Автоматизация линии производства сахара

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Алтайский государственный технический университет

им. И. И. Ползунова

 

 

Кафедра машины и аппараты пищевых производств

 

УДК 664.7                               Курсовой проект защищен с оценкой

 

                                                 Руководитель 

                                                 работы  к. т. н. В. В. Ключников

 

                                        «      »                 2014г.

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА

САХАРА (ОТ СВЕКЛОРЕЗКИ ДО АППАРАТА ВТОРОЙ САТУРАЦИ)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

 

 

КП 260601. 05. 000 ПЗ

 

 

 

Задание выполнил

студент гр.                                                     

                                                               (подпись)

 

Преподаватель                                                к. т. н. В. В. Ключников

                                                               (подпись)                     

 

Барнаул 2014

 

ЗАДАНИЕ

              на расчетную записку по курсу  «Системы управления технологическими процессами и информационные технологии»

 

Студенту группы

Тема расчетной записки: Автоматизация линии производства сахара.

 

В объем курсового проекта входит:

 1. Составление задания на проектирование:

      1.1 Назначение аппарата (группы аппаратов), технологического  процесса, подлежащих   автоматизации;

      1.2 Основные информационные  параметры и параметры диагностики  работы оборудования;

      1.3 Органы управления (привод, клапаны, задвижки и др.)

      2. Разработка функциональной  схемы автоматизации машины (технологической  линии).

      3. Разработка принципиальных  электрических схем:

          а) цепей  управления;

          б) силовых  цепей.

      4. Расчет сечения  и выбор силового кабеля.

      5. Выбор и обоснование  выбора пускорегулирующей аппаратуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

   Введение………………………………………………………...……………….4

1 Задание на  проектирование……………………………………..…...…………5

1.1 Описание технологической схемы производства сахара от свеклорезки до аппарата второй сатурации ………………………………………......................5

1.2 Основные информационные параметры и параметры диагностики работы оборудования……………………………………………………………………...6

1.3 Органы управления…………………………………………………………...6

1.4  Характеристика  АРМ оператора…………………………………………….6

2  Функциональная схема автоматизации………………………………….……7

3 Принципиальная электрическая схема………………………………………...8

4 Расчет сечения и выбор силового  кабеля……………………………….……10

4.1 Определение расчетной нагрузки  силовых электропроводов и кабелей..10

4.2 Расчет и выбор силовых  электропроводов и кабелей по  нагреву и на потерю напряжения……………………………………………………………...11

5 Выбор пускорегулирующей аппаратуры…………………………………….14

5.1 Автоматические выключатели………………………………………….…..14

5.2 Магнитные пускатели……………………………………………………….14

Заключение…………………………………………………………….…..…15

Список литературы……………………………………………………….….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Эффективность любого технологического процесса в первую очередь зависит от качества управления, заданного алгоритмом управления.

Под алгоритмом управления понимается совокупность предписаний, определяющих характер воздействия на управляемый объект с целью осуществления им заданного алгоритма функционирования. Таким образом, управление каким либо объектом – это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процесса в объекте или требуемого изменения его состояния.

Снижение численности обслуживающего персонала при автоматизации – это внешний фактор экономической эффективности.

Целью автоматизации является: повышение эффективности производства за счет качества выпускаемой продукции, обеспечение количественного и качественного роста единичных мощностей оборудования, создания условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

При автоматизации пищевых производств можно выделить три уровня автоматизации:

1. Частичная автоматизация – внедрение отдельных приборов и средств автоматизации, отдельных операций и оборудования, систем автоматического регулирования отдельных параметров.
2. Комплексная автоматизация – проводится на участке, в отдельном цехе, который функционирует как единый, взаимосвязанный автоматизированный комплекс. При комплексной автоматизации функция обслуживающего персонала сводится к контролю и изменению заданий и режимов.
3. Полная автоматизация – высшая степень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля производством автоматическим системам.

Полную автоматизацию применяют на отработанных, устойчивых, а также опасных для жизни и здоровья производствах.

  Внедрение автоматизированного управления линией позволит оптимально поддерживать заданные параметры производства, чем дополнительно достигается экономия энергетических ресурсов (до 15%).

 

 

1 Задание на проектирование

1.1 Описание технологической схемы производства сахара от свеклорезки до аппарата второй сатурации.

Свекла направляется в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5... 1,0 мм.

Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.

 

Рисунок 1 – Схема технологического процесса производства сульфитированного сока.

Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.

Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке. Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.

Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.

Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз.

 

1.2  Основные информационные параметры  и параметры диагностики работы  оборудования.

К основным информационным параметрам и параметрам диагностики оборудования относятся параметры, с помощью которых можно судить о величине производительности, о качестве работы оборудования, о затраченной на данный технологический процесс какой-либо вид энергии. К основным информационным параметрам технологического процесса производства сахара относятся:

-температура сока в подогревателе (60-70°С);

                - температура сока сатурации (60-70°С).

                - частота вращения рабочих органов 

 

1.3 Органы управления

В данной технологической линии существуют такие органы управления как:

1. Приводы ленточных конвейеров АИР112M4 (мощность 5,5 кВт) ;
2. Привод аппарата дефекации АИМ100S2 (мощность 4 кВт); 
3. Диффузионной установки АИМ100S2 (мощность 4 кВт);
4. Привод вакуум-фильтра АИР112M4 (мощность 5,5 кВт).

 

 

 

1.4  Характеристика АРМ  оператора

На АРМ оператора находятся датчики: отображения веса выходящей стружки из свеклорезки WI, датчики дозирования FI СО2, абсорбента и воды подаваемых в различные аппараты, датчики измерения температур сока в подогревателях TI, датчик информирующий о величине давления создаваемого в вакуум-фильтре PI, датчики характеризующие качество сока в аппаратах сатурации QI, датчики отображения уровня сока в котлах сатурации LI, датчики скорости движущихся (вращающихся) механизмов SI. Так же на АРМ оператора находятся кнопки включения/выключения электродвигателей и лампочки сигнализирующие о нарушениях работы ленточных конвейеров, диффузионной установки и аппарата дефекации.

 

 

 

 

2 Функциональная схема автоматизации

Описание функциональной схемы

Управление данной линией заключается во включении и выключении электродвигателей. При этом необходимо обеспечивать соблюдение последовательности включения электродвигателей и их выключение. Эта последовательность реализуется в соответствии с принципом: включение транспортных механизмов в линии должно производиться встречно направлению потока транспортируемого продукта, а выключение - согласно. Несоблюдение данного принципа может привести к накоплению продукта (завалу) на переходах между транспортными и технологическими механизмами.

Чистая свекла попадает в свеклорезку которая контролируется датчиком массы. Далее свекольная стружка попадает на ленточный конвейер с датчиком скорости и двигателем с частотным преобразователем. С помощью конвейера стружка транспортируется в диффузионную установку с установленными в ней датчиком частоты вращения, датчиком расхода воды и двигателем с частотным преобразователем. В диффузионной установке из стружки получаются  жом и диффузионный сок, который далее поступает в подогреватель, который контролируется датчиком температуры и датчиком давления. Жом из диффузионной установки поступает на ленточный конвейер с электродвигателем. Сок из подогревателя движется в аппарат дефекации в котором установлены датчик частоты вращения и датчик расхода известкового молока. Аппарат дефекации имеет электродвигатель с частотным преобразователем. Дальше сок направляется а котел первой сатурации с датчиком расхода СО2, уровня сока, с датчиком расхода адсорбента и датчиком характеризующим качество. Потом сок еще раз  поступает в подогреватель, который контролируется датчиком температуры и датчиком давления. И движется в вакуум-фильтр с датчиком давления. После этого сок попадает в коте второй сатурации  с датчиком расхода СО2, уровня сока, с датчиком расхода адсорбента и датчиком характеризующим качество.

Из схемы видно, что часть средств автоматизации, образующих АСУ, размещается на технологическом оборудовании (датчики уровня, температуры, скорости и положения), часть – на щите (электросиловое оборудование – магнитные пускатели) и часть на пульте (вторичные приборы, кнопки управления и сигнальные устройства). Те и другие связаны между собой линиями связи. Линии связи между устройствами управления двигателями представляют собой линии автоблокировок.

3 Принципиальная электрическая схема

Описание принципиальной электрической схемы

На принципиальной схеме показана реализация с помощью конкретных средств (видов, типов) функций АСУ, отображенных на функциональной схеме. Кроме того, она содержит цепи для реализации дополнительных функций системы, не указанных на функциональной схеме, таких как подача предупредительной, защита двигателей от перегрузок, подача электропитания в электрические цепи и защита их от короткого замыкания. Схема выполнена с использованием разнесенного способа изображения условных обозначений электромагнитных реле, магнитных пускателей и электротеплового реле. Цепям дано также наименование в виде боковых табличек с наименованием отдельных цепей соответствующего функционального назначения.

Ввод в работу начинается с подачи напряжения питания в цепи АСУ путем включения автоматических выключателей QF и SF. Все оборудование включается путем нажатия соответствующих кнопок «Пуск». В данной схеме преду6смотрена система автоблокировок, которая заключается в следующем: нельзя включить оборудование, которое располагается первым по технологической схеме, не включив последующее. Чтобы можно было включать каждый привод вне зависимости от того, работает ли предыдущее оборудование, в цепях управления предусмотрены тумблеры SA.

Дополнительно в цепи управления задвижками установлены датчики при срабатывании которых электродвигатель задвижки включается/отключается, и загорается сигнальная лампа HL.

Остановка любого технологического оборудования производится в любой момент времени при нажатии кнопок «Стоп», а также при срабатывании вышеперечисленных датчиков. Для каждого двигателя предусмотрена защитное отключение при токовых перегрузках – установлены электротепловые реле КК.

1) Пуск и остановка конвейера. При замыкании контакта SА 1 «Пуск» через катушку магнитного пускателя КМ 1 проходит ток по цепи частотный преобразователь HS1,включение лампы HL1, клемма N. Лампа HL1 предупреждает о подачи электроэнергии на конвейер. Прекращение движения конвейера происходит в любой момент при переключении регулятора SA 1 и также при перегрузке двигателя в результате срабатывания электротеплового реле КК 1.

 

2) Пуск и остановка диффузионной установки. При замыкании контакта SА 2 «Пуск»  через катушку магнитного пускателя КМ 2 проходит ток по цепи частотный преобразователь HS2,включение лампы HL 2, клемма N. Лампа HL 2 предупреждает о подачи электроэнергии на конвейер. Прекращение движения конвейера происходит в любой момент при размыкании контакта  SA 2 ,а также при перегрузке двигателя в результате срабатывания электротеплового реле КК 4.

3) Пуск и остановка ленточного конвейера.При нажатии на кнопку SB 1 «Пуск» катушку магнитного пускателя КМ 3 проходит ток по цепи: клемма SА 3, замкнутые контакты кнопки SB 2, магнитного пускателя КМ 3, электротеплового реле КК 2 , клемма N. Магнитный пускатель срабатывает, замыкая свои контакты. Замыкание контакта КМ 3 обеспечивает самоблокировку магнитного пускателя, после чего кнопку SB 1 можно опустить. Замыкания трех контактов КМ 3 силовой цепи приводит к включению ленточного конвейера  в работу. Замыкание контакта КМ 1.1 приводит к включению лампы HL 20 и тем самым подаче сигнала о работе нории. Прекращение движения конвейера происходит в любой момент при нажатии кнопки SB 2, а также при перегрузке двигателя в результате срабатывания электротеплового реле КК 2. Тумблер SA 3 осуществляет переключение с АРМ на местное управление на объекте, что позволяет проводить ремонтные работы при неисправности нории.

4) Пуск и остановка конвейера. При замыкании контакта SА 4 «Пуск»  через катушку магнитного пускателя КМ 4 проходит ток по цепи частотный преобразователь HS3,включение лампы HL4, клемма N. Лампа HL4 предупреждает о подачи электроэнергии на конвейер. Прекращение движения конвейера происходит в любой момент при нажатии кнопки SА 4, а также при перегрузке двигателя в результате срабатывания электротеплового реле КК 5.

5) Пуск и остановка вакуум-фильтра. При нажатии на кнопку SB 4 «Пуск» катушку магнитного пускателя КМ 5 проходит ток по цепи: клемма SА 5, замкнутые контакты кнопки SB 4, магнитного пускателя КМ 5, электротеплового реле КК 3 , клемма N. Магнитный пускатель срабатывает, замыкая свои контакты. Замыкание контакта КМ 3 обеспечивает самоблокировку магнитного пускателя, после чего кнопку SB 1 можно опустить. Замыкания трех контактов КМ 5 силовой цепи приводит к включению ленточного конвейера  в работу. Замыкание контакта КМ 2.1 приводит к включению лампы HL 5 и тем самым подаче сигнала о работе нории. Прекращение движения конвейера происходит в любой момент при нажатии кнопки SB 5, а также при перегрузке двигателя в результате срабатывания электротеплового реле КК 3. Тумблер SA 5 осуществляет переключение с АРМ на местное управление на объекте, что позволяет проводить ремонтные работы при неисправности вакуум-фильтра.

 

 

4 Расчет сечения и выбор силового кабеля

В качестве материала для токопроводящих жил в кабельной продукции     используются металлы, обладающие хорошей электропроводностью: медь и алюминий.

Медь — металл красного цвета, розовый в изломе, обладает лучшей после серебра электропроводностью. Расширение диапазона и объемов применения меди ограничено ее высокой стоимостью.

Алюминий—металл серебристо-белого цвета, втрое легче меди. Его электропроводность в полтора раза ниже, чем у меди. Алюминий значительно дешевле меди, чем и обусловлено его весьма широкое применение.

Используемые электродвигатели сведены в таблицу 1.

4.1 Определение расчетной нагрузки силовых электропроводов и кабелей

Определение расчетной нагрузки сводится к нахождению полной мощности токоприемников в соответствии с формулой:

,      (1)

где Ру – установленная активная мощность потребителя, кВт;

Qy – реактивная мощность потребителя, кВт.

Реактивную мощность потребителя рассчитывают по формуле

,      (2)

где φном – угол, соответствующий среднему значению коэффициента мощности потребителя, cosφном = 0,8 (определяется по таблице). [7]

tgφном = 0,75

кВт

кВт

кВт

кВт

Определение суммарной установленной полной мощности группы характерных потребителей производят по формуле:

,      (3)

где Рсум – суммарная установленная активная мощность группы потребителей, кВт;

Qсум – суммарная реактивная мощность группы потребителей, кВт.

По значению установленной полной мощности потребителя определяют расчетный ток каждого потребителя в отдельности с учетом коэффициента спроса в соответствии с выражением

,     (4)

где Uном – номинальное напряжение, В, U = 380 В;

Кс – коэффициент спроса, Кс = 0,75 (определяется по таблице). [7]

А

А

Аналогичным образом находим расчетные значения тока группы потребителей в целом:

      (5)

А.

Таблица 1  - Ведомость установленных электродвигателей

Наименование	Электродвигатель
	Тип	cosφ	Мощность, кВт	Ном. ток, А	Количество, шт	Общая мощность, кВт
Ленточные конвейеры	АИМ100S2	0.8	4	7.72	2	8
Аппарат дефекации	АИР112M4	0.5	5.5	17.37	1	5.5
Диффузионная установка	АИР112M4	0,5	5,5	17,37	1	5.5
Вакуум-фильтр	АИМ100S2	0.8	4	7.72	1	4

 

4.2 Расчет и выбор  силовых электропроводов и кабелей  по нагреву и на потерю напряжения

       Расчет проводов  и кабелей по нагреву заключается  в выборе соответствующих сечений  и марки изоляции. При этом  сечения проводов и кабелей  должны быть выбраны с таким  расчетом, чтобы максимальные длительные  допустимые значения токов I∞ для этих сечений были равными или больше расчетных значений токов Iр  для рассматриваемого участка сети, т. е.

                                                          Iр≤I∞.                                                            (7)

      В соответствие с этим для  нории выбираем трехжильный медный кабель 3х2,5 мм2, для всех остальных– трехжильный медный кабель 3х1 мм2, общий кабель – трехжильный медный кабель 3х4 мм2. [7]

Наряду с проверкой по нагреву кабели и провода проверяются на допустимую потерю напряжения, так как согласно «Правилам устройства электроустановок» принято, что при эксплуатации напряжение на зажимах электродвигателей не должно отличаться более чем на ±5% номинального значения. Для силовых сетей, выбранных исходя из допустимой нагрузки, т. е. по условиям нагрева, в большинстве случаев потеря напряжения обычно не превышает допустимых значений. Однако при больших расстояниях от источника питания до токоприемников приходится выбирать провода и кабели по потере напряжения и в силовых сетях. Для трехфазных линий электроснабжения проверку сечения проводов и кабелей на потерю напряжения

производят по формуле:

                          ,                     (8)  

 где  Uном – номинальное напряжение, В, U = 380 В;

      cos φ – значение коэффициента мощности потребителя;

      Х0 – индуктивное сопротивление линии, Ом, Х0 = 0,4 Ом/км;

      R0 – активное сопротивление линии, Ом;

      l – расчетная длина участка цепи, м;

      Рр – расчетная мощность, кВт.

Активное сопротивление находим по формуле:

                                       ,                                                                 (9)

где ρ – удельное сопротивление провода, Ом·мм2/м, для меди ρ=0,0175 Ом·мм2/м.

Ом.

%

Ом

%

Для общего кабеля:

Ом.

%.

В соответствие с полученными расчетами и условиями прокладки выбираем трехжильный медный кабель марки НРГ сечением: для нории выбираем трехжильный медный кабель 3х2,5 мм2, для всех остальных– трехжильный медный кабель 3х1 мм2, общий кабель – трехжильный медный кабель 3х4 мм2.

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор пускорегулирующей аппаратуры

Аппаратура управления и защиты должна обеспечивать: включение и отключение электроприемников и участков сетей в нормальном режиме работы, надежное отключение электроприемников и линий для ревизий и ремонтных работ; защиту от всех видов коротких замыканий и перегрузок.

5.1 Автоматические выключатели

Предназначены для защиты электрических цепей от перегрузок недопустимой продолжительности токов короткого замыкания. Кроме этого выключатели могут быть встроены в комплексные устройства для защиты, пуска и остановки электродвигателей, а также для нечастых оперативных включений цепей электричества.

Автоматы АП50 применяют для электродвигателей мощностью до 20 кВт при напряжении 380В с номинальным током теплового расцепителя 50 А.

5.2 Магнитные пускатели

Предназначены для дистанционного пуска, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей. При наличии тепловых реле пускатели осуществляют защиту электродвигателя от перегрузки, недопустимой продолжительности токов короткого замыкания.

В настоящее время широко распространены магнитные пускатели серии ПМЕ и ПМА.

В данной работе в качестве пускорегулирующей аппаратуры применяются:     - ПМЕ-200;

- тепловое  реле ТРН-25;

- датчик  контроля качества ПКЖ-904А;

                             - датчик давления марки 19U015PA3K,;

- автоматический  выключатель АП-50;

- регулятор  температуры РПД-1;

- реле контроля  скорости РС-67;

- датчик  уровня  марок BT.

Устройство пускателей допускает дистанционное управление или с помощью кнопочного поста. Если кнопочный пост управления устанавливается отдельно, в пускателе между клеммами ставится перемычка.

Установка пускателей на месте монтажа только вертикальная. Вводное устройство допускает подвод кабеля как сверху, так и снизу.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данном расчётном задание была спроектирована АСУ технологической линии производства сахара.

Были составлены функциональная и принципиальная схемы, рассчитана и подобрана основная пускорегулирующая аппаратура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Алиев, И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебн. пособие для вузов. – 4-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2005. – 255 с.
2. Алиев, И.И. Кабельные изделия: справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 230 с.
3. Гаврилова, Н.Б., Щетинин М.П., Гречук Е.Ю. Технология продуктов питания. – Барнаул-Омск: Изд. АлтГТУ, 2003. – 249 с.
4. Ключников, В.В., Кравченко И.Д, Зыбцев Ю.К.. Автоматизация поточно-транспортной линии. Методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплинам ОПД-Ф. 08 «Управление техническими системами» направления «Пищевая инженерия» и ОПД-Ф. 07 «Системы управления технологическими процессами» направления «Производство продуктов питания из растительного сырья» /Алт. гос. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. – 52 с.
5. Личко, Н. М. Технология переработки продукции растениеводства / Н.М. Личко. - М.: Колос, 2000. – 280 с.
6. Ключников В. В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств (задачи и упражнения): учебное пособие/ В. В. Ключников. – Баранаул: Изд-во АлтГТУ,2010. – 161с.
7. пищевой промышленности / В.Д. Сукманин, В.Д. Лавров, Ю.П.   Золотин. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 432 с.