2 Проектирование системы автоматического контроля и регулирования. Описание технологического процесса
Технологический процесс производства кисломолочных напитков состоит из четырех самостоятельных операций: приготовления производственной закваски, подготовки молока к сквашиванию, сквашивания молока и фасования продукта.
Подготовленным для автоматизации является процесс, основанный на резервуарном способе производства кисломолочных напитков. Молоко после охлаждения в пастеризационно-охладительной установке до температуры (23±2) °С поступает в резервуары для кисломолочных напитков, куда одновременно из заквасочного отделения насосом подается производственная закваска. Заквашенное молоко в резервуаре непрерывно перемешивается мешалкой в течение заданного времени. После отключения мешалки продукт сквашивается до кислотности с показателем рН 4,6 ±0,05, охлаждается подаваемой в рубашку резервуара холодной водой и перемешивается мешалкой по заданной программе. По достижении температуры (15 +1) °С продукт готов для фасования, мешалку выключают и прекращают подачу охлаждающей воды. Кисломолочные напитки фасуют на механизированных линиях как в стеклянную тару, так и в бумажные пакеты.
2.1 Описание схемы автоматизации
После заполнения резервуара программное устройство 5-1 включает систему контроля кислотности продукта, которая состоит из погруженного датчика 6-1, высокоомного электронного преобразователя 6-2 и автоматического самопишущего потенциометра 1300 с контактным устройством 6-3. Одновременно по заданной программе командное устройство включает и отключает мешалку.
По достижении водородного показателя рН продукта контактное устройство потенциометра включает через промежуточный пневмоэлектрический клапан 7-1. Пневмоклапан подачи холодной воды в рубашку резервуара 7-1 и систему контроля температуры, состоящую из термометра сопротивления 8-1 и логометра с контактным устройством 8-2.
После достижения заданной температуры контактное устройство логометра отключает командный прибор, включает мешалку, закрывает клапан подачи холодной воды, переводит клапан 1-2 на выпуск продукта из резервуара и включает звонок НА1, сигнализирующий об окончании процесса сквашивания.
2.2 Выбор технических средств автоматизации
На основании проведенного анализа технологического процесса производства кисломолочных напитков проводится выбор технических средств контроля и управления. Функциональная схема автоматизации приведена в иллюстративной части.
1) рН – метр для определения кислотности молока рН-202.2
Прибор предназначен для измерения рН молока и молочных продуктов в трубопроводах и резервуарах. При подключении к рН-метру приборов обеспечиваются регистрация и автоматическое регулирование кислотности при непрерывных и непрерывно-поточных процессах молочных продуктов.
Контроль кислотности и молочных продуктов по значению рН основан на зависимости содержания молочной кислоты в продукте от концентрации в нем активных ионов водорода. Однако значение рН молочного продукта зависит не только от его кислотности, но и от его температуры.
В датчике рН-метра используется стеклянный твердоконтактный электрод ЭС-20, который с хлорсеребряным электродом образует электродную систему с изопотенциальной точкой рНц=(4,25±0,3) рН. Такая электродная система с использованием автоматической или ручной термокомпенсации обеспечивает однозначность показаний прибора при изменениях температуры контролируемого продукта в интервале температур 5...35°С. В результате прибор показывает приведенное к нормальной температуре (20 °С) значение рН молочного продукта.
Пределы измерений рН 3,5 ... 7,0 рН.
Предел допустимого значения основной абсолютной погрешности рН ±0,05 рН. Питание - от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
Потребляемая мощность 20 В-А. Габаритные размеры (не более): преобразователя промышленного П-215-блока преобразователя 375х172х212 мм, входного усилителя 250х190х80 мм; датчика - диаметр погружной части (корпуса) 25 мм, длина погружной части проточного датчика 150 мм, длина погружной части датчика 700 мм, условный проход трубопровода 50 и 80 мм.
Масса: преобразователя промышленного П-215-блока преобразователя 7,5 кг, входного усилителя 3 кг; датчиков: погружного 2,3 кг, проточного1 кг.
2) Пневмоэлектроклапан двойного действия ПЭКДД
Пневмоэлектроклапан двойного действия ПЭКДД предназначен для дистанционного управления пневматическими приводами исполнительных механизмов. При включении и выключении электромагнита обеспечивается поочередное сообщение рабочих полостей пневматического привода с источником давления.
Параметры и характеристика клапана: рабочее давление составляет от 30 до 75 кгс/см2, напряжение, при котором осуществляется работа - 220 В. Потребляемая мощность при температуре окружающей среды 20°С - не более 15 Вт. Диаметр условного прохода - 4 мм, а габаритные размеры всего клапана составляют - 100х140х225 мм, при массе - 2,3 кг.
Рисунок 3 - Пневмоэлектроклапан двойного действия
3)Высокоомный промышленный преобразователь П-216.7
Он предназначается в составе анализатора натрия, которые предназначены для непрерывных потенциометрических измерений в технологических водных растворах, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов различных отраслей промышленности.
Характеристика и значения - pX (pH) составляют от -20 до +20, при этом концентрация от 1 мкг/л до 1000 мг/л, с условием, что mV - от 3000 до +2000, а температура от -20 до 150 °C.
Выбор диапазона автоматический. Основная погрешность по показаниям дисплея составляет: pX (pH) ± 0,04, концентрация 2,5%, а температура ± 0,5 °C. Выходные сигналы 2 типов: аналоговый, мА от 0 до
5 (Rн < 2 кОм) от 4 до 20 (Rн < 500 Ом) и цифровой C2 (RS-232C).
Температурная компенсация, автоматическая или ручная от -20 °C до +150 °C. Дисплей графический ЖКИ. Питание 220+22-33 В или 36+3.6-5.4 В; (50 ± 0.5) Гц Потребление не более 7 В·А. Габаритные размеры преобразователя 250×230×130 мм, блока гидравлического 500×250×160 мм, масса преобразователя 1.3 кг, блока гидравлического 5 кг.
4) Термометр сопротивления - Тип TP 21 / TW 59...T108/T141
Термометры сопротивления типа TP21, благодаря своему конструктивному исполнению, отвечают условиям измерений без метровой зоны и гигиеническим измерениям во всех жидких средах, таких как, например, молоко, пиво, соки и тд. Измерение происходит без изменения поперечного сечения и без контакта среды с сопротивлением измерения при учете хорошего времени реагирования, что позволяет выполнять, например, чистку скребком.
Устройство состоит из трубчатого тела с горловиной из стали. В трубчатых телах установлено сопротивление PT100. Мерная вставка содержит по выбору одно или два измерительных сопротивлений PT100, которые при помощи 2-х, 3-х или 4-проводной системы соединены с зажимным цоколем в соединительной головке.
Температурные датчики устанавливаются в трубопровод. Для различных видов применений доступны разные варианты соединений. Благодаря особой конструкции соединительной головки из стали в надежном магнитопроводящем корпусе, датчики годятся особенно для выполнения измерений в едких и агрессивных условиях. Также при применении в мокрой и влажной среде и в экстремальных условиях конструкция с классом защиты IP65 или IP67 обеспечивает гарантию прочности и высокой надежности.
5) Автоматический показывающий регулирующий и регистрирующий потенциометр типа КСП2
Предназначены для измерения, записи и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры и других величин, изменения значений которых могут быть преобразованы в изменение напряжения постоянного тока.
Технические характеристики: основная погрешность от нормирующего значения показаний±0,5 %, записи ±1,0 %; погрешность срабатывания контактов регулирующего устройства для одноточечных приборов±1,0 %;
погрешность выходного сигнала от нормирующего значения для приборов с выходными преобразователями постоянной тока и напряжения без линеаризации сигнала ±1,0%: количество точек измерения 1, 3, 6, 12.
6) УП-100 Указатель-регулятор
Предназначен для управления электроприводами РПН при автоматическом регулировании коэффициента трансформации силовых трансформаторов. Указатель-регулятор совмещает в себе функции регулятора напряжения и указателя положения привода РПН. Может применяться на подстанциях напряжением 35 – 750 кВ с плавно или резко изменяющейся нагрузкой.
Прибор имеет щитовое исполнение (габаритные размеры 144х144 мм или120х120 мм), что позволяет размещать прибор на щитах управления взамен указателей положения привода РПН типа ЛКМ (Болгария), MR, MZ, ED (Германия).
Указатель-регулятор подключается к измерительным трансформаторам напряжения с номинальным вторичным значением 100 В и трансформаторами тока с номинальным вторичным током 5 А или 1 А (в зависимости от исполнения). Устройство управляет приводами, имеющими до 99 ступеней переключения.
В результате совмещения функций регулятора и указателя: многократно повышается надежность контроля работы электропривода РПН; появляются дополнительные возможности настроек регулирования и определения аварийных ситуаций; экономится место на щите управления; указатель-регулятор может подключаться напрямую к сельсин-датчику, к резистивному датчику немецких, болгарских и других приводов, к BCD-датчику или датчику с Gray-кодом немецких, корейских и китайских приводов, а также к датчикам, имеющим выход 4..20 мА (0-5 мА, 0-20 мА) или цифровой выход типа Modbus, отечественного и импортного производства.
Измеренное значение текущей ступени переключения РПН выводится на светодиодный индикатор яркостью свечения 10 000 мКд, что дает возможность диспетчеру со своего рабочего места надежно считывать показания при любом освещении.
Указатель-регулятор может работать с любым используемым на территории России типом привода.