Автоматизация технологического процесса произодства карамели

Содержание

Задание на курсовое проектирование

Введение

1.Основная часть

1.1 Краткое описание технологического процесса

1.1.1 Технология приготовления карамели

1.1.2 Технохимический контроль производства карамели

1.1.3 Переработка отходов карамельного производства

1.2 Анализ технологического процесса как объекта управления

1.3 Постановка задачи автоматизации

1.4 Выбор комплекса технических средств

1.5 Описание структурной схемы комплекса технических средств

1.6 Описание схемы автоматизации

1.7 Описание принципиальной электрической схемы

2. Заключение

3. Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Задание на курсовой проект

Разработать автоматизированную систему управления технологического процесса производства карамели.

Изучить и описать технологию процесса производства карамели.

Провести анализ процесса, как объекта управления. При этом выделить входные и выходные параметры, возмущающее воздействие и управляющее воздействие.

Дать описательную постановку задачи автоматизации и формализованную постановку задачи автоматизации.

Выбрать комплекс технических средств.

Разработать и начертить в AutoCad:

• структурную схему комплекса технических средств;

• схему автоматизации процесса;

• принципиальную электрическую схему.

Введение

Характерным свойством систем управления, определяющим как их особый класс динамических систем, является использование текущей информации об управляемых и управляющих воздействиях при реализации обратных и компенсирующих связей, предназначенных для обеспечения оптимального качества управления по выбранному критерию. Критерием эффективности пищевых производств принято считать стандартное качество выпускаемых продуктов питания.

Повышение мощности, сложности и стоимости технологических комплексов и систем как объектов управления, ужесточение требований к качеству продукции, охране окружающей среды и безопасности персонала, а также обеспечение длительной работоспособности оборудования являются экономическими и социальными предпосылками к непрерывному совершенствованию систем управления.

Автоматизация производства – одно из главных направлений комплексной программы научно-технического прогресса. Главная цель – обеспечить оптимальное течение технического процесса в реальных условиях при достижении заданного качества и эффективности.

Слово «технология» объединяет два понятия: «techne» – искусство, ремесло техника и «logos» – учение, наука. Таким образом, слово «технология» означает учение или наука о способах и средствах переработки материала.

Современная пищевая технология базируется практически на всех фундаментальных науках. Сложные процессы, происходящие при переработке сырья в продукты питания, основаны на законах физики, теплофизики, химии, биохимии, микробиологии, механики и др. По-настоящему грамотным может быть только технолог, владеющий знаниями в этих областях науки. Технология находится в неразрывной связи с экономикой производства каждого вида продукта. Уместно вспомнить слова Д. И. Менделеева применительно к выплавке железа: «Дело химии изучать получение железа из его руды, а дело технологии изучать выгоднейшие для этого способы, выбирать из возможностей наиболее применяемую по выгодности к данным условиям времени и места, чтобы придать продукту наибольшую дешевизну при желаемых свойствах и формах».

Таким образом, подчеркивается связь технологии с экономикой. Это целиком относится и к пищевым производствам. В данном случае выдвигаются требования к высокому качеству продукта. Цель курсового проекта – познакомиться с процессом производства и технологией. В этом проекте будет рассмотрена кондитерская отрасль пищевой промышленности.

Пищевые производства основаны на химико-технических процессах. Развитие пищевой технологии привело к созданию аппаратов большой единичной мощности, и привело к необходимости созданию автоматизации этих производств. Измерительные приборы и автоматические устройства обеспечивают оптимальное протекания технологического процесса, недоступное ручному управлению. Поэтому автоматизация позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы пищевого производства, улучшить качество.

В настоящее время достигнуты успехи в создании автоматизированных управляющих систем. Это способствовало бурному развитию микропроцессорных средств, способных выполнять весь комплекс функций по преобразованию, подаче, обработке, использованию информации для воздействия на технологический процесс и для связи с оператором. В первую очередь осуществляются измерение, контроль и регулирование состояния технологических объектов.

1.1 Краткое описание производства карамели

1.1.1 Технология приготовления карамели

Технологическая схема производства карамели состоит из следующих основных стадий:

Приготовление сахаро - паточного сиропа

Получение карамельной массы

Обработка карамельной массы (охлаждение, подкисление, ароматизация, проминка и вытягивание карамельной массы)

Приготовление начинок

Формование карамели

Охлаждение карамели

Завертка карамели или защитная обработка ее поверхности (обсыпка, глянцевание, дражирование, глазирование шоколадной глазурью).

Расфасовка и упаковка карамели.

Карамельная масса при температуре свыше 100°С представляет собой вязкую прозрачную жидкость. По мере снижения температуры вязкость ее значительно возрастает. Масса приобретает пластичность при температуре 7090°С. При этих температурах она хорошо формуется. При дальнейшем охлаждении ниже 50° С карамельная масса превращается в твердое стекловидное тело.

Технологический процесс приготовления карамели состоит из следующих стадий: приготовление сиропа; приготовление карамельной массы; охлаждение и обработка карамельной массы; приготовление карамельных начинок; формование карамели; охлаждение карамели; завертывание или отделка поверхности карамели; упаковывание.

Каждая из этих стадий включает много отдельных операций, которые на разных предприятиях и при выработке карамели различных наименований выполняются по-разному.

Исходным продуктом для получения карамельной массы является сахарный сироп. Сиропом называют концентрированный (свыше 40%) раствор различных сахаров (сахарозы, глюкозы, мальтозы, фруктозы и т.д.) или их смеси в воде.

Сироп представляет собой прозрачную вязкую, почти бесцветную жидкость. В зависимости от растворенного сахара сироп называют: сахарным (сахарозы), инвертным (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы), сахаропаточным (сахароза и патока) и т.д.

В карамельном производстве обычно используют комбинированные сиропы, в состав которых входит не один вид сахара, а два или более.

Применение патоки или инвертного сиропа в карамельном производстве обусловлено их антикристаллизационными свойствами. Не представляется возможным приготовить карамельную массу без добавления антикристаллизаторов. При уваривании раствора сахара концентрация его непрерывно повышается и достигает насыщения, т.е. такого состояния, когда дальнейшее увеличение концентрации приводит к перенасыщению и выделению сахара в виде кристаллов.

В связи со всем вышеперечисленным исходным сырьем для приготовления карамельного сиропа как полуфабриката для изготовления карамельной массы служат сахар и патока.

1.1.2 Технохимический контроль производства карамели

Продукцию высокого качества можно выпустить только при соблюдении всех технологических режимов производства и оперативном исправлении всех возможных отклонений. Для такого оперативного исправления возможных отклонений от оптимального технологического режима нужна постоянная оперативная информация о ходе технологического процесса. Такую информацию дает служба технохимического контроля на основе проводимых систематических анализов и показаний контрольно-измерительных приборов.

Контролируют все стадии производства, начиная от поступления сырья и кончая выходом готовой продукции. Качество сырья и материалов контролируют не только в момент поступления, но и периодически при продолжительном хранении на складах.

Одной из главных задач, стоящих перед службой технохимического контроля, является контроль хода технологического процесса производства. Постоянно проверяют все химические и физические изменения, происходящие в сырье и полуфабрикатах на всех стадиях технологического процесса. При этом контролируют параметры технологического процесса, такие как температура, влажность, продолжительность обработки в отдельных аппаратах и т.п.

Большое значение имеет контроль за точностью дозировки отдельных видов сырья и полуфабрикатов в соответствии с рецептурными нормами. Даже незначительные систематические отклонения в дозировке могут значительно повлиять на качество продукции, а также на экономические показатели работы предприятия. Например, при систематическом увеличении нормы введения дорогостоящих пищевых кислот себестоимость продукции значительно повысится, или при систематическом отклонении от нормы расхода шоколадной глазури может намного снизиться качество изделий, или это отрицательно повлияет на экономические показатели работы всего предприятия.

1.1.3 Переработка отходов карамельного производства

Отходы, полученные на различных стадиях производства карамели, взвешивают в лотках и после соответствующей обработки направляют в аппараты для растворения. Полученный сироп используется для приготовления начинок.

Хранение в цехах и транспортирование всех видов отходов брака должны производиться в специальных емкостях с соответствующими надписями. Отходы, полученные на различных стадиях приготовления карамели, взвешивают в лотках, разбирают (удаляют бумагу и фольгу) и направляют для растворения в различные растворители. В целях экономии дорогостоящей шоколадной глазури, рекомендуется производить предварительное снятие глазури с отходов глазированной карамели в машине системы фабрики им. Бабаева.

Способ растворения отходов. Растворение отходов производится как холодным, так и горячим способами, в аппаратах различных систем.

Холодный способ растворения отходов производится в двойном металлическом барабане периодического действия, в котором наружный барабан - неподвижный, а внутренний, выполненный из сетки с диаметром ячеек 5 мм, - вращающийся. Частота вращения сетчатого барабана 4045 об/мин. Он снабжен загрузочной воронкой с крышкой. Для растворения отходов используется сладкая замывная вода, с температурой не ниже +12С. Единовременная загрузка барабана 300 кг отходов и 100 л воды. Продолжительность процесса растворения 25 мин. Содержание сухих веществ в сиропе – не менее 70%. Содержание редуцирующих веществ находится пределах 13,514,5%. Производительность аппарата до 960 кг сиропа в час. Готовый сироп фильтруют через сетки с диаметром ячеек – 3 мм и 1,52 мм. Сироп получается светлый, используется для приготовления фруктово-ягодных и светлых яблочных начинок.

Горячий способ растворения отходов. Растворение отходов при горячем способе (с применением греющего пара) производится либо в диссуторах, снабженных барботером и греющими змеевиками, либо в аппаратах типа автоклавов. В обоих случаях применяется пар давлением 2-3 кгс/см2. При растворении в диссуторе, отходы загружаются в аппарат в количестве не более 600700 кг. При большей загрузке они плохо растворяются, образуют монолитную массу, которая плотным слоем наливает на змеевики и барботер. В результате этого масса пригорает и образующийся на змеевиках значительный слой нагара снижает коэффициент теплопередачи и ухудшает качество сиропа. При растворении отходов сироп уваривают до содержания сухих веществ не менее 70%. Готовый сироп, как и в предыдущем случае, фильтруют через одну или несколько сеток, после чего он поступает в приемный сборник, в котором рекомендуется иметь отстойник.

При горячем способе растворения отходов, в результате длительного и неравномерного нагревания, сироп получается более темный, чем при холодном способе. В данном случае сироп из отходов может быть использован для приготовления темных сортов фруктово-ягодных начинок. Хранение в цехах отходов и их транспортировка должны производиться в специальных емкостях с соответствующими надписями.

1.3 Постановка задачи автоматизации производства карамели

На этапе разработки АСУ ТП формируется цель управления объектом, которая может носить технологический характер или экономический характер (повышение прибыли завода, снижение себестоимости продукции и т.д.).

Задача: Разработать автоматизированную систему управления процесса производства карамели. Для этого выбрать комплекс технических средств автоматизации. Создать структурную, принципиально-электрическую и автоматизированную схему. Обеспечить бесперебойную работу всего отделения и получить однородную массу карамели для дальнейшей обработки в других отделениях.

Главная цель: приготовление карамели из массы получаемой путем уваривания карамельного сиропа.

При этом учитывая, что изготовляемое увариванием сахарного раствора с карамельной патокой или инвертным сиропом до карамельной массы должно быть с влажностью 1,5…4%, с добавлением различных вкусовых, ароматических и красящих веществ. А также при этом температура в процессе уваривания сиропа может изменятся в диапазоне от 100 до 120 °С, а процентное содержание сухих веществ – в пределах 8086 %.

1.4 Выбор комплекса технических средств автоматизации производства карамели

К приборам и средствам автоматизации относится большая группа устройств, с помощью которых осуществляют измерение, регулирование, управление и сигнализацию параметров технологических процессов. Они подразделяются на измерительные и преобразующие приборы, управляющие устройства, исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Большое значение имеет выбор соответствующих приборов, регулирующих устройств и средств вычислительной техники. Правильный выбор средств автоматизации обеспечивает надежное функционирование всех элементов систем автоматического контроля и регулирования.

Для обмена информации эффективно применение протоколов и интерфейсов компонентов АСУТП управляющей сети, а также стандартных интерфейсов связи между микропроцессорными контроллерами, ПТК и ПЭВМ. Реализацию задач управления этим производством можно осуществить с помощью систем управления «Круг» (г. Пенза), фирмы «Прософт» (Россия) и др.

Для реализации управления производством целесообразно применение комплекса «Круг2000».

ПТК «Круг2000» включает пакет программ «Круг2000», любой сертифицированный контроллер (З130, ТК-301 и др.).

Комплекс «Круг2000» предназначен для создания современных АСУТП на объектах со сосредоточенными и распределительными параметрами. На базе ПТК созданы системы, охватывающие уровни управления агрегатом, группами агрегатов, технологической установкой, цехом, производством и объединением.

Особенности ПТК «Круг2000» следующие:

• Все программные и технические компоненты сертифицированы;

• Соответствие стандартом и другим действующим нормативным документам, в частности принятым для АСУТП;

• Открытость систем при наращивании и внесении изменений;

• Поддержка 100%го «горящего» резервирования станцииоператора, контроллеров, сетей;

• Поддержка международных стандартов сетевых протоколов;

• Ремонтопригодность и эффективное сопровождение сетевых протоколов.

Информационные функции: измерении контроль параметров, обнаружение, сигнализация и регистрация случаев отклонений параметров от установленных границ; ручной ввод данных; формирование и выдача оперативных данных; архивирование; анализ срабатывания блокировок и защит; решение расчетных задач.

Управляющие функции: непосредственное цифровое регулирование процессов с использованием всех известных законов автоматического регулирования; реализация схем регулирования формированием их из библиотеки алгоблоков с использованием технологического языка Кругол; выдача задающих сигналов регулятором со станции оператора и дискретных управляющих воздействий на контроллер с клавиатуры ЭВМ.

Система обеспечивает контроль прохождения команд с клавиатуры на монитор и контроллер.

Вспомогательные функции: тестирование и самодиагностика КТС перенастройка системы (реконфигурация ПО), подробная экранная помощь оператору, поддержка единого системного времени.

Локальная сеть АСУ базируется на сетевой (10 или 100 Мбит/с) Ethernetтехнологии. В качестве базового протокола сетевого взаимодействия использован протокол TCP/IP или UDP/IP. При этом предусмотрена программная «надстройка» протокола с обеспечением его адаптации к специальным требованиям, предъявляемым СРВ при обмене данными, предусмотрена возможность 100%го «горящего» резервирования сетей.

Программное обеспечение: в состав ПТК используются следующие ОС:

• DOS, 32разрядное расширение (защитный режим) с встроенным диспетчером задач РВ (сетевая версия) – применяются в контроллере, станциях оператора, станцию инжиниринга, станцию архивирования, станцию лаборатории;

• QNX или DOS – применяются в контроллере;

• Windows NT – применяются во своей системе, кроме контроллера.

Возможно одновременное использование во всей системе нескольких ОС. Конкретный выбор ОС осуществляется с учетом быстродействия, надежности, стоимостных и других характеристик.

Средство КИП (контроль измерительных приборов) и регулирования состоит из следующего выбранного комплекса технических средств автоматизации:

Для измерения и контроля расхода замеса на входе в контактную головку осуществляется с помощью интеллектуального вихревого расходомера модели 8800А;

Для измерения и контроля температуры используются терморезисторные термометры фирмы Метран204 ТСМ;

Для измерения и контроля уровня в варочной колонне и сепараторе был выбран датчик гидростатического давления (уровня) Метран 43 ДГ;

Для измерения давления пара используем датчик Метран 45 ЕхДИ (5130).