Автоматизация линии сушки кофе

Введение

 

 

Процесс сушки смеси кофе является одним из важных этапов ее производства. Это очень важно для его дальнейшего хранения. Процесс происходит циклически. Целью создания системы является обеспечения работы системы в номинальном режиме (исключая перегрузку системы и аварийные ситуации), получение порошка кофе заданного качества (температура сушки  270°С), сокращение либо минимальное использование ресурсов на производство.

Для управления процессом  применяется IBM PC совместимый компьютер, на котором установлена ​​SCADA система «Genie»,  предназначена для оперативного контроля, управления, сигнализации, регистрации параметров. Также есть возможность передачи данных на удаленный компьютер с организованной локальной сети.

Задачей на курсовую работу является анализ двух систем автоматизированного проектирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные нормативные документы по созданию АСУ

 

Для создания проектной  и технической документации необходимо использовать ГОСТы и СНиПы и другие нормативные документы.

Рассмотрим и кратко опишем нормативные  документы, использующиеся в курсовой работе:

1. ГОСТ 34.201-89 «Виды, комплектность и обозначение документов». В зависимости от назначения и формы изложения документы подразделяются на виды и типы. Стандарт не устанавливает номенклатуру организационно-распорядительных документов, разрабатываемых на предпроектной и проектной стадиях создания АСУ. Документы в проектах АСУ укомплектовывают на систему или составляющие ее части:

• подсистему;

• задачу (комплекс задач);

• программу (комплекс программ);

• или по виду обеспечения.

На каждый комплект должна быть составлена ведомость документов комплекта, для  программ «Спецификация» по ГОСТ 19.101-77 .

2. ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы, стадии создания». Стандарт устанавливает стадии и этапы создания АС. Процесс создания АС представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных, объединённых в стадии и этапы работ, выполнение которых необходимо и достаточно для создания АС, соответствующей заданным требованиям. Стадии и этапы создания АС выделяются как части процесса создания по соображениям рационального планирования и организации работ, заканчивающихся заданным результатом. Работы по развитию АС осуществляют по стадиям и этапам, применяемым для создания АС.

3. ГОСТ 34.602-89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы». ТЗ на АС является основным документом, определяющим требования и порядок создания (развития или модернизации - далее создания) автоматизированной системы, в соответствии с которым проводится разработка АС и ее приемка при вводе в действие. ТЗ на АС разрабатывают на систему в целом, предназначенную для работы самостоятельно или в составе другой системы. Дополнительно могут быть разработаны ТЗ на части АС:

• на подсистемы АС, комплексы задач АС и т. п. в соответствии с требованиями настоящего стандарта;

• на комплектующие средства технического обеспечения и программно-технические комплексы в соответствии со стандартами ЕСКД и СРПП;

• на программные средства в соответствии со стандартами ЕСПД;

• на информационные изделия в соответствии с ГОСТ 19.201 и НТД, действующей в ведомстве заказчика АС.

4. ГОСТ 34.603-92 «Виды испытаний автоматизированных систем». Стандарт устанавливает виды испытаний АС и общие требования к их проведению. Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их определения - по ГОСТ 34.003. Требования настоящего стандарта, кроме пп. 2.2.4, 4.4, 4.5, являются обязательными, требования пп. 2.2.4, 4.4, 4.5 - рекомендуемые. 

5. РД 50-34.698-90 «Автоматизированные системы требования к содержанию документов». Требования к содержанию документов, разрабатываемых при создании АС, установлены настоящими указаниями, а также соответствующими государственными стандартами Единой системы программной документации (ЕСПД), Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Системы проектной документации для строительства (СПДС) и ГОСТ 34.602.

Виды и комплектность документов регламентированы ГОСТ 34.201

6. СНиП 3.05.07-85 (1990) «Системы автоматизации». Настоящие нормы и правила распространяются на производство и приемку работ по монтажу и наладке систем автоматизации (контроля, управления и автоматического регулирования) технологических процессов и инженерного оборудования на строительстве новых, расширении, реконструкции и техническом перевооружении действующих предприятий, зданий и сооружений отраслей народного хозяйства.

Настоящие правила  не распространяются на монтаж: систем автоматизации специальных объектов (атомные установки, шахты, предприятия по производству и хранению взрывчатых веществ, изотопов); систем СЦБ железнодорожного транспорта; систем связи и сигнализации; автоматики систем пожаротушения и дымоудаления; приборов с использованием радиоизотопных методов измерения; приборов и средств автоматизации, встроенных в станки, машины и другое оборудование, поставляемое предприятиями-изготовителями.

Правила устанавливают  требования к организации, производству и приемке работ по монтажу приборов, средств автоматизации, щитов, пультов, агрегатных и вычислительных комплексов автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), электрических и трубных проводок и т.п., а также к наладке смонтированных систем автоматизации.

В процессе проектирования необходимо, также, руководствоваться ГОСТами на систему конструкторской документации и другими стандартами, регламентирующими правила оформления конструкторской документации.

1. ГОСТ 2.001-93 «Общие положения». ЕСКД - комплекс стандартов, устанавливающих взаимосвязанные нормы и правила по разработке, оформлению и обращению конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой на всех стадиях жизненного цикла изделия (при проектировании, изготовлении, эксплуатации, ремонте и др.). Основное назначение стандартов ЕСКД состоит в установлении единых оптимальных правил выполнения, оформления и обращения конструкторской документации. Стандарты ЕСКД распространяются на изделия машиностроения и приборостроения. Область распространения отдельных стандартов расширена, что оговорено во введении к ним. Межгосударственные стандарты ЕСКД распределяются по классификационным группировкам. Внедрение стандартов ЕСКД осуществляется в соответствии с установленным порядком для межгосударственных стандартов.

2. ГОСТ 2.701-84 «Правила выполнения схем». Он состоит из следующих разделов: 1. Виды и типы схем. (1.1 Подразделения схем в зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия (установки; 1.2 Подразделение схем в зависимости от основного назначения; 1.3 Наименование и код схем), 2. Общие требования  к выполнению (2.1. Комплект (номенклатура) схем; 2.2. Форматы; 2.3. Построение схемы;  2.4. Графические обозначения; 2.5. Линии связи;

2.6. Перечень элементов; 2.7. Текстовая информация; 2.8. Правила выполнения комбинированных схем).

3. ГОСТ 2.102-68 «Виды и комплектность конструкторских документов». К конструкторским документам (именуемым в дальнейшем словом "документы") относят графические и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки или изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. Документы в зависимости от стадии разработки подразделяются на проектные (техническое предложение, эскизный проект и технический проект) и рабочие (рабочая документация). Полный комплект конструкторских документов изделия составляют (в общем случае) из следующих документов: основного комплекта конструкторских документов на данное изделие; основных комплектов конструкторских документов на все составные части данного изделия, примененные по своим основным конструкторским документам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технология

 

Сухие напитки выпускают шипучих («Освежающий» и др.) и нешипучих («Вишневый», «Черносмородиновый» и  др.) видов. Первые состоят из смеси  сахара, виннокаменной кислоты, пищевых эссенций, плодово-ягодных экстрактов, а также гидрокарбонатанатрия. Вторые не содержат пищевую соду, и при растворении сухой части в воде газ не выделяется. В промышленности освоен выпуск почти 20 сухих напитков в виде таблеток и порошка. Состав сухих напитков после растворения в 200 см3 воды идентичен по содержанию сухих веществ и кислотности составу газированных.

Рассмотренная технологическая схема  является участком линии по производству сухих не шипучих напитков. На ней  происходит дозирование, смешивание компонентов напитка и сепарирование, размол, смешивание сахара, после смесь поступает в установку сушки, где при помощи пара производится сушка, и готовый продукт отбирается в бункер временного хранения.

Данная установка принадлежит к установкам периодического действия и поэтому алгоритм её работы содержит цикл (пуск и останов установки). Для запуска процесса должны выполниться некоторые предпусковые условия, а именно: необходимо проверить наличие каждого компонента в сборнике, также необходимо проверить уровень сахара, и уровень в сборнике готового продукта (он должен быть ниже минимального), а также необходимо проверить наличие пара в магистрали.

Последовательность цикла работы установки. Для начала необходимо проверить  все предпусковые условия (описанные выше), если они выполняются необходимо запустить предпусковую сигнализацию, по прошествии времени выключается сигнализация и начинается процесс размалывания, потом сепарирования, потом включаются сита, следующим привод нории, происходит дозировка сахара и останов уже запущенного оборудования. Отмеренная порция сахара поступает в смеситель, куда также поступают соответствующие порции компонентов, после чего  начинается процесс перемешивания, параллельно с этим начинается запуск и прогрев сушильной установки. По прошествии времени смесь при помощи нории поступает в камеру сушки. После того как из смесителя вырабатывается смесь, происходит останов нории о остановка сушильной установки. Готовый продукт после контрольного взвешивания поступает в бункер временного хранения.

 

Рис. 1.1 – Технологическая схема рассматриваемого участка.

1 – шнек подачи сахара из  бункера, 2 – шнек подачи сахар из промежуточного бункера на весы, 3 – шнек подачи сахара в смеситель, 4 – шнек подачи компонента 1 из сборника мерника, 5 – шнек подачи компонента 2 из сборника мерника, 6 – шнек подачи компонента 3 из сборника мерника, 7 – шнек подачи компонента 4 из сборника мерника, 8 – шнек подачи смеси из смесителя на вторую норию, 9 – шнек подачи готового продукта на контрольное взвешивание, 10 – бункер хранения сахара, 11 – нория один, 12 – сепаратор, 13 – мельница, 14 – промежуточный бункер для размельченного сахара, 15 – весы один, 16 – сита, 17 – сборник мерник для компонента 1, 18 – сборник мерник для компонента 2, 19 – сборник мерник для компонента 3, 20 – сборник мерник для компонента 4, 21 – смеситель, 22 – нория два, 23 – установка для сушки и распыления, 24 – вентилятор подачи воздуха, 25 – клапан подачи пара, 26 – контрольные весы, 27 – сборник для готового продукта, 28 – распылительный диск.

 

Рис. 1 – Схема технологического процесса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Описание схемы автоматизации

 

Рис. 1.2 – Схема автоматизации рассматриваемого участка.

 

Контроль, регулирование и управление всем процессом осуществляет микропроцессорный контроллер на схеме МПК и ПК. На МПК реализованы функции преобразования, управления, переключения и сигнализации, а на ПК преобразования, индикации, регистрации, сигнализации и управления с экрана.

Работа схемы автоматизации: проверку наличия пара в паропроводе с введением этой информации в контроллер её преобразование 10а и индикацию 10б на щите обеспечивает манометр. Проверку наличия сахара и компонентов в емкостях, уровня в промежуточном бункере обеспечивают приборы 1а…9а, а отображение достижения этих уровней на щите обеспечивают светодиоды. Запуск оборудования в работу обеспечивает контроллер. Сигнал автоматического управления через переключатель режимов работы «ручной-автоматический» HS поступает на моторы оборудования (шнеки, распылитель, сепаратор, мельница, смеситель и др). Формирование сигналов управления в дистанционном режиме обеспечивают кнопочные станции H на щите. Результаты сигнализации отображаются на ПК благодаря функции индикации. Измерение веса обеспечивают датчики 11а, которые через преобразователи 11б, поступает на интерфейс ПК или панели. Измерение температуры в сушилке обеспечивает датчик 12а с унифицированным выходным сигналом, далее информация поступает в микроконтроллер и ПК которые обеспечивают контроль и сигнализацию. Запуск контура регулирования в работу обеспечивает сигнал автоматического управления от переключателя режимов работы «ручной-автоматический» 12б поступает на клапан подачи пара 12г. Сигнал автоматического управления от МПК через переключатель режимов работы «ручной-автоматический» 23 поступает на мотор привода клапана 13а. Формирование сигналов управления в дистанционном режиме обеспечивают кнопочные станции 23 на щите. Данные о положении исполнительного механизма поступают на ПК по которому оператор может судить о положении рабочего органа.

 

 

 

 

4.Сравнение двух программных средств автоматизации «Системы автоматизированного проектирования»

 

Система автоматизированного  проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Существует огромное количество систем автоматизированного проектирования. В зависимости от отрасли применения, набор программных средств отличается. Рассмотрим программные средства для  каждой отдельной отрасли.

MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроение, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования. Применяются следующие программные средства: SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA.

EDA (англ. electronic design automation) или  ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР  электронных устройств, радиоэлектронных  средств, интегральных схем, печатных  плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);

AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и прочие. Прогрманые средства: Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, который включает: Revit Architecture, AutoCAD и AutoCAD Architecture, Piranesi, ArchiCAD.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные  аспекты проектирования.

CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного  проектирования, в контексте указанной  классификации термин обозначает  средства САПР, предназначенные  для автоматизации двумерного  и/или трехмерного геометрического  проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание  чертежей.

CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.

CAE (англ. computer-aided engineering) —  средства автоматизации инженерных  расчётов, анализа и симуляции  физических процессов, осуществляют  динамическое моделирование, проверку  и оптимизацию изделий.

CAA (англ. computer-aided analysis) —  подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

CAM (англ. computer-aided manufacturing) —  средства технологической подготовки  производства изделий, обеспечивают  автоматизацию программирования  и управления оборудования с  ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.

CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования  технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного  проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к  различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся  геометрическая модель изделия, которая  используется в качестве входных  данных в системах CAM, и на основе которой, в системах CAE формируется  требуемая для инженерного анализа  модель исследуемого процесса.

В качестве сравнения двух программных средств проектирования систем автоматизации рассмотрим КОМПАС -3D и AutoCAD.

Основные компоненты КОМПАС-3D:

- Система трехмерного твердотельного  моделирования.

Предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных  деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.

- Чертежно-графический редактор (КОМПАС-График)

Предназначен для автоматизации  проектно-конструкторских работ  в различных отраслях деятельности. Он может успешно использоваться в машиностроении, архитектуре, строительстве, составлении планов и схем - везде, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную документацию.

- Модуль проектирования спецификаций 

Используется совместно с системой трехмерного твердотельного моделирования и/или Чертежно-графическим редактором. Модуль позволяет выпускать разнообразные спецификации, ведомости и прочие табличные документы.

Документ-спецификация может  быть ассоциативно связан со сборочным  чертежом (одним или несколькими  его листами) и трехмерной моделью сборки.

- Текстовый редактор 

Предназначен для разработки различного рода текстовой документации. Возможно как стандартное, так и  произвольное оформление документов. При работе можно использовать любые  доступные в Windows шрифты - как векторные, так и растровые.

Системные требования:

КОМПАС-3D V10 предназначен для использования  на персональных компьютерах типа IBM PC, работающих под управлением русскоязычной (локализованной) либо корректно русифицированной 32- или 64-разрядной версии операционных систем MS Windows 2000/XP/Vista.

Минимально допустимые уровни ОС:

- Windows 2000 SP2,

- Windows XP SP1,

- Windows Vista.

Минимально возможная  конфигурация компьютера для установки  и запуска системы:

- процессор Pentium III с тактовой частотой 800 МГц;

- оперативная память 512 Мб;

- графический адаптер SVGA с видеопамятью 32 Мб;

- привод DVD-ROM;

- свободное пространство на  жестком диске не менее 500 Мб;

- манипулятор "мышь".

AutoCAD — двух- и трёхмерная  система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках. Уровень локализации варьируется от полной адаптации до перевода только справочной документации. Русскоязычная версия локализована полностью, включая интерфейс командной строки и всю документацию, кроме руководства по программированию.

Комплекс AutoCAD – известная программная продукция, предназначенная для автоматизации проектно – конструкторских работ. По своим возможностям он может быть отнесен к системам САПР среднего уровня. Такие системы, как правило, предоставляю возможность автоматизированного параметрического твердотельного моделирования трехмерных объектов, состоящих из нескольких сотен компонентов, обеспечивают организацию проектно – конструкторских работ подразделений предприятия, обмен данными с другими САПР, автоматизацию документооборота и выпуск конструкторской документации.

Скорость и легкость, с которыми создаются трехмерные модели проектируемых  изделий, широкие возможности их преобразования и редактирования, различные  способы получения плоских изображений  этих изделий (видов, разрезов, сечений), ассоциативно связанных с моделями – все это обеспечивает огромную экономию времени по сравнению с «ручным» черчением.

Современный пакет AutoCAD позволяет  работать одновременно с несколькими  чертежами, имеет мощные средства визуализации создаваемых трехмерных объектов и расширенные возможности адаптации системы к требованиям пользователя, обеспечивает связь графических объектов с внешними базами данных, позволяет просматривать и копировать компоненты чертежа без открытия его файла, редактировать внешние ссылки и блоки, находящиеся во внешних файлах.

Системные требования:

• Процессор Intel® Pentium® 4 с рекомендуемой  тактовой частотой 2.2 ГГц.

• Операционная система Microsoft® Windows Vista®, Windows® XP Home или Professional (пакет обновления SP2), Windows® 2000 (пакет обновления SP4).

• 512 Мб оперативной памяти.

• 750 Мб на диске для установки.

• Экранное разрешение 1024x768 VGA в режиме True Color.

При сравнении двух программных  средств можно сказать, что КОМПАС достаточно легок в применении, разобраться можно быстро и без специальной документации, также системные требования значительно ниже, чем для AutoCAD. Так как это русская программа, цена на пакет в десятки раз меньше, чем AutoCAD. Но КОМПАС имеет достаточно узкий диапазон открываемых форматов, что не всегда удобно, так как просмотреть и отредактировать, возможно важно документа, будет неосуществимо. AutoCAD используется как международная программа для проектирования. Просматривать чертежи зарубежных проектировщиков, будет легко и без проблем. Плюс можно купить и установить дополнительные модули, которых нет в КОМПАСе. Но цена AutoCAD значительно больше, хотя качество и возможности системы лучше, чем у КОМПАС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

 

В данной курсовой работе была рассмотрена нормативная документация для создания систем автоматизированного проектирования. Разработана система автоматизации стерилизации томатной пасты и выделены контуры регулирования.

Также были рассмотрены программные  средства автоматизированного проектирования. Проведен анализ двух систем AutoCAD и КОМПАС. В результате AutoCAD имеет больше возможностей и дополнительных модулей, чем КОМПАС, поэтому целесообразно использовать при проектировании систем автоматизации AutoCAD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Соколов В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат,1991
2. Платонов П.Н., Павлов А.И., Сычук Л.М. Автоматика и автоматизация консервного производства: Учеб. пособие для вузов. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981.
3. Автоматизация технологических процессов пищевых производств / Под ред. Карпина Е.Б. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1985.