Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Розпилювальна сушарка кавового екстракту

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О. С. ПОПОВА

Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологічних процесів і виробництв

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

ОНАЗ.6.05020201.КТ4311.241.ЗА

студент 4 курсу, ННІ Комп’ютерних технологій, автоматизації та логістики,

групи КТ 4.3.11

Марталог Сергій Юрійович

Напрям 6.05020201 - Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології

Виконавець проекту ______________ С.Ю. Марталог

Керівник проекту ______________ І.С. Кушнір

На рецензію

______________ ____________

"___" _________ 2013 р.

До захисту

______________ ____________

"___" _________ 2013 р.

Одеса 2013

Задание на курсовой проект

Краткое описание технологического процесса многокорпусной выпарной установки
Выбор средств измерительной техники и технических средств автоматизации
Математическое моделирование многокорпусной выпарной установки
Синтез АСР

Список демонстрационных листов:

Лист 1 Функциональная схема автоматизации распылительной сушки кофейного экстракта

Лист 2 Установочный чертёж

Лист 3 Графики переходных процессов АСР сушки кофейного экстракта

Реферат

В данной курсовой работе разработать функциональную схему системы автоматизации технологического процесса. Также выбрать технические средства контроля и автоматизации: составить заказную спецификацию.

Текстовая часть курсовой работы содержит страниц, рисунков, таблица, литературных источников, приложения.

Ключевые слова: сушилка кофейного экстракта - производство растворимого кофе, ФСА(функциональная схема автоматизации), заказная спецификация, регулирование, П, ПИ-регулятор, интенсивность, проектирование, система автоматизации.

Объектом исследования является распылительная сушилка для производства растворимого кофе.

Цель работы - создать рабочий проект автоматизированной системы управления «Распылительной сушки кофейного экстракта».

В результате выполнения работы был выбран контур регулирования, произведен расчет настроек регулятора для автоматических систем регулирования. Исследованы переходные процессы и оценено их качество схем, при необходимости скорректированы настройки регулятора.

Введение

Производство растворимого кофе является одной из важнейшей отраслей национальной экономики. Его состояние определяет продовольственную обеспеченность страны и ее регионов. Украина имеет хорошо развитую торгово-транспортную систему для закупки сырья и достаточно развитую материально-техническую базу для его переработки. Однако за годы реформирования в отрасли региона наблюдается неравномерное развитие сфер производства и переработки продукции.

Поэтому в нынешнее время есть актуальной задача исследования регулируемого аппарата распылительной сушилки кофейного экстракта.

Состояние любого устройства характеризуется одной или несколькими величинами. Технические устройства будем называть объектами управления (ОУ), а физические величины, которые характеризует их состояние - выходными величинами объектов. На практике выходные величины должны отвечать соответствующим требованиям.

Совокупность положений, которые определяют характер изменения выходных величин объектов, называются алгоритмом функционирования. На практике более всего распространены следующие алгоритмы:

-поддержка постоянной выходной величины, которая приравнивается к значению;

-изменение выходной величины за заданным законом и программой;

-изменение выходной величины за неизвестным законом.

Причинами отклонений значения выходной входной величины от заданного нужного значения есть:

-действие различных внешних воздействий;

-действие изменения параметров объекта;

-изменение нужного значения управляемой величины.

Канал, через который возмущающее воздействие действует на выходную величину, называется каналом возмущения объекта. Однако можно действовать подачей соответствующего влияния на вход объекта, достигая уменьшения или устранения отклонения от нужного значения. Канал действия входного влияния на выходную величину называют - каналом управления.

Отклонение, которое возникает в связи с изменением нужного значения выходной величины, также может бить уменьшено или устранено подачей на вход объекта действия, которое определено функцией от нужного значения и характеристик объекта. Задача уменьшения либо отклонения выходной величины объекта от нужного значения сводится к нахождению необходимой зависимости действия на входе объекта от возмущающих воздействий, изменение нужного значения выходной величины и характеристик объекта, реализации этой зависимости. Действие на входе объекта, полученное при преобразовании факторов, которые есть причиной отклонения либо уменьшения, называются управляющим воздействием.

Автоматизация - применение технических средств, экономических, математических методов и систем управление освобождающего человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала или информации. Целью автоматизации является повышение производительности, эффективности труда, улучшение качества продукции, оптимизация планирования и управления, устранение человека от работы в условиях, опасных для человека. В системе управления или регулирования теми параметрами, изменения которых несколько быстро, что реакция человека не позволяет управлять ими вручную.

Технологический процесс (ТП) реализуется на соответствующих параметрах, участках, машинах и т.д., которые называются объектами автоматизации. Они представляют собой системы, поведения которые во времени определяются текущими значениями ряда характеристик или технологических величин (температура, давление, уровень). Основным элементом автоматической системы регулирования является объект регулирования (ОР)(аппарат, агрегат, технологическая линия и т.д.), в котором поддерживается требуемое значение величины.

Цель курсового проекта: Исследовать регулируемый аппарат на примере «Распылительной сушилки кофейного экстракта – Одесский завод пищевых концентратов».

Задачи проекта:

Описать технологический процесс;
Разработать ФСА;
Разработать заказную спецификацию;
Выбрать контур регулирования;
Построить кривую разгона объекта;
Найти настройки П регулятора для автоматической системы регулирования;
Найти настройки ПИ регулятора для автоматической системы регулирования;
Произвести коррекцию настроек регуляторов(по необходимости);
Сделать выводы.

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАСПЫЛА КОФЕЙНОГО ЭКСТРАКТА

Рисунок 2 – Распылительная сушилка кофейного экстракта

Описание технологического процесса

Механизм распылительной сушки состоит в:

- распылении жидкого или пастообразного материала в теплоносителе, т. е. в получении аэрозоля для максимального увеличения площади поверхности высушиваемого материала;

- достижения требуемой конвективной кривизны испарительной поверхности;

- теплообмене между влажными частицами материла и сушильным агентом;

- испарении и улетучивании влаги и других летучих веществ из частиц материала;

- структурообразовании при переходе аэрозоля в ксерозоль;

- разделении ксерозоля на порошок и сушильный агент.

Для подготовки горячего воздуха (сушильного агента) используют калориферную установку, куда воздух засасывается вентилятором через фильтр. Калорифер обогревается электроэнергией, жидким топливом или газом(в нашем случае газом). Собственно процесс сушки осуществляется в цилиндрической части сушильной башни, где происходит влаго- и массообмен между материалом и горячим воздухом. В конической части происходит грубое отделение сухого продукта от сушильного агента. Для отделения мелких частиц устанавливают циклон.

Важнейшим условием для правильной сушки является распыление материала для получения частиц, максимально одинаковых по размеру. Это может быть достигнуто подбором соответствующей распылительной форсунки или диска, регулированием давления жидкости или воздуха в форсунке, скорости вращения распылительного диска, вязкости и температуры материла, а также содержания в нем сухих веществ.

Для сушки экстракта кофе установлены следующие режимы:

- температура воздуха на входе в сушильную башню 230-280°C;
- на выходе из нее 95-120°C;
- давление на форсунке 2,5-5 МПа.

В процессе сушки экстракта на распылительной установке контролируют температуру воздуха на входе в сушилку и выходе из нее, давление в форсунке и разрежение в конусе башни, содержание сухих веществ в экстракте перед сушкой, проверяют объемную массу порошка и влажность.

Техническая характеристика сушилки кофейного экстракта

Производительность, кг/сут 800

Продолжительность одного оборота шнекового вала

вибролотка, с 61

Число шнековых витков вибролотка 55

Шаг витка вибролотка, мм 100

Толщина витка шнека, мм 10

Диаметр колонны (внутренний), мм 3750

Установленная мощность электродвигателей приводов, кВт:

подающего насоса 6,4

шнека вибролотка 4,0

молотков(вибролотка и фильтра) 3,0

насоса подачи воздуха в калорифер 3,5

насоса возврата воздуха с циклона 3,5

циклона 5,0

Габаритные размеры, мм 5838×2535×8340

Масса, кг 35 000

Таблица 1 – Номинальные и граничные значения параметров

Параметр	Номинальное значение	Предаварийное значение	Аварийное Значение
Температура воздуха на входе в сушильную башню	250°С	240°С 260°С	230°С 270°С
Температура на выходе из башни	110°С	105°С 115°С	95°С 125°C
Разрежение в сушилке	4МПа	3.75 МПа 4.25 МПа	3.5 МПа 4.5 МПа

Таблица 2 – Математическая модель распылительной сушилки кофейного экстракта

Подача газа на калорифере U_г

Δu₁, %

Заслонка на всасывающем вентиляторе

Δu₂ , %

Расход воздуха, подаваемого на калорифер

Δu₃, %

Температура сушильного агента на входе

у_{1 ном}=250±10°С

------

Температура на выходе

у_{2 ном}=110±5°С

Разрежение в сушилке

у_{3 ном}=4±2.5МПа

------

Система автоматического контроля и регулирования температуры.

Основным регулируемым параметром в сушилке является температура. Этот объект характеризуются инерционностью и запаздыванием, что обуславливает значительную продолжительность переходных процессов. Регулирование температуры обычно осуществляют с помощью пропорционального и пропорционально - интегрального регуляторов. Задача регулирования температуры в аппаратах и агрегатах заключается в регулировании величины теплового потока (горячего воздуха), выходящего из калорифера и поступающего в сушильную башню.

Наиболее распространенный способ регулирования температуры- это управление подачей теплоносителя в объект.

Системы автоматического контроля и регулирования давления.

В кофейном производстве часто возникает необходимость регулирования давления кофейной пасты на распылительной форсунке.

Система автоматического контроля и регулирования расхода.

Система автоматического регулирования расхода газа, воздуха, кофейной пасты непрерывных технологических процессов предназначены для поддерживания заданного постоянного во времени массового или объемного расхода, поддержания заданного постоянного во времени соотношения массового или объемного расхода вещества.

Выбор контура регулирования

Выбираем контур регулирования температуры сушильного агента от расхода воздуха, подаваемого на калорифер.

Передаточная функция объекта имеет вид:

В данном процессе выбираем контур регулирования температуры сушильного агента(воздуха), который зависит от расхода воздуха, подаваемого на калорифер. Воздух поступает в калорифер, смешивается с газом, поджигается и подогревает сушильного агента. При большом расходе воздуха увеличивается и подача газа, в результате происходит перегрев сушильного агента(температура переходит за пределы номинального значения). От высокой температуры может произойти аварийная ситуация. А следовательно и полная остановка процесса работы объекта. Во избежание аварийной ситуации нам необходимо регулировать подачу воздуха.

Функциональная схема автоматизации

Основные положения

Функциональная схема выполняется виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают: техническое оборудование, коммутации, органы управления и средств автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации, а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики.

Функциональные схемы автоматизации могут разрабатываться с большой или меньшей степенью детализации. Однако объем информации, представленный по схеме, должен обеспечить полное представление о принятых основных решениях по автоматизации данного технологического процесса и возможность составления на стадии проекта заявочных ведомостей приборов и средств автоматизации, а на стадии рабочего проекта-всего комплекса проектных материалов предусмотренных в составе объекта.

При развёрнутом изображении на схеме показывают: отборные устройства, датчики, преобразователи, вторичные приборы, исполнительные механизмы, регулирующие и запорные органы, аппаратуру управления и сигнализации, комплектные устройства и т.д.

При упрощенном изображении на схемах показывают: отборные устройства, измерительных и регулирующих приборов, исполнительные механизмы и регулирующие органы. Для изображения промежуточных устройств используются общие обозначения в соответствии с действующими стандартами на условные обозначения в схемах автоматизации.

Комбинированные изображение предполагает показ средств автоматизации в основном развёрнутом, однако некоторые узлы изображают упрощенно. При вычерчивании функциональной схемы следует избегать дублирование одинаковых её частей, относящихся как к технологическому оборудованию, так и к средствам автоматизации.

Функциональная схема автоматизации ТГТУ.200503.012 является проектным техническим документом, определяющим структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и управления процессом.

Функциональная схема автоматизации выполняется без масштаба, при помощи условных обозначений приборов и средств контроля, не содержит конструктивных подробностей, а технологическое оборудование изображается упрощенно при возможности соответственно своей конфигурации. На схеме показывается технологическое оборудование, последовательно распределенное в соответствии с техническим процессом, технологические коммуникации, органы управления, средства контроля и автоматизации и взаимные связи между ними. Не показываются на функциональной схеме автоматизации вспомогательные устройства: блоки питания, преобразователи, предохранители, выключатели и т.п. Все приборы и средства автоматизации показываются условными обозначениями по ГОСТ 21405 - 85. Условные обозначения трубопроводов показываются в соответствии с ГОСТ 2784 - 96.

Задание 1

Построение кривой разгона объекта управления.

Цель: Аппроксимировать кривую разгона.

Задание:

- построить кривую разгона;

- аппроксимировать кривую разгона технологического кондиционера, и определить коэффициент передачи К₀,Ом/см, постоянную времени Т₀,с, условное чистое запаздывание τ₀,с.

Выполнение задания 1

Рисунок 2 – Кривая разгона объекта управления температуры сушильного агента по возмущающему воздействию расхода воздуха

Рисунок 3 – Структурная схема АСР

Вывод: при использовании переходного процесса в объкте построили график переходного процесса, который представляет собой кривую разгона. определили такие показатели объекта:

К₀=4,7 Ом/см;

Т₀=385 с;

τ₀=75 с.

Задание 2

Построение переходного процесса регулирования температуры бензина В АСР с П-регулятором.

Цель: Получить аналитическое выражение в замкнутой АСР с П-регулятором.

Задание:

-аппроксимировать кривую разгона технологического кондиционера, и определить коэффициент передачи К₀,Ом/см, постоянную времени Т₀,с, условное чистое запаздывание τ₀,с;

-рассчитать коэффициент передачи пропорционального регулятора Кр,см/Ом;

-построить график переходного процесса;

-сравнить переходной процесс регулирования с переходным процессом в объекте при том же возмущении;

-сделать выводы.

Выполнение задания 2

Свойства объекта по аппроксимированной кривой разгона из задания 1

К₀=4,7,Ом/см; Т₀=385,с; τ₀=75,с

Коэффициент передачи П-регулятора для процесса с 40% -ным перерегулированием находится по следующей формуле:

Кр=0,9/Коб* τ /Т [1]

Подставив свой значения в формулу [1], получим коэффициент передачи

Кр=0,9/4.7*75/385=1.0078

Подставив настройки П-регулятора ,мы получили переходной процесс не корректный для нашего условия с 40% - ним перерегулированием. Я самостоятельно корректирую регулятор под заданное условие.

В результате получаю новый коэффициент передачи, и новый переходной процесс регулирования.

Кр=25,cм/Ом.

Рисунок 6 - График переходного процесса регулирования П-регулятора после коррекции .

Рисунок 7 – Структурная схема АСР (П-рег.)

Вывод: построили график переходного процесса регулирования при ступенчатом воздействии в замкнутой АСР с П-регулятором. П-регулятор можно использовать если нас не волнует остаточная ошибка.

Задание 3

Исследование переходного процесса регулирования температуры бензина в АСР с ПИ-регулятором.

Цель: построить и оценить качество переходного процесса регулирования температуры бензина в АСР с ПИ-регулятором. Исследовать влияние параметров настройки регулятора на качество переходного процесса регулирования.

Задание:

-рассмотреть переходной процесс регулирования, при необходимости скорректировать параметры настройки регулятора для получения требуемого качества переходного процесса;

-изучить влияние Кр и Ти на характер переходного процесса регулирования, построить графики зависимости показателя перерегулирования от Кр, Ти и времени регулирования tрот Кр и Ти. δ = f(Kp); δ = f(Tи); tр = f(Kp); tр = а(Ти);

-сделать выводы.

Выполнение задания 3

Свойства объекта по аппроксимированной кривой из задания (1).

К₀=4.7Ом/см; Т₀=385с; τ₀=75с.

Коэффициент передачи ПИ-регулятора для процесса с 40% -ным перерегулированием находится по следующей формуле:

[2]

Время изодрома:

Ти=Т [3]

Подставив свой значения в формулу [1], получим коэффициент передачи

Kp=1.0/4.7*75/385=1.092

Ти=385

Рисунок 10 – График переходного процесса регулирования ПИ – регулятора после корректирования.

Рисунок 11 - Структурная схема АСР после корректирования (ПИ-рег.)

Показатели качества:

tp=900 с;

перерегулирование δ = 0;

коэффициент передачи Кр=5;

время изодрома Ти=50.

Корректируем параметры настроек регулятора для получения необходимого качества переходного процесса.

Выводы:

Исследовали регулируемый аппарат на примере «Распылительной сушилки кофейного экстракта – Одесский завод пищевых концентратов». В ходе выполнения курсового проекта было выполнено: описание технологического процесса, разработана ФСА и заказная спецификация, выбран контур регулирования, построена кривая разгона объекта, найдены настройки П и ПИ регуляторов для автоматической системы регулирования, произведена коррекция настроек регуляторов.

Литература

Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К., Брицкий А.И. - «Теория автоматического управления»
Щипанов Г.В. - «Теория и методы проектирования регуляторов»
Иващенко Н.Н. - «Автоматическое регулирование»
Клюев А.С. – «Техника чтения схем автоматизированного управления и технологического контроля»
Ресурсы Интернета:

http://www.supr.ru

http://www.coffe-tea.ru

http://www.coffeeclub.ru