Автоматизация процесса дозирования материала

Министерство  сельского хозяйства и продовольствия

Республики  Беларусь

УО «Гродненский государственный аграрный университет»

Кафедра технического обеспечения производства и переработки продукции животноводства 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА 

к курсовой работе на тему:

Автоматизация процесса дозирования материала 
 
 
 
 
 
 
 

Работу выполнила:

Студентка 1 группы

4 курса ИТФ                                                                           Савенкова Н.В. 
 

Работу принял:

Доцент кафедры ТОПиППЖ                                                    Богданович П.Ф. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Гродно 2010

 Реферат 

 Темой данной курсовой работы является: «Автоматизация процесса дозирования материала».

 Ключевые слова: «Автоматизация, автоматизируемый технологический процесс, контролируемый параметр, наименование объекта регулирования, хлебопекарная промышленность, просеивающее устройство, тензометрический датчик, дозирование муки, шнековый весовой дозатор, электрический сигнал».

 Целью курсовой работы является выбор, расчет и анализ технических средств  автоматизации технологического процесса дозирования.

 При выполнении работы необходимо решить задачи:

 - описать  технологический процесс;

 -провести  обзор и анализ схем автоматизации  процесса дозирования;

 -описать  структурную схему автоматизации  процесса дозирования и других  элементов;

 -выполнить  анализ схемы автоматизации;

 -разработать  вопросы охраны труда и охраны  окружающей среды. 

 В первом разделе сделан анализ процесса дозирования  применительно к хлебопекарной  промышленности. Рассмотрен принцип  действия весового дозатора непрерывного действия. Во втором разделе приводится описание структурной схемы автоматизации  процесса дозирования. В третьем  разделе приводится анализ САР, анализ устойчивости системы, определяется статическая  ошибка. В четвертом разделе приводятся основы безопасности жизнедеятельности  при эксплуатации автоматических систем дозирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение                                                                                                                 5

1. Описание и анализ  технологического процесса                                        7

2. Описание структурной схемы автоматизации процесса дозирования       10

3. Анализ САР

3.1. Передаточная функция САР                                                                         11

3.2. Анализ устойчивости системы                                                                   13

3.3. Качество управления системы                                                                      17

3.4. Определение статической ошибки                                                              19

4. Безопасность жизнедеятельности                                                                    20

 Заключение                                                                                                         22

 Список  используемой литературы                                                                    23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение

 Хлебопекарная промышленность является одной из крупнейших отраслей пищевой промышленности республики, она призвана обеспечивать население страны хлебобулочными изделиями, являющимися одними из основных продуктов питания.

 Для увеличения выпуска хлеба и хлебобулочных  изделий ежегодно реконструируются и вводятся хлебопекарные предприятия. Постоянно происходит техническое перевооружение и оснащение предприятий хлебопекарной отрасли АПК страны современным технологическим оборудованием, новейшей техникой, комплексно механизируются и автоматизируются производства. Проводится большая работа по повышению качества, улучшению и обогащению ассортимента хлебобулочных изделий.

 Многие  тысячелетия техника и технология производства хлеба оставались практически неизменными. Хлебопекарная промышленность сегодня - это тысячи хлебозаводов, оснащенных современным оборудованием для производства хлебобулочных изделий на любой вкус. Муку на такой хлебозавод доставляют муковозы. Здесь они выгружаются при помощи пневмосистем в бункера, вмещающие по несколько десятков тонн этого продукта. Мука  в этих бункерах хранится, и по мере надобности по трубам подается на производство. Из бункеров для хранения муки поступает на просеивающие устройства, снабженные сильными магнитами для улавливания мельчайших частиц железа, которые могут остаться в муке после помола зерна. Далее мука попадает в производственные силосы, а из них - в цех, где готовят тесто. Современные агрегаты для замеса и брожения теста представляют собой сложные механизмы, заменяющие труд многих людей. По заданной программе они дозируют муку, воду, раствор дрожжей, месят опару, направляют ее на брожение, которое так же осуществляется в строго определенное время при строго определенной температуре.

 

 Автоматизированные  дозаторы дозируют муку, соль, сахар  и другое сырье, необходимое для  того или иного сорта хлеба  по утвержденной рецептуре. Мощные тестомесильные машины в течении нескольких минут замешивают тесто, которое бродит положенное ему время и направляется в другой цех для деления и формования будущего батона, буханки, булки, каравая. Далее полуфабрикат направляется в печь.

 Целью курсовой работы является анализ системы  автоматического регулирования  технологического процесса дозирования. Данный процесс встречается на всех стадиях производства хлебобулочных  изделий, следовательно данная тема является актуальной и востребованной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

                    1. Описание и анализ технологического процесса

   Дозирование — измерение количества вещества путем определения его массы или объема. По структуре рабочего цикла дозирование бывает непрерывным или дискретным, а по принципу действия — объемным или весовым. Объемные дозаторы непрерывного действия подают продукт равномерным потоком; при этом объем продукта, подаваемого в единицу времени, определяется скоростью подачи или площадью поперечного сечения потока продукта. При постоянном сечении потока в дозирующих устройствах устанавливают специальные приводные механизмы для регулирования скорости подачи продукта в необходимых пределах. При втором варианте дозирующие устройства оснащают механизмами для изменения потока подаваемого продукта в процессе его перемещения [1].

 Дискретное  дозирование заключается в периодическом  повторении циклов измерения дозы продукта и подачи ее на упаковывание. При дискретном объемном способе дозирующее оборудование отмеривает порцию обычно с помощью мерной камеры заданного объема. Дискретное весовое дозирование основано на отмеривании дозы определенной массы.

 В перерабатывающих производствах наиболее широкое  применение получили объемный порционный и объемный непрерывный способы.

 Для приготовления смесей из сыпучих  продуктов в зависимости от конструкции рабочего органа применяют, как правило, объемные дозаторы — барабанные, тарельчатые, шнековые, мерные емкости и массовые — бункерные с противовесом.

 Для дозирования влажных рассыпных  продуктов обычно применяют ленточные или шнековые транспортеры, оборудованные средствами для регулирования расхода, которые включаются в строго определенное время.

 Жидкие  продукты дозируют в основном с помощью  мерных емкостей различных конструкции.

 Для дозирования сыпучих пищевых  продуктов в крупногабаритную тару (мешки и пакеты) на перерабатывающих предприятиях широко применяют весовые дозаторы.

 Барабанные  дозаторы бывают двух типов: с цилиндрическими или гранеными барабанами и секторные (ячейковые или лопастные).

 

   Цилиндрические, гладкие и мелкорифленые барабаны применяют для порошковых и мелкозернистых, граненые — для мелко- и среднекусковых материалов.

 Окружная  скорость барабанов составляет 0,025... 1 м/с. Такие дозаторы обычно устанавливают  под бункерами. Коэффициент заполнения желобов 0,8...0,9.

 Шнековые дозаторы применяют для подачи  порошкообразных материалов (муки) в тех случаях, когда возможное измельчение отдельных частиц не имеет значения.

 Вибрационные  дозаторы могут подавать различные  материалы. Рекомендуемое число  колебании лотка до 3000 мин^-1, амплитуда колебаний — до 4 мм. При этом происходит кратковременный отрыв материала от дна лотка, и в течение некоторого промежутка времени материал находится в состоянии свободного полета. Это уменьшает длительность контакта груза с лотком и снижает износ последнего.

 Ленточные дозаторы применяют для подачи и  дозирования сыпучих, плохосыпучих, а также влажных слеживающихся материалов. Их можно устанавливать горизонтально или наклонно.

 Верхняя ветвь ленты лежит на опорных  роликах или скользит по неподвижному металлическому настилу. Вдоль ленты  устанавливают борта, создающие желоб. Бункер устроен так, чтобы на ленту непосредственно не передавалось давление материала.

 Слоя  материала на ленте по высоте регулируют заслонкой. Рекомендуемая скорость ленты 0,1...0,5 м/с.

   

 Основной  режим работы системы – автоматический. Процесс приготовления теста циклический.

 Система автоматического регулирования осуществляет подачу муки  из бункера и другого сырья заданного рецептурой в тестомесильную машину их перемешивание в течении заданного времени и подачу звукового сигнала за 15с до окончания процесса приготовления теста. После выгрузки приготовленного теста цикл повторяется, и все операции в том же порядке начинаются заново.

 Таким образом, для ускорения технологического процесса и получения более качественной продукции необходима автоматизация  дозирования.

 Основные  задачи выполнения курсовой работы:

• описание технологического процесса;
• обзор и анализ наиболее распространенных схем автоматизации заданного ТП;
• описать структурную схему автоматизации ТП и ее элементы;
• осуществить (если требуется по заданию) выбор датчика и других элементов схемы;
• выполнить анализ схемы автоматизации  разработать вопросы охраны труда и охраны окружающей среды согласно теме курсовой работы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Описание структурной схемы автоматизации процесса дозирования 
 

 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.1. Структурная схема САР процесса дозирования

 y₀- заданный параметр (0,5±0,005 кг/с)

 у- регулируемый параметр

 ƒ- возмущающее воздействие

 К_у- коэффициент передачи усилительного звена (45)

 К_кэ- коэффициент передачи корректирующего звена

 К_им- коэффициент передачи исполнительного механизма (0,2 кг*В/с)

 К_ор- коэффициент передачи объекта регулирования (1,4)

 К_ос- коэффициент передачи обратной связи (0,5 В*с/кг)

 Є- рассогласование между  у₀ и  y₁  

 z₁, z₂- промежуточные значения сигналов

 τ₀- время задержки ( 0 секунд)

 τ₁, τ₂, τ₃- постоянные времени:

 τ₁= 0,5 секунд;

 τ₂= 0,9 секунд;

 τ₃= 0 секунд.

3. Анализ САР

3.1. Передаточная функция САР 

    Для определения передаточной функции  САР необходимо определить коэффициент  передачи корректирующего элемента усилителя К_кэ.

    В качестве исходных данных здесь необходимо использовать ограничения по статической  ошибке САР, заданные для технологического процесса (согласно заданию) как y_{0 ±} Δ_y=0,5 . При этом следует помнить, что по определению, статическая ошибка равна разности между установившимся значением контролируемого параметра y_уст и его заданным значением y₀, то есть  

                                                     Δ_y = y_уст - y₀ ,

у_уст=0,5+0,005=0,505,

у_уст=0,5-0,005=0,495,

0,495<у_уст<0,505. 

    Между передаточной и переходной характеристиками линейной системы с постоянными  параметрами лежит связь, позволяющая  утверждать что 

    К(0) = h(∞). 

    Значение  h(∞) характеризует состояние САР в установившемся режиме, когда все переходные процессы заканчиваются. При t → ∞ контролируемый параметр y → y_уст. Предположив, что р = 0, выражение для передаточной функции САР, после преобразований имеет вид:

где  А = К_У К_ИМ К_ОР=

      В = 1+К_ОС К_У К_ИМ К_ОР=  

    Если  использовать испытательный сигнал в виде y₀ 1(t), то получим переходную характеристику также в виде y₀ h(t). Тогда 

    y_уст =  y₀ К(0) = y₀ h(∞). 

    Но  согласно заданию 

    y₀ - Δ_y ≤ y_уст≤ y₀ + Δ_y или y₀ - Δ_y ≤ ≤ y₀ + Δ_y . 

      В последнем неравенстве неизвестным  является параметр  К_КЭ , значения которого несложно определить из системы 

    (y₀ - Δ_y) (

) ≤ yA_{0 ,}

    (y₀ + Δ_y) (

) ≥ y₀ А.

     

     

     

     

 

     Так как в  системе имеются звенья, охваченные обратной связью, то их заменяют одним эквивалентным звеном. Так  для усилителя, входящего в состав САР, передаточная функция будет иметь вид

     

,

     

    Передаточная  функция САР с обратной связью определяет взаимосвязь между регулируемой величиной у(t) и задающим воздействием у_0. В операторной форме эта взаимосвязь описывается передаточной функцией К(р) 

     

 

где К_п(р) –передаточная функция прямой передачи системы;

   К_р(р) –передаточная функция разомкнутой системы;

   К_ос(р)–передаточная функция цепи обратной связи.

   Согласно  схемы САР (рис.1)

   

   

 

    Передаточная  функция разомкнутой системы 

К_р(р) =К_ос(р)К_п(р);                         

     

     

 

3.2. Анализ устойчивости системы

   Устойчивость системы – ее  способность восстанавливать состояние  равновесия после прекращения  внешнего воздействия.

   Для определения устойчивости  САР существуют специальные признаки  – критерии устойчивости. 

Алгебраический  критерий (критерий Гурвица)

    Данный  критерий основан на анализе коэффициентов  характеристического уравнения  замкнутой САР  

            

   Согласно критерию Гурвица САР  будет устойчива, если все коэффициенты  характеристического уравнения  n-го порядка положительны и все определители Гурвица до (n-1)-го порядка больше нуля.

, ,                                                            

Так как при  а₀>0, то САР устойчива. 

Частотный критерий (критерий Найквиста)

    Этот критерий позволяет определить  устойчивость замкнутой САР, используя  амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) разомкнутой САР. 

    Путем формальной замены в  выражении разомкнутой системы  р на jw , то получим выражение для АФХ разомкнутой САР. 

    На комплексной плоскости, изменяя  частоты ω от 0 до ∞, строим годограф. Согласно критерию Найквиста замкнутая САР будет устойчива, если годограф АФХ разомкнутой системы на комплексной плоскости не охватывает точку с координатами (-1,j0). 
 

                     Рис. 3.2.1   Годограф разомкнутой системы. 

      Значения действительной и мнимой  части для построения годографа  приведены на следующей странице.

                                                                                                           Таблица 3.2.1

                            Значения вещественной и мнимой  части.

 
 
 
 
 
 
 

Определение запаса устойчивости системы 

   Наибольшее  распространение для определения  запаса устойчивости получил способ, основанный на использовании критерия Найквиста.

   Определяются  две величины – запас устойчивости по амплитуде и запас устойчивости по фазе.

   Запас устойчивости по амплитуде определяется как величина ∆К, на которую может возрасти модуль АЧХ разомкнутой системы, чтобы система оказалась на границе устойчивости. 

∆К=0 -(-1)=1 

     Запас устойчивости по фазе равен величине ∆ , на которую должно измениться запаздывание по фазе, чтобы система оказалась на границе устойчивости.

   Дуга  радиусом R=1 проведенная из центра координат из точки (-1;j0) не пересекает годограф, значит ∆ _.

   Система абсолютно устойчива по критерию Найквиста. 

3.3. Качество управления системы

   Оценка  качества САУ производится по показателям  качества, к которым относятся:

• статическая ошибка;
• величина перерегулирования;
• время переходного процесса.

 

 

 

 

 
 
 

 

 

                                        Переходная характеристика САР

 

Рис.3.1.2 Переходная характеристика САР

Значения h и t приведены в таблице   на следующей странице.

                                                                                                   Таблица 3.3.2

Значения  переходной характеристики