Автоматизация процесса измельчения зерна. 1. описание и анализ технологического процесса измельчения зерна 4
 Скачать 0.67 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ Введение 2 1. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА 4 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДАТЧИКОВ 9 3. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 10 4. АНАЛИЗ САР 12 4.1 Определение передаточной функции САР 12 4.2 Анализ устойчивости системы 15 4.3 Качество управления системы 18 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЯТЕЛЬНОСТИ 22 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29 ПРИЛОЖЕНИЯ 30 ВведениеВ процессе измельчения зерна мы получаем муку, производство которой специфично в технологическом смысле, очень энергоемко, является взрывоопасным, имеет непрерывный поточный характер, отличается большой протяженностью и многоэтажностью технологически линий при относительно малой численности сменного персонала. Одно перечисление этих признаков свидетельствует, что без АСУТП производство не может быть ни эффективным, ни безопасным, а также применение автоматизированных процессов ведет к экономному и наиболее рациональному использованию материальных ресурсов и к повышению эффективности средств труда. Основные задачи перерабатывающих отраслей АПК - комплексная глубокая переработка всей сельскохозяйственной продукции, включая продукцию растениеводства, увеличение ее объемов и повышение качества. Чтобы решать указанные задачи, необходимо использовать современное высокопроизводительное оборудование, в том числе оснащенное автоматическими системами управления технологическими процессами. Рациональная эксплуатация оборудования высокого технологического уровня предполагает значительное повышение требований к инженерной службе перерабатывающих предприятий. В технологическом процессе измельчения зерна широко применяются датчики уровня, для контроля количества сыпучего вещества по его уровню (показатель объема); поплавковые датчики - линейное перемещение поплавка обеспечивает слежение за уровнем жидкости. Для перемещения уровня сыпучих веществ предусматривают вибрации поплавка. При производстве муки процесс измельчения зерна и промежуточных продуктов является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции. Измельчение зерна - одна из наиболее энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода. Целью данной работы является анализ системы автоматизации регулирования технологического процесса измельчения зерна. Основные задачи выполнения курсовой работы: осуществить выбор датчика и других элементов схемы; описать структурную схему автоматизации ТП и ее элементы; выполнить анализ схемы автоматизации, разработать вопросы охраны труда и окружающей среды согласно теме курсовой работы. 1. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНАОрганизация и ведение технологического процесса на зерноперерабатывающих предприятиях должны базироваться на современных научных основах при использовании эффективного и надежного в эксплуатации технологического и вспомогательного оборудования. Совершенствование принятой технологии, оптимальные варианты технологических регламентов играют определяющую роль в достижении высокой эффективности производства; не менее важное значение имеют технологические свойства зерна. Развитие переработки зерна в муку и крупу направленно на создание многофункционального технологического оборудования, упрощение технологических схем, сокращение процесса, снижение эксплуатационных и энергетических затрат. Рыночные условия диктуют расширение ассортимента, в том числе специальных сортов: для диетического и детского питания, для мучных кондитерских изделий и т.п. Важную роль в дальнейшем совершенствовании технологии должна сыграть разработка простых методов контроля эффективности ТП и операций при условии обеспечения объективных результатов этой оценки. Технологический процесс подготовки зерна к размолу включает в себя очистку зерна от сорной, зерновой и металломагнитной примесей, сухую обработку поверхности зерна, его увлажнение и отволаживания. Технологический процесс размола зерна осуществляется в размольном отделении мукомольного завода, которое проектируется отдельно от зерноочистительного отделения, т.к. эти отделения относят к разным категориям производств по взрывной, а также пожарной опасности. При производстве муки процесс измельчения зерна и промежуточных продуктов является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции. Измельчение зерна - одна из наиболее энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода. Измельчение зерна - это решающая операция технологического процесса производства муки. Под измельчением понимают разделение твердых тел, в данном случае, зерна на части под воздействием внешних сил. При сортовом помоле пшеницы измельчение является избирательным, т.е. разрушаются твердые тела неоднородные по своему составу, для выделения затем определенных составных частей.Для этого измельчение повторяют многократно, последовательно выделяя просеиванием на ситах группы измельченных продуктов различной крупности и качества. При избирательном измельчении выделяют из зерна максимальное количество эндосперма в наиболее чистом виде и перерабатывают его затем в муку. Основной машиной, в которой осуществляется измельчение зерна и промежуточных продуктов размола, является вальцовый станок А1-БЗ-3Н, показанный на рис. 1.  Рисунок 1 - Технологическая схема станка А1-БЗ-ЗН 1 - датчики наличия продукта в питающем патрубке, 2,9 - питающие валики, 3,4 - ограничители сыпи, 5 - фартук вальца, 6 - щеткоочистители, 7,8 - дозирующие валики, 10 - механизм выравнивания и установки подвижного вальца, 11 - тяга, 12 - нож-очиститель вальца. Основными рабочими органами станка являются два цилиндрических параллельных вальца вращающихся навстречу друг другу с различными скоростями. Вальцы расположены под углом 30° к горизонту. Измельчение зерна и промежуточных продуктов в вальцовых станках осуществляется в клиновидном пространстве, образованном цилиндрическими плоскостями двух параллельных вальцов, вращающихся навстречу друг другу с разными скоростями. Разрушение зерен происходит в результате сочетания деформаций сжатия и сдвига. Причем преобладание того или иного типа деформаций зависит от отношения скоростей вальцов и взаимного расположения несимметричных рифлей на поверхности вальцов. Преимуществом данного типа станков является наличие водяного охлаждения мелющих вальцов, что поддерживает постоянной температуру поверхности вальцов, предохраняя продукты измельчения от перегрева и последующего усыхания. Эффективность работы вальцовых станков определяется оптимальным сочетанием трех основных показателей: степенью измельчения зерна или его частиц, производительностью каждой пары вальцов и удельным расходом электроэнергии. Стоит определить, что собой представляют зернодробилки. Из названия данного оборудования становится ясно, что механизм предназначен для дробления, измельчения зерен. Габариты дробилок довольно компактны, а вес составляет не более 8 кг, что делает их удобными в эксплуатации. Для измельчения в дробилках подходит кукуруза, ячмень, пшеница и многие другие зерновые культуры. Устройство представляет собой довольно простую конструкцию, обладающая высоким уровнем надежности, так как ломаться особо нечему. Принцип действия ее напоминает кофемолку, но только увеличенного размера. Многие современные модели оснащены регуляторами степени дробления, функцией работы с сыпучими продуктами (более мелкие семена), а также обладают еще большей надежностью и даже при попадании твердых предметов не ломаются. По размеру дробления оборудование различается на крупное (100-300 мм), среднее (25-100 мм), мелкое (5-25 мм), тонкое (2-10 мм) и сверхтонкое измельчение. По технологии зернодробилки разделяются на валковые, щековые, роторные, конусные и молотковые. Молотковые дробилки зерна действуют по принципу измельчения молотками, которые закреплены на роторе в камере измельчения. Материал дробится от ударов молотков, которые движутся с внушительной скоростью, а также от ударов о стенки камеры. Кроме зерна молотковые зернодробилки зерновые используются для измельчения всевозможных строительных материалов. Валковая зернодробилка представляет собой два параллельных цилиндрических валка, которые вращаются навстречу друг другу, переламывая тот материал, что попадается на пути. Существуют и роторные зернодробилки зерновые, которые по принципу действия схожи с молотковым оборудованием. Дробление материала происходит вследствие удара, а не трения. Данная категория оборудования подразделяется на ударно-отражательные и центробежно-ударные. Все дробилки зерна выполняют одну и ту же работу - измельчают сыпучий материал. Какое именно оборудование стоит выбрать, зависит от поставленных целей и животных либо птиц, для которых и готовится комбикорм [1]. Дальнейшее развитие переработки зерна в муку и крупу направленно на создание многофункционального технологического оборудования, упрощение технологических схем, автоматизации технологических процессов, снижение эксплуатационных и энергетических затрат и производство высокого качества готовой продукции. Для этого в курсовой работе необходимо выполнить анализ технологического процесса измельчения зерна и САР. Основные задачи выполнения курсовой работы: осуществить выбор датчика и других элементов схемы; описать структурную схему автоматизации ТП и ее элементы; выполнить анализ схемы автоматизации, разработать вопросы охраны труда и окружающей среды согласно теме курсовой работы. 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДАТЧИКОВНеобходимо стабилизировать процесс скорости вращения рабочего органа. Диапазон регулирования 245…255 об/мин (допустимые отклонения ±5 об/мин). Согласно заданию у0=250 об/мин (середина диапазона). Подбираем датчик с диапазоном 0,1…6000 об/мин икоэффициентом пульсации при максимальной частоте вращения 1%. В этом случае у0=  100% = 4,2%от диапазона датчика. Это допустимо. Погрешность датчика δ%= 0,1·1 ⁄ 100=0,001 об/мин, то есть меньше допустимого отклонения. Тахогенератор ТП-80-20-0,2. Производитель: НПО ПромЭК, Россия. Таблица 1 Основные технические данные
3. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА у0 - заданный параметр; у - регулируемый параметр;- возмущающее воздействие; КУ - коэффициент передачи (КП) усилительного звена; ККЭ - КП корректирующего звена; КИМ - КП исполнительного механизма; КОР - КП объекта регулирования; КОС - КП обратной связи; ε - рассогласование между у0 и у1;1,z2 - промежуточные значения сигналов; τ1, τ2, τ3 - постоянные времени. Заданные параметры: Ку = 10; Ким = 1,4; Кор = 20; Ккэ=6; Кос= 0,8; τ1= 0,5с, τ2= 0,9с, τ3= 0с Скорость вращения рабочего органа - y0 = 250 ± 5 об/мин Описание элементов схемы:  , э/д - 4ПФ112L, мощность - 30 кВт, ток якоря - 76,7А, КПД - 87,1%, номинальная частота вращения 3070 об/мин, Украина , а1-бз-зн, страна производитель Россия-Украина , две пары вальцов, и расстояния между каждой из пар вальцов , тахогенератор ТП-80-20-0,2, Россия4. АНАЛИЗ САР4.1 Определение передаточной функции САРДля определения коэффициента передачи корректирующего элемента усилителя Ккэ можно воспользоваться методикой измерения в [1]. В качестве исходных данных здесь необходимо использовать ограничения по статической ошибке САР, заданные для технологического процесса (согласно заданию) как y0 ± Δy=250  . При этом следует помнить, что по определению, статическая ошибка равна разности между установившимся значением контролируемого параметра yуст и его заданным значением y0, то естьΔy = yуст - y0, (1) ууст = 250 + 5 = 255, (2) ууст = 250-5 = 245, (3) < ууст < 255 (4) Между передаточной и переходной характеристиками линейной системы с постоянными параметрами лежит связь, позволяющая утверждать что К(0) = h(∞). (5) Значение h(∞) характеризует состояние САР в установившемся режиме, когда все переходные процессы заканчиваются. При t → ∞ контролируемый параметр y → yуст. Предположив, что р = 0, выражение для передаточной функции САР, после преобразований имеет вид:  (6)А = КУ КИМ КОР=  (7)В = 1+КОС КУ КИМ КОР=  (8)Если использовать испытательный сигнал в виде y0 1(t), то получим переходную характеристику также в виде y0 h(t). Тогда уст = y0 К(0) = y0 h(∞).(9) Но согласно заданию: 0 - Δy ≤ yуст≤ y0 + Δy или y0 - Δy ≤  ≤ y0 + Δy .(10)В последнем неравенстве неизвестным является параметр ККЭ , значения которого несложно определить из системы (y0 - Δy) (  ) ≤ y0 , (11)(y0 + Δy) ( ) ≥ y0 А.(12)       Так как в системе имеются звенья, охваченные обратной связью, то их заменяют одним эквивалентным звеном. Так для усилителя, входящего в состав САР (рис.1), передаточная функция будет иметь вид  , (13) Передаточная функция САР с обратной связью определяет взаимосвязь между регулируемой величиной у(t) и задающим воздействием у0. В операторной форме эта взаимосвязь описывается передаточной функцией К(р)  (14)где Кп(р) -передаточная функция прямой передачи системы; Кр(р) -передаточная функция разомкнутой системы; Кос(р)-передаточная функция цепи обратной связи. Согласно схемы САР (рис. 1):  (15) Передаточная функция разомкнутой системы: Кр(р) =Кос(р)Кп(р);(16)    4.2 Анализ устойчивости системыУстойчивость 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  (17) 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.  ,  ,  (18) (19)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.  (20)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). Таблица 2 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 (-0;j0) пересекает годограф, значит ∆  Система устойчива по критерию Найквиста. 4.3 Качество управления системыОценка качества САУ производится по показателям качества, к которым относятся: статическая ошибка (21); величина перерегулирования (22); время переходного процесса (24).  (21) (22)Составим характеристическое уравнение:  Найдем корни уравнения:   (23)  (24)Таблица 3 Значения переходной характеристики
Определение статической ошибки Статическая ошибка может быть абсолютная и относительная. Абсолютная статическая ошибка  определяется как разность между установившемся значением регулируемого параметра ууст и его заданным значением у0. (25)  Относительная статическая ошибка  равна отношению абсолютной статической ошибки к заданному значению параметра у0. (26) Величина перерегулирования Этот показатель определяют как максимальную относительную динамическую ошибку из соотношения δД МАКС  (27) Время переходного процесса Данный показатель характеризует быстродействие САР, под которым понимают промежуток времени tn от начала приложения внешнего воздействия до установления значения выходной величины у(t) в пределах  , где ∆ - допустимая динамическая ошибка [2].пр=4,6 сек.5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЯТЕЛЬНОСТИОбщие требования безопасности к производственным оборудованию и процессам. Безопасность оборудования обеспечивается правильным выбором принципов действия, материалов, схем, рабочих процессов, средств защиты, механизации и автоматизации. Оборудование не должно выделять в рабочую зону вредные вещества. Оно снабжается техническими средствами безопасности, отключения, торможения, автоматической остановки; должно быть безопасным и удобным для выполнения работ. Кнопки, рычаги и другие органы аварийного отклонения снабжаются надписями, должны иметь красный цвет и быть легкодоступны. Средства защиты должны прекращать функционирование оборудования при неисправностях, приближении человека к опасной зоне, снятии самих средств с мест защиты и действовать до того момента, пока действует вредный фактор, не внося дополнительной опасности. Требования безопасности предусматривают механизацию, автоматизацию, дистанционное управление процессами; устранение контакта работающих с источниками опасных и вредных производственных факторов; своевременный ремонт и накладку оборудования; замену технологических операций с опасными и вредными факторами на такие, где данные факторы отсутствуют: своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов. 1. Инструкция по охране труда дробилки Общие требования безопасности: 1. К работе на дробилке могут быть приняты лица, не имеющие медицинских противопоказаний, достигшие 18-летнего возраста и прошедшие: вводный инструктаж, инструктаж по пожарной безопасности, первичный инструктаж на рабочем месте, инструктаж по электробезопасности на рабочем месте и проверку усвоения его содержания. 2. Персонал работающий на дробилке должен знать: знать устройство дробилки, ленточного транспортера, ленточных транспортеров; соблюдать правила внутреннего трудового распорядка, установленные на предприятии; соблюдать требования настоящей инструкции, инструкции о мерах пожарной безопасности, инструкции по электробезопасности; соблюдать требования к эксплуатации оборудования; использовать по назначению и бережно относиться к выданным средствам индивидуальной защиты. 3. Персонал, допущенный к работе должен быть обеспечен и ознакомлен под расписку с инструкцией по охране труда 2. Требования безопасности перед началом работы 1. Надеть спецодежду, застегнуть ее на все пуговицы, волосы убрать под головной убор. 2. Проверить свое рабочее место. Убедиться, что оно освещено и не загромождено посторонними предметами. 3. Ознакомиться с записями в журнале приемки-сдачи смены со дня своей последней записи. 4. Проверить исправность обслуживаемого оборудования. 5. Убедиться, что оборудование заземлено, электрошкафы закрыты и заперты на спецключ. 3. Требования безопасности во время работы 1. Пуск конвейеров и дробилки производить через 1-2 минуты после подачи установленных сигналов о готовности смежных с ним механизмов. 2. После включения (согласно производственной инструкции) дробильной установки необходимо прослушать их работу.При обнаружении постороннего шума или стука, несвойственного нормальной работе оборудования остановить его для устранения неполадок. 3. Все профилактические и ремонтные работы проводить только в присутствии мастера 4. Производить регулярный наружный осмотр оборудования дробилки 4. Требования безопасности в аварийных ситуациях 1. Дробилка должна быть немедленно остановлен в случаях, если: 2. слышны стуки, удары в двигателе или обнаружены их неисправности, которые могут привести к аварии; 3. возник пожар; 4. ощущается запах гари или дыма из электродвигателя; 5. заметно увеличение вибрации двигателя. 6. Дробильщик должен аварийно остановить конвейер (нажать кнопку "стоп") и толькозатем доложить руководству. 7. После аварийной остановки дробилки пуск ее может быть произведен с разрешения лица, ответственного за безопасную эксплуатацию установки. 5. Требования безопасности по окончании работы 1. Привести в порядок рабочее место. 2. Остановить оборудование и обесточить электрооборудование 3. Обо всех имевших место недостатках сообщить мастеру. 4. Снять и убрать в специально отведенное место (шкаф) спецодежду. 5. Тщательно вымыть руки и лицо. По возможности принять душ. 6. Опасные производственые факторы 1. указательные знаки.  2. Запрещающие знаки  3. Предупреждающие знаки  4. Знаки пожарной безопасности  5. Предписывающие знаки  6. Эвакуационные знаки и знаки медицинского и санитарного назначения  7. Мероприятия по охране труда 1. Проведение вводных инструктажей по технике безопасности и охране труда. 2. Проведение первичных инструктажей по ТБ и ОТ на рабочих местах. 3. Осуществление контроля за проведением повторных, внеплановых и целевых инструктажей 4. Разработка документов проведения периодического медицинского осмотра сотрудников (составление поименного списка, согласование его с ГорСЭС, решение вопросов финансового обеспечения, подготовка проектов распоряжений о прохождении мед. осмотра) 5. Проверка вопросов техники безопасности, охраны труда 6. Проверка санитарно-гигиенического состояния производственных и вспомогательных помещений в арендуемых помещениях. 7. Составление отчетности по охране и условиям труда по формам, установленным Госкомстатом РФ. 8. Доведение до сведения работников действующих законов и нормативных правовых актов по охране труда РФ. 9. Обучение по охране труда и технике безопасности руководящего и обслуживающего персонала. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения работы мы ознакомились с методикой выбора, расчета и анализа простых технических средств автоматизации технологических процессов; с применением высокоэффективного оборудования для технологического процесса измельчения зерна. По результатам анализа САР можно сделать выводы о том, что благодаря хорошо подобранным параметрам наша система является устойчивой. Этому свидетельствует годограф разомкнутой системы и соответствующая требованиям переходная характеристика.В данной системе абсолютная ошибка равна  , а относительная ошибка равна  это говорит о том, что система автоматического регулирования технологического процесса не совсем идеальна.Время переходного процесса САР или быстродействие системы tn≈6 секунд. Благодаря автоматизации технологических процессов в зерноперерабатывающей промышленности можно значительно повысить производительность и условия труда, увеличить выход готовой продукции, а главное улучшить её качество. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Автоматизация технологических процессов пищевых производств: Учебное пособие / Е.Б. Карпин, М.М. Солошенко и др.; под редакцией Е.Б. Карпина. — М.: Пищевая промышленность, 1977.-432 с. 2. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов / Бородин И.Ф., Судник И.А. — М.: КолосС, 2004. -344 с. 3. Выгодский, М.Я. Справочник по высшей математике / Выгодский М.Я. — М.: Наука, 1977. — 872 с. 4. Коломиец, А.П. Электропривод и электрооборудование / Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р. — М.: КолосС, 2006. 328 с. 5. Ужанский, В.С. Автоматизация холодильных машин и установок / В.С. Ужанский. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 296 с. 6. Шабурова, Г.В. Практикум по оборудованию и автоматизации перерабатывающих производств / Шабурова Г.В.; Зимняков В.М., Курочкин А.А. — М.: КолосС,2004. -183 с. 7. Сокол Т.С. Охрана труда: Учебное пособие. — 2-е изд. — Мн.: Дизайн ПРО, 2000. — 176 с.: ил. ПРИЛОЖЕНИЯ  |