95072

Автоматизация процесса брожения на ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод»

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Анализ технологического процесса как объекта автоматизации является начальным этапом создания системы автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках.

Русский

2015-09-19

657.5 KB

16 чел.

Министерство образования и науки Российской

Федерации

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Кафедра «Автоматизация производственных процессов и АСУ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Автоматизация пищевых производств»

на тему «Автоматизация процесса брожения на ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод»

Выполнил: студент гр. АМ-81

________________________

Проверил: Чупин А.В  кафедры

АПП И АСУ

____________________________

Кемерово 2012

  1.  Анализ технологического процесса как объекта управления

Анализ технологического процесса как объекта автоматизации является начальным этапом создания системы автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках. В результате проведенного анализа инженер по автоматизации технологических процессов должен четко представлять перечень задач, которые будут решаться при автоматизации технологического процесса, знать требования, предъявляемые к различным системам автоматизации.

1.1 Характеристика, описание и режимы работы объекта автоматизации

В качестве объекта автоматизации выступает участок главного брожения на ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод».

Спиртовое брожение сахаров сусла под действием ферментов дрожжей основной процесс при производстве пива.

В зависимости от вида применяемой культуры дрожжей и температуры в сусле происходит верховое или низовое брожение. Верховое брожение сусла про водят при 12-15°С, низовое - при 5-7°С. Наиболее распространено низовое брожение. Различают две стадии брожения: главное брожение и дображивание. Главное брожение проводят при атмосферном давлении в течение 7-10 суток, а дображивание - под избыточным давлением 0,04-0,07 МПа в течение 18-19 суток (с пониженной температурой 0-2°С).

Задачей проведения брожения является оказание воздействия на интенсивность брожения путем регулирования температуры сусла.

В ходе главного брожения выделяют следующие стадии:

  •  забел (1-е сутки);
    •  стадия низких завитков (на 2 и 3 сутки);
    •  стадия высоких завитков (3-5 сутки);
    •  опадение пены и образование деки (до 7-8 суток).

Ход брожения отслеживается не только по внешним признакам, но и по поведению дрожжей, снижению экстрактивности, увеличению температуры и повышению кислотности (снижение рН).

При забеле примерно через 12 ч чан покрывается белой пенистой декой. Снижение экстрактивности составляет в первые 24 ч 0,4-0,6%, снижение значения рН - 0,25-0,35, повышение температуры - 0,8-1,3°С.

В стадии низких завитков (1,5-2 суток) снижение экстрактивности составляет 1-1,4% в сутки, значение рН снижается до 4,8-4,6, возможное повышение температуры на 1,5-2°С в сутки, которое должно быть остановлено охлаждением при максимальной температуре.

Стадия высоких завитков начинается на 3 сутки и продолжается 2-3 суток. Экстрактивность сильно снижается от 1,4 до 2% в сутки. Максимальная температура достигает на 3 сутки и поддерживается на этом уровне, благодаря охлаждению. Значение рН снижается до 4,6-4,4.

На стадии образования деки снижение экстрактивности в последние сутки составляет 0,2-0,5%, значение рН остается постоянным или незначительно повышается. Температура пива в последние 22 ч должна быть около 2°С. Температура готового к перекачиванию пива редко бывает более 3,5-5°С, в противном случае возникает риск того, что дображивание замедлится. Одним из показателей готовности молодого пива является его мутность.

После завершения главного брожения молодое пиво перекачивают в лагерное отделение на дображивание. Температура в лагерном отделении должна регулироваться от +3°С до -2°С. Давление должно быть избыточным.

Одновременно с дображивание происходит насыщение пива диоксидом углерода, осветление и созревание пива (за счет физико-химических и биохимических процессов).

Продолжительность дображивания и созревания 4-8 недель.

Основное оборудование: бродильные танки, лагерные танки, насосы.

Рисунок 1 – Схема технологического процесса сбраживания сусла

1.2. Технические требования к АСУ ТП

Технические требования к проектирующей системе автоматизации рекомендуется разбить на следующие группы:

- функциональные требования, которые включают в себя перечень функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования) и основные характеристики этих функций, представленные в табличной форме;

- требования к комплексу программно-технических средств автоматизации, который будет использован для реализации АСУ ТП (данные требования определяются условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.);

- требования к надежности, долговечности АСУ ТП, срокам окупаемости капитальных затрат на автоматизацию и т. д.

При выполнении данного подраздела рекомендуется ознакомиться с техническими требованиями к АСУ ТП, которые наиболее часто встречаются в технических заданиях на проектируемые системы автоматизации технологическими объектами (приведены ниже). Выбрать те из них, которые, на Ваш взгляд, будут соответствовать требованиям, предъявляемым к автоматизируемой системе управления технологическим объектом, который рассматривается Вами в курсовом проекте.

1.2.1. Требования к структуре АСУ ТП

1) АСУТП должна обрабатывать информацию и осуществлять управление в темпе протекания технологического процесса.

2) Система должна иметь (по возможности) территориально и функционально распределенную структуру, т.е. технические средства должны быть распределены по производству, а функции управления по всем микропроцессорным средствам.

3) Система должна быть разделена на 2 уровня: контроллерный (управляющий) и диспетчерский.

Программно-технические средства контроллерного уровня образуют управляющую подсистему, а диспетчерского - информационно-вычислительную.

Назначение управляющей подсистемы – реализация функций измерения, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, автоматического регулирования, функционально-группового управления, связи с подсистемой верхнего уровня. Подсистему образуют контроллеры, датчики, исполнительные механизмы, преобразователи, на которых осуществляется управление функциональными технологическими узлами (аппаратами, агрегатами и т.д.).

Назначение подсистемы верхнего уровня – реализация информационно-вычислительных (включая интерфейс диспетчера) и сервисных функций, связь с подсистемой нижнего уровня и другими станциями (для неоперативного персонала). В подсистему верхнего уровня входят рабочие станции для организации автоматизированных рабочих мест (АРМ ) диспетчера, инженера АСУ ТП, серверы баз данных и приложений.

Средства верхнего (реже нижнего) уровня должны быть подключены к  общезаводской сети и сети Internet для обеспечения связи с неоперативными потребителями информации (руководством цеха, производства, предприятия и т.д.).

1.2.2. Требования к показателям надежности системы

Требования к показателям надежности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 34.35.127-93 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей надежности разрабатываемых и внедряемых АСУТП.

Состав и количественные значения показателей надежности могут быть заданы для системы в целом или ее подсистем.

В качестве показателей аппаратной надежности всего комплекса технических средств (КТС) принимаются:

- коэффициент готовности системы, т.е. вероятность того, что КТС окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов профилактического и капитального ремонтов;

- показатель суммарного потока повреждений системы, требующих привлечения ремонтного персонала.

Значение коэффициента готовности равно 0,94.

Для всего КТС АСУ ТП, включая функцию технологических защит, показатель суммарного потока повреждений, как правило, не превышает 0,04 (1/час).

Показателем безотказности КТС, кроме подсистем технологических защит, принимается среднее время наработки на отказ.

Показателями безотказности для подсистемы технологических защит принимаются:

- вероятность несрабатывания защиты при запросе;

- вероятность ложного срабатывания.

Показателем ремонтопригодности принимается среднее время восстановления устройств, реализующих определенную функцию, после отказа. При этом считается, что индицируемые средствами самодиагностики отказы устраняются при восстановительном ремонте немедленно (при обнаружении), а не индицируемые - при плановом техническом обслуживании. Цикл планового технического обслуживания КТС АСУ ТП должен быть равен 4 месяцам. Для каналов КТС, реализующих конкретные функции, кроме технологических защит, рассматриваются канальные, групповые и полные отказы.

Безотказное функционирование КТС поддерживается также программным обеспечением (ПО), которое должно включать развитую систему самодиагностики. Структура самодиагностики должна быть иерархичной и распространяться вплоть до единичных каналов. Должна быть обеспечена дальнейшая диагностика в автоматизированном режиме вплоть до модулей (элементов замены). Функциональная надежность должна обеспечиваться, помимо диагностики исправности аппаратных средств, контролем правильности хранения, передачи данных и управляющих воздействий. Наряду с самодиагностикой программируемых устройств, ПО должно обеспечивать, по возможности, максимально полную диагностику подключенных непрограммируемых средств, в том числе датчиков.

Оценка надежности при разработке системы должна выполняться аналитическим путем (согласно РТМ 25.376-80 «АСУ ТП - аналитические методы оценки надежности», что дает нижнюю оценку показателей надежности, МУ 25.678-84 «Аналитическая оценка показателей надежности АСУ ТП».). При проведении проектной оценки надежности АСУ следует использовать данные по надежности её элементов, приведенные в документации разработчиков и изготовителей.

1.2.3. Требования к функциям, выполняемым системой

По режимам работы функции системы делятся на:

  •  оперативные функции, которые связаны с текущим управлением, сбором, представлением информации и диагностикой в темпе протекания технологического процесса;
  •  неоперативные функции, которые не связаны жестко с реальным временем и заключаются в обработке, хранении, передаче и представлении информации, используемой в неоперативном управлении, планировании, обслуживании, ремонте и т.д.

1.2.3.1. Информационно-вычислительные функции

  1.  Информационные функции (задачи), выполняемые автоматически (по инициативе системы) в темпе протекания технологического процесса:
    •  сбор, первичная обработка и регистрация информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;
    •  сбор и регистрация информации о состоянии исполнительных механизмов, схем автоматического управления, регулирования и технологических защит;
    •  отображение информации на мониторах и приборах, установленных на пультах (щитах) управления и по месту;
    •  технологическая сигнализация (ТС);
  2.  Информационные функции (задачи), выполняемые по запросам персонала:
  •  представление на мониторах оперативной информации: мнемосхем, графиков, таблиц, и т.п.;
  •  распечатка оперативных отчетных документов: графиков, таблиц и т.п.;
  •  выдача сообщений о ходе выполнения программ функционально-группового управления;
  •  фиксация содержимого мгновенной базы данных;
  •  представление на мониторах и распечатка выходных форм неоперативных задач.

Требования к отдельным информационно-измерительным каналам представляются в форме таблиц 1 - 6.

Таблица 1

Требования к информационным функциям АСУ ТП

Наименование       контролируемой      переменной

Диапазон изменения, абс. ед.

Точность     контроля на контроллерном и

диспетчерском

уровне,

абс. ед.

Метод и способ

представления

переменной

Температура        сбраживания сусла

215 ˚С

0,5/2,5 ˚С

индикация,               регистрация

(на экране монитора оператора)

Плотность сусла

10201160 кг/м3

5/15 кг/м3

индикация,               регистрация

(на экране монитора оператора)

Расход сусла

020 м3

0,15/0,5 м3

индикация,               регистрация

(на экране монитора оператора)

Расход активных дрожжей

00,15 м3

0,01/0,05 м3

индикация,               регистрация

(на экране монитора оператора)

Расход дрожжей

после сбраживания

020 м3

0,2/0,7 м3

индикация

(на экране монитора оператора)

Экстрактивность сусла

411 %

0,2/0,7 %

индикация,               регистрация

(на экране монитора оператора)

Уровень сусла в   танке

03 м

0,05/0,2 м

индикация

(на экране монитора оператора)

Таблица 2

Требования к технологической сигнализации

Наименование          системы

Предельное

значение       переменной, при котором возникает

сигнал,       

абс. ед.

Тип

сигнализации

Вид сигнала

Примечание:

величина зоны             неоднозначности

Температура сусла в процессе

сбраживания

Т  18 ˚С

предупредительная

световой и звуковой

0,5 ˚С

Т 20 ˚С

аварийная

Уровень сусла в   танке

L < 0,02 м,

предупредительная

световой и звуковой

0,05 м

L > 2,6 м

аварийная

Экстрактивность сусла

Q > 11%

предупредительная

световой и звуковой

0,05%

Q < 4%

аварийная

Предельные значения технологической переменной при аварийной сигнализации совпадают с верхней и нижней аварийной границей «срабатывания» системы автоматической защиты (САЗ).

Таблица 3

Требования к сигнализации состояния оборудования

Наименование            системы

Состояние

оборудования, при котором

появляется сигнал

Вид сигнала,

соответствующий

определенному         состоянию

оборудования

Причина

изменения

состояния

оборудования

Вид

сигнала

Примечание

1

2

3

4

5

6

Система

работы

электродвигателя

насоса подачи сусла в танки

включен

зеленое

изображение

команда

оператора

световой,

звуковой

-

выключен

бледно зеленое

команда оператора

световой,

звуковой

-

выключен

красное изображение

сигнал САЗ и Б

Система

работы

электродвигат

насоса подачи

дрожжей в танки

включен

зеленое

изображение

команда

оператора

световой,

звуковой

-

выключен

бледно зеленое

команда оператора

световой,

звуковой

-

выключен

красное изображение

сигнал САЗ и Б

Система

работы

электродвигат

насоса откачки

молодого пива

включен

зеленое

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

выключен

красное

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

Система

положения

отсечного

клапана на трубопроводе подачи сусла и дрожжей

открыт

зеленое

изображение

команда

оператора

световой,

звуковой

-

закрыт

красное

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

Система

положения

отсечного

клапана на трубопроводе откачки

молодого пива

открыт

зеленое

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

закрыт

красное

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

Система

положения

отсечного

клапана на трубопроводе

отработанных дрожжей

открыт

зеленое

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

закрыт

красное

изображение

сигнал

САЗ и Б

световой,

звуковой

-

1.2.3.2. Управляющие функции

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на технологическое оборудование:

  •  аварийное отключение объекта управления при повреждении оборудования или недопустимом отклонении параметров;
    •  переход на новый режим работы при отключении механизма или узла;
    •  поддержание параметров в пределах заданных ограничений;
    •  логическое управление отдельными узлами и установками оборудования.

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на схемы управления:

  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  включение / отключение схем на автоматическую работу по условиям режима;

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на технологическое оборудование:

  •  управление исполнительными механизмами с пульта управления или по месту;
  •  подмена отказавших автоматических функций;
  •  воздействие на технологический процесс в непредвиденных и предаварийных режимах;
  •  отключение оборудования при нераспознанных автоматическими системами нарушениях;

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на схемы управления:

  •  выбор режима работы автоматических регуляторов;
  •  выбор очередности отключения механизмов при останове объекта управления;
  •  изменение заданий автоматическим регуляторам;
  •  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  •  вывод защит в ремонт;

1.2.3.3. Технологические защиты и блокировки

Технологические защиты должны обеспечить автоматическое выполнение операций по останову или изменению режима работы объекта управления при недопустимом отклонении от нормы параметров технологического процесса или аварийном отключении оборудования с целью предотвращения повреждения аппарата (агрегата) и развития аварии.

Защиты не должны препятствовать работе оборудования в режимах пуска или останова объекта управления. На этих этапах должно обеспечиваться отключение технологических защит, мешающих пуску или останову.

Срабатывание технологических защит должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Отключение сигнализации о срабатывании защиты выполняется оперативным персоналом.

Технологические блокировки предназначены для формирования и подачи команд и запретов на исполнительные механизмы или схемы управления в соответствии с технологическими условиями.

Условия «срабатывания» конкретных защит и блокировок представляются в виде таблицы 4.

Таблица 4

Требования к функциям автоматической защиты и блокировки

Наименование системы

Перечень

возможных

состояний

оборудования

Условия

перехода

оборудования из одного состояния в другое

Дополнительные требования к

системе

САЗ  от

переполнения танка суслом и

дрожжами

двигатели

подачи сусла и дрожжей (М1, М2) включены,

клапаны (11-4, 12-4) открыты

L < 0,02 м

L > 0,04 м

-

двигатели

подачи сусла и дрожжей (М1, М2) выключены,

клапаны (11-4, 12-4) закрыты

L > 2,6 м

САЗ и Б от преждевременного опустошения

танка

двигатели отвода молодого пива и дрожжей (М3, М4) включены,

клапан 9-4 (10-4) или клапан 9-6 (10-6) открыт

Q  4,2%

-

двигатели отвода молодого пива и дрожжей (М3, М4) выключены,

клапан 9-4 (10-4) и клапан 9-6

(10-6) закрыты

Q > 4,2%

САЗ и Б от

некорректного разделения

молодого пива и отработанных дрожжей

двигатели отвода молодого пива и дрожжей (М3, М4) включены,

клапаны 9-6 и 10-6 открыты, клапаны 9-4 и

10-4 закрыты

V  0,5 м3

-

двигатели отвода молодого пива и дрожжей (М3, М4) включены,

клапаны 9-4 и

10-4 открыты,

клапаны 9-6 и 10-6 закрыты

V > 0,5 м3

1.2.3.4. Дистанционное управление

Дистанционное управление должно выполнять следующие функции:

- управление запорной и регулирующей арматурой и механизмами;

  •  управление автоматическими регуляторами;
  •  дублирование действий технологических защит, блокировок и регуляторов при отказах соответствующих функций систем управления;
  •  имитация выполнения условий и команд.

Основным средством дистанционного управления оборудованием и подсистемами АСУ ТП являются манипуляторы типа «мышь» из состава АРМ оператора (диспетчера), с помощью которых осуществляются все виды диспетчерского управления объектами.

Основные требования к системам пуска и останова оборудования представлены в виде таблицы 5.

Таблица 5

Требования к системам пуска и останова оборудования

Наименование системы

Режим 

работы 

системы

Место установки органов

управления  и их тип

Дополнительные требования к

системе

1

2

3

4

Пуск/останов электродвигателей подачи

сусла и

дрожжей в

танки

местный

дистанционный

по месту

АРМ оператора

-

Пуск/останов электродвигателей отвода

молодого пива и отработанных дрожжей

местный

дистанционный

по месту

АРМ оператора

-

1.2.3.5. Автоматическое регулирование

Для каждой системы должны быть предусмотрены:

  •  контроль положения регулирующего органа или значения выходного сигнала;
  •  возможность безударного переключения в режим автоматического регулирования;
  •  возможность изменения задания;
  •  сигнализация отключения питания исполнительных механизмов;
  •  контроль крайних положений регулирующего органа или ограничений исполнительной схемы;

- вывод информации о работе контура регулирования и положении исполнительного органа на дисплей.

Требования к качеству регулирования представлены в таблице 6.

Таблица 6

Требования к системам автоматического регулирования

Наименование     регулируемой     переменной

Yздн

Допустимые значения прямых показателей     качества регулирования

Температура сусла в процессе          брожения, °С

13-15

±0,5

±2

10 мин

0,75

Расход сусла при подаче в             бродильный танк, м3

18-20

±0,75

±3

0,5 мин

0,75

- заданное значение регулируемой переменной или пределы, в которых это значение может меняться (в абсолютных единицах);

,  - допустимые статическая и динамическая ошибки регулирования (в абсолютных единицах);

- допустимое время регулирования;

- допустимое перерегулирование (в %) или степень затухания переходного процесса - .

1.2.4. Требования к технической реализации АСУ ТП

Весь программно-технический комплекс АСУ ТП должен быть выполнен на базе микропроцессорных средств, надёжность которых удовлетворяет требованиям к технологической защите объекта, (реализация технологических защит является задачей высшего приоритета). При этом средства, на которых реализуются технологические защиты объекта, могут быть полностью дублированы. Такая реализация системы обеспечит унификацию решений и повышение надёжности системы в целом. Для сохранения информации в базах данных и контроллерах в систему необходимо включать источники бесперебойного питания (ИБС). Для объектов повышенной опасности мощность ИБС должна обеспечивать безаварийный останов оборудования.

Все подсистемы АСУ ТП должны допускать определенную степень модернизации, развития и наращивания в части технологического оборудования. В каждом отдельном контроллере должен быть предусмотрен резерв незадействованных каналов ввода/вывода (5 - 10%) и свободных позиций для установки дополнительных модулей ввода/вывода(10 -15%). Программируемые средства должны иметь запас по производительности, допускающий увеличение на 10-20 % всех видов входной информации и на 10-20 % - количество функций обработки без установки дополнительных контроллеров.

Скоростные характеристики сетей передачи данных и при-меняемые системы управления базами данных должны позволять увеличивать соответствующее количество данных с сохранением установленных параметров быстродействия обработки, передачи, отображения и регистрации информации, передачи сигналов и управляющих воздействий.

Программно-технический комплекс должен создаваться как восстанавливаемая и ремонтно-пригодная система, рассчитанная на длительное функционирование в непрерывно-диск-ретном режиме. Срок службы базовых элементов комплекса технических средств (КТС) должен быть не менее 10 лет. Срок службы заменяемых узлов - не менее 5 лет. Должна иметься возможность продления срока службы комплекса путем замены отслуживших элементов.

В системе должна предусматриваться функциональная реконфигурация по технологическим алгоритмам. Степень реконфигурирования при изменении технологических процессов и методов управления определяется полнотой изначально закладываемого комплекса возможных режимов функционирования, управляющих параметров, «уставок», методов обработки информации, методов регулирования и т. д.

В АСУ ТП должны быть предусмотрены возможности для автоматической диагностики программных и технических средств системы, предоставления информации об отказах и передачи структурных воздействий на другие задачи для блокирования ложной информации; возможности для первоначального и последующего конфигурирования КТС, для проведения в регламентируемых пределах отключения/подключения, проверки и замены элементов КТС, для изменения «уставок» и констант управления и обработки информации, для имитации сигналов, автоматизированной калибровки измерительных каналов, для модификации прикладного программного обеспечения; для организации санкционированного доступа в среду системы.

При выборе КТС требуется указать:

- планируемое число рабочих станций операторов и инженерного персонала;

- наличие в поставке пультов, на которые устанавливаются рабочие станции, размеры и внешний вид этих пультов (если они входят в поставку);

- наличие взаимосвязи между рабочими станциями (возможные варианты: взаимодействие отсутствует, станции связаны информационной сетью, реализуется клиент-серверная структура, при которой с контроллерами взаимодействуют серверы, а рабочие станции получают и выдают информацию через серверы);

- характеристики каждого вида рабочих станций: тип процессора, его частота, объемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и диска, число и размеры мониторов, наличие функциональной клавиатуры, наличие сенсорных экранов, наличие и тип звуковой сигнализации, тип печатающих устройств на пульте;

- характеристики серверов (если они входят в состав КТС): тип процессора, его частота, объемы ОЗУ, диска, оптического диска и записывающего компак-диска, размер монитора;

- операционные системы сетевой структуры (если она предусматривается) и средств верхнего уровня.

Возможные варианты требований заказчика к рабочим станциям:

- может быть затребовано определенное число рабочих станций операторов и инженерного персонала и указаны реализуемые на каждой из них функции;

- может быть затребована поставка пультов и указано их число и расположение на них рабочих станций;

- может быть указан определенный вариант взаимосвязи рабочих станций;

- могут быть затребованы определенные характеристики рабочих станций и серверов;

- может быть затребовано использование определенных сетевых и локальных операционных систем;

- могут быть затребованы добавочные средства для операторов; например, специальные табло аварийной сигнализации, ключи для подачи аварийных команд, отдельные аналоговые записывающие приборы, настенные щитовые мозаичные мнемосхемы, проекторы на экран, звуковые/речевые сигнализаторы, местные переносные панели, средства выдачи определенных данных на пейджеры обслуживающего персонала [10].

1.3. Описание существующих проектных решений.

Рассмотрим схему автоматического управления процессом непрерывного сбраживания пивного сусла (рис. 1.2), разработанную [2].

Схема позволяет поддерживать постоянное соотношение между количеством углекислого газа, выделившегося в процессе брожения, и количеством сусла, подаваемого в бродильный аппарат, и автоматически корректировать это соотношение в зависимости от плотности зеленого пива, выходящего из аппарата.  Основными узлами схемы являются следующие:

  •  узел контроля подачи сусла в бродильный каскадно-ярусный аппарат (танк), состоящий из датчика расхода 1 – пневматического ротаметра и вторичного регистрирующего прибора типа ПВ4-1Э;
  •  узел контроля количества выделяющегося углекислого газа, состоящий из датчика расхода 2 пневматического ротаметра и вторичного регистрирующего прибора типа ПВ4-1Э;
  •  узел контроля плотности зеленого пива, состоящий из датчика плотности 3 типа ДУВ-ТК-Ю1 и вторичного регистрирующего прибора типа ПВ4-1Э;
  •  узел соотношения двух параметров с автоматической коррекцией по третьему параметру, состоящий из регулирующего блока соотношения типа ПРЗ-24, самопишущего прибора типа ПВ10-1Э и регулирующего мембранного клапана 4, установленного на линии подачи сусла в бродильный аппарат.

Рисунок 1.2 – Схема автоматизации процесса непрерывного сбраживания пивного сусла

Принцип действия системы управления заключается в следующем. Пневматические сигналы текущих значений задающей величины от датчика 2, регулируемой величины от датчика 1 и корректирующей величины от датчика 3 поступают в соответствующие камеры (задающую, измерительную и корректирующую) блока соотношений, отрабатывающего определенный закон регулирования. Выходной регулирующий сигнал подается на самопишущий прибор и далее на мембранный исполнительный механизм 4.

В случае изменения какого-нибудь параметра блок соотношения, сравнив все три входные сигналы от датчиков, дает соответствующую команду по выбранному закону регулирования на мембранный клапан 4, который в свою очередь изменит подачу сусла на брожение.

Данная схема может быть также применена и для процесса непрерывного брожения полусладких вин, виноградного сусла и других продуктов. Все приборы и средства автоматизации, заложенные в схеме, являются приборами общепромышленного значения, серийно изготовляемыми в СССР.

Рассмотрим некоторые аспекты автоматизации процесса сбраживания пивного сусла, предложенного авторами [1]. В настоящее время появление высокоплотного пивоварения привело к возможности использования сусла с высокой начальной концентрацией растворенного кислорода, чем это можно обеспечить путем аэрирования воздухом (8 мг/л), и в настоящее время не редки случаи, когда его концентрация составляет 15-25 мг/л, для чего требуется чистый кислород. Схема системы автоматического дозирования кислорода приведена на рисунке 1.3, и в подобных системах применяют термические масс-расходомеры. Эти системы дозирования очень точны и позволяют обеспечивать концентрацию растворенного кислорода с пятипроцентной погрешностью.

Рисунок 1.3 – Система автоматического дозирования кислорода в ходе заполнения бродильного танка

Перед собственно дозированием система выполняет автоматическую проверку давления. Если оно соответствует заданным допускам, то стерильный кислород подается в поток сусла через масс-расходомер (обычно между первой и второй стадиями охлаждения). Встроенный в линию датчик концентрации растворенного кислорода, смонтированный на суслопроводе после охладителя сусла, проверяет полученную концентрацию кислорода и сравнивает ее с заданным значением.

В современных автоматических системах дозирования дрожжей для моментального количественного определения концентрации жизнеспособных клеток (рис. 1.4) применяются датчики биомассы на основе измерения диэлектрических свойств жизнеспособных клеток, так что объем биомассы дрожжей количественно определяется по емкостному сопротивлению. Подобные системы могут применяться при работе с любым штаммом дрожжей и благодаря использованию точных расходомеров позволяют вносить дрожжи с погрешностью ±2% от заданной нормы внесения жизнеспособных дрожжевых клеток.

Для обслуживания отдельных линий подачи дрожжей и сусла измерители биомассы могут быть связаны с несколькими датчиками, которые обычно монтируют в линиях подачи дрожжей, но их можно располагать и в суслопроводе. Контроллер выбирает калибровку в зависимости от используемого штамма дрожжей и вычисляет общее количество дозируемых дрожжей по сигналам измерителя биомассы, определяющего концентрацию жизнеспособных дрожжей на данный момент времени, и расходомеров, определяющих общее количество уже внесенной дрожжевой суспензии.

Рисунок 1.4 – Система поточного автоматического контроля дозирования дрожжей

Способы проведения дозирования дрожжей и насыщения сусла кислородом при заполнении бродильных танков оказывают значительное и зачастую недооцениваемое влияние на ход брожения и вкус пива. В частности, при использовании крупных бродильных танков их заполняют суслом нескольких варок, причем каждая варка требует нескольких часов. В идеале дрожжевые клетки должны вноситься одновременно в весь объем аэрированного сусла, но практически это не осуществимо. Для обеспечения хорошего перемешивания сусла и дрожжей на некоторых пивоваренных предприятиях применяют внесение дрожжей в сусло в течение всего периода заполнения бродильного танка, однако в том случае, когда такое заполнение требует длительного времени, это нежелательно. В подобном случае после завершения заполнения популяция дрожжей в сусле может оказаться неоднородной – дрожжевые клетки будут находиться в разном физиологическом состоянии (от фазы активного роста до лаг-фазы). В результате дозирование дрожжей может оказаться недостаточным, поскольку вносимые в конце дрожжи будут не способны конкурировать с ранее внесенными дрожжами.

На большинстве пивоваренных предприятий контроль брожения осуществляется по существу пассивно. Основное внимание уделяется тому, чтобы при наполнении бродильного танка были обеспечены требуемые условия, после чего скорость брожения регулируется применением охлаждения. Регулирование температуры во всех танках обычно осуществляется с помощью единой системы контроля параметров на базе микропроцессоров типа ACCOS, позволяющей следить за температурой во всех танках и сравнивать фактические значения с ожидаемыми для отдельных стадий брожения. При выходе значений за пределы установленных допусков в целях принятия мер и устранения возникшей ошибки издается сигнал оповещения. При использовании танков для брожения и дображивания необходимо следить за тем, чтобы имелись достаточные холодильные мощности, рассчитанные на пиковые нагрузки (как правило, об этом забывают).

В ЦКТ регулирование температуры осуществляется с помощью внешних охлаждающих рубашек. Температура измеряется с помощью платиновых датчиков сопротивления, способных обеспечить точность 0,2 °С. Как правило, ЦКТ снабжают несколькими рубашками, каждая из которых при проведении операций в одном танке используется в зависимости от стадии брожения или дображивания. В ходе главного брожения охлаждение через выше расположенную рубашку обычно используют только для создания температурных градиентов и, таким образом, для управления смешиванием содержимого танка с помощью возникающих конвекционных потоков (в качестве дополнения к механическому перемешиванию, обеспечиваемому подъемом пузырьков СО2). При главном брожении датчики температуры обычно расположены вблизи конусной части емкости и, следовательно, на некотором расстоянии от охлаждающей рубашки.

Типовым методом контроля хода главного брожения по-прежнему остается измерение удельной плотность сусла (по пробам, берущимся регулярно из данного бродильного танка). Существует несколько промышленных систем, позволяющих автоматически измерять удельную плотности сусла в режиме он-лайн. Наиболее удачное из этих устройств основано на измерении разности давлений в определенных точках внутри емкости, по которой определяется удельная плотность сусла в ходе брожения. Например, могут использоваться два погруженных датчика давления – один располагается в конусе, а другой около поверхности жидкости. Разность давлений между ними позволяет вычислить удельную плотность сусла и объем. Третий датчик располагается над уровнем жидкости, и его показания позволяют компенсировать изменения избыточного давления. По сравнению с результатами лабораторного анализа вне линии точность составляет ±0,2 %. Преимущества подобных встроенных в линию систем заключаются в том, что они позволяют проводить измерения непрерывно и быстро реагировать на отклонения от идеального поведения. Кроме того, их сигналы можно использовать в интерактивных системах управления – например, там, где скорость снижения удельной плотности используется для регулирования температуры в емкости. Это позволяет регулировать скорость главного брожения путем изменения температуры в соответствии с желаемыми характеристиками.

Практика управления ходом брожения по изменению удельной плотности сусла во многом обязана тому, что пивовары привыкли определять концентрацию сахаров. Можно определять изменение и других взаимосвязанных параметров. Так, предлагается измерять такие параметры, как скорость образования СО2, экзотермию, снижение значения рН, количество жизнеспособных дрожжевых клеток и образование паров этанола в свободном пространстве бродильного танка. За исключением методов определения значения рН и концентрации дрожжей, преимуществом всех этих способов является их неинвазивность, то есть для их осуществления не требуется проникновения в слой сусла. Это решает потенциальную проблему неоднородности, связанную с тем, что измерение, произведенное в какой-либо точке, может не соответствовать параметрам других точек танка. Все эти способы измерений обеспечивают выработку сигнала, пригодного для использования в интерактивных системах управления, однако все они, включая и определение удельной плотности, дают недостаточно данных о самых ранних стадиях процесса брожения. Это можно считать существенным недостатком, так как любой интерактивной системе управления для быстрого установления причин отклонений от идеального хода процесса и осуществления корректирующих воздействий требуется максимально быстрое получение информации.

В ходе лаг-фазы дрожжи потребляют имевшийся запас кислорода. Скорость его потребления зависит от температуры, концентрации дрожжей и их физиологического состояния. В частности, существует прямая связь между скоростью потребления кислорода и содержанием стерина. Предполагается, что после внесения задаточных дрожжей в сусло в ходе наполнения бродильного танка скорость поглощения кислорода можно измерять в потоке. При условии, что известны концентрация дрожжей и температура, эту скорость потребления кислорода можно использовать для оценки физиологического состояния дрожжей и с помощью полученных данных регулировать аэрацию сусла так, чтобы концентрация дрожжей была оптимальной для нормального хода брожения. Данный способ уже был испытан в лабораторных условиях и ждет своего применения в промышленном масштабе.

ЦКТ обычно наполняют лишь на 8085% общего объема, что позволяет предусмотреть достаточное свободное пространство для подъема

снижение потенциально возможной производительности каждого танка. Кроме потери продукта неконтролируемое пенообразование может привести к потере горечи и, следовательно, к снижению эффективности использования хмеля. Если это допускается нормативными актами, в умеренных количествах можно использовать пеногасители, хотя при этом необходимо следить за тем, чтобы в случае их избыточного дозирования готовое пиво не подвергалось риску. Рекомендуется использовать видеокамеру на крышке танка, что позволяет непосредственно наблюдать за брожением сусла и контролировать его ход. Такая система может быть пригодна для мониторинга и (при необходимости) для контроля пенообразования. Интерактивная система контроля пенообразования состоит из лазера и расположенного на крышке емкости датчика, который при правильной установке определяет уровень жидкости и верхнюю границу пенной шапки. По разности их уровней вычисляется высота пены, и при необходимости автоматически дозируется пеногаситель.

Для максимального повышения КПД бродильного танка необходимо по возможности быстро определить момент окончания брожения. Что касается многих современных методов ускоренного брожения, то окончание брожения оценивается по достижении минимальной общей концентрации вицинальных декетонов. После этого дрожжи собирают, а пиво охлаждают – либо оставляют для последующего холодного созревания (если используется однотанковый способ брожения и дображивания), либо перекачивают в отдельный танк для дображивания. Измерение общего содержания вицинальных декетонов по-прежнему проблематично, поскольку на большинстве пивоваренных предприятий этот анализ выполняется в лаборатории. На крупных пивоваренных предприятиях с большим количеством бродильных танков выполнение этих анализов может занимать несколько часов, причем между пробоотбором и получением результатов нередко проходит 812 ч.

Повысить КПД танка для брожения можно с помощью ускорения анализа содержания вицинальных дикетонов, но в этой области прогресса пока не много. В идеале содержание вицинальных дикетонов можно было бы измерять автоматически в свободном пространстве бродильного танка так, чтобы достижение требуемой предельной концентрации вызывало бы переход к следующей стадии с минимальной задержкой, но нужных датчиков пока не существует, так как предстоит решить ряд важных технических проблем. Если будет доказана связь между содержанием вицинальных дикетонов в пиве и газовой среде свободного пространства танка, такой датчик может быть своего рода газоанализатором, и в этом случае единая система управления трубопроводами могла бы обслуживать все танки бродильного цеха. При таком решении измерительная аппаратура оказывается очень сложной, представляющей проблемы для мойки. Более простой вариант может быть связан с разработкой простого и быстрого способа измерения содержания диацетила. Возможный метод такого измерения основан на изменении флуоресценции. Предполагается, что измерение можно будет проводить с помощью автоматического флуориметра, не требующего привлечения опытных операторов и способного выдавать результат анализа менее чем за 1 ч.

Операция удаления дрожжей из бродильного аппарата может выполняться вручную по результатам визуального контроля молодого пива через смотровое стекло, расположенное на магистрали удаления осевших дрожжей. Существуют системы автоматического удаления дрожжей на основе контроля емкостного сопротивления биомассы дрожжей. В данном случае концентрация жизнеспособных дрожжей измеряется в потоке в ходе опорожнения бродильного аппарата. В зависимости от измеренной концентрации дрожжи могут автоматически направляться в отходы, в сборник дрожжей или в сепаратор для осветления молодого пива.

2 Разработка структуры АСУ ТП

2.1 Определение количества узлов обработки данных и топологии сети

Современные АСУ ТП представляют собой территориально и функционально распределенные системы, состоящие из отдельных узлов обработки данных, диспетчерского или операторского пункта управления цехом или производством. Связь между узлами обработки данных, центральным пунктом управления осуществляется по цифровым каналам, которые в совокупности образуют промышленную сеть.

Различают несколько участков технологического процесса производства пива:

  •  варочное отделение;
  •  отделение основного брожения;
  •  отделение дображивания;
  •  цех розлива пива.

В данном проекте рассматривается только один узел – отделение основного брожения. Для объединения узлов целесообразно выбрать сеть с топологией «шина», поддерживающую децентрализованный метод доступа устройств к линиям связи, которая позволит организовать обмен информацией с высокой степенью надежности.

2.2 Выбор технических средств на сенсорном уровне АСУ ТП

Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств, позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления. Выбор технических средств производился с учетом совместимости технических средств, модульности, надежности, максимальной эффективности и системного подхода.

Основу технических средств сенсорного уровня составляют:

  •  первичные преобразователи (ПП), которые функционируют совместно с нормирующими преобразователями (НП);
  •  исполнительные устройства (ИУ).

Перечень первичных и нормирующих преобразователей с указанием основных технических и эксплуатационных характеристик приведен в таблице 1.7. Основные исполнительные устройства и их характеристики указаны в таблице 1.8.

Таблица 1.7 – Первичные и нормирующие преобразователи, их характеристики

Наименование ПП и НП, тип и модель

Пределы

измерения

Допустимая

погрешность

Допустимые

условия

эксплуатации

Выходной сигнал

Примечание

1

2

3

4

5

6

7

1

ТСМУ

Метран-274

0…50 °С

Предел допускаемой

основной приведенной

погрешности, %: 0,25; 0,5

Для

измерения температуры сред, по

отношению к которым

материал

защитной

арматуры

является

коррозионностойким

4÷20мА

2500 руб.

2

Диафрагма

камерная ДК-6

-

-

Для

измерения расхода

жидкостей, пара, газа

методом

переменного перепада

давления, давление в трубопроводе до 10МПа

-

2400 руб.

Продолжение таблицы 1.7

1

2

3

4

5

6

7

3

Преобразователь давления

Метран 22 ДД

0…0,16

МПа

0,15%

Для

измерения давления газа, жидкости,

пара;

температура окружающей среды

-40…+70 С

4÷20мА

6650 руб.

4

Преобразователь давления

Метран 22 ДИ

0…0,16

МПа

0,15%

4÷20мА

6650 руб.

5

Емкостной электромагнитный

расходомер ADMAG

0…0,15 м3

0,5% от

текущего

значения

Температура окружающей среды

-10…+60 С,

влажность 5…95%

4÷20мА

62500 руб.

6

Расходомер

кориолисовый

Метран-360

0…32

м3

0,5%

Измеряемая среда –

эмульсии, взвеси,

тяжелые и

высоковязкие среды,

температура

-40…+125 С,

давление – до 30МПа

4÷20мА

26000 руб.

7

Датчик уровня Hydrobar Cable

0…4 м

0,2%

Температура

-20…+70 С

4÷20мА

24415 руб.

8

Промышленный рефрактометр ПР-1М

0…100%

0,1%

Температура

0…+140 С, давление

среды до

0,2 МПа

4÷20мА

260000 руб.

Таблица 1.8 – Исполнительные устройства и их характеристики

Наименование ИУ, тип и

модель

Допустимые

условия

эксплуатации

Входной

сигнал

Сигнал

состояния

ИУ

Примечание

1

2

3

4

5

6

1

Электропневматический клапан ЭПК 300.300

-60…+70 °С

дискретный

дискретный 24 В

7044 руб.

2

Электропневматический

преобразователь

Samson 3767

-20…+70 °С

аналоговый

аналоговый

420 мА

10500 руб.

3

Регулирующий клапан  

Samson 240

-

от преобразователя

-

2500 руб.

4

Преобразователь частоты FR-S500

-10…+50 °С

аналоговый

аналоговый

420 мА

6116 руб.

2.3 Выбор технических средств на контроллерном уровне АСУ ТП

При выборе программируемого логического контроллера предпочтение следует отдавать модульным контроллерам, поскольку по сравнению с моноблочными первые обладают большими функциональными возможностями, по сравнению с PC-base – они более надежны, что важно при автоматизации крупных промышленных объектов.

Следует обратить внимание на модульные контроллеры фирмы Siemens, поскольку цех мойки оборудования ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод» автоматизирован на базе микропроцессорных устройств данной фирмы. Выбор контроллера Simatic S7-300 позволит облегчить процесс интеграции АСУ ТП сбраживания сусла в единую систему управления предприятием. Модульные контроллеры Simatic S7-300 обладают следующими особенностями:

  •  высокая плотность монтажа (до 32 каналов на модуль);
  •  возможность расширения (до 32 модулей);
  •  возможность работы с протоколами Profibus, Industrial Ethernet.

Типы и количество модулей ввода/вывода, необходимых при автоматизации процесса сбраживания сусла, представлены в таблице 1.9.

В качестве модуля центрального процессора следует выбрать CPU 315-2DP с возможностью поддержки протокола Profibus- DP. Характеристики модуля приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.9 – Типы и количество локальных модулей контроллера

Устройство

ввода/вывода

Число

необходимых точек

Каталожный номер

Число точек ввода-вывода на модуль

Количество модулей

Модуль ввода аналоговых сигналов

(4-20 мА)

10

SM-331 AI8×16Bit

8

2

модуль ввода/вывода

дискретных сигналов

(24 В)

2/2

SM-323 DI16/DO16

16/16

1

модуль вывода аналоговых

сигналов (4-20 мА)

2

SM-332 AO8×12Bit

8

1

Таблица 1.10 – Технические характеристики CPU 315-2DP

Показатель

Характеристика

Рабочая память (встроенная)

48 кбайт

Загрузочная память (встроенная)

80 кбайт (RAM)

Скорость (мс/1000 двоичных команд)

0,3

Цифровые входы/выходы

1024

Аналоговые входы/выходы

128

Меркеры

2048

Счетчики

64

Таймеры

128

Блоки:

OB

 FB

 FC

 DB

 SFC

 SFB

14

128
128

127
53

7

Расширение

32 модуля в 4 ряда

Интерфейс PROFIBUS-DP

- скорость передачи

- максимальное число абонентов

до 12 Мбод

64 Slave-устройства

В качестве модулей питания предусмотрены PS 307 на 2А, 5А и 10А. Определим мощность, потребляемую модулями контроллера (таблица 1.11).

Таблица 1.10 – Расчет потребляемой мощности питания контроллера

Каталожный номер

Количество

Потребление тока, мА

Мощность

потерь модуля, Вт

из задней шины

из блока

питания

SM-331 AI8×16Bit

2

130

-

0,6

SM-323 DI16/DO16

1

55

100

6,5

SM-332 AO8×12Bit

1

100

340

6

CPU 315-2DP

1

-

400

10

Всего

24

2,525 А

1,92 А

 23,7 Вт

В качестве источника питания взять источник питания PS 307 2A. Технические характеристики источника питания представлены в таблице 1.11.

Таблица 1.11 – Технические характеристики PS 307

Показатель

Характеристика

Входное напряжение

120/230 В переменного тока

Частота сети

50/60 Гц

Выходное напряжение

24 В постоянного тока

Выходной ток

2 А

Потребление мощности

58 Вт

Мощность потерь

10 Вт

Индикация наличия входного

напряжения

Зеленый светодиод

2.4 Метрологические характеристики информационно-измерительных каналов

Точность измерения регулируемых переменных оценивается по величине абсолютной погрешности комплекта, в состав которого входят элементы САР, начиная с первичного преобразователя до элемента установленного во входной цепи регулирующего устройства. Для расчета используем формулу (1.1):

                                        (1.1)

Полученная погрешность  должна быть меньше допустимой статической ошибки САР. Абсолютные погрешности элементов определяются по формуле (1.2).

,                                                      (1.2)

где – класс точности датчика;

                 D – диапазон измеряемой величины.

Для термометра сопротивления ТСМУ Метран-274 погрешность измерения составит:

 =   оС.

 Погрешность датчика избыточного давления Метран-22-ДИ:

 =   МПа.

Погрешность емкостного электромагнитного расходомера ADMAG:

 =   м3/ч.

Погрешность расходомера кориолисового Метран-360:

 =   м3/ч.

Погрешность датчика уровня Hydrobar Cable:

 =   м.

Погрешность промышленного рефрактометра ПР-1М

 =   %.

Погрешность контроллера определяется по формуле (1.3).

,                                              (1.3)

 = оС;

 =  МПа;

 =  м3/ч;

 =  м3/ч;

 =  м;

 =  %.

Погрешность линеаризации статической характеристики термометра сопротивления:

оС.

Расчет общей погрешности измерительного комплекта на контроллерном уровне

оС;

МПа;

м3/ч;

м3/ч;

м;

%.

Следовательно, САР удовлетворяет условию < , где  – допустимая статическая ошибка САР на контроллерном уровне (таблица 1.2), т.е. < 0,5 оС; < 0,01 м3/ч; < 0,000122 МПа (5 кг/м3); < 0,000312 МПа (0,15 м3/ч); < 0,2 м3/ч; < 0,05 м; < 0,2%.

Расчет общей погрешности измерительного комплекта на диспетчерском уровне. Погрешность определяемая величиной апертуры.

=  2оС;

= 0,0002 МПа (10 кг/м3);

= 0,0006 МПа (0,3 м3/ч);

=  0,05 м3/ч;

=   0,5 м3/ч;

=  0,1 м;

= 0,5 %.

= оС;

= МПа;

= МПа;

=  м3/ч;

=  м3/ч;

=  м;

=  %.

Следовательно, САР удовлетворяет условию < , где  – допустимая статическая ошибка САР на диспетчерском уровне  (таблица 1.2), т.е. < 2,5 оС; < 0,05 м3/ч; < 0,0004 МПа (15 кг/м3); < 0,001 МПа (0,5 м3/ч); < 0,7 м3/ч; < 0,2 м; < 0,7 %.

Результаты расчетов метрологических характеристик всех информационно-измерительных каналов представлены в таблице 1.13.

Таблица 1.13 – Результаты расчетов метрологических характеристик

Наименование ИИК

Элементы ИИК и их допустимая погрешность

Допустимая

погрешность ИИК

Допустимая

погрешность датчика

Допустимая

погрешность АЦП

Допустимая

погрешность

линеаризации

Погрешность,

вносимая апертурой

Расчетная

погрешность на

контроллерном/ диспетчерском уровне

Допустимая

погрешность на

контроллерном/ диспетчерском уровне

1

Температура        сбраживания сусла

0,25 °C

7,62·10-5  оС

0,1

2

0,25/2,02 °C

0,5/2,5 ˚С

2

Плотность сусла

10 кг/м3

0,01 кг/м3

-

10 кг/м3

9,8/12,2 кг/м3

5/15 кг/м3

3

Расход сусла

0,3 м3

0,0001 м3

-

0,3 м3

0,11/0,3 м3

0,15/0,5 м3

4

Расход

активных дрожжей

0,00075 м3

2,28·10-7 м3

-

0,05 м3

0,00075/ 0,0051 м3

0,01/0,05 м3

5

Расход

дрожжей

после

сбраживания

0,16 м3

4,88·10-5  м3

-

0,5 м3

0,16/0,523 м3

0,2/0,7 м3

6

Экстрактивность сусла

0,1%

0,0015%

-

0,5 %

0,1/0,51%

0,2/0,7 %

7

Уровень

сусла в танке

0,008 м

6,1·10-6  м

-

0,1 м

0,008/0,1 м

0,05/0,2 м

2.5 Выбор технических средств диспетчерского уровня

Выбор технических средств диспетчерского уровня заключается в выборе промышленных компьютеров, которые могут обеспечить бесперебойную обработку данных, не зависать при максимальной загрузке системы. Операционная система должна быть проста в эксплуатации. Монитор должен быть не менее 17дюймов. Чтобы следить за ходом данного процесса, достаточно одного АРМ (место рабочего смены). В качестве рабочей станции выбираем компьютер  комплектации, представленной в таблице 1.14.

Таблица 1.14 – Технические характеристики промышленного компьютера

Наименование

Характеристики

1

2

Корпус

ATX MidiTower Foxconn

Блок питания

350 Вт, FSP Epsilon

Процессор

Core2Duo-E4700

L2 кэш

2 Mb

Чипсет

ix 38

Частота системной шины

800 МГц

Оперативная память

2048 Мбайт DDRII PC-8500

Жесткий диск

250 Гбайт, SerialATA 150

Видео адаптер

встроенный, VGA RAID

Звуковой адаптер

встроенный, AC’97 8ch

Сетевой адаптер

встроенный, GB Lan

Слоты PCI Express X16

1

Слоты PCI Express X1

2

Слоты PCI

4

Слоты ISA

0

Оптический привод

DVD+/-RW, SATA

Дисковод

1,44 Мбайт, 3.5"

Свободные отсеки 5.25"

1

Свободные отсеки 3.5"

0

Порты USB 2.0

8 (максимум)

Последовательный порт

1

Параллельные порты

1

Размеры ВхШхГ

177х482х450 мм

Форм-фактор

4U

Температурный режим

0-40° С (работа), -20 - 60° С (хранение)

Влажность

10-90% при 40° С (работа), 10-95% при 40° С (хранение), без образования конденсата

Вибрации

(5-500 Гц) 1G (работа), 2 (хранение)

Продолжение таблицы 1.14

1

2

Ударостойкость

10G в течении 11мс (работа), 30G (хранение)

Сертификаты

РосТест, гигиенический, система "Связь

Дополнительно

Плата интерфейсов RS-232/422/485/токовая петля PCL-740 фирмы “Advantech” (один порт с перенастраиваемым типом интерфейса) для передачи/приема данных по интерфейсу RS-485

Протокол контроллерного уровня – Profibus-DP.

Протокол диспетчерского уровня – Ethernet.

В качестве концентратора сети Profibus-DP взять SIMATIC DP, DP/DP COUPLER.

В качестве преобразователя сети взять соединитель IE/PB (Profibus-DP /Ethernet).

В качестве коммутатора Ethernet взять D-Link DGS-1005D.

В качестве физической среды передачи взять кабель S/UTP (экранированная вита пара).

Соединитель DP/DP постоянно копирует выходные данные одной сети во входные данные другой сети (и наоборот).

Обмен данными до 244 байт входных и выходных данных, из них до 128 байт могут быть непротиворечивыми. До 16 входных/выходных диапазонов для обмена данными. Если одна сторона (шина) откажет, то выхода на другой стороне сохранят предыдущие значения. Поддержка DPV1 с полной диагностикой. Настройка передачи DP/DP с помощью переключателей или STEP 7. Возможно задание различных скоростей передачи. Электрическая изоляция между двумя сетями DP. Питание подается с двух сторон.

Адреса PROFIBUS DP задаются с помощью DIP переключателей на верхней стороне модуля.

Модуль конфигурируется или с помощью STEP 7 или с помощью другого пакета конфигурирования, в который интегрируется GSD-файл соединителя DP/DP.

Размер данных настраивается с помощью соответствующего пакета конфигурирования.

Модуль IE/PB Link обеспечивает обмен данными между сетями Industrial Ethernet и PROFIBUS. Модуль поддерживает стандарт PROFInet, определеяющий модель построения систем автоматизации с распределенным интеллектом и сквозного обмена данными между PROFIBUS и Industrial Ethernet с поддержкой IT-стандартов.

Подключение к Industrial Ethernet 10/100 Мбит/с, дуплексный /полудуплексный режим работы, автоматическое определение и автоматическая настройка на скорость передачи данных в сети.

Подключение к PROFIBUS со скоростями передачи данных 9,6 Кбит/с … 12 Мбит/с, включая 45,45 Кбит/с для PROFIBUS-PA.

Коммутатор DGS-1005D от D-Link с пятью портами 10/100/1000BaseT поддерживает технологию энергосбережения Green Ethernet. Он имеет неблокирующую архитектуру коммутации, а производительность его коммутационной матрицы составляет 10 Гбит/с. Коммутатор выпускается в вариантах для настольной и настенной установки. Благодаря применению новой технологии Green Ethernet, он способен автоматически определять статус канала передачи данных и сокращать потребление электроэнергии для неактивных портов.

Коммутаторы самостоятельно измеряют длину кабелей Ethernet, проложенных до подключенного оконечного оборудования, и в зависимости от этого показателя автоматически изменяют уровень энергопотребления – чем короче кабель, тем меньше расходуется электричества. В течение десятичасового рабочего дня, при использовании кабелей длиной до 20 м, коммутаторы Green Ethernet D-Link позволяют сократить потребление энергии до 27%.

Структура АСУ ТП представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Структура АСУ ТП

Нижний уровень – уровень контроллерный – включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC), которые могут выполнять следующие функции:

  •  сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;
  •  управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;
  •  решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

Верхний уровень – диспетчерский уровень – включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т.д. Часто в качестве рабочих станций используются промышленные ЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22758. Діяльність УРСР в ООН 1945 - 1990 рр 38 KB
  Економічне співробітництво України та Росії: стан проблеми та механізми їх вирішення. Європейська політика України: концептуальні засади та практика. Виступивши проти зосередженості ЮНЕСКО тільки на фінансуванні та інших формах розв'язання проблеми встановлення причин ракових захворювань делегат від України Тульчинська порушила питання про негайне впровадження у життя вже одержаних результатів її пропозиція була схвалена більшістю делегацій 21 проти 18 при 7 що утрималися. Економічне співробітництво України та Росії: стан проблеми та...
22759. Участь УРСР в обговоренні ООН грецького та індонезійського питань 35.5 KB
  Питання делімітації та демаркації кордонів кордону України: досягнення і проблеми. Інтереси України в Балканському регіоні та механізми їх реалізації. Півстоліття назад саме міністр закордонних справ України Мануїльский із трибуни ООН проголосив Руки геть від Індонезії . Погана спадщина радянськоіндонезійських відносин що повністю дісталося Росії абсолютно не стосується України той самий випадок коли не варто шкодувати про усіх без винятку боргах й активах колишнього СРСР.
22760. Участь делегації УРСР в конференції в Сан-Франциско 43 KB
  На території РФ функціонують Посольство України м. На території України здійснюють діяльність Посольство Російської Федерації м. розстрілу Білого дому та зміцнення позицій реформаторів у Кремлі курс щодо України став жорсткішим що виявилось у намаганнях на дострокових виборах 1994 р. У першу чергу це стосується умов тимчасового перебування та функціонування Чорноморського Флоту РФ на території України договірноправового оформлення українськоросійського державного кордону тощо.
22761. Участь УРСР в роботі міжнародних організацій 1950-ті- 1980-тірр 41 KB
  Політика ЄС стосовно України. Питання зовнішньої політики в роботі Верховної Ради України. 202 пропозиції поправки резолюції що вносилися представниками України у міжнародних організаціях та конференціях. Політика ЄС стосовно України.
22762. Зміст і значення конституційних змін в УРСР 1944 р 50 KB
  Міжнародне правова база співробітництва України та ЄС. Відносини України з державами Близького та Середнього Сходу. Міжнародно правова база співробітництва України та ЄС. Відносини між Україною та Європейським Союзом були започатковані в грудні 1991 року коли Міністр закордонних справ Нідерландів як головуючої в ЄС у своєму листі від імені Євросоюзу офіційно визнав незалежність України.
22763. Питання звичайних озброєнь в зовнішній політиці України 58.5 KB
  Основні напрямки і принципи зовнішньої політики України. Питання звичайних озброєнь в зовнішній політиці України. Напередодні краху СРСР Останніми роками перед розпадом СРСР змінився характер західних наукових підходів до проблем України. Як показав подальший перебіг подій більшість дипломатів Української РСР виявилася готовою до плідної роботи в ім'я незалежної України.
22764. Українське питання в політиці європейських держав доби II світової війни 59.5 KB
  ОсубкоюМоравським делегація депутатів Законодавчих Національних Зборів Чехословацької Республіки делегація представників Республіканської партії США делегація депутатів Великих Народних Зборів Болгарії Президент Угорщини Т. Позиція США та Великої Британії щодо України. керівник східноєвропейського відділу держдепартаменту США Ч. Посол США в СРСР А.
22765. Діяльність УРСР в ООН та інших міжнародних організаціях 1954-1964рр 50.5 KB
  Співпраця України та НАТО: стан проблеми перспективи. Співпраця України та НАТО: стан проблеми перспективи. Офіційні документи Партнерство заради миру: рамковий документ 10 січня 1994 року Брюссель Угода про безпеку між Урядом України і Організацією Північноатлантичного Договору 13 березня 1995 року Брюссель Хартія про особливе партнерство між Україною та Організацією ПівнічноАтлантичного Договору 9 липня 1997 р Мадрид Меморандум про взаєморозуміння щодо планування при надзвичайних ситуаціях цивільного характеру та готовності...
22766. Перші зовнішньополітичні акції Наркомату закордонних справ УРСР 55 KB
  Позиція та інтереси України шодо інтеграційних утворень на пострадянському просторі. Участь України в субрегіональних утвореннях в регіоні ЦСЄ Перші зовнішньополітичні акції Наркомату закордонних справ УРСР. Правда дещо несподіваною виявилася кандидатура наркома закордонних справ України. Позиція та інтереси України шодо інтеграційних утворень на пострадянському просторі.