DIPLOMA (Разработка системы автоматизации холодильной установки)

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень производства пищевых продуктов характеризуется с одной стороны увеличением урожайности полей за счет введения новых урожайных сортов растений ,селекцией высокопроизводительных сортов ,химизацией сельского хозяйства; с другой стороны - сокращение посевных площадей из-за строительства городов ,расширение сети дорог , аэродромов, промышленных комплексов ,под которые зачастую отводятся лучшие земли. Это всё происходит на фоне постоянного и быстрого увеличения населения планеты .Вопрос продовольствия становится одним из наиболее важных и острота решения этого вопроса будет возрастать.

По данным ООН , до 2000 года население планеты увеличится вдвое по сравнению с 1980 годом ,следовательно потребление пищевых продуктов и материальных ресурсов идущих на их производство тоже увеличится.

Сейчас проблема заключается не в том , что пищевые ресурсы исчерпаны , а в том , что потери продовольствия и сельскохозяйственной продукции на пути от поля к столу потребителя достигают значительных величин. Сейчас в мире производится около 4 млрд.тонн пищевых продуктов ,половина из которых требует холодильной обработки , и лишь четверть проходит такую обработку .Около 30% продукции не доходит к потребителю.

Поэтому необходимо создание непрерывной холодильной цепочки ,которая состоит из отдельных звеньев , которые обеспечивают условия для непрерывной холодильной обработки и хранения скоропортящихся продуктов на пути от мест производства или выращивания к местам потребления .

Начальным звеном холодильной цепи являются производственно — заготовительные холодильники , которые являются составной частью пищевого предприятия или представляют собой самостоятельные организационные структуры . Работа этих холодильников имеет исключительно сезонный характер и не рассчитана на длительное хранение продукции, поэтому объём камер не очень большой .Это камеры охлаждения и заморозки . Базовые холодильники предназначены для накопления продукции заготовленной в первом звене холодильной цепи.

В местах ,где происходит перегрузка продуктов с одного вида транспорта на другой создают перевалочные холодильники , которые предназначены для кратковременного хранения продукции.

Для длительного хранения продуктов питания ,а также для равномерного снабжения ими населения больших городов и индустриальных центров через торговую сеть , именно распределительные холодильники становятся основным звеном холодильной цепи.

Торговые холодильники предназначены для кратковременного хранения пищевых продуктов в розничной торговле и на предприятиях общественного питания.

Домашние холодильники - это последнее звено холодильной цепи.

Соединительным звеном холодильной цепи является холодильный транспорт(автомобильный ,железнодорожный , речной, морской и воздушный).Однако холодильная цепь не обеспечивает сохранение всех продуктов ,которые производятся сельским хозяйством . Основное внимание уделялось продуктам животного происхождения . Они обеспечены холодильной цепью с момента их производства до момента их потребления.

С растительным сырьем ,а именно ,сочным растительным сырьем (овощами , плодами , ягодами , бахчевыми, зеленью)в районах ее выращивания количество холодильников незначительно и их емкость очень мала.

Искусственный холод в плодоовощной промышленности используют при предварительном охлаждении ,транспортировки, замораживании и хранение плодов и овощей, а также во производства и хранения соков и плодоовощных консервов.

Современные технологические процессы предварительного охлаждения ,а именно, быстрое снижение температуры перед транспортировкой или закладкой на хранение ,позволяет продолжить срок холодильного хранения яблок ,груш ,винограда на 1..1,5 месяца; косточковых плодов - на 0,5 месяца; ягод - на неделя и более; овощей, в зависимости от вида и сорта - на несколько недель и даже месяцев.

2 ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Во время усовершенствания холодильников должны решаться следующие задачи:

• обеспечение высоких теплозащищающих свойств ограждающих конструкций путем использования современных эффективных теплоизоляционных материалов , герметизацией стыков панелей , дверей , вводов труб и кабелей;

• разработка и внедрение прогрессивных технологий холодильной обработки , хренения , и транспортирования фруктов при строгом нормировании и поддержании температуры и влажности на основе рационального выбора энергосберегающих систем , инжененрного оборудования , в том числе на базе микропоцессорной техники ;

• достижение минимального удельного объема камер (3,5¼4,5 м³ /т)путем усовершенствования объемно - планировочных и конструктивных решений холодильников ;

• во время проектирования и строительства должен быть внедрен принцып формирования холодильников и холодильных комплексов обработки и хранения фруктов на основе блочных автономных строительно - технологических секций ( модулей ) комплектной поставки .

Универсальный холодильный модуль состоит из камеры хранения плодоовощной продукции , машинного отделения и навеса для производства погрузочно - разгрузочных работ.

В холодильном модуле в зависимости от места его расположения могут охлаждатся разные виды растительной продукции ( виноград , ягоды , фрукты , овощи и др.) . При условной вместительности 100 тонн в холодильную камеру помещается :

- виноград в лотках - 85,5 т;

- яблоки в контейнерах - 128 т ;

- яблоки в деревяных ящиках на поддонах - 97 т.

Холодильная камера принята размером в три строительных квадрата ( 18,3 х 6,4 м ) ; строительная высота - 5,85 м . В камере расположены два воздухоохладителя навесного типа . Во время максимальной нагрузки ( период загрузки камеры ) работают 2 аппарата , во время длительного хранения - один . При отрицательных температурах внешней Среды холодильная установка не работает , в работу включается електронагреватели одного или двух воздухоохладителей вместе с вентиляторами.

3 Функциональная схема автоматизации холодильного модуля

Холодильная автоматизированная установка состоит из двух компрессоров (КМ) , оснащенных устройствами автоматической защиты, двух маслоотделителей (МО) , сборника масла (МС) , форконденсатора(ФКД), конденсатора(КД) c вентиляторами , линейного ресивера (РЛ) с двумя датчиками уровня ,двух воздухоохладителей (ВО) , установленных в камере и оснащенных вентиляторами, регуляторами заполнения и соленоидными вентилями (СВ), отделитель жидкости (ОЖ) с двумя датчиками уровня , дренажного ресивера (РД) с датчиком нижнего уровня и СВ, двух водяных насосов.

3.1 Работа схемы автоматизации холодильной установки

После загрузки яблоками холодильной камеры предварительно в работу в ручном режиме включают два КМ (мощность привода КМ 5,5 кВт) , то есть КМ ¹1 и КМ ¹2 . Этим обеспечивается большая скорость охлаждения яблок . Выход на нормальный режим работы осуществляется примерно за 10 суток

В пусковом режиме схема работает таким образом .Перед включением КМ СВ YА3 и YА7 на линиях подачи жидкости ВО и YА2, YА1 на линиях подачи пара дистанционно открываются. Также открываются СВ YА10 и YА11 ,которые соединяют ОЖ с РД и СВ YА13 на общей линии подачи жидкого аммиака в ВО №1 и №2. Остальные СВ(YА1,YА4,YА5,YА8,YА9,YА12)закрыты . Потом происходит включение вентиляторов ВО и КД и насосов КМ №1 и №2.

КМ откачивают пар из ОЖ. При этом ОЖ через СВ YА10(уравнительная паровая линия) и вентиль YА11(уравнительная жидкостная линия )соединен с РД. В данном случае РД выполняет роль ОЖ ,то есть жидкость в ОЖ не накопляется.

Пар КМ сжимается и через ОМ №1 и №2 подается в ФКД и далее в КД .Сконденсированный аммиак поступает в РЛ. Далее жидкость из РЛ через СВ YА13 параллельно подается в ВО №1 и №2 через соответственно СВ YА3 и YА7. Последовательно с этими СВ смонтированы регулирующие вентили (РВ) №1 и №2 , в которых происходит дросселирование агента до определенного давления , при котором аммиак начинает кипеть. Пар из ВО №1 и №2 через СВ YА2 и YА6 поступает в ОЖ , а из него выкачивается КМ №1 и №2 (цикл замкнулся).

Благодаря кипению агента при отрицательной температуре в ВО №1 и №2 осуществляется поглощение тепла камеры и температура в ней постепенно уменьшается.

После выхода установки на нормальный режим работы один КМ отключают и далее в работе находится только один КМ и один ВО. Их задача поддерживать температуру в камере в диапазоне 0¼1°C, то есть компенсировать проникновение тепла через теплоизоляционную конструкцию камеры.

Оттаивание ВО должно проводится приблизительно один раз в сутки . При этом один ВО должен оттаивать а другой находится в работе , в пусковой период оттаивание осуществляется вручную , а в режиме хранения - автоматически . Оттаивание проводится горячими парами аммиака с линии нагнетания КМ , который подается в ВО находящееся в оттайке .В процессе оттайки , который продолжается приблизительно от 20 до 30 минут , работает только один КМ . КМ №1 работает с ВО №1 , а КМ №2 с ВО №2 .

В процессе оттайки любого ВО ОЖ отключается от РД СВ YА10 и YА11 . При этом СВ YА10,YА11,YА13 должны быть закрытыми. Жидкий аммиак в данном случае накопляется в РЛ. Если при отрицательных температурах окружающей среды и отключенных компрессорах температура в камере понижается ниже допустимой , то в данном случае включаются электронагреватели , которые встроены в ВО. Включением и выключением поддерживают заданную температуру в камере.

3.2 Работа узлов функциональной схемы автоматизации холодильного модуля.

Основной регулируемой величиной в данной схеме есть температура воздуха в холодильной камере. Ее регулируют включением и выключением КМ , а зимой возможно ее поддержание включением и выключением электронагревателей ВО №1 и ВО №2.

Для управления каждым КМ спроектирован малогабаритный пульт автоматического управления типа ПАК (выпускается “Пищепромавтоматика “, г. Одесса). КМ оснащены стандартными приборами автоматической защиты от аварийных режимов работы.

Заполнение ВО регулируется автоматически по перегреву пара. Оттаивание ВО проводится горячим паром аммиака по времени.

Предусмотрено следующее блокирование : Включение КМ возможно только после включения водяного насоса и вентилятора КД; После выключения КМ №1 (№2) СВ на линии подачи жидкости в ВО №1 (№2) должен быть закрыт .

По уровню жидкого аммиака в ОЖ проводится аварийное выключение КМ. В РД контролируют и сигнализируют нижний уровень жидкости , а в РЛ нижний и верхний уровни.

Спроектировано автоматическое включение резервного водяного насоса .Узлы контура функциональной схемы автоматизации действуют таким образом.

3.2.1 Контуры регулирования температуры в камере.

Контроль температуры воздуха в холодильной камере осуществляется двумя электронными термореле 19б и 23б типа Т419 с датчиками 19а и 23а (медные электрические термометры сопротивления).

Так как датчики контролируют температуру воздуха практически в одной точке камеры , то следует комплектовать этот контур одним двойным электрическим термометром сопротивления (в одном корпусе размещено 2 чувствительных элемента).

Предусмотрена замена термореле Т419 ,которое серийно выпускается в России , на электронное реле температуры (ЭРТ) , которое разрабатывается в институте “Агрохолод”.ЭРТ имеет цифровую шкалу , на которой отмечается температура воздуха в камере . Благодаря этому отпадает необходимость в дистанционном контроле температуры воздуха в камере , например , логометром . Термореле 19б управляет КМ №1 , а реле 23б КМ №2 . Как уже отмечалось , в режиме хранения фруктов находится в работе один КМ. Допустим , что РТ 19б настроено на диапазон поддержания температуры в камере 0¼-1°С . Если температура в камере повысится до 1°С , то ЭРТ включит электродвигатель водяного насоса, вентилятора КД ,КМ №1 и открывает СВ YА3. В результате температура воздуха в инерционной камере постепенно снижается .

При 0 °С ЭРТ выключает водяной насос , вентилятор КМ №1 и закрывает СВ YА3. Этим экономится электроэнергия , которую потребляют электродвигатели вентилятора КД и водяного насоса. А закрытый СВ YА3 не позволяет жидкому аммиаку поступать в ВО №1 и переполнять его и ОЖ при не работающем КМ .

Тепло в камеру поступает извне через ограждение и температура воздуха в камере постепенно повышается .

Когда она станет равна 1°С , тогда работа схемы повторяется , то есть данный контур осуществляет двухпозиционное регулирование температуры камере путем пуска и остановки КМ.

Коэффициент рабочего времени КМ составляет 0,9.

Зимой есть возможность поддерживать температуру воздуха в камере при помощи того же термореле 19б , которое будет включать и выключать ( при 1°С) электронагреватель №1 ВО №1.

Если в работе находится КМ №1 вместе с ВО №1 , то вентилятор ВО №1 работает непрерывно , несмотря на остановки КМ обеспечивая равномерное распределение температуры по объему камеры.

Абсолютно аналогично работает ЭРТ 23б . Это термореле управляет КМ №2 , водяным насосом , вентилятором КД и СВ YА7. Термореле 23б зимой управляет электронагревателем №2 ВО №2 . В этом случае непрерывно работает вентилятор №2 ВО №2.

Зимой одновременно могут управлять своими электронагревателями термореле 19б и 23б , если один электронагреватель не будет способен поддерживать заданную температуру . При этом вентиляторы ВО №1 и ВО №2 работают непрерывно.

Для удобства наладки и эксплуатации в схеме предусмотрено два термореле.

В данном контуре можно перейти на ручной режим управления КМ , вентиляторами , электронагревателями и СВ.