Вступ

       

       

         Сучасний розвиток промислового виробництва молочних продуктів супроводжується широким використанням автоматизованих систем управління технологічними процесами.

         В харчовій промисловості випуск  молока займає одне з провідних місць, тому автоматизація має велике значення в цій галузі і є важливим засобом підвищення продуктивності праці, зменшення витрат сировини та енергії, підвищення якості продукції та підвищення надійності роботи.

         Широке використання автоматизованих систем управління обумовлено значним економічним ефектом, який досягається завдяки забезпеченню заданих якісних показників продукції. Нам необхідно досягти зменшення втрат сировини та енергоресурсів, зменшення трудомісткості виробництва, підвищення трудової культури виробництва. Цього можна досягти за допомогою управляючих обчислювальних комплексів (УОК) на базі міні та мікро ЕОМ та мікропроцесорних контролерів за умови вдосконалення управління технологічними комплексами та окремими установками на основі інтенсифікації та оптимізації робочих режимів.

  Це вимагає  розширення функціональних можливостей  системи управління, тобто забезпечення  не тільки виконання простих  задач вимірювання технологічних змінних, автоматичної сигналізації параметрів, програмно-логічного управління, а й знаходження та підтримання найкращих 

оптимальних технологічних режимів установок, координації (узгодження) їх роботи в межах технологічних комплексів.

         Характерними особливостями сучасного  виробництва молочних продуктів є неперервність більшості технологічних процесів і комплексна автоматизація. 

Завдяки цьому , поряд з підвищенням рівня  автоматизації технологічних процесів, ускладнюється задача по їх управлінню.

         Процес оптимізації передбачає  вибір такого варіанта управління , при якому досягається мінімальне або максимальне значення даного критерію, що характеризує якість управління. Досвід дозволяє стверджувати, що в майбутньому роль людини в управлінні буде зменшуватись, а в інших зростати. Як наслідок, однією з центральних проблем створення АСУ є реалізація оптимальної взаємодії "людина - машина". Внаслідок досягнення такої взаємодії забезпечується найбільш повне використання творчих можливостей людини і досягнення максимального економічного ефекту. Велике значення у виробництві продуктів тривалого зберігання (молочні консерви, масло, сири) має первинна та теплова обробка молока. Якість молочних продуктів у значній мірі залежить від підтримування установлених оптимальних режимів зберігання та теплової обробки молока. Це впливає не тільки на зменшення загальної кількісної величини мікроорганізмів, які знаходяться в молоці, але й надає продуктам відповідних властивостей (смаку, запаху, консистенції).

         Автоматичне управління процесом  теплової обробки та сквашування  молока дозволяє в значній мірі знизити його втрати при транспортуванні його по трубопроводу, запуску та зупинці агрегатів, підвищує продуктивність виробництва.

         Застосування мікропроцесорної  техніки дозволяє значно покращити  якість керування процесом та  дає більш ширшу інформацію про хід процеса, а також полегшує роботу оператора. 
 
 
 
 
 

       

         

       1.1Схема автоматизації системи управління та ії опис  
 
 

 В даному  курсовому проекті розроблена система автоматизації, яка забезпечує регулювання, контроль основних параметрів технологічного комплексу ділянки виробництва дитячих сирків та управління двигунами (креслення 1), таких як:

- рівень молока в приймальному баці;

• рівень молока у баку після пастеризації і охолодження;
• температура молока після секції охолодження;
• температура молока у 1-ому танкері;
• температура молока у 2-ому танкері;
• витрата молока після приймального баку;
• концентрація закваски у 1-ому резервуарі;
• концентрація закваски у 2-ому резервуарі;
• рівень молока у 1-ому резервуарі;
• рівень молока у 2-ому резервуарі.
• рівень вершків приймальному баці;

       Для більш зручного виконання усіх функцій  системи автоматизації вибираємо  контролер ТSХ Micro 3721 101, архітектура якого оптимізована для розв'язання задач автоматичного та автоматизованого управління технологічними процесами.

У відділенні ПОУ  молоко потрапляє у приймальний  бак, де відбувається контроль рівня електропроводних і піноутворюючих середовищ рівнеміром (поз.1а), вихідний сигнал 4 - 20 мА якого поступає на вхід контролера. Регулювання здійснюється через ЕПП ЭП-1324 (поз.1б), з якого пневматичний сигнал (20-100кПа) поступає на мембранний виконавчий механізм 25ч30нж (поз.1в). Тут також стоїть витратомір (поз.2а). Далі молоко надходить у секцію рекуперації пастеризаційно-охолоджувальної установки,

       де  підігрівається зустрічним пастеризованим молоком до температури 35 °С, після чого воно йде у сепаратор для очищення. З сепаратора частина молока надходить у секцію пастеризації, а частина (вершки) надходить у сметанний цех. У секції пастеризації рекупероване молоко підігрівається гарячою водою з температурою 80°С до температури пастеризації 76°С. Температура вимірюється термометром опору (поз.4а), контролер регулює зміну температури пастеризованого молока за рахунок зміни положення клапана подачі гарячої води (поз.4в). Після чого молоко йде на витримку до витримувача на 15 - 20 с. Після витримувача стоїть термометр опору (поз.5а), який вимірює температуру пастеризованого молока після витримувача, у випадку недопастеризації молока стоїть трьохходовий клапан (поз.5г) повернення у приймальний бак. Після витримувача вже пастеризоване молоко потрапляє до секції рекуперації, де нагріває сире молоко. Далі молоко надходить до секції охолодження, де охолоджується до температури 5°С льодяної водою з температурою 1⁰С, температура охолодженого молока контролюється за допомогою термометра опору (поз.3а), і регулюється клапаном(поз.3в). На виході з пастеризаційно-охолоджувальної установки передбачений датчик рН (6а) для контролю рН готового молока. З секції охолодження пастеризоване охолоджене молоко надходить до так званого проміжного баку, в якому здійснюється вимірювання рівня рівнеміром (поз.7а) з уніфікованим вихідним сигналом 4-20 мА. Рівень молока у проміжному баці регулюється за допомогою клапана (поз.7в). З цього баку молоко перекачується в резервуари сирково творожного відділення. Рівень молока в резервуарах контролюється рівнеміром для електропроводних і піноутворюючих середовищ (поз.9а,10а), регулювання рівня в резервуарах здійснюється за допомогою мембранного виконавчого механізму 25ч30нж (поз.9в,10в).  
 

Заквашування  та сквашування молока в резервуарах  здійснюється додаванням закваски до утворення згустку з рН 4,5-4,7. Контроль здійснюється за допомогою датчиків рН (поз.13а,14а), та регулюється клапанами (поз.13в,14в). Час сквашування 10-12год. Підготовлений згусток перемішують та підігрівають за допомогою води циркулюючої в сорочці підігрівника до температури 24⁰С, яка контролюється термометром опору (поз.11а,12а), та регулюється клапанами(поз.11в,12в). Готовий згусток через трьохходовий вентиль (поз.15б) і витратомір (поз.16а) перекачується проходячи ультрафільтрацію у відстійник де він охолоджуеться.

       Гарячу  воду ми отримуємо в інжекторі  шляхом контактного теплообміну  пари і води. Пара надходить із котельної.

       Льодяна вода надходить із компресорно-охолоджувального відділення.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Принципова схема автоматичного управління та реґулювання

Принципові  схеми реґулювання, управління, сиґналізації та живлення 

 На другому аркуші графічної частини розроблена принципова конфіґураційна схема автоматичного реґулювання та управління на базі мікропроцесорного контролера TSX Micro 3721 101. В даній схемі показано регулювання, управління  і контроль такими параметрами, як:

• температура молока у 1-ому танкері;
• температура молока у 2-ому танкері;
• витрата сквашеного згустку;
• концентрація закваски у 1-ому резервуарі;
• концентрація закваски у 2-ому резервуарі;
• рівень молока у 1-ому резервуарі;
• рівень молока у 2-ому резервуарі.

 

         Принципова схема системи автоматизації – схема, що показує зв’язок і взаємодію окремих елементів пристроїв автоматизації за допомогою умовних позначень, причому кожний елемент схеми виконує визначену функцію і не може бути поділений на частини, що мають самостійне функціональне призначення. Отже, принципові схеми визначають повний склад елементів системи автоматизації.

         Алгоритм роботи принципової електричної конфіґураційної схеми автоматичного реґулювання, управління та сиґналізації, що зображена на аркуші 2, відображає програма, котра реалізується на ПЕОМ.  В програмі використано такі змінні:

% IW3.6-витрата сквашеного згустку;

% IW3.0-температура в 1-му танку;

% IW3.1- температура в 2-му танку; 

% IW3.2-концентрація закваски в 1-му танку;

% IW3.3-концентрація закваски в 2-му танку;

% I1.1-рівень молока у 1-ому танкері;

% I1.2-рівень молока у 1-ому танкері;

% I1.3-рівень молока у 2-ому танкері;

% I1.4-рівень молока у 2-ому танкері;

% QW4.0-подача гарячої води на 1-ий танкер;

% QW4.1-подача гарячої води на 2-ий танкер;

% QW6.1-подача закваски у 1-ий корпус;

% QW6.2-подача закваски у 2-ий корпус;

% QW6.2-клапан виходу готового продукту;

% Q2.0-двигун подачі молока після апаратного цеху;

% Q2.1- двигун подачі молока з приймального баку;

% Q2.2-двигун у 1-ому танкері;

% Q2.3-двигун у 2-ому танкері;

% Q2.4-двигун подачі закваски

% Q2.5-сигнальний дзвоник. 

         В даному дипломному проекті оброблення інформації й утворення управляючих дій відбувається в контролері. Як відомо, контролер працює лише з уніфікованими сиґналами, тому для того, щоб завести сиґнал з датчиків, що мають природній вихідний сиґнал, треба перетворити цей сиґнал в уніфікований за допомогою відповідних перетворювачів.

Стандартні аналогові  і дискретні сиґнали від датчиків та перетворювачів надходять на вхідні ПЗО контролера, звідки вже у цифровій формі безпосередньо поступають для оброблення відповід но до програми 
 
 

       процесором. Оброблена інформація через вихідні  ПЗО у формі стандартних сиґналів надходить на реґулюючі органи.

       

       

Принципова схема сиґналізації 

         В якості сигналізації використовується сигнальний дзвоник НА1, який реагує на будь-які неполадки чи збої у системі. Більш детальну інформацію про аварійний випадок можна отримати на мнемосхемі, яка представлена на ПЕОМ. 

                4 .Принципова електрична схема живлення 

         Для функціонування системи автоматизації потрібне її електричне живлення.

         Проектування систем електроживлення здійснюють на основі завдання на проектування функціональної схеми автоматизації (аркуш 1), принципових електричних схем управління, реґулювання та сиґналізації (аркуш 2).

         Принципову електричну схему живлення розробляють у такій послідовності:

– обирають джерела живлення;

– вибираються  та розраховуються щити та збірки живлення системи автоматизації;

– проектується живильна мережа;

– проектується розподільна система;

– виконується  принципова схема електроживлення.

       Джерело живлення має забезпечити потрібні електроприймачам напругу і потужність, достатні для того, щоб відхилення напруги не перевищувало значень, за яких порушується нормальна робота електроприймачів:

– контрольно-вимірювальні та реґулюючі прилади – +5% номінального;

– апаратура  схеми управління та сиґналізації, включно з реле, – 5…10% 

 номінального.

 У щитах та збірках живлення розташовують апаратуру захисту й управління живильної і розподільної мережі. Їх вибір та розташування повинні

       насамперед  забезпечити надійність, зручність  і безпеку експлуатації системи  електроживлення.

         Електроприймачі систем автоматизації, встановлені на щитах управління і в релейних шафах й окремо стоячі, як правило, живляться через щити та збірки живлення, розташовані на мінімально можливих відстанях від відповідних електроприймачів.

         Проектування живильної мережі системи електроживлення включає в себе вибір напруги, кількості фаз і проводів, вибір конфіґураційної живильної мережі та вирішення питань резервування; вибір та розташування апаратів захисту й управління.

         Вибір напруги живильної мережі визначається напругою в колах живлення приладів і засобів автоматизації з урахуванням напруг, прийнятих у системі постачання електроенергією об’єкта, що автоматизується. Найпоширеніші в системах електропостачання промислових підприємств чотирипровідні мережі трифазного змінного струму напругою 380/220 В з глухим заземленням нейтралі.

         Вибір кількості фаз і проводів живильної мережі відбувається залежно від кількості фаз та напруги живлення приладів й засобів автоматизації.

         Вибір конфіґурації живильної мережі відбувається залежно від категорійності об’єкта, що автоматизується, та розташування щитів і збірок живлення щодо джерел живлення.

         Апарати захисту й управління в живильних мережах встановлюють

        в місцях приєднання до джерела живлення і на вводах у щити та збірки живлення систем автоматизації в нормально не заземлених фазних провідниках.

         Ввідний кабель живлення через автоматичний вимикач заводиться в щит живлення. Ввідний кабель живлення дає напругу 220 В змінного струму, що застосовується для живлення майже всіх електроприймачів.

        

        Як апаратуру захисту  й управління застосовують автоматичні  вимикачі А-63 з електромагнітним розчеплювачем для захисту від короткого замикання.

        Переваги автоматичних вимикачів у тому, що при їх використанні можливість неповнофазних відключень відсутня. Крім того, автоматичні вимикачі зручні в експлуатації, безпечні в  роботі, передбачена їх багаторазова експлуатація.

         Вибір характеристик апаратів захисту й управління здійснюється з урахуванням основних вимог ПУЭ. Номінальна напруга Uн.а. апаратів захисту та управління повинна бути більшою або дорівнювати номінальній напрузі мережі Uн.с., а номінальний струм Ін.а. рубильника, пакетного вимикача, тумблера, автомата і плавкої вставки – більшим або дорівнювати розрахунковому (номінальному) струму кола Ір.

         При виборі безінерційних запобіжників необхідно враховувати, що плавка вставка не повинна перегорати при короткочасних збільшеннях струму кола, наприклад при запуску електродвигунів.

         При виборі характеристик апаратів захисту для двигунів слід враховувати пусковий струм двигуна:

Іпуск = kд*Ін,          (3.1)

де kд  – кратність пускового стуму.

Зокрема, при виборі запобіжників для захисту електродвигуна Іп.вст. ≥ 0,4Іпуск, а при виборі стуму уставки електромагнітного розмикаючого автомата Іуст.ел.магн. ≥ 1,25Іпуск.

       У колах управління та сиґналізації плавкі вставки запобіжників вибирають з умови:

Іп.вст. ≥ ∑Ір + 0,1∑І′в,        (3.2)

де ∑Ір  – номінальний сумарний струм, споживаний котушками апаратів, сиґнальними  лампами та іншими елементами схеми  при її одночасній роботі; 

∑І′в  – найбільший сумарний струм, споживаний при вмиканні котушок апаратів, що вмикаються одночасно.

       Для розрахунку струму плавкої вставки використовуємо формулу:

І = Рн/(Uн*cosφ),         (3.3)

де Рн – номінальна потужність електроприймача, Вт,

Uн –  номінальна напруга електроприймача,  В,

сosφ  – коефіцієнт потужності.

Для внутрішнього освітлення:

І1 = 25/(220*0,95) = 0,12А → Івст.1 = 0,5 А;

Для переносного  обладнання:

І4 = 100/(36*0,95) = 2,9А → Івст.4 = 4 А;

Для понижувального трансформатора:

І2 = 100/(220*0,95) = 0,48А → Івст.2 = 0,5 А;

І3 = 100/(220*0,95) = 0,48А → Івст.3 = 0,5 А;

І9 = 100/(220*0,95) = 0,48А → Івст.9 = 0,5 А;

Для витратоміра:

І=15/220*0,95=0,07А ®Івст=0,1А

Для рівнеміра:

І=15/220*0,95=0,07А ®Івст=0,1А

Для перетворювачів:

І=9/220*0,95=0,04А ®Івст=0,1А

Для FU21:

І20 = 20/(220*0,95) = 0,1А → Івст.20 = 0,5 А;

Для FU22-FU23:

І21 = 20/(220*0,95) = 0,095А → Івст.21 = 0,5 А;

Для FU24 – FU33:

І22 = 30/(220*0,95) = 0,14 А → Івст.22 = 0,5 А; Івст.22 = Івст.23 = Івст.24;

Для FU34-FU35:

І25 = 180/(220*0,95) = 0,86А → Івст.25 = 4 А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Проектне компонування мікропроцесорного контролера

        Контролери TSX Micro являють собою проектно-компонуємі вироби, для яких кількість і склад модулів вибирається в залежності від розв’язуємої задачі керування і необхідних характеристик вхідних і вихідних сигналів. Конструктивно різні моделі ПЛК TSX Micro будуються з використанням одного з двох базових шасі в які інтегровані мікропроцесорний модуль і слоти для встановлення модулів. Базові шасі відрізняються функціональними можливостями процесорного модуля, напругою живлення ПЛК, кількістю вільних слотів (2 або 3), а також можливістю підключення до нього міні-шасі розширення із двома додатковими слотами.

           Випускається п’ять моделей ПЛК  TSX Micro:TSX  37-05, TSX 37-08, TSX 37-10, TSX 037-21, TSX 37-22.

           Для кожного базового шасі  контролера входять: блок живлення  на 24 В постійного струму (VDC) чи 110...240 В змінного струму (VAC), процесорний модуль з енергонезалежною оперативною пам’яттю RAM і системою резервного збереження інформації на базі FLASH ERROM, дисплейний блок, термінальний порт і кнопка перезапуску ПЛК.

           TSX 037-21 і TSX 37-22 відрізняються від інших моделей тим, що мають два додаткових слоти для встановлення карт формату PCMCIA. Один  

       з них призначений для встановлення зовнішньої карти розширення пам’яті

         RAM чи зовнішньої FLASH ERROM (до 128 Кслів), а другий для комунікаційної карти з метою забезпечення можливості підключення контролера до різноманітних шин та мереж: асинхронний послідовний зв’язок, чи дуплекс напівдуплекс.

   Крім того, на процесорному модулі встановлені два функціонально ідентичних термінальні порти RS485 із 8-штирьковим розніманням стандарту 

       DIN і позначених як TER і AUX. Відмітною їхньою  особливістю є те, що порт AUX не може використовуватись для підключення пристроїв, які не мають власного джерела живлення шини. Тому, як правило, порт TER використовується для підключення пульта програмування FTX 117, кабелю-адаптера для підключення ПЕОМ і т.д., а порт AUX може використовуватися для підключення пристроїв людино-машинного інтерфейсу (операторських панелей), принтерів і т.д.

    На  кожному процесорному модулі  знаходиться  дисплейний блок, який відображає інформацію, необхідну  в основному для діагностики  працездатності ПЛК, його модулів  і окремих каналів.

           Кількість вільних слотів у різних моделях контролера TSX Micro визначає можливу кількість входів-виходів із якою може працювати ПЛК.

           Усі типи модулів, які використовуються  для TSX Micro, можна умовно поділити на декілька груп: дискретні, аналогові, рахункові, комунікаційні і спеціалізовані (наприклад, модуль безпеки, модулі виміру ваги та інші). Для кращої адаптації до вимог користувача модулі дискретного входу-виходу доступні в двох форматах: стандартному, котрий займає слот цілком (2 настановні місця) і напівформатний, котрий займає тільки одне настановне місце, тобто в один слот можуть бути встановлені два напівформатних модулі. Усі інші типи модулів-напівформатні. 

           Для ПЛК ТSХ Місго розроблена широка номенклатура дискретних модулів входів-виходів, що постійно поповнюється новими модифікаціями. При виборі модулів для реалізації конкретної задачі керування об'єктом користувач повинний аналізувати їхні функціональні можливості, технічні характеристики і конструктивні особливості. Це дає можливість підібрати конфігурацію контролера, яка найбільш повно відповідає вимогам до системи керування, забезпечивши при цьому оптимальну її вартість.

Основними характеристиками дискретних модулів є кількість  каналів входів-виходів і типи сигналів, які можна до них підключати.

           Аналізуючи вибір модуля по  кількості каналів необхідно  враховувати, що існує два типи дискретних модулів: модулі змішаних каналів входів-виходів, у яких на одному модулі присутні як вхідні, так і вихідні дискретні канали й модулі для підключення винятково чи вхідних чи вихідних каналів. Змішані модулі мають стандартний формат, а вхідні чи вихідні модулі можуть бути як стандартного формату так і напівформатного розміру.

           При виборі модуля дискретного  модуля треба враховувати, що  вони можуть працювати з різними типами дискретних сигналів.

       Так вхідні дискретні сигнали можуть бути як змінного (VАС), так і постійного (VDС) струму різної напруги ±24 В VDС та ~100...120 В VАС. Вони можуть також забезпечувати різні схеми підключення вхідних дискретних сигналів, а саме за схемами позитивної або негативної логіки.

       У випадку використання позитивної логіки підключення, загальні проводи окремих  датчиків підключені до позитивного  полюса джерела живлення, а при негативній логіці - до негативного.

           Використання негативної логіки підключення не бажано, тому що негативний полюс джерела харчування, виходячи з вимог безпеки, як правило заземлене. У такому випадку, якщо один із вхідних проводів випадково від'єднається й увійде в контакт із "землею" це приведе до помилкового спрацьовування відповідного дискретного входу.

       Вихідні дискретні канали можуть мати транзисторні чи релейні виходи, що у свою чергу можуть комутувати сигнали змінної чи постійної напруги зі струмом комутації від 0,1 до З А.

           При аналізі технічних характеристик враховується також ступінь захисту входів-виходів від перешкод і перевантажень. Так усі канали дискретних модулів входів-виходів є ізольованими, а транзисторні дискретні виходи захищені від перевантажень і короткого замикання швидкодіючими електронними схемами. Релейні виходи додаткового захисту не мають.

         

         В даній схемі були використані  такі дискретні модулі: 

TSX DMZ 28DT- модуль стандартного формату; 16 входів (24VDC), 12 

                              виходів (24VDC, транзисторні, захищені, до 0,5 А); 

                              підключення-під гвинт;

TSX DSZ 08T2К-напівформатний модуль; 8 виходів (24VDC, транзисторні, 

                              захищені, до 0,5 А); підключення-НЕ10.

       

       

           Для роботи з аналоговими сигналами в ПЛК TSX Micro використовуються модулі аналогових входів-виходів, які є напівформатними модулями з гвинтовою клемною колодкою. Вони можуть бути розташовані у всіх слотах ПЛК за виключенням першого, де завжди повинен бути встановлений повноформатний дискретний модуль. Аналогові модулі відрізняються призначенням, кількістю каналів, характеристиками й діапазоном вимірювання. Для роботи з аналоговими вхідними сигналами від датчиків використаємо модуль TSX AEZ 802, що працює  з аналоговими сигналами у вигляді струму в діапазоні 0-20 мА або 4-20 мА, який також можна вибирати для кожного каналу окремо в процесі конфігурування модуля. Вхідні модулі виконують наступні функції:

• сканування вхідних каналів за допомогою безконтактного мультіплексування і збір даних;
• аналого-цифрове перетворення вхідних вимірювань (12 бітне).