Автоматизация процесса производства геля

                                                      Зміст

Анотація

Вступ

1. Аналіз технологічного процесу…………………………………….

  1.1 Типи та характеристики технологічного обладнання .......................

  1.2 Опис схеми технологічного процесу ................................................

  1.3 Аналіз  особливостей об’єкта  та технологічних середовищ.............

  1.4 Параметри контролю, регулювання, керування, сигналізації та    блокування……………………………………………………………....

2. Техніко – економічне обґрунтування автоматизації………………

3.Основні рішення по автоматизації об’єкту…………………………

   3.1 Формулювання завдань  по автоматизації об’єкту...........................

   3.2 Вибір схеми автоматизації на підставі аналізу типових  рішень .......

   3.3 Обґрунтування вибору приладів і засобів автоматизації..................

   3.4 Розробка проектної документації………………………………

   3.4.1.Розробка схеми автоматизації та її опис........................................

   3.4.2. Розробка  схем принципіальних та  їх опис..................................

3.5. Монтаж і наладка засобів автоматизації..............................................

   3.5.1 Розташування щитів ( пультів) на технологічній дільниці..............

   3.5.2 Компонування  приладів і засобів автоматизації на щитах (пультах)та їх монтаж   

   3.5.3 Монтаж датчиків і регулюючих органів на об’єкті.........................

    3.5.4 Наладка системи автоматизації......................................................

4.Розрахункова частина..............................................................................

    4.1. Розрахунок регулюючого органу....................................................

4.2 Розрахунок надійності каналів регулювання....................................

4.3. Розрахунок забезпечення енергоресурсами системи автоматизації      

5. Розрахунок економічної ефективності...................................................

6. Охорона праці.........................................................................................

6.1.Класифікація примішень автоматизованої дільниці за категоріями пожежовибухонебезпеки………………………………

6.2.Правила експлуатації системи автоматизації і обов’язки персоналу при управлінні об’єктом…………………………………..

6.3.Вплив автоматизованого виробництва на персонал та та навколишнє середовищє……………………………………………….

   Висновки.................................................................................................

  Література.................................................................................................

                                        Анотація

Студента групи  Мялика Сергія Петровича

В  дипломному проекті на тему: "Автоматизація процесу  виготовлення гелю”, розроблено систему автоматизації побудовану з використанням новітніх приладів та засобів автоматизації що створені на базі сучасних пневматичних елементів, чим  досягнуто зниження собівартості готового продукту та покращення технічних характеристик об’єкту.

В проекті вибрані прилади та засоби автоматизації для  процесу виготовлення гелю, розроблена схема автоматизації,  функціональна та принципіальні схеми автоматизації, загальний вид щита,  схема зовнішніх проводок та пояснювальна записка.

За рахунок автоматизації збільшилась кількість випускаємої  продукції на     %. Дана система є економічно обґрунтованою, а також розроблені заходи з питань охорони праці.

Кількість сторінок пояснювальної записки

Список літератури        назв.

Графічна частина представлена у вигляді 4-х  креслень.

    Вступ

          На підприємствах парфумерно – косметичної промисловості, що переживають на даний час в Україні період занепаду, одним з вирішальних факторів підйому виробництва є комплексна автоматизація.

     Особливості технологічних розчинів і суспензій, висока волога і температура навколишнього середовища ускладнюють впровадження загально промислових засобів виміру і автоматизації і пов’язані з необхідністю утворення спеціальних засобів автоматизації, особливо приладів контролю складу і властивостей проміжних продуктів і готової продукції.

          Ускладнені технології на парфумерних  заводах, підвищені вимоги до конкурентоспроможності вихідного продукту, вимагають поновлення та удосконалення систем управління на базі новітніх засобів виміру і автоматизації.

          Автоматизація   виробництва парфюмерії (гелю) забезпечує якісну і ефективну роботу технологічних ланок тільки у випадку комплексного підходу до рішення цієї задачі. При такому підході і потрібно підготовити до автоматизації технологічне обладнання, технологію і вибрати необхідні засоби автоматизації для основних і допоміжних процесів.

          Відділення виробництва гелю   — один з основних процесів парфумерного   виробництва, яким в значному ступені визначається   ефективність роботи заводу в цілому. На вітчизняних заводах цей процес проводять, як правило, на спеціальних апаратах безперервної та періодичної дії.

          Автоматизація  відділення виготовлення гелю  дозволяє значно підвищити ефективність праці, покращити якість випускає мого продукту, створює умови для оптимального використання всіх ресурсів виробництва. [1]

1. Аналіз технологічного процесу

1.1. Типи та характеристики технологічного обладнання.

Проектом передбачено використання реатора-змішувача, в якому проходить процес виготовлення гелю[1].

Останнім часом в парфумерно-косметичному виробництві для обробки та гомогенізації в’язких продуктів густиною до 200 Па∙с, застосовують реактори-змішувачі періодичної дії, які обладнані трьома мішалками.  Обертання мішалок здійснюється здійснюється трьома соосными валами, які приводить до обертання два незалежні приводи, один з яких є гідравлічним.

Реактор складається з корпусу   з напівсферичним дном та вертикальної циліндричної частини, виготовленої з неіржавіюої сталі. Верхня частина корпусу закінчується фланцем, який має паз з уплотняющей прокладкою. На фланець корпусу спирається фланець опуклої кришки. Фланці між собою стягуються барашковими гайками, надітими на вісім відкидних болтів. Корпус оснащений рубашкою, яка охоплює напівсферичне дно та частина циліндричної вертикальної ділянки для нагріву та охолодження.

Нагрів здійснюється водою

Кришка реактора з’єднана з траверсою, яка спирається на дві гідравлічні опори , призначені для підйому кришки.

Зверху на кришці встановлений перехідний патрубок, всередині якого розміщені приводні  конічні шестерні для приводу валів, мішалок, які обертаються в різні боки з однаковою частотою, яка регулюється в діапазоні від 0 до 20 об/хв.

Одна мішалка якірного типу оснащена лопатками, підігнаними по профілю корпуса та охоплюючими усю корисну поверхню з метою змішування та підвищення теплопередачі. Мішалка обертається проти годинникової стрілки.

Друга мішалка є  протиобертаючою мішалкою, яка перешкоджає обертанню продукту в апараті, має відводні лопасті, які сприяють кращому перемішуванню та перетиранню компонентів, закладених в апарат.

Обидві мішалки, які обертаються в різні сторони, рухаються за допомогою одного гідравлічного мотор-редуктора, зєднаного гнучкими шлангами з гідравлічною станцією.

Електродвигун потужністю 28 кВт та частотою обертання 960 об/хв через вал призводить до руху турбінну мішалку, призначену для утворення емульсії й гомогенізації всієї маси.

Три соосных вала оснащені спеціальними уплотнительными пристроями, які виключають попадання обробляємого продукту в простір між валами.

Підйом кришки апарату здійснюється за допомогою гідравлічного приводу, який створює необхідний тиск в гідроциліндрах, всередині яких рухаються поршні, зєднані з опорами.

Для запобігання опускання кришки реактора у випадку відключення електроенергії або якихось неполадок гідросистема оснащена спеціальними клапанами.

Для спостереження за роботою мішалок на кришці реактора є люк діаметром 400 мм, кришка якого закріплена відкидними болтами з барашковими гайками та має смотрове вікно з подвійним склом.

Для завантаження добавок в апарат на кришці є штуцер, обладнаний кранами та воронкою для завантаження.

Шарові клапани діаметром 100 мм служать для введення в апарат сипучих матеріалів.

Для розвантаження апарата є шаровий клапан діаметром 150 мм, який керується пневмопоршнем.

Рубашка корпусу обладнана запобіжним клапаном.

Реактор обладнаний мановакуумметром та термометром для заміру тиску чи розрідження, а також температури продукту всередині апарату.

Апарат має дві опорні лапи, за допомогою яких опирається на раму. Розрідження в апараті створюється через патрубок.

Можливість створення розрідження в апараті в процесі диспергування та гомогенізації дозволяє отримати деаерований продукт.

Реактор обслуговується гідравлічною станцією, яка складається з резервуара для масла, двох насосів високого тиску та арматури з контрольно-вимірювальними приладами.

Технічна характеристика реактора-змішувача

Місткість апарату

загальна 4850 л,

робоча   3000 л.

          Електродвигун турбінної мішалки

                    потужність 28 кВт,

                   частота обертання   960 об/хв.

          Потужність електродвигуна гідравлічного насосу    28 кВт.

          Частота обертання якірної та протиобертаючої мішалок 0-20 об/хв

          Тиск води  в сорочці 0,38 МПа

          Витрати води    50  м³/год

          Витрати охолоджуючої води  при температурі + 15˚       15 м³/год

          Висота підйому кришки апарату                                  1700 мм

Габаритні розміри апарату

                   довжина                                                               3110 мм

                   ширина                                                                2160 мм

                   висота                                                                  6000 мм

Маса                                                                                2100 кг

          1.2. Опис схеми технологічного процесу

          Спирт та додаткові компоненти виготовлення гелю  поступають в ємність для виготовлення гелю, де змішуються при визначеній температурі, а потім охолоджуються. Для нагріву  суміші ємності виготовлення гелю використовується гаряча вода, яку отримують шляхом нагріву в паро-водяному теплообміннику.

Система циркуляції води нагріву замкнена. Зворотня вода з оболонок ємностей виготовлення гелю поступає в буферну ємність води і звідти насосом подається на теплообмінник. Пари спирту, що утворюються під час  технологічного процесу подаються на теплообмінник-охолоджувач. Спирто-повітряна суміш потрапляє в змійовик теплообмінника, при цьому пари спирту конденсуються та відводяться на водоочищення.

  1.3 Аналіз  особливостей об’єкта  та технологічних середовищ

        До головних особливостей об’єкта відноситься його вибухонебезпечність, це повязано з використанням спирту. Тому при виборі приладів та засобів автоматизації перевага надається пневматичним приладам. При виробництві гелю використовується ряд специфічних технологічних середовищ (компонентів)[2].

Желирующими та гелеутворюючими речовинами є такі природні речовини рослинного та тваринного походження, які володіють властивістю при відповідних умовах  утворювати студні, желе, гелі і т.п. В косметичній промисловості найбільше застосування знайшли агар, ефіри целюлози, альгінат натрію, желатин. Перші три речовини рослинного походження , а останнє – тваринного.

Агар – желирующее вещество, яке міститься в червоних та бурих водоростях, що ростуть в прибережних водах у берегів Білого та Японського морів і в інших місцях поза межами   України. За своїм хімічним складом агар є полісахаридом. Він не має смаку, запаху, в холодній воді (кімнатна температура) практично нерозчинний, але сильно набухає, поглинаючи багато води (його маса може при цьому збільшуватись а 12 раз). В гарячій воді агар розчиняється та при охолодженні дає міцний студень.

Агар широко застосовується в кондитерській та парфумерній промисловості.

Альгінат натрію (натрієва сіль альгінової кислоти) виготовляють з бурих водоростей  сімейства ламінарія. Альгінат натрію використовується в якості стабілізатора в емульсійних  та захисних крамах, а також в шампунях. Але широке застосування  він отримав завдяки  своїм високим гелеутворюючим властивостям в зубних пастах в якості гідроколлоїда. Вязкість розчинів альгінату  в 10-22 рази вища вязкості розчинів крахмалу тієї ж концентрації.

Додавання альгінату натрію до складу зубних паст  дозволяє покращити їх структуру та консистенцію. Альгінат натрію добре суміщається з усіма основними компонентами зубних паст (крейдою, дикальцієм фосфатом, гліцерином, сорбітом та ін.).

Ефіри целюлози – це сполуки, які отримують спеціальними методами (етерифікацією клітковини) з бавовни, деревини, віскозних волокон льону та ін.  За своєю хімічною структурою целюлоза є полісахаридом  (головна структурна частина клеточных стінок рослин). Найбільш поширено  з ефірів целюлози  застосовуються ацетилбензил, етилцелюлоза  та водорозчинний ефір целюлози – натрійкарбоксиметилцелюлоза – NaКМЦ.

Натрійкарбоксиметилцелюлоза (NaКМЦ). Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози – простий ефір целюлози і гліколієвої кислоти – хімічно стійка речовина без запаху, яка може утворювати вязкі розини при малих її концентраціях, добре розчиняється в гарячій і холодній воді. Стабілізуючі, емульгуючі та желирующие властивості NaКМЦ використовуються для виготовлення зубних паст і кремів. NaКМЦ, так як і альгінат натрію, вводять до косметичних засобів у вигляді водних та водно-гліцеринових розчинів.

Желатин на відміну від агару, альгінату натрію та ефірів целюлози за своєю природою є розчинною формою  тваринного білка – колагена. Сировиною для отримання желатину  є багаті на колаген тканини тварин (кості, шкіра, сухожилля та ін.). якість продукуємого желатину регламентується стандартом, за яким желатин поділяється на три сорта: І, ІІ, ІІІ.

В косметичній промисловості використовується лише І сорт желатину для виготовлення кремів, шампунів, желе та инших засобів.

Емульгатори. Емульгаторами називають поверхнево-активні речовини, які здатні знижувати поверхневий натяг  міжфазних шарів емульсії та утворювати міцні захисні адсорбційні плівки  на поверхні крапель дисперсної фази.

Всі емульгатори можна класифікувати за типами емульсій на  гідрофільні, ліпофільні та емульгатори змішаного типу.

Емульгатори за своєю будовою  складаються з полярної  (гідрофільної) частини, яка споріднена до води, та неполярною (ліпофільної-гідрофобної) частини, яка споріднена до жирів. В залежності від переваги тих чи інших груп емульгатори утворюють емульсії  типу жир-вода (ж/в) або вода-жир (в/ж).

До емульгаторів типу вода-жир відносяться фосфатиди (лецитин), ланолін, емульгатор ВНІІЖа, пентол, сорбітанолеат та ін. Для емульсій типу вода-жир необхідні гідрофільні емульгатори, в структурі молекул яких  є полярні групи, які активно взаємодіють з водою (ОН, СООН, NO₂, CO). До емульгаторів типу жир-вода відносяться емульсійні воски стеаратдіетиленгліколя (ДЕГ), стеарат та олеат поліетиленгліколя молекулярною масою 400 (ПЕГ-400) та ін.

Для створення емульсій типу вода-жир використовують гідрофобні емульгатори, своїми неполярними групами (CH₃, CH₂, C₆H₅ та ін.) вони обернені в сторону  жира (в даному випадку дисперсійного середовища), утворюючи навколо краплинок води захисну оболонку.

Для емульсій змішаного типу необхідні емульгатори або їх суміші, які містять одночасно в структурі своїх молекул як полярні так і неполярні групи атомів.

Останніми роками у звязку зі зростанням вимог до якості косметичних виробів (стабільності, однорідності консистенції та ін., а також ускладненням складу косметичних виробів для отримання  стабільних емульсій  використовується одночасно декілька емульгаторів або емульгуючих сумішей.

Емульгатори Т-1, Т-2 та Т-Ф ВНІІЖа, розроблені  ВНІІЖем та впроваджені у промисловість, призначені для утворення  емульсій типу жир-вода.

Найкращим емульгатором  ВНІІЖа є Т-Ф, який є сумішшю  емульгатора Т-1 та фосфатидів. В цій суміші емульгатор Т-1 як складова частина забезпечує добре вологоутримання та високі пластичні властивості, а фосфатидний концентрат підвищує фізіологічну цінність  косметичних продуктів.

Спирти. В косметичних препаратах широко використовуються наступні спирти: гліцерин, етиловий, бензиловий, сорбіт, поліетиленгліколь (ПЕГ-400) та ін.

Гліцерин являє собою трьохатомний спирт. В промисловості його отримують головним чином при гідролітичному розщепленні жирів.

Гліцерин випускають трьох видів – сирий, дистильований та технічно чистий. В косметиці дозволено застосування двох останніх. Гліцерин гігроскопічний. Він може поглинати з повітря до 40% води по відношенню до його початкової маси. Завдяки цій властивості він отримав широке розповсюдження в косметиці, як речовина, що швидко відбирає воду з тваринної та рослинної тканини. Він застосовується майже у всіх косметичних препаратах як помякшуючий засіб та є одним з основних видів сировини для виготовлення зубних паст. Він не засихає, не горкне,  замерзає при дуже низьких температурах і тому застосовується в якості сировини, що перешкоджає висиханню та замерзанню косметичних виробів.

Бензиловий спирт () – сильна антисептична речовина. Застосовується в якості антисептика в кремах, косметичних рідинах, лосьонах і т.д.

Сорбіт – шестиатомний спирт, який отримуєть відновленням глюкози. Він застосовується в якості повноцінного замінника гліцерину, а також для отримання емульгатора сорбітанолеата. Сорбіт більш еластичний, гігроскопічний, ніж гліцерин, добре утримує воду і тому використовується для виготовлення кремів типу жир-вода, в яких багато води і мало жиру, а також для виготовлення зубних паст, живильних кремів, декоративної косметики та інших косметичних виробів.

Жирні спирти кашалотового жиру – дистильований продукт, який отримують з тулубу кашалотового жиру або спермацетового жиру шляхом омилення їх з наступною дисциляцією спиртів під вакуумом.

Жирні спирти кашалотового жиру застосовується для отримання миючих засобів та в косметичних засобах. Гідровані спирти кашалотового жиру широко використовуються  у виготовленні пудр. Одним з основних компонентів жирних спиртів кашалотового жиру є цетиловий спирт, який використовується в якості вихідної сировини для виготовлення емульгаторів.

Поліетиленгліколь  (ПЕГ-400) – володіє емульгуючою властивістю та використовується у промисловості в якості емульгатора. Крім того в суміші з гліцерином та сорбітом використовується в рецептурах зубних паст як їх замінник, а також в рецептурах лосьонів та жирних кремів як замінник етилового спирту та гліцерину.

  1.4 Параметри контролю, регулювання, керування, сигналізації та    блокування.

Відповідно до [1] та [2] регулюванню підлягають:

-   температура в ємності виготовлення гелю (генераторі гелю);

-   температура теплоносія (води);

  Контролю та сигналізації підлягають:

- температура виготовлення гелю.

            Контролю підлягяють:

- тиск після насосу подачі води;

- тиск в колекторі пари.

Температура генерації гелю прямо впливає на якість змішування технологічних компонентів. У випадку її підведення кількість спирту в гелі зменшується за рахунок його випаровування, у випадку зменшення температури не всі компоненти в повному обсязі розчинюються.

Температура теплоносія прямо пропорційно впливає на температуру утворення гелю та стабільність процесу.

Для надання персоналу оперативної інформації про стан технологічного процесу, забезпечення первинним теплоносієм  та роботу насосу води використовується  контроль тиску пари та тиску води  на виході з насосу.

Висновок.

Після  аналізу технологічного процесу можна зробити висновок про те, що процес достатньо складний. Велика кількість зовнішніх чинників, таких як якість сировини, що використовується при виробництві, спосіб її зберігання тощо, ставлять перед системою автоматизації задачі точного виміру технологічних параметрів, їх якісного регулювання та створення на стадії проектування  надійної  системи автоматизації

2. Техніко – економічне обґрунтування   автоматизації

Процес виготовлення гелю достатньо складний з точки зору фізико-технічних процесів, що проходять всередині генератора гелю. Автоматизація виготовлення гелю дає можливість  отримання якісного вихідного продукту.

Для автоматизації використано суто пневматичні прилади і засоби автоматизації, або пневмо-електричні з високим ступенем вибухонебезпеки.

Використані прилади та засоби автоматизації випускаються вітчизняним заводом-виробником, що значно зменшує загальну вартість проекту. Сервісні центри для обслуговування знаходяться на Україні, що надає оперативності у вирішенні питань ремонту та наладки.

Прилади та засоби автоматизації надійні та достатньо швидкодіючі для даного проекту. Вони прості в наладці та експлуатації.

Впровадження автоматизації надає можливість інтенсифікувати виробництво, підняти рівень техніки безпеки та культури виробництва, підняти продуктивність праці.

3. Основні рішення по автоматизації об’єкту

3.1 Формулювання завдань по автоматизації об’єкту

Відповідно до [4] та [1] з урахуванням особливостей об’єкту автоматизації до  основних завдань відносяться;

- впровадження безперервної системи виробництва;

- інтенсифікація виробництва на основі впровадження новітніх досягнень науки і техніки; скорочення чисельності технологічних переходів;

- кількісний та якісний зріст одиничних потужностей обладнання;

- підвищення ефективності праці;

- створення передумов для подальшого удосконалення систем автоматичного регулювання на основі впровадження ЕОМ, роботів та маніпуляторів;

- покращення якості випускаємої продукції;

- створення умов для оптимального використання всіх ресурсів виробництва;

- стабілізація продуктивності  лінії   виготовлення гелю;

- регулювання якості гелю   в заданих межах.

3.2 Вибір  схеми автоматизації на підставі аналізу типових  рішень

Джерела  [1]  та [2] дають тотожні рішення по автоматизації  обєму. Стандартною схемою регулювання є слідуюча:

Рис. 2 Схема регулювання температури

Основною відмінністю схеми регулювання є використання застарілих засобів автоматизації. Так для реєстрації пневматичного вихідного сигналу первинного перетворювача теиператури використовується прилад ПВ 2.3, для регулювання – АРС-2-0, для виміру температури ТКП-1П, виконавчі механізми МІМ.

В деяких схемах використано прилади КСМ з пневматичними вихідними сигналами.

Використання сучасних приладів і засобів для побудови схеми типового  рішення, надають можливість створення надійної та перспективної у використанні  системи регулювання, економії часу на проведення налагоджувальних робіт створює передумови для подальшого розвитку автоматизації.

3.3. Обґрунтування вибору приладів і засобів автоматизації

З метою побудови сучасної  системи автоматизації для контролю та управління процесів що протікають при виготовленні гелю,  а також оптимізації системи автоматизації використано ряд вторинних вимірюючих, регулюючих пневматичних  приладів а також пневматичні  первинні вимірюючі прилади.

Вибір пневматичних приладів та засобів автоматизації обумовлено використанням в технологічному процесі спирту, який при зазначених умовах – пожежовибухонебезпечний [1, 2].

Перетворювачі температури 13ТД 73,  які використано для виміру температури мають межі виміру, які охоплюють весь можливий діапазон зміни температурних режимів на даному об’єкті.

Вони вібростійкі, надійні, випускаються сучасними підприємствами, мають гарні технічні характеристики з точки зору швидкодії та лінійності вихідної характеристики.

Для виміру температури використано термометр манометричний сигналізуючий ТГП – 16 Сг ВЗТ

     Вихідним сигналом його є  стандартний вихідний релейний   сигнал є високоточним, надійний, виконує процес регулювання за необхідним законом регулювання. Прилад простий в настройці, в монтажі та наладці.

Вторинний вімірюючий прилад ПВ101П, є сучасним приладом, що випускається вітчизняними заводами виробниками. Прилад простий в настройці, в монтажі та наладці. Прилад надійний, високоточний та швидкодіючий.

Для регулювання технологічних параметрів використовується регулятор ПР 3.31. Вибраний регулятор забезпечує той закон регулювання, що вимагається технологічним процесом. Прилад простий в настройці, в монтажі та наладці. Прилад надійний, високоточний та швидкодіючий.

Для надання персоналу оперативної інформації про хід технологічного процесу в проекті застосовано вимірюючи прилади тиску – манометр показуючий МП-4У, а для виміру температури термометри скляні ТТЖ-ПП.

3.4. Розробка проектної документації.

3.4.2 Розробка схеми автоматизації та її опис

Схема автоматизації передбачає регулювання температури в ємності виготовлення гелю, шліхом зміни кількості подачі гарячої води в систему підігріву ємності, регулювання температури води що подається на обігрів, шляхом зміни подачі пари в сорочку теплообмінника.

Температура в генераторі гелю вимірюється датчиком 1б, стандартний пневматичний сигнал якого поступає на реєстрацью на вторинний прилад 1в. Сигнал також потрапляє на регулятор 1г. Прилад 1б має вбудовану станцію управління та задавач, за допомогою якого встановлюється необхідне завдання системі для регулювання. Регулятор порівнює заданий та отриманий сигнал і у випадку розбіжності подає регулюючий сигнал на виконавчий механізм 1д, встановлений на трубопроводі теплоносія. Регулюю.чий орган закривається або відкривається в сторону компенсації збурення.

Температура в другому генераторі гелю та температура води, що потрапляє на обігрів регулюється відповідно контурами 2а, 2б, 2в, 2г, 2д; 3а, 3б, 3в, 3г, 3д.

Контроль та сигналізація температури в генераторі гелю виконується за допомогою  термометрів поз.4 та поз.5 відповідно у генераторах 1 та 2.

3.4.2 Розробка схем принципових та їх опис

     3.5.Монтаж і наладка засобів автоматизації

3.5.1 Розташування щитів (пультів) на технологічній дільниці.

На  підприємствах парфумерної промисловості,  що випускають гель,  щити та пульти розташовують в спеціальних щитових та безпосередньо на виробничих приміщеннях [10]. Щити місцевих пунктів управління  розташовують поблизу управляємого об’єкта з таким розрахунком, щоб контроль за його роботою виконувався не тільки за показами приладів, але й шляхом візуального огляду. Щити операторських пунктів управління розташовують таким чином, щоб зі сторони щита можна було оглядати все обладнання, яке відноситься до даного поста управління. Операторські пункти можуть також при необхідності відокремлюватись від виробничого приміщення скляною перегородкою.

Щити диспетчерських пунктів управління розташовують в спеціальному щитовому приміщенні. При виборі місця для встановлення щитів (пультів) в виробничих приміщеннях необхідно виконати ряд основних вимог:

·   найменша довжина мереж зв’язку між щитом і первинною апаратурою, а також допоміжними пристроями, розташованих в межах технологічних об’єктів;

·   зручність обслуговування щита оператором, та зручний обзор управляємих об’єктів;

·   вільні підходи та проходи до щита;

·   ширина проходів від відкритих на 90 дверей або від корпуса щита, не менше 800 мм;

·   наявність достатнього освітлення приладів на щиті;

·   відсутність в місцях встановлення щитів вібрацій, теплового, магнітного та електричного полів і агресивних газів;

·   забезпечення запобігання потрапляння на щити води, пари, газів, кислот, паливо мастильних матеріалів, а також забезпечення захисту від гризунів і біологічних шкідників;

·   необхідна безпека по відношенню до пожеж захист від механічних пошкоджень;

В виробничих приміщеннях, де встановлені щити (пульти), повинна підтримуватись температура 20С і вологість не більше 80%.

При проектуванні місць установки щитів (пультів) виникає ряд питань, що обумовлено архітектурними компоновочними та іншими вимогами. Кінцевою метою рішення цих питань є створення найкращих умов для успішної роботи оператора, які б відповідали вимогам технічних норм, а також інжинерній психології і технічній естетиці:

·   розсташування щитів  ближче до обєкту управління для зручності огляду;

·   недоцільність розсташування щитів  в подвальних та цокольних поверхах, в місцях з вібрацією, з шкідливими викидами, рядом з санвузлами, під та над вентиляційними камерами загальнообмінної вентиляції;

·   відсутність у будівель конструкцій будівель в середині приміщень виступаючих частин, прокладок крізь приміщення транзитних трубопроводів опалення, водопостачання, каналізації і трубопроводів з легкозаймистою речовиною;

·   підпорядкованість числа просторового розташування окремих елементів системи управління задачам, які вирішує оператор в різних режимах роботи;

·   розташування робочого місця оператора на відстані не більше 5 м від щита;

Параметри навколишнього середовища - склад, температура, вологість, барометричний тиск, освітлення, шум, вібрація - повинні відповідати прийнятим нормам, що забезпечують  підтримку робочого стану оператора тривалий час. Комфортні умови визначаються постійною температурою в межах 19-22ºС і відносною вологістю 40-60%. Вентиляція повинна забезпечувати 4-5 кратний обмін очищеного повітря за 1 годину з швидкістю пересування 0,25-0,5 м/с. Шум в приміщенні не повинен перевищувати 70 дБ при встановленні гучномовців та 60 дБ при використанні голосових засобів зв’язку в приміщеннях об’ємом до 140 м³.

3.5.2 Компонування  приладів і засобів автоматизації на щитах ( пультах) та їх   монтаж

Прилади та апаратуру розташовують після прийняття рішення відносно компановки відповідних пунктів управління  в цілому. При проектуванні щитів та пультів необхідно використовувати такі засоби контролю і управління і так їх розташовувати, щоб забезпечити найкращі умови сприйняття інформації і маніпулювання органами управління. Не менш важливим є також забезпечення найбільш зручної робочої пози оператора.

     При проектування щитів і пультів існує декілька прийомів розташування апаратури контролю і управління. Згідно з функціональним принципом апаратури розташовують по групам, виходячи з загальності виконуємих задач. Так можна об’єднати в групи прилади, які відносяться до одного технологічного процесу (агрегату). Принцип значимості передбачає групування приладів в залежності від того, наскільки суттєвими вони є для виконання визначеної частини операції. При цьому найбільш важливі елементи при їх нечастому використанні звичайно розташовують в центрі панелі. При дотриманні принципу частоти використання елементи, що часто використовуються розташовують в центрі панелі, а ті що нечасто - на периферії. Принцип послідовності передбачає розташування приладів на панелі суворо за схемою їх послідовного використання. У відповідності з принципом суміщення стимула і реакції органи контролю і органи управління, що їм відповідають, повинні бути максимально наближені та просторово співставленні.

Вибір того чи іншого принципу розташування засобів контролю і управління визначається задачами що вирішуються. Прилади і апаратуру на щиті необхідно компонувати на щиті у відповідності з ходом технологічного процесу з ліва на право, починаючи від початкових стадій і закінчуючи завершальними для даного устаткування чи процесу. Прилади і апаратуру в межах однієї секції розташовують симетрично.

Стосовно умов найкращого сприйняття інформації оператором і маніпулювання органами управління в практиці проектування щитів і пультів виявлено виявлено оптимальні зони розташування апаратури. Так для операторів в положенні ,,стоя” оптимальна зона для розташування органів управління знаходиться на висоті 1300-1650 мм, оптимальна зона для розташування органів управління 1100-1440 мм, а в положенні ,,сидячи” ці величини відповідно рівні 835-1300, 700-835. В горизонтальній площині оптимальний кут огляду без повороту голови 30-40, допустимий 60.

По висоті щитів прийнято розташовувати апаратуру в декілька рядів, як правило, в два-три ряди. Компановка приладів і апаратури на фасадній панелі щитів і пультів повинна забезпечувати необхідні умови для комутації електричних проводок та розташування трубних ліній. мінімальна відстань між окремими елементами на фасадній панелі щита складають 40-80 мм, а між приладами і боковими стінками щита 100 мм. Ці відстані повинні враховувати необхідність встановлення рамок для надпису під приладами або праворуч від них.

Показуючі прилади і сигнальну арматуру монтують на висоті 800-1900 мм для повногабаритних щитів без пульта. Реєструючі прилади на оперативних щитах розташовують на висоті 900-1800 мм, на неоперативних - на висоті 700-1800 мм.. Регулюючі органи при встановленні на фасаді щита розташовують на висоті 900-1900 мм, а оперативну апаратуру контролю і управління (кнопки, ключі тощо) – на висоті 800-1600 мм. Сигнальну апаратуру на висоті 1000-1900 мм.

На внутрішніх поверхнях щитів розташовують допоміжну неоперативну  арматуру (реле, трансформатори, джерела живлення, тощо). Компановку електроапаратури виконують з урахуванням конструктивних особливостей самих виробів і забезпечення зручності монтажу. Для зручності експлуатації і дотримання правил техніки безпеки, апаратуру рекомендується встановлювати на таких відстанях (в мм) за висотою від основи (опорної рами):

·   трансформатори, пускачі, апарати освітлення щита, дзвінки голосного бою, ревуни 1700-2000;

·   вимикачі, запобіжники, розетки, автомати 700-1700;

·   збірки комутаційних запитів 350-1900;

Апарати і прилади необхідно групувати за належністю до систем виміру, управління, сигналізації і.т.д., а в середині груп - за родом струму та величиною напруги, дотримуючись правил техніки безпеки.

Монтаж пневматичних приладів автоматизації на фасадних панелях щитапроводять з допомогою кронштейнів.

3.5.3 Монтаж датчиків і регулюючих органів на об’єкті

При монтажі первинних вимірюючих перетворювачів і відбірних пристроїв основним  є правильний вибір місця встановлення і конструктивне рішення вузла встановлення, яке відповідає умовам роботи даного пристрою і експлуатаційним вимогам.

Монтаж первинних вимірюючих перетворювачів і відбірних пристроїв безпосередньо на технологічному обладнанні і його комунікаціях повинен відповідати слідуючим вимогам [10] :

·   межево можлива точність відображення реакцією первинного вимірюючого перетворювача на зміни контролюємої або регулюємої величини дійсного стану об’єкту в найбільш характерній для даного процесу в робочій зоні;

·   мінімально можливе транспортне запізнення при використанні первинних вимірюючих перетворювачів для автоматичного регулювання ;

·   межево можлива точність відображення реакцією первинного вимірюючого перетворювача на зміни контролюємої або регулюємої величини дійсного стану об’єкту в найбільш характерній для даного процесу в робочій зоні;

·   відсутність зворотного впливу на процес;

Особливо при малих розмірах трубопроводів і обладнання, в яке встраюються первинні вимірюючі пристрої і відбірні пристрої. Крім того, необхідно враховувати можливість впливу матеріалів, з яких виготовлено вимірюючі пристрої, на стан та якість харчових продуктів що до них доторкаються. Це насамперед пов’язано з можливістю утворення хімічних з’єднань, які шкідливо впливають на харчові продукти, змінюючи їх колір та погіршуючи харчові властивості, а також на корисну мікрофлору при проведенні біохімічних і мікробіологічних процесів;

·   зручність місця встановлення пристрої для обслуговування, монтажу, повірки, чистки, ремонту, їх зберігання та забезпечення умов техніки безпеки;

·   відповідність розмірів занурюємої частини первинного чутливого елементу розташуванню чутливого елемента в тій зоні, де необхідно відбирати сигнал про необхідний стан контролюємого параметра;

·   забезпечення швидкого демонтажу первинного елемента або його заміни без виникнення даного технологічного вузла або з короткочасним припиненням технологічного режиму;

Регулюючі органи необхідно монтувати в суворій відповідності з проектом та робочими кресленнями. Значне віддалення регулюючого органу від обєкту викликає підвищення запізнення в передачі регулюючого впливу.

При монтажу регулюючого органу необхідно забезпечити:

1. зручність в експлуатації та ремонті;

2. можливість їх відключення без необхідності відключення технологічного обладнання (трубопроводу чи об’єкта);

3. рівномірність та сталий режим потоку регулюємого середовища в місці встановлення регулюючого органу;

4. вільне пересування рухомих частин;

5. дотримання правил техніки безпеки;

Перед монтажем треба перевірити відповідність монтуємих регулюючих органів проектним даним і характеристикам. Електричні регулюючі органи монтують відповідно до правил монтажу електроапаратури. Після монтажу регулюючого органу провіряють відповідність проекту або інструкції характеристик, надійності спрацювання, відсутність перебоїв та інших факторів які негативно впливають на правильність роботи.

Інші прилади та засоби автоматизації монтуються за допомогою закладних конструкцій згідно з інструкціями по монтажу та експлуатації даних пристроїв.

3.5.4 Наладка системи автоматизації

 Існують  три основних стадії проведення наладочних робіт - підготовчі роботи, автономна та комплексна наладки [10].

Підготовчі роботи. Основними задачами першого етапу наладки  є не тільки ознайомлення з технологією і проектною документацією, але й організаційна і інженерна підготовка робіт, включаючи розробку та погодження з заказником графіка і програми пусконаладочних робіт, а також перед монтажна провірка приладів і засобів автоматизації. При аналізі проектної документації насамперед провіряють правильність вибору приладів для системи автоматизації, а також працездатність принципових схем управління, захисту і сигналізації.

Автономна наладка. На другому етапі робіт по наладці системи автоматизації, який виконують після проведення монтажу, насамперед перевіряють монтаж приладів і засобів автоматизації, починаючи з провірки наявності правильно оформленої здаточної документації та її відповідності нормам СНІП. Потім проводять зовнішній огляд, при якому визначають відповідність змонтованої системи автоматизації проекту. Потім проводять провірку технічних засобів автоматизації, в тому числі технічного стану приладів і апаратів з доведенням їх параметрів до норми, які встановлено нормативною документацією. Роботи з пристроями автоматичного контролю починають зі стендової провірки, яка включає зовнішній вигляд, провірки опору електричних кіл, визначення основної приведеної похибки та варіації показників приладу, перевірка спрацьовування вихідного сигнального пристрою.

При зовнішньому огляді встановлюють відповідність технічних характеристик приладу проектним специфікаціям, комплектність заводської документації, відсутність видимих механічних пошкоджень та слідів корозії.

Після огляду перевіряють опір ізоляції електричних кіл та підключають прилад контролю до схеми перевірки. В останню входе вузол живлення, вузол імітації значення параметра виміру і апаратура для перевірки сигнального пристрою.

Основну наведену похибку і варіацію показів прилада перевіряють, як правило для шести точок 10, 20, 40, 60, 80, 100% діапазона виміру шкали, проводячи виміри в тих самих одиницях, в яких відградуйована система виміру приладу. При цьому основну приведену похибку розраховують як різницю значень вимірюємої величини, віднесеної до прийнятого нормованого значення, в якості якого, зазвичай, використовують діапазон шкали приладу. Дійсне значення приладу, основна похибка якого повинна бути в 4 рази менше основної похибки приладу, що провіряється.

Варіацію показів приладу визначають одночасно з основною похибкою як різницю дійсних значень величини що вимірюється, відповідаючи одній тій самій мітці шкали прилада що провіряється, при прямому і зворотньому пересуванні його вказівника, в процентах діапазону шкали приладу. Розраховане значення приведеної основної похибки не повинно перевищувати значення, яке відповідає класу точності приладу. Варіація показу для приладів класу точності 0,25 і вище неповинне бути вище 0,2%, а для всіх інших приладів – більш ніж половина допустимого значення основної похибки.

Роботи по автономній наладці пристроїв автоматичного регулювання включають зовнішній огляд, провірка опору ізоляції електричних кіл, загальної працездатності пристрою, градуювання органів настройки і статичну настройку.

За змістом перші два види робіт тотожні операціям, що виконуються з пристроями автоматичного контролю. При настройці системи автоматизації до включення виконують ряд допоміжних операцій, а також передпускове випробування приладів і засобів автоматизації на непрацюючому технологічному обладнанні з підключенням імітатора.

Імітатор зміни регулюємої величини намагаються підключити так, щоб при випробуванні було перевірено взаємодію найбільшої кількості елементів, що входить в систему. Підготовка до включення засобів автоматичного регулювання насам перед повязана з включеням дистанційного управління виконавчими механізмами і випробуванням системи автоматичного регулювання.

На даному етапі пусконаладочних робіт виконують розрахунок оптимальних параметрів динамічної настройки регуляторів на основі попереднього визначення характеристик обєкта.

В схемах управління, сигналізації і захисту перевіряють правильність зєднань і роботи схеми при імітації збільшення, а потім і зменьшення значення відповідної величини, настроюють логічні та часові взаємозвязки цих схем.

Включення систем автоматизації в роботу проводять при індивідуальних випробуваннях технологічного обладнання, коли не порушені умови до вимог експлуатації технологічних засобів та техніки безпеки; досягнуто технологічне навантаження обєкта, мінімально необхідне для визначення і встановлення параметрів настройки приладів і засобів автоматизації, випробувань та здачі їх в експлуатацію.

Прилади і засоби автоматизації вмикають в роботу в послідовності, обумовленій порядком пуску основного технологічного обладнання і погодженої з технологами. В процесі включення пристроїв автоматичного контролю при досягнені навантажень технологічного обладнання близьких до номінальних, оцінюють точність виміру шляхом порівняння показів робочих засобів виміру з показами зразкових приладів. при цьому необхідно враховувати відхилення параметрів стану контролюємих середовищ від їх розрахункових значень.

Якщо динамічні характеристики обєкта (системи) визначають експерементально, то основні операції по визначенню параметрів настройки регуляторів проводять в процесі включення систем регулювання в дію. До основних операцій відносяться експерементальне визначення динамічних характеристик ообєкту, визначення оптимальних параметрів настройки і їх реалізація, а також уточнення настройок в процесі наладки системи регулювання на діючому обладнані. Номінальному значенню регулюємої величини повинно відповідати відкриття регулюючого органу, що складає 0,4-0,75 його повного відкриття.

Комплексна наладка. На третьому етапі пусконаладочних робіт виконуються роботи по комплексній наладці системи автоматизації (СА), доведенню параметрів настройки технічних засобів СА до значень при яких СА будуть експлуатуватись. При цьому визначається відповідність порядку відпрацювання пристроїв і елементів системи сигналізації, захисту і управління алгоритмам робочої документації з виявленням причин їх відмов або хибного зпрацьовування, встановлюється необхідне значення зпрацьовування позиційних пристроїв.

При комплексній наладці СА визначають також відповідність пропускної здатності запорно – регулюючої арматури вимогам процесу, правильність відпрацювання вимикачів і витратні характеристики регулюючих органів, що приводяться до норм що вимагаються процесом з допомогою елементів настройки які є в їх конструкції.

Комплексну наладку СА проводять в період комплексного випробовування технологічного обладнання. В процесі пусконаладочних робіт уточнюються статичні і динамічні характеристики обєкта, корегуються значеня параметрів настройки системи з урахуванням взаємного впливу, випробовується і визначається придатність СА для забезпечення експлуатації обладнання з нормативною продуктивністтю, аналізується робота СА при її експлуатації.

При виборі режимів випробувань намагаються обхватити весь можливий діапазон експлуатаційних але не аварійних змін навантаження обєкту. В особливих випадках системи можуть бути перевірені і при аварійних збуренях. Найбільш доцільно проводити випробування при трьох режимах роботи обєкту: номінальному, максимальному і мінімальному. В ході випробувань визначають і оцінюють показники якості регулювання.

До здачі в експлуатацію підлягають системи що пройшли випробування і безперервно пропрацювали 72 години в межах їх номінальних характеристик. По результатам випробувань, комісія з прийому обєкту складає акт про працездатність налагодженої системи.

Висновки.

  Спроектована система автоматизації на основі використання сучасних приладів та засобів автоматизації, з урахуванням раціональності системи, розробивши схему автоматизації та провівши її ґрунтовний аналіз, розглянувши способи та правила проведення монтажно-наладочних робіт,  можна зробити  висновок, що створена система автоматизації дозволяє отримати кількісний та якісний зріст одиничних потужностей обладнання, створити  передумови для подальшого удосконалення систем автоматичного регулювання на основі впровадження ЕОМ, роботів та маніпуляторів;підвищення ефективності праці, створити  умов для оптимального використання всіх ресурсів виробництва, стабілізація продуктивності  поточної   виготовлення  цукерок  «Курочка Ряба» шляхом регулювання якості цукерок   в заданих межах покращує рівень техніки безпеки.

4.Розрахункова частина

4.1. Розрахунок регулюючого органу

Розрахунок РО для регулювання  витрат води.

Дані для розрахунку:

середовище                                                            вода

максимальні обємні витрати                               Q_max=50 м³/год

перепад тиску при максимальних витратах     ΔΡ_РО=0,12 МПа

температура                                                          Т=90˚С

щільність                                                               ρ=1 г/см³

абсолютний тиск до РО                                       Р₁=0,5 МПа

абсолютний тиск насиченої пари                       Р_н=0,07 МПа

кінетична вязкість при  90˚С                           ν=0,00328 см³/с

РОЗРАХУНОК

1. Визначаємо максимальну пропускну здатність

                                    (4.1) [14, c.276]

 м³/год

2. Попередньо за каталогом  (див. рис. 6.11) [14, c.278] вибираємо РО, що має D_y=80 мм ≈1,2Кбу=54,7 м³/год

3. Визначаємо число Рейнольдса

                                                 (4.2) [14, c.270]

Так як R_ey>2000, то вплив вязкості на витрати не враховуємо і вибраний РО перевіряємо на імовірність виникнення кавітації.

4. Визначимо коефіцієнт опору РО:

                                                              (4.3) [14, c.277]

5. За кривою 1 на рис. 6.23 [14, c.277] знаходимо коефіцієнт кавітації К_кав=0,45.

6. Визначимо перепад тиску, при якому виникає кавітація

                      = К_кав∙(Р₁-Р_н)                          (4.4) [14, c.277]

                      ΔΡ_кав= 0,45∙(0,5-0,07)=0,207 МПа             

Заданий перепад тиску   ΔΡ_РО> ΔΡ_кав, отже вибраний РО буде працювати в нормальному режимі.

4.2. Розрахунок надійності каналів  регулювання

Властивість системи або виробу зберігати свої вихідні параметри в заданих межах при визначених умовах експлуатації автоматичної системи регулювання (АСР) – є надійність. АСР, що використовуються в харчовій промисловості для забезпечення правильного ходу технологічних процесів, повинні мати високу надійність, так як повний або частковий вихід з ладу може привести до порушення технологічного процесу, тобто до виходу регулюємих параметрів за допустимі межі.

Достатньо повну характеристику надійності надає інтенсивність відмов. Інтенсивність відмов λ за період t є відношення чисельності відмов за одиницю часу до числа надійно діючих елементів.

Про надійність приладу (засобу, виробу) можна судити поймовірності безвідмовної роботи P(t) – ймовірності того, що в заданому інтервалі часу t в межах заданого напрацювання не винекне відмова приладу (засобу, виробу)

                                                          (4.5) [13, c.128 ]

де λ – інтенсивність відмов.

Надійність складної системи порівняно легко можна підрахувати по послідовному зєднанню елементів, при якому вихід з ладу хоча б одного елементу приводе до відмови всієї системи.

Ймовірність безвідмовної роботи системи за час t визначається як сума ймовірностей безвідмовної роботи всіх N елементів системи:

                                                           (4.6) [13, с.132]  - інтенсивність відмов системи, що є сумою інтенсивності відмов всіх елементів.

Для розрахунків складемо таблицю в якій визначемо перелік приладів та засобів автоматизації що входять в склад каналів регулювання,  вихід яких з ладу підчас експлуатації обладнання може привести до аварійної ситуації та в якій відобразиться інтенсивності відмов даних засобів автоматизації.

Таблиця 4.1 – Інтенсивність відмов засобів автоматизації

№

Найменування

К-сть

1

2

3

4

1

Вторинний прилад ПВ10 1П

1

20

2

Регулятор ПР3.31

1

20

3

Перетворювач температури 13 ТД 73

1

0,33

4

Виконавчий механізм МВМ

1

0,5

5

Вентилі  пневможивлення

1

25

6

Система регулювання тиску

1

25

Розрахунок проводимо для самого складного каналу регулювання , що має найбільшу кількість елементів автоматики,  з допомогою ЕОМ для проміжку часу від 0 до 100000 годин напрацювання. За результатами розрахунку складаємо графік.

Р_{надійність}

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

          100             1000            10000                   100000     годин

Рисунок 4.1.  Графік надійності системи автоматизації

Як видно з рисунка 4.1, надійність – ймовірність безвідмовної роботи при t=0 є рівною одиниці та експоненціально спадає із збільшенням часу (напротязі періоду експлуатації). Але можна також сказати що взагалі система достатньо надійна і при правельній експлуатації приладів і засобів автоматизації, їх своєчасному обслуговувані, надійність системи можливо тривалий час підтримувати на високому рівні.

4.3. Розрахунок забезпечення енергоресурсами системи автоматизації

Для забезпечення енергоресурсами приладів та засобів системи автоматизації необхідно вибрати апарати захисту даних систем, якіб відповідали технічним характеристикам приладів що захищаються та живляться.

Вибір автоматичних вимикачів виконуються відповідно до [10]за номінальною напругою і струмом з дотриманням слідуючих умов:

                                                     (4.7) [10, с.102]

                                                            (4.8) [10, с.102]

де   - номінальна напруга автоматичного вимикача;

         - номінальна напруга мережі;

          - номінальний струм автоматичного вимикача;

               - тривалий розрахунковий струм лінії.

Для розрахунку вибору скористаємося таблицею характеристик електроспоживачів з принципової схеми електричного живлення.