Автоматизация технологических процессов и производств

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Специальность    Автоматизация технологических процессов и производств

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I.Исследовательский раздел

1. Описание объекта и  технологических  процессов

1.1 Общая структура предприятия

1.2 Общая технология

1.3 Организация контроля за качеством продукции

1.4 Характеристика технологических  процессов

II. Технологический раздел

2. Описание основных  систем автоматизации внедряемых  на предприятии

2.1 Техническая характеристика объекта автоматизации

2.2 Описание технологического процесса и основного оборудования

     2.3 Технологическая схема объекта автоматизации…..

2.4 Разработка структурной схемы  автоматизации……

     2.5 Разработка функциональной  схемы автоматизации……

2.6 Разработка принципиальной электрической  схемы автоматизации…

     2.7 Выбор щитов и пультов управления

      2.8 Выбор приборов и технических средств

      III.Экономическая часть.

     IV. Охрана труда

1. Мероприятия по охране труда и техника безопасности

4.2 Противопожарные мероприятия

2. Мероприятия по охране окружающей среды

Заключение

Список источников

Приложения

 

 

Введение

Введение включает краткое описание цели проектирования, формулировку задач, решаемых в ДР, требования и исходные данные задания на выполнение ДР, особенности конструкции (технологии), функционального назначения или условий эксплуатации проектируемого объекта.

Пример1.

Автоматизация   производства   -   одно   из   главных направлений технического прогресса. В связи с развитием автоматики появилась возможность освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. При  автоматизации  машины  уже  не  только  заменяют физический  труд  человека,  но  и  выполняют  функции управления производством. При этом процессы получения, преобразования,   передачи  и  использования энергии, материалов и информации производятся автоматически.

Автоматизация    производства    подготовлена    всем предыдущим  развитием  науки,  техники,  технологии  и является    закономерным    продолжением    механизации производственных процессов. В то же время автоматизация - это качественно новый этап развития производства. В результате          автоматизации          увеличивается производительность        оборудования,        снижается себестоимость,    сокращается    брак    и    повышается безопасность  работы,  улучшается  санитарное  состояние цехов и т.д.

Интересной  особенностью  автоматизации  является  её влияние на технологию и оборудование производства.  В настоящее  время  все  вопросы  создания  новой  техники решаются   комплексно.   Технологические   процессы   и оборудование проектируется с расчётом на максимальную автоматизацию,  что позволяет повышать экономичность и моторесурс оборудования.

В настоящее  время  автоматизированы в  основном все ……

I.Исследовательский раздел

1. Описание объекта и технологических  процессов

1.1 Общая структура предприятия

Пример

Общая структура  ООО « Саргатский молочный завод» и взаимодействие его подразделений

Основной деятельностью ООО «Саргатский молочный завод» является производство и реализация молока и молочной продукции. Молочная продукция реализуется (продается) не только внутри Саргатского района, но так же она пользуется большим спросом в соседних районах  и в городе Омске. Продажа продукции осуществляется путем заключения договоров с частными предпринимателями, торговыми точками, оптовыми, мелкооптовыми и розничными базами. Так же для улучшения финансового положения предприятия, завод занимается второстепенной деятельностью, а именно перекупкой и продажей топлива (дизельное топливо, бензин, мазут и другое) предприятиям, колхозам, совхозам, находящимися в отдаленных местах от районного центра.

Сведения об инженерном обеспечении завода.

Инженерное обеспечение ООО «Саргатского молочного завода» решено следующим образом:

Водоснабжение от собственных артскважин с использованием вод верхнего водоносного горизонта для питьевых нужд и нижележащего горизонта для технических целей;

Сброс токов на собственные очистные канализационные сооружения с последующим использованием очищенных вод на земледельческих полях орошения;

Теплоснабжение от собственной котельной, работающей на природном газе;

Холодоснабжение от собственной аммиачной компрессорной станции;

Воздухоснабжение от собственной воздушной компрессорной;

Электроснабжение от собственной воздушной компрессорной;

Электроснабжение от районной подстанции по двум кабельным линиям.

Финансирование завода осуществляется частично администрацией района, частично частыми юридическими лицами (предпринимателями, бизнесменами), вложившими свои капиталы в развитие завода. Во главе предприятия стоит директор, которому в свою очередь подчинены все существующие отделы и цеха предприятия со всем их рабочим составом.

Производство на предприятии начинается с доставки сырья (свежее молоко, привезенное с приемочных пунктов, расположенных на территории всего района, где значительное количество  населения содержит в своем хозяйстве крупно – рогатый скот  (деревни, совхозы, и другие))на завод. Затем молоко поступает в компрессорный цех и одновременно поступает в лабораторию для выявления присутствия в составе молока микроорганизмов, их количества. В компрессорном цехе осуществляется фильтрация и частичная очистка молока. Затем часть уже очищенного молока отправляют в молочный цех, а остальная часть отправляется в лабораторию, там это молоко заквашивают, отстаивают, добавляют в него различные микроорганизмы, то есть подготавливают это молоко для изготовления различных молочных продуктов (кефир, бифидок, йогурт, сырки и другие продукты). В молочном цехе осуществляется основной процесс по изготовлению молока ( определенной жирности) и молочных продуктов, а так же из заправка и расфасовка. После чего продукция развозится по торговым точкам, а излишки отправляются на недолгосрочное хранение на склад.

 

1.2 Общая технология

Краткое описание технологического процесса.

Пример1

Производство пастеризованного молока на городских молочных заводах, несмотря на разнообразие его видов, состоит  в основном из одинаковых для всех видов молока операций: приемка и подготовка сырья,  нормализация, очистка, гомогенизация,  пастеризация, охлаждение, розлив, упаковывание, маркирование, хранение и транспортирование. Технология пастеризованного молока ведется по единой схеме с использованием одинакового оборудования.

 

Пример2

Измельченные рыборезкой отходы подаются сырьевым шнеком в бункер для измельченного сырья. Предельные уровни сырья в бункере контролируются сигнализатором уровня. Из бункера сырье шнековым дозатором загружается в секционный варильник.

Процесс варки управляется пропорциональными регуляторами температуры, в комплект которых входит термопреобразователь сопротивления, автоматический самопишущий мост с реостатным задатчиком, балансное реле, электрический исполнительный механизм, переключатель и ключ управления.

После прессования сваренных отходов на шнековом прессе жом поступает на мучную линию, а жирный бульон - в бульонное отделение. Отпрессованный жом, к которому примешивается упаренный бульон, подается шнеком в сушилку.

Работа в сушилке автоматизирована путем стабилизации температурного режима. Для этого в сушильном барабане установлена термопара являющаяся измерительным преобразователем регулятора температуры. При изменении температуры регулятор с помощью клапана с электроприводом соответствующим образом меняют подачу пара в зарубашечное пространство барабанов сушилки.

Смесь жома с упаренным бульоном по шнекам поступает на вход в сушилку. Система автоматического регулирования температуры сушки рыбой муки поддерживает постоянную температуру в сушилке порядка 1000 С. По прохождении определенного времени по готовности (высушенная) смесь двигается по шнекам к выходу для дальнейшего дробления.

Интенсивность сушки рыбной муки прямо пропорциональна скорости движения воздуха относительно высушиваемого продукта. Выбор оптимальной скорости воздуха, а следовательно расхода воздуха поступающего на сушку является одной из основных задач для экономичной работы сушильных установок.

1.3 Организация контроля за качеством  продукции

Пример

Контроль за качеством выпускаемой продукции и санитарно-гигиеническим состоянием производства осуществляется химической и бактериологической лабораторией завода.

Лаборатория обеспечения отбор проб,  предварительную обработку и подготовку их к анализу, проведение анализа  инструментальными методами, физико-химический анализ проб, микробиологический контроль.

Установленное оборудование позволяет определить показатель качества в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.

Заложенное в технологии оборудование, принятые схемы технологических процессов,  применение вышеперечисленных методов химического и бактериологического контроля, а также соблюдение санитарных правил позволяет вырабатывать продукцию в соответствии с требованиями ОСТ на готовую продукцию.

 

1.4 Характеристика технологических  процессов

Пример

Производственный цикл на предприятии предусматривает технологические процессы, обеспечивающие комплексную переработку сырья, поступающего от хозяйств Саргатского и близлежащих районов.

ООО «Саргатский молочный завод» состоит из 4х основных отделов:

1. Цех переработки молока;
2. Лаборатория;
3. Молочный цех;

4.  Бухгалтерия.

Именно эти отделы предприятия нуждаются в оснащении «Централизованной системой охранно-пожарной сигнализации» для обеспечения  безопасного осуществления технологических процессов и функционирования всего предприятия в режиме повышенной безопасности. Эта система поможет осуществлять контроль предприятия в целом, это предотвратит появление каких-либо неконтролируемых чрезвычайных ситуаций (возгорание, замыкание электроцепи, пожар и др.) так как при системе охранно-пожарной сигнализации даже  о самом мелком происшествии станет известно, система проанализирует, выдаст необходимую информацию, и происшествие будит ликвидировано. Так же эти системы могут выполнять дополнительные функции, помогающие оптимизировать многие процессы. А возможности взаимной интеграции различных систем позволяют создавать «Интеллектуальные»  охранные комплексы с автоматическим управлением всей цепочкой процессов.

Все вышеперечисленные мероприятия изменят работоспособность всего предприятия в сторону улучшения и совершенствования, таких как:

• Сбор, обработка и регистрация сообщений и информации об объектах автоматизации;
• Отображение информации о состоянии всех охраняемых объектов, комплекса технических средств и шлейфов сигнализации;
• Ручное и автоматическое управление местными и удаленными исполнительными устройствами;
• Информационное обеспечение действий оперативного персонала при обработке тревожных сообщений  с выдачей информации о размещении объектов, удобных путях подхода к ним  и подробных планов помещений;
• Контроль и безопасное осуществление технологических процессов;
• Производство без остановки, которое случилось по причине неконтролируемых происшествий, приносящих ущерб предприятию;
• Введение и обновление информационной базы данных;
• Непрерывный контроль состояния охранно-пожарной сигнализации;
• Выдачу сигналов управления аварийными системами и системами оповещения объекта;
• Самотестирование системы, контроль работоспособности датчиков, локальных контроллеров.

 

II. Технологический раздел

2. Описание основных  систем автоматизации внедряемых на предприятии

2.1 Техническая характеристика объекта автоматизации

Характеристика объекта автоматизации должна содержать краткие сведения о структурном подразделении, в котором устанавливается объект автоматизации: наименование структурного подразделения,  его назначение и основная деятельность.

Указать техническое название объекта автоматизации и его назначение, основные технические параметры объекта, характеристики сырья, топлива, основного продукта и его назначение, сертификат на готовую продукцию.

2.2 Описание технологического  процесса и основного оборудования

В этом подразделе необходимо представить схему технологического процесса и его описание, технические условия, основные технико-экономические показатели.

При описании основного оборудования должны быть представлены сведения о его назначении, конструктивных особенностях. Технических характеристиках и параметрах, а также принципиальные или конструктивные схемы. Так, например, если объектом автоматизации является паровой котел, необходимо дать описание котельного агрегата и его элементов (топочная камера, горелка, дымосос, вентилятор и др.

Схема технологического процесса должна быть представлена в виде рисунка

    2.3 Технологическая схема объекта автоматизации

   В этом пункте должно быть отражено графическое изображение     технологической схемы и описание работы этой схемы.        

Технологическую схему нужно начертить таким образом, чтобы технологическое оборудование (рабочие машины) было изображено в виде очертаний, схожих с реальным оборудованием.

 

2.4 Разработка структурной схемы автоматизации

На основе имеющейся технологической схемы должна быть составлена структурная схема автоматизации ……

Пример

Любая автоматическая система состоит из отдельных связанных между собой элементов. С точки зрения функциональных задач, выполняемых элементами в системе, их можно разделить на воспринимающие, задающие, сравнивающие, преобразующие, исполнительные и корректирующие. Воспринимающие элементы датчики измеряют физические параметры объекта регулирования и преобразуют их в электрический сигнал.

Задающие элементы задатчики служат для задания требуемого значения регулируемого параметра.

Сравнивающие элементы (СЭ) сопоставляют заданное значение управляемой величины с действительным значением параметра объекта регулирования.

Полученный на входе СЭ сигнал рассогласования передается через усилитель на исполнительный механизм, который, в свою очередь, управляет регулирующим органом. Этот РО управляет состоянием объекта ОР.

Корректирующие элементы служат для улучшения качества процесса управления. Эти элементы могут устанавливаться как после усилителя, так и после датчика. Кроме этой подробной структурной схемы системы в автоматике применяется упрощенная схема, которая состоит из крупных функциональных блоков. Наиболее крупным блоком является регулятор, который объединил сравнивающее устройство, усилитель, корректирующие элементы.

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности. Основной характеристикой является статическая характеристика элемента. Она представляет собой зависимость выходной величины Y от входной Х.

Структурная схема составлена на основе схемы проектирования техпроцесса сборки проектируемого модуля и представлена на рисунке 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 – Структурная схема технологического процесса

 

2.5 Разработка функциональной схемы автоматизации..

Пример1.

Функциональная схема (температуры сушки).

показана на рис.

Регулирование температуры в сушилке при производстве рыбной муки осуществляется с помощью комплекта приборов позиций:

1-1 (термопара хромель  алюмель), градуировка ХА тип ТХА-0806;

1-2 (измерительный блок), тип И-С-62;

1-3 (регулятор), тип РП2-С3;

1-4 (исполнительный механизм), тип ДР-М,

изменением подачи пара в зарубашечное пространство сушилки.

Описание и техническая характеристика элементов САР температуры сушки рыбной муки.

3.2.1. Регулятор РП2 - С3 электрический.

Электронный регулирующий и корректирующий прибор широко используется в пищевой промышленности при разработке локальных автоматических  систем  регулирования  различных  технологических параметров, измеряемых первичными измерительными преобразователями с естественными выходными электрическими сигналами.

Регулирующий прибор РП2-СЗ предназначен для алгебраического суммирования входных сигналов с сигналом задатчика и формирования требуемого закона регулирования, то есть ПИ закона, работает в комплекте с электрическим   нагревательным   элементом,   управление   которого производится посредством тиристорных усилителей типа У101.

Корректирующие приборы под действием внутренней отрицательной обратной связи формируют изменяющийся по ПИ закону регулирования унифицированный выходной сигнал постоянного тока изменяющийся в пределах 0 - 5 мА.

Выходная мощность регулирующего прибора 7 В*А, выходное напряжение 24В, номинальное сопротивление нагрузки 80 Ом, скорость связи изменяется в диапазоне 0,2-2,5%. Диапазон настройки времени итерирования 2 - 500с. напряжение питания прибора 220В, частота 50 Гц, потребляемая мощность 25-55 В*А в зависимости от модификации прибора. Масса прибора не превышает 12 кг.

Регулирующий и корректирующий прибор типа РП-2 выполнен в виде двух блоков (измерительного и  электронного), смонтированных в одном корпусе.  Электрические соединения между блоками и внешними устройствами осуществляется через клемные колодки, расположенные на задней стенке кожуха. На лицевой панели блоков размещены органы настройки и сигнальные лампы, указывающие направление работы регулятора.

Прибор предназначен для щитового утопленного монтажа на вертикальной плоскости и крепится с помощью специального установочного кронштейна. Для защиты внутренних элементов прибора, при работе в условиях сильно загрязненного воздуха в помещении на задней стенке корпуса предусмотрен специальный штуцер, через который подводится сжатый воздух давлением 0,1-0,2 кПа.

Изготовитель - Чебоксарский завод электрических исполнительных механизмов.

3.2.2. Измерительный блок И-С-62

Блок И-С-62 используется для преобразования приращения ЭДС термопары в пропорциональное изменение напряжения постоянного тока. Блок И-С-62 можно считать безинерционным звеном, коэффициент усиления плавно изменяется в пределах от 0 до 0.7 В / Ом

 Максимальный выходной  сигнал 50 мВ постоянного тока.

Изготовитель - Горийский завод электрических исполнительных механизмов.

Система импульсного фазного устройства

СИФУ представляет собой два блокинг генератора (БГ) и мост с тиристорными усилителями типа У101. Выходной сигнал моста U=220 В.

 

3.2.3. Термопара.

Малоинерционная термопара типа ТП предназначена для измерения температуры пара, воды, воздуха до +5500 при давлении до 100 кгс/см. В качестве термоэлектродов в термопаре используются хромель и алюмель.

Динамические характеристики термопар существенно зависят от диаметра применяемых электродов, вида чехла, характеристик среды, температура которой меняется.

 

3.2.4. Исполнительный механизм.

Механизмы типа ДР-М предназначены для перемещения регулирующего органа в системах двухпозиционного регулирования и ручного дистанционного управления. Особенностью этих исполнительных механизмов является наличие специального ползуна, который в исходном положении подключает обмотки конденсаторного электродвигателя к цепям управления «макс» и «мин». При включении исполнительного механизма ползун осуществляет самоблокировку цепи питания электродвигателя и последний отключится только через пол-оборота. Электродвигатель всегда вращается в одном направлении, а изменение положения регулирующего органа достигается соответствующим сочленением его рычагов с диском исполнительного механизма.

 

3.2.5. Технические характеристики приборов.

Термопара

Тип	ТХА-0806
Градуировка	ХА
Область применения	Пар, газообразные и жидкие химические неагрессивные среды
Пределы измерения	0 - 8000 С
Максимальное условное давление	0,4 мПа
Показатель тепловой инерции	Не>3,5 мин
Материал защитной арматуры	Сталь Х25Т
Длина монтажной части	320 мм
Число рабочих концов	Один
Способ крепления	Со штуцером М27Х2

Регулятор

Тип	РП2 - С3
Тип измерительного блока	И - С - 62
Подключаемый измерительный преобразователь	Термопара стандартной градуировки
Выходное напряжение	24 В
Номинальное сопротивление нагрузки	80 Ом
Диапазон настройки времени интегрирования	2 - 500 с
Напряжение питания прибора	220 И
Частота	50 Гц
Потребляемая мощность	25 В*А
Масса	12 кг

 

Исполнительный механизм

Тип	Крутящий момент ном.	Макс. угол поворота	Uпит.	Потребляемая мощность	Габаритные размеры	Масса
ДР-М	9,8 Н*м	1800	220 В	50 В*А	240 Х 122Х 285 мм.	6 кг.

 

Пример2

Функциональная схема является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса, проектируемого объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, органы управления, приборы и средства автоматизации, и другие агрегатные комплексы с указанием связи между приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе действующих инструкций и технологического регламента, заказной спецификации на приборы и средства автоматизации, контроллера и сигналов ввода/вывода, соблюдая нормы и требования, предъявляемых к проектированию функциональных схем. Проанализировав технологический процесс, устанавливаются параметры контроля, регулирования, сигнализации и блокировки.

Функциональная схема объединяет одинаковые функции системы в модули. Глобально система состоит из трёх модулей: ввод, обработка, вывод.

Для реализации системы детализирую их.

Перечень модулей:

- Входной модуль  контроллера. На вход его поступают сигналы с датчиков с различными электрическими уровнями. Здесь они преобразуются в унифицированные значения тока и напряжения необходимые для подачи на вход следующего модуля. Этот модуль реализуется аппаратно;

- модуль гальванической  развязки сигналов. Является аппаратным модулем. Применяются оптроны. Выполняет две функции: защищает от помех микропроцессорную систему и формирует на выходе сигнал ТТЛ уровня;

- модуль связи  с контроллером робота. Реализован  аппаратно. Предназначается для  коммутации контроллера с контроллером робота;

- модуль ввода  данных - программный модуль выполняет  чтение данных из модулей, запись  в память;

Функциональная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.00.00 Д2. Модули разделяются на программные и аппаратные. Существуют функции, которые выполняются или только программно, или только аппаратно. Проблемы разделения не существует. Существуют функции, которые могут быть выполнены альтернативным путем. Они могут быть выполнены программно, аппаратно либо программно-аппаратно. При выборе реализации функций используют следующие критерии:

- качество исполнения  данной функции (точность, надежность  и т. д.);

- стоимость реализации  функции.

Вопросы качества либо рассчитываются, либо определяются методом эксперимента. Наиболее дешевый способ реализации функции - это программный. Поэтому всё, что можно сделать программным путём, необходимо реализовать в программе.

 

2.6 Разработка принципиальной электрической схемы автоматизации…

2.6.1 Общие требования к принципиальной схеме:

2.6.2 Работа принципиальной схемы:

На основе имеющихся схем должна быть составлена принципиальная электрическая схема автоматизации ……и описание её работы. Чертеж принципиальной электрической схемы автоматизации в дипломной работе должен быть выполнен в соответствии с требованиями Государственного стандарта.

 

Общие требования к принципиальной схеме:

Принципиальные схемы определяют полный состав приборов, агрегатов и устройств, действие которых обеспчивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Они служат основанием для разработки монтажных таблиц, щитов и пультов схем внеших соединений и других документов проекта системы автоматизации.

Эти схемы широко используются для описания устройств и принципа действия систем автоматизации, а также при производстве наладочных работ и при их эксплуатации.

Принципиальные схемы дают полное представление в связях между всеми элементами управления блокировки, защиты и сигнализации автоматизированных обьектов. Независимо от степени сложности, принципиальная схема представляет собой определенным образом составленное сочетание элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов заданной последовательности. Такая схема раскрывает последовательность выполняемых ее элементами различных операций.

Принципиальные электрические схемы выполняются в соответствии с требованиями государственных стандартов по правилам выполнения условных графических обозначений, маркировки цепей, и буквенно-цифровым обозначением элементов схем.

Элементы и устройства на принципиальных электрических схемах могут выполняться совмещенным или разнесенным способом. При использовании разнесенного способа, отдельные элементы схем, а также элементы различных устройств, изображаются на схеме в разных местах таким образом, что отдельные цепи были изображены наиболее наглядно. В этом случае схема состоит из ряда цепей, расположенных слева на право, или сверху вниз, в порядке последовательности действий отдельных элементов схемы. Отдельные цепи распологаются в горизонтальную строчку так, чтобы они читались с лева на право, а схема читалась сверху вниз.

Основные графические изображения элементов схем устанавливаются группой стандартов: «Устройства коммутационные контактные соединения» по ГОСТ-2.755-87, а также «Воспринимающая часть электрических устройств» по ГОСТ-2.756-76. Размеры условных и графических обозначений на схеме устанавливаются в стандартах ГОСТ-2.747-68, ГОСТ-2.755-74,ГОСТ-2.756-76.

Каждый элемент, входящий в устройство изображенное на принципиальной схеме, должен иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение, составленного из буквенного обозначения и порядкового номера, пространственного после буквенного обозначения. Буквенное обозначение- это сокращенное наименование элемента составленное из его начальных или характерных букв. Порядковые номера присваиваются элементам, начиная с единицы в пределах группы элементов, которые на схеме имеют одинаковое буквенное и позиционное обозначение. Цифры порядковых номеров элементов и их буквенное обозначение выполняются единым размером шрифта.

Силовые цепи и цепи главного тока вычерчиваются жирными линиями, а вспомогательные линии, состоящие из катушек, реле и контактов, цепей защиты и сигнализации изображаются тонкими линиями. 

 

2.6.2 Работа принципиальной схемы:

Принципиальная  электрическая  схема  состоит  из  трех  блоков; измерительный  блок  И-С-62,  регулятора  типа  РП-2-СЗ  и  системы импульсного фазного устройства (СИФУ). (рисунок)