Разработка системы управления процессом копчения

Разработка системы управления процессом копчения

Введение

Копчение - процесс обработки пищевых продуктов дымовоздушной смесью с целью достижения бактериального и антиокислительного эффектов. При этом их поверхности окрашиваются в золотисто-коричневые цвета, а сами продукты приобретают специфический приятный вкус и аромат копчения.

С давних времен люди используют копчение, как способ консервации продукта в аккорде с приданием ему особенно ароматного запаха и замечательного вкуса. Как впервые были получены копченое мясо или рыба никому не известно, но вместе с тем, это не было случайностью по той простой причине, что процесс этот продолжительный и требует наличия определенных знаний.

Сказать что копчение происходит только обработкой мяса дымом, не в коем случае нельзя, потому что существуют несколько способов копчения, а именно: дымовое, бездымное и смешанное.

Дымовое или обычное копчение осуществляется дымом, образующимся при неполном сгорании древесины.

Основным методом копчения мясной продукции а так же рыбы в настоящее время является дымовое копчение. При этом методе обработки эффект копчения достигается за счет попадания на поверхность мяса или рыбы под действием многочисленных факторов, например центробежных сил, седиментации, броуновского движения, конденсации паров, абсорбции в поверхностном слое влаги и пр., коптильных компонентов дыма и дальнейшего их проникновения в толщу, сопровождающегося специфическими реакциями взаимодействия с химическими составляющими продукта. Отличительными чертами обычного копчения являются длительность термической обработки и достигаемые при этом ярко выраженные свойства копченого продукта - интенсивная окраска поверхности, приятные дымовые вкус и аромат копчености.

В зависимости от температуры, копчение различают на холодное, горячее и полугорячее. Если рассматривать это на более доступном примере копчения рыбы в домашних условиях, то это будет выглядеть примерно так:

Горячее копчение. Этот способ имеет много преимуществ. Он быстрый, надежный, простой; рыба сразу готова к употреблению. И сооружений сложных не надо. Есть металлическая бочка - прекрасно, нет - можно обойтись старым ведром, только их надо тщательно прокалить. Обязательное условие - хорошо подогнанные крышки. Как использовать эти емкости - ясно из рисунка 1. Вставные сетки, на которые кладется рыба, делаются из отожженной стальной проволоки диаметром 4...6 миллиметров.

Рисунок 1 - Пример технологии горячего копчения

Итак, мы собрались коптить рыбу горячим способом. Мелкую рыбу не разделываем, среднюю потрошим, крупную разделываем на пласт или боковник - разделка вдоль позвоночника на два филе. Разделанную рыбу моем и солим сухим способом. Для этого нам понадобится доска или кусок фанеры, соль грубого помола №1 или №2. Посыпав солью доску и рыбу, втираем соль в тушку, двигая ею по столу с небольшим нажимом. Внутреннюю поверхность брюшка натираем солью вручную. Если рыба с толстой спинкой, делаем в ней разрез вдоль хребта, втираем и туда соль.

Посол жирной рыбы (мойвы, скумбрии, палтуса, ставриды, зубатки, камбалы, толстолобика, сома, налима) несколько отличается от вышеописанного. Натертая крупной солью каждая рыбина или пласт заворачиваются в пергамент или карандашную кальку, чтобы не окислялись жиры. Затем рыба послойно укладывается в эмалированную посуду, лучше в лотки с крышкой. Сверху все укрывается пергаментом, а края его подгибаются. Желательно уложить рыбу небольшой горкой, а крышкой придавить, зафиксировав веревкой или проволокой.

Засолка размороженной в холодной воде рыбы длится несколько дольше, чем свежей, - от 4...6 часов до суток.

Под действием соли происходит свертывание белков, теряется вкус и запах сырой рыбы, мясо ее уплотняется и становится годным к употреблению без дальнейшей кулинарной обработки.

Следующая операция - провяливание рыбы в течение 40...60 минут. За это время ее соленость достигает требуемых 1,5...2,0 процента и рыба частично обезвоживается, так как стекает тузлук - раствор соли. Рыба обвязывается бечевой и развешивается на вешалках и прикрывается от мух марлевым пологом. Можно уложить в полиэтиленовые мешки и укрыть в прохладном месте, например, в холодильнике или погребе. Во втором случае, перед закладкой рыбы в коптильню, ее тщательно протирают от тузлука, пересоленную промывают пресной водой, а потом протирают.

Рисунок 2 - Варианты обвязки рыбы для горячего копчения

Теперь можно коптить рыбу. На дно ведра или бочки загружается смесь ольховых или других чурочек с добавкой можжевельника, а на решетках из металлической проволоки в средней и верхней части сосуда размещается рыба, более крупная - внизу. Она укладывается неплотно в один слой. Обвязку, выполненную суровым шпагатом (синтетику не применять!) не снимают. Под бочкой разводят костер и по возможности плотно закрывают ее крышкой или металлическим листом. Через 30...60 минут в зависимости от размера рыбы и коптильни дым из-под крышки становится сухим и приобретает характерный аромат. Окончательно готовность определяется по внешнему виду рыбы, золотисто-чайному цвету и сухой поверхности шкурки. При этом коптильню можно открывать лишь на очень короткое время, чтобы не воспламенились чурки из-за доступа воздуха.

Рисунок 3 - Горячее копчение в бочке

В бочке можно расположить рыбу не трёх-четырёх сетках.

Температура внутри бочки около 80° при подсушке, которая составляет примерно четверть времени, и около 100° при непосредственном копчении. В результате этого процесса происходит свертывание белков, разрушение малостойких органических соединений, теряется часть азотистых веществ вместе с влагой, вытапливается жир.

Определить температуру достаточно просто - достаточно плеснуть на крышку воду. Если вода не кипит, а просто испаряется, - режим копчения выдерживается правильно.

Готовое блюдо не может храниться долго, его надо употреблять в течение двух-трех суток.

Холодное копчение. Холодное копчение более трудоемко. Надо сооружать специальную коптильню, дольше просаливать рыбу, и сам процесс занимает от двух до трех суток.

Рисунок 4 - Холодная коптильня

Канавка-дымоход делается примерно 100 Ч 100 или 150 Ч 150 мм. Сверху она закрывается доской и дерном. Внизу - ямка для костра. Сверху - ящик для копчения.

Устройство простейшей коптильни ясно из рисунка. Оптимальная длина наклонного дымохода должна быть не менее 7...10 метров. Если на участке есть погреб, можно использовать его, нет - придется устроить искусственную насыпь.

Свежую рыбу солят в течение пяти суток, размороженную - вдвое дольше. Причем рыбу, уложенную в лотки, дополнительно посыпают солью. Дольше длится и отмочка - 4...6 и более часов. После этого рыба обвязывается и провяливается в течение суток. Температура дыма в коптильне должна быть не более 35°. После копчения рыбу можно подвялить в течение суток - это увеличит срок хранения.

При холодном копчении рыба теряет значительную часть влаги и пропитывается, как бы консервируется, дымом от костра. И еще одно дополнение: чем больше соли в рыбе, тем ниже должна быть температура.

Полугорячее копчение. Для него годится рыба со сроком засолки более суток, отмочка может быть проведена «на глазок». В качестве коптильни использовалась обычная железная печка «буржуйка» с парой дополнительных колен на трубе, чтобы температура дыма была в районе 50...60°. Поддувало прикрывалось для обеспечения тления в топке, а рыба развешивалась в некотором удалении от среза трубы в зоне смешивания дыма с воздухом. Для копчения достаточно одного светового дня. Вкус рыбы несколько необычный, а внешний вид и аромат ближе к горячему копчению. Эта технология в настоящее время широкого распространения не получила, но интересна по своей простоте и большим возможностям для экспериментирования.

Рисунок 5 - Печь-буржуйка для полугорячего копчения

О древесине. Лучшие дрова для копчения - ольха и можжевельник. Но последний во многих районах стал редкостью и нуждается в охране. Поэтому при заготовке обламывайте аккуратно лишь сухие веточки, к тому же сырые все равно не годятся. Достаточно всего несколько веточек этого замечательного растения, чтобы придать рыбе и золотистый цвет, и неповторимый аромат.

Если нет ольхи, можно использовать сухую древесину любых твердых пород: дуба, орешника, ясеня, клена, яблони, груши, вишни, сливы; с березы обязательно надо снять кору - в ней содержится деготь. Ни в коем случае нельзя применять сосну, ель, кедр - в них много смолы. Древесину надо обязательно измельчить на небольшие чурочки или щепки по 4...6 сантиметров. При копчении можно и даже нужно использовать и опилки. Чурочки, ветки и опилки насыпаются на дно бочки ровным слоем. Они начнут тлеть и выделять дым, как только прокалится днище бочки или ведра от костра, разведенного внизу.

Несколько слов о самом костре. При копчении рыбы он должен быть небольшим, но давать много жару - дрова можно выбирать любые. Поддерживать костер, горящий ровно длительное время, - искусство, которое приобретается только собственным опытом. Но от этого опыта зависит качество приготовленной копченой рыбы.

Бездымное или мокрое копчение - это копчение коптильными препаратами, которые представляют собой экстракты продуктов термического разложения древесины, подвергнутые специальной обработке.

Бездымное копчение основано на применении коптильных препаратов. Оно может осуществляться либо путем погружения рыбы либо мясной продукции в раствор коптильной жидкости с последующей термической обработкой, либо в процессе термической обработки средой из мелкодиспергированной или парообразной коптильной жидкости. В первом случае попадание коптильных компонентов в мясо происходит диффузионным путем, во втором - по аналогии с обычным дымовым копчением.

К несомненным преимуществам новой прогрессивной технологии бездымного копчения по сравнению с устаревшими способами изготовления копченых продуктов, когда используется древесный дым, относятся:

увеличение производительности и улучшение санитарно-гигиенических условий труда работающих на коптильных предприятиях;

возможность сравнительно простого решения экологических проблем, неизбежно возникающих при изготовлении копченостей по старой технологии;

ликвидация дымогенераторных подразделений при ощутимой экономии электроэнергии и древесины;

повышение рентабельности коптильных производств;

реальные возможности быстрого расширения ассортимента разнообразных копченых изделий из мяса и рыбы по простой, поддающейся полной механизации технологии (например, при введении специализированных коптильных препаратов в полуфабрикаты, при изготовлении консервов, структурированных и формованных продуктов сыра и др.);

возможность использования принципа малоотходной технологии в коптильном производстве и т.д.

А также возможность производить копченую продукцию, не отличающуюся по своим свойствам от продуктов дымового копчения, но не содержащую вредных примесей (канцерогенные и токсичные вещества).

Смешанное или комбинированное копчение представляет собой сочетание дымового и мокрого копчения. При этом способе мясо, предварительно обработанное коптильным препаратом, докапчивают древесным дымом.

Дым. Его свойства и недостатки.Дым - типичный аэрозоль, образующийся в результате частичной конденсации газообразных продуктов термического разложения различного древесного материала. Как всякий аэрозоль, дым состоит из двух частей: капельно-жидкой (дисперсной) фазы и газа (дисперсионная среда). При этом к капельно-жидкой фазе, как правило, относятся достаточно крупные частицы смолы и сажи, а также летучей золы. Для обработки рыбных и мясных продуктов применяют так называемый «технологический дым» - дым, обладающий определенными физическими, физико-химическими и химическими характеристиками. Качество дыма можно определить путем оценки качества готовой продукции. Однако это косвенная оценка, так как влияние на качество готовой продукции оказывают также химический состав сырья и технологические режимы (параметры) обработки.

Технологические свойства дыма зависят от его химического состава и прежде всего от степени насыщения ароматическими веществами. Во время копчения многочисленные компоненты дыма попадают в обрабатываемый продукт и обеспечивают его консервацию, ароматизацию и нужную окраску. Предполагается, что в этих процессах должны принимать участие лишь 10% из 5000 компонентов, регистрируемых в дыме.

В настоящее время идентифицировано более 200 химических соединений дыма, участвующих в процессе копчения. К ним относятся в основном коптильные компоненты фенольной группы, карбонильные соединения (альдегиды и кетоны), кислоты, производные фурана, лактонов, полициклических ароматических углеводородов, спиртов и эфиров.

Наиболее полно исследована роль (в процессе придания продукту специфических свойств) трех групп органических веществ: фенолов, кислот и карбонильных соединений.

Фенольные соединения дыма способствуют в основном формированию аромата и вкуса копчености у обрабатываемого продукта.

Установлено, что выразительность аромата копчености на 66% связана с присутствием в продукте фенолов, тогда как роль карбонильных соединений в этом ограничивается: 14 и 20% приходится на все остальные коптильные компоненты.

Среди многочисленных фенолов исследователи выделяют отдельных представителей этого класса, по их мнению, наиболее активно способствующих образованию аромата и вкуса копчености.

Считается, что такими «активными компонентами» из фенольных соединений являются гваякол, 4-метилгваякол и 2,6-диметоксилол (сирингол). Однако аромат композиции, составленный только из этих трех фенолов, смешиваемых в тех же пропорциях, в каких они выделены из конденсата дыма, лишь весьма отдаленно напоминал дымовой аромат исходного конденсата.

Помимо гваякола, метилгваякола и сирингола в процессе формирования аромата продукта принимают активное участие такие фенольные соединения, как эвгенол, крезолы, ксиленолы и ряд других веществ.

В копченой рыбе, обработанной дымом или коптильным препаратом, доминируют метилгваякол, затем гваякол, фенол и крезолы. Постоянное присутствие гваякола в копченых изделиях, по мнению ученых, делает возможным использовать его в качестве «индекса копчения».

Тем не менее, запах растворов, приготовленных из фенолов, ранее идентифицированных в конденсатах дыма, отличался от исходных дымовых конденсатов по оттенкам и интенсивности. Это дает основание считать, что для полного воспроизведения аромата необходимы помимо фенолов другие химические соединения, способствующие в какой-то мере формированию запаха копчености.

Аромат копчения усиливается и приобретает наиболее выразительный характер при добавлении к фенольной композиции карбонильных соединений и других химических веществ. Установили, например, что активное участие в образовании аромата копчения принимают такие органические вещества, как фураны и лактоны, а также создающие специфический запах оксиметилциклопентанол и мальтол. Сочетание фенольных соединений обуславливает хорошо выраженный аромат копчения без каких-либо посторонних оттенков. В случае сочетания фенольной фракции с карбонильными соединениями возникает отчетливо выраженный аромат копчения с пряными оттенками. Так же сильно выражен аромат копчения с оттенками жженого сахара при соединении в одну композицию фенолов, карбонильных и некарбонильных веществ.

Карбонильные соединения усиливают отчасти аромат копчености, но основная их роль в процессе копчения заключается в образовании характерной окраски. Механизм цветообразования представляется серией неферментных реакций, подобных реакциям Майара, с той лишь разницей, что продукты реакций, дегидрированные эфирные углероды, возникающие в процессе генерации дыма, пригодны для прямого контакта с аминогруппами белков продуктов.

Карбонильные соединения, преобладающие в коптильном дыме и вступающие во взаимодействие с белком, - это формальдегид, глиоксаль, фурфурол, ацетон, оксиацетон, диацетон, гликолевый альдегид и метилглиоксаль, причем два последних характеризуются как активно участвующие в реакции цветообразования. Установлено также, что глиоксаль и кротоновый альдегид при взаимодействии с растворами аминокислот способствуют возникновению интенсивной окраски, диоксиацетон и ацетоальдегид умеренно активны, а формальдегид и ацетон вообще не принимают участия в данной реакции.

Сравнительно недавно в дыме при помощи масс-спектрометра идентифицированы кониферовый и санапалевый альдегиды. Данные химические вещества реагируют с белком продукта, придавая ему оранжевый оттенок, характерный для копченых изделий. Развитие окраски продукта связано с ростом карбонильных групп, вступающих во взаимодействие с белком продукта. Интенсивность окраски зависит от ряда факторов, таких, как, например, рН среды, t и т.д. Окраска продукта усиливается под действием света и кислорода, с изменением рН среды в щелочную сторону, с повышением температуры рабочей среды и продолжительностью ее воздействия на исследуемый объект.

Реакция покоричневения под действием карбонильных соединений сопровождается и нежелательным эффектом - деградацией (разрушением) аминокислот белка. Отмечено уменьшение количества аминокислот, и в частности лизина в белке продукта, выкопченного дымом или обработанного коптильными препаратами.

Летучие кислоты (С1-С6), присутствующие в дыме и коптильных препаратах, играют в основном вспомогательную роль, способствуя в комплексе с фенолами и карбонильными соединениями созданию у обрабатываемого продукта определенных вкусовых свойств.

Особенности и недостатки копчения.

Положительные стороны копчения хорошо известны: с помощью этого широко распространенного технологического приема при изготовлении разнообразной продукции из рыбы и мяса получают не только продукты, обладающие особыми привлекательными вкусовыми свойствами, но и изделия (прежде всего холодного копчения), которым присуща повышенная устойчивость к окислительным и микробиальным изменениям при хранении. Вместе с тем традиционное копчение, т.е. обработка подготовленных полуфабрикатов непосредственно древесным дымом, имеет ряд недостатков.

Одним из таких недостатков является трудность получения партий однородной готовой продукции. Отчасти это связано с невозможностью генерации однородного и стабильного по составу коптильного дыма, поскольку в дымогенераторах любых конструкций и температура, и другие условия образования дыма в локальных зонах термического разложения органической массы древесины (опилки, щепа, стружки, чурки, дрова) непрерывно изменяются, поэтому в целом возникновение собственно коптильного дыма в значительной степени носит хаотический характер.

Другим существенным недостатком копчения при помощи древесного дыма является наличие в дыме канцерогенных и токсических веществ, вредных для здоровья человека (эти вещества относятся к полициклическим ароматическим углеводородам, в числе которых 3,4-бензпирен, проявляющий наибольшую канцерогенную активность).

Коптильные препараты и ароматизаторы не обладают таким недостатком, так как при их производстве используются методы, исключающие попадание вредных веществ в конечный продукт.

1. Постановка задачи

Копчение можно рассматривать, как процесс динамической адсорбции компонентов коптильного дыма на поверхности продукта и естественной последующей диффузией их в массу продукта за счет разности концентраций на поверхности и в толще продукта. Процесс копчения -самопроизвольный, причем довольно длительный, трудо-энергоемкий. Длительность процесса приводит к необходимости использования коптильных камер. И как следствие создание систем автоматического управления, которые позволяют контролировать температуру внутри камеры, влажность и время продолжительности обработки продукта на каждой стадии процесса. Управление закрытием и открытием регулирующих клапанов (шиберов) подачи воды и дыма в камеру производится в ручном режиме. Параметры обработки перед началом каждой стадии процесса вводятся на пульт САУ.

На рынке отечественного оборудования в настоящее время представлен достаточно широкий спектр коптильно-варочных камер с различными техническими параметрами и конструктивными особенностями, во многом определяющими их стоимость. Остановимся на некоторых из них.

Универсальные коптильно-варочные камеры «КТД», производящиеся в г. Александрове Владимирской области, представлены на рынке в большом ассортименте и различных модификациях. Хорошо зарекомендовали себя, как качественное недорогое оборудование, позволяющее серьезно сократить денежные затраты на открытие собственного производства. По максимальной единовременной загрузке камеры «КТД» выпускаются в четырех вариантах: на одну раму - 100, 250, 300; на две рамы - 500 кг. По исполнению выпускаются в трех вариантах: полностью из углеродистой стали, комбинированная (наружная поверхность из углеродистой стали, внутренняя - из нержавеющей стали), полностью из нержавеющей стали. Кроме того, возможно изготовление под заказчика сборно-разборных вариантов этих термокамер. Камеры «КТД» комплектуются системой автоматического управления (САУ), трубопроводами, дымогенератором и дымоохладителем, объединенными в один моноблок.

По желанию заказчика рамы могут поставляться отдельно в любом количестве. Универсальность термокамер серии «КТД» заключается в том, что термообработке можно подвергать - мясо, птицу, рыбу и даже колбасные сыры, а также производить как «горячее», так и «холодное» копчение.

Камеры «КТД», комплектуются системой автоматического управления (САУ), трубопроводами, дымогенератором и дымоохладителем, объединенными в один моноблок. По желанию заказчика рамы могут поставляться отдельно в любом количестве. В термокамерах серии «КТД» также можно подвергать термообработке мясо, птицу, рыбу и даже колбасные сыры.

По уровню цены и качества рынок оборудования включает в себя огромный спектр различных универсальных коптильно-варочных термокамер, которые могут быть оснащены автоматической системой управления, позволяющей управлять процессом путем нажатия одной клавиши от начала обработки до выхода охлажденной готовой продукции.

1.1 Описание процесса копчения

Качество копченой рыбы зависит от подготовки рыбы к копчению, плотности дыма и температурного режима, процесса копчения.

На рисунке 6 приведены следующие диаграммы:

• температурного режима процесса копчения;

• режима управления заслонкой рециркуляции;

• режима управления вытяжным вентилятором.

Процесс состоит из четырех шагов. На первом шаге выдерживается температура t = 19-20 °С, при этом полностью открыта заслонка рециркуляции, управляемая регулятором. Включают вытяжку для устранения влаги из печи и легкого подсушивания рыбы перед копчением. Дым на первом шаге не подается. Длительность первого шага составляет 0,5-2 часа.

При переходе на второй шаг температура устанавливается на 2-3 °С выше, вытяжной вентилятор отключается и заслонка рециркуляции прикрывается до 20 %. Процент открытия заслонки рециркуляции зависит от объема печи, материала опилок (хорошим материалом для копчения является яблоня, груша, ольха), плотности дыма.

Третий шаг аналогичен второму шагу. То есть температура устанавливается еще на 2-3 °С выше, вытяжной вентилятор отключен, заслонка рециркуляции прикрыта.

После третьего шага прекращается подача дыма, открывается заслонка рециркуляции и включается вытяжной вентилятор на время от 0,5 до 1 часа, для того чтобы удалить оставшуюся влагу и продолжить копчение.

По окончании процесса все механизмы и дымогенератор отключаются.

Рисунок 6 - Технологические диаграммы

1.2 Технические требования к системам автоматизации процесса копчения

Качество конечного продукта зависит от предварительной подготовки рыбы, плотности дыма и соблюдения необходимого температурного режима. Для разных видов рыбы (в зависимости от её размера, сорта, жирности и т.п.), используются режимы обработки, отличающиеся по температуре, влажности и продолжительности.

Процесс горячего копчения рыбы бывает, как правило, двухступенчатым: вначале осуществляется подсушка тёплым воздухом при температуре 50 - 90 °С в течение 30 минут, затем копчение горячим дымом при 80 - 120 °С от 0,5 до 3 часов. Для получения качественного продукта на всех этапах технологического цикла необходимо соблюдать строго определённую температуру и влажность в коптильной камере.

Вследствие чего можно выделить следующие технические требования к системам автоматизации:

·        Простота реализации;

·        Наличие нескольких технологических программ, для обеспечения различных режимов копчения;

·        Простота эксплуатации;

·        Точность регулирования температуры и влажности;

·        Уменьшение энергозатрат на производство путем автоматизированного регулирования технологического процесса.

1.3 Анализ вариантов существующих систем

Рынок рыбных продуктов в России - один из наиболее динамично развивающихся и перспективных и характеризуется неизменно растущим покупательским спросом. Это вполне объяснимо, потому что кроме несомненных вкусовых достоинств рыбопродукты обладают огромной биологической ценностью: рыба содержит множество полезных микроэлементов, белки легко усваиваются организмом человека, рыбий жир включает в себя большое количество незаменимых полиненасыщенных кислот.

Богатство водных ресурсов нашей страны позволяет значительно расширить ассортимент рыбопродуктов. Чтобы производить продукт отменного качества и при этом добиться ощутимого снижения себестоимости, необходимо активно внедрять современные средства автоматизации.

Для автоматизации процесса копчения в камерах изготовления рыбных деликатесов широко используется универсальный двухканальный программный ПИД - регулятор ОВЕН ТРМ151. Он позволяет периодически включать жалюзи систем вентиляции, периодически включать жалюзи систем вентиляции, а также регулировать работу систем нагрева и подачи дыма (рисунок 4). ТРМ151 имеет два универсальных входа, к которым можно подключать датчики разного типа: термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики с выходным сигналом тока, напряжения или датчики положения задвижки. ПИД - регулятор ТРМ151 стандартной конфигурации имеет два выходных программных модуля - регулятора, каждый из которых работает по двухпозиционному (ON/OFF) или по ПИД - закону регулирования.

В регуляторе ТРМ151 предусмотрена возможность создания до двенадцати независимых программ (так называемых программ технолога) по десять шагов каждая. Для каждого шага программы задаются соответствующие уставки, параметры регулирования и условия перехода на следующий шаг. С помощью программы технолога регулятор ТРМ151:

• осуществляет автоматический запуск и отключение исполни тельных механизмов;

• поддерживает температуру на всех этапах обработки (плавный нагрев, выдержку и плавное остывание);

• устанавливает в камере необходимые значения влажности путём управления вытяжкой;

• контролирует подачу дыма для копчения.

ТРМ151 обеспечивает безопасность и непрерывность процесса копчения рыбы, контролируя работоспособность измерительной техники (проверка на обрыв, замыкание и т.п). При этом ТРМ151 анализирует критичность состояния всей системы автоматизации: в случае, если произошёл сбой в работе датчика, не задействованного непосредственно в текущем шаге, прибор не останавливает выполнение программы, а только сигнализирует о неисправности. Если же происходит поломка необходимого на данном этапе измерителя, то ТРМ151 останавливает текущую программу технолога, при этом, чтобы избежать более серьёзных поломок, все выходные устройства отключаются. Когда неисправность оказывается устранённой, продолжить процесс можно с любого из десяти шагов используемой программы.

Рисунок 7 - Схема установки горячего копчения рыбы с использованием ОВЕН ТРМ151 (П1, П2 - пускатели)

1.4 Особенности управления температурой и влажностью

Регулируемыми параметрами технологического микроклимата в чистых помещениях являются температура и влажность воздушной среды, значения которых, должны поддерживаться в строго заданных диапазонах. Сложность регулирования и стабилизации этик параметров заключается в их взаимосвязанности, когда изменение одного из них вызывает изменение другого. Для решения этой задачи необходимо совместное применение регуляторов температуры и влажности воздуха, при этом действие регулятора влажности сводится к целенаправленному изменению влажности воздуха с тем, чтобы скомпенсировать изменение влажности, вызванное работой регулятора температуры воздуха.

Очевидно, что при совместной работе регуляторов возникают колебания в процессе изменения влажности, вызванные влиянием контура регулирования температуры, что ухудшает показатели качества стабилизации относительной влажности и может привести к неустойчивой работе конура регулирования влажности. Это явление можно устранить, используя принцип приоритетности регулирования температуры и влажности, согласно которому температурному контуру, как более инерционному, отдается предпочтение в очередности выполнения регулирования. После того как температура в помещении достигла заданного значения, производится регулирование влагосодержания воздуха.

При решении задач контроля и управления температурно-влажностным режимом в помещениях достаточно большого объема обычно используют системы многозвенного кондиционирования воздуха, образованные центральным кондиционером и рядом местных регулирующих органов, осуществляющих доводку параметров приточного воздуха в отдельных помещениях до требуемых значений, обусловливаем их внутренними тепловыделениями каждого помещения.

При том желательно управлять по среднему в объеме зоны значению соответствующего параметра микроклимата, а не по значению в одной точке зоны. Для этого в пространстве каждой зоны необходимо установить не один, а несколько датчиков (в зависимости от объема данной зоны). На основании информации этик датчиков рассчитывается среднее значение регулируемого параметра, по которому производится управление соответствующим исполнительным механизмом. Поскольку регулирование ведется по отклонению, целесообразно использовать не среднее значение регулируемого параметра, а среднее значение его отклонения от требуемого значения в данной точке пространства.

1.5 Методы и средства измерения влажности

Влажность и содержание молекул воды в веществах и материалах являются одним из наиболее важных характеристик состава. Уже указывалось, что влагу необходимо измерять в газах (концентрация паров воды), в смесях жидкостей (собственно содержание молекул воды) и в твердых телах в качестве кристаллизационной влаги, входящей в структуру кристаллов. Соответственно, набор методов и устройств для измерения содержания молекул воды в материалах оказывается весьма разнообразным.

Традиции измерительной техники, опирающиеся на повседневный опыт, привели к тому, что в измерениях влажности сложилась специфическая ситуация, когда в зависимости от влияния количества влаги нате или иные процессы необходимо знать либо абсолютное значение количества влаги в веществе, либо относительное значение, определяемое как процентное отношение реальной влажности вещества к максимально возможной в данных условиях. Если необходимо знать, например, изменение электрических или механических свойств вещества, в этом случае определяющим является абсолютное значение содержания влаги. То же самое относится к содержанию влаги в нефти, в продуктах питания и т.д. В том случае, когда необходимо определить скорость высыхания влажных объектов, комфортность среды обитания человека или метеорологическую обстановку, на первое место выступает отношение реальной влажности, например воздуха, к максимально возможной при данной температуре.

В связи с этим характеристики влажности, а также величины и единицы влажности подразделяются на характеристики влагосостояния и влагосодержания.

Влагосодержание - величины и единицы, выражающие реальное количество влаги в веществе. Основной характеристикой влагосодержания является абсолютная влажность, определяемая как количество влаги в единице объема:

К этому классу характеристик можно отнести парциальное давление водяных паров в газах, абсолютную концентрацию молекул воды для газа, близкого к идеальному, определяемую как:

где Т - абсолютная температура, n₀ - постоянная Лошмидта, равная числу молекул идеального газа в 1 см³ при нормальных условиях, т.е. при p₀= 760 Торр= 1015 Гпа и T₀ = 273,1б К. Часто используется такая характеристика абсолютной влажности как точка росы, т.е. температура, при которой данная абсолютная влажность газа становится 100%. Эта характеристика привнесена в гигрометрию метеорологам и, т. к. является наиболее характерной при определении момента выпадения росы и определения ее количества.

Влагосостояние - процентное соотношение, равное отношению абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре:

Относительная влажность может характеризоваться так называемым дефицитом парциального давления, равного отношению парциального давления влаги к максимально возможному при данной температуре. Очень редко в гигрометрических измерениях можно встретить дефицит точки росы.

Связь между температурой и максимально возможной абсолютной влажностью дается уравнением упругости насыщенных паров воды. Это уравнение имеет вид:

На практике чаще пользуются таблицей давления насыщенных паров над плоской поверхностью воды или льда при различных температурах.

На стандартных справочных данных основаны практически все пересчеты характеристик влажности. На их основе можно, например, по известной абсолютной влажности и температуре найти относительную влажность, точку росы и т.д., выразить практически любую характеристику влажности газов.

Среди приборов для измерения влажности наиболее массовыми являются приборы для определения содержания воды в газах - гигрометры. Для измерения влажности твердых и сыпучих тел чаще всего используются те же гигрометры, только процесс подготовки пробы к анализу включает в себя перевод влаги в газовую фазу, которая затем и анализируется. Существуют в принципе методы непосредственного измерения содержания влаги в жидкостях и в твердых телах, например, методом ядерного магнитного резонанса. Приборы, построенные на таком принципе, достаточно сложны, дороги и требуют высокой квалификации оператора.

Гигрометры как самостоятельные приборы являются одними из самых востребованных измерительных приборов, поскольку с давних времен в них нуждались метеорологи. По изменению влажности, также как по изменению давления и температуры, можно предсказывать погоду, можно контролировать комфортность жизнеобеспечения в помещениях, контролировать различного рода технологические процессы. Например, контроль влажности на электростанциях, на телефонных станциях, на полиграфическом производстве и т.д. и т.п. является определяющим в обеспечении нормального режима функционирования.

Востребованность гигрометров породила разработки и изготовление большого количества различных типов приборов. Большинство измерителей влажности представляют собой датчики влажности с индикатором либо аналогового сигнала, либо сигнала в цифровой форме. Поскольку индикаторами являются в большинстве своем либо механические устройства, либо электроизмерительные приборы, рассмотренные в предыдущих разделах, остановимся на датчиках влажности, определяющих почти все функциональные возможности гигрометров.

Датчики гигрометров можно классифицировать по принципу действия на следующие типы:

·              волосяные датчики, в которых используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности;

·              емкостные датчики, в которых при изменении влажности изменяется электрическая емкость конденсатора с гигроскопичным диэлектриком;

·              резистивные датчики, в которых изменяется сопротивление проводника, на поверхность которого нанесен гигроскопический слой;

·              пьезосорбционные датчики, в которых влага, поглощенная гигроскопическим покрытием, изменяет собственную частоту колебаний пьезокристалла, на поверхность которого нанесен гигроскопичный слой;

·              датчик температуры точки росы, в котором фиксируется температура, соответствующая переходу зеркального отражения металлической поверхностью в диффузное;

·              оптический абсорбционный датчик, в котором регистрируется доля поглощенной энергии света в полосах поглощения парами воды электромагнитного излучения.

Наиболее древний, наиболее простой и наиболее дешевый датчик влажности представляет собой обычный волос, натянутый между двумя пружинами. Для измерения влажности используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности. Несмотря на кажущуюся примитивность такого датчика и на то, что процесс, лежащий в основе измерения, не определяется законами физики и поэтому не поддается расчету, гигрометры с волосяными датчиками изготавливаются в большом количестве.

Емкостные датчики влажности в настоящее время по массовости использования конкурируют и даже превосходят волосяные, поскольку по простоте и дешевизне они не уступают волосяным. Измеряемой физической величиной является емкость конденсатора, а это означает, что в качестве индикатора или выходного устройства может использоваться любой измеритель емкости. На подложку из кварца наносится тонкий слой алюминия, являющийся одной из обкладок конденсатора.

На поверхности алюминиевого покрытия образуется тонкая пленка окиси Аl₂O₃. На окисленную поверхность наносится напылением второй электрод из металла, свободно пропускающего пары воды. Такими материалами могут быть тонкие пленки палладия, родия или платины. Внешний пористый электрод является второй обкладкой конденсатора.

Конструкция резистивного датчика влажности представляет собой меандр из двух не соприкасающихся электродов, на поверхность которого нанесен тонкий слой гигроскопического диэлектрика. Последний, сорбируя влагу из окружающей среды, изменяет сопротивление промежутков между электродами меандра. О влажности судят по изменению сопротивления или проводимости такого элемента.

В последнее время появились гигрометры, в основу работы которых положен фундаментальный физический закон поглощения электромагнитного излучения - закон Ламберта-Бугера-Бера. Согласно этому закону через слои поглощающего или рассеивающего вещества проходит электромагнитное излучение интенсивностью I_λ, равное:

где I_λ - интенсивность излучения, падающего на поглощающий столб; N - концентрация поглощающих атомов (число молекул в единице объема); l - длина поглощающего столба, δ_λ - молекулярная константа, равная площади «тени», создаваемой одним атомом и выраженной в соответствующих единицах.

Пары воды имеют интенсивные полосы поглощения в инфракрасной области спектра и в области длин волн от 185 нм до 110 нм - в так называемой вакуумной ультрафиолетовой области. Имеются отдельные разработки по созданию инфракрасных и ультрафиолетовых оптических влагомеров, и все они имеют одно общее положительное качество - это влагомеры мгновенного действия. Под этим понимается рекордно быстрое установление аналитического сигнала для пробы, помещенной между источником света и фотоприемником. Другие особенности оптических датчиков определяются тем, что в инфракрасной области поглощение молекулами воды соответствует вращательно-колебательным степеням свободы. Это означает, что вероятности переходов, и, соответственно, сечения поглощения в законе Ламберта-Бугера-Бера зависят от температуры объекта. В вакуумной ультрафиолетовой области сечение поглощения от температуры не зависит. По этой причине ультрафиолетовые датчики влажности являются более предпочтительными, но инфракрасная техника, которая используется в ИК датчиках влажности, намного долговечнее и проще в эксплуатации, чем ВУФ техника.

У оптических датчиков имеется и один общий недостаток - влияние на показание мешающих компонентов. В инфракрасной области это различные молекулярные газы, например окиси углерода, серы, азота, углеводороды и т.д. В вакуумном ультрафиолете основным мешающим компонентом является кислород. Тем не менее можно выбрать длины волн в ВУФ, где поглощение кислорода минимально, а поглощение паров воды максимально. Например, удобной областью является излучение резонансной линии водорода с длиной волны А, = 121,6 нм. На этой длине волны у кислорода наблюдается «окно» прозрачности в то время, как пары воды заметно поглощают. Другой возможностью является использование излучения ртути с длиной волны 184,9 нм. В этой области кислород излучения не поглощает и весь сигнал поглощения определяется парами воды.

Важным качеством оптического датчика является следствие из закона Ламберта-Бугера-Бера, состоящее в том, что такой датчик нужно калибровать только в одной точке. Если, например, определить сигнал с прибора при какой-либо одной определенной концентрации паров воды, то отградуировать шкалу прибора можно расчетным путем на том основании, что изменение логарифма сигналов при различных концентрациях равно:

где N - концентрация (число) молекул в единице объема; δ_λ - сечение поглощения, I - длина поглощающего промежутка.

Для определения относительной и абсолютной влажности на практике часто используются приборы, получившие название психрометров. Психрометры представляют собой два одинаковых термометра, один из которых обернут фитилем и смачивается водой. Мокрый термометр показывает температуру ниже, чем сухой термометр в том случае, если относительная влажность не равна 100%. Чем ниже относительная влажность, тем больше разность показаний сухого и мокрого термометров. Для психрометров различных конструкций составляются так называемые психрометрические таблицы, по которым находятся характеристики влажности. горячий копчение технология автоматизация

Психрометр не очень удобен в эксплуатации, поскольку его показания не просто автоматизировать, и требуется постоянное увлажнение фитиля. Тем не менее именно психрометр является самым простым и вместе с тем достаточно точным и надежным средством измерения влажности. Именно по психрометру чаще всего градуируются гигрометры с волосяными, емкостными или резистивными датчиками.

В заключение кратко остановимся на методах измерения влажности жидкостей и твердых материалов. Наиболее распространенным является метод высушивания или выпаривания влаги из вещества с последующим взвешиванием. Обычно пробу высушивают до тех пор, пока не перестанет изменяться ее вес. При этом, естественно, делается два допущения. Первое - что вся сортированная и химически связанная влага при выбранном режиме выпаривания улетучивается. И второе - что вместе с влагой не испарится никакой другой компонент. Очевидно, что во многих случаях гарантировать корректность выполнения процедур выпаривания очень сложно. Другим универсальным методом измерения влажности жидких и твердых тел является метод, когда влага из них переходит в газовую фазу в каком-либо замкнутом объеме. В этом случае стандартизуют методику подготовки пробы, а измерения ведут одним из упомянутых типов гигрометров, предназначенных для измерений влаги в газовой фазе. С целью получения надежных результатов такие устройства калибруют по стандартным образцам влажности.

Измерение влажности психометрическим влагомером.

Влажность газов, жидкостей и твердых материалов - один из важных показателей в технологических процессах. Влажность газов, например, необходимо измерять в сушильных установках, при очистке газов, в газосборниках, при кондиционировании воздуха и т.д. Измерение содержания воды в нефти, спиртах, ацетоне проводят в процессах нефтепереработки и нефтехимии, в пульпах - в производстве серной кислоты и минеральных удобрений. Измерение влажности твердых сыпучих материалов занимает важное место в производстве красок, минеральных удобрений, строительных материалов; влажность волокнистых материалов определяет качество продукции при производстве бумаги и картона.

Влажность газов в технологических процессах обычно измеряют психрометрическим методом.

Действие психрометрических влагомеров основано на измерении двух температур: температуры «сухого» термодатчика, помещенного в анализируемый газ, и температуры «мокрого» термодатчика, завернутого в чулок из влажной ткани, конец которой опущен в воду. За счет испарения воды этот термодатчик охлаждается до температуры меньшей, чем температура газа. С увеличением влажности газа испарение идет менее интенсивно и температура «мокрого» термометра растет. При влажности 100% вода вообще не будет испаряться и температуры обоих термодатчиков сравняются.

В промышленных влагомерах в качестве термодатчиков обычно используют термометры сопротивления, включенные. в схему для измерения отношения их сопротивлений, т.е. отношения температур «мокрого» и «сухого» термометров.

2. Определение математической модели объекта управления

В данной работе рассматривается камера для копчения рыбы. Функциональная схема камеры как объекта управления может быть представлена следующим образом (рисунок 8).

Рисунок 8 - Функциональная схема камеры копчения

Регулирование происходит по двум контурам. Входными параметрами или параметрами регулирования являются тепло (Теп), выделяемое ТЭНом, и воздух (В). Количество подаваемого тепла и воздуха в камеру регулируется с помощью задатчиков (з). Величина задающего воздействия определяется с помощью ПЛК. Выходными параметрами камеры является температура (Т) и влажность (ВЛ). Регулирование параметров камеры копчения будем производить путём регулирования этих параметров. Выходные сигналы фиксируются термометрами, затем преобразуются датчиками в напряжение (U₁ и U₂). Далее сигналы поступают на соответствующие сумматоры, где происходит сопоставление значений с заданным. Разностная величина усиливается усилителями (у). Срегулированная и усиленная величина по влажности поступает в двигатель (Дзас) рециркуляционной заслонки. Обороты двигателя через редуктор (р) преобразуются в отклонение заслонки (зас). Заслонка, в свою очередь, регулирует влажность в камере. При влажности больше заданной, пар необходимо выпустить, - заслонка открывается, и наоборот. Температура в камере регулируется при помощи вытяжного вентилятора, т.е. при превышении заданной температуры вентилятор включается, воздух выходит, температура понижается и наоборот. При недопустимом увеличении температуры по сигналу от ПЛК происходит отключение ТЭНа.

Составим для звеньев передаточные функции и дифференциальные уравнения, для этого воспользуемся данными приведенными в [3]. Наиболее часто объект такого класса представляют в виде следующих передаточных функций:

·   камера копчения

++=*;

·   преобразователь влажности

  ;

·   усилитель напряжения

   ;

·   двигатель (Дзас)

=  +=*;

·   двигатель (Двен)

=  +=*;

·   редуктор

  ;

·   заслонка

  ;

·   усилитель напряжения

   ;

·   преобразователь температуры

  ;

·   вентилятор

=  =*;

Составим уравнение динамики системы по каналу задающего и управляющего воздействия.

Для контура управления по влажности (1 контура):

,

где

Для контура управления по температуре (2 контура):

,

где

Тогда структурная схема камеры копчения как объекта управления будет выглядеть (рисунок 9).

Рисунок 9 - Структурная схема камеры копчения

2.1 Расчет параметров настройки управляющего устройства

Для первого контура.

;

где

Применим ПИД-регулятор:

 ;

k_p=0.28; T_u=T₂=3600 с; Т_д=900 с

.

САУ неустойчива, избавимся от одной степени астатизма. Для этого введем дифференциальную корректирующую сигнал в соответствии с передаточной функцией:

;

При выполнении условия, что Т=0.5 с передаточная функция САУ регулирования температуры примет вид:

Для второго контура.

,

где

Применим ПИД-регулятор.

k_p=0.16; T_u=3600 с; Т_д=900 с

Введем дифференциальную составляющую по ошибке:

;

При выполнении аналогичного условия, что Т=0.5 с передаточная функция САУ регулирования влажности примет вид:

.2 Моделирование системы управления

Для оценки адекватности, полученной модели и проверки работоспособности, смоделируем систему в среде Mаtlаb SimuLink. Для этого поочередно на каждый канал (контур тампературы и контур влажности) будем подавать ступенчатый сигнал и снимать, полученные значения.

Для контура температуры:

Рисунок 10 - График переходного процесса контура регулирования температуры при подаче ступенчатого управляющего воздействия

Из графика видим, что время переходного процесса составляет 50 секунд, при этом контур температуры является достаточно инерционным. Это объясняется тем, что температуру невозможно установить моментально.

Для контура влажности:

Рисунок 11 - График переходного процесса контура регулирования влажности при подаче ступенчатого управляющего воздействия

Из графика видим, что время переходного процесса также достаточно велико, поскольку имеется прямая зависимость от температуры.

В результате моделирования убедились в том, что математическая модель камеры копчения является устойчивой, а следовательно данную модель имеет смысл рассматривать как реально работающую систему.

Коптильные камеры рыбообрабатывающих предприятий, как правило, используют релейные системы стабилизации температуры дымовоздушной смеси и дымообразования и реже - влажности смеси. Такие системы не способны обеспечивать не только оптимальное протекание процесса копчения по стадиям, но и просто поддерживать параметры процесса с необходимой точностью:

·        температуру дымовоздушной смеси - в пределах ±1°С;

·        влажность дымовоздушной смеси -в пределах ±5%;

·        температуру дымообразования - в пределах ±10°С;

·        скорость движения дымовоздушной смеси - не ниже 2 м/с;

·        концентрацию дыма - постоянной, что позволяет, с одной стороны, ускорить процесс получения готовой продукции, не снижая её качества, а с другой стороны, уменьшить расход электроэнергии и древесины на получение дыма.

Поддержание в ходе всего процесса оптимальных параметров копчения позволяет наиболее эффективно насытить рыбу коптильными компонентами, придавая готовой продукции наилучшие вкус, аромат и цвет. Дополнительные сложности для управления процессом копчения создают случайные, но при этом не менее существенные изменения параметров:

·        сырья, зависящие от вида, размера, степени разделки, места и времени улова, режимов хранения и транспортировки;

·        древесины, зависящие от породы дерева, размера и влажности опилок;

·        окружающей среды.

В результате вариации параметров объекта управления оказываются настолько велики, что говорить об оптимальном управлении процессом копчения без применения адаптивных систем управления просто бессмысленно. Решение всех перечисленных проблем может быть получено в результате применения разработанной нами системы управления с регуляторами, настроенными по средним или выявленным эмпирически значениям параметров объекта. Кроме того, использование цифровой системы позволяет создать целостный, информативный и удобный интерфейс оператора технолога. Реальный эффект от эксплуатации такой системы может быть получен за счет экономии потребляемой электроэнергии, сокращения времени технологического цикла, улучшения качества выпускаемой продукции.

Успешные предприниматели в своей деятельности давно применяет автоматы управления, управляющие исполнительными устройствами и механизмами. Системы, построенные на таких автоматах, работают очень надёжно и легки в обслуживании, однако возможности их использования ограничены вложенными в них алгоритмами, которые не могут быть изменены или подстроены под изменяющиеся технологии. Использование устройств с жёстко заданной логикой приводит к увеличению стоимости всего проекта, так как приходится добавлять промежуточные реле, реле времени и другие подобные устройства, чтобы реализовать различные функции технологического процесса, не прописанные в алгоритме автоматов управления.

Благодаря программируемым логическим контроллерам (ПЛК) в настоящее время появилась возможность сравнительно просто и недорого решить множество задач при помощи одного устройства. Специалисты многих компаний из всех представленных на рынке производителей ПЛК остановили свой выбор на приборах российских производителей - компании ОВЕН. С применением программируемых контроллеров возможности управления существенно расширились, теперь можно создавать необходимые программные алгоритмы, подстраивать их под задачи и требования определённого технологического процесса, заменять одним ПЛК большое число контрольно-измерительных приборов.

С появлением возможности описания алгоритма работы всей системы в одном устройстве пропадает необходимость в дополнительных устройствах управления, что существенно удешевляет стоимость всего проекта. При этом ещё следует учесть, что для соединения элементов управления используется дешёвая витая пара и сами элементы находятся вблизи исполнительных устройств, что уменьшает количество соединительного кабеля и повышает надёжность работы системы, точность регистрируемых и регулируемых параметров. Подобные проекты отличаются несложным проектированием, простотой наладки и сравнительно невысокой ценой.

При разработке проекта мы постарались заложить широкие возможности его применения - не только в процессе копчения - но и на других объектах, где используются системы климат-контроль (теплицы, магазины, климатические испытательные камеры и т. д.).

Основные функциональные особенности комплекса:

·        упрощенное управление камерным оборудованием;

·        измерение температуры;

·        измерение влажности;

·        управление камерным оборудованием производится как по средним значениям температуры и влажности, так и по измеренному значению в любой точке;

·        управление режимами охлаждения, нагрева, увлажнения и осушения в автоматическом режиме по заданной программе;

·        управление приточно-вентиляционными блоками и приводами заслонок притока и вытяжки воздуха в автоматическом режиме по заданной программе с учётом температуры наружного воздуха;

·        плавная регулировка скорости вращения и длительности включения двигателей приточных вентиляторов в зависимости от температуры.

При разработке системы автоматизации в качестве основного программирующего устройства был взят контроллер ОВЕН - ПЛК 154.

Для автоматизации выбран отечественный контроллер, подходящий по параметрам проекта и прошедший российскую сертификацию[14].

ОВЕН ПЛК 154 - программируемый логический контроллер с дискретными и аналоговыми входами и выходами:

ТУ 4252002465265362007

Сертификат соответствия № РОСС RU.ME67.B05542

Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.34.018.А № 30105

Разрешение на применение на объектах котлонадзора № РРС 01 0054

Рисунок 12 - Внешний вид и схема подключения входов и выходов ПЛК154

Технические характеристики ПЛК154:

Напряжение питания - ~90...264 В, 47...63 Гц;

Потребляемая мощность - 6 Вт,

Резервное питание - встроенный аккумулятор выдерживать пропадания питания до 10 мин без перезагрузки,

Степень защиты корпуса - IP20,

Центральный процессор - 32-x разрядный RISС процессор 200 МГц на базе ядра АRM9,

Объем оперативной памяти - 8 Мбайт,

Объем энергонезависимой памяти хранения программ и архивов - 3 Мбайт, (Flаsh память, специализированная файловая система),

Среда программирования - СoDeSys 2.3 - распространяется бесплатно (входит в комплект поставки),

Языки программирования - IL, ST, LD, SFС, FBD + дополнительный язык СFС,

Дискретные входа - 4 (10 кГц в режиме энкодера - 1 кГц),

Аналоговые входа - 4 универсальных - ток 0(4)...20 мА, 0...5 мА, напряжение 0...1 В, 0...10 В, сопротивление 0...5 кОм. Подключение датчиков тока и напряжения осуществляется напрямую и не требует согласующих резисторов,

Дискретные выхода - 4 (э/м реле 4 А при 220 В 50 Гц и сos φ - 0,4),

Аналоговые выхода - 4 (универсальных 4...20 мА или 0...10 В, программное переключение типа выходного сигнала),

Интерфейсы - RS-485, RS-232, internet 10/100 Мbps,

Скорость обмена по протоколам RS - настраиваемая, до 115200 bps,

Интерфейс для программирования и отладки - RS-232, internet,

Возможность расширения - подключения модулей ввода/вывода,

Встроенные часы - реального времени.

Специальный редактор, встроенный в среду программирования СoDeSys для создания экранов с пользовательскими мнемосхемами.

На экране визуализации можно добавить простые геометрические объекты, кнопки, графики, таблицы, гистограммы, элементы ввода и вывода информации. В одном проекте может быть создано несколько окон визуализации, вызываемых с помощью кнопок либо другими способами.

Специальное окно в среде программирования СodeSys, позволяющее настраивать драйверы ввода/вывода и периферийный обмен по интерфейсам ПЛК.

С помощью данного ресурса производится настройка:

-  связи ПЛК с модулями расширения, GSM модемом, панелями оператора или другими устройствами, подключаемыми к контроллеру по сетевым интерфейсам и через поддерживаемые протоколы ОВЕН, Modbus, Modbus TСP и DСON;

-       настройка входов и выходов ПЛК для подключения датчиков и исполнительных механизмов;

-       для контроллеров ОВЕН можно настраивать модуль статистики (сервисные данные о контроллере) и модуль архиватора.

От ПЛК сигналы управления поступают на преобразователь интерфейсов АС3-М.

Рисунок 13 - Внешний вид преобразователя интерфейсов АС3-М

Таблица №2. Технические характеристики АС3-М

После преобразователя устанавливаем измеритель-регулятор температуры и влажности МПР51-Щ4.

Связь между ПЛК и МПР51-Щ4 будет организована согласно протоколу MODBUS через промышленный протокол передачи данных RS-485.

Рисунок 14 - Пример организации сети обмена данных

Для того чтобы управлять всей системой в режиме реального времени, видеть показания датчиков на данный момент и возможность регулировать механизмами имеется возможность подключения сенсорной панели оператора фирмы ОВЕН СП - 270 [14].

Рисунок 15 - Внешний вид панели оператора СП 270

Технические характеристики СП 270:

Напряжение питания постоянного тока - 22…26 В,

Номинальное напряжение питания -24 В,

Потребляемая мощность - не более 5 Вт,

Тип дисплея - цветной TFT,178 (7) диагональ, мм (в дюймах),

Разрешение дисплея - пиксель 480 × 234,

Используемые интерфейсы связи - RS-232 (2 канала), RS-485 (1 канал),

Тип интерфейса для связи с ПЛК и/или другими приборами - RS-232, RS-485,

Тип интерфейса для загрузки проекта из ПК - RS-232,

Режимы работы панели - Mаster, Slаve,

Память программ (Flаsh-RАM) - 4 Мб,

Память данных (SDRАM) - 4 Кб,

Встроенные часы реального времени - есть.

Панель оператора с сенсорным экраном СП270 представляет собой устройство класса «человеко-машинный интерфейс», предназначенное для загрузки управляющей программы (проекта) функционирования ПЛК или др. приборов, к которым подключается панель, мониторинга функционирования и редактирования значений параметров функционирования. Позволяет отображать на экране ход выполнения технологического процесса и редактировать значения параметров, отвечающих за функционирование системы.

Логика работы панели СП270 определяется потребителем в процессе конфигурирования на ПК с использованием программного обеспечения «Конфигуратор СП200».

Панель СП270 предназначена для выполнения следующих функций:

-       отображение состояния управляемого объекта в режиме реального времени, с использованием графических пиктограмм (индикаторы, графики, линейки, условные обозначения оборудования и т. д.);

-       отображение сенсорных элементов, при помощи которых оператор осуществляет непосредственное управление функционированием объекта;

-       управление функционированием ПЛК и/или других приборов; запись и чтение значений регистров ПЛК и/или других приборов, к которым подключается панель;

-       оперативное изменение режима работы (изменение внешнего вида экрана и интерфейса управления, параметров управления и пр.) путем загрузки нового проекта;

-       работа в режиме Mаster или Slаve.

В результате основным измерительным и регулирующим органом является регулятор МПР51-Щ4. На рисунке 16 изображена примерная схема построения АСУ.

Рисунок 16 - Схема построения АСУ процессом копчения

Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4 предназначен для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, в инкубаторах, при сушке макарон, изготовлении железобетонных конструкций, сушке древесины, в климатических камерах и пр. по заданной пользователем программе.

МПР51;Щ4 позволяет:

• измерять температуру при помощи термопреобразователей сопротивления, подключенных ко входам Тсух, Твлаж, Тпрод;

• определять текущее положение задвижек при наличии у них резистивных датчиков положения;

• измерять относительную влажность воздуха при помощи датчика психрометрического типа;

• регулировать температуру по двум независимым каналам;

• задавать программу регулирования с защитой ее от несанкционированного доступа;

• сигнализировать об обрыве или коротком замыкании в линии «прибор - датчик».

• регистрировать контролируемые параметры на IBM-совместимом компьютере (при помощи адаптера интерфейса АС2 ОВЕН).

Рисунок 17 - Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4

Таблица №3 Технические данные МПР51-Щ4

Рисунок 18 - Функциональная схема прибора МПР51-Щ4

В качестве датчиков температуры выбираем термопреобразователи сопротивлений ТСП 100 фирмы ОВЕН:

Рисунок 19 - Термопреобразователь ТСП 100

Диапазон измеряемых температур -200°С…+750°С

Чувствительность 0,1°

3. Разработка программного обеспечения

В качестве программного обеспечения контроллеров фирмы ОВЕН используем поставляемый совместно программный продукт СodeSys 3.0.

Языки МЭК (языки программирования контроллера).

Стандартом МЭК предусмотрено 5 языков программирования ПЛК: IL, LD, FBD, ST, SFС. При разработке проекта пользователь может выбрать любой из языков для написания конкретного программного модуля (POU). В рамках одного проекта могут присутствовать программные модули, написанные на разных языках. В СoDeSys поддержаны все 5 языков, а также один дополнительный:

IL (Instruсtion List) - Список инструкций - язык программирования, напоминающий ассемблер Siemens STEP7. Все операции производятся через ячейку памяти, «аккумулятор», в который программа записывает результаты произведенных действий.

Рисунок 20 - Список инструкций - язык программирования

LD (Lаdder Diаgrаm) - Релейные диаграммы - графический язык программирования, использующий принципы построения электрических схем. С помощью элементов «контакт» и «катушка» пользователь собирает схему прохождения сигнала. Язык удобен для реализации логических алгоритмов работы с дискретными сигналами.

Рисунок 21 - Релейные диаграммы - графический язык программирования

·          FBD (Funсtionаl Bloсk Diаgrаm) - Диаграмма функциональных блоков -графический язык программирования. Все действия и операторы, используемые в данном языке, представляются в виде функциональных блоков (ФБ). ФБ имеют входы и выходы определенных типов, которые могут быть связаны между собой.

Рисунок 22 - Диаграмма функциональных блоков -графический язык программирования

Помимо стандартных ФБ пользователь может вставлять в алгоритм собственные, созданные в рамках данного проекта или реализованные в подключенных к проекту библиотеках.

В СoDeSys реализован улучшенный язык программирования с помощью функциональных блоков, получивший обозначение СFС.

·        ST (Struсtured Text) - Структурный текст - текстовый язык программирования, схожий с языком высокого уровня (С, Pаsсаl). Язык ST удобен для реализации сложных вычислений, циклов и условий, для работы с аналоговыми сигналами.

Рисунок 23 - Структурный текст - текстовый язык программирования

·        SFС (Sequentionаl Funсtionаl Сhаrt) - Последовательные функциональные схемы - графический язык, приспособленный для создания последовательности этапов алгоритма работы. Каждый этап реализуется на любом удобном для пользователя языке. Язык удобен для создания алгоритмов управления сложными процессами, имеющими несколько ступеней, написания моделей автоматов.

Рисунок 24 - Последовательные функциональные схемы - графический язык

Специальный редактор, встроенный в среду программирования СoDeSys для создания экранов с пользовательскими мнемосхемами.

На экране визуализации можно добавить простые геометрические объекты, кнопки, графики, таблицы, гистограммы, элементы ввода и вывода информации. В одном проекте может быть создано несколько окон визуализации, вызываемых с помощью кнопок либо другими способами.

Специальное окно в среде программирования СodeSys, позволяющее настраивать драйверы ввода/вывода и периферийный обмен по интерфейсам ПЛК. С помощью данного ресурса производится настройка:

-  связи ПЛК с модулями расширения, GSM модемом, панелями оператора или другими устройствами, подключаемыми к контроллеру по сетевым интерфейсам и через поддерживаемые протоколы ОВЕН, Modbus, Modbus TСP и DСON;

-       настройка входов и выходов ПЛК для подключения датчиков и исполнительных механизмов;

-       для контроллеров ОВЕН можно настраивать модуль статистики (сервисные данные о контроллере) и модуль архиватора.

Описание работы основной прграммы и программы визуализации.

Основная программа написана в программной среде СodeSys при помощи редактора линейных диаграмм LD. Язык релейных или релейно-контактных схем (РКС) - графический язык, реализующий структуры электрических цепей.

Лучше всего LD подходит для построения логических переключателей, но достаточно легко можно создавать и сложные цепи как в FBD. Кроме того, LD достаточно удобен для управления другими компонентами POU.

Диаграмма LD состоит из ряда цепей. Слева и справа схема ограничена вертикальными линиями- шинами питания. Между ними расположены цепи, образованные контактами и обмотками реле, по аналогии с обычными электронными цепями. Слева любая цепь начинается набором контактов, которые посылают слева направо состояние "ON" или "OFF", соответствующие логическим значениям ИСТИНА или ЛОЖЬ. Каждому контакту соответствует логическая переменная. Если переменная имеет значение ИСТИНА, то состояние передается через контакт. Иначе правое соединение получает значение выключено ("OFF").

Рисунок 25 - Функциональный блок температурного датчика

Рисунок 26- Управляющая программа для температурного датчика №1

4.1 Алгоритм регулирования температуры и влажности

Управление процессом регулирования температуры осуществляется системой управления следующим образом (блок-схема алгоритма управления)

Рисунок 27 - Блок-схема управления процессом регулировки температуры

На первом этапе управления осуществляется инициализация системы управления (блок 1) - это тестирование памяти, настройка портов ввода вывода ПЛК, проверка линии связи.

Измерение величины температуры, осуществляется датчиками. ПЛК системы управления осуществляет последовательный опрос датчиков путем посылки к соответствующему адаптеру импульсов «запроса» (блок 3). Далее осуществляется прием информации от запрашиваемого датчика и передача. Опрос датчиков осуществляется с интервалом q=0,01с.

Текущие значения температуры, полученное от датчиков, выводятся на показывающие приборы мнемосхемы технологической установки пульта диспетчера. Кроме того, в ПЛК сравниваются текущие значения параметров с заданными (блок 6 ) и в случае не соответствия формируются управляющие команды на автоматические регуляторы (блок 9). Например, изменения температуры в контролируемой точке осуществляется путем включения вытяжного вентилятора.

Информация о работе установки передается от ЭВМ на мнемосхему технологического объекта с элементами индикации и, при необходимости, на печатающее устройство.

Алгоритм регулирования значения влажности аналогичен, стой лишь разницей, что добавлен блок вычисления самого параметра (значения влажности). Пример на рисунке 28.

Рисунок 28 - Блок-схема управления процессом регулировки влажности

4.2 Принцип передачи данных

Принцип передачи данных в системе управления заключается в следующем (см. блок-схему алгоритма на рисунке 29).

При получении запроса от ПЛК о необходимости получения информации о контролируемом параметре (блок 2), микроконтроллер осуществляет опрос и ввод сигналов от соответствующего аналогового или дискретного датчика (блок 5 или блок 6). Далее происходит обработка и при необходимости накопление текущих значений контролируемого параметра. Полученная информация передаётся на пульт оператора. Приём-передача информации осуществляется с помощью интерфейса RS-485[2]. Стандарт RS485 является наиболее применяемым в современных системах управления и предусматривает связь в обе стороны по симметричной согласованной линии связи (витым парам провода).

Ввод данных в ПЛК осуществляется через блок согласования БС, который предназначен для преобразование токовых сигналов от аналоговых датчиков в сигнал напряжения (для этого используются прецизионные резисторы); осуществляется гальваническая развязки линии связи адаптера с контактными датчиками (например, с помощью транзисторных оптопар АОТ128Б [3]); осуществляется защита микроконтроллера от возможных перенапряжений в соединительных линиях датчиков (с помощью стабилитронов и резисторов).

Основным элементом является микроконтроллер, который осуществляет прием информации от датчиков, обработку и хранение в памяти данных, управляет передачей данных в ЭВМ, а также принимает «запрос» от оператора о необходимости передачи информации. Для передачи данных от регуляторов в ПЛК в структуре предусмотрен специальный согласующий элемент АСМ3 последовательного интерфейса стандарта RS485.

Рисунок 29 - Блок-схема алгоритма передачи информации

.3 Визуализация

На рисунке 30 изображена мнемосхема визуализации панели оператора камеры копчения.

Рисунок 30 - Мнемосхема визуализации

5. Расчет капитальных затрат на разработку и внедрения оборудования

Подсчитаем капитальные затраты на реализацию проекта автоматической системы управления процессом копчения..

Затраты на реализацию проекта включают в себя капитальные затраты К_КАП и будут складываться из затрат на составление проекта К_С.П, стоимости оборудования для автоматизированной системы управления, затраты на монтаж и сборку К_М. Также будем учитывать прочие расходы, в которые войдут транспортные расходы и расходы на непредвиденные нужды К_ПР (примем их как 10% от затраты на реализацию проекта). Т.е.

К_КАП = К_С.П. + К_ОБ + К_М + К_ПР.

Затраты на составление проекта К_С.П.:

Время расчёта проектной документации = 1месяц, месячный оклад инженера проектировщика составляет 11 820 руб.

К_С.П. = оклад + район.(50%) + северн. (50%) + ЕСН (26.2%)

Тогда:

К_С.П. = 11 820 + 5 910 + 5 910 + 6 193,68 = 29 833,68руб.

Затраты на монтаж оборудования К_М:

Количество человек необходимых для монтажа автоматизированной системы управления процессом пылеприготовления - 2 человека, разрядность работы по монтажу - 4 разряд, месячный оклад электрослесаря этого разряда составляет 6 404 руб.

Время на монтаж и наладку оборудования автоматизированной системы управления 1,5 месяца.

Поэтому;

К_М = 2 ∙ 1,5 ∙ (оклад + район.(50%) + северн. (50%) + ЕСН (26.2%))

К_М = 2 ∙ 1,5 ∙ (6 404 + 3 202 + 3 202 + 3 355,69) = 48 491,07 руб.

Затраты на стоимость оборудования для автоматизированной системы управления представим в виде сметы, К_ОБ:

Таблица 5.1.1 - Смета затрат на приобретение оборудования

Рассчитаем непредвиденные нужды К_ПР:

Далее чтобы узнать затраты на прочие нужды надо

К_ПР.= (К_С.П.+ К_ОБ + К_М) ∙ 10%

К_ПР.= (29 833,68 + 48 491,07 + 109 378) ∙ 10%

К_ПР.= 18 770,275 руб.

Таким образом рассчитаем капитальные затраты на реализацию проекта разработки автоматизированной системы управления

К_КАП = 29 833,68 + 48 491,07 + 109 378 + 18 770,275 = 206 473,03руб.

Результаты произведенных расчетов сведем в таблицу:

Таблица 5.1.2 - Результаты расчетов

Так как на основной деаэраторе три параллельных ветви деаэрации, капитальные затраты на один деаэратор составят, руб:

К_КАП = 206 473,03 ∙ 3 = 619 419,075

.1 Расчет текущих затрат на эксплуатацию

Рассчитаем текущие затраты на эксплуатацию системы К_ТЕК, так как камера КТД имеет непрерывный цикл работ то, возможно предположить что в год он будет нарабатывать максимум часов, 8760 часов/год.

Энергопотребление автоматизированной системы, разница по мощности между старой системой и новой, составит 184 Вт.

Стоимость одного кВт/часа на собственные нужды установки составляет примерно 2,5руб.

Тогда К_ТЕК, руб:

К_ТЕК = 8760 ∙ 184 ∙2,5 = 4029600

.2 Расчет экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы

При подготовке дипломного проекта было выяснено что на аналогичных установках копчения Санкт-Петербурский рыбзавод №2 (в 1999г.) и на Мурманском рыбхозе (в 2008г.) после автоматизации на основе микропроцессорной техники новая система позволила не только повысить культуру управления но и увеличить производительность в 1,7 раза. В результате полученная чистая прибыль увеличилась в 1,6 раза - будем считать это достигнутым экономическим эффектом.

Оптовая цена готовой продукции за 1 кг в нашем регионе равняется примерно 180 рублей (с учётом НДС).

Следовательно экономический эффект от внедрения автоматизированной системы управления процессом копчения составит:

Э = 10000 ∙ 180 = 1 800 000 руб.

Время окупаемости автоматизированной системы управления рассчитаем по формуле:

 = Т_ОК,

где Э - эффект от внедрения новой автоматизированной системы управления, руб.;

Тогда Т_ОК - время окупаемости, года.

Т_ОК =  ≈ 2,5

Т_ОК.М = 2,5 ∙ 12 мес. = 30 мес.

Следовательно, время окупаемости разработанной автоматизированной системы управления процессом копчения составит 30 месяцев.

6. Анализ потенциальных опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации проектируемого АСУ

В соответствии с ГОСТом 12.0.003-74 процесс копчения сопровождается следующими опасными (вызывающими травмы) и вредными (вызывающими заболевания) производственными факторами:

Физические опасные и вредные:

- Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которого может произойти через тело человека.

Основными причинами воздействия тока на человека являются: случайное прикосновение к токоведущим частям, появление напряжения на металлических частях электрической машины в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персонала; шаговое напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода.

Таблица 6.1 - Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и токов ГОСТ 121.038-82

Повышенный уровень шума на рабочем месте.

Шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Шум, даже когда он не велик (при условии 50 - 60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Степень вредности шума зависит от того, насколько он отличается от первичного шума. Патологические изменения, возникающие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь. Основными факторами, вызывающими шум, являются соударение деталей вследствие неизбежных зазоров, инерционные возмущающие силы, возникающие из-за деталей механизма с переменными ускорениями.

Основными источниками шума являются, прежде всего, подшипники и неуравновешенные вращающие части машины. Для уменьшения шума целесообразно изменять металлические детали на пластмассовые. При выборе металла для изготовления деталей необходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а, следовательно, различна звучность. Для уменьшения шума, также широко применяются смазывание трущихся поверхностей в сочленениях и балансировка вращающихся элементов электрической машины.

Действующие нормы шумы на рабочих местах регламентируются ГОСТ12.1.003-83 ”ССБТ. Шум. Общие требования безопасности”.

Таблица 6.2 - Шум. Общие требования безопасности ГОСТ12.1.003-83

Для обеспечения безопасной работы и предупреждения заболеваний, необходимо использовать средства индивидуальной защиты от шума. К средствам индивидуальной защиты от шума относятся вкладыши и наушники. Если уровень шума более 120 дБ, то необходимо использовать шлемы ГОСТ 12.1.029-80 ”ССБТ. Средства и методы защиты от шума”.

- Повышенный уровень вибрации.

Анализ производственной вибрации представляет большие трудности, так как колебания машин и другого оборудования не являются простыми гармоническими колебаниями. ГОСТ 12.012-90 ”ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности предусматривает общую оценку вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях”. Общая вибрация оказывает не благоприятное воздействие на человека, его нервную систему, наступает изменение в сердечнососудистой системе, вестибулярном аппарате, нарушается обмен веществ. Все это ведет к профессиональному заболеванию вибрации. Вибрация может не оказывать болезненных ощущений, но затруднить проведения производственных процессов.

Таблица 6.3 - Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки для длительности смены 8ч.

Недостаточная освещенность рабочей зоны.

Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья и высокой производительности труда, и основным на работе зрительного анализатора, самого тонкого и универсального органа чувств.

Освещение в производственных зданиях и на открытых площадках может осуществляться естественным и искусственным светом и должно быть таким, чтобы обеспечить полную безопасность работающего персонала. При недостаточности естественного освещения используют совмещенное освещение, при котором в светлое время суток используется одновременно естественный и искусственный свет. Освещение должно нормироваться согласно СНиП 23-05-95 который разработан в соответствии с общей системой нормативных документов в строительстве.

Документ устанавливает нормы естественного, искусственного и совмещенного освещения зданий и сооружений, а также нормы искусственного освещения селитебных зон, площадок предприятий и мест производства работ вне зданий.

В соответствии с СНиП 23-05-95 все зрительные работы делят на восемь разрядов в зависимости от размера объекта различия и условий зрительной работы. При условиях, затрудняющею зрительную работу или облегчающих ее, повышающих опасность травматизма или требующих улучшений санитарных условий уровни нормируемой освещенности должны быть повышены или понижены.

- Химические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия на организм человека подразделяются на следующие подгруппы: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие (вызывающие аллергические заболевания), канцерогенные (вызывающие развитие опухолей), мутогенные (действующие на половые клетки организма). В эту группу входят многочисленные пары и газы: пары бензола и толуола, окись углерода, сернистый ангидрид, окислы азота, аэрозоли свинца и др., токсичные пыли, образующиеся, например, при обработке резанием бериллия, свинцовистых бронз и латуней и некоторых пластмасс с вредными наполнителями. К этой группе относятся агрессивные жидкости (кислоты, щелочи), которые могут причинить химические ожоги кожного покрова при соприкосновении с ними.

Между вредными и опасными производственными факторами наблюдается определенная взаимосвязь. Во многих случаях наличие вредных факторов способствует проявлению травмоопасных факторов. Например, чрезмерная влажность в производственном помещении и наличие токопроводящей пыли (вредные факторы) повышают опасность поражения человека электрическим током (опасный фактор).

Уровни воздействия на работающих вредных производственных факторов нормированы предельно-допустимыми уровнями, значения которых указаны в соответствующих стандартах системы стандартов безопасности труда и санитарно-гигиенических правилах.

Предельно допустимое значение вредного производственного фактора (по ГОСТ 12.0.002-80)[7] - это предельное значение величины вредного производственного фактора, воздействие которого при ежедневной регламентированной продолжительности в течение всего трудового стажа не приводит к снижению работоспособности и заболеванию как в период трудовой деятельности, так и к заболеванию в последующий период жизни, а также не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье потомства.

Вредные химические вещества, их нормирование

Вредные химические вещества окружающей среды, как и любые другие, можно разделить на две группы: естественные (природные) и антропогенные (попадающие в окружающую среду в связи с деятельностью человека).

Для организма человека разнообразие химических веществ имеет неравноценное значение. Один из них индифферентны, то есть безразличны для организма, другие оказывают на организм вредное действие, третьи обладают выраженной биологической активностью, являясь либо строительным материалом живого вещества, либо ставной частью химических регуляторов физиологических функций: ферментов, пигментов, витаминов. Последние получили название биологически активных элементов (или биогенных элементов). Все биогенные элементы в зависимости от их процентного содержания в организме человека разделены на две группы:

1   макроэлементы - О, С, Н, N, Сl, S, Р, Са, Nа, Mg, содержание которых в организме человека составляет 10-³% и более;

2   микроэлементы - I, Сu, Со, Zn, Pt, Mo, Mn и др. , содержание которых в организме достигает 10 - 10- ²%;

Качественное и количественное содержание химических элементов определяется природой организма, при этом внутренняя и внешняя среда представляет собой единую, целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии с окружающей средой.

Необходимо отметить однако, что физиологические возможности процессов уравновешивания внутренней среды организма с постоянно меняющейся спешней средой ограничены. Расстройство равновесия, выражающееся в нарушении процессов жизнедеятельности или в развитии болезни, может наступать при воздействии чрезвычайного по величине или необычного по характеру фактора среды. Такого рода ситуации могут иметь место на определенных территориях вследствие естественного. На этих территориях избыток или недостаток определенных химических элементов наблюдается в местной фауне и флоре. Такие территории были на - званы биогеохимическими провинциями; а наблюдаемые специфические заболевания населения получили название геохимических заболеваний. Так, например, если того или иного химического элемента, скажем йода, оказывается недостаточно в почве, то понижение его содержания обнаруживается в растениях, произрастающих па этих почвах, а также в организмах животных, питающихся этими растениями. В результате, пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения оказываются о6едненные йодом. Химический состав грунтовых и подземных вод отражает химический состав почвы. При недостатке вода в почве его недостаточно оказывается и в питьевой воде. Йод отличается высокой летучестью. В случае пониженного содержания в почве, в атмосферном воздухе его концентрация также понижена. Таким образом, в биогеохимической провинции, обедненной йодом, организм человека постоянно недополучает йод с пищей, водой и воздухом. Следствием является распространение среди населения геохимического заболевания - эндемического зоба.

В биогеохимической провинции, обедненной фтором, при содержании фтора в воде источников водоснабжения 0,4 мг/л и менее, имеет место повышенная заболеваемость кариесом зубов. Существуют и другие биогеохимические провинции, обедненные медью, кальцием, марганцем, кобальтом; обогащенные свинцом, ураном, молибденом, марганцем, медью и другими элементами.

Неоднородная на различных территориях природная геохимическая обстановка, определяющая поступление в организм человека химических веществ с пищей, вдыхаемым воздухом, водой и через кожу, может изменяться также в значительной степени в результате деятельности человека. Появляется такое понятие, как антропогенные химические факторы среды обитания. Они могут появляться как в результате целенаправленной деятельности человека, так и в результате роста народонаселения, концентрации его в крупных городах, химизации всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта.

Безграничные возможности химии обусловили получение, взамен естественных, синтетических и искусственных материалов, продуктов и изделий. В связи с этим постоянно возрастает уровень загрязнения внешней среды:

3 атмосферы - вследствие поступления промышленных выбросов, выхлопных газов, продуктов сжигания топлива;

4 воздуха рабочей зоны - при недостаточной герметизации, механизации и автоматизации производственных процессов;

5 воздуха жилых помещений - вследствие деструкции полимеров, лаков, красок, мастик и др.;

6 питьевой воды - в результате сброса сточных вод;

7 промышленные яды в виде паров, газов, пыли встречаются во многих отраслях промышленности.

Например, в шахтах присутствуют вредные газы (окислы азота, окись углерода), источником которых являются взрывные работы. В металлургической промышленности, кроме издавна известных газов (окиси углерода и сернистого газа) появляются новые токсические вещества (редкие металлы), применяемые для получения различных сплавов (вольфрам, молибден, хром, бериллий, литий и др.). В металлообрабатывающей промышленности широко распространены процессы травления металлов кислотами, гальваническое покрытие, цианирование, кадмирование, азотирование, покрытие красками и др., при которых возможно выделение в воздух вредных газов и паров органических растворителей. Значительным источником вредных веществ в окружающей среде является химическая промышленность - основная химия, коксохимия, анилино-красочная промышленность, производство синтетических смол, пластмасс, каучука, синтетических волокон. В сельском хозяйстве основным источником вредных веществ является применение ядохимикатов.[3]

По степени потенциальной опасности воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на 4 класса в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76[6] с изменением №1 от 01.01,82 г.: 1 - чрезвычайно опасные, 2 - высокоопасные, 3 -умеренно-опасные, 4 - малоопасные. Критериями при определении класса опасности служат ПДК, средняя смертельная доза, средняя смертельная концентрация и др. Определение проводится по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Токсическое действие ядовитых веществ многообразно, однако установлен ряд общих закономерностей в отношении путей поступления их в организм, сорбции, распределения и превращения в организме, выделения из организма, характера действия на организм в связи с их химической структурой и физическими свойствами.

Вредные вещества могут поступать в организм тремя путями: через легкие при вдыхании, через желудочно-кишечный тракт с нищей г водой, через неповрежденную кожу путем резорбции.

Поступление вредных веществ через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. Поверхность легочных альвеол при среднем их растяжении (то есть при спокойном, росном дыхании) составляет 90-100 м², толщина же альвеолярной стенки колеблется от 0,001-0,004 мм, в связи с чем в легких создаются наиболее благоприятные условия для проникновения газов, паров, пыли непосредственно в кровь. Поступают химические вещества в кровь путем диффузии, вследствие разницы парциального давления газов или паров в воздухе и крови.

Распределение в превращении вредного вещества в организме зависит от его химической активности. Различают группу так называемых не реагирующих газов и паров, которые в силу своей низкой химической активности в организме или не изменяются или изменяются очень медленно, потому они достаточно быстро накапливаются в крови. К ним относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного ряда и их производные.

Другую группу составляют реагирующие вещества, которые легко растворяются в жидкостях организма и претерпевают различные изменения. К ним относятся аммиак, сернистый газ, окислы азота и другие.

Вначале насыщение крови вредными веществами происходит быстро вследствие большой разницы парциального давления, затем замедляется и при уравнивании парциального давления газов или паров в альвеолярном воздухе и крови насыщение прекращается. После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорбция газов и паров и удаление их через легкие. Десорбция также происходит на основе законов диффузии.

Опасность отравления пылевидными веществами не меньше, чем парогазообразными. Степень отравления при этом зависит от растворимости химического вещества. Вещества, хорошо растворимые в воде или в жирах, всасываются уже в верхних дыхательных путях или в полости носа, например, вещества наркотического действия. С увеличением объема легочного дыхания и скорости кровообращения сорбция химических веществ происходит быстрее. Таким образом, при выполнении физической работы или пребывании в условиях повышенной температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление наступает значительно быстрее.

Поступление вредных веществ через желудочно-кишечный тракт возможно с загрязненных рук, с пищей и водой. Классическим примером такого поступления в организм может служить свинец: это мягкий металл, он легко стирается, загрязняет руки, плохо смывается водой и при еде или курении легко проникает в организм. В желудочно-кишечном тракте химические вещества всасываются труднее по сравнению с легкими, так как желудочно-кишечный тракт имеет меньшую поверхность и здесь проявляется избирательный характер всасывания: лучше всего всасываются вещества, хорошо растворимые в жирах. Однако, в желудочно-кишечном тракте вещества могут под действием его содержимого измениться в неблагоприятную для организма сторону. Например, те же соединения свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке и поэтому легко всасываются. Всасывание вредных веществ происходит в желудке и в наибольшей степени в тонком кишечнике. Большая часть химических веществ, поступивших в организм через желудочно-кишечный тракт, попадает через систему воротной вены в печень, где они задерживаются н в определенной степени обезвреживаются.

Через неповрежденную кожу (эпидермис, потовые и сальные железы, волосяные мешочки) могут проникать вредные вещества, хорошо растворимые в жирах и липоидах, например, многие лекарственные вещества, вещества нафталинового ряда и др. Степень проникновения химических веществ через кожу зависит от их растворимости, величины поверхности соприкосновения с кожей, объема я скорости кровотока в ней. Например, при работе в условиях повышенной температуры воздуха, когда кровообращение в коже усиливается, количество отравлений через кожу увеличивается. Большое значение при этом имеют консистенция и летучесть вещества: жидкие летучие вещества быстро испаряются с поверхности кожи и не успевают всасываться; наибольшую опасность представляют маслянистые малолетучие вещества, они длительно задерживаются на коже, что способствует их всасыванию.[5]

Знание путей проникновения вредных веществ в организм определяет меры профилактики отравлений.

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

) температура воздуха;

) относительная влажность воздуха;

) скорость движения воздуха;

) интенсивность теплового излучения.

Оптимальные показатели микроклимата распространяются на всю рабочую зону, допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для постоянных и непостоянных рабочих мест. Оптимальные и допустимые показатели температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений должны соответствовать значениям, указанным в таблице 6.4.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.

В кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и других производственных помещениях при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные величины температуры воздуха 22- 24 °С, его относительной влажности 60-40 % и скорости движения (не более 0,1 м/с). Перечень других производственных помещений, в которых должны соблюдаться оптимальные нормы микроклимата, определяется отраслевыми документами, согласованными с органами санитарного надзора в установленном порядке.

При обеспечении оптимальных показателей микроклимата температура внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабочую зону (стен, пола, потолка и др.), или устройств (экранов и т. п.), а также температура наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств не должны выходить более чем на 2°С за пределы оптимальных величин температуры воздуха, установленных в таблице 6.4 для отдельных категорий работ.

6.1 Мероприятия по достижению безопасных условий работы

.1.1 Электробезопасность: Организация безопасной эксплуатации электроустановки. Системы и средства защиты, применяемые в электроустановки

Электроустановкой называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначены для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии. Различают электроустановки открытые и закрытые.

Открытыми или наружными электроустановками называются электроустановки, не защищенными зданием от атмосферных воздействий или защищенные только навесами, сетчатыми ограждениями и т.п.

Закрытыми или внутренними электроустановками называют электроустановки, размещенные внутри зданий, защищающих от атмосферных воздействий.

По условию электробезопасности электроустановки разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и напряжением выше 1000 В. При этом имеется в виду действующее значение напряжения. Требования техники безопасности и технологические требования, предъявляемые к конструкции, устройству, размещению и эксплуатации электроустановки выше 1000 В значительно более жесткие, чем электроустановка до 1000 В.

Опыт эксплуатации показывает, что для обеспечения безопасной, безаварийной и высокопроизводительной работы электроустановки необходимо наряду с совершенным их исполнением и оснащением средствами защиты так организовывать их эксплуатацию, чтобы была исключена всякая возможность ошибок со стороны обслуживающего персонала.

Структура такой организации эксплуатации разработана в результате длительного опыта работы множества электроустановок и изложена в виде ”Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей” (ПТЭ) и ”Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок” (ПТБ), а для электроустановок потребителей энергии ”Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей” (НТЭ и ПТБ).

Основой организации безопасной эксплуатации электроустановки является высокая техническая грамотность и сознательная дисциплина обслуживающего персонала, который обязан строжайше соблюдать особые организационные и технические мероприятия, а также приемы и очередность повышение эксплуатационных операций согласно указаниям Правил.

Работы на оборудовании производятся по письменным нарядам и устным распоряжениям.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ при ремонте оборудования, являются:

§  оформление работы нарядом или распоряжением;

§  допуск к работе;

§  надзор во время работы;

§  перевод на другое рабочее место;

§  оформление перерывов в работе;

§  оформление окончания работы.

Время действия наряда определяет выдающий наряд, но не более чем на срок, утвержденный графиком ремонта оборудования.

Если срок действия наряда истек, но ремонт не закончен, наряд может продлить выдавший его работник, а в его отсутствие - работник, имеющий право выдачи нарядов, на срок до полного окончания ремонта. При этом в обоих экземплярах наряда в строке "Наряд продлил" делается запись о новом сроке действия наряда. Продление наряда разрешается только 1 раз.

.1.2 Защита от поражения напряжением и электрическим током

В процессе обслуживания автоматической системы копчения применяют следующие технические защитные меры:

1)      контроль и профилактика повреждений изоляции;

2)      обеспечение недоступности токоведущих частей;

)        защитное заземление;

4) зануление;

5)      двойная изоляция;

6)      защитное отключение.

Применение этих защитных мер регламентируется ПУЭ и другими Правилами.

Заземление электроустановок. Заземлением называется преднамеренное соединение какой-либо части электроустановки с заземлителем, то есть проводником или группой соединенных между собой проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

С помощью заземления уменьшается напряжения на корпусе (в случае замыкания на него тока), а также напряжения прикосновения и шаговое напряжение в зоне растекания этого тока. Когда заземление отсутствует, то корпус, на который произошло замыкание, имеет фазное напряжение относительно земли.

Область применения заземления:

Сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точкой обмоток источников тока.

Рисунок 31 - Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока.

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 - заземленное оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления; r0 И r3 - сопротивления рабочего и защитного заземлений.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих вследствие замыкания на корпус оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтралью источника трехфазного тока.

Указанное соединение заземляемой части выполняется с помощью неоднократно заземленного проводника, называемым нулевым защитным проводником.

Назначения зануления - устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли, в следствии замыкания на корпус.

Принцип действия - превращения замыкания на корпус в однофазное (однополюсное) короткое замыкание, т.е. замыкание между фазой (полюсом) и нулевым защитным проводником с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой является: плавкие предохранители или автоматические выключатели максимального тока, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания; магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, обеспечивающие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки.

Рисунок 32 - Электрическая схема магнитного пускателя

Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающее автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус, снижения сопротивления изоляции сети ниже определенного предела и, наконец, в случае прикосновения человека непосредственно к токоведущей части, находящийся под напряжением.

В сетях до 1000 В в качестве выключателей, удовлетворяющих требования защитного отключения, успешно применяются контакторы, т.е. выключатели, снабженные электромагнитным управлением в виде удерживающей катушки; магнитные пускатели - трехфазные контакторы переменного тока, снабженные тепловыми реле для автоматического отключения при перегрузках потребителей; автоматические выключатели - наиболее сложные отключающие аппараты до 1000 В, в том числе быстродействующие автоматы; специальные выключатели, предназначенные для работы в устройствах защитного отключения.

Основные требования, которым должны удовлетворять УЗО:

)высокая чувствительность;

)малое время отключения;

)селективность действия;

)способность осуществлять самоконтроль исправности;

)достаточная надежность.

6.1.2 Защита от шума и вибрации

Одним из основных методов уменьшения шума на производственных объектах является снижение (ослабление) шума в самих его источниках - в электрических машинах, станках, механизмах, компрессорах, вентиляторах и др. Согласно ГОСТ 12.2.003-74 ССБТ конструкция производственного оборудования должна обеспечивать исключение или снижение до регламентируемых уровней шума, ультразвука и вибраций. ГОСТ 12.2.007.0 -75 требует предотвращения или уменьшения до допустимого уровня воздействия на человека шума, ультразвука и вибраций электротехнических изделий. На практике допустимые уровни шума и вибраций для электрических машин регламентируются ГОСТ 16372-77 ”Машины электрические вращающиеся. Допустимые вибрации”.

В механических устройствах часто причинами недопустимого шума является износ подшипников, неточная сборка деталей при ремонтах и т.п. Поэтому в процессе эксплуатации всех видов машин и механического оборудования следует точно выполнять все требований Правил технической эксплуатации.

Ненормальный повышенный шум, создаваемый машинами, трансформаторами, электрическими аппаратами, часто бывает по причине не полного стягивания пакетов стальных сердечников, неполного притягивания подвижной части магнитопровода контактора (магнитного пускателя). У электродвигателей ненормальный угол возникает при работе с перегрузкой или при обрыве одной фазы. Своевременное устранение этих причин позволяет снизить уровень шума.

Строительные нормы и правила СНиП И-12-77 предусматривают защиту от шума строительно-акустическими методами, при этом для снижения уровня шума предусматривают следующие меры:

а)      звукоизоляция ограждающих конструкций; уплотнение по периметру притворов окон, ворот, дверей; звукоизоляция мест пересечения ограждающих конструкций инженерными коммуникациями; устройство звукоизоляционных кабин наблюдения и дистанционного управления технологическим оборудованием; укрытия и кожухи источников шума;

б)      установка в помещениях звукопоглощающих конструкций и экранов;

в)      применение глушителей аэродинамического шума, звукопоглощающей облицовки в газовоздушных трактах вентиляционных систем с механическим побуждением и систем кондиционирования воздуха;

г)       правильная планировка и застройка селитебной территории городов и других населенных пунктов, а также использование экранов и зеленых насаждений.

В качестве индивидуальных средств защиты от шума используют специальные наушники, вкладыши в ушную раковину, противошумные каски, защитное действие которых основано на изоляции и поглощении звука.

Защита людей от вибрации на рабочих местах, а также оборудования и строительных конструкций осуществляется методом виброизоляции путем устройства упругих элементов, размещенных между вибрирующей машиной и основанием, на котором она установлена. В качестве амортизаторов вибраций используют стальные пружины или резиновые прокладки. Обычно для виброизоляции насосов, двигателей внутреннего сгорания и электрических машин применяют пружинные амортизаторы. Виброизолирующая способность резиновых амортизаторов меньше, чем пружинных, но благодаря большому их внутреннему трению они обеспечивают меньшее время затухания свободных колебаний системы.

Для ослабления вибрации кожухов, ограждений и других деталей, выполненных из стальных листов, применяют вибропоглощение путем нанесения на вибрирующую поверхность слоя резины, мастик, пластиков, которые рассеивают энергию вибраций, при этом также снижается уровень производственного шума.

В качестве индивидуальной защиты от вибраций, передаваемых человеку через ноги, рекомендуется носить обувь на войлочной или толстой из микропористой резины подошве.

Для защиты от вибрации рук рекомендуется виброгасящие перчатки.

Средства защиты, применяемые в электроустановки.

В процессе эксплуатации электроустановки не редко возникают условия, при которых даже самое совершенное конструктивное исполнение установок не обеспечивает безопасности работающего, и поэтому требуется применение специальных средств защиты - приборов, аппаратов, переносимых и перевозимых приспособлений и устройств, служащих для защиты персонала, работающего в электроустановки, от поражения электрическим током, от вредного воздействия электрического поля и продуктов горения, от опасности падения с высоты и пр. Эти средства не являются конструктивными частями электроустановки; они дополняют защитные свойства стационарно установленных ограждений, блокировок, сигнализации и специальных устройств - заземлений, занулений и т.п.

Средства защиты, применяемые в электроустановке, можно условно разделить на четыре группы: изолирующие, ограждающие, экранирующие и предохранительные. Первые три группы предназначены для защиты персонала от поражений электрическим током и вредного воздействия электрического поля и называются электрозащитными средствами.

Изолирующие электрозащитные средства изолируют человека от токоведущих или заземленных металлических частей, а также от земли. Они делятся на основные и дополнительные.

Основные изолирующие электрозащитные средства обладают изоляцией, способной длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и поэтому ими разрешается прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением. К ним относятся:

в электроустановке до 1000 В - диэлектрические перчатки, изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, а также указатели напряжения;

в электроустановках выше 1000 В - изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, а также средства для ремонтных работ под напряжением выше 1000 В.

Дополнительные изолирующие электрозащитные средства обладают изоляцией, не способной выдерживать рабочее напряжение электроустановки, и поэтому они не могут самостоятельно защищать человека от поражения током при этом напряжении. Их назначение - усилить защитное (изолирующее) действие основных изолирующих средств, вместе с которыми они должны применяться; причем при использовании основных электрозащитных средств достаточно применение одного дополнительного электрозащитного средства.

В электроустановках до 1000 В - диэлектрические галоши, сапоги и ковры, а также изолирующие подставки;

В электроустановках выше 1000 В - диэлектрические перчатки, боты и ковры, а также изолирующие подставки.

Ограждающие электрозащитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей, к которым возможно случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние, а также для предупреждения ошибочных операций с коммутационными аппаратами. К ним относятся: временные переносные ограждения - щиты и ограждения-клетки, изолирующие накладки, временные переносные заземления, знаки и плакаты безопасности.

Экранирующие электрозащитные средства имеют задачу исключить вредное воздействие на работающих электрических полей промышленной частоты. К ним относятся индивидуальные экранирующие комплекты (костюмы с головными уборами, обувью и рукавицами), переносные экранирующие устройства (экраны) и экранирующие тканевые изделия (зонты, плакаты и т.д.).

Предохранительные средства защиты предназначены для индивидуальной защиты работающего от вредных воздействий неэлектрических факторов - световых, тепловых и механических, а также продуктов горения и падения с высоты. К ним относятся: защитные очки и щетки; специальные рукавицы, изготовленные из трудновоспламеняемой ткани; защитные каски; противогазы; предохранительные монтерские пояса; страховочные канаты; монтерские когти.

6.2 Анализ возможных чрезвычайных ситуаций и мероприятия по их предотвращению

Наибольшие затруднения и сложности при обслуживании связаны с сжиганием твердого топлива. Наряду с оборудованием для транспортировки и подачи дозированных масс топлива в топку в данном случае необходимо достаточно сложное технологическое оборудование.

Надежность снабжения камеры топливом (для дымогенератора) в первую очередь определяется работой самого дымогенератора. Из-за наличия влаги и ее испарения в бункерах возможны слеживание и зависание топлива с образованием сводов, по причине которых поступление дыма в камеру копчения может прекратиться. При засорении фильтров дымогенератора, часто выводит их из строя. Прекращение подачи топлива приводит к нарушению технологического процесса, а как результат к значительному количеству брака.

Для контроля и своевременного принятия должных мер но восстановлению равномерности подачи топлива предусмотрены индикаторы и система зашиты устройства. На работающих дымогенераторах следует регулярно контролировать наличие топлива в бункерах и следить за их загрузкой при снижении массы топлива до минимально допустимого уровня. Устройства подачи должны находиться в состоянии постоянной готовности. Периодически (каждые 7... 10сут) необходимо срабатывать топливо в бункерах до минимального уровня, а при остановах камер на ремонт топливо следует срабатывать полностью и очищать стенки бункеров, так как при длительном хранении топливо слеживается в плотную массу. Аналогичными должны быть действия персонала при контроле и обслуживании камер копчения непосредственно.

Присутствие в топливе крупных предметов, пней, щепы усиливает вероятность зависания топлива в бункерах, приводит к обрыву цепей, поломке скребков и пластин в питателях, к остановам. Большие проблемы создают металлические предметы, присутствующие в топливе. Они вызывают обрыв бил, поломку билодержателей, разрушение заслонок и других запирающих устройств, что сокращает ресурс работы последних.

В процессе эксплуатации могут возникнуть условия их работы с чрезмерными перегрузками. Причинами перегрузок являются повышенная подача топлива, попадание посторонних предметов, ограниченная подача сушильно-транспортируюшего агента. При перегрузках следует увеличить расход сушильного агента в мельницу, а если это не помогает, временно (до устранения перегрузки) отключить питатель.

На высокоабразивных топливах происходит сильный износ мелющих органов. Это приводит в результате к угрублению пыли и повышению недожога топлива. Наиболее чувствительны к износу молотковые среднеходные мельницы. Для обеспечения качественного помола топлива необходимо контролировать состояние мелющих органов, проводить своевременную их замену.

Возгорание отложений щепы может происходить и в помещении производственного цеха. Для предотвращения этого следует проводить регулярную уборку, удаляя своевременно отложения щепы, особенно с горячих поверхностей.

Для ликвидации случаев возгорания в системах приготовления топлива - щепы необходимо поддерживать на безопасном уровне температуру, поддерживать в исправном состоянии средства пожаротушения (подача пара и волы в мельницы, питатели), своевременно пользоваться ими, регулярно проверять исправность соответствующих измерительных приборов, защит и блокировок, контролировать бесперебойное поступление топлива в мельницу по ее загрузке и сигналам датчиков, своевременно устранять пыление. Для защиты элементов системы горения щепы или основного процесса копчения от разрушения при взрывах пыли на них устанавливают взрывные клапаны в безопасных для обслуживания местах.

Эксплуатация систем топливоподачи и приготовления щепы организуется в соответствии с «Правилами взрывопожаробезопасности общецеховых помещений» и «Правилами взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии».

6.3 Охрана окружающей среды

В процессе сжигания твердого топлива образующийся несгораемый остаток из минеральных примесей выделяется в виде шлака, остающегося в топке, и в виде летучей золы, уносимой продуктами горения, частично оседающей в газоходах и улавливаемой в золоуловителях, а частично удаляемой через дымовую трубу в атмосферу. Шлак, удаляемый из топки, представляет собой крупные бесформенные куски (размером до 250...300 мм) сплавленной стекловидной или хрупкой губчатой массы. Унос, осаждающийся в газоходах и золоуловителях, представляет собой сыпучую подвижную смесь зольных частиц и пестревшего топлива.

Зола и шлак представляют собой ценное сырье для производства строительных материалов. Шлаки могут быть использованы как добавка к цементу при производстве силикатного или алюмо-силикатного кирпичей, шлакоблоков, каменных изделий, огнеупоров, шлаковой ваты и т.д.

Методы снижения токсичных газообразных выбросов.

Проблема вредных выбросов при сжигании органических топлив решается поэтапно на разных стадиях технологического процесса (рисунок 6.3), начиная со стадии подготовки топлива к сжиганию, далее на стадии сжигания топлива и, наконец, в процессе охлаждения продуктов горения топлива. Так, на стадии подготовки топлива к сжиганию возможно получение «чистого» топлива, высокотемпературный подогрев мазута, термическая подготовка угольной ныли, приготовление водоугольных суспензий. Получение «чистого топлива (путем десульфурации) достигается за счет удаления содержащейся в нем серы.

Заключение

В данном дипломном проекте разработана система управления процессом горячего копчения рыбы.

Суть разрабатываемого проекта заключается :

в автоматизации управления работой камеры копчения, что позволяет сократить время на обслуживание установки, а также улучшить показатели работы ;

в установке современной системы управления на базе логического контроллера Овен ПЛК 154, что позволяет снизить эксплуатационные расходы.

В проекте производится исследование и анализ технической системы т.е принципа работы камеры копчения. Подобные исследования представлены в виде алгоритма управления установкой. Приводится программа управления камерой копчения. Введена рециркуляционная заслонка, как объект , позволяющий обеспечить более надежную работу установки. В разделе «Экономическая эффективность» доказывается целесообразность внедрения предлагаемого оборудования. В разделе «Экологичность и безопасность» рассмотрены вопросы охраны труда.

Список использованных источников

1. В.Л.Анхимюк. Теория автоматического регулирования / В.Л.Анхимюк. - М.: Мангуст, 2000. - 144 с.

2.      Г.Вилеб. Датчики. Устройство и применение / Г.Вилеб. - М.: Мир, 1993. - 145 с.

.        Понов, А.С. Правила техники безопасности на электроустановках: Учебн. пособие для вузов / А.С.Понов. - М.: Энергоиздат, 2005. - 388 с.

.        Сим, Б.М. Выбор мощности электроприводов производственных механизмов: Учебн. пособие для вузов / Б.М.Сим. - Комсомольск-на-Амуре: КГТУ, 1997. - 126 с.

.        Ключев, В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.

.        Копылов, И.П. Справочник по проектированию электрических машин в 2 т. Т. 1. Электрические машины / Копылов, И.П. - М.: Энергоатомиздат, 1979. - 480 с.

.        Справочник 6-6202-7120-170-22. Нормативы времени на электромонтажные работы М.: Энергоиздат, 1984 - 60 с.

.        Микроконтроллеры [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.owen.ru/mpr51/сhаrасt.htm (Описание контроллера Owen). - Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

.        Микроконтроллеры [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.syst.ru/mkr2/in_out.htm#аinor-rtd (Описание модулей). - Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

.        Ильинский, Н.Ф. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение / Н.Ф. Ильинский, В.В. Москаленко. - М.: Академия, 2008. - 208 с.

.        Электрооборудование предприятий пищевой промышленности / В.Д. Афанасьев и др. - М.: Металургиздат, 1996 - 289 с.