Диссертация (Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве), страница 6

97 87 8КанализацияНижнийслив1 – аккумулирующая ѐмкость для холодной воды; 2 – насос; 3 – электродвигатель;4 – компрессор; 5 – воздушный ресивер; 6 – вертикальный автоклав; 7 –регулирующие клапаны; 8 – обратные клапаны; 9 – редукционный клапан.Рисунок 1.5 – Типовая схема коммуникации вертикального автоклава [3]1.5 Обзор существующих систем управления процессом стерилизацииконсервовИзвестны технические критерии, сформулированные Выскубовым Е.В. [19],которым должна отвечать система автоматизации технологического процессастерилизации консервов в промышленном автоклаве:регулирование температуры в автоклаве с точностью  0,01ΘСТ (ΘСТ –температура стерилизации консервов, oC);регулирование давления в автоклаве с точностью  0,05PСТ (PСТ –давление при стерилизации консервов, Па);ведение процесса стерилизации по времени с точностью 1 мин;универсальность по отношению к рабочей среде и типу аппарата;32возможность оперативного изменения технологического режима;простота в обслуживании, надѐжность и низкая стоимость.Созданием систем управления технологическим процессом стерилизацииконсервов в промышленном автоклаве занимались А.П.

Бабенков [25], П.В.Зеленков [26], Б.Е. Щѐкин [86] и др. Однако разработанные системы лишьчастично удовлетворяли вышеперечисленным критериям. У первых системавтоматического управления существовали следующие недостатки:недостаточно надѐжная элементная база и отсутствие точныхдатчиков;низкая точность регулирования технологических параметров и, какследствие, высокий процент брака продукции;неустойчиваяработапневматическихрегуляторовдавленияитемпературы из-за влияния колебаний давления в системе питания;отсутствие в системе астатического регулирования параметров, что непозволяло поддерживать их с заданной точностью;отсутствие гибкой настройки параметров регулятора по каждомуканалу управления;низкаяточностьформированиятраекториирегулирования(температуры, давления и временных отрезков) и отсутствие возможностибыстрого перехода на новый технологический режим работы;регистрацияграфиковпроцессарегулированиянабумажномносителе, что затрудняло обработку и хранение полученных данных.В первом поколении систем автоматического управления процессомстерилизации консервов в серийное производство была запущена только системаБином-1Г, получившая наибольшее распространение на предприятиях страны.Развитиемикропроцессорнойтехникипозволилозначительноусовершенствовать системы автоматического управления.

Выскубов Е.В. [19]достаточноподробноописалпроцесссозданияэффективнойсистемымикропроцессорного управления процессом стерилизации консервов в автоклаве.Однако, предложенная им система также обладала рядом недостатков,33обусловленных ограниченными возможностями примененных в ней средствуправления. В частности, можно отметить следующие:приреализациисистемыуправлениятребовалосьсозданиедополнительных схем для согласования сигналов с датчиков с входамимикроконтроллера и выходныхсигналов управления с регулирующимиклапанами;водойв системе не предусматривалась возможность заполнения автоклавававтоматическомрежименаподготовительномэтапепроцессастерилизации;нет организации человеко-машинного интерфейса;нет процедуры по обработке и архивации данных технологическогопроцесса в виде графиков и таблиц.В работах Власова А.В.

[17] и Кайченова А.В. [30] описан процесс созданиясистемы управления стерилизацией консервов на базе программируемогологического контроллера, однако данная система была ориентирована налабораторную стерилизационную установку АВК-30М, на базе которой авторыотрабатывали технологию стерилизации консервов, и не была опробована вработе с промышленными автоклавами.В настоящий момент одной из наиболее распространѐнных системавтоматического управления процессом стерилизации консервов в автоклавахпериодического действия служит система САУСТ-ПЛК г. Калининград[2].Система построена на базе программируемого логического контроллера ицифровой панели оператора и представляет собой автоматизированное рабочееместо (АРМ) оператора технологического процесса стерилизации консервов.Хотя система САУСТ-ПЛК имеет множество достоинств в техническойреализации в сравнении с ранее рассмотренными системами, однако она не имеетв свободном доступе подробного технического описания своей физическойреализации и в [2] не содержатся сведения о структуре управления иреализованном в системе законе управления технологическими параметрами.34Поэтому остаѐтся не изученной еѐ эффективность в различных производственныхусловиях на объектах консервного производства.На основании проведенного анализа существующих систем управленияпроцессом термической обработки консервов в стерилизаторах периодическогодействия можно сделать вывод, что, несмотря на многочисленность, разнообразиеи оригинальность принятых при их реализации технических решений, внастоящее время отсутствует отвечающая всем требованиям система управлениястерилизацией в автоклавах, что делает задачу ее создания актуальной.Вдиссертационнойработепредлагаетсясистемаавтоматическогоуправления, наибольшим образом удовлетворяющая сразу всем техническимкритериям, предъявляемым к системе автоматизации технологического процессастерилизации консервов в промышленном автоклаве.

В задачи системыуправления входит автоматизированное выполнение подготовительных операцийи взаимосвязанное управление в основном цикле процесса стерилизации сразудвумя параметрами: температурой и давлением. На рисунке 1.6 представленаструктура с указанием комплекса технических средств для реализации системыавтоматическогоуправлениятехнологическимпроцессомстерилизацииконсервов в промышленном автоклаве [46]. Система в автоматическом режимевыполняет все стадии технологического процесса: заполнение автоклава водой, ееподогрев, подъем температуры и давления до значений, заданных формулойстерилизации, собственно стерилизацию и охлаждение продукта. Система имеетдружественныйчеловеко-машинныйинтерфейс,реализованныйввидеавтоматизированного рабочего места (АРМ) оператора.Как видно из схемы (рисунок 1.6), система включает в себя два контурауправления:контур регулирования температуры греющей среды в автоклаве;контур создания противодавления в автоклаве.Кроме двух основных контуров управления, в схеме можно выделить ещѐодин вспомогательный контур заполнения автоклава водой, используемый вовремя подготовительного режима.35958Слив верхнийВода0 – 130оС7ВертикальныйавтоклавВоздух10 – 0,35 МПа420 – 130оС0 – 0,35 МПаПар3612345678595TI1-1PI2-1TE3-1N3-5N3-6PE4-1N4-5N4-6N5-3LE6-1N6-4ПрограммируемыйлогическийконтроллерВходыTС3-2PС4-2LKS5-1LS6-2TIA3-3PIA4-3LIA5-2LIA6-3ВыходыTR3-4PR4-4Канал контроляверхнего уровняводыДатчик измерениядавленияДатчик измерениятемпературыНаименованиеизмеряемого ирегулируемогопараметраУстройство дляархивации данныхКанал заполненияавтоклава водой повремениПанель оператораКанал измерения ирегулированиядавленияРегулированиеКанал измерения ирегулированиятемпературыПрограммаплкЩит управленияПриборыпо местуСлив нижнийTI- показывающий термометр; TE – датчик температуры с выходным сигналом 4-20mA; TC –регулятор температуры; TIA – отображение текущего значения и сигнализации аварий каналаизмерения температуры; TR – регистрация температуры; PI – показывающий манометр; PE –датчик давления с выходным сигналом 4-20mA; PC – регулятор давления; PIA – отображениетекущего значения и сигнализации аварий канала измерения давления; PR – регистрациядавления; N – электропневматический преобразователь; LE – датчик-реле уровня воды; LS –контроль уровня воды; LKS – набор уровня воды по времени; LIA – отображение исигнализация аварий канала уровня воды.Рисунок 1.6 - Схема автоматизации технологического процесса стерилизацииконсервов в промышленном автоклаве36С целью оптимизации количества приборов управления в качестве единогоуправляющего элемента используется программируемый логический контроллер(ПЛК), позволяющий реализовать на базе одного устройства схему автоматизациис требуемым количеством каналов измерения и управления.

ПЛК, в отличие отмикропроцессора, является готовым устройством управления и имеет в себе всенеобходимые каналы ввода и вывода, а так же интерфейсы связи [53].Вкачествепервичныхизмерительныхпреобразователейвканалетемпературы и давления предлагается использовать датчики с унифицированнымвыходным сигналом 4-20 mA, что увеличивает защищѐнность каналов измеренияот помех.В предлагаемой системе управления на стадии подготовительных операцийнезагруженный автоклав вначале автоматически заполняется водой в течениезаданного промежутка времени.