексу з підвищеною запиленістю та вологістю, при дії сильних електромагнітних перешкод;

- скоротити час на розробку та налагодження робочих програм управління об'єктом завдяки простоті та доступності вхідної мови програмування, орієнтованої на опис релейних схем;

- скоротити час простою керуючого обладнання під час експлуатації за рахунок зниження часу пошуку та усунення несправностей, що забезпечується функціями самоконтролю та діагностики.

Технічні дані мікроконтролера приведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Технічні дані ПЛК - 256

В комплект ПЛК - 256 входить чотири типи пристроїв, кожний з яких має постійний комплект агрегатних модулів та змінну частину. Постійна частина побудована на двох процесорній системі та включає в себе засоби збереження таблиць інструкцій, зв'язку з серійним обладнанням, контролю та діагностики. Змінна частина включає підсилювачі та перетворювачі дискретних сигналів, контролери зв'язку з постійною частиною, елементу вводу та виводу аналогових сигналів та серійне обладнання.

Однак, не дивлячись на високу швидкодію. Малогабаритні розміри, невисоку вартість, контролер не може використовуватися в складі мікросистеми керування в зв'язку з відсутністю аналогових та дискретних каналів управління та контролю, а також неможливістю замовлення певної конфігурації в залежності від потреб.

4.2.2 Контролер 'Електроніка МС-2702'

Контролер програмований універсальний 'Електроніка МС-2702' призначений для використання в складі систем керування технологічним обладнанням, а також в складі випробувального та контрольно - вимірювального обладнання.

Основні технічні характеристики контролера приведені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 - Технічні дані контролера 'Електроніка МС-2702'

З приведеної таблиці видно, що даний контролер є досить ефективним засобом налагодження програмного забезпечення безпосередньо на об'єкті. Наявність пульта управління, який забезпечує командне налагодження та має можливість послідовної обробки ПЗ в ЕППЗП типу 573РФ2, обумовлюють гнучкість колектора по відношенню до змін вимог та програмного забезпечення в процесі розробки та дозволяють суттєво скоротити етап проектування.

Характеристики структури та систем команд контролера визначаються типом центрального процесора та в значні мірі відповідають мікро - ЕОМ 'Електроніка МС-2702', а наявність в теперішній час достатньо розвинутих крос - систем дозволяє виконувати налагодження ПО на ПЕОМ ЕС-1840, ЕС-1845, персональних комп'ютерів типу ІВМ - РС.

Інтерфейс користувача являє собою сукупність ліній роз'ємів контролера. Він дозволяє забезпечити:

- програмний побайтовий обмін інформацією контролера з пристроєм користувача по чотирьох байт них лініях (в тому числі 4 входи та 4 виходи з гальванічною розв'язкою);

- програмований прийом інформації по одному каналу в послідовному коді;

- формування програмно-управляючих часових затримок з виходу 3-х інтервальних 16-розрядних таймерів;

- роботу пристрою системи користувача в режимі переривань;

- подачу з системи користувача в контролер напруги живлення.

Пульт управління містить в собі клавіатуру на основі клавіш блока ВМ-27-1-1 та дисплейну лінійку, яка зібрана на цифрових індикаторах АЛС-324А.

ПО контролера надає користувачу засоби контролю та наладки алгоритмів програм в режимі реального часу. Дозволяє знизити трудомісткість та підвищити якість програмування, яке реалізується контролером. До складу ПО входить керуюча програма діалогової взаємодії користувача з контролером, бібліотека під програмної обробки чисел з плаваючою точкою, тест-програма перевірки дієздатності контролера.

Мікросхеми пам'яті розташовані на спеціальних колодках, що забезпечує зручність при наладці ПО, контролі та ремонті апаратури.

Суттєвим недоліком даного контролера є необхідність подачі трьох напруг живлення.

4.2.3 Мікропроцесорний контролер 'Реміконт - Р-100'

Регулюючий мікропроцесорний контролер 'Реміконт Р-100' - багатоцільовий контролер загально промислового використання та призначений для автоматичного регулювання технологічними процесами в різних галузях промисловості.

МПК 'Реміконт Р - 100' формує ПІД-закон регулювання, виконує сумування, диференціювання, селектування, перемикання, а також обробляє та формує дискретні сигнали управління. Контролер має 64 аналогових та 126 дискретних входи, до 64 аналогових, 64 імпульсних та 126 дискретних входи. Він може працювати як на нижньому рівні розподіленої автоматичної системи управління технологічними процесами, так і в якості автономного виробу.

Здавачі та виконавчі механізми підключаються до 'Реміконт Р - 100' за допомогою звичайних кабельних зв'язків, по яких передається аналогова та дискретна інформація. Сигнали, які надходять до нього обробляються в цифровій формі.

Регулюючий мікропроцесорний контролер 'Реміконт Р - 100' - програмований пристрій, який налагоджується на рішення потрібної задачі безпосередньо на об'єкті. В процесі такого налагодження оператор призначає алгоритми управління, конфігурацію управляючого контуру, параметри статичного та динамічного налагодження, а також виконавчі сигнали завдання та режими управління. Запрограмовані параметри зберігаються при вимиканні живлення.

'Реміконт Р - 100' може виконувати всі алгоритмічні задачі, які вирішуються з допомогою загально промислових систем управління, виконує динамічні, статичні та нелінійні перетворення, формую сигнали завдання та ручного керування. Окрім цього він виконує задачі керуючої логіки, формує програмно змінні в часі сигнали, має спеціальні засоби для організації каскадного управління.

Виходячи з вищесказаного, контролер особливо ефективний для автоматизації нестаціонарних пристроїв, коли система регулювання функціонально проста, але багатоканальна.

Технічні дані контролера 'Реміконт Р - 100' наведені в таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 - Технічні дані контролера 'Реміконт Р - 100'

Регулюючий мікропроцесорний контролер 'Реміконт Р - 100' складається з ряду модулів та основних блоків, додаткових блоків та конструктивних елементів. У модулях змонтовано електронні компоненти, які забезпечують перетворення та обробку сигналів управління і команд оператора.

Модулі контролера діляться на три групи:

- модулі мікропроцесорного обчислювача;

- блоки зв'язку з об'єктом управління;

- модулі зв'язку з оператором.

До складу мікропроцесорного обчислювача входить чотири модулі: процесор ПРЦ, функціональний розширювач процесора ФРП, ПЗП, ОЗП. В ПЗП контролера записано програмне забезпечення контролера, яке включає програму всіх алгоритмів управління, програму обслуговування панелі оператора та зовнішніх пристроїв, програму самотестування та самодіагностики.

Пристрої зв'язку з об'єктом складаються з модулів перетворювачів АЦП та ЦАП та інші.

Стосовно задачі автоматичного управління 'Реміконт Р - 100' викликає ряд труднощів через недоліки контролера. Головним з них є відсутність блоку зв'язку з ЕОМ для централізованого алгоритму управління та обміну інформацією про його виконання. Крім того, алгоритми управління знаходяться в ПЗП контролера та їх заміна вимагає перепрограмування мікросхем пам'яті.

Ці недоліки значно ускладнюють використання 'Реміконт Р - 100' в якості нижньої ланки центральної системи управління технологічними процесами.

4.2.4 Програмований логічний контролер TSX 37-21

Проектована система, виходячи з вимог технологічного завдання, повинна вимірювати температуру олії, тиск пари, рівень олії, тому потрібно використовувати різні датчики, вихідні сигнали яких поступають на аналогові входи мікроконтролера. Мікроконтролер буде опитувати потрібні здавачі, реалізовувати потрібний закон регулювання технологічних параметрів та частоти обертання електродвигунів і може передавати цю інформацію через лінію зв'язку за допомогою інтерфейсу RS-232С на персональну ЕОМ, яка буде показувати відповідні значення на монітори та запам'ятовувати їх. Отже, проектована система повинна вміщувати:

- мікроконтролер;

- операторську панель;

- кабелі зв'язку;

- аналогові модулі вводу інформації з здавачів.

Вміст мікроконтролерного комплекту наведено в таблиці 4.4.

В минулому році передовий американський журнал в галузі систем керування 'Control engineering' оголосив Modicon TSX Micro найкращим контролером на ринку програмованих логічних контролерів США в категорії 'Мікро'.

Таблиця 4.4 - Вміст мікроконтролерного комплекту

Програмований логічний контролер (ПЛК) TSX 37-21 був розроблений у відповідності до основних національних і міжнародних стандартів на продукти електронної промисловості систем керування:

- специфічні вимоги до ПЛК: робочі характеристики, стійкість до різних впливів, безпечність і т.д.;

- обмеження генерованих електромагнітних коливань;

- вимоги до електричної та протипожежної безпеки ізолюючих матеріалів.

Умови експлуатації мікроконтролера і вимоги до навколишнього середовища:

- робочий діапазон температур від 0⁰С до +60⁰С;

- відносна вологість від 30% до 95%;

- висота над рівнем моря від 0 до 2000 метрів;

- напруга: номінальна - 24 В, гранична - (19?30) B;

- частота: номінальна -(50, 60) Гц, гранична - (47, 63) Гц;

- короткі замикання: тривалість ?10 мс - ?1/2 періоду; повторюваність ?1 с - ?1 с;

- загальні гармонічні спотворення - 10%;

- допустимий рівень пульсації - 5%.

Мікроконтролер TSX 37-21 має такі фізичні характеристики:

1. Механічна стійкість:

а) вібростійкість - відповідає стандарту ІЕС 68-2-6, відповідно для ПЛК, які змонтовані на панелі;

б) ударостійкість - відповідає стандарту ІЕС - 2 -27.

2. Стійкість до електростатичних розрядів - відповідає стандарту ІЕС 1000 - 4 - 2, рівень 3.

3. Стійкість до інтерференції:

а) стійкість до електромагнітного випромінювання - відповідає стандарту ІЕС 1000 - 4 - 3, рівень 3;

б) стійкість до швидких перехідних процесів - відповідає стандарту ІЕС 1000 - 4 - 4. рівень 3;

в) стійкість до затухаючих хвиль - відповідає стандарту ІЕС 1000 - 4 - 12.

Програмований контролер TSX 37-21 має захист від атмосферного впливу і від впливу тепла та вологи.

Блок живлення вмонтований в мікроконтролер, захищений від перевантажень і короткого замикання і має такі основні характеристики:

а) живлення:

1) +5В постійного струму, номінальний струм - 2,8 А;

2) +24В реле, номінальний струм - 0,5 А, піковий - 0,6 А;

3) +24В датчики, номінальний струм - 0,4 А, піковий - 0,6 А;

б) загальна потужність:

номінальна - 24 Вт;

пікова - 32 Вт.

При аварії живлення система зберігає контекст додатка і час аварії, потім встановлює виходи в положення '0'. При відновленні живлення, збережений контекст порівнюється з поточною ситуацією, це визначає тип старту, який буде виконуватися. Якщо контекст додатка змінився (загублено системний контекст або новий додаток), ПЛК виконує 'холодний' старт з ініціалізацією додатка. Якщо додаток ідентичний, то ПЛК виконує 'гарячий' старт без ініціалізації даних.

Якщо тривалість аварії менше 10 мс для джерела живлення змінного струму, або 1 мс для джерела живлення постійного струму, ця аварія ігнорується і програма продовжує функціонувати нормально.

Основні технічні характеристики мікроконтролера TSX 37-21 приведені в таблиці 4.5.

Аналоговий модуль TSX 37-21 має такі основні характеристики:

- кількість аналогових входів - 8

- діапазон вхідного сигналу - 4?20 мА;

- час опитування - 32 мс;

- основна похибка при температурі 25⁰С - 0,15%;

- максимальна похибка при температурі (0?60)⁰С - 0,4%;

- вхідний опір - 250 Ом.

Таблиця 4.5 - Основні технічні характеристики програмованого логічного контролера TSX 37-21

4.3 Порівняльний аналіз системи з аналогами

На підставі наведеної вище інформації за технічними показниками контролери рівня TSX 37-21 в основному перевищують аналогічні показники аналогів. Слід відмітити ступінь захищеності TSX 37-21 щодо зовнішніх факторів та безпечності експлуатації.

Для наявності порівняльного аналізу варіантів наведена таблиця 4.6 - показники споживаної потужності до та після модернізації.

Тобто, економлячи електроенергію за рахунок нового обладнання та нової методики керування роботою електродвигунів, не важко підрахувати виграш у грошовому вигляді:

,

де - вартість виграшу, грн.; - вартість 1 кВт години електроенергії; - встановлена потужність електрообладнання, кВт; - фактична кількість годин роботи обладнання при виконанні технологічних операцій, в результаті чого виготовляється один виріб, год; - коефіцієнт використання потужності. .

Таблиця 4.6 - Показник споживаної потужності

Таким чином, витрати на силову електроенергію до модернізації:

грн.

Витрати на силову енергію після модернізації:

грн.

грн.

Слід відмітити. що впровадження контролерного контролю дозволяє крім зниження собівартості продукту зекономити певні кошти за рахунок скорочення одної чи двох посад. Що наглядно видно із таблиці 4.7.

Таблиця 4.7 - Порівняльна характеристика

Таким чином, врахувавши високий рівень якості виконання, явну можливість заощаджень та гарантійне і післягарантійне обслуговування, автоматичне управління технологічним процесом та роботою електродвигунів за допомогою приводів на базі вибраного програмованого логічного контролера TSX 37-21 його вибір можна вважати доцільним.

4.4 Розробка системи автоматичного керування

Метою даного дипломного проекту являється розробка такої системи автоматичного управління, яка б працювала самостійно по заданому закону керування технологічним процесом.

Для виконання цієї задачі потрібно розробити математичну модель керування процесом за модульним принципом. Вона повинна реалізувати інформаційні та управляючі функції у відповідності з функціональною структурою системи:

- алгоритмічний модуль 'Розрахунок техніко-економічних показників' з метою підвищення точності розрахунків. Повинен передбачати компенсацію динамічних зв'язків між вхідними та вихідними змінними. В алгоритмічному модулі використати математичні моделі динамічних каналів об'єкта;

- алгоритмічний модуль 'Оптимальне керування процесом відбілювання' повинен забезпечувати розрахунок вхідних параметрів оптимальних керуючих дій (тиск гріючої пари, витрати цієї пари на підігрівач, витрати олії, глини), а також ідентифікацію математичних моделей процесу відбілювання (збірник, підігрівач, адсорбер).

В математичному описі процесу відбілювання використані рівняння теплообміну.

Алгоритмічний модуль 'Регулювання режимних параметрів' забезпечує в наступних системах автоматичного регулювання:

- АСР температури в збірнику олії;

- АСР температури в підігрівачі олії;

- АСР масової частки глини в олії.

Регулювання відбувається шляхом зміни подачі гріючої пари в збірник та витрат глини в адсорбер.

В дипломному проекті не наведені стандартні алгоритми ПІД регулювання режимних параметрів, які реалізуються контролером.

Оригінальні алгоритмічні модулі, які розроблені в даному дипломному проекті, вимагають експериментальних досліджень адсорбера з метою уточнення математичних моделей, що використовуються, та визначення параметрів алгоритмів.

4.4.1 Розрахунок техніко-економічних показників

Модуль призначений для розрахунку виробництва олії за сортами питомих витрат глини на тонну олії та може бути використаний в АСУ ТП олієекстракційного виробництва.

Розрахунок випуску олії за сортами та питомих витрат глини на тонну відбіленої олії використовується для оцінки ефективності процесів відбілювання з урахуванням компенсації динамічних зв'язків між величинами, що вимірюються. Питомі витрати глини на тонну відбіленої олії визначаються як відношення витрат глини за розрахунковий період та вироблення олії за цей же період.

4.4.1.1 Вхідні дані

Дані, які необхідні для реалізації модуля, зведено в таблицю 4.8.

Таблиця 4.8 - Вихідні дані

4.4.1.2 Математичний опис

Випуск олії визначається, як:

, (4.4)

де - середнє значення витрат відбіленої олії за час усереднення .

, (4.5)

, (4.6)

- середнє значення концентрації олії після фільтрів за час усереднення:

, (4.7)

, (4.8)

де - період опитування здавачів; - транспортне запізнення; - час -го заміру показника; - вагова функція моделі динамічного каналу; , - часові постійні динамічних каналів.

Питомі витрати глини на одну тону олії розраховуються за формулою:

. (4.9)

Значення питомої витрати глини на одну тонну олії за вісім годин розраховується як відношення витрат глини за одну зміну до виробленого за цей період продукту.

Динамічні характеристики каналів та визначаються експериментальним шляхом.

4.4.1.3 Результати рішень

Перелік вихідних показників представлений в таблиці 4.9.

Таблиця 4.9 - Перелік вихідних показників

4.4.2 Регулювання режимних параметрів

Модуль призначений для підтримки режимних параметрів процесу відбілювання в заданих межах та може бути використаний при автоматизації олієекстракційного виробництва.

Задача полягає в підтриманні режимів відбілювання близькими до оптимальних шляхом стабілізації заданих режимних параметрів. Мета керування реалізується через системи автоматичного регулювання (САР):

- температури в забірнику олії;

- температури в підігрівачі олії;

- співвідношення олія - відбілююча глина;

- рівня олії в апараті для відбілювання;

- рівня в резервуарі відбілюючої глини.

САР отримуютьс завдання, розраховані алгоритмічним модулем 'Оптимальне керування технологічним процесом відбілювання' за допомогою контролера.

4.4.2.1 Вхідні дані

Дані, необхідні для реалізації (автоматичного) алгоритмічного модуля, надходять від здавачів. Дані, що використовуються алгоритмічним модулем аналогічні даним, що використовуються в задачі 'Оптимальне керування технологічним процесом відбілювання' та приведені в розділі 4.4.3.1 даного проекту.

4.4.2.2 Математичний опис

Вхідні потоки олії в адсорбер (апарат для відбілювання олії) діляться між виходами в пропорціях (слабка олія) та (міцна олія).

, (4.10)

, (4.11)

де - концентрація олії; - витрати слабкої та сильної олії.

Коефіцієнт компенсації зворотного зв'язку для автоматичної системи регулювання температури в підігрівачі:

. (4.12)

Компенсація збурень по слабкій олії здійснюється зміною тиску гріючої пари з коефіцієнтом ослаблення:

. (4.13)

В каналах концентрація олії - тиск гріючої пари та концентрація - збурення параметрів слабкої олії зворотній зв'язок відсутній, тобто динамічні характеристики каналів співпадають із статичними.

. (4.14)

Концентрація збурень по витратах слабкої олії:

, (4.15)

де - уставка без врахування динамічних зв'язків; - поточний момент часу; - відповідно попередній момент часу.

4.4.2.3 Результати рішень

Результатами рішення задачі являється видача керуючих дій контролеру. Алгоритм рішення представлений в графічній частині дипломного проекту.

4.4.3 Оптимальне керування процесом

Пакет алгоритмічних модулів призначений для оптимального управління процесом відбілювання в установці високовиробничого відбілювання та може використовуватись в АСУ ТП олієекстракційного виробництва.

Суттєвого збільшення техніко-економічних показників роботи установки можна досягти за рахунок рішення задачі оптимального управління процесом відбілювання.

Пакет алгоритмічних модулів 'Оптимальне керування процесом відбілювання' призначений для ведення процесу в оптимальному режимі, який дозволяє мінімізувати затрати при забезпеченні заданої кількості та якості олії.

Процес відбілювання представляє собою складний, нестаціонарний процес з окремими параметрами, які не підлягають безпосередньому вимірюванню (термічний опір пристінного шару, швидкість газопарової суміші, теплоємність олії, теплофізичні якості крапель олії і т.д.). Це зумовлює необхідність адаптації математичних моделей процесу з метою забезпечення заданої точності. Величини, які ідентифікуються, відбивають сукупний вплив на процес параметрів, які не контролюються. Моделі ідентифікуються (адаптуються) періодично. Тому для компенсації динамічних властивостей реальних апаратів необхідно крім абсолютного відношення параметрів, які вимірюються, від їх прогнозів врахувати також і тенденцію зміни відхилення. Остання обставина визначає дискретність адаптації моделі.

Оптимальні управляючі дії розраховуються з використанням типових засобів автоматизації. Необхідність періодичного проведення таких розрахунків визначається наявністю значних коливань вхідних (ті, що не регулюються) параметрів процесу (параметри вхідної олії, температура гріючої пари), або зміною режимів роботи (перехід на резервний апарат та інше).

4.4.3.1 Вхідні дані

Дані, які необхідні для реалізації пакета алгоритмічних модулів, надходять від автоматичних здавачів, нормативно - довідкова інформація вводиться з терміналу.

Перелік даних наведено в Таблиці 4.10.

Таблиця 4.10 - Перелік даних

4.4.3.2 Математичний опис

Задача оптимального управління процесом відбілювання описується наступним чином:

1. Цільова функція оптимального управління:

, (4.16)

Обмеження:

.

2. Модель підігрівача

Витрати гріючої пари на олію:

початкові: ; (4.17)

середньо зважені: ; (4.18)

кінцеві: . (4.19)

Рівняння теплового балансу:

. (4.20)

3. Модель забірника.

Рівняння теплового балансу:

. (4.21)

Тиск насиченої водяної пари:

, (4.22)

для

. (4.23)

для

. (4.24)

4. Модель адсорбера.

Секундні витрати глини, олії та сумарний потік з апарату:

, ; . (4.25)

Швидкість потоку з апарату:

. (4.26)

Розміри крапель олії:

. (4.27)

Зміна ентальпії олії, що викликана розпилення:

. (4.28)

Теплоємність олії при температурі та масовій частці глини в олії :

. (4.29)

Відношення витрат олії та глини:

. (4.30)

Безрозмірні компоненти, які описують зв'язок швидкості витікання, витрат олії та глини, розмірів краплі:

,

, (4.31)

. (4.32)

коефіцієнт:

. (4.33)

Приведена швидкість

, (4.34)

коефіцієнт: . (4.35)

Швидкість пульсації: в метричних одиницях:

, (4.36)

в мольних:

. (4.37)

Масова частка глини в олії:

, (4.38)

. (4.39)

Коефіцієнт питомого об'єму:

. (4.40)

5. Допоміжні співвідношення:

Збільшення кислотного числа:

. (4.41)

Ціна однієї тонни олії:

. (4.42)

4.4.3.3 Результати рішення

Результатом роботи пакета являється розрахунок оптимальних управляючих, розрахунок коефіцієнтів ідентифікації математичних моделей, вихідних параметрів процесу відбілювання.

Перелік вихідної інформації наведений в таблиці 4.11.

Таблиця 4.11 - Перелік вихідної інформації

Алгоритми задачі 'Оптимальне управління процесом відбілювання' включає в себе наступні алгоритмічні модулі, наведені в графічній частині проекту:

- управління роботою пакета;

- розрахунок оптимальних управляючих дій;

- розрахунок значень параметрів процесу, що прогнозуються;

- ідентифікація математичних моделей процесу відбілювання.

4.5 Специфікація засобів контролю і керування

Специфікація засобів контролю и керування приведена в таблиці 4.12

Таблиця 4.12 - специфікація засобів контролю і вимірювання

5. РОЗРАХУНОК АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ (АСР)

5.1 Визначення передатної функції

Проведемо аналіз системи автоматичного регулювання (САР) на прикладі системи регулювання температури в паровому підігрівачі. Паровий підігрівач оснащен підігрівом (парові змійовики), які забезпечують постійну температуру в межах 105^оС. Олія поступає в паровий підігрівач, де підігрівається до температури 105⁰С (саме при такій температурі проходить процес відбілювання). Аналізуючи паровий підігрівач як об'єкт керування бачимо, що температура в нагрівальній частині парового підігрівача прямо залежить від витрати пару. Фактично маємо замкнену систему, на вході котрої знаходиться задана температура, на виході - отримане значення цієї температури. В результаті віднімання від заданого значення отриманого на виході маємо значення розузгодження, на основі котрого регулятором виробляється рішення про збільшення чи зменшення значення сигналу керування на виконавчому механізмі. В нашому випадку виконавчим механізмом є регулюючий клапан подачі пару і задаючим сигналом для нього є задаючий рівень напруги від регулятора, прямо пропорційний сигналу розузгодження в межах регулювання. При відхиленні поточного значення потужності від заданого завдяки отриманому сигналу розузгодження виробляється додаткова напруга на регулюючому клапані, котра змушує його збільшувати або зменшувати площу поперечного перерізу впускного каналу. Відповідно на виході виконавчого механізму при сталому тиску напірної магістралі отримується певний рівень витрати пари. Даний рівень є задаючим для об'єкту керування і в залежності від нього на виході отримується скориговане значення температури. Даний контур регулювання дозволяє компенсувати відхилення поточної температури від заданої внаслідок коливань тиску пару чи температури пару в напірній магістралі.

Таким чином можемо на основі викладеного вище зобразити структурну схему розглядуваної САР (рисунку 5.1).

Рисунок 5.1 - Структурна схема системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі

Тут t_зад - задана температура в паровому підігрівачі; - температура розузгодження; U_з - керуючий сигнал; f_П - отримана витрата пари; t_рез - отримане значення температури в паровому підігрівачі; W_Р(p) - передаточна функція регулюючого органу; W_К(p) - передаточна функція клапана; W_П(p) - передаточна функція парового підігрівача по пару.

Розглянемо окремі елементи структурної схеми.

Регулятор

Задаючий сигнал на клапані є прямо пропорційним температурі розузгодження:

,

де k_р - коефіцієнт залежності керуючого сигналу від різниці заданої і отриманої температури.

Позначивши k_р через k₁ та співвіднісши зображення по Лапласу вихідного сигналу до зображення по Лапласу вхідного сигналу отримуємо передаточну функцію мембранного регулятора у вигляді пропорційної ланки:

Регулюючий клапан

Вхідним параметром для клапана є рівень задаючого сигналу, вихідним - потік пари. Регулюючий клапан, як елемент схеми для розрахунку САР, описується рівняннями вигляду:

,

де S - площа поперечного перерізу витратного каналу, K_S - коефіцієнт залежності площі поперечного перерізу витратного каналу від задаючого сигналу, T₁ - стала часу реакції площі поперечного перерізу каналу на зміну задаючого сигналу, f_к - потік пару через витратний канал, K_f - коефіцієнт залежності витрати пару від площі поперечного перерізу витратного каналу, T₂ - стала часу реакції витрати на зміну площі поперечного перерізу каналу.

Виходячи з вказаних рівностей після перепозначення K_S•K_f=k₂, віднісши зображення по Лапласу вихідного сигналу (площа перерізу витратного каналу) до зображення по Лапласу вхідного сигналу, записати передаточну функцію клапана:

Паровий підігрівач

Паровий підігрівач в даному випадку є керованим об'єктом. При цьому в усталеному режимі температура в робочій зоні парового підігрівача є прямо пропорційною витраті гарячого пару, в динамічному режимі тут має враховуватися інерційність системи:

,

де T_T - стала часу реакції температури в паровому підігрівачі на зміну потоку пари; k_T - коефіцієнт залежності температури в паровому підігрівачі від потоку пари в усталеному режимі.

В результаті перепозначення k_T=k₃, T_T=T₃ та відношення зображення по Лапласу вихідного сигналу до зображення по Лапласу вхідного сигналу отримаємо передаточну функцію у вигляді

Врахувавши знайдені вирази для визначення передаточних функцій визначимо розімкнену передаточну функцію системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі. Після заміни отримуємо розімкнену передаточну функцію у вигляді:

.

;

;

.

Передаточна функція замкненої системи для структурної схеми із зворотнім зв'язком (рисунок 5.1) записується у вигляді . Тут - передаточна функція розімкненої АСР, - передаточна функція ланки зворотного зв'язку. Підставивши в цей вираз (5.4) та значення передаточної функції ланки зворотного зв'язку як 1, отримуємо передаточну функцію замкненої АСР:

. (5.5)

Зведемо параметри для розрахунку автоматичної системи регулювання до Таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Дані для розрахунку автоматичної системи керування

Виходячи із заданих значень розрахуємо коефіцієнти та сталі часу передаточних функцій системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі:

k₀ = 0,945;

k₁ = 0,075;

k₂ = 0,024;

k₃ = 5,25•10²;

Т₁ = 0,035;

Т₂ = 0,05;

Т₃ = 0,3;

Т₁₀ = 0,385;

Т₂₀ = 2,725•10^-2;

Т₃₀ = 5,25•10^-4.

5.2 Визначення стійкості системи згідно критерію Найквіста

Метод визначення стійкості автоматичних систем регулювання (АСР) за Найквістом є одним з частотних методів. Він дозволяє визначити стійкість замкненої системи за амплітудно-фазовою характеристикою (АФХ) розімкненої системи. При цьому метод визначення залежить від того, чи є стійкою АСР в розімкненому стані.

Визначимо стійкість АСР у розімкненому вигляді. Для цього скористаємося методом Гурвіца, котрий є одним з алгебраїчних методів.

Для цього прирівняємо знаменник (5.4) до нуля:

.

Згідно критерію стійкості АСР за Гурвіцем:

- необхідною та достатньою умовою стійкості при є додатність всіх часткових визначників матриці Гурвіца.

Матриця Гурвіца для рівняння виду записується у вигляді:

.

Для нашого випадку . Тому матриця Гурвіца записується для розглядуваного випадку (n=3) у вигляді:

.

Значення коефіцієнтів Т_і0 розраховано в п.5.1.

Проведемо аналіз матриці Гурвіца, використовуючи критерій:

а₀=Т₃₀>0;

Д₁=а₁=Т₂₀>0;

Д₂=Д₁а₂=Д₁•Т₁₀>0.

Оскільки всі часткові визначники є додатними, то робимо висновок, що система є стійкою в розімкненому вигляді.

Оскільки АСР у розімкненому вигляді є стійкою, формулювання методу Найквіста для неї матиме наступний вигляд:

- для того, щоб АСР, стійка в розімкненому стані, була стійкою і в замкненому стані, необхідно і достатньо, щоб АФХ розімкненої системи при зміні від 0 до ? не охоплювала точку з координатами (-1; j0).

Характеристичне рівняння для розімкненої АСР має вигляд:

.

Через заміну приведемо передатну функцію розімкненої системи до вигляду . Тоді, виходячи із (5.4) маємо:

.

Згрупуємо елементи дійсної та уявної частин:

.

Оскільки, згідно схеми типових перетворень, якщо

,

то дійсні і уявні частини визначаються як:

,

.

Для нашого випадку маємо, що

Рисунок 5.2 - Амплітудно-фазова характеристика САР

5.3 Визначення стійкості за критерієм Михайлова

Критерій Михайлова формулюється наступним чином:

- для стійкої АСР необхідно і достатньо, щоб годограф Михайлова, починаючись при на додатній дійсній напівосі, обходив послідовно в додатному напрямку (проти годинникової стрілки) при збільшенні від 0 до ? n квадрантів, де n - ступінь характеристичного поліному.

З (5.5) запишемо характеристичний вираз замкненої системи:

.

Проведемо перехід до частотної площини шляхом заміни . Звівши дійсні та уявні частини поліному, отримаємо характеристичний поліном вигляду

.

Позначивши дійсну частину характеристичного поліному через і уявну - через та змінюючи від 0 до ? будуємо годограф Михайлова на комплексній площині (рисунок 5.3).

З побудованого годографа Михайлова можемо підтвердити висновок про те, що АСР є стійкою, оскільки годограф проходить через 3 квадранти при ступені характеристичного поліному, рівному трьом. При подальшому збільшенні дійсна частина прямує до -?, і уявна також до -?.

Рисунок 5.3 - Годограф Михайлова

5.4 Побудова логарифмічних характеристик

Для побудови логарифмічної амплітудно-частотної характеристики (ЛАХ) та логарифмічної фазо-частотної характеристики (ЛФХ) запишемо ще раз передатну характеристику розімкненої системи:

.

Виконаємо заміну :

Запишемо значення модуля :

.

З цього виразу запишемо ЛАХ системи виходячи з умови :

.

Визначимо частоти зрізу ЛАХ:

;

;

.

Рисунок 5.4 - Логарифмічна амплітудно-частотна характеристика САР

При побудові ЛАХ спочатку наносимо пряму значенням L=18 і оскільки розглядувана АСР не має астатичності, то ЛАХ матиме початковий нахил 0Дб/дек і надалі, оскільки відсутні додатні зрізи ЛАХ, то при побудові її на частотах зрізу вона змінюватиме нахил на -20Дб/дек при щ₁, щ₂ та при щ₃. Згідно наведених міркувань будуємо ЛАХ в логарифмічній системі координат. Для передатної характеристики розімкненої АСР виду після запису у вигляді вираз ЛФХ має вигляд:

.

Таким чином сумарна ЛФХ є сумою ЛФХ окремих складових. Тобто для побудови сумарної ЛФХ достатньо окремо побудувати ЛФХ окремих ланок і потім їх просумувати. Розіб'ємо (5.6) на окремі прості складові:

.

Із записаних добутків складемо систему рівнянь для визначення ЛФХ:

.

Змінюючи від 0 до ? будуємо часткові ЛФХ в логарифмічній системі координат. Провівши алгебраїчне сумування окремих ЛФХ, отримуємо загальну ЛФХ розімкненої системи (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5 - Логарифмічна фазо-частотна характеристика САР

Оскільки при тому значенні щ (щ=?), при якому ЛФХ досягає значення , ЛАЧХ має від'ємне значення, то ми можемо ще раз підтвердити висновок п.5.2 та п.5.3 про те, що розглядувана АСР є стійкою.

5.5 Побудова перехідного процесу

Дослідимо перехідну характеристику замкненої САК (рисунок 5.1) як реакцію на одиничну керуючу функцію g(t)=p_зад(е)=1(е). Для цього скористаємося методом одиничних трапецій та трикутників. Насамперед згідно алгоритму даного методу побудуємо залежність дійсної частини амплітудно-фазової частотної характеристики від частот .

Амплітудно-фазова частотна характеристика з (5.5) отримується шляхом заміни p>jщ у вигляді

.

Згрупувавши у знаменнику дійсну та уявну частини отримуємо амплітудно-фазову частотну характеристику замкненої системи у вигляді

.

Оскільки, згідно схеми типових перетворень, якщо , то дійсні і уявні частини визначаються як

,

.

Для нашого випадку маємо, що

Тому дійсна частина амплітудно-фазової частотної характеристики матиме вигляд:

.

Змінюючи щ від 0 до щ_с, де щ_с - границя області суттєвих частот (тобто таких, для яких виконується умова ), отримуємо характеристику (рисунок 5.6). Границя області суттєвих частот в нашому випадку є рівною 22 с .

За результатами побудуємо характеристику:

Рисунок 5.6 - Дійсна частина амплітудно-фазової частотної характеристики САК

Рисунок 5.7 - Апроксимуючі еквівалентні фігури

На даному рисунку показано три еквівалентні фігури, якими апроксимується характеристика дійсної частини.

Параметри фігур:

- фігура N1 - трикутник ABC: ,

- фігура N2 - трапеція CBDE: ,

- фігура N3 - трапеція EDGF: .

Побудуємо ординату перехідного процесу для реального моменту часу . Знайдемо табличний час для відповідних фігур:

За даними таблиць h-функцій по відповідних значеннях і (для трапецій) і величині (для трикутника) знайдемо значення h-функцій для фігур N1, N2, N3, N4:

Помноживши знайдені табличні значення h(t) на ординати відповідних реальних фігур дістанемо ординати відповідних фігур:

Аналогічно можна дістати й інші ординати перехідного процесу при різних значеннях реального часу і побудуємо відповідну характеристику:

Відповідна характеристика:

Рисунок 5.8 - Перехідний процес САК

Таблиця 5.2 - Розрахункова таблиця для оцінки якості САР:

1) перерегулювання системи . Виходячи з цього робимо висновок, що не потрібно використовувати регулятори для зменшення перерегулювання, оскільки це значення є меншим за 18%;

2) час регулювання складає 11.8 с;

3) частота коливального процесу складає 0,56 с^-1.

4) кількість коливань за час регулювання - 1,3;

5) час досягнення першого максимуму - 0,45 с.

6. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ І ОПИС ПРИНЦИПОВИХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Опис інтерфейсу RS-232C для з'єднання мікроконтролера з персональним комп'ютером

Для програмування мікроконтролера необхідно використовувати персональний комп'ютер. Персональний комп'ютер має послідовний інтерфейс, що дає можливість легкої перебудови приладу при потребі створення ієрархічної структури управління, збору та обробки даних з використанням на верхньому рівні персональної ЕОМ для або для зв'язку з контролером.

Зв'язок між ЕОМ та мікро контролером здійснюється за допомогою послідовного інтерфейсу RS-232C.

Стандартний інтерфейс RS-232C був розроблений для спряження терміналів або закінченого обладнання даних (ЗОД) з модемом (модулятором/демодулятором) або апаратної передачі даних (АПД). В наш час цей інтерфейс використовується для спряження практично будь-якого пристрою з персональним комп'ютером ІВМ-РС, а також з аналогічними комп'ютерами інших типів. Асинхронний зв'язуючий адаптер комп'ютера ІВМ-РС забезпечує реалізацію інтерфейсу ЗОД типу RS-232C у відповідності з стандартом ЕІА. Для пристроїв, що відрізняються від модемів, виробники використовують свої власні значення керуючих ліній інтерфейсу. Тому по цій причині застосування інтерфейсу RS-232C в деяких випадках може бути пов'язано з визначеними труднощами. На рисунку 6.1 показано розводку виводів для 25-ти контактного з'єднання для типу D, який використовується як вилка (DB25P) або розетка (DB25) частини з'єднання для тих пристроїв може бути застосування стандартного інтерфейсу RS-232C. Прикладом таких пристроїв може бути асинхронний зв'язаний адаптер комп'ютера ІВМ-РС.

Рисунок 6.1 - З'єднувач RS-232C

Крім ланцюгів інформаційних сигналів, цілий ряд виводів призначений для передачі різноманітних сигналів управління.

Таблиця 6.12 - Функції окремих виводів з'єднувача RS-232C, передбаченого в послідовному інтерфейсі комп'ютера ІВМ-РС

Номера виводів також, як правило, проштамповуються з задньої сторони з'єднувача. Задня сторона вилочної частини з'єднувача має таку ж конфігурацію, що і передня сторона його розеточної частини, і навпаки.

В таблиці 6.12. приведені функції окремих виводів з'єднувача RS-232C, передбаченого в послідовному інтерфейсі комп'ютера ІВМ-РС.

Вивід 1. Захисне заземлення (RG) з'єднує між собою корпус напівпровідникових приладів з метою запобігання накопиченню статичного розряду. Цей вивід під'єднується до екрана каналу зв'язку адаптера ІВМ.

Вивід 2. Передаючі дані (-TxD), для випадку ЗОД через цей вивід сигнал передається в послідовну лінію даних. В АПД вивід 2 призначений для прийому даних (-RxD).

Вивід 3. Дані, що приймаються (-RxD), для випадку ЗОД через цей вивід сигнал приймається з послідовної лінії. В АПД вивід 3 призначений для передачі даних (-TxD).

Вивід 4. Запит передавача (RTS) - збуджується передавачем, коли останній повинен передати дані по лінії. Цей вивід повинен зберігати активний стан до кінця передачі.

Вивід 5. Скидання передавача (CTS) - використовується приймачем для інформування передавача відносно того, чи готовий приймач до прийому даних, що передаються. Цей вивід повинен знаходитися в активному стані. Якщо сигнал CTS переходить в неактивний стан всередині передачі, то передавач припиняє передачу і видається повідомлення про помилку.

Вивід 6. Готовність модема (DSR) - задає режим модема. Коли модем ввімкнений, цей вивід звичайно знаходиться в активному стані. У випадку модемів з фіксованою комутацією, які можуть працювати в режимі передачі або мови, або даних, на виводі 6 встановлюється низький (активний) рівень при роботі в режимі передачі даних і високий при передачі мови.

Вивід 7. Сигнальне заземлення (SG) є заземленням ланцюгів сигнала, що передається на вивід -TxD.

Вивід 8. Вказівник прийнятого по лінії зв'язку звичайно називають ознакою виявлення несучого сигналу (DCB) або вказівником несучого (CD). Цей сигнал використовується модемом для інформування передавача про те, що каналом передачі можна користуватись і звичайно активізується в тих випадках, коли вже виданий сигнал 'запит передавача'.

Вивід 20. Готовність термінала (DTR) - сигнал від термінала, який вказує. що останній знаходиться в режимі взаємодії з системою, і відповідно - зв'язок можливий. Якщо цей сигнал встановлений в '1', то термінал знаходиться в активному режимі і зв'язок з ним як і з зовнішнім пристроєм, неможливий.

Вивід 22. Вказівник визову (RI) - активізується модемом, коли останній виявляє поступаючий по телефонній лінії виклик. Цей сигнал використовується пристроями, які можуть автоматично відповідати на виклики, що поступають.

Виводи 9, 11, 18, 25. Виводи з'єднувача асинхронного адаптера зарезервовані для інтерфейсу типу 'струмова петля', які не входять в склад стандартного інтерфейсу RS-232C. Інтерфейс даного типу отримав розповсюдження в сучасних системах.

Для забезпечення спряження слід з'єднувати тільки лінії, що узгоджуються по рівню сигналів.

7. РОЗРАХУНОК ОКРЕМИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ

7.1 Розрахунок регулюючого органу

Розрахуємо регулюючий орган для регулювання витрат пари на підігрівач олії:

Дані для розрахунку:

- максимальні витрати пари кг/год;

- мінімальні витрати пари кг/год;

- тиск пари в магістралі МПа;

- тиск в підігрівачі МПа;

- температура пари С;

- внутрішній діаметр паропроводу мм.

Паропровід має три повороти під кутом 90⁰ з радіусом згину 0,7 м, різниця висот початкової і кінцевої ділянок мережі - м.

Розрахунок

1. По таблиці водяної пари при МПа і С знаходимо динамічну в'язкість кг•с/м², показник адіабати , густина пари кг/м³.

2. Визначаємо гідростатичний напір, відповідно рівнів верхньої і нижньої відміток трубопроводу [6]:

, (7.1)

кг•с/м²=-0,00020 МПа

; (7.2)

МПа.

Визначаємо число Рейнольдса при:

, (7.3)

.

Визначаємо умову гідравлічної гладкості трубопроводу:

, (7.4)

де - шорсткість трубопроводу.

Так як трубопровід не є гідравлічно гладким, то коефіцієнт тертя визначаємо в залежності від і . При і коефіцієнт тертя .

Сумарна довжина трубопроводу:

м.

Знаходимо середню швидкість в паропроводі при максимальних розрахункових витратах:

, (7.5)

м/с.

Знаходимо втрати тиску на прямих ділянках трубопроводу:

, (7.6)

МПа.

Визначаємо втрати тиску в місцевих опорах трубопроводу:

, (7.7)

По таблиці визначаємо коефіцієнти:

.

МПа.

Загальні втрати тиску в лінії:

, (7.8)

МПа.

3. Визначаємо перепад тиску в регулюючому органі при максимальних розрахункових витратах пари:

, (7.9)

МПа.

При дуже малих витратах, втрати тиску в лінії є дуже незначною величиною і перепад тиску на регулюючому органі:

МПа. (7.10)

Таким чином, перепад на регулюючому органі практично залишився незмінним.

4. Так, як , то знаходимо максимальну пропускну здатність регулюючого органу:

, (7.11)

м³/год,

де кг/м³; МПа.

5. Вибираємо двосідловий регулюючий орган з умовною пропускною здатністю мм;

м³/год м³/год. (7.12)

6. Визначаємо співвідношення перепаду тиску на регулюючому органі при максимальних витратах:

. (7.13)

7. Так, як по умові характеристика витрат повинна бути лінійною, то при слід вибирати регулюючий орган з лінійною пропускною характеристикою.

8. Визначаємо максимальні витрати для вибраного регулюючого органу:

, (7.14)

кг/год.

9. Визначаємо відносні значення витрат:

; (7.15)

.

10. Визначаємо діапазон переміщень затвору регулюючого органу з лінійною характеристикою при :

. (7.16)

Висновок: Вибираємо пневматичний регулюючий орган МИМ-160 тому, що він призначений для роботи в повторно-короткочасному режимі з числом відключень до 320 за годину, що є достатнім і необхідним для роботи в даній автоматичній системі регулювання.

7.2 Розрахунок перемішуючого пристрою

Розрахунок пропелерного пристрою проводимо за наступними даними:

- матеріал - вуглецева сталь Мн/м²;

- діаметр мішалки мм;

- діаметр ступиці мм;

- потужність Вт;

- частота обертання сек^-1.

Визначаємо кути нахилу лопаті в місці з'єднання її з ступицею [7]:

; (7.17)

.

Ширина лопаті в місці з'єднання її з ступицею визначаємо по формулі:

, (7.18)

мм.

Радіус, на якому ширина розгортки рівна , визначаємо по формулі:

мм (7.19)

Визначаємо крутні моменти, що діють на лопаті в напрямку паралельному вісі валу:

, (7.20)

Н•м.

Крутний момент в напрямку, перпендикулярному до вісі валу:

, (7.21)

Н•м.

Визначимо крутний момент, що діє на лопаті в головних осях її в місці з'єднання з ступицею в напрямку по формулі:

Н•м. (7.22)

Крутний момент в напрямку осі визначаємо по формулі:

Н•м. (7.23)

Нормальна товщина лопаті визначається по формулі:

мм. (7.24)

8. ВИЗНАЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ СПРОЕКТОВАНОЇ СИСТЕМИ ТА ЇЇ СКЛАДОВИХ

Надійність є основною властивістю якості. Вона спрямована на підвищення безпечності і ефективності використання промислової продукції. Не менш важливим є питання надійності і на проміжних стадіях виробництва. Розрізняють надійність продукції, технологічних систем, що пов'язані з реалізацією технологічних процесів, а також надійність самих технологічних процесів.

Надійність - є властивість об'єкту зберігати в часі у встановлених межах значення експлуатаційних параметрів, які характеризують його здатність виконувати задані функції відповідно заданих режимів і умов використання, технологічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування.

Надійність - це складна властивість, вона включає в себе простіші характеристики, які називаються сторонами надійності. До окремих сторін надійності відносять:

- безвідмовність - це властивість об'єкту зберігати безперервно працездатний стан на протязі певного проміжку часу або певного напрацювання;

- довговічність - це властивість об'єкту безперервно зберігати працездатний стан до виникнення граничного (критичного) стану в умовах встановленої системи технологічного обслуговування і ремонту;

- ремонтопридатність - це властивість об'єкту, яка заключається у здатності усунення відмови шляхом виконання технічного обслуговування і ремонту;

- зберігальність - це властивість об'єкту зберігати показники безвідмовності, довго тривалості, ремонтопридатності в період до і після зберігання та транспортування.

Теорія надійності вивчає процеси виникнення відмов технічних об'єктів і методи боротьби з відмовами. Технічними об'єктами можуть бути вироби, системи і їх елементи, прилади, машини, агрегати і окремі деталі. Приклад, автоматизована система управління технологічним процесом (АСУ ТП). Термін елемент застосовується для складової частини системи. Приклад елементів, процесор цифрової ЕОМ.

Систему можна розбити на будь-яку кількість елементів для дослідження надійності. Кожен елемент повинен виконувати в системі конкретні функції. Елементи і системи можуть знаходитись у двох станах: працездатному і непрацездатному.

Працездатність - це такий стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення заданих параметрів. Стан об'єкту при якому значення хоча б одного з заданих параметрів не відповідає вимогам називається непрацездатним.

В основі поняття надійності об'єкта лежить поняття його відмови. Відмова - це подія, після виникнення якої припиняється функціонування об'єкта. До причин відмови відносять події або процеси, що приводять до виникнення непрацездатності об'єкта.

В багатьох випадках надійність визначають ймовірністю безвідмовної роботи об'єкта Р(t). Це ймовірність того, що в границях заданого напрацювання не виникне відмова об'єкту. Ймовірність відмови Q(t) - це ймовірність того, що у межах заданого напрацювання відмова об'єкта виникне. Інтенсивність відмов л - це умовна щільність розподілу, часу безвідмовної роботи для моменту часу t при умові, що до цього моменту відмова не відбулась [5].

В даному дипломному проекті розглядається технологічний процес сушки сироватки - система, а елемент - циклони, двигуни, насоси і т.д. Для дослідження на надійність обираємо насоси, оскільки вони є складовою частиною процесу, виконують конкретну функцію і при відмові хоча б одного з них призведе до ланцюга проблем: зупинки неперервного технологічного процесу, простою обладнання і витрат на ремонт. Далі необхідно визначити для будь-якого моменту часу такі показники, як ймовірність безвідмовної роботи насосу P(t), ймовірність відмов Q(t) та середнє значення напрацювання до відмови T0. Для цього також треба знати закон розподілу характеристичних випадкових величин в залежності від закону розподілу відповідної випадкової величини. Так як інтенсивність відмов в даному технологічному процесі величина стала, тобто л=const, то надійність роботи насосів будемо розраховувати за експоненційним законом розподілу. Даний закон найчастіше застосовується для оцінки надійності об'єктів. Це можна пояснити тим, що по-перше - при постійній відмові функції для оцінки показників надійності є досить простим; по-друге - експоненційне розподілення напрацювання до відмови є типовим для об'єктів, що складаються з багатьох елементів для яких характерне різне розподілення напрацювання до відмови; по-третє - для всіх випадків приймається л=const.

Для дослідження системи на надійність обираємо систему зображену на рис 8.1. Відмова хоча б одного елемента системи може призвести до зупинки неперервного технологічного процесу, зниження продуктивності виробництва, простою обладнання і витрат на ремонт.

Рисунок 8.1 - Система досліджувана на надійність

Необхідно визначити такі показники, як ймовірність безвідмовної роботи системи P(t), ймовірність відмови під час роботи, середнє напрацювання на відмову T₀, щільність розподілу f(t), що відповідає часу безвідмовної роботи або відновлення системи при відмовах. При цьому нам відомо, закон розподілу характеристичних випадкових величин є експоненційним, тобто

( 8.1)

По відомій функції розподілу F(t), диференціюючи по параметру t, необхідно вивести вираз щільності розподілу f(t), тобто

(8.2)

Далі, знаючи щільність f(t), обчислюємо ймовірність безвідмовної роботи:

(8.3)

Ймовірність відмови під час роботи на протязі часу t:

(8.4)

Інтенсивність відмов в даному технологічному процесі: л₁=6·10^-5, л₂=8·10^-5, л₃=9·10^-6, л₄=3·10^-5, л₅=7·10^-4, л₆=5·10^-5. Час, протягом якого досліджується робота системи - t = 1440 год.

Обраховуємо загальну надійність системи:

Р₁₂ = 1-(1-Р₁)(1-Р₁), (8.5)

Р₂₃ = 1-(1-Р₂)(1-Р₃)(1-Р₄), (8.6)

Р₄₅ = 1-(1-Р₅)(1-Р₅), (8.7)

Р₁₆ = Р₁₂* Р₂₃* Р₄₅*Р₆. (8.8)

Підставивши значення ймовірності безвідмовної роботи у формулу 8.8 отримаємо:

P₁₆ =(1- (1- e^-л₁^t)²)* (1- (1- e^-л₂^t)( 1- e^-л₃^t)( 1- e^-tл₄))*(1- (1- e^-л₅^t)²)*e^-tл₆ 8.9

Звідси ймовірність безвідмовної роботи протягом 1440 годин: Р₁₆ = 0,551

Всі розрахунки проводимо за допомогою пакету MathCAD. Значення розрахованих величин заносимо в таблицю 8.1.

Таблиця 8.1 - Розрахунок надійності системи

Графічне зображення залежності ймовірності безвідмовної роботи P(t) від часу роботи системи показано на рисунку 8.2, залежність щільності розподілу f(t) від часу роботи системи - на рисунку 8.3., а ймовірність відмови підчас роботи на рисунку 8.4

Рисунок 8.2 - Залежність ймовірності безвідмовної роботи від часу роботи системи

Рисунок 8.3 - Залежність щільності розподілу f(t) від часу роботи системи

Рисунок 8.4 - Залежність ймовірності відмови роботи системи від часу

Проаналізувавши побудовані графіки бачимо, що із збільшення часу роботи клапана ймовірність безвідмовної роботи і щільність розподілу f(t) спадає. Тобто із часом при експлуатації обладнання ймовірність відмов зростає.

9. РОЗДІЛ СПЕЦІАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ

9.1 Розрахунок часу заповнення ємності

Для забезпечення керування процесом в ручному і автоматичному режимі потрібно розрахувати витрату олії в ручному режимі.

Об'єм розчинів V=651л. в ванні.

Об'єм сиркової маси .

Початковий тиск Р=0,35кг/см² .

Початковий тиск .

Внутрішній діаметр труби для подачі D₁=25мм=0,025м.

Внутрішній діаметр труби для подачі олії D₂=15мм=0,015м.

Визначимо через який час звільняться ємності.

Так як ємності випорожняються то рівень в бачках буде зменшуватись, а в ванні буде збільшуватись.

Рідина у ванні буде вливатись з 3-х основних дільниць:

Резервуари 1,2 - циліндрична частина.

Резервуари 1,2 - конічна частина.

Трубопровід.

Площа циліндричної частини резервуару:

(9.1)

Площа конічної частини резервуару:

, де (9.2)

Рисунок 9.1 - Схема резервуару №1, 2

Знайдемо площу конічної частини резервуару:

(9.4)

(9.5)

де ; ; (9.6)

;

,

де h змінюється від 0,1м0.

Площа трубопроводу:

; (9.7)

Таким чином:

; ; .

Час витікання з циліндричної частини резервуарів №1, №2 згідно формули:

(9.8)

(9.9)

згідно [13] ; .

Час витікання з конусної частини резервуару:

; (9.10)

;

,(9.11)

де

; (9.12)

; (9.13)

.

Час заповнення в ручному режимі:

(9.14)

Визначимо час витікання шоколадної маси в ручному режимі.

Рисунок 9.2 - Схема резервуару №3 h₁₁=0.05м; D₂₂=0.4м

Час витікання з циліндричної частини резервуара:

(9.15)

; (9.16)

(9.17)

; (9.18)

; (9.19)

.

Час витікання з конусної частини резервуару:

; (9.20)

(9.21)

; (9.22)

де (7.23)

Отже виходячи з попередніх розрахунків час розчинів становить 11хв при діаметрі трубопроводу d_т=25мм. Що задовольняє технічні вимоги.

Розчин олії заливається 4,2хв при діаметрі трубопроводу d_т=15мм. Що задовольняє технічні вимоги.

9.2.Визначення діаметрів насадок при роботі в автоматичному режимі

Подача розчинів в автоматичному режимі:

Подача олії в автоматичному режимі:

Розрахуємо насадку для подачі розчину в ванну.

Тиск що діє на насадку

. (9.24)

Згідно формули 4.118[13] визначимо швидкість витікання розчину:

, (9.25)

де - коефіцієнт швидкості =0,97; Н - висота рідини перед насадкою.

.

Визначимо поперечний переріз отвору:

; (9.26)

Знаходимо діаметр отвору насадки:

; (9.27)

; (9.28)

приймаємо d₀=3,62мм.

9.2.1 Розрахунок насадок для подачі розчинів в проміжні бачки

Подача розчинів в автоматичному режимі:

Витрата в кожному з бачків буде в 2- рази менша:

. (9.29)

Вибираємо коноїдальну насадку згідно [13]:

.

Час витікання розчину в об'ємі 30хв. Для забезпечення нормальної подачі розчину і позиційного регулювання візьмемо подачу в 2 рази більшою, тобто t=30хв.=1800сек.

Приймемо що резервуар циліндричний, тоді:

; (9.30)

(9.31)

; (9.32)

.

Визначимо діаметр насадки:

; (9.33)

.

Отже згідно розрахунків .

9.2.2 Розрахунок насадок для подачі в автоматичному режимі

Подача в автоматичному режимі:

Тиск, що діє на насадку:

(9.34)

Згідно формули 4.118[13] визначимо швидкість витікання розчину маси:

, (9.35)

де - коефіцієнт швидкості =0,97, Н - висота рідини перед насадкою:

.

Визначимо поперечний переріз отвору:

. (9.36)

Знаходимо діаметр отвору насодки:

; ; (9.37)

приймаємо d₀=1,49мм.

9.2.3 Розрахунок насадки для подачі в проміжний бак

Вибираємо коноїдальну насадку згідно [13]:

.

Для забезпечення нормальної подачі розчину і позиційного регулювання візьмемо подачу в 2 рази більшою, тобто

. (9.38)

Приймемо що резервуар циліндричний

(9.39)

; (9.40)

.

Визначимо діаметр насадки:

; (9.41)

.

Отже згідно розрахунків .

10. МОНТАЖ ТА НАЛАГОДЖЕННЯ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ

10.1 Загальні положення

Для розміщення засобів контролю та керування технічним процесом відбілювання олії, контролю вимірювання приладів, сигнальних пристроїв, апаратури керування, автоматичного керування, захисту, блокування призначені щити. Щити повинні бути встановлені в операторському приміщені, при цьому мають місце короткі електричні з'єднання і велика надійність проти дії завад. При розміщені приладів та апаратури на щитах не допускається: 1) встановлення приладів та засобів автоматизації на бокових стінках та дверях щитів 2) встановлення внутрішньощитової апаратури на допоміжних елементах щитів а також на кришках щитів.

10.2 Розміщення засобів автоматизації

Для розміщення засобів автоматизації використання два щити. Компоновка приладів та апаратури на фасадних панелях щитів виконана з врахуванням вимог та конфігурації монтажних зон. Розміщення засобів автоматизації наведено графічних матеріалів. На передній панелі у верхній зоні розміщене світлове табло сигналізації, захисту та блокування. В середній зоні розміщуються вторинні показуючи і реєструючи прилади: температури олії з секції нагріву, температури олії на виході з секції охолодження, кількість адсорбенту, температура адсорбенту, температури готової олії, температура олії на виході, тиску гріючої пари на вході в збірник олії, температура олії на виході, витрати гріючої пари на вході в підігрівач, витрати олії і глини на вході в адсорбер, рівень і тиск в адсорбері, витрати, тиск стиснутого повітря на вході в резервуар глини, рівень в резервуарі, витрати і тиск води на вакуумний насос. Вибір кабелів виконаний згідно матеріалу РМ4-6-79 'Проектування електричних та трубних проводок. Частина 1. Електричні проводки'. Монтажо-комукаційна схема щита, та електрична схема живлення жита наведена графічних матеріалів. Монтаж приладів в середині щита здійснюється з урахуванням можливості обслуговування приладів і допоміжних елементів. Центральний пункт керування, де будуть розміщені оперативні щити, пульти, дисплеї систем контролю, щити регуляторів розташовується у частині виробничого приміщення, яке відокремлене від основного прозорою перегородкою, що забезпечує звукоізоляцію. Приміщення центрального пункту керування повинне відповідати вимогам, які вказані в розділі 'Охорона праці'. Електричні проводки вимірювальних ліній виконуються в приміщенні пункту керування на рівні верхньої частини щита, а потоки електричних ліній живлення, керування і сигналізації на рівні нижньої частини щита. Електричні проводки між приладами і апаратами виконуються безпосередньо між зажимами, розташованими на панелях щита цих приладів без переходу через зборки затискачів щита. Електричні і трубні проводки повинні відповідати всім вимогам, що забезпечують надійну і безаварійну роботу обладнання. Кабелі, які йдуть від здавачів, встановлених на об'єкті повинні бути поміщені в захисні труби. Для об'єднання декількох кабелів в один використовуються з'єднувальні коробки. Електричні проводки від з'єднувальних і протяжних коробок до відповідних панелей щитів виконують установчими проводами в коробках чи латках, або неброньованим кабелем на кабельних конструкціях. Всі кабелі проводки, що проходять поблизу технологічного обладнання і трубопроводів повинні прокладатись з таким розрахунком, щоб температура оточуючого повітря не перевищувала задані межи для кожного конкретного типу кабеля. При проході через стіни, або перекриття будівель і споруд необхідно передбачити розмір пройому, а також герметизуюче ущільнення у разі необхідності.

11. ОХОРОНА ПРАЦІ І НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

11.1 Правила техніки безпеки при експлуатації неперервної установки для відбілювання олії

1. Технологічний процес повинен проводитися у відповідності з вимогами по ТБ і ОП.

2. Установка повинна бути оснащена необхідними контрольно-вимірювальними приладами.

3. Всі рухомі частини обладнання і частини, які обертаються, повинні бути огороджені. Знімати їх тільки при зупинці механізму і знеструмлення електродвигуна.

4. При роботі обладнання забороняється відкривати оглядові віконця і люки апаратів, не допускати просочування, пари, олії, конденсату на з'єднаннях, люках.

5. Апарати, трубопроводи, паропроводи, розміщені в цеху підлягають зовнішній ізоляції. Температура поверхні обладнання і трубопроводів на робочих місцях не повинні перевищувати 45⁰С.

6. На всіх кранах повинно бути позначено положення крану. Крани повинні мати постійно надійно закріплені ключі. На кожному маховику, засувці повинно бути показано стрілкою напрям руху 'відкрито - закрито'. У випадку установки заглушок, останні повинні мати хвостовик, пофарбований в червоний колір.

7. Обладнання, яке потребує постійного обслуговування на висоті 1,5 і більше метрів, оснастити стаціонарними площадками з перилами і драбинами.

8. Чищення, миття ємностей проводиться тільки після відповідної підготовки (видалення залишків продукту, охолодження, промивання або пропарювання) і проводиться при суворому дотриманні заходів захисту обслуговуючого персоналу.

9. Працівники допускаються до виконання самостійної роботи після ознайомлення і проходження інструктажу по охороні праці у відповідності з ст. 20 Закону України 'Про охорону праці' п. 1.3. і 'Типового положення про вивчення, інструктажах і перевірці знань працюючих по питаннях ОП'.

10. Промислові і підсобні приміщення повинні бути забезпечені первинними засобами пожежегасіння. Засоби пожежегасіння і зв'язку повинні бути завжди справними і безвідмовно працювати як під час роботи установки, так і при її ремонті.

11. При роботі з відбілюючої глиною не допускається розсипання глини, утворення пилу і аерозолів. При контакті глини з шкірою змити з милом великою кількістю води. При вдиханні - вийти на свіже повітря, при ковтанні - промити рот водою. При попаданні в очі - негайно промити у великій кількості води як мінімум на протязі 15 хв. При утворенні пилу використовувати індивідуальні засоби захисту: протипилова маска, окуляри, рукавиці. Гранично допустима концентрація пилу в повітрі (ГДК) складає 4 мг/м³ відповідно параметрів безпеки АО 'Зюйд-Хеми' Мюнхен.

12. При експлуатації електричного інструменту необхідно зберігати його в сухих місцях, виконувати поради та вимоги інструкцій по експлуатації. Електроінструмент і допоміжне обладнання до нього (трансформатори, перетворювачі частоти, захисні вимикачі) повинні перевірятися не рідше одного разу в шість місяців. Технічне обслуговування цих пристроїв повинно проводитись спеціально підготованим персоналом.

13. Щоб ввімкнути електричні прилади слід спочатку перевірити правильність збирання схеми згідно проекту, надійність контактів на всіх приладах, апаратах та інших елементах схеми.

11.2 Боротьба з шумом та вібрацією

Шум та вібрація в олієживрових підприємствах виникають при подрібненні різних матеріалів, розмелюванні, сортуванні та просіюванні, роботі технологічного обладнання (шнекові преси), компресорів, вентиляторів та інших машин та апаратів.

В результаті шуму і вібрації, які шкідливо діють на організм, спостерігається зниження продуктивності праці, подразнення нервової системи, а при тривалому впливі виникають такі професійні захворювання, як туговухість та глухота.

В цеху відбілювання олії джерело постійного шуму - насоси, які перекачують олію від апаратів і вакуумного насоса. Для ліквідації чи суттєвого зниження шуму та вібрацій вентилятори та великі електродвигуни повинні бути винесені в окремі ізольовані приміщення чи кабіни, між станиною та підлогою встановлюють шумо- та вібропоглиначі матеріали.

За характером шум широкосмуговий з неперервним спектром, шириною не більше однієї октави, за часовими характеристиками - постійний, оскільки рівень звуку за восьмигодинний робочий день змінюється не більше ніж на 5 дБ при зміні повільного шумоміра. Допустимі норми звукового тиску на робочих місцях у виробничих приміщеннях приведено у таблиці 11.1.

Таблиця 11.1 - Допустимі норми звукового тиску на робочих місцях у виробничих приміщеннях приведено

11.3 Протипожежні вимоги до обладнання

Цех відбілювання олії згідно [10] відноситься до категорії 'В' (пожежонебезпечні). До цієї категорії До цієї категорії відносяться приміщення, в яких містяться горючі та важкогорючі речовини та матеріали, які здатні при взаємодії з водою, киснем або один з одним спричиняти горіння у випадку аварій та несправностей.

Виходячи з попередніх даних до обладнання висуваються вимоги, наведені в таблиці 11.2.

Таблиця 11.2 - Вимоги до обладнання

11.4 Метеорологічні умови на виробництві

Під метеорологічними умовами на виробництві розуміють сукупність таких факторів, як температури, швидкості руху та вологості повітря в приміщення, які в умовах виробництва в різні пори року змінюються. Цьому сприяють в значній мірі тепловипромінювання від апаратів та машин, виділення пари через нещільності в обладнанні та комунікаціях. Зниження температури викликає в організмі людини посилення виділення тепла, виділення поту. Підвищена вологість в приміщенні при високій температурі уповільнює вивід тепла організмом.

При виконанні робіт операторського типу на робочому місці повинні виконуватися допустимі величини, оскільки оптимальні показники мікроклімату неможливо забезпечити по технологічних і технічних причинах.

Важкість робіт оператора - середня ІІа (з енергозатратами 175-232 Вт) - це робота, пов'язана з постійним ходінням, переміщенням легких (до 1 кг) предметів або виробів у положенні сидячи і потребує деякого фізичного навантаженні [11].

Вибір необхідної температури та вологості повітря в робочих зонах виробничих приміщень здійснюється на основі діючих норм, у відповідності з якими в цеху відбілювання олії повинні підтримуватися умови, наведені в таблиці 11.3.

Таблиця 11.3 - Умови в цеху відбілювання

11.5 Вентиляція виробничого приміщення

Вентиляція робочих зона та ділянок виробничого приміщення призначається для видалення шкідливих газів, парів та пилу з метою відсутності їх дії на організм людини, попередження можливості утворення вогне- та вибухонебезпечних концентрацій, покращення температурних та інших метеорологічних умов та для неперервного надходження свіжого повітря. Надходження свіжого повітря до робочих місць та зон у виробничому приміщенні можна посилити відкриванням з навітреної сторони фрамуг, віконних кватирок, а також використання витяжних шаф.

В цеху відбілювання олії використовують систему аспірації.

Для видалення пилу, який утворюється внаслідок засипання відбілюючої глини через завантажувальний ковш, використовують вентилятор, циклон, мийку.

Рисунок 11.1 - Схема видалення пилу з установки

Пил втягується за допомогою вентилятора в герметичний ковшовий транспортер, потім поступає на циклон. В циклоні пил, що зібрався в нижній частині висипається в резервуар відбілюючої глини, а повітря з залишками пилу із циклона поступає на мийку, де зрошується водою. Повітря потім виводиться в атмосферу, а вода з мийки поступає в барометричну коробку, яка періодично вичищається від осаду.

11.5.1 Розрахунок вентиляції для дільниці відбілювання олії

Основне завдання розрахунку загально обмінних систем штучної вентиляції - визначити кількість повітря, яке необхідно подати і вилучити з приміщення. При розрахунку вентиляції в цехах, повітрообмін, як правило, визначають розрахунковим шляхом за конкретними даними про кількість шкідливих виділень (теплоти, вологи, газів та пари).

Для цеху відбілювання олії, де виділяються шкідливі речовини, повітрообмін в робочу зону, з метою розбавлення їх приливним повітрям до гранично допустимих концентрацій:

, м³/год, (11.1)

Де кількість шкідливих виділень в цеху, г/год; гранично допустима концентрація шкідливих виділень в повітря цеху, мг/м³; концентрація шкідливих виділень в припливному повітрі, мг/м³:

м³/год.

Встановлена потужність електродвигуна для вентилятора (кВт) розраховується за формулою:

, (11.2)

Де повний тиск вентилятора, кг•с/м²; продуктивність вентилятора, м³/год; ККД вентилятора, ; ККД приводу, який рівний ; коефіцієнт запасу, .

кВт.

11.6 Актуальна проблема сучасності - охорона навколишнього середовища

Проблема охорони навколишнього середовища, збереження його якості, раціонального використання природних ресурсів виникла порівняно недавно. Тридцять - сорок років тому людство не особливо турбувала якість середовища проживання, а природні багатства рахувалися невичерпними.

Однак за останні десятиріччя було зібрано безліч науково - обґрунтованих факторів, які підтверджують наявність негативних наслідків діяльності людини для природного середовища. Це обумовило формування однієї з найважливіших проблем глобального масштабу - проблеми навколишнього середовища. Сьогодні її вирішення оцінюється як невід'ємна умова збереження здоров'я і життя існуючих та майбутніх поколінь, подальшого економічного прогресу суспільства.

Проблема збереження якості природного середовища охоплює усі сфери діяльності людства і включає в себе як соціальні, так і економічні питання, рішення яких є надзвичайно важливим.

Найбільш гостро екологічна проблема проявляється в містах, де на відносно незначній території сконцентрована велика кількість промислових об'єктів, транспорту, житлових масивів. Постійний шум, вуличний рух, забруднення атмосфери - це створює серйозну загрозу здоров'ю громадян.

Шкідливі речовини, які містяться в повітрі, навіть в незначних концентраціях, здатні проникати в організм людини різними шляхами і здійснювати патологічний вплив з різними проявами. Відомо, наприклад, що у вихлопних газах автотранспорту поряд з іншими шкідливими компонентами містяться так звані канцерогенні речовини, які здатні викликати злоякісні новоутворення.

Зростаючи з кожним роком забруднення навколишнього середовища - забруднення вторинних водойм і просторів моря та океанів, знищення рослинного та тваринного світу - потребує прийняття термінових заходів по нормалізації та стабілізації його якості.

Основною формою діяльності органів охорони навколишнього середовища на промислових підприємствах є розробка комплексу заходів по зниженню негативного впливу джерел забруднення на екологічні системи.

Для очищення стоків харчових підприємств в сучасних умовах використовують різні методи: фізико-хімічні, електрохімічні, комбіновані.

Стічні води базового підприємства (Вінницький ОЖК), яке займається не тільки випуском олії, а 1 переробкою жирів, включають значну кількість забруднень біологічного характеру.

Промислові стічні води відносяться до умовно чистих. Це води від охолодження технологічного обладнання, компресорів. Ці води охолоджуються в заводському колодязі, а потім повертаються у виробництві при обмеженому додаванні свіжої води. Хімічний склад таких вод залежить від призначення, а також від якості використання для систем водообміну води і від організації технологічного процесу.

Очищення стічних вод на базовому підприємстві проходить методом відстоювання, а подекуди і фільтрації. Фільтрація проходить на швидких фільтрах напірного типу. Їх робота характеризується умовною швидкістю, що дорівнює відношенню об'єму профільтрованої води до поверхні фільтра і вимірюється в метрах в годину (5-20 м/год).

Так, як стічні води забруднюються відбілюючої глиною, розчинниками в якості завантаження фільтру використовується подрібнена кварцова окрошка, з діаметром зерен кам'яного вугілля 1-3 мм.

Фільтри підлягають промиванню водою у зворотному напрямку руху фільтрованої води. Періодичність промивання залежить від втрати напору.

11.7 Шкідливий вплив комп'ютера та захист від нього

Після впровадження нововведення, поданого в даному проекті, негативний вплив буде спрямований на працівників, які безпосередньо будуть працювати з комп'ютерами.

При роботі з комп'ютерами на людину здійснюють вплив фактори, які негативно відображаються на її працездатності та здоров'ї.

Наприклад, пов'язані з неправильною організацією трудового процесу, порушення режиму праці та відпочинку, неправильна робоча поза, недостатнє освітлення робочого місця, надмірне фізичне або нервово-психологічне навантаження (первтома), по-друге, ті, що безпосередньо обумовлені особливостями трудового процесу, а саме: некомфортний мікроклімат (перегрівання, переохолодження, протяг, запиленість), надмірний шум та вібрація, різні види електромагнітного випромінювання (теплове, ультрафіолетове, високочастотне) або просто механічні фактори, які можуть привести до травми чи захворювання.

Для того, щоб захистити здоров'я працівників, їм слід дотримуватися ряду вимог, які приведені нижче.

Вимоги до захисту від електромагнітних випромінювань і електростатичних полів:

Персональні електронно-обчислювальні машини з джерелами широкополосних електромагнітних випромінювань:

- м'якого рентгенівського;

- ультрафіолетового (УФ1) 200 - 400 мм;

- видимого 400 - 700 мм;

- близько інфрачервоного 700- 1050 мм;

- радіочастотного діапазон 3 кГц - 30 МГц;

- електростатичних полів (ЕСП).

Електропозиційна потужність пучка рентгенівського випромінювання в діапазоні 200-315 мм не повинна перевищувати 10 мкВт/м²; а в діапазоні випромінювання 315-400 мм і видимого діапазоні випромінювання від 400 до 700 мм - 0,1 кВт/м². Рівні напруги електростатичних полів (ЕСП) не повинні перевищувати 15 кВ/м. При перебільшенні ЕСП слід користуватися засобами захисту від статичної електрики, підвищувати вологість повітря, а також кожен день витирати пил з екрану і поверхні монітору.

Вимоги до шуму та вібрації:

Рівень шуму в кабінеті обчислювальної техніки (КОТ) та дисплейних класах (ДК) при непрацюючій ЕОМ не повинен перевищувати 40 дБ, а при роботі системи повітряного опалення, вентиляції, кондиціонування повітря - 55 дБ. Тому шумне обладнання, таке як друкуючі пристрої, що створюють високий рівень шуму, який перевищує допустимі рівні, розміщують поза приміщенням кабінету та дисплейного класу, в спеціальних приміщеннях. Для зниження рівня шуму стеля або стіни облицьовуються звукопоглинаючими матеріалами з максимальним коефіцієнтом звукпоглинання в області частоти 63-8000 Гц.

Вимоги до хімічного складу повітря в кабінетах обчислювальної техніки:

Шкідливі хімічні речовини не повинні перевищувати гранично допустимі концентрації у відповідності з 'Гранично допустимими концентраціями (ГДК) забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених міст' №3086-84 від 27 серпня 1984 року.

Перелік шкідливих речовин:

- аміаку 0,04 мг/м³; озону 0,03 мг/м³; фенолу - 0.)03 мг/м³; ацетону -0,35 мг/м³; бензолу - 0,1 мг/м³.

Монітори повинні мати антибликуюче покриття з коефіцієнтом відбивання не більше 0,5.

12. РОЗРАХУНОК ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЕКТОВАНОЇ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ

12.1 Розрахунок витрат на розробку програмного продукту

Розрахунок капітальних витрат на модернізацію процесу відбілювання олії включає:

1. Основна заробітна плата розробників, розраховується за формулою:

, (12.1)

Де основна заробітна плата, грн.; місячний посадовий оклад робітника, грн. В 2004 році величина окладів коливалась в межах 100?300 грн. число робочих днів в місяці, приблизно , число днів роботи розробника (дослідника).

грн..

грн..

грн..

Усі розрахунки зводимо в таблицю 12.1.

Таблиця 6.1 - капітальні витрати на модернізацію процесу відбілювання олії

2. Додаткова зарплата розробників розраховується як 10-12% від основної. Приймаємо 10%, тоді:

грн. (12.2)

3. Нарахування на заробітну плату розробників складають 37,5% від суми основної і додаткової заробітної плати:

грн. (12.3)

4. Витрати на придбання нового обладнання, його монтаж та налагодження можна розраховувати за формулою:

, (12.4)

Де - вартість нового обладнання, грн.; - ціна придбання обладнання даного виду, грн.; - кількість однотипного обладнання, шт.; - коефіцієнт, що враховує постачання, монтаж, налагодження обладнання, тощо, ; - кількість видів обладнання.

грн.

Розрахунки зведено до таблиці 12.2.

Таблиця 12.2 - Витрати на придбання нового обладнання

Статті витрат на оренду приміщення та придбання інструменту виключаються, оскільки модернізація відбілювання олії проводиться на матеріально-технічній базі комбінату.

5. Інші витрати (накладні витрати) - приймаються як 100-300% від суми основної заробітної плати розробників:

грн. (12.5)

6. Сума всіх попередніх статей дає капітальні витрати на модернізацію технологічного процесу - .

грн. (12.6)

12.1 Розрахунок технологічності собівартості одиниці продукції

Так, як продукція має виробниче значення, тобто призначена для подальшої обробки, то розраховується технологічна собівартість. Вона включає суму витрат тільки на ті елементи, які різняться у порівняльних варіантах. Як правило, це тільки прямі статті витрат, а саме:

- сировина на основні матеріали, за винятком відходів;

- витрати на електроенергію;

- основна зарплата основних робітників;

- додаткова заробітна плата основних робітників;

- нарахування на зарплату основних робітників.

1. Витрати на матеріали розраховуються по кожному виду матеріалів за формулою:

, (12.7)

Де витрати на матеріали, грн.; витрати матеріалу го найменування, л(грн.); вартість матеріалу го найменування, грн./л.; коефіцієнт транспортних витрат, ; маса відходів го найменування, грн./л.; кількість видів матеріалів.

Приведені розрахунки зведено до таблиці 12.3.

Таблиця 12.3 - Витрати на матеріали

3. Витрати на силову електроенергію розраховується за формулою:

, (12.8)

девартість силової електроенергії, грн.; вартість 1 кВт/години електроенергії, грн./кВт.; встановлена потужність обладнання, кВт.; фактична кількість годин роботи обладнання при виконанні технологічних операцій, в результаті чого виробляється один продукт, год.; коефіцієнт використання потужності, .

грн.

4. Витрати на основну заробітну плату робітників розраховуються на основі норми часу, які необхідні для виконання технологічних операцій по виготовленню одного продукту:

, (12.9)

де: заробітна плата, грн.; норма часу на виконання технологічних операцій, год.; число робіт по видах та розрядах; коефіцієнт співвідношень, який встановлений в даний час, , приймаємо , погодинна тарифна ставка робітника відповідного розряду, який виконує відповідну технологічну операцію, грн./год.

визначаємо за формулою:

, (12.10)

демінімальна місячна оплата праці, грн.; тарифний коефіцієнт робітника відповідного розряду та професії; число робочих днів в місяці, ; тривалість зміни, 8 год.

Розрахунки зведемо для зручності в Таблицю 12.4.

Таблиця 12.4 - Витрати на основну заробітну плату робітників

5. Додаткова заробітна плата робітників розраховується як 10-12% від основної зарплати:

грн. (12.11)

6. Нарахування на заробітну плату складають 37,5% від суми основної і додаткової заробітної плати:

грн. (12.12)

7. Сума всіх попередніх статей витрат дає нам технологічну собівартість одиниці продукції:

грн. (12.13)

12.3 Розрахунок економічного ефекту

Економічний ефект від проведення модернізації технологічного процесу відбілювання олії розраховується за формулою:

, (12.14)

деекономічний ефект, грн./рік; технологічна собівартість одиниці продукції до модернізації, або при використанні старого технологічного процесу, грн./л. грн./л. згідно з номенклатурною документацією економічного відділу ОЖК; технологічна собівартість одиниці продукції після модернізації, або при використанні нового технологічного процесу, грн./л; обсяг виробництва продукції за рік після модернізації або після впровадження нового технологічного процесу, л.

грн./рік

12.4 Розрахунок терміну окупності

Розрахунок терміну окупності додаткових капітальних вкладень проводиться за формулою:

, (12.15)

детермін окупності вкладень, років; капітальні вкладення або додаткові капітальні вкладення, необхідні для реалізації нового технологічного процесу, нової дільниці, цеху, або для їх модернізації; технологічна собівартість одиниці продукції до модернізації, або при використанні старого технологічного процесу, грн./л. грн./л. згідно з номенклатурною документацією економічного відділу ОЖК; технологічна собівартість одиниці продукції після модернізації, або при використанні нового технологічного процесу, грн./л;обсяг виробництва продукції за рік після модернізації або після впровадження нового технологічного процесу, л.

року.

Коефіцієнт економічної ефективності:

. (12.16)

автоматичний управління математичний мікроконтролер

Висновок: Будь-яка міра заходів, направлена на модернізацію автоматизованих систем, тягне за собою підвищення вартості продукту. Проте, якщо затрати направлені на вдосконалення системи управління технологічним процесом відбілювання олії, то вони відносно легко можуть бути виправдані завдяки широкому попиту якісної олії.

З розрахунків випливає, що внаслідок впровадження нової системи управління буде отримано річний приріст прибутку на 13005 грн. Термін окупності капітальних затрат складе 1,5 року, що відповідає нормативному.

Отже, впровадження заходів по модернізації автоматичної системи управління технологічним процесом економічно доцільно.

12.5 Організація технологічного контролю якості продукції

У відповідності з ГОСТ17341-71 технологічний контроль - це перевірка відповідності процесів, від яких залежить якість продукції, та їх результатів встановленим технічним вимогам.

Система технічного контролю (його об'єкти, контрольні операції, засоби механізації і автоматизації контрольних операцій) являється невід'ємною частиною виробничого процесу і розробляється одночасно з технологією виробництва службою головного технолога підприємства або відповідними проектно-технологічними організаціями при участі або з узгодженням з відділом технічного контролю (ВТК) і в обов'язковому порядку фіксується в затверджуваних технологічних процесах.

Основне мета технологічного контролю - це своєчасне виявлення дефектів продукції, яка випускається, і запобігання випуску продукції, яка не відповідає стандартам і технічним вимогам.

Дефект - це кожна окрема невідповідність продукції вимогам, встановленим нормативною документацією. Нормативна документація вміщує інформацію про допустимі відхилення дійсних значень окремих параметрів або показників якості від номінального значення.

Ознакою дефекту в досліджуваній продукції є будь-який з показників її якості (параметрів), який відхилився за граничне значення або не виконується одна з вимог нормативної документації до якісних показників продукції. В таблиці 12.5. представлено перелік дефектів при технологічному процесі відбілювання олії і шляхи усунення їх.

Таблиця 12.5 - Перелік дефектів при технологічному процесі відбілювання олії і шляхи усунення їх

По якісних показниках олія повинна відповідати наступним нормам ГОСТ1129-93, які приведені в таблиці 12.6.

Таблиця 12.6 - Норми якісних показників

Висновок: Контроль відбіленої олії на Вінницькому ОЖК проводять одноразово після фільтрування на фільтр-пресі.

З умов виробництва, що розглянуті в технологічному розділі даного дипломного проекту видно, що дефекти відбілювання олії відносяться до виправних, і як показує таблиця 12.5 легко усуваються.

ВИСНОВКИ

Поштовхом до розробки даного дипломного проекту послужила не лише необхідність при закінченні курсу навчання в технічному університеті обов'язкового захисту, а й бажання спрямувати свої зусилля на розробку нових та вдосконаленню існуючих ідей та технічних рішень щодо конкретних промислових підприємств.

Об'єктом вдосконалення в даному дипломному проекті обрано цех відбілювання олії на Нововолинському олієжировому комбінаті. З його високовиробничою технологічною лінією та отриманим ефектом від автоматизації технологічного процесу можна досить впевнено розраховувати на швидке відновлення капітальних затрат на модернізацію. Інакше кажучи, зростання прибутків підприємства - найкращий доказ ефективності розробленої системи автоматизації.

АСУ ТП було спроектовано на базі математичних моделей апаратів відбілювання із застосуванням контролера MODICON TSX Micro.

В дипломному проекті детально розглянуто технологічний процес та обладнання цеху, наведені орієнтовні показники ефекту від автоматизації, розглянуто різні проблеми щодо узгоджень приладів контролю та керування, а також наведені певні вимоги з охорони праці людини.

При розробці дипломного проекту було використано технологічну документацію з Нововолинського олієжирового комбінату, оригінальну документацію по мікроконтролеру від GROUPE SCHNEIDER.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Кропп Л.И. Производство подсолнечного масла. -М.: Колос. 1985, -185 с.

2. Воронцов О.С. Производство подсолнечного и соевого масел. -М.: Колос. 1980, -240 с.

3. Адсорбционная технология очистки подсолнечного масла / А.М. Кочановский, Т.М. Левченко. -К.: Техніка. 1981, -175 с.

4. Лис. Ж. Датчики измерительных систем. В двух книгах. -М.: Мир. 1992, -478 с.

5. Томпкинс У., Уэбстелл Дж. Сопротивления датчиков и устройств ввода данных с компютерами ІВМ РС. -М.: Мир. 1992, -304 с.

6. Наладка средств автоматизации и автоматизированных систем регулирования / Под. ред. А.С. Клюева. -М.: Энергоиздат. 1989, -304 с.

7. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. Ащинский А.А. -М.: Машиностроение. 1970, -479 с.

8. Нікітаєв В.Г. Методичні вказівки 'Економіка виробництва'. -Тернопіль: ТДТУ. 1999, -50 с

9. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. -М.: Колос. 1982, -340 с.

10. Теорія автоматичного управління / Під ред. А.А.Воронова. - М. : Вища школа. -1977.-Ч.I.-304с.

11. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теорія автоматичного регулювання. - М. : Наука, 1974.

12. Егоров К.В. Основи теорії автоматичного управління. - М. : 'Енергія', 1967.

13. Техника безопасности в масложировой промышленности. -М.: Пищевая промышленность. 1980, -35 с.

14. ГОСТ11.1.005-88 ССБТ общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны, Введ. 01.01.88. -М.: 1988, -10 с.

15. ГОСТ2.308-79. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей. Переизд. Сент. 1983. Взамен ГОСТ2.308-82. Общие правила выполнения чертежей. -М.: Изд-во стандартов, 1984, -С.103-130.