Изучение принципов формирования системы автоматизации: порядка монтажа, ремонта, наладки основных элементов системы на предприят. Ушаков_КП_4. Автоматизации и управления производства мороженого на предприятии ооо Нестле Россия

• Название: Автоматизации и управления производства мороженого на предприятии ооо Нестле Россия
• Анкор: Изучение принципов формирования системы автоматизации: порядка монтажа, ремонта, наладки основных элементов системы на предприят
• Дата: 20.09.2022
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: Ушаков_КП_4.docx
• Тип: Документы; #686697
• страница: 1 из 4

ВВЕДЕНИЕ


В данном курсовом проекте рассматривается система автоматизации и упра-вления производства мороженого на предприятии ООО «Нестле Россия».

Компания «Нестле» занимается изготовление кондитерской продукции. Од-ним из таких кондитерских изделий является «мороженое». Эта компания явля-ется одной из крупных компаний как в заграничных странах так и в России.

Рассмотрим базовую технологию приготовления мороженного.

Приготовление смеси для мороженного. Приготовление смеси мороженого производится на технологической линии, состоящей из емкости для приготовления смеси Е1, гомогенизатора Г1, пластинчатого теплообменника Т1 и емкости для созревания и хранения смеси Е2.

Гомогенизация. Нагревание осуществляется путем подачи в рубашку емкости Е1 горячей воды. При завершении процесса пастеризации 75 ºС смесь центробежным насосом подается в гомогенизатор Г1. При производстве мороженного применяют давление гомогенизации равное 8,5 МПа. Смеси гомогенизирует при температуре, близкой к температуре пастеризации.

Последующее охлаждение смеси и ее созревание. Из гомогенизатора поступает смесь в пластинчатый теплообменник Т1, где охлаждается ледяной водой температуры 4 ºС с целью создания неблагоприятных условий для жизнедеятельности и развития микроорганизмов, которые могут попасть с смесь после пастеризации.

После охлаждения смесь поступает в емкость для низкотемпературной обработки (емкость для созревания смеси Е2). Созревание происходит при температуре 2 ºС не более 48 часов в зависимости от сорта мороженого при непрерывном перемешивании.

Цель данного курсового проекта – изучение принципов формирования системы автоматизации: порядка монтажа, ремонта, наладки основных элементов системы на предприятии ООО «Нестле Россия»; улучшение существующей схемы автоматизации путем внедрения разрабатываемого устройства.

Данная тема является актуальной в связи с непрерывным развитием производства в данной области.

В ходе выполнения курсового проекта необходимо решить следующие задачи:

1. 
   изучить структуру предприятия;
   
2. 
   проанализировать схему автоматизации;
   
3. 
   изучить принципы монтажа, ремонта и наладки основных элементов автоматизации;
   
4. 
   разработать схемы электрическую принципиальную и структурную;
   
5. 
   подобрать элементную базу;
   
6. 
   проанализировать составные узлы устройства;
   
7. 
   произвести необходимые расчеты.
   

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Схема автоматизации


История компании началась в 1866 году, когда в Швейцарии открылся первая в Европе завод «Англо-швейцарской компании по производству сгущённого молока» (эта компания была основана американцами Чарльзом и Джорджем Пейдж). Компания по сей день заниматься производством кофе, детского питания, шоколада и молочной продукции.

С тех пор ассортимент продукции «Nestle» постоянно расширяется, и в настоящее время насчитывает свыше 8000 торговых марок продуктов питания, которые знают потребители на всех пяти континентах.

Цель компании Nestle – создать продукт высокого качества, обеспеченного и неизменного в течение длительного времени, служащего удовлетворению потребностей потребителей в питании, удовольствии и качестве, которому они могут доверять.

На рисунке 1.1 изображена схема производства мороженного.



Рисунок 1.1 – Схема автоматизации производства мороженого

Смесь приготавливают в сыродельных ваннах, ваннах длительной пасте-ризации (ВДП) или в емкостных пастеризаторах с мешалкой. В первую очередь загружают жидкие компоненты (воду, молоко, сливки, обезжиренное молоко и др.), раствор подогревают до температуры 40...45 °С, обеспечивающей наиболее полное и быстрое растворение. Затем вносят сухие компоненты, сгущенные молочные продукты и масло. Нельзя допускать растворения компонентов при температуре выше 60 °С, так как при этом не исключена возможность заваривания белка и вытапливания жира.

Смесь из смесительной ванны, пройдя через фильтр, поступает на пастери-зацию. При использовании пастеризационно-охладительных установок смесь па-стеризуют при температуре 80…85 °С и выдержкой 60…50 с. Пастеризацию в труб-чатых пастеризаторах проводят при температуре смеси 80…85 °С с выдержкой 60…50 с или без выдержки при температурах от 92 до 95 °С.

Созревание смеси мороженого проводится при пониженных температурах. В процессе созревания смеси происходит отвердевание примерно 50 % молочного жира, вызванное кристаллизацией некоторых глицеридов.

Белки молока и стабилизатор в процессе выдержки набухают, поглощая вла-гу, происходит адсорбция некоторых компонентов смеси на поверхности жировых шариков. В результате вязкость созревшей смеси возрастает, а количество находящейся в свободном состоянии воды уменьшается, что препятствует образованию крупных кристаллов льда в процессе замораживания смеси. Созревшая смесь во время фризерования более интенсивно поглощает и удерживает воздух, что улучшает ее взбитость и обеспечивает нежную структуру мороженого.

Процесс сбивания обеспечивается равномерной подачей сливок винтовым насосом из уравнительного бака с поплавковым регулятором уровня 1-1. Со щи-та управления осуществляется управление работой с массой для мороженного.

Для контроля частоты вращения сбивателя служит комплект приборов – пер-вичный преобразователь частоты вращения (тахогенератор) 2-1, соединенный с по-казывающим прибором 2-2. Для измерения силы тока, потребляемого электродвига-телем при сбивании, на пульте установлен амперметр 3-1. Манометром 4-1и мано-метрическим термометром 5-2контролируют давление и температуру ледяной воды.

Манометрический термометр 5-2имеет устройство для выдачи электричес-кого сигнала при повышении температуры промывочной воды, о чем сигнализи-рует лампа НL5. На вакуумной линии обработки установлен вакуумметр 6-1.


1.2 Анализ контрольно-измерительных приборов


В качестве регулятора уровня жидкости в баке служит поплавковые регуля-торы ATS 165 представленный на рисунке 1.2.



Рисунок 1.2 – Поплавковые регуляторы ATS 165

Он специализируются на интенсивной работе в жидкостях с экстремальным волнением и турбулентностью. Датчики ATS 165 переключаются по углу ±165° и отлично подходят для защиты электротехники и насосов.

ATS 165 конструктивно схож с моделями AT 120 и избегает засорений бла-годаря поплавку двухконического типа. Диапазон применения резко расширен – это жидкие продукты с ρ=0,7…1,5.

Дифференциальный угол увеличен до ±165°, благодаря чему можно использовать один такой регулятор вместо двух стандартных на низкий и высокий уровни. Нагрузочная способность сохранена на уровне 20А/8А. Настройка проводится стандартным для серии образом на переход уровня по заполнению/опустошению. Длина кабеля до 25 м или по спецзаказу.

Достоинства и преимущества ATS 165:

1. угол переключения (±165°), возможно использование одного датчика вместо двух обычных;

2. диапазон работы (0,7…1,5);

3. экологичность (в конструкции нет ртути и свинца);

4. простая регулировка и эксплуатация.

Применяемость ATS 165:

1. экономичное регулирование уровня, сигнализация;

2. управление электрооборудованием и насосами, их защита;

3. вода, чистые жидкости и сточные воды (некоторые типы);

4. слабоагрессивные жидкости (масло, топливо, краска) и более агрессив-ные при использовании HR HY кабеля.

Основные технические характеристики ATS 165:

1. режим работы: всенаправленный;

2. допускаемые плотности: 0,7…1,5;

3. давление: 3,5 бар, максимально;

4. температура: +85 °C, максимально;

5. электрические данные: 250 В – 50/60 Гц;

6. cut-out power: 8 А/20 А под нагрузки индуктивного/активного типов;

7. микропереключатель: реверсивные контакты из никеля/серебра;

8. стандартные длины кабеля: 5, 10, 15, 20, 25 м, возможно специальное из-готовление;

9. вес поплавка: 325 г;

10. балласт: резиновый, регулируемый внешне;

11. корпус: сополимер, полипропилен.

В качестве преобразователя частоты вращения служит тахогенератор, изображенный на рисунке 1.3.



Рисунок 1.3 – Преобразователя частоты вращения (тахогенератор)

Тахогенераторы применяются для контроля измерения скорости вала исполнительного устройства в электромеханических счетно и решающих устройствах, а также в устройствах автоматической обработки генерируемых ускоряющих и успокаивающих сигналов.

Тахогенераторы предназначены для различных целей применения и поэто-му к ним применяются различные требования.

Применение преобразователя частоты вращения:

1 изменение скорости вращения. В этом случае выходное напряжение подается на вольтметр, шкала которого отградуирована в об/мин;

2.осуществлять оборотные связи по скорости в системах электрического дифференцирования и электрического интегрирования.

Преимущества преобразователя частоты вращения:

1. достоинствами тахогенераторов постоянного тока являются: малые га-бариты и масса;

2. при большой выходной мощности, отсутствие фазовой погрешности, не требуется вспомогательный источник электрической энергии для возбуждения.

Недостатками тахогенераторов являются:

1. пульсация входного напряжения;

2. неточность установки щеток по геометрической нейтрали приводит к ас-симетрии выходного напряжения;

3. сложность конструкции;

4. высокая стоимость.

В качестве манометра используется манометр DS 200M представленный на рисунке 1.4. Датчик давления DS 200M это прецизионный цифровой манометр с штуцерным механическим присоединением. Устройство имеет ЖК экран и служит для точного измерения абсолютного и избыточного давления.

Цифровой манометр DS 200M BAROLI охватывает диапазоны измеряемых давлений от 0,1 до 600 бар, которые зависят от типа устанавливаемого сенсора. Прибор питается от встроенных батарей, которых хватает на 5 лет эксплуатации устройства. Кроме текущего давления, на экране датчика DS А200M можно наблюдать пиковые значения (минимальное и максимальное показание) давления. Устройство обеспечивает преобразование измеряемого давления в наглядную величину, которая отображается на основном 4,5 – разрядном индикаторе с высотой сегментов 11 мм, а также в девяти разных единицах измерения давления, которые отображаются ниже на дополнительном шестиразрядном дисплее.



Рисунок 1.4 – Цифровой манометр DS 200M BAROLI

Достоинства DS 200M:

• 
  высокая точность измерения и надёжность;
  
• 
  5 лет непрерывной работы на одном комплекте питания;
  
• 
  виброустойчивая конструкция;
  
• 
  различные варианты вводного штуцера4
  
• 
  два исполнения с разными сенсорами;
  
• 
  поворотный корпус.
  

Применение датчика DS 200M:

• 
  испытательные и лабораторные стенды;
  
• 
  гидравлические системы и механизмы;
  
• 
  компрессоры и другие пневматические системы.
  

Краткие технические характеристики DS 200M:

• 
  рабочий диапазон давлений: от 0,1 до 600 бар (от 0,01 до 60 МПа);
  
• 
  виды измеряемого давления: абсолютное, избыточное;
  
• 
  доступные варианты единиц измерения давления: бар, мбар, ф/дм², м вод.ст., дм Hg, см Hg, мм Hg, кПа, МПа и выбор положения десятичной точки;
  
• 
  основная погрешность: 0,25 / 0,5 % ДИ;
  
• 
  вид выходного сигнала: ЖК индикация текущего и пиковых значений давления;
  
• 
  дисплей: основной дисплей – 4,5 разряда (7 сегментов), высота 11 мм; дополнительный дисплей – 6 разрядов (14 сегментов), высота 7,5 мм;
  
• 
  тип чувствительного элемента: кремниевый либо керамический тензорезистивный;
  
• 
  диапазон температур измеряемой среды: -25…+85 °C;
  
• 
  класс защиты: IP65;
  
• 
  варианты штуцерного присоединения: G1/4”, G1/2”, 1/4”NPT, 1/2” NPT, M20x1,5 EN 837 и другие;
  
• 
  питание: 3,6 В, 2 литиевых элемента (1/2 АА);
  
• 
  срок работы прибора на 1 комплекте: 5 лет;
  
• 
  материал корпуса: поликарбонат;
  
• 
  материал штуцера: нержавеющая сталь 316Ti (03Х17Н13М2T);
  
• 
  мембрана: нержавеющая сталь 316L (03Х17Н13М2) либо керамика Al₂O₃;
  
• 
  материал уплотнения: EPDM – этиленпропиленовый каучук, либо FKM – фтористый каучук (витон), либо NBR – нитриловый каучук.
  

В качестве манометричекого термометра используется термометр F73 изображенный на рисунке 1.5.



Рисунок 1.5 – Манометрический термометр F73

Универсален для проведения измерения на промышленных объектах, в машиностроении, резервуарах, пищевой отрасли промышленности в конструк-циях различного оборудования. Манометрический термометр используют для измерения труднодоступных точек или когда он находится на значительном удалении.

Применение:

1. применяется в агрессивных средах, в химической, нефтехимической отраслях промышленности и других технологических процессах;

2. универсален для проведения измерений на промышленных объектах, в пищевой отрасли промышленности, в машиностроении, резервуарах и констру-кциях различного оборудования;

3. измерение температуры без контакта со средой;

4. возможна установка в щиты, шкафы управления, панели управления.

Особенности:

1. измерительный инструмент соответствует высоким стандартам техноло-гий;

2. корпус и шток выполнены из нержавеющей стали;

3. для установки в трубы и резервуары;

4. различные конструкции корпуса и варианты присоединения;

5. возможны варианты с подстройкой штока и шкалы (с корпусом, который можно поворачивать и изменять его угол наклона), с капилляром, с контактным штоком-площадкой и панельной версией.

В качестве кнопочного выключателя служит кнопка S2PR-P3, которая изображена на рисунке 1.6.



Рисунок 1.6 – Кнопочный выключатель S2PR-P3

Круглые кнопочные выключатели S2PR-P3 представляют серию выступаю-щих выключателей с утопленной головкой, съемным блоком контактов и подсвет-кой. Кнопочные круглые выключатели S2PR-P3 подойдут для открытой и закры-той установки на пульты и щиты управления. Отличительной особенностью вык-лючателей серии S2PR-P3 является светодиодная подсветка кнопки.

Преимущества выбора кнопочных выключателей S2PR-P3:

• 
  функция самовозврата кнопки в исходное положение;
  
• 
  встроенная светодиодная подсветка высокой яркости;
  
• 
  съемный блок контактов с упрощенной системой снятия;
  
• 
  простая система соединения дополнительных контактов;
  
• 
  серебряные контакты с улучшенными характеристиками: дугостойкос-тью, износостойкостью, сниженным сопротивлением;
  
• 
  высокий срок службы выключателя;
  
• 
  повышенная степень защиты корпуса;
  
• 
  возможность работы со специальным водонепроницаемым колпачком.
  

Область применения круглых кнопочных выключателей серии S2PR-P3:

• 
  химическая промышленность;
  
• 
  деревообработка;
  
• 
  добыча и переработка нефти и газа, руды;
  
• 
  добыча и переработка металлов, производство сплавов, металлических изделий;
  
• 
  производство продуктов питания и напитков;
  
• 
  аграрная промышленность и сельское хозяйство;
  
• 
  растениеводство и животноводство, а также многие другие.
  

Основные технические параметры кнопочных выключателей серии S2PR-P3:

• 
  размер – 22/25 мм;
  
• 
  до 2-х контактных блоков в различном сочетании;
  
• 
  выдерживаемая механическая нагрузка — не менее 1 000 000 нажатий;
  
• 
  5 вариантов исполнения по цвету;
  
• 
  класс защиты корпуса IP52 (IP65 с защитным колпачком);
  
• 
  использование при температуре в пределах от 15...+55°С.
  

1.3 Система контроля шагового двигателя


В пищевом производстве важнейшим аспектом является точная дозировка компонентов согласно рецептуры. От этого зависит расход сырья, вкус и качество готовой продукции. Асинхронные аналоговые двигатели не обеспечивают точность дозировки. Причина заключается в особенностях конструкции, большой инертности, устаревших схемах управления двигателями.

На сегодняшний день существует новый класс двигателей, отличающийся высокой точностью, новой современной конструкцией и широким набором вариантов управления.

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Однако шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.

Достоинства шаговых двигателей:

1. 
   угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель;
   
2. 
   двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны);
   
3. 
   прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3…5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу;
   
4. 
   возможность быстрого старта/остановки/реверсирования;
   
5. 
   высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников;
   
6. 
   однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи;
   
7. 
   возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора;
   
8. 
   может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов.
   

Однако, шаговые двигатели тоже имеют недостатки:

1. 
   шаговым двигателем присуще явление резонанса;
   
2. 
   возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи;
   
3. 
   потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки;
   
4. 
   затруднена работа на высоких скоростях;
   
5. 
   невысокая удельная мощность;
   
6. 
   относительно сложная схема управления.
   

Незначительные недостатки и ряд очевидных преимуществ обеспечивают их применение в самых разнообразных устройствах. Шаговые двигатели можно встретить в дисководах, принтерах, плоттерах, сканерах, факсах, а также в разнообразном промышленном и специальном оборудовании. В настоящее время выпускается множество различных типов шаговых двигателей на все случаи жизни. Однако помимо правильности выбора типа двигателя, важно правильно выбрать схему драйвера и алгоритм его работы, который зачастую определяется программой микроконтроллера.

Разрабатываемое устройство на основе микроконтроллера семейства AVR должно решить проблему точной дозировки на предприятии ООО «Нестле Россия», что подчеркивает актуальность и целесообразность разрабатываемого устройства.

2 специальная часть

2.1 Разработка схем

2.1.1 Электрическая принципиальная схема


Схема электрическая принципиальная изображена на рисунке 2.1.