Автоматизация технологического процесса производства шоколадной массы - курсовой

Poyasnitelnaya_zapiska.docx

Анализ состояния проблемы. Постановка задачи
Темой данного курсового проекта был выбран процесс производства шоколадных масс на поточной линии на СОАО «Коммунарка».
В настоящие время кондитерское производство в частности производство шоколада шоколадных конфет и т.п. стало очень разнообразным и востребованным в наше время. Например: шоколадные конфеты и шоколад используются как подарки друзьям родственникам и т.д.; также шоколад можно использовать в приготовлении разного рода блюд.
Основной проблемой данного процесса является точная подача конкретного количества компонентов и их соотношение в соответствии срецептурой. Количество компонентов шоколадной массы и их соотношения различны для каждого сорта и определяются рецептурой изделия. Любое нарушение рецептуры приводит к перерасходу
сырья и изменению вкуса и качества изделий т. е к браку. Вследствие этого предприятию может быть нанесен большой ущерб.
Обязанность каждого рабочего – хорошо знать и строго соблюдать рецептуры выпускаемых изделий.
Целью данного курсового проекта является разработка функциональной схемы автоматизации и подбор таких средств автоматизации чтобы осуществлялась точная дозировка компонентов в соответствии с рецептурой.
Задачи курсового проекта:
)Описать технологический процесс производства шоколадных масс охарактеризовать состояние автоматизации объекта;
)Проанализировать особенности технологического процесса производства шоколадных масс на поточной линии;
)Выбрать конкретные схемы регулирования схемы управления;
)Разработать принципиальную электрическую схему управления и сигнализации;
)Разработать функциональную схему автоматизации процесса производства шоколадных масс на поточной линии;
)Разработать и описать схему щита управления и схему соединений;
)Выбрать и обосновать выбор средств автоматизации для разработки данного проекта.
Анализ технологического процесса производства шоколадных масс на поточной линии как объекта автоматизации
Технологическая линия производства шоколадных масс предусматривает смешение масла какао тёртого какао сахарной пудры вкусовых добавок разжижителя. Тёртое какао и масло какао подаются в обогреваемые горячей водой сборники откуда поступают в первый смеситель. В тот же смеситель поступает сахарная пудра. Сахарная пудра получается путём размола сахарного песка поступающего через дозатор из бункера в микромельнице.
Из первого смесителя подаётся в пятивалковую мельницу которая обеспечивает образование тонкрастёртой смеси направляемой во второй смеситель. Сюда же поступают из соответствующих дозаторов разжижитель и эссенция. После перемешивания во втором смесителе смесь поступает в эмульсатор предназначенный для гомогенизации шоколадной массы с целью создания идеальной однородности равномерного распределения ароматических и жировых компонентов. Далее шоколадная масса шестерёнчатым насосом подаётся в подогреваемый горячей водой сборник шоколадной массы.
При автоматизации процесса производства шоколадной должны быть обеспечены точное дозирование компонентов регулирование уровней и температурных режимов в сборниках.
Для обеспечения точной работы дозирующих устройств схема автоматизации предусматривает регулирование уровней в бункере песка сборниках тёртого какао и масла какао.
В сборнике шоколадной массы предусмотрено регулирование уровня по верхнему пределу. При его достижении сигнал от датчика верхнего уровня подаётся на электрический сигнализатор прекращая подачу компонентов из промежуточных сборников и работу соответствующих машин линии. Работа приводов механизмов подающих компоненты в промежуточные сборники управляется соответствующими системами регулирования уровней.
Автоматическое регулирование температурных режимов в сборниках обеспечивается путём управления сливом воды из обогревающих рубашек сборников.
Схема автоматизации обеспечивает управление электродвигателями машин и аппаратов поточной линии. Для перехода с автоматического управления на ручное управление предусмотрены ключи выбора режима.
Сигнализация предельных значений уровня в сборниках и дозаторах обеспечивает оператору возможность наблюдения за работой позиционных систем регулирования уровня и дозирования реагентов оповещает о срабатывании систем блокировки возможности прерывания потока продукта.
Данная схема обеспечивает управление данным процессом со щита управления с помощью соответствующих кнопок а данные с измерительных приборов с помощью дистанционной передачи данных посылается на щит управления где контролируется регистрируется и записывается на ЭВМ.
Управляемыми (регулируемыми) величинами в данном процессе являются расход температура и уровень.
Устройства ГСП по роду используемой вспомогательной энергии носителя сигналов в канале связи применяемой для приема и передачи информации и команд управления делятся на электрические пневматические и гидравлические. В отдельных видах изделий ГСП могут быть использованы и другие виды энергии носителей сигналов (акустическая оптическая механическая и др.). В ГСП входят также устройства работающие без использования вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия). Устройства питающиеся при эксплуатации энергией одного рода образуют структурную группу в Государственной системе приборов или "ветвь ГСП". АСУ ТП комплектуемые из приборов электрической ветви имеют преимущества по чувствительности точности быстродействию дальности связей обеспечивают высокую схемную и конструктивную унификацию приборов. В данном курсовом проекте была выбрана электрическая ветвь ГСП.
Выбор и обоснование средств автоматизации для разработки проекта
В данном разделе приводится обоснование выбранных студентом программно-технических средств автоматизации. Обязательно учитываются особенности протекания технологического процесса уровень автоматизации техника безопасности охрана труда себестоимость средств автоматизации а также цель курсового проекта
1 Выбор и обоснование средств измерения
Для измерения расхода разжижителя (26а) и эссенции(27а) на входе во 2-ой смеситель используется ротаметр металлический ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E стандартного исполнения (рисунок 1).
Назначение: измерение объемного расхода плавноменяющихся потоков жидкостей и газов в том числе химически агрессивных на предприятиях топливно-энергетического комплекса и других отраслей промышленности.
Ротаметры применяются в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности в стационарных технологических установках средствах перекачки.
Ротаметр состоит из двух основных узлов – измерительного узла и узла индикации. Узел индикации может быть оснащен аналоговым токовым выходным сигналом или цифровым HART сигналом для дистанционного контроля показаний.
– ось попловка 2 – нижняя направляющая 3 – поплавок 4 – демпфер 5 – верхняя направляющая 6 – фланцы 7 – проточная часть 8 – коническая трубка 9 – пружина.
Рисунок 1 – Внешний вид измерительный узел ротаметра ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E
Принцип действия: поток жидкости (или газа) в проточной части 7 воздействует на поплавок 3 с некоторой силой. Под действием этой силы поплавок начинает перемещаться вдоль проточной части. При этом увеличивается площадь проточного канала между поплавком и конической трубкой 8 вследствие чего гидравлическая сила действующая на поплавок уменьшается. При определенном положении поплавка гидравлическая сила и сила тяжести компенсируют друг друга и поплавок останавливается. Расстояние перемещения поплавка зависит от текущего расхода и передается на узел индикации через электромагнитный механизм. Стрелка индикатора показывает мгновенный расход на шкале ЖК-дисплей отображает мгновенный расход и накопленный объем.
Монтаж: ротаметр должен устанавливаться на строго вертикальном участке трубы с направлением потока среды снизу вверх. Минимальная длина прямолинейных участков перед ротаметром и после него должна составлять не менее пяти диаметров условного прохода. Регулирующие устройства должны устанавливаться после ротаметра (рисунок 2)
Рисунок 2 – Схема установки ротаметра ЭМИС-МЕТА 215
Метрологические и технические характеристики ротаметра ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E стандартного исполнения представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Метрологические и технические характеристики ротаметра ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E стандартного исполнения
Продолжение таблицы 2.1
Температура измеряемой среды º С
Пределы допустимой приведенной погрешности
Средняя наработка на отказ
не менее 100000 часов
)преобразовывать значение расхода в стандартный аналоговый сигнал 4-20 мА или в цифровой сигнал HART
)безопасность процесса контролируется с помощью сигнализации при выходе за допустимые настраиваемые значения верхнего и нижнего предела.
В месте установки прибора должна отсутствовать сильная вибрация высокие температуры и сильные магнитные поля которые могут повлиять на показания прибора.
Для измерения температурных режимов в сборниках тёртого какао (10а) масла какао (16а) и шоколадной массы (24а) используется термопреобразователи сопротивления медные ТСМ-100М. Внешний вид его представлен на рисунке 3.
Назначение: предназначены для измерения следующих величин: температуры газообразных и жидких химически неагрессивных а также агрессивных не разрушающих защитную арматуру сред.
ТСМ применяются в различных отраслях промышленности: пищевой промышленности в сельском хозяйстве и мукомольно-элеваторной промышленности. Применяются для измерения температуры обмоток электромашин поверхностей твёрдых тел а также для измерения температуры жидких и газообразных неагрессивных сред.
Измерительным узлом ТС является ЧЭ. ЧЭ в зависимости от диапазона измеряемых температур и вибропрочности медный пленочный 100М.
Принцип работы ТС основан на свойстве чувствительного элемента изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от изменения температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с с повышением температуры. В полупроводниках наблюдается иная картина – электрическое сопротивление уменьшается с увеличением температуры.
Рисунок 3 – Внешний вид термопреобразователя сопротивления медного ТСМ-100М
Монтаж: рабочая часть поверхностных термопреобразователей сопротивления должна плотно прилегать к измеряемой поверхности на возможно большей площади а места соприкосновения должны быть очищены до металлического блеска. Перед установкой термопреобразователей сопротивления необходимо проверить целостность электрической цепи термометра и сопротивление изоляции между чувствительным элементом и корпусом термометра с помощью мегомметра. Конец погружаемой части термопреобразователя сопротивления необходимо размещать на 25–30 мм ниже оси измеряемого потока (рисунок 4)
– трубопровод 2 – бобышки 3 – термопреобразователь
Рисунок 4– Схема установки термопреобразователя ТСМ-100М на трубопроводе
Метрологические и технические характеристики термопреобразователя сопротивления ТСМ-100М представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Технические и метрологические характеристики термопреобразователя сопротивления ТСМ-100М
Диапазон измерений С
Длина чувствительного элемента мм
не менее 50000 часов
Приведенная погрешность
Интервал между поверками
)невысокая стоимость;
)широкое применение в разных отраслях промышленности.
)малый рабочий диапазон температур;
)окисляются при высоких температурах;
)малое удельное электрическое сопротивление.
В комплекте с термопреобразователем сопротивления ТСМ-100М работает уравновешенный мост (рисунок 5)
Рисунок 5– Функциональная схема уравновешенного моста.
Уравновешенный мост (рисунок 5) работает по принципу автоматического уравновешивания мостовой схемы (R1 R2 RЗ R4). Изменение сопротивления термометра нарушает равновесие моста. Напряжение разбаланса усиливается усилителем 2 до величины достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя 3 который перемещая ползунок реохорда 5 обеспечивает равновесие мостовой схемы. С двигателем 3 связана показывающая стрелка 4. Измерительная схема моста питается напряжением 63 В от усилителя. Сопротивления Rл служат для подгонки сопротивления линии связи. Подгоночные катушки сопротивления линии связи встроены в одноточечные мосты а для многоточечных они в комплект поставки приборов не входят и монтируются отдельно на рейке зажимов щита. Сопротивление каждого провода линии связи от термопреобразователя сопротивления должно быть равно 25 Ом.
Для контроля и сигнализации достижения предельного уровня в дозаторе сахарного песка (поз.1а-2а) сборниках тёртого какао (поз.7а-8а) масла какао (поз.13а-14а) и шоколадной массы (поз.23) используется бесконтактный ультразвуковой датчик уровня серии F260 (рисунок 6)
Назначение: непрерывный контроль предельных значений регулирование и сигнализация уровня жидких и сыпучих веществ.
Оптимально подходит к применению на открытом воздухе в силосах одинаково хорошо работает с порошкамисыпучими смесями и с жидкими субстанциями. Применяются в нефтяной и нефтегазовой отрасли (топливные и нефтяные продукты) химпродукты фармацевтическая продукции ЖКХ и водоочистке сельском хозяйстве агропромышленном комплексе пищевой промышленности заправочных станциях.
Принцип действия: излучатель (сенсор) устанавливается над поверхностью жидкости наверху резервуара однако учитывается угол естественного отвала материала и устройства позиционируются должным образом. Излученные импульсы отражаются от границ между воздушной средой и жидкостью и возвращаются к сенсору. По измеренным данным сигнала (времени распространения) рассчитывается расстояние до продукта и его уровень. 2 типа выходов устанавливаются в соответствующее настройке положение.
Рисунок 6 – Внешний вид бесконтактного акустического датчика уровня серии F260
Монтаж: бесконтактный сигнализатор предельного уровня устанавливается как правило сверху емкости или врезается в крышку. Бесконтактные сигнализаторов уровня позволяют контролировать уровень без врезки в стенки емкости если они выполнены их немагнитного материала. Специальные модели применимы для контроля уровня через металлические стенки (рисунок 7)
Рисунок 7 – Габаритные размеры бесконтактного акустического датчика уровня серии F260
Таблица 2.3 – Технические и метрологические характеристики бесконтактного акустического датчика уровня серии F260
Диапазон измерения мм
Допустимый уровень приведенной погрешности
)Широкая параметризация (+ специализированное ПО настройка зоны нечувствительности);
)Универсальность (жидкиесыпучиепорошки + дискретныеаналоговые выходы в одном корпусе);
)Компенсация влияния температуры;
)Настраиваемое положение датчика (в пределах 10°).
)Применимость метода только при нормальном давлении (атмосферном);
)Возможные ограничения связанные с мелкодисперсностью материалов или сильной запыленностью.
2 Выбор и обоснование средств управления системой автоматизации
2.1 Магнитный пускатель реверсивные ПМЛ-4500
Для управления работой асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором М1-М15 процесса производства шоколадных масс на поточной линии используются магнитные пускатели реверсивные ПМЛ-4500 (поз. 3б-6б 11б-12б17б-22б 25б). Технические характеристики данного магнитного пускателя представлены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Технические характеристики магнитного пускателя ПМЛ-4500
Коммутационная износостойкость млн. циклов
Максимальное напряжение В
Число контактов размыкающей цепи
Один размыкающий и один замыкающий блок-контакт
2.2 Пост кнопочный ПКЕ-212
Посты управления кнопочные серии ПКЕ предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного тока напряжением до 690В частотой 50Гц и постоянного тока напряжением до 440В посты управления устанавливаются на подвижных и неподвижных частях стационарных установок. Технические характеристики данного поста представлены в таблице 2.5 а внешний вид представлен на рисунке 8.
Предназначен для размещения на подвижных и неподвижных частях установок для коммутации электрических цепей управления.
Рисунок 8 – Внешний вид кнопочного поста ПКЕ-212
Таблица 2.5 – Технические характеристики кнопочного поста ПКЕ-212
Номинальное напряжение В
Число контактов замыкающихразмыкающих
Наличие резиновых протекторов
Номинальная частота Гц
2.3 Кнопочный пост ПКЕ-112
Посты управления кнопочные ПКЕ 112-1 предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного тока напряжением до 660В частотой 50 - 60 Гц и постоянного тока напряжением до 440 В. Посты управления кнопочные сери ПКЕ применяются в пультах управления станков систем автоматики. ПКЕ 112-1 могут быть установлены в системах управления деревообрабатывающих и металлообрабатывающих станков бытового и промышленного назначения в системах управления грузоподъёмных механизмов и промышленных комплексов и другого промышленного оборудования. Внешний вид ПКЕ-112 представлен на рисунке 9 а технические характеристики в таблице 2.6.
Рисунок 9 – Внешний вид кнопочного поста ПКЕ-112
Таблица 2.6 – Технические характеристики ПКЕ-112
Количество толкателей
грибовиднаяцилиндрическая
Стойки коммутационные перегонной связи СКПС
2.4 Светосигнальная арматура АМЕ
Арматура светосигнальная серий АЕ и АМЕ предназначена для работы в цепях световой индикации в стационарном оборудовании (шкафах щитах пультах и т.п.) для световой сигнализации состояния электрических сетей. Технические характеритики представлены в таблице 2.7.
Размещается арматура АМЕ на панелях общепромышленных стационарных установок на напряжение до 660 В переменного тока частоты 50 и 60 Гц и постоянного напряжения до 440 В.
Таблица .2.7 – Технические характеристики АЕ и АМЕ
Номинальное напряжение по изоляции В
Напряжение сети постоянного и переменного тока 5060 Гц В
Тип свечения арматуры
Максимальные габариты мм
Диаметр установочного отверстия мм
3 Выбор и обоснование микропроцессорной техники
Области применения SIMATIC S7-300 S7-300C охватывают: автоматизацию машин специального назначения; автоматизацию текстильных и упаковочных машин; автоматизацию машиностроительного оборудования; автоматизацию оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры; построение систем автоматического регулирования и позиционирования; автоматизированные измерительные установки и другие. Он способен управлять работой: светофоров и систем управления движением; очистных сооружений; холодильных установок; специальных транспортных средств; подвижного состава; строительных машин и т.д. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300F в сочетании со станциями распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200S PROFIsafe и SIMATIC ET 200M оснащенными F-модулями позволяют создавать распределенные системы автоматики безопасности (F-системы) в которых возникновение аварийных ситуаций не создает опасности для жизни обслуживающего персонала и угрозы для окружающей природной среды. Такие системы находят применение: в автомобильной промышленности машино- и станкостроении; в обрабатывающей промышленности; в системах управления пассажирским транспортом и т.д. Технические характеристики контроллера представлены в таблице 2.8 а его внешний вид на рисунке 10.
Рисунок 10 – Внешний вид Simatic S7-30
Таблица 2.8 – Технические характеристике
IP 20 в соответствии с IEC 529
Диапазон рабочих температур
При горизонтальной установке
При вертикальной установке
Относительная влажность
Атмосферное давление
Устойчивость к шумам
По EN 50082-2 испытания по IEC 801-2 ENV 50140 IEC 801-4 ENV 50141 IEC 801-5
CPU 314C-2 PtP и CPU 314C-2 DP: компактные центральные процессоры с 24 дискретными входами 16 дискретными выходами 4 аналоговыми входами для измерения унифицированных сигналов силы тока или напряжения одним аналоговым входом для подключения датчика температуры Pt100 2 аналоговыми выходами и встроенным интерфейсом MPI. Набор встроенных функций включает в свой состав скоростной счет измерение частоты или длительности периода ПИД-регулирование позиционирование по одной оси. Могут использоваться в качестве автономных блоков управления.
Рисунок 11 – Внешний вид процессора
Внешний вид процессора представлен на рисунке 11.
Модуль ввода аналогового сигнала SM 331
Внешний вид модуля представлен на рисунке 12.
Модули ввода аналоговых сигналов предназначены для аналого-цифрового преобразования входных аналоговых сигналов контроллера и формирования цифровых величин используемых центральным процессором в процессе выполнения программы. К входам модулей могут подключаться датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами напряжения или силы тока термопары термометры сопротивления.
Каждая пара входных каналов модулей 6ES7331-7KB02-0AB0 и 6ES7331-7KF02-0AB0 может быть настроена на свой вид входного сигнала. Выбор вида входного сигнала (сила тока напряжение термо-ЭДС или сопротивление) производится аппаратно установкой кодового элемента в одно из четырех возможных положений. В других аналоговых модулях выбор вида входного сигнала определяется схемой подключения датчика.
Модули выпускаются в пластиковых корпусах. На их лицевых панелях расположены:
) красные светодиоды индикации отказов и ошибок;
) разъем для установки фронтального соединителя закрытый защитной крышкой;
Модули SM 331 могут работать в системах локального вводавывода всех модификаций программируемых контроллеров S7-300 а также в станциях распределенного ввода-вывода ET 200M.
Рисунок 13 – Модуль аналогового ввода SM 331
Модуль вывода аналогового сигнала SM 332
Рисунок 14 – Модуль аналогового вывода SM 332
Внешний вид модуля представлен на рисунке 14.
Модули вывода аналоговых сигналов предназначены для цифро-аналогового преобразования внутренних цифровых величин контроллера и формирования его выходных аналоговых сигналов. К выходам модулей могут подключаться исполнительные устройства управляемые унифицированными сигналами силы тока или напряжения.
) паз на защитной крышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Модули способны формировать запросы на прерывание для передачи диагностических сообщений. При необходимости от модуля может быть получена расширенная диагностическая информация.
Модуль вводавывода дискретного сигнала SM 322
Модули вводавывода дискретных сигналов предназначены для преобразования внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. К выходам модулей могут подключаться исполнительные устройства или их коммутационные аппараты.
Модули SM 322 могут работать в системах локального ввода-вывода всех модификаций программируемых контроллеров S7-300 а также в станциях распределенного ввода-вывода ET 200M.
) зеленые светодиоды индицирующие состояние выходных цепей;
) красный светодиод индикации отказов и ошибок;
Рисунок 15 – Модуль дискретного вывода SM 322
Внешний вид модуля представлен на рисунке 15.
4 Выбор и обоснование панели оператора
ОВЕН СП3 – линейка сенсорных панелей оператора. Предназначена для наглядного отображения значений параметров и оперативного управления а также ведения архива событий или значений (рисунок 1). Конфигурирование СП3 осуществляется в среде «Конфигуратор СП300». Рекомендуется для совместного применения с ОВЕН ПЛК ПР ПЧВ ТРМ. Линейка СП3 заменяет панель оператора СП270 (полным аналогом СП270 с улучшенными характеристиками является панель СП307-Б). Проекты разработанные для СП270 могут быть загружены в СП3хх после импорта в новое ПО.
В расширенных модификациях панелей оператора СП307-Р СП310-Р и СП315-Р также присутствует Ethernet-порт для обмена данными с контроллером и порт USB-A для подключения USB-flash-накопителей.
Функциональные особенности операторской панели:
) подключение панели к персональному компьютеру для загрузки программы осуществляется при помощи USB-кабеля. Для начала работы с панелью достаточно установить программу «Конфигуратор СП300» со встроенным драйвером и подключить панель к USB-кабелю;
) также есть возможность загрузить программу в панель при помощи USB-f
) Архивирование на USB-flash-накопитель производится в формате CSV. В редакторе таблиц на ПК (MS E
) Написание небольших программ (скриптов) на «СИ» подобном языке значительно расширяет возможности операторского интерфейса. Скрипты не подходят для написания программы управления технологическим процессом; для подобных задач в ассортименте ОВЕН есть класс таких устройств как панельные контроллеры (СПК).
) Для предоставления информации на операторском интерфейсе в виде графиков доступны несколько видов элементов. XY-график позволяет построить кривую по XY-координатам. График с сохранением истории отображает кривую состояния одной или нескольких переменных с возможностью просмотра истории записей например графика температуры в прошлом месяце. График реального времени показывает текущее состояние переменной без возможности просмотра истории что экономит память.
) Таблицы подходят для ведения истории событий имеется возможность пролистывать историю отображаемой информации например запись аварийных состояний. Также в таблицах можно производить подтверждение события нажатием на отображаемое сообщение.
) Имеется возможность загрузить изображение в формате jpg и использовать его в программе как подложку или как активный элемент например как кнопку.
) Благодаря анимации интерфейс системы ЧМИ становится интуитивно понятным. Из загруженных изображений в формате jpg возможно создание анимированных изображений. Например вращение вентилятора с заданной скоростью или перемещение какого-либо объекта по заданным координатам.
) Заложено многоуровневое ограничение прав доступа к операторскому интерфейсу панели. Можно настроить до 9 уровней. Для каждого из уровней задается свой индивидуальный пароль.
Рисунок 16 – Внешний вид панели операторской ОВЕН СП3
5 Преобразователь частоты ОВЕН ПЧВ 103
ОВЕН ПЧВ 103 предназначен для управления частотой вращения асинхронных двигателей в составе приводов для работы в промышленных установках системах отопления вентиляции и кондиционирования воздуха. Преобразователь частоты ОВЕН ПЧВ 103 представлен на рисунке 17.
Рисунок 17 – Преобразователь частоты ОВЕН ПЧВ 103
Функциональные возможности:
– частотный (UF) или векторный (V) алгоритмы управления;
– автоматическая адаптация двигателя (ААД);
– программная гибкость управления;
– автоматический поиск частоты вращения и т.д.
Разработка функциональной схемы автоматизации
Функциональная схема автоматизации может разрабатываться с большей или меньшей степенью детализации. Однако объем информации представленный на схеме должен обеспечить полное представление о принятых основных решениях по автоматизации данного технологического процесса и возможность составления на стадии технического проекта заявочных ведомостей приборов и средств автоматизации трубопроводной арматуры шкафов и пультов основных монтажных материалов и изделий а на стадии рабочих чертежей – всего комплекса проектных материалов.
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 3б) подавая напряжение на электродвигатель М1 (поз.3г) шнека для подачи сахарного песка (1). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М1(поз. 3г) осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.3а) установленными на щите или ПКЕ-112установленным по месту (поз.3в) и магнитным пускателем (поз.3 б). Светосигнальная арматура HL3 типа AME-323 сигнализирует о работе двигателя М1 (линза зелёная).
Уровень в дозаторе сахарного песка (3) измеряется с помощью бесконтактного ультразвукового датчика уровня серии F260 (поз. 1а и 2а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль дискретного ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИ-закона) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления двигателем (поз.5г). Также для для сигнализации установлена светосигнальная арматура HL1 и HL2 типа АМЕ-321 (линза красная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 4б) подавая напряжение на электродвигатель М2 (поз.4г) бункера для сахарного песка (2). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М2 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.4а) установленным на щите или ПКЕ-112 (поз.4в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 4б). Светосигнальная арматура HL4 типа AME-323 сигнализирует о работе двигателя М2 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный тип ПМЛ-4500 (поз. 5б) подавая напряжение на электродвигатель М3 (поз.5г) дозатора сахарного песка (3). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М3 осуществляется кнопочными постами типа (поз.5а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.5в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 5б). Светосигнальная арматура HL5 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М3 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 6б) подавая напряжение на электродвигатель М4 (поз.6г) микромельницы (4). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М4 осуществляется кнопочными постами типа (поз.6а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.6в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 6б). Светосигнальная арматура HL 5 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М4 (линза зелёная).
Уровень в сборнике тёртого какао (14) измеряется с помощью бесконтактного ультразвукового датчика уровня серии F260 (поз. 7а и 8а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль дискретного ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (П-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода для которого выдаёт сигнал для управления двигателем М8. Также для для сигнализации установлена светосигнальная арматура HL7 и HL8 типа АМЕ-321 (линза красная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 9б) подавая напряжение на электродвигатель М10 (поз.9г) микромельницы (4). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М10 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.9а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.9в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 9б). Светосигнальная арматура HL 9 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М10 (линза зелёная).
Температура в сборнике тёртого какао (14) измеряется с помощью термопреобразователя сопротивления медного ТСМ-100М (поз.10а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИД-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления исполнительным механизмом –клапана 25нж90нж (поз.10г) управляющим сливом воды из сборника (14) через электропневматический позиционер типа APIS-100 (поз.10в) установленный на щите.
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 11б) подавая напряжение на электродвигатель М12 (поз.11г) сборника тёртого какао (14). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М12 мешалки осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.11а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.11в) и магнитным пускателем (поз. 11б). Светосигнальная арматура HL10 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М12 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 12б) подавая напряжение на электродвигатель М7 (поз.12г) дозатора тёртого какао (15). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М7 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.12а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.12в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 12б). Светосигнальная арматура HL11 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М7 (линза зелёная).
Уровень в сборнике тёртого какао (13) измеряется с помощью бесконтактного ультразвукового датчика уровня серии F260 (поз. 13а и 14а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации. Также для для сигнализации установлена светосигнальная арматура HL12 и HL13 типа АМЕ-321 (линза красная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 15б) подавая напряжение на электродвигатель М9 (поз.15г) насоса для подачи масла какао. В ручном режиме вклоткл электродвигателя М9 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.15а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.15в)установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 15б). Светосигнальная арматура HL14 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М9 (линза зелёная).
Температура в сборнике масла какао (13) измеряется с помощью термопреобразователя сопротивления медного ТСМ-100М (поз. 16а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИД-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления исполнительным механизмом клапана 25нж90нж (поз.16в) управляющим сливом воды из сборника (13) через электропозиционер APIS-100 на щите (поз.16б).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 17б) подавая напряжение на электродвигатель М11 (поз.17г) дозатора масла какао (16). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М11 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.17а) установленным на щите ПКЕ-112(поз.17в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз.17б). Светосигнальная арматура HL15 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М11 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 18б) подавая напряжение на электродвигатель М5 (поз.18г) мешалки 1-го смесителя (5). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М5 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.18а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.18в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 18б). Светосигнальная арматура HL16 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М5 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз.19б) подавая напряжение на электродвигатель М6 (поз.19а) пятивалового агрегата (6). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М6 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.19а) установленным на щите ПКЕ-112 установленным по месту (поз.19в) и магнитным пускателем (поз.19б). Светосигнальная арматура HL17 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М6 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 20б) подавая напряжение на электродвигатель М12 (поз.20г) 2-го смесителя (7). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М12 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.20а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.20в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 20б). Светосигнальная арматура HL18 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М12 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз.21б) подавая напряжение на электродвигатель М13 (поз.21г) эмульсатора (10). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М13 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.21г) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.21в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 21б). Светосигнальная арматура HL19 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М13 (линза зелёная).
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 22б) подавая напряжение на электродвигатель М14 (поз.22г) насоса (11). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М14 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.22а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.23в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 22б). Светосигнальная арматура HL20 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М14 (линза зелёная).
Уровень в сборнике шоколадной массы (12) измеряется с помощью (поз. 23а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (П-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода для которого выдаёт сигнал для управления двигателем М15. Также для для сигнализации установлена светосигнальная арматура HL21 типа АМЕ-321 (линза красная).
Температура в сборнике шоколадной массы (12) измеряется с помощью термопреобразователя сопротивления медного ТСМ-100М (поз. 24а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИД-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления исполнительным механизмом клапана 25нж90нж (поз.25г) управляющим сливом воды из сборника (12) через электропозиционер APIS-100 (поз.24в) установленным на щите.
Сигналом с модуля дискретного вывода включающим магнитный пускатель нереверсивный типа ПМЛ-4500 (поз. 25б) подавая напряжение на электродвигатель М15 (поз.25г) шоколадной массы сборника (11). В ручном режиме вклоткл электродвигателя М15 осуществляется кнопочными постами типа ПКЕ-212 (поз.25а) установленным на щите ПКЕ-112 (поз.25в) установленным по месту и магнитным пускателем (поз. 25б). Светосигнальная арматура HL22 типа АМЕ-323 сигнализирует о работе двигателя М15 (линза зелёная).
Объёмный расход разжижителя поступающего из дозатора разжижителя (8) во 2-ой смеситель (7) измеряется с помощью ротаметра металлического ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E стандартного исполнения (поз. 27а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИД-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления исполнительным механизмом клапана 25нж90нж (поз.26в) управляющим расходом разжижителя в смеситель (7) через электророзиционер типа APIS-100 (поз.26б) установленный на щите.
Объёмный расход эссенции поступающего из дозатора эссенции (9) во 2-ой смеситель (7) измеряется с помощью ротаметра металлического ЭМИС-МЕТА 215 типоразмера 015E стандартного исполнения (поз. 27а) выходной электрический унифицированный сигнал с которого поступает в процессорный модуль контроллера через модуль аналогового ввода. В процессорном модуле сигнал обрабатывается отправляется на управляющую ЭВМ для контроля и регистрации и в соответствии с заданным законом регулирования (ПИД-закон) при наличии величины рассогласования управляющее воздействие поступает на модуль дискретного вывода который выдаёт сигнал для управления исполнительным механизмом клапана 25нж90нж (поз.2в) управляющим расходом эссенции в смеситель (7) через электропозиционер типа APIS-100 (поз.27б) установленный на щите.
Разработка принципиальной электрической схемы управления и сигнализации
Схема управления включает в себя цепи управления электродвигателями насосов дозаторов микромельницы шнека и мешалок. Схема предусматривает управление двигателями М2- М15 без частотного преобразователя и двигателем М1. Автоматическое управление осуществляется с помощью контроллера а ручное с помощью кнопок установленных по месту. Рассмотрим управление двигателем М2 в режиме автоматического управления в этом режиме: питание на катушку КМ2 подается через контакт промежуточного реле К2 которым управляет контроллер. Контроллер управляет пуском двигателей через модуль дискретного вывода DO1 и DO2. Аналогичным образом осуществляется управление электроприводом М2-М15. Управление электроприводом М1 осуществляется через модуль аналогового вывода с помощью частотного регулятора. Частотный преобразователь на схеме изображён виде белого ящика с подключенными к нему клеммами. В ящик входят следующие элементы: диодный силовой выпрямитель автономный инвертор система управления ШИМ система автоматического регулирования дроссель и конденсатор фильтра. Схемой предусмотрена защита от длительных перегрузок с помощью тепловых реле КК1-КК30. Светодиод HL1 сигнализирует нас о наличии напряжения в цепи управления.
Для начала работы необходимо включить вводной автоматический выключатель QF1 (автоматические выключатели QF2 – QF16 должны быть включены постоянно).
Сигнализация параметров процесса светодиодами HL2–HL22 осуществляется контроллером. Сигналы о контролируемых параметрах поступают в контроллер через модули аналогового ввода обрабатываются и выводятся для сигнализации через модуль дискретного вывода. Кнопка SB17 позволит нам проверить исправность светодиодов. Аналогичным образом реализована и звуковая сигнализация которая как и световая говорит нам о достижении параметров технологического процесса критических значений за это отвечает звонок HA. Звуковую сигнализацию при необходимости можно отключить вручную. Также в схеме присутствует автоматическое выключение двигателей дозатора сахарного песка (3) сборника тёртого какао (14) сборника шоколадной массы (12). При недостежении в сборниках или дозаторе нижнего предельного уровня уровнемер передаёт сигнал на контроллер и происходит автоматическое отключение двигателей мешалок.
Схемой предусмотрена защита силовых цепей электродвигателей от короткого замыкания автоматическими выключателями QF2 – QF16 и от длительных перегрузок – электротепловыми реле ВА 66-29.
На основании функциональной схемы автоматизации технологического процесса производства шоколадных масс на поточной линии и выбранных средств автоматизации был выбран щит серии PROLINE Фирмы Schroff. Данный щит позволяет разместить приборы и аппаратуру рассчитанные на работу в диапазоне температур от -30 и до +80 в закрытых помещениях и при относительной влажности 80% отсутствия вибрации агрессивных газов паров и токопроводящей пыли.
Расположение средств автоматизации выполнено в соответствии с требованиями РМ4-51-73 «Щиты и пульты управления. Принципы компоновки» из которого следует:
при размещении приборов и аппаратуры на фасадных панелях щитов и пультов не допускается установка приборов и аппаратуры утопленного монтажа (вторичных приборов кнопок ключей сигнальной арматуры табло и т.д.) на боковых стенках щитов панельных с каркасом закрытых слева или справа;
поясняющие надписи под приборами и аппаратурой должны выполняться в стандартных рамках РПМ 6626 на чертежной бумаге фотопленке и т.п.
Для обеспечения комфортных условий эксплуатации и соблюдения требований техники безопасности установку аппаратуры внутри щитов шкафных рекомендуется выполнять в соответствии с МСН – 205 – 69 на следующих расстояниях от нижней кромки опорной рамы:
трансформаторы стабилизаторы пускатели ревуны звонки громкого боя и источники питания малой мощности – 1700 – 1975 мм;
выключатели предохранители автоматы розетки 700 – 1700 мм;
реле – 600 – 1900 мм;
сборки коммутационных зажимов – 350 – 800 мм;
регуляторы функциональные блоки преобразователи – 600 – 1900 мм.
Для удобства монтажа и обслуживания двери щитов шкафных должны открываться справа налево.
Руководствуясь выше изложенными требованиями были учтены габаритные размеры приборов и аппаратуры а также изделий для их монтажа внутри щита места прокладки электрических проводок а также определение марок проводов.
На высоте 2100мм и 2000мм установлена световая сигнализация в количестве 13-и лампочек. Светосигнальная арматура предназначена для оповещения оператора об отклонении показателей от заданного диапазона значений. На высоте 1700мм и 1600мм размещаем измерители-регуляторы Метран-961. На отметке 950мм установлены кнопки управления. Спереди под каждым прибором крепится рамка с надписью о том какой параметр он измеряет и позицией по технологической схеме.
С внутренней части щита на левых и правых стенках располагаются средства автоматизации и сигнализации. На левой стенке секции на уровне 1500 мм расположены выключатели автоматические. На уровне 700 мм расположен блок питания питание от которых идет к датчикам. В нижней части щита размещен контроллер с модулями. Также внутри щита управления на боковых стенках размещены клеммные колодки для коммутации соединительных проводов. Колодки разделены друг от друга во избежание неправильного подключения проводов.
Для коммутации приборов систем управления процессом и ламп сигнализации используется провод ПВ 1x1. Провод ПВ - медный с поливинилхлоридной изоляцией. Данный провод применяется внутри зданий в сухих сырых особо сырых помещениях при температуре не выше +40°С. Прокладка проводов осуществляется по кратчайшему расстоянию в горизонтальном и вертикальном положениях.
В данном курсовом проекте был изучен технологический процесс производства шоколадных масс. Проведен анализ состояния проблемы и постановка задачи.
Поставленная цель курсового проекта а именно разработка функциональной схемы автоматизации и подбор таких средств автоматизации чтобы осуществлялась точная дозировка компонентов в соответствии с рецептурой была достигнута с помощью решения следующих задач: разработки принципиальной электрической схемы управления и сигнализации процесса производства шоколадных масс; разработки функциональной схемы автоматизации; разработки схемы щита управления и схемы соединений; выбора и обоснования средств автоматизации.
С ознакомлением технологического процесса были выявлены важные параметры такие как температура уровень расход которые отвечают за протекание процесса. Проведен анализ технологического процесса со стороны автоматизации. В системе использована трехуровневая схема управления которая позволяет контролировать технологические параметры поддерживать и регулировать необходимый временной режим в технологических агрегатах. Описана математическая модель процесса на основании которой разработана алгоритмическая структурная схема.
Разработаны принципиальная электрическая схема управления и сигнализации и схема щита управления и схема соединений. Разработана функциональная схема автоматизации процесса производства шоколадных масс. На функциональной схеме автоматизации условными изображениями показаны технологическое оборудование коммуникации органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации а также связи между отдельными функциональными блоками и элементами автоматизации.
Выбраны и обоснованы технические средства автоматизации средства управления системой автоматизации. Произведен выбор микропроцессорной техники и программного обеспечения. В качестве контроллера выбрана распределённая система управления Simatic S7-300.
Список использованных источников
Контрольно-измерительные приборы и оборудование для предприятий пищевой промышленности и АПК: пособие В.А.Шаршунов [и др.]. – Минск: Мисанта 2016. – 928 с.
Совершенствование систем автоматического регулирования технологическими процессами Г.М. Айрапетьянц А.В. Акулич Н.И. Ульянов. –Могилёв: УО «МГУП» 2012. – 322 с.
Основы автоматизации технологических производств под ред. Соколова В.И. – Москва 1983г.