Курсовая работа (т): Схема автоматизації та сигналізації для чотирьохкорпусної випарної установки на основі контролера TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric

Схема автоматизації та сигналізації для чотирьохкорпусної випарної установки на основі контролера TSX Micro 3721 фірми Shneider Electric

Зміст

Вступ

1. Аналіз технологічного об’єкту управління

1.1 Відділення фільтрації соку другої сатурації

1.2 Згущення соку випарюванням

1.3 Принцип багаторазового використання пари при випарюванні соку

1.4 Принцип дії випарного апарату

1.5 Випарювання соку в чотирьохступінчастій випарній установці

2. Опис структурних схем основних контурів управління

2.1 Контур регулювання рівня соку в корпусах випарної установки

2.2 Контур регулювання температури соку в корпусах випарної установки

2.3 Контур регулювання подачі аміачної води у збірник відфільтрованого соку

2.4 Контроль витрати відфільтрованого соку

3. Перелік і технічна характеристика засобів автоматизації контурів управління

4. Опис схеми з’єднань комплексу зв’язку ТОУ з МПК

Висновок

Джерела інформації

Вступ

Автоматизація виробництва завжди була однією з основних Складових прискорення науково-технічного прогресу в агропромисловому комплексі. У 70-80 роки вона набула нових рис у зв'язку з бурхливим розвитком технічних засобів - мікропроцесорної техніки і персональних електронно-обчислювальних машин (ЕОМ), функціональні можливості яких дають змогу використовувати найдосконаліші методи в рамках сучасних складних систем управління. Мікропроцесорні пристрої та ЕОМ, пов'язані між собою обчислювальними й керуючими мережами з використанням загальних баз даних, дозволяють впроваджувати комп'ютерні технології у нетрадиційні сфери діяльності підприємства, що проявляється в інтеграції виробничих процесів та управління ними.

Таким чином, головним напрямом автоматизації в агропромисловому комплексі на сучасному етапі є створення комп'ютерно-інтегрованих виробництв. За рубежем ця концепція одержала назву СІМ (Computer Integrated Manufactoring System). Основою систем автоматизації нині стали функціональні можливості мікропроцесорних систем управління, при створенні яких вирішальну ролі" відіграють такі фактори, як використання принципів інтеграції, розподіленого управління, програмних комплексів. Слід додати, що при автоматизації виробництва об'єктом є не окремий технологічний процес чи агрегат, а технологічний комплекс (ТК) із складними взаємозв'язками між його підсистемами. Сучасні системи автоматизації на базі мікропроцесорних пристроїв та ЕОМ мають широкі функціональні можливості й досконалі технічні характеристики, які забезпечують підвищення надійності та живучості, швидкодію, оперативність управління, збільшення кількості входів-виходів, поліпшення комфортності праці оператора.

Розширення функціональних можливостей сучасних мікропроцесорних систем управління пов'язане із значно зрослою кількістю видів і систем відображення технологічної інформації: використанням динамічних мнемосхем; одержанням графіків зміни технологічних параметрів за будь-який відрізок часу; формуванням передісторії розвитку процесу, архівуванням за допомогою таблиць, звітних документів тощо. Все це дає змогу підвищити оперативність управління, максимально враховувати виробничу ситуацію, що, зрештою, зумовлює зростання показників ефективності функціонування ТК. При створенні систем автоматизації використовують багатоконтурні системи, в яких реалізуються принципи компенсації збурень, адаптації, досконалі структури типу каскадних систем, з додатковими сигналами та ін.

Спеціалісти будь-якого профілю працюють у новому інформаційному просторі, що вимагає від них знань, потрібних при роботі на автоматизованому обладнанні, автоматизованих технологічних комплексах, застосування комп'ютерних технологій.

1. Аналіз технологічного об’єкту управління

1.1 Відділення фільтрації соку другої сатурації

Фільтрація - це розділення суспензії за допомогою пористої перегородки на чисту рідину (фільтрат) та вологий осад (фільтраційний осад). По типовій технологічній схемі, передбачені фільтрація соку першої сатурації (основна та контрольна), соку другої сатурації, суміші сиропу з клеровкой.

Для розділення соку першої сатурації використовують гравітаційні відстійники або фільтри-згущувачі ФіЛС, а для фільтрації згущеної суспензії - барабанні камерні вакуум-фільтри. Деканат із відстійників, сік другої сатурації та сироп з клеровкою фільтрують в дискових фільтрах ФД.

Рисунок 2.1 - Будова фільтра ФД-150

Принцип дії фільтра ФД-150.

Фільтр складається з циліндричного горизонтального корпусу 3, всередині якого в підшипниках 6 обертається полий вал 5 (частота обертання 0,5 об/хв) з закріпленими на ньому 24 фільтруючими дисками 4. кожен диск зібраний з восьми секторів. Сектор являє собою пустотілу рамку, з’єднану з колекторною трубою. Рамка заповнена об’ємною сіткою і на неї натягнутий мішок з фільтруючої капронової або лавсанової тканини.

Один кінець колекторної труби відкритий і виведений до приймача 2, другий кінець заглушений. Приймач має зорове скло і патрубки для відводу соку із фільтра і підводу фільтрованого соку першої сатурації.

Знизу до корпусу фільтра приварений жолоб зі шнеком 7, призначений для відводу фільтраційного осаду. Через жолоб шнеку подають також сік на фільтрацію.

При запуску фільтра в роботу вмикають приводи дисків і шнека і відкривають вентилі на трубах для подачі соку, відводу фільтрату і випуску повітря. Нефільтрований сік через жолоб шнека поступає в простір між дисками під невеликим тиском, витісняючи повітря. Коли сік з’являється в повітрявивідній трубці, повітряний вентиль закривають і піднімають тиск до 0,15 - 0,20 МПа. Сік проходить через тканину всередину секторів і виводиться через трубки в приймач. Перші порції мутного фільтрату повертаються в збірник нефільтрованого соку. На поверхні тканини поступово відкладається осад. При досягненні деякої товщини слою осаду або перевищенні тиску у випадку поганої фільтрації подачу не фільтрованого соку зупиняють и сік, що залишився між дисками, спускають в збірник нефільтрованого соку.

Фільтраційний осад змивають фільтрованим соком першої сатурації, подаючи його в простір між дисками через сопловий апарат і протитоком через приймач соку всередину дисків. Осад, розбавлений соком, сповзає в жолоб шнеку через поперечні розрізи в корпусі фільтру і виводиться в збірник не фільтрованого соку.

Соки першої та другої сатурації в сахарному виробництві являються суспензіями з низкою в’язкістю і значним вмістом твердої фази, яка по хімічному складу являє собою майже чистий кристалічний карбонат кальцію, що утворює нестискаємий осад.

При збільшення тиску суспензії в фільтрі швидкість фільтрації збільшується не пропорційно, а слабше і при деякому значенні тиску може навіть знижуватись.

Тиск при якому досягається максимальна швидкість фільтрації, називається критичним. Для соків першої та другої сатурації він складає приблизно 0,3 - 0,4 МПа. При високих температурах в’язкість сахарних розчинів знижується і вони швидше фільтруються. Тому перед фільтрацією соки і сироп підігрівають до 80 - 90 ºС.

В відділі фільтрації другої сатурації вимірюється рівень соку в збірниках до (12а) і після фільтрації (9а). Крім того, регулюється подача аміачної води до збірника відфільтрованого соку, при зниженні його рівня нижче норми (13а).

Також відбувається контроль та сигналізація зміни тиску в фільтрі ФД-150 (10а). При підвищенні його до значення 0,6 МПа відбувається сигналізація, що фільтр забитий фільтратом і потребує очищення (проводиться вручну).

1.2 Згущення соку випарюванням

Після хімічної та фізико-хімічної очистки отримують сік з вмістом сухих речовин 12-15 % і чистотою 89-93 %. Якщо цей сік, який є ненасиченим розчином сахарози, згустити до перенасиченого стану випарюванням води, можна виділити чисту сахарозу шляхом кристалізації.

Випарювання соку здійснюють в два етапи: сік згущують у випарній установці до вмісту сухих речовин 60 - 65 %, а потім в вакуум-апаратах - до 92,5 - 93,5 %, викристалізовуючи при цьому частину сахарози и у підсумку отримують суміш кристалів сахарози та між кристальної рідини (утфіль). Всього із соку випарюється 110 - 115 % води до маси буряка.

1.3 Принцип багаторазового використання пари при випарюванні соку

Сік випарюється в випарних апаратах, які являють собою трубчасті теплообмінники, що підігріваються водяною парою з більш високою температурою, ніж киплячий сік, тому тепло пари через поверхню нагріву передається соку. Гріюча пара віддає приховану теплоту пароутворення і конденсується у воду. Отримавши теплоту від пари, сік нагрівається до кипіння і при випарюванні утворює вторинну, або сокову, пару. Відбувається ніби обмін прихованою теплотою пароутворення: гріюча пара віддає свою приховану теплоту пароутворення і забирається у вигляді конденсатної води, а вода з соку, отримавши цю теплоту, виводиться як пара.

Цей принцип полягає в тому, що випарювання здійснюється в установці, що складається з кількох (3 - 5) послідовно з’єднаних випарних апаратів і концентратора. Сік поступає в перший корпус, що обігрівається ретурною парою, де із нього випарюється частина води і утворюється сокова пара. Згущений трохи сік перетікає у другий корпус, де із нього також випарюється частина води, і так до останнього корпусу, звідки виходить вже сироп. Утворена в першому корпусі сокова пара направляється на обігрів другого корпусу, сокова пара із другого - на обігрів третього, із нього - на обігрів четвертого корпусу.

Рух соку і сокових парів здійснюється в результаті зменшення тиску від першого до останнього корпусу, яке підтримується за допомогою вакуум-насосу і барометричного конденсатора. Конденсат із гріючих камер випарних апаратів виводиться в конденсатні колонки, встановлені по одній на кожен корпус. Концентратор соковою парою не обігрівається, в ньому в результаті перепаду тисків відбувається само випарювання сиропу.

управління випарна установка сік

1.4 Принцип дії випарного апарату

Випарні установки компонують із вертикальних трубчастих теплообмінників - випарних апаратів.

Рисунок 2.2 - Будова випарного апарату

В нижній частині вертикального циліндричного корпусу 5 розташована гріюча (парова) камера, що складається із двох трубних решіток 9 і системи кип’ятильних труб 1 діаметром 33х1,5 мм (корисною висотою 3400 - 4300 мм в залежності від поверхні нагріву апарату), кінці яких розвальцьовані в отворах трубних решіток. В міжтрубний простір, обмежений циліндричними стінками корпуса, підводять гріючу пару, знизу відводять конденсат граючої пари, а зверху - неконденсуючі гази, які поступили разом з гріючою парою. Нижня частина апарату 10 зроблена з’ємною, ввігнутою, що зменшує об’єм, а відповідно, і середній час перебування соку в апараті.

Сік, що випарюється, поступає через патрубок 11 під нижню трубну решітку і заповнює кип’ятильні труби приблизно на одну третину висоти. При кипінні в результаті утворення бульбашок пари об’єм соку збільшується, сік заповнює кип’ятильні труби і виплескується над вищою трубною решіткою. Бульбашки лопаються, пара вивільнюється і накопичується в надсоковому просторі, а сік по похилій поверхні трубної решітки стікає в циркуляційні труби. Частина згущеного соку разом зі свіжим соком знову поступає в кип’ятильні труби знизу, а частина виводиться із апарату через патрубки, які розташовані в нижній частині циркуляційних труб. Природня циркуляція соку відбувається внаслідок різниці густини стовпа паро-сокової суміші в кип’ятильних трубах і стовпа соку в циркуляційних трубах. Густина паросокової суміші менше густини соку і залежить від паровмісту в ньому.

Висота рівня соку в кип’ятильних трубах має важливе значення для роботи випарних апаратів. Рівень підтримують таким, щоб найвища трубна решітка тільки омивалась кип’ячим соком. Оптимальний рівень некиплячого соку, що спостерігається по рівнемірам в корпусах багатоступінчастої випарної установки, повинен бути (в % до загальної висоти кип’ятильних труб): у I - 30-35, у II - 35-40, у III - 40-45, у IV - 45-50, у концентраторі - 50-55. При меншому рівні верхня частина поверхні нагріву не буде омиватися соком, що приведе до зниження К. К.Д. апаратів і пригоранню сахарози на стінках, що обігріваються. Якщо рівень соку в трубах занадто великий, то знижується інтенсивність теплопередачі і циркуляції соку і стає можливе перекидання продукту в гріючу камеру наступного корпусу.

Вторинна пара заповнює надсоковий об’єм і відводиться через виносний сепаратор 7 (пастку), що затримує краплі соку. Вловлений сепаратором сік повертається в нижню частину випарного апарату, в вторинну пару направляють на обігрів наступної корпусу випарної установки і використовують на технологічні потреби.

Випарні апарати працюють безперервно, тобто до них безперервно подається сік на випарювання, а також безперервно відводиться сироп.

Для контролю та регулювання режиму роботи випарні апарати мають запобіжні клапани 4, термометри 3, оглядові скельця 6, покажчик і регулятор рівня соку, манометр 8. На четвертому корпусі випарної станції і концентраторі встановлені мановакууметри. Щоб знизити втрати тепла, зовнішню поверхню випарних апаратів покривають шаром теплоізоляції.

1.5 Випарювання соку в чотирьохступінчастій випарній установці

Перед подачею в випарну установку сік нагрівають в багатоходових підігрівачах під тиском до кипіння і направляють в перший корпус, де випарюється частина води і утворюється сокова пара. Звідси сік послідовно проходить всі корпуси і концентратор, згущуючись до визначеної густини.

Ретурну (свіжу) пару подають тільки в парову камеру першого корпусу, а кожен наступний корпус обігрівається соковою парою попереднього, вивільнюючись у виносних сепараторах від бризків соку. Концентратор не обігрівається, в ньому відбувається тільки само випарювання (випарювання за рахунок перепаду тисків). При наявності залишкової сокової пари в четвертому корпусі, передбачена можливість подачі його в камеру концентратора.

Таким чином, внаслідок багаторазового використання теплоти в чотирьохступінчастій випарній установці 1 кг пари можна випарити майже 4 кг води. Але на практиці частина сокової пари відбирають на інші технологічні потреби і випарюють 2,4 - 3,0 кг води. Сокові пари, що відбираються із окремих корпусів випарної установки на технологічні потреби, називають екстра-парами і позначають буквою  з відповідними індексами.

Принцип багаторазового використання теплоти пари можна здійснити тільки при умові, що температура кипіння соку, а відповідно, і тиску в корпусах випарної установки будуть знижуватись від першого до останнього. Для створення різниці тисків, перший корпус обігрівають свіжою парою з надлишковим тиском близько 0,3 МПа і температурою 133 ºС, останній корпус (концентратор) через каскадні барометричні конденсатори та каплевловлювач з’єднують з повітряним вакуум-компресором. Внаслідок конденсації вторинної пари в барометричних конденсаторах створюється залишковий тиск 0,011 МПа (розрідження 650 - 680 мм. рт. ст.), що і забезпечує кипіння соку в останньому корпусі випарної установки і в концентраторі при температурі 89 та 68,4 ºС.

Температуру і тиск в проміжних корпусах випарної установки не регулюють, вони встановлюються самі собою на деякому рівні в залежності від співвідношення розмірів поверхонь нагріву цих корпусів і паровідбору на технологічні потреби.