Автоматизация процесса производства шоколадных масс

Устройство датичка температуры: 1 – металлическая проволока; 2 – защитная трубка; 3 – керамический порошок; 4 – выводы; 5 – чувствительный элемент; 6 – защитная арматура; 7 – герметик; 8 – клеммы; 9 – крышка; 10 – корпус головки; 11 – присоединительный штуцер.Чувствительный элемент изготавливают из платиновой или медной проволоки диаметром 0,03 – 1 мм. С целью увеличения виброустойчивости проволока помещается в тонкостенную трубку и засыпается керамическим порошком. Защитная арматура представляет собой гильзу из нержавеющей стали диаметром 10 мм, заваренную с одного конца и так же наполненную керамическим порошком. Концы выводов чувствительного элемента подсоединены к клеммной колодке соединительной головки.Датчик давления YokogawaEJX910Aявляется многопараметрическим преобразователем давления, который предназначен для изменения разности давлений, абсолютного/избыточного давления, преобразований электрических сигналов от термопреобразователей (ТСПУ) сопротивления в значение температуры, вычисления объемного и массового расхода пара, жидкостей и газов в рабочих условиях и преобразование результатов в выходные электрические сигналы.Преобразователь состоит из сенсорного и электронного модулей, расположенных в его корпусе. В зависимости от вида исполнения в корпусе преобразователя может находиться показывающее устройство в виде жидкокристаллического дисплея.Сенсорный модуль включает в себя:резонансно-частотный преобразователь избыточного или абсолютного давления, а также разности давлений, который выполнен на базе монокристалла кремния, в частотный сигнал;блок обработки электрического сигнала от ТСПУ по ГОСТ 6651-2009.Электронный модуль занимается обработкой полученного частотного сигнала, в соответствии с установками, в цифровые значения разности давлений, давления и температуры измеряемой среды.В основу работы преобразователя положено вычисление расхода измеряемой среды с помощью подчиненных устройств методом перепада давления.Данные преобразователи позволяют вычислять расход измеряемой среды в случае применения сужающих устройств и осредняющих напорных трубок. Алгоритм расчета реализован в памяти преобразователя или вводится вручную. На основе этого алгоритма можно определить свойства измеряемых сред.Результаты измерений и вычислений отображаются на показывающее устройство преобразователя, а также преобразуются в выходной цифровойсигнал (HART, Fieldbus).На рисунке 6 изображен внешний вид и способ подключения к переносному ПК для осуществления настройки преобразователя.Рисунок6- Преобразователь многопараметрический EJX910AПрограммное обеспечение(ПО) позволяет осуществлять обработку измерительной информации, отображение результатов на ЖКИ, формирование выходных сигналов, настройку и проведение диагностики. ПО имеет разделение на метрологическизначимую и незначимую.Защита ПО от различного рода изменений соответствует уровню «С» по МИ 3286-2010.[13]Выполнение процесса измерения преобразователем давления осуществляется по тензометрическому методу, в основе которого лежит изменение сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.Датчик давления состоит из сенсора и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру с чувствительным элементом и производит изменение электрического сигнала. В дальнейшем происходит преобразование электрического сигнала в соответствующий выходной сигнал. На рисунке 7 изображена схема датчика EJX910A. Измерительный блок состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки 2. Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от технологической измеряемой и окружающей среды.Рисунок 7- Схема датчика EJX910A с двумя мембранамиИзмеряемое давление через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 передается к измерительной мембране 5, которая расположена в центре емкостной ячейки.Давление, воздействующее на измерительную мембрану, вызывает изменение ее положения. Изменение положения мембраны приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны.Разность емкостей измеряется АЦП, преобразуется электронным преобразователем в соответствующий выходной сигнал.УровнемерKrohneOptiflex 1300 является радарно-рефлексным уровнемером. Предназначен для измерения дистанции, уровня, объема и массы жидкостей, паст, суспензий, гранулированных и сыпучих веществ. Он также может производить одновременное измерение уровня и раздела фаз жидких продуктов.Рефлекс-радарные уровнемеры снабжены специальными сенсорами, по которым рабочий сигнал перемещается от прибора к поверхности продукта. Широкий спектр выбора сенсоров для OPTIFLEX 1300 C позволяет измерять уровень продуктов в самых сложных технологических условиях. Более подробную информацию вы можете получить на странице 92 в разделе "Технические характеристики". Приборы OPTIFLEX 1300C имеют встроенную интерактивную справку, позволяющую получать консультации в процессе проведения настройки прибора. Во многих случаях это позволит быстрее произвести процесс первоначальной настройки прибора, без необходимости обращения к руководству. На рисунке 8 изображена схема подключения радарного уровнемера KrohneOptiflex 1300. На рисунке 9 изображен внешний вид радарного уровнемера KrohneOptiflex 1300.[17]Рисунок 8 – Схема подключения радарного уровнемера KrohneOptiflex 1300Рисунок 9 - Внешний вид радарного уровнемера KrohneOptiflex 1300Преобразователь частоты Altivar 71может уменьшить эксплуатационные расходы путем оптимизации потребления энергии, значительно повышая комфортность. Различные встроенные функции позволяют адаптировать преобразователь для использования в электрических установках, сложных управляющих системах и системах диспетчеризации инженерного оборудования здания. При разработке преобразователя учитывалась необходимость электромагнитной совместимости и уменьшения гармонических составляющих тока. В зависимости от характеристик, каждый тип (UL тип 1/IP 20 и/или UL тип 12/IP 54) либо имеет встроенные фильтры ЭМС класса A или B и дроссели звена постоянного тока, либо эти элементы доступны в качестве дополнительного оборудования. На рисунке 10 изображен преобразователь частоты Altivar 71. [18]Рисунок 10 -Преобразователь частоты Altivar 71Расчет надежности системыНадежность – свойство любого объекта или системы в целом обладать/сохранять в ходе времени в заранее заданных пределах значения всех своих параметров, которые характеризуют свойства данной системы иливыполнение требуемых функций в заданном режиме.Расчет надежности системы производим упрощенным методом, когда все элементы системы считаются соединенными последовательно и отказы не зависят друг от друга.Основным показателем надёжности элементов сложных системявляется интенсивность отказов — отношение плотности распределения к вероятности безотказной работы объекта.В настоящее время расчет надежности системы является необходимым параметром, который позволяет оптимизировать расходы на проведение планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания. В случае применения максимально возможных по надежности элементов системы расходы на ее содержание, а именно экономию средств можно сравнить с покупкой нескольких используемых в данной системе первичных и вторичных датчиков. [5]В таблице 7 представлены значения интенсивности отказов каждого элемента проектируемой системы автоматического регулирования, взятые из инструкций к приборам. По данным таблицы определяем интенсивность отказов всей системы как сумму интенсивностей отказов каждого элемента = 0,810-5 + 0,910-5 + 0,310-5 + 1,210-5 + 0,210-5 + 0,210-5 +0,510-5 = 4.110-5.Таблица 7- Значения интенсивности отказов элементов проектируемой локальной САРНаименование элементаЗначение интенсивности отказов 10-5, Датчикскорости Siemens Milltronic RBSS0,8Весоизмерительный датчик SiemensMilltronicMSI0,9Уровнемер KrohneOptiflex 13000,3Термопреобразователь сопротивленияМетран 2741,2Преобразователь давления YokogawaEJX910A0,2ПЛК ОВЕН-1500.2Преобразователь частоты Altivar 710,5Наработка на отказ (среднее время безотказной работы) представляет собой математическое ожидание наработки объекта до первого отказаТС = 1/ = 1 / 4.1 10-5 = 24390 чВероятность безотказной работы системы за время t определяется формулой, (1)При t = 2000 ч вероятность безотказной работы системы составила РС = 0,93.Технико-экономическое обоснование технических решенийДля технико-экономического обоснования необходимо свести в таблицу 8 стоимость оборудования и материалов для установки на производство шоколадных масс.Таблица 8 – перечень основного оборудования№ п/пНаименованиеЦена за единицу, руб.Цена монтажа, руб.Всего единиц, шт.Итого, руб.1ПЛК ОВЕН-15018000100002560002Преобразователь давления YokogawaEJX910A30000100001400003КонвейерныевесыSiemens Milltronics MSI960002000011160004Термопреобразователь сопротивленияМетран 2742500100002150005Уровнемер KrohneOptiflex 13001500002500011750006Преобразователь частоты Altivar 7114000100001240007АРМ500004000154000На основании данной таблицы можно сделать вывод о стоимости всех технических средств автоматизации, которые позволяют осуществить автоматизацию процесса производства шоколадных масс. Итоговая стоимость системы без учета кабельной продукции равняется 480000 рублей для одной линии. Данная система позволит сократить расходы на обслуживание и поверку средств автоматизации. В настоящее время за каждым стрелочным прибором раз в 15 минут наблюдает обслуживающий персонал в количестве 4 единиц, также имеется один оператор. [10]Для расчета экономической эффективности и целесообразности автоматизации примем несколько усреднений, рассчитываемых в среднем по стране.заработная плата обслуживающего персоналав месяц – 30000 рублей (Zo);полный состав бригады – 12 человек (Ko);круглосуточная эксплуатация производственного комплекса;количество смен – 3.потребление электроэнергии производства шоколадных масс до автоматизации– 26000кВт в месяц (Zda);потребление электроэнергии производства шоколадных масс до автоматизации– 27000кВт в месяц (Zpa);стоимость киловатта-часа энергии – 3 рубля (Z1);Как видно из таблицы Т стоимость автоматизации процесса производства шоколадных масс равняется 480000 рублей.Текущие расходы на содержание производства шоколадных масс равняются (Zs) исоставляют величину всех зарплат и стоимость электроэнергии в месяц.:(2);Zs=438000 рублей в месяц.После проведения автоматизации количество обслуживающего персонала сократится до одного человека и одного оператора(Zs1)(3);Zs1=171000 рублей в месяц.Ежемесячная экономия 267000 рублей. При стоимости автоматизации в 480000, данная автоматизация полностью окупится менее чем за 2 месяца круглосуточной работы.Из проведенного расчета видно, что создание автоматизированной системы производства шоколадных масс позволит не только сократить текущие расходы, но и повысить качество производимой продукции за счет\повышения надежности используемых средств автоматизации и своевременного реагирования на аварийные ситуации. [6]ЗАКЛЮЧЕНИЕНа основании проведенного исследования можно сделать вывод, что современные технические средства автоматического управления позволяют не только значительно сократить время проводимых операций, но и сократить количество обслуживающего персонала до минимума.Объектом исследования в данной работе являлась автоматизация процесса производства шоколадных масс.Предметом исследования в данной работе выступили технические средства автоматического управления, позволяющие осуществить полностью автоматическое управление процессом производства шоколадных масс.В ходе данной работы все поставленные задачи были выполнены. Объект автоматизации и его составные части были изучены и описаны. Определена необходимость автоматизации, проведен анализ технологического процесса, осуществлен выбор контролирующих и регулирующих параметров, описана схема автоматизации, осуществлен и обоснован выбор средств автоматического управления. Дано описание техническим средствам автоматического управления, произведен расчет надежности системы и дано технико-экономическое обоснование принятых технических решений.Поставленная цель была выполнена. Определены и доказаны оптимальные технические средства, которые позволяют осуществить создание автоматизации процесса производства шоколадных масс.Оснащение любой системы, будь то уже эксплуатируемая много лет, либо только монтируемая техническими средствами автоматического управления, позволяет усовершенствовать ее работу, а главное получить финансовую выгоду для предприятия или организации совершенствующим свое производство с помощью автоматизации.Перечисленные технические средства автоматизации обладают рядом достоинств:производительность;универсальность;взаимозаменяемость;простота эксплуатации;надежность;доступность.Широкий перечень устройств при грамотном объединении в узел может позволить решить любую производственную задачу, как в случае с дробильным комплексом.Созданная система может быть усовершенствована либо интегрирована в систему более высокого уровня. Например, объединение нескольких комплексов в один.В зависимости от сложности уровня автоматизации могут быть применены различные технические средства. У любого дорогого в финансовом плане средства автоматизации есть более дешевый аналог, порой отличающийся лишь брендом и несколько усеченным функционалом.Следует учесть, что, как сказал Брежнев Л.И., «Экономика должна быть экономной», так и автоматизация должна быть рациональной. Не следует перенасыщать лишними техническими средствами автоматического управления систему до такой степени, что автоматизация становится само целью (Автоматизация ради автоматизации). Ограничиваться минимальным числом элементов так же не следует. Разумным является четкое и планомерное совершенствование системы, применение современных технических средств автоматического управления.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫГОСТ Р 8.596.202. «Метрологическое обеспечение измерительных систем».ГОСТ Р ИСО 9001-2011 Системы менеджмента качества. Требования.-М.:ИПК Издательство стандартов, 2011.-27с.Денисенко, В. В. (Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. Москва: Горячая линия-Телеком, 2011. -606с.Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.Кондаков, А. И. САПР технологических процессов. Москва:Академия, 2010. – 272.Муромцев Д. Ю., Муромцев Ю.Л., Тютюник В.М., Белоусов О.А. Экономическая эффективность и конкурентоспособность. Тамбов: Тамбовский государственный технического университета, 2007. – 96с.Прокофьев Е.В. Автоматизация технологических процессов и производств: Методическое пособие по выполнению курсового проекта, Екатеринбург: Издание УГГУ 2007, 44 с.Селевцов, Л. И., Селевцов А.Л. Автоматизация технологических процессов. М.:ИЦ «Академия», 2014. -352с.Суриков В.Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1: Учебно-методическое пособие. СПб.: 2011.Фролова Т.А. Экономика предприятия:. Таганрог: ТТИ ФЮУ, 2012. Конспект лекций.Шидловский, В.С. Автоматизация технологических процессов и производств. Томск., 2012. -16с.Шимбирёв, А. Т. Курс лекций "Компьютерные сети", 2013. -208с.Высокоточный многопараметрический датчик давления EJX910A компании YOKOGAWA инструкция по эксплуатацииПЛК ОВЕН-150 инструкция по эксплуатации.SiemensMilltronicsMSIинструкция по эксплуатации.Термометр сопротивления Метран 274инструкция по эксплуатации.Уровнемер KrohneOptiflex 1300инструкция по эксплуатации.Преобразователь частоты Altivar 71инструкция по эксплуатации.ПРИЛОЖЕНИЕ АСписок сокращенийАРМ – автоматизированное рабочее место;АСУ ТП – автоматизированная система технологическим процессом;АЦП – аналого-цифровой преобразователь;ГСП - государственная система промышленных приборов и средств автоматизации;ПК – персональный компьютер;ПЛК – программируемый логический контроллер;ПО – программное обеспечение;САР – система автоматического регулирования.САУ – система автоматического управления;ТСМУ - термометр сопротивления медный универсальный;ТСПУ – термометр сопротивления платиновый универсальный;ЭВМ – электронно-вычислительная машина;