Система автоматизації похилого дифузійного апарату

Вступ

Харчова промисловість являє собою складний виробничий комплекс народного господарства, створений великою кількістю підприємств та організацій, головною задачею яких є ефективна переробка сільгосппродуктів. Головним напрямком розвитку харчової промисловості являється постійна інтенсифікація технологічного виробництва та впровадження агрегатів більшої виробничої потужності при одночасному зменшенні його габаритів, металомісткості, енергоспоживання та зниження собівартості одиниці готової продукції.

На сучасному етапі розвитку цукрового виробництва, заснованому на неперервності технологічних процесів, є всі передумови для комплексної та повної автоматизації, а також для впровадження та вдосконалення існуючих систем. При розробці та вдосконаленні систем автоматизації агрегатів великої одиничної потужності виникають нові задачі, котрі необхідно розв’язувати з врахуванням особливостей об’єкту, а саме наявність механічних включень, самоутворень, відкладань твердих осадків, накипу, піноутворення, та інших особливостей розчинів та суспензій. Підвищена вологість та температура навколишнього середовища заважають використанню загально промислових засобів вимірювання та автоматизації та зв’язана з необхідністю створення спеціальних засобів автоматизації, особливо приладів для контролю складу та властивостей проміжних і кінцевих продуктів.

Управління технологічними процесами, повинно, як правило, задовольняти декілька протилежних умов (вимог). Крім того, якість сировини в цукровій промисловості має дуже великий розбіг параметрів, тому необхідно вирішувати задачі на базі мікропроцесорної техніки та ЕОМ. Нова база МПК та ЕОМ відкривають нові можливості при застосуванні цих комплексів та систем. Використання контролерів та комп’ютерів для автоматизації ліній, машин, обладнання при створенні АСУТП дає можливість застосовувати в цукровій промисловості в більших масштабах високо потужні технології. Впровадження оновленої техніки на основі мікропроцесорів та мікро ЕОМ, розширяють функціональні можливості обладнання, систем управління, значно підвищує надійність їх роботи і в кінцевому випадку позитивно відображається на якості випущеної продукції. Ритмічність роботи цукрового заводу, збільшення одиничної потужності обладнання, ефективність та економічність його роботи, збільшення якості виробництва, зменшення втрат цукру, потребують неперервного оновлення та вдосконалення засобів автоматизації та системи управління. Крім того, впровадження новітніх технологій дозволить суттєво покращити якість управління, візуалізацію процесів, що значно покращить роботу оператора та обслуговуючого персоналу.

Нормальна робота дифузійного апарату можлива лише на стружці високої якості. Стружка не повинна перемішуватись в ході технологічного процесу, а лише переміщуватись, якщо в апараті є транспортуючі органи. Для отримання дифузійного соку високої якості в апараті слід підтримувати визначену температуру. Дифузійний процес необхідно проводити без доступу повітря, так як при доступі повітря дифузійний сік сильно піниться, розвиваються мікроорганізми і відбувається корозія стінок апарату. Втрати цукру в процесі дифузія не повинні перевищувати встановлених норм, а втрати тепла повинні бути мінімальними. Дифузійний апарат не повинен бути складним в обслуговуванні та ремонті. Усі ці умови можна задовільнити шляхом впровадження автоматизації на основі сучасних, точних приладів і засобів автоматизації. Тому автоматизація дифузійної установки є доцільною.

1. Аналіз технологічного процесу дифузії цукру

.1 Типи та характеристики технологічного обладнання об’єкту

Дифузія цукру відбувається в буряко-переробному відділенні цукрового заводу, де основним обладнанням є дифузійний апарат. Найбільш поширеними є дифузійні апарати похилого типу. Дифузійний апарат похилого типу являє собою коритоподібний корпус, охоплюючи транспортуючі стружку шнеки. На корпусі змонтовані жомовивантажувальний пристрій, приводи транспортуючих шнеків і жомовивантажувального пристрою, системи обігріву і комунікацій. Корпус апарату нахилений до горизонту під кутом 11. Розміри апарату залежать від розрахованої продуктивності: довжина від 22 до 35 м, ширина від 5 до 8 м, висота від 7 до 10 м.

В бурякопереробному відділенні крім дифузійного апарата розміщене різне допоміжне обладнання: апарати для підготовки та подачі води, бурякорізки, підігрівачі, збірники, ловушки, транспортери та ін. Дифузійні апарати являються основним обладнанням, що визначаючим роботу всього бурякопереробного відділення.

Продуктивність дифузійного апарату залежить від питомого навантаження, швидкості переміщення стружки і складає близько 2,500т стружки за добу.

Загальний вид похилої дифузійної установки зображений на рисунку 1. Опорою апарату служить постамент. Він складається з семи вертикальних стійок різної висоти, виконаних зварюванням і розміщених на фундаменті в два ряди.

Рисунок 1.1 - Загальний вид похилого дифузійного апарату

На постаменті під кутом 11° до горизонту встановлений корпус апарату, що являє собою коритоподібну металоконструкцію.

В нижній частині корпуса знаходяться сокова камера і бункер для завантаження стружки. В верхній частині - жомовивантажувальний пристрій для видалення жому з апарату.

Ззовні апарат обладнаний сходами і майданчиками для обслуговування.

1.2 Опис схеми технологічного процесу

Похилий дифузійний аппарат функціонує наступним чином. Бурякова стружка, після бурякорізок, стрічковим транспортером подається в приймальний бункер, що знаходиться в нижній (головній) частині апарату. А у верхню (хвостову) частину апарату подається гаряча сульфітована вода. Стружка заповнюючи майже весь простір апарату переміщується вздовж апарату до його хвостової частини за допомогою двох шнеків.

Вали шнеків приводяться в рух електродвигунами постійного струму, при цьому головний і хвостовий шнеки обертаються незалежно один від одного. Частоту обертання шнеків можна змінювати. Перемішуючись та омиваючись гарячою водою стружка знецукрюється і перетворюється на жом, що виводиться з апарату стрічковими шнеками, а вода рухаючись протитоком, збагачується цукром і перетворюється на дифузійний сік. Отриманий дифузійний сік відділяється від бурякової стружки на лобовому ситі.

Для покращення процесу дифузії розчин сокостружкової суміші в апараті підігрівається за допомогою парової рубашки, що являє собою розділений на кілька частин кожух, охоплюючи низ апарату.

1.3 Аналіз особливостей об’єкту та технологічних середовищ

Похилий дифузійний апарат, як об’єкт автоматичного управління має ряд особливостей, що суттєво ускладнює його автоматизацію. Це в першу чергу, значна інерційність, обумовлена розмірами апарату, масою сокостружкової суміші.

По-друге, це велика кількість вхідних, вихідних і проміжних параметрів, багато з яких зв’язані між собою перехресними залежностями.

По-третє, це розподіленість таких важливих параметрів, як температура сокостружкової суміші і вміст в ній цукру.

По каналу автоматичного регулювання концентрації дифузійного соку в похилому дифузійному апараті відстань між точкою заміру вихідної величини і точкою введення регулюючої дії - зміна витрат води складає приблизно 20 м. В результаті цього час чистого запізнення, що визначається часом за який вода подолає вказану відстань заповнену стружкою що рухається на зустріч, досягає 20 хв., а постійна часу об’єкта по цьому каналу перевищує 20 хв. Ефективне автоматичне регулювання об’єктів з такими динамічними властивостями можливе лише при побудові багато контурних систем регулювання з використанням додаткової оперативної інформації про хід технологічного процесу.

Продуктивність дифузійних апаратів і повнота вилучення цукру зі стружки в значній мірі визначається швидкістю переміщення стружки і її масою, що приходиться на одиницю об’єму корпуса, тобто питомим навантаженням. Безпосереднє регулювання цих параметрів неможливе через відсутність відповідних приладів, тому для стабілізації використовують непрямі методи. Питоме навантаження оцінюють по величині струмів електродвигунів приводів транспортуючих органів і регулюють шляхом зміни їх частоти обертання. Час чистого запізнення і інерційність похилого дифузійного апарату по каналу регулювання питомого навантаження спів розмірні із значеннями в каналі стабілізації концентрації дифузійного соку.

Підтримання температурного режиму ускладнюється великою масою нагріваючої сокостружкової суміші. Чисте запізнення тут складає 10-15 хв., постійна часу - до 30 хв. На вході об’єкта також виникають глибокі збурення по витратах стружки.

Дифузійний сік з виходу дифузійного апарата повинен мати вміст цукру 12-14%. Дифузійний сік - каламутна рідина, яка швидко темніє на повітрі. У ньому крім цукру містяться органічні і мінеральні нецукри, а також в замуленому стані дрібні частинки бурякової стружки. Сік має слабокислу реакцію (рН 6 - 6,5) і може пінитись.

1.4 Параметри контролю, регулювання, керування, сигналізації та блокування

Ефективність роботи дифузійного апарату характеризується вихідними параметрами, до яких відносяться вміст цукру в дифузійному соку та відведеному з апарату жомі. Характер протікання процесу знецукрення, розподілу концентрації цукру в різних точках апарату і вихідні параметри залежать від багатьох факторів. До них відносяться: витрата бурякової стружки і води, їх якість і температура, витрата гріючої пари, частота обертання транспортуючих органів, питоме навантаження апаратів, рівень і температура сокостружкової суміші та ряд інших, вплив яких важко врахувати.

Для забезпечення найкращих умов протікання процеса вилучення цукру важливе значення має автоматичне дозування води, що подається в апарат, автоматичне управління нагрівом сокостружкової суміші та завантаженням апарату. Нестача води призводить до підвищення вмісту цукру в жомі, а надлишок - до розрідження дифузійного соку. При недогріві сокостружкової суміші зменшується швидкість активної дифузії. При перегріві значно погіршується якість дифузійного соку, погіршується перемішування стружки та протікання води. Недовантаження чи перевантаження апарату викликає погане омивання стружки соком. Час активної дифузії та продуктивність апарату визначається тривалістю контакту стружки з соком та умовами її змішування. В процесі екстрагування вказані параметри не можна безпосередньо виміряти по рівню сокостружкової суміші та навантаженню електродвигунів.

Висновок: на підставі аналізу технологічного процесу дифузії цукру визначено, що похили       й дифузійний апарат, як об’єкт автоматичного регулювання, готовий до автоматизації.

2. Техніко-економічне обґрунтування автоматизації

На сучасному етапі економічного розвитку країни на перше місце висувається питання підвищення ефективності виробництва, покращення якості продукції і росту продуктивності праці на основі прискорення впроваджень досягнень науки та техніки, підвищення технічного рівня та покращення виробництва.

В теперішній час науково-технічного прогресу в харчовій промисловості автоматизація виробництва посідає одне з головних місць в підвищенні ефективності виробництва. Вона впливає на зростання продуктивності підприємства, дає змогу застосовувати неперервні способи виробництва, забезпечує підприємства високопродуктивним устаткуванням. Широке застосування автоматизованих систем управління зумовлюється значним економічним ефектом, який досягається за рахунок забезпечення заданих якостей вироблених продуктів, зменшенню втрат цінних напівпродуктів та продуктів, зменшенню трудоємкості процесів виробництва.

Економічна ефективність - основний критерій якості функціонування автоматизованого об’єкта.

Цільова функція автоматизованих систем управління - отримання максимальної величини додаткового прибутку за рахунок досягнення основних техніко-економічних показників виробництва на рівні чи вище їх норми. Цільова функція досягається за рахунок:

         підвищення виходу цукру та зниження його втрат

         підвищення продуктивності заводу (покращення використання потужності обладнання)

         зниження питомих втрат пари, палива.

В теперішній час науково-технологічного прогресу в харчовій промисловості автоматизація виробництва посідає одне з головних місць в підвищенні ефективності виробництва. Вона впливає на зростання продуктивності підприємства, дає змогу застосовувати неперервні методи виробництва, забезпечує підприємства високо-продуктивним устаткуванням. Це зумовлює необхідність вдосконалення управління технологічними комплексами та окремими установками на основі їх інтенсифікації та оптимізації робочих режимів. Це вимагає розширення функціональних можливостей системи управління, тобто забезпечення не тільки виконання простих задач, а й автоматичну сигналізацію технологічних режимів роботи окремих установок, узгодження їх роботи в режимах технологічних комплексів.

Всі ці функції виконують сучасні автоматизовані системи управління технологічними процесами, технічною базою яких є мікропроцесорні пристрої та ЕОМ. Ці системи мають широкі функціональні можливості, а рішення з управління технологічними процесами приймає людина на основі поданої оперативної інформації.

Дифузійне відділення є одним із основних на цукровому заводі. В дифузійній установці за рахунок дифузії отримують дифузійний сік, який насичений цукром. На подальших ділянках дифузійний сік піддають очистці, випарці на випарній станції в цілях одержання такого товарного продукту, як цукор. Параметри одержаного дифузійного соку, його технологічні властивості, а також втрати цукру визначають подальший хід процесу і показника всього заводу.

Під економічною ефективністю заводу розуміють отримання трудових, матеріальних і грошових ресурсів в результаті їх впровадження. Ефективність може бути виражена як в грошовій формі, яка прямо впливає на підвищення рентабельності виробництва

Запропонована система автоматизації дозволяє здійснити найбільш точне регулювання основних технологічних параметрів процесу дифузії, а також сприяє зниженню втрат і сприяє зниженню дій збурень, зменшення витрат пари, зниження аварійності і відповідно, збільшення надійності роботи обладнання, в результаті чого досягається економічний ефект.

Головною метою автоматизації цукрового виробництва являється максимізація економічної ефективності його функціонування за рахунок оптимізації основних технологічних процесів та забезпечення стабільності і безаварійності виробництва.

Висновок: визначено, що впровадження системи автоматизації похилого дифузійного апарату є технічно доцільним і економічно ефективним.

3. Основні рішення по автоматизації об'єкту

.1 Формування завдань по автоматизації об’єкту

До системи автоматизації похилого дифузійного апарату висуваються високі вимоги, а саме:

         економічність;

         швидкодія системи;

         точність підтримання параметрів процесу;

         надійність роботи системи;

         зручність в експлуатації;

         зниження габаритів щита;

         забезпечення роботи дифузійного апарату з найвищим ККД.

Системою автоматизації похилого дифузійного апарату повинно передбачатись:

         регулювання питомого навантаження апарату;

         регулювання рівня в головній частині апарату;

         регулювання вмісту цукру в дифузійному соку;

         регулювання температурного режиму апарату;

         контроль витрат бурякової стружки;

         контроль витрат сульфітованої води;

         контроль витрат жомопресової води;

         управління подачею жомопресової води;

         контроль рН дифузійного соку.

3.2 Вибір схеми автоматизації на підставі аналізу типових рішень

Існуюча система автоматизації дифузійної установки за станом своєї експлуатації більш морально ніж фізично застаріла. Але в системі є такі вузли, як перетворювачі, виконавчі механізми, регулятори та деякі інші прилади що датуються кінцем 70-х серединою 80-х років. Враховуючи, що на засоби автоматизації амортизаційні відрахування складають біля 15%, тобто за 7 років експлуатації необхідно повністю модернізувати існуючу систему автоматизації. Термін служби засобів автоматизації існуючої системи уже в три рази перевищує нормовані показники експлуатації.

Існуюча система автоматизації локальна, тобто управління і регулювання однієї величини ведеться по одному вимірювальному каналу не враховуючи впливу ряду побічних, але визначальних факторів, тобто не враховуючи збурення. Застосування локальних систем не дає можливості побудувати оптимальних систем управління всім комплексом. А це діє не на користь роботи дифузійної установки.

В різних областях харчової промисловості впровадження систем автоматизації технологічними процесами, різняться одна від одної виконуваними функціями, засобами автоматизації, методами регулювання та управління. Тому завжди актуальна задача автоматизації - визначення її рівня, що дозволяє зробити висновок про можливість конкретної системи, її відповідності вимогам та техніко-економічним показникам.

В даному дипломному проекті пропонується автоматизувати дифузійний апарат з використанням сучасних засобів автоматизації, основною перевагою з яких точність. При цьому параметри технологічного процесу залишаються незмінними.

Для регулювання температурного режиму використано багатоканальний мікропроцесорний регулятор МТР-8. Його перевагою є компактність, так як він в своєму корпусі містить вісім ідентичних регулятор температури. Крім того він достатньо малогабаритний.

Застарілі регулятори Р25, Р29 системи Контур-Г пропонується замінити на більш сучасні такі як, МІК-21-05 та МІК-25-02, які призначені для автоматичного і комплексного використання в АСУ ТП, металургії, харчовій промисловості та інших галузях промисловості. Регулятори дозволяють забезпечити високу точність підтримання заданого значення технологічного параметра.

Вторинні прилади, які призначенні для відображення на щиті значення технологічного параметру також пропонується замінити на технологічні індикатори ІТМ-22-02. Ці індикатори призначені для вимірювання, контролю і автоматичного регулювання двох вхідних технологічних параметра (температура, витрати, тиск, рівень та інші фізичні величини значення яких може бути перетворене в уніфікований сигнал).

3.3 Обґрунтування вибору приладів і засобів автоматизації

технологічний автоматизація блокування дифузійний

При розробці схеми автоматизації використано сучасні електронні прилади і засоби автоматизації.

Так для вимірювання витрат бурякової стружки використано стрічкові ваги ЛТМ-1, які спеціалізовані для використання на стрічкових транспортерах. Дані ваги забезпечать необхідну точність вимірювання витрат бурякової стружки, адже їх відносна похибка складає всього 1%. Вибір цих ваг обґрунтовується ще й високою надійністю роботи і легкістю в обслуговуванні.

Для вимірювання частоти обертання двигуна бурякорізки і здійснення регулювання швидкості цього двигуна використано частотний перетворювач Lenze 8200. Перетворювачі частоти Lenze використовуються в багатьох галузях промисловості та системах регулювання швидкості приводів. Перетворювач частоти Lenze 8200, виконує такі функції і має такі переваги:

-        просте регулювання швидкості;

         розгін, гальмування, реверсування;

         захисні функції;

         компактний дизайн;

         висока перевантажувальна здатність - витримує перевантаження до 200% від номінального струму протягом 60 секунд;

         інтегрований фільтр придушення радіоперешкод (ФПР);

         легко доступне управління і підключення живлення зводять до мінімуму час установки.

Витрати дифузійного соку, сульфітованої води та жомопресової води вимірюються магніто-індукційним датчиком Mag 1100flo. Його основні переваги:

         висока стійкість до різних хімічних речовин;

         висока точність;

         наявність на виході уніфікованого сигналу про значення параметра;

         зручність монтажу та експлуатації.

Концентрація цукру в дифузійному соку вимірюється рефрактометром ВАП-2. Він являється вимірювальним приладом, що використовує принцип світлового заломлення (рефракції). Дозволяє з високою точністю визначити вміст цукру в дифузійному соку. Має досить низьку споживану потужність та зручність в обслуговуванні.

Температура в дифузійному апараті вимірюється за допомогою датчиків температури ТСМ Метран-203, які призначені для вимірювання температури рідких і газоподібних хімічно неагресивних середовищ, а також агресивних, не руйнуючих матеріал захисної арматури. Має великий діапазон вимірювання температури і високу точність.

Для індикації витрат дифузійного соку, сульфітованої води, жомопресової води, концентрації цукру в дифузійному соку використано мікропроцесорний технологічний індикатор ІТМ-22, який призначений для вимірювання фізичного параметру, перетворення і відображення його поточних значень на вбудованих 4-розрядних цифрових і лінійних індикаторах.

Для точного підтримання значення концентрації дифузійного соку та рівня в дифузійному апараті використано мікропроцесорні регулятори МІК-25 та МІК-21. Ці регулятори являють собою новий клас сучасних цифрових регуляторів неперервної дії з аналоговим, імпульсним або двох позиційним виходом. Використовуються для управління технологічними процесами в харчовій промисловості. Вони дозволяють забезпечити високу точність підтримання заданого значення технологічного параметра. Відмінною особливістю є наявність трьохрівневої гальванічної ізоляції між входами виходами і мережею живлення.

Регулювання температурного режиму дифузійного апарату здійснюється за допомогою багатоканального мікропроцесорного регулятор МТР-8. Він являє собою новий клас сучасних цифрових регуляторів, які використовуються для управління технологічними процесами в різних галузях промисловості. До основних переваг слід віднести високу якість і надійність, багатофункціональність і гнучкість, мале споживання електроенергії і компактність, простоту компоновки, зручність монтажу і обслуговування, широкі комутаційні властивості і невелику вартість. Параметри регулятора наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 Основні технічні характеристики регулятора МТР-8:

Механізми виконавчі електричні вибрано типу МЕО 100/25-0,25 які призначені для переміщення регулюючих органів у системах автоматичного регулювання технологічними процесами відповідно за управляючими сигналами автоматичних, регулюючих і керуючих пристроїв.

Основні функції виконавчого механізму МЕО:

         автоматичне або дистанційне переміщення робочого органу;

         автоматичне і дистанційне зупинення робочого органу арматури в будь-якому проміжному положенні;

         позиціонування робочого органу трубопровідної арматури в будь-якому проміжному положенні;

         ручне переміщення робочого органу арматури;

         формування інформаційного сигналу про кінцевих і проміжних положеннях робочого органу арматури і динаміку його переміщення.

3.4 Розробка проектної документації

Розробка схеми автоматизації та її опис

Схема автоматизації похилого дифузійного апарату зображена в графічній частині на першому аркуші.

Згідно функціональної схеми автоматизації передбачається:

         регулювання питомого навантаження апарату;

         регулювання рівня в головній частині апарату;

         регулювання вмісту цукру в дифузійному соку;

         регулювання температурного режиму апарату;

         контроль витрат бурякової стружки;

         контроль витрат сульфітованої води;

         контроль витрат жомопресової води;

         управління подачею жомопресової води;

         контроль рН дифузійного соку.

Контроль витрат бурякової стружки здійснюється за допомогою стрічкових ваг 1а типу ЛТМ-1, які розташовані на транспортері подачі бурякової стружки в дифузійний апарат. Сигнал з виходу ваг надходить на технологічний індикатор 1б типу ІТМ22-02, який розміщений на щиті. Технологічний індикатор відображає значення витрат стружки на чотирьох-розрядних і лінійних індикаторах.

Питоме навантаження апарату вимірюється за допомогою шунта 2а типу 75ШС і перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою перетворювача 2б типу ПНСЗ-01. З виходу перетворювача уніфікований сигнал надходить на технологічний індикатор 2г типу ІТМ-22-02. На технологічний індикатор також надходить сигнал про швидкість обертання двигуна бурякорізки від перетворювача частоти 2д типу Lenze 8200 HVAC. Технологічний індикатор відображає значення навантаження і швидкості обертання двигуна. Питоме навантаження похилого дифузійного апарату регулюється шляхом впливу на продуктивність бурякорізки за допомогою частотного перетворювача Lenze 8200 HVAC.

Контроль витрат сульфітованої води здійснюється за допомогою датчика витрат і технологічного індикатора. Витрати вимірюються приладом 3а типу Mag 1100flo сигнал з якого надходить на технологічний індикатор 3б типу ІТМ-22-02.

Контроль витрат жомопресової води здійснюється за тим же принципом. Вимірюються витрати за допомогою датчика 4а типу Mag 1100flo. З виходу датчика сигнал надходить на вторинний прилад 4б типу ІТМ-22-02, який здійснює реєстрацію і відображення витрат жомопресової води.

Подача жомопресової води здійснюється в ручному режимі за допомогою кнопки управління 5б типу ПКЕ 112/2, що включає виконавчий механізм 5а типу МЕО 100/25-0,25, який розташований в трубопроводі подачі жомопресової води.

Автоматичне регулювання концентрації дифузійного соку здійснюється шляхом впливу на витрати сульфітованої води. Для забезпечення необхідної якості регулювання при значних постійних часу і чистому запізненні використана двоконтурна структура автоматичної системи регулювання з використанням в якості додаткового сигналу зміну концентрації цукру в сокостружковій суміші в середній точці апарату. Вміст сухих речовин, що характеризує вміст цукру, вимірюється за допомогою рефрактометрів 6а і 6б, типів ВАП-2. З них сигнал надходить на регулятор 6в типу МІК-25-02, який виконує обробку вхідного сигналу і формує регулюючий вплив на виконавчий механізм 6г типу МЕО 100/25-0,25, що встановлений в трубопроводі подачі сульфітованої води.

Необхідна тривалість контакту бурякової стружки з соком досягається шляхом автоматичної стабілізації рівня в головній частині апарату. Рівень вимірюється за допомогою перетворювача рівня 7а типу Метран 100ДГ-1531, сигнал з якого надходить на регулятор 7б типу МІК-21-05. регулятор виконує обробку вхідного сигналу і здійснює регулюючий вплив на виконавчий механізм 7в типу МЕО 100/25-0,25 встановлений в трубопроводі відкачки дифузійного соку.

Для автоматичного підтримання заданого температурного режиму дифузійний апарат розбивають на 5 секцій. В кожну секцію підводиться гріюча пара. Температуру сокостружкової суміші регулюють шляхом впливу на витрати гріючої пари. Датчиками температури служать мідні термометри опору 8а-8д типу Метран-203. Сигнал про значення температури надходить до багатоканального регулятора температури 8е типу МТР-8. при відхиленні вхідних параметрів регулятор здійснює регулюючий вплив на виконавчі механізми 8є-8і типу МЕО 100/25-0,25, що встановлені в трубопроводах подачі гріючої пари до кожної із секції парової сорочки.

рН дифузійного соку вимірюється за допомогою чутливого елемента 9а типу ДМ-5М, сигнал з якого надходить на перетворювач 9б типу рН-202.1. з виходу перетворювача сигнал про значення рН надходить на вторинний прилад Н-342К, який розміщений на щиті і відображає значення рН.

Витрати дифузійного соку з виходу дифузійного апарату вимірюються датчиком 10а типу Mag 1100flo, сигнал з якого надходить на вторинний прилад 10б типу ІТМ-22-02, який реєструє і відображає значення витрат.

Розробка схеми принципових та їх опис

Принципові електричні схеми наведені в графічній частині даного дипломного проекту і складаються з:

         принципової електричної схеми живлення;

         принципової електричної схеми регулювання рівня дифузійного соку;

         принципової електричної схеми регулювання питомого навантаження дифузійного апарату;

         принципової електричної схеми регулювання концентрації дифузійного соку;

         принципової електричної схеми регулювання температури в дифузійному апараті.

Принципова електрична схема регулювання рівня дифузійного соку складається з датчика рівня 7а, регулятора 7б і виконавчого механізму 7в. Сигнал про значення рівня в дифузійному апараті по провідниках 7-1, 7-2 надходить на вхід регулятора через клемно-блочне з’єднання, виводи 1,2. Регулятор сприймає вхідний сигнал, обробляє і порівнює із завданням, і при виникненні сигналу розбалансу спрацює одне з вихідних реле клемно-блочного з’єднання і замкне коло живлення виконавчого механізму.

Принципова електрична схема регулювання концентрації дифузійного соку працює наступним чином. Сигнал про значення концентрації дифузійного соку надходить від датчика 6а до регулятора 6в по провідниках 6-1 і 6-2 через клемно-блочне з’єднання. Крім того на вхід регулятора також подається додатковий корегуючий сигнал по провідниках 6-3 і 6-4 від датчика 6б. Регулятор обробляє вхідні сигнали і при наявності розбалансу вводить регулюючу дію на виконавчий механізм 6г по провідниках 6-5 і 6-6 через вихідні реле клемно-блочного з’єднання.

Принципова електрична схема регулювання питомого навантаження дифузійного апарату складається з датчика навантаження 2а, перетворювача 2б, технологічного індикатора 2г і перетворювача частоти Lenze 8200 HVAC, які взаємодіють між собою. Сигнал про навантаження дифузійного апарату вимірюється шунтом 2а сигнал з якого надходить до перетворювача 2б, де сигнал перетворюється в уніфіковану форму. З виходу перетворювача по провідниках 2-1 і 2-2 сигнал надходить до технологічного індикатора 2г, з виходу якого сигнал надходить до перетворювача частоти Lenze 8200 HVAC по провідниках 2-2 і 2-3. сигнал про значення швидкості двигуна бурякорізки надходить до індикатора по провідниках 2-2 і 2-4.

Принципова електрична схема регулювання температури в дифузійному апараті складається з датчиків температури 8а-8д, багатоканального регулятора температури 8е і виконавчих механізмів 8є-8і. Сигнал про значення температури надходить на вхідне клемно-блочне з’єднання регулятора по провідниках 8-1, 8-2, 8-3. Регулятор сприймає значення параметра перетворює, обчислює і здійснює регулюючий вплив на виконавчий механізм 8є по провідниках 8-16 і8-17. Всі контури в системі однотипні і працюють аналогічно із заміною позицій датчиків, виконавчих механізмів і номерів провідників.

3.5 Монтаж і налагодження засобів автоматизації

Розташування щитів на технологічній ділянці

Враховуючи те, що цукрове виробництво об’єднує багато складних технологічних процесів, то щит розміщується в найбільш оптимальних для нього умовах.

Щит автоматизації розміщують в спеціальному приміщенні.

Спеціальні приміщення в залежності від їх функціонального призначення (апаратні, операторські, диспетчерські) характеризуються різними розмірами, місцем розташування, мікрокліматом.

В операторських приміщеннях зберігається вся апаратура необхідна для оперативного контролю і управління технологічного процесу.

Апаратні служать для розміщення неоперативних засобів автоматизації, таких як регулятори, функціональні блоки, релейні та інші електро- і пнемо - прилади, встановленні на об’ємних і плоских штативах, релейних щитах і щитах з зборками контактних затискачів. Апаратні не мають постійного обслуговуючого персоналу.

Місце встановлення щитових конструкцій в спец приміщеннях повинні відповідати вимогам, які зумовлять нормальні умови монтажу і експлуатації приладів і засобів автоматизації. У відповідності з вимогами СНИП 3.05.07-85, до початку монтажу щитових конструкцій у відповідних приміщеннях, всі будівельно - монтажні роботи по встановленню трубопроводів і обладнання повинні бути завершені. В спеціальних приміщеннях повинні бути виконані всі будівельні роботи, в тому числі повинні бути змонтовані джерела живлення та підведені до місця монтажу.

В приміщенні встановлені щита температура навколишнього середовища повинна бути не нижчою +5°С.

Розміщення, розміри та експлуатаційні умови спеціальних приміщень, розрахованих на встановлення в них щитів, виконують у відповідності з вимогами РТМ 25.298-83, а також ВСН 205-84. Вибір місця розміщення щитових приміщень (операторських, апаратних) у виносних окремих спорудах повинен відповідати протипожежним вимогам, нормам, будівельним рішенням.

Спеціальні приміщення не дозволяється розміщувати над або під вентиляцією, в місцях на які діють сильні магнітні поля а також в місцях вібрацій.

Площа приміщень вибирається з урахуванням робочої зони. Ширина від 9 до 12 м, висота до 3 м. Ширина між щитом та стінкою повинна бути в межах 0,6-0,8 м.

Щитове приміщення обладнується засобами опалення та вентиляції повітря.

Освітлення спец приміщень повинно забезпечити:

         Рівномірне освітлення поверхні щита;

         Відсутність тіней;

         Відсутності пульсації світлового потоку;

         Подібні характеристики джерел освітлення до характеристик денного світла;

         Мінімальні контрасти в приміщенні.

У приміщенні повинно бути основне та резервне освітлення.

Будівельною частиною, згідно проекту, повинні бути передбаченні закладні конструкції для встановлення і закріплення щитів, а також подвійна підлога, канали, проходи та інше. Подвійні канали монтуються для прокладки під щитами кабелів.

Проводки під щитами прокладаються в трубах, в подвійній підлозі. При установці щита нижче відмітки подвійної підлоги, на чорній підлозі захисного простору доцільно монтувати канали глибиною 50-70 мм, шириною 300-500 мм. Наявність таких каналів дає можливість здійснювати прохід кабелю під раму щита. Канали виконують у шарі бетону.

Рисунок 3.1 - Встановлення щита над подвійною підлогою в спеціальному приміщенні

- закладний елемент;

- щит;

- рівень верхньої підлоги;

- плита підлоги.

Перед початком монтажних робіт щита, потрібно перевірити будівельну і технологічну готовність проекту, повинні бути виконані підготовчі роботи, змонтовані металоконструкції. Електричні проводки повинні бути підведенні до місці встановлення щита, кінці яких встановлюють так, щоб вони не заважали встановленні та закріплені щита; і виключалась можливість їх механічного пошкодження.

Щитові конструкції повинні поставлятися на об’єкт в завершеному для монтажу виді, а саме з приладами, з внутрішньою електропроводкою, з конструкціями для установки і кріплення приладів і апаратів.

При монтажі щит встановлюється у вертикальному положенні. Каркаси і допоміжні елементи повинні бути закріплені між собою. Зварювальні шви в місцях кріплення зачищають та фарбують. Дефекти що виникли під час монтажу усуваються, затягуються різьбові з’єднання, порушенні контактні з’єднання відновлюють. При закінченні монтажних робіт щит підлягає ретельному огляді.

Електричні проводки вводяться в щит через ущільнювачі. Для ущільнення вводів виконують захисні гільзи, які у бетонних перегородках встановлюють герметично, а до металевих приварюють. Гільзи ущільнюють сальниками.

Для ущільнення вводу захисних труб на відстань використовують ущільнюючі трійники, які після затягнення в них електропроводок заливають розігрітою кабельною масою.

Кабелі проводять до щита у тому порядку, в якому вони згруповані в приміщенні. Підведенні до щита кабелі підключають до клемників.

У відповідності з вимогами ОСТ 36.13-76, кожний щит повинен заземлюватися, тому щит повинен мати заземлюючий зажим по ГОСТ 21130-75, до якого під’єднується заземлюючий провідник (краще мідний). Заземлюючий зажим знаходиться у нижній частині опорної рами щита, та позначений відповідним знаком.

Заземлення щитових конструкцій проводять згідно ГОСТ 12.007.7-85.

Металеві елементи щитових конструкцій, в тому числі деталі для монтажу приладів і апаратів, повинні мати надійне електричне з’єднання з заземлюючим затискачем.

Заземлення корпусів приладів, які мають спеціальні виводи «земля», виконують гнучким провідником. Цей провідник від клеми «земля» під'єднується до нульового затискача щита.

Компонування приладів і засобів автоматизації на щитах та їх монтаж

Для розміщення приладів і апаратури дифузійного апарату вибираємо щит ШЩ-ЗД-І-2200х800х600.

Компоновка приладів на щиті виконується згідно з ОСТ 36-13-90. відстань між приладами на фасадній панелі щита визначається згідно з рекомендаціями РМ 4-51-73 «Щиты и пульты управления. Принципы компоновки».

Поле І щита являється декоративним і на ньому прилади не розміщуються. На фасадній панелі щита розміщено мікропроцесорні регулятори МІК-25-02, МІК-21-05, МТР-8, технологічні індикатори ИТМ-22-02, лампа сигналізації напруги, вторинний прилад Н-342К і кнопка управління ПКЕ 112/2.

Лампа сигналізації напруги розміщена на висоті 1900 мм., технологічний індикатор - 1750 мм і 1550 мм, регулятори МІК-25-02 МІК-21-05, МТР-8 - на висоті 1350 мм, вторинний прилад Н-342К - на висоті 1750 мм, кнопка управління - на висоті 1050 мм.

Клемно-блочні з’єднання для підключення вхідних і вихідних кіл регулятора розміщуються на передній панелі з середини щита на висоті 1150 мм.

При монтажі приладів на бокових стінках щита ліва і права стінки навантажуються однаково, тому що при автоматизації пневматика не використовується.

Автоматичні вимикачі розміщені на лівій стінці щита на висоті 1200 мм і 1000 мм. На праві стінці на висоті 1000 мм розміщені блоки живлення.

Електричні проводки всередині щита виконують по ОСТ 36-13-90. Провідники в щиті збираються в джгути, які прокладаються горизонтально або вертикально по найкоротшим відстаням з найменшим числом згинів. Джгути не повинні заважати при експлуатації приладів. Кріплення провідників проводиться за допомогою перфорованої стрічки. Маркування провідників проводять по ГОСТ 19034-82, полівінілхлоридними трубочками білого кольору довжиною 15-20 мм.

При компоновці щита необхідно відводити достатньо місця для природної вентиляції приладів. Якщо вони нагріваються до температури 50ºС, то потрібно використовувати штучні джерела вентиляції.

Монтаж датчиків і регулюючих органів на об’єкті

При автоматизації дифузійного апарату використовуються датчики температури, рівня, рН, концентрації, витрат і виконавчі механізми, для зміни положення регулюючого органу в залежності від команди регулятора.

Датчиком температури служить термоперетворювач опору Метран-203. Перед його монтажем ретельно перевіряємо цілісність чутливого елемента і опір ізоляції по відношенню до захисної арматури. На рисунку 3.2 зображено методи монтажу термоперетворювачів опору.

Рисунок 3.2 Методи монтажу термоперетворювачів опору

а, б - на горизонтальних та вертикальних поверхнях;

в-на коліні;

г - за допомогою розширювача.

Монтаж термоперетворювача опору проводиться за допомогою бобишки, яка встановлюється в трубопроводі.

При монтажі датчиків температури повинні виконуватись такі вимоги:

1.   місце датчика відповідає технічному проекту і інструкції з експлуатації завода виробника;

2.   забороняється монтувати датчик в незавершених трубопроводах або обладнанні;

3.   не повинні встановлюватись у вологих приміщеннях, у приміщеннях з вібрацією, з ударним навантаженням, в агресивному середовищі, якщо інше не дозволяється заводом виробником;

4.   прилади повинні пройти зовнішній огляд і перед монтажну перевірку.

5.      глибина чутливого елемента повинна забезпечити найбільший дотик із середовищем вимірювання;

.        на прилад не повинні впливати сторонні джерела тепла і радіації

.        з’єднання датчика і регулятора повинно проводитись термоелектричними провідниками.

Датчиком рівня служить перетворювач рівня Метран 100ДГ-1531, що встановлений безпосередньо в корпусі дифузійного апарату. При його монтажі необхідно щоб забезпечувалась зручність монтажу та обслуговування. Місце встановлення датчика повинне відповідати технічному проекту.

Чутливим елементом для вимірювання рН дифузійного соку служать електроди ДМ-5М. Електроди перетворюють значення рН в пропорційний сигнал електричної напруги. Монтаж чутливого елемента проводять в місцях легкодоступних для обслуговування, з характерним рН.

Рефрактометри призначені для вимірювання вмісту цукру в дифузійному соку і встановлені в трубопроводі відкачування дифузійного соку. Монтуються на байпасній лінії за допомогою фланцевих з’єднань.

Витрати дифузійного соку, сульфітованої та жомопресової води вимірюються за допомогою витратоміра типу Mag 1100flo. Його розміщення і монтаж проводиться таким чином, щоб забезпечити необхідну точність вимірювань, вільний доступ при налагодженні. Перед монтажем прилад піддають зовнішньому огляду, при цьому перевіряється відповідність технічним параметрам, комплектність, відсутність механічних пошкоджень. Кріплення приладу в технологічному трубопроводі не повинно порушувати його герметичність. Для забезпечення щільності з’єднань використовують прокладки з різних матеріалів, що вибираються в залежності від середовища вимірювання. Витратомір Mag 1100flo монтується в трубопровід за допомогою фланцевих з’єднань. При цьому установка фланців повинна проходити так, щоб площини фланців були паралельні між собою і перпендикулярні до осі трубопроводу. Прокладка що використовується для ущільнення не повинна виступати всередину трубопроводу. Важливою умовою при монтажі датчика є те, що він монтується на прямій ділянці трубопроводу і вимірювальне середовище повинне повністю заповнювати трубопровід.

Забезпечення заданого режиму регулювання в значній мірі залежить від правильного встановлення регулюючого органу. При цьому повинна бути чітко встановлена залежність між переміщенням регулюючого органу, виражена в градусах. Регулюючі органи встановлюються на трубопроводі. Вони повинні вільно, без заклинювання переміщатися від одного крайнього положення до іншого.

Виконавчий механізм встановлюють поблизу регулюючого органу в місцях без вібрацій, у суворому співвідношенні з проектом. Монтаж проводиться на спеціальних підставках або кронштейнах, які в свою чергу закріплюють на стінах, каналах та інших конструкціях споруди. Конструкція кріплення виконавчого механізму повинна бути міцною з урахуванням маси механізму та створення ним зусиль. При встановленні виконавчого механізму потрібно стежити щоб його вал знаходився у горизонтальному положенні. Вал з’єднують з валом регулюючого органу кривошипом і тягою. Корпус заземлюють за допомогою провідника з перерізом не менше 4 .

Рисунок 3.3 - Загальний вид, виконавчого механізму МЕО 100/25-0,25

- речаг; 5 ручний привід; 9 - зубчаста пара;

- болт заземлення; 6 - редуктор; 10 - черв’ячна пара.

- датчик; 7 - штепсельний розєм;

- панель; 8 - електродвигун;

При відхиленні певного технологічного параметра від номінального значення, регулятор подає сигнал на виконавчий механізм, рух якого має призвести до встановлення технологічного параметра в номінальне значення. Рух виконавчого механізму обмежується кінцевими вимикачами які відключають електродвигун виконавчого механізму при досягненні ним одного з кінцевих положень.

Налагодження системи автоматизації

Для забезпечення нормального проходження технологічного процесу і точності контролюючих параметрів велику увагу приділяють налагодженню приладів і засобів автоматизації.

Налагодження засобів вимірювань і систем технологічного контролю передбачає комплекс робіт по їх перевірці і налагодженні, що забезпечує одержання достовірної інформації, позначення контрольованих величин і хід технологічного процесу.

Налагоджувальні роботи виконуються в три стадії.

На першій стадії проводяться підготовчі роботи, вивчаються проектні рішення, канали зв’язку з об’єктом, технологічне обладнання, здійснюється передмонтажна перевірка приладів і засобів автоматизації.

На другій стадії виконується автономне налагодження систем технологічного контролю, монтаж яких закінчено на об’єкті. Роботи другої стадії можуть виконуватися одночасно з монтажними роботами.

На третій стадії виконуються роботи по комплексному налагодженні систем контролю і автоматизації до значень при яких система використовується в експлуатації. Роботи третьої стадії проводяться після повного закінчення будівельно - монтажних робіт.

Налагоджувальні роботи включають такі операції:

. Підготовча робота, в процесі якої наладчики спільно з монтажним персоналом детально розглядають проектну та іншу технологічну документацією, вносять до неї необхідні зміни, знайомляться з об'єктами налагоджувальних робіт і технологією виробництва, основним і допоміжним обладнанням, після чого складають програму налагоджувальних робіт.

. Стандартна перевірка і регулювання приладів і апаратури автоматизації, яка проводиться на стендах в лабораторії налагоджувальної дільниці. При стендовій перевірці визначають, чи відповідає апаратура проекту, а також технічній документації заводів-виробників. Якщо прилад не відповідає вказаній технічній документації, його не можна використовувати при монтажі.

. Індивідуальне випробування апаратури, після закінчення монтажу. Випробування проводять на непрацюючому технологічному обладнанні шляхом штучно подаваних сигналів на той чи інший прилад або елемент схеми автоматизації. При цьому встановлюють відповідність змонтованої апаратури і з'єднувальних проводок нормам, а також перевіряють працездатність приладів і засобів автоматизації, правильність і надійність спрацювання їх при подачі штучних сигналів.

. Налагодження приладів і засобів автоматизації на оптимальний режим роботи на працюючому технологічному обладнанні.

Мета пусконалагоджувальних робіт - відрегулювати весь комплекс пристроїв і налаштувати їх на заданий технологічний режим. Попереднє випробування і налагодження систем автоматизації виконують у відповідності з технологічними режимними картами, які надаються замовником.

Налагодження і підготовку до пуску розпочинають з пристроїв, які живлять прилади і системи автоматизації електроенергією.

При налагодженні системи автоматизації на діючому технологічному обладнанні необхідно забезпечити проектну точність вимірювання параметрів технологічного процесу. Точність виміру системи перевіряють порівнянням показів приладів системи контролю з безпосереднім вимірюванням параметрів процесу або даними, одержаними в результаті розрахунків. Безпосереднє вимірювання параметрів виконують зразковими приладами на місці.

При визначенні точності роботи системи контролю наладчик повинен враховувати і вводити поправки на відхилення становищ вимірюваних середовищ від розрахункових. Як правило, точність роботи системи автоматизації перевіряють при показниках технологічного процесу, близьких до проектних, щоб умови роботи приладів також наближались до розрахункових. Вимога наявності середніх навантажень в повній мірі відноситься й до наладки систем регулювання та дистанційного управління.

При відхиленні показів системи контролю від розрахункових перевіряють всі елементи системи, включаючи і з'єднувальні лінії, усувають несправності і повторно включають систему в роботу.

Точна і надійна робота системи контролю в значній мірі визначається якістю проведення початкових етапів налагоджувальних робіт, а систем регулювання - якістю динамічної настройки на діючому технологічному обладнанні.

Налагодження автоматичних систем регулювання включає такі види робіт:

1.  Визначення інерційності і коефіцієнта підсилення регулюючих величин;

2.      Розрахунок за одержаними даними настройок регуляторів;

.        Встановлення і включення регуляторів з розрахунковими значеннями настройок в роботу;

.        Корегування при необхідності встановлених значень параметрів динамічної настройки регуляторів.

Інерційні властивості об'єкта можуть бути визначені як розрахунковим шляхом, так й експериментально. На практиці налагоджувальних робіт застосовують різні експериментальні методи оцінки властивостей регульованих величин, оскільки вони менш громіздкі й дозволяють враховувати всі відхилення конструкцій апаратів і самих процесів від ідеальних, які приймаються за основу при розрахункових методах. Вид експериментального методу вибирають з урахуванням необхідної точності одержаних даних, захищеності процесу від перешкод, можливих відхилень параметрів ділянок регулювання від номінальних, необхідних для одержання достеменних характеристик.

Обробка одержаних експериментальних даних дозволяє одержати інформацію про властивості каналів регулювання, такі як інерційність та коефіцієнт підсилення. Після настройки регуляторів системи включають в роботу. Завдання регуляторам по підтриманню регульованих величин встановлюють у відповідності з вимогами проекту або технологічного персоналу. При роботі систем дистанційного управління, що входять в системи регулювання, номінальне значення регульованого параметра повинно забезпечуватися при відкритті регулюючого органу в межах 40-75% від максимального.

Налагоджувальні роботи повинні проводитися з відома технологічного персоналу. При оцінці автоматичної системи вирішальне слово залишається за технологами.

Для підтримання значень технологічного процесу використано мікропроцесорні регулятори МІК-25-02, МІК-21-05, МТР-8 робота яких залежить від правильності їх налаштування. Вони є легко програмованими, зручними у використанні компактними приладами. Регулятори дуже гнучкі у використанні і можуть швидко і легко, змінивши конфігурацію, виконати більшість завдань управління технологічними процесами.

Регулятори конфігуруються через передню панель приладу або через гальванічно розділений інтерфейс RS-485, що також дозволяє використовувати прилади в якості віддаленого контролера при роботі в сучасних мережах управління і збору інформації.

Параметри конфігурації регуляторів зберігаються в незалежній пам'яті. Програма конфігурації регуляторів повинна бути складена заздалегідь і оформлена в виді таблиці, це позбавить користувача від помилок при введенні параметрів конфігурації.

При настройці і перебудові з одного типу вхідного сигналу на інший тип, необхідно привести у відповідність наступне:

- параметри меню конфігурації, що відповідають типу вхідного сигналу;

-        положення перемичок на клемно-блоковому з'єднувачі; 

-        положення перемичок на модулі універсальних входів.

Після виконання операцій конфігурації, регулятори переводять в режим РОБОТА. У режимі РОБОТА відбувається вимірювання і обробка вхідних сигналів по заданій програмі.

Висновок: в даному розділі дипломного проекту сформовано завдання по автоматизації похилого дифузійного апарату. На підставі цих завдань вибрано шляхи (методи) їх досягнення. Для технічної реалізації системи автоматизації вибрано сучасні мікропроцесорні засоби. Для розміщення приладів і засобів автоматизації вибрано щит ШЩ-ЗД-І-2200х800х600, який скомпоновано з урахуванням нормативних вимог і безпеки обслуговування. Щит розміщений в спеціальному приміщенні.

4. Розрахункова частина

4.1 Розрахунок регулюючого органу

Для розрахунку регулюючого органу для регулювання води маємо такі вихідні дані: середовище - вода; максимальні об’ємні витрати ; перепад тиску при максимальних розрахованих витратах ; температура ; густина ; абсолютний тиск до регулюючого органу ; абсолютний тис насичених парів при  ; кінематична в’язкість при  .

Розрахунок.

1.  Визначаємо максимальну пропускну здатність:

(4.1)

.        Попередньо по каталогу вибираємо двох сідельний регулюючий орган що має: , .

3.      Визначаємо число Рейнольдса:

 (4.2)

Так як , то вплив в’язкості на витрати не враховуємо і вибраний регулюючий орган перевіряємо на виникнення кавітацій.

4.  Визначаємо коефіцієнт опору регулюючого органу:

                                                    (4.3)

де F_y =  - площа перерізу вхідного отвору РО, см²;

Рисунок 4.1 - Залежність коефіцієнта кавітації k_кав і k_{кав max} від

З графіка 3 на рисунку 4.1 знаходимо коефіцієнт кавітації .

5.  Визначаємо перепад тиску при якому виникає кавітація:

 (4.4)

.        Заданий перепад тиску , звідси, вибраний регулюючий орган буде працювати в кавітаційному режимі і не забезпечить заданих витрат рідини.

Якщо за умовами технологічного процесу неможливо знизити  до  або збільшити  до , то необхідно вибрати ближній більший регулюючий орган, для якого знову визначаємо , , . В даному випадку вибираємо двох сідельний регулюючий орган з , , для якого:

 (4.5)

де F_y =  - площа перерізу вхідного отвору РО, см²;

По графіку 3 на рисунку 4.1 визначаємо коефіцієнт кавітації що буде відповідати максимальним витратам, .

Тоді:

 (4.6)

Визначаємо максимальну пропускну здатність:

 (4.7)

Оскільки,  менше , то повторно вибраний регулюючий орган забезпечить задані максимальні витрати в умовах кавітації і вибір регулюючого органу вважається закінченим.

Висновок: після проведених розрахунків вибрано двох сідельний регулюючий орган з , .

4.2 Розрахунок надійності каналів регулювання

Автоматичні системи регулювання, які застосовуються для забезпечення правильного ходу технологічного процесу повинні мати високу надійність, оскільки повний або частковий вихід їх з ладу може призвести до порушень технологічного процесу, тобто до виходу за допустимі межі.

Надійність - це властивість виробу зберігати свої параметри в заданих межах при визначених умовах експлуатації.

У відповідності з ГОСТ 27.002-83 надійність - це комплексна властивість, яка в залежності від призначення об’єкта та умов його експлуатації може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і здатність до зберігання окремо або сполучення цих властивостей як для системи, так і для її частин.

До кількісних показників надійності належить ймовірність безвідмовної роботи, інтенсивність напрацювання на відмову. Ймовірність безвідмовної роботи Р(t) - це ймовірність того, що в заданому інтервалі часу при заданих режимах і умовах роботи не виникне відмова.

Ймовірність безвідмовної роботи АСР залежить від надійності елементів та структурної схеми з’єднань. В автоматичних системах регулювання елементи з’єднані послідовно. Такі системи працездатні лише при справності всіх їх складових елементів. При послідовному з’єднанні елементів АСР ймовірність безвідмовної роботи системи розраховується за формулою:

, (4.8)

де n - кількість елементів в АСР,- час експлуатації.

λі - інтенсивність відмов і - того елемента, яка дається в технічній документації на прилад або приймається по таблицям показників надійності.

Для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи АСР температури дифузійного апарату складаємо таблицю інтенсивності відмов елементів АСР.

Таблиця 4.1 Інтенсивність відмов елементів АСР температури пари

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи автоматичної системи регулювання температури за 100, 1000, 10000 годин нормальної експлуатації:

Р(100)= ехр (41,64*10*100)=0,995

Р(1000)= ехр (41,64*10*1000)=0,959

Р(10000)= ехр (41,64*10*10000)=0,659

Висновок: ймовірність безвідмовної роботи АСР температури дифузійного апарату за 1000 годин нормальної експлуатації досить висока 0,959, що більше нормативного показника 0,7.

4.3    Розрахунок забезпечення енергоресурсами системи автоматизації

Для розрахунку забезпечення енергоресурсами системи автоматизації складаємо таблицю споживачів даної системи.

Таблиця 4.2 - Споживачі системи автоматизації

Розраховуємо ввідний автомати за формулою:

                                            (4.9)

де  - сумарне значення потужності,

 - напруга живлення.

Згідно розрахованого струму споживання для захисту в мережі вибираємо автоматичний вимикач типу АК63-1М з струмом розчеплення .

Для захисту окремо кожного споживача вибираємо автоматичний вимикач типу АК63-1МГ із струмом розчеплення який наведений в таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 - Струми автоматичних вимикачів

Висновок: згідно проведеного розрахунку для захисту системи автоматизації вибрано автоматичний вимикач АК63-1М з струмом розчеплення =16А, а для захисту окремо кожного споживача системи автоматизації вибрано автоматичний вимикач АК63-1МГ.

5. Розрахунок економічної ефективності

.1 Вихідні дані

Таблиця 5.1 - Техніко-економічні показники підприємства

Таблиця 5.2 - Перелік приладів і засобів автоматизації

Таблиця 5.3 - Перелік монтажних матеріалів

.2      Розрахунок капітальних вкладень на придбання, транспортування та монтаж приладів і засобів автоматизації

Капітальні вкладення - це кошти, що направляються на розширене відтворення основних фондів та об'єктів соціальної інфраструктури підприємства.

Таблиця 5.4 - Кошторис капітальних витрат на систему автоматизації

5.3    Розрахунок заробітної плати обслуговуючого персоналу до автоматизації

Для розрахунку заробітної плати необхідно скласти штатний розклад обслуговуючого персоналу за такою формою:

Таблиця 5.5 - Штатний розклад

Розрахунок заробітної плати за тарифом:

грн. (5.1)

 грн.

де  - середня тарифна ставка за год., грн.;

- тривалість роботи обладнання, год.,

Розрахунок середньої тарифної ставки:

, грн. (5.2)

грн.

де  - тарифна ставка і-того розряду, грн.;

 - чисельність обслуговуючого персоналу, чол.

Розрахунок тривалості роботи обладнання в годинах:

, год.                                      (5.3)

год.

де - кількість днів роботи обладнання;

- кількість змін на добу

 - тривалість зміни, год.

Розрахунок доплат за шкідливі умови праці:

, грн. (5.4)

 грн.

де  - відсоток доплат, %

Розрахунок доплат за професійну майстерність:

, грн. (5.5)

грн.

де  - середній відсоток доплат за професійну майстерність, %

Розрахунок середнього відсотку доплат за професійну майстерність:

, % (5.6)

де  - відсотки доплат за професійну майстерність і-того розряду, які приймаються у розмірі: 3 розряд - 12%, 4 розряд - 16%, 5 розряд - 20%, 6 розряд - 24%.

Розрахунок доплат за роботу у нічний час:

, грн. (5.7)

 грн.

де  - відсоток доплат за роботу у нічний час. Доплата за роботу у нічний час становить 40% тарифної ставки. При безперервному режимі роботи нічний час складає 1/3 робочого часу. Таким чином, по відношенню до тарифного фонду доплата складе: .

Розрахунок доплат за роботу у святкові дні:

, грн. (5.8)

 грн.

де  - кількість святкових днів за рік

- кількість змін на добу

 - тривалість зміни, год.

Розрахунок суми премії:

, грн. (5.9)

грн.

де % П - відсоток премії від тарифної ставки.

Розрахунок фонду основної заробітної плати:

, грн. (5.10)

грн.

Розрахунок додаткової заробітної плати:

, грн. (5.11)

 грн.

де  - відсоток додаткової заробітної плати, який складає 10% від основної заробітної плати.

Розрахунок фонду оплати праці:

, грн. (5.12)

грн.

5.4 Розрахунок заробітної плати обслуговуючого персоналу після автоматизації

Для розрахунку заробітної плати необхідно скласти штатний розклад обслуговуючого персоналу за такою формою: