automatizarea masinilor si instalatiilor.doc

36
AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA 1. Consideratii generale AUTOMATICA, ramura a stiintei si tehnicii reprezinta totalitatea mijloacelor si metodelor tehnice prin care se stabilesc legaturi de cauzalitate intre instalatiile ce cumpun un proces tehnologic si dispozitive specifice care asigura desfasurarea si conducerea proceselor tehnologice fara interventia omului. Prin automatizarea proceselor tehnologice in industria alimentara funciunile operatorului uman sunt preferate partial sau total de dispozitivul de automatizare si de elementele de comanda. Automatizarea proceselor de productie prezinta multiple avantaje economice tehnice si sociale. In plan economic contribuie la reducerea cheltuielilor de productie si implicit a pretului produselor, la cresterea productivitatii si optimizarea echiparii cu utilaje si instalatii moderne, la cresterea calitatii produselor, etc. In plan tehnic, contribuie la cresterea duratei de exploatare a utilajelor, la reducerea solicitarii utilajelor si instalatiilor, la cresterea preciziei de executie a unor operatii si eliminarea unor faze intermediare de lucru. In plan social, contribuie la asigurarea unor conditii optime de lucru, la imbunatatirea conditiilor de munca prin eliberarea omului de operatii dificile de lucru, la cresterea securitatii muncii si asiugurarea unor conditii ergonomice de munca. 2. Elementele unui sistem automat Se considera, doua variabile y si z, care in mod natural nu depinde una de cealalta. La aceste doua marimi variabile se poate 1

Upload: menoemi

Post on 25-Oct-2015

343 views

Category:

Documents


20 download

DESCRIPTION

automatizare

TRANSCRIPT

Page 1: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR

DIN INDUSTRIA ALIMENTARA

1. Consideratii generale

AUTOMATICA, ramura a stiintei si tehnicii reprezinta totalitatea mijloacelor si metodelor tehnice prin care se stabilesc legaturi de cauzalitate intre instalatiile ce cumpun un proces tehnologic si dispozitive specifice care asigura desfasurarea si conducerea proceselor tehnologice fara interventia omului.

Prin automatizarea proceselor tehnologice in industria alimentara funciunile operatorului uman sunt preferate partial sau total de dispozitivul de automatizare si de elementele de comanda.

Automatizarea proceselor de productie prezinta multiple avantaje economice tehnice si sociale. In plan economic contribuie la reducerea cheltuielilor de productie si implicit a pretului produselor, la cresterea productivitatii si optimizarea echiparii cu utilaje si instalatii moderne, la cresterea calitatii produselor, etc. In plan tehnic, contribuie la cresterea duratei de exploatare a utilajelor, la reducerea solicitarii utilajelor si instalatiilor, la cresterea preciziei de executie a unor operatii si eliminarea unor faze intermediare de lucru. In plan social, contribuie la asigurarea unor conditii optime de lucru, la imbunatatirea conditiilor de munca prin eliberarea omului de operatii dificile de lucru, la cresterea securitatii muncii si asiugurarea unor conditii ergonomice de munca.

2. Elementele unui sistem automat

Se considera, doua variabile y si z, care in mod natural nu depinde una de cealalta. La aceste doua marimi variabile se poate asocia si variabila timp t. Intre cele trei marimi se poate realiza o dependenta de tipul

f(y, z, t)=0

Este posibil sa se faca o dependenta intre y si z in cadrul valorilor timpului t prin intermediul unui dispozitiv „DA”, denumit dispozitiv de automatizare (Fig. 2.1)

1

Page 2: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig.2.1. Schema pentru definirea unui dispozitiv de automatizare

Pentru exemplificare se considera o camera complet inchisa fara iluminare si se urmareste iluminarea in functie de lumina de afara. Considerand iluminarea exterioara y(t) si cea interioara z(t), pentru iluminarea interioara trebuie introdus un sistem de dependenta denumit sistem de automatizare. Ca urmare realizarea dependintei intre y(t) si z(t) sub forma

y(t)=f[z(t)]; (2.2)

se poate face utilizand o celula fotoelectrica (CFE) impresionata de lumina exterioara, un amplificator (AL), un motor (M), un reostat antagonist(ρ), o rezistenta reglabila (R) si un bec cu incandescenta(L), care legate in ordinea fireasca realizeaza o shema de automatizare a instalatiei de iluminat.(Fig. 2.2)

Fig.2.2.

Schema unei instalatii de automatizare pentru iluminat. a-principiul de functionare; b-elementele de automatizare; v-tensiune electromotoare; y-marime de intare; z-marime de iesire; a-marime de actionare;

2

Page 3: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

u-marime de comanda; e- marime de executie. V-marime amplificata; DA-dispozitiv de automatizare; IA- instalatie automatizata; SA-sistem automat; (R)-rezistenta reglabila.

In figura 2.2 Traductorul1 (Cfe1) masoara iluminarea exterioara y si o converteste intr-o tensiune electromotoare v (marime de actionare a). Acest element care converteste o marime fizica in alta marime de aceeasi natura sau de natura diferita, poarta denumirea de traductor.

Marimea de iesire a elementului 1, v va fi amplificata de elementul 2 in marimea v, devenita marime de iesire a elementului 2. Prin urmare V=f(v), iar elementul 2 poarta denumirea de element de comanda si amplificare.

Marimea de la iesirea din elementul 2 devine marime de comanda u pentru elementul 3. Elementul 3 va determina o actiune de natura macanica(translatie, rotatie, etc) capabila sa influenteze procesul tehnologic in sensul dorit. Acest element poarta denumire de element de executie sau de actionare. Impreuna cu 1 si 2 formeaza dispozitivul de automatizare DA.

Elementul 4 reprezinta instalatia automatizata (IA) care realizeaza procesul tehnologic propus.

Elementele din figura 2.2 au urmatoarea semnificatie:

a) Traductorul, converteste o marime de o anumita natura fizica in alta marime de alta natura, astfel incat intre marimi sa existe o relatie de proportionalitate, atat in regim stationar cat si in regim tranzitoriu.

Conversia marimii se intrare in marime de iesire la senzori se bazeaza pe efecte fizice sau chimice.

Senzorii care servesc numai la detectarea unei marimi se numesc detectori. Elementul sensibil(senzorul) insotit de elemente de adaptare si prelucrare(conditionarea semnalelor) se numeste traductor(Fig. 2.3).

Fig. 2.3. Schema unui traductor

3

Page 4: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Traductorul poate avea in structura sa mai multi senzori, capabili sa efectueze conversiqa marimii de masurat intr-o marime electrica indirect, prin mai multe etape intermediare pana la obtinerea marimii finale v.

In functie de marimile si metodele de masurare se cunosc mai multe tipuri de senzori:

- Senzori de conductivitate, monitorizeaza procesul de curgere folosind metoda cu ultrasunete, varianta Doppler sau principiul calorimetric. Se utilizeaza pentru solutii apoase si medii cu un inalt grad de puritate;

- Senzor de nivel, se utilizeaza in bazine sau conducte pentru detectarea nivelului minim sau maxim indiferent de mediul care se foloseste;

- Debitmetrele electro-magnetice, sunt senzori care masoara debitul cu ajutorul unor electromagneti;

- Senzor de presiune(manometru). Se racordeaza direct la proces sau prin conexiuni intermediare. Manometrele sunt concepute si optimizate pentru aplicatii igienice;

- Senzor de temperatura, masoara temperatura la diferite medii si o transforma in semnal electric in doua grupe 0…20mA si 4…20 mA.

- Turbimetre, sunt aparate pentru monitorizarea lichidelor(apa, apa uzata, suc de rosii, portocale, lapte, etc). In figura 2.4 se prezinta valorile turbiditatii in functie de concentratia in SU pentru cateva lichide.

4

Page 5: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 2.4. Grafic privind determinarea turbiditatii in functie de concentratie

b) Elementul de comanda si amplificare, realizeaza o amplificare(de putere de obicei si de modul uneori). Aceste elemente realizeaza o dependenta functionala intre V si v: V=f(v).

c) Elementul de executie, sau de actionare primeste la intrare marimea care iese din elementul de comanda, apoi o converteste intr-o marime(de obicei mecanica) care va actiona asupra organului de reglare al obiectului automatizarii.

Pentru descifrarea schemei din figura 2.2 se fac urmatoarele notatii definite in functie de timp:

- y-marime de intare;- a-marime de actionare;- u- marime de comanda;- e-marime de executie;- z- marime de iesiri.

In regim stationar cand y(t) nu se modifica instalatia din figura 2.2 trebuie sa realizeze conditia z(t)= constant.

Daca tensiunea U a lampii L scade, adica se schimba unul din parametrii functionali, pentru aceeasi pozitie a cursorului reostatului R corespunzator unei anumite iluminari exterioare, adica y(t)=ct. va exista o iluminare exterioara mai mica de valoare y1(t)< y(t) corespunzator unei tensiuni U1< U. Prin urmare pentru a realiza parametri constanti de iluminare se impune asigurarea unui operator care sa primeasca permanent valorile marimilor z(t) si y(t), apoi sa actioneze rezistenta reglabila (R) pentru a optine pe z(t)= ct.

In instalatia de automatizare din figura. 2.2 operatorul poate fi inlocuit prin adaugarea unuui traductor de iesire CFE2 care da informatii cu privire la variatia iluminarii interioare care este marimea z(t), (Fig. 2.5)

5

Page 6: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 2.5 Schema unei instalatii de automatizare in circuit inchis. A-schema principala; b-schema functionala; ᶓ-eroarea de iesire.

Tensiunile de la iesirea celor doua traductoare, CFE1 si CFE2 se leaga in opozitie, deoarece numai compararea prin diferenta da o indicatie asupra variatiei lui v, adica:

Δ V=v1-v2, (2.1)

in care v1=k1y(t) si v2=k2z(t), k1 si k2 constante de proportionalitate.

Prin urmare, dispozitivul de automatizare va actiona ori de cate ori exista o diferenta

Δ V=v1-v2‡0.

Fata de schema din figura 2.2.b. in figura 2.5.b, exista doua elemente suplimentare:

-elementul de comparatie prin diferenta 6 sau comparator diferential notat cu EC, care compara cele doua marimi y si r si furnizeaza la iesire abaterea de eroare ᶓ=y-r;

-traductorul de reactie 5, notat cu TrR sau elementul de masurat al marimii la iesire situat pe legatura de reactie de la iesire spre intrare(Fig. 2.5.b)

Analizand circuitul din figura 2.5 se constata ca instalatia de automatizare are doua cai de transmitere a semnalului:-sensul direct de la transmitere a comenzii pe la partea superioara de la stanga la dreapta, si

6

Page 7: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

-sensul invers de transmitere a informatiei asupra realizarii procesului tehnologic reglat, adica de la dreapta spre stanga. Acest sistem poarta denumirea de sistem automat inchis sau cu legatura inversa(cu reactie) si are schema de principiu prezentata in figura 2.6.

Fig. 2.6 Schema bloc a unui automat inchis

Legatura de sus prin care se transmite comanda se numeste legatura principala sau directa, iar cea de jos prin care se primeste informatia asupra marimii de iesire se numeste legatura secundara(inversa sau de reactie).

Acest tip de scheme sunt actionate de marimea de actionare “ᶓ”.

Instalatiile de automatizare cu circuit deschis reprezinta un caz particular a celor cu circuit inchis. Daca se intrerupe legatura inversa de la dreapta la stanga, adica v2=0, indiferent ce caolare are Zt, rezulta v=v1 si prin urmare actiunea sistemului este determinata de variatia marimii de la intrare y=z(t). Astefl spus, se poate studia circuitul in stare deschisa doar studiind circuitul inchis pentru r=0.

3. Clasificarea sistemelor automate(SA)

Sistemele automate(SA) se clasifica dupa urmatoarele criterii:

a) In functie de circuitele de comanda:- Instalatii de automatizare cu circuit deschis- Instalatii de automatizare cu circuit inchis(de tip servo)b) In functie de principiul de functionare:- Conventionale de baza, supuse aceleasi conventii(z=y):- sisteme de urmarire, in care

z urmareste variatia de la intrare y; -sisteme de reglare automata(SRA) la care y are o variatie predeterminata

- Specializate: - adaptive;

-optimale;

7

Page 8: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

-extremale;

c) In functie de aspectul de variatie in timp a marimii de intrare “y” :

-sistem de stabilizare automata(se mentine constant un parametru(ex y=ct));

-sisteme de reglare automata cu program variabil(cand y variaza in functie de o lege prestabilita);

-sisteme de reglare automata de urmarire (cand y variaza in functie de un parametru din afara SRA necunoscut);

d) In functie de viteza de variatie a marimii de la iesire:

-pentru procese lente;

-pentru procese rapide;

e) In functie de numarul de intrari si iesiri:

- cu o singura marime de intrare si o singura iesire;

- cu mai multe intrari si iesiri;

f) In functie de natura comenzii:

- cu comanda continua-marimea de iesire a fiecarui element component este o functie continua de marimea sa de intrare;

- cu actiunea discontinua sau discreta la care marimea de la iesirea DA(RA) este reprezentata de o succesiune de impulsuri de comanda(de reglare) fie o modalitate in amplitudine sau durata(sisteme cu impulsuri), fie codificate(sisteme numerice).

g) In functie de gradul de complexitate al schemei fractionale:

- cu un circuit inchis sau cu o bucla de reglare;

- cu mai multe circuite inchise, sau cu mai multe bucle de reglare.

Acestea pot fi:- sisteme in cascada;

-sisteme de reglare combinata.

8

Page 9: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

4. Elemente de protectie a sistemelor de automatizare

Un sistem de protectie are rolul de a asigura deconectarea automata in cazul aparitiei regimului anomal de functionare sau de avarie.

Regimurile anomale de functionare sunt doar sesizate acustic sau optic si indica cu precizie operatorului unde sa intervina.

Regimurile de avarie, consta in deconectarea instalatiei electrice de actionare a utilajelor sau instalatiilor de carte intrerupatoare care primesc comanda de la instalatia de protectie.

Separarea partii cu defect sau intreruperea generala a unei instalatii are ca efect:

- Limitarea dezvoltarii efectului care se poate dezvolta la nivel de sistem;- Preintampinarea distrugerii instalatiei unde a aparut defectul;- Oprirea derularii fluxului tehnologic pentru a nu produce infundari sau strangulari de

flux;- Restabilirea regimului normal de functionare.

4.1 Performantele unui sistem de protectie

a) Rapiditatea, reprezinta timpul in care actioneaza pentru a limita efectele termice ale curentilor de scurtcircuit, scaderea tensiunii si pierderea stabilitatii sistemului electric.

Timpul de eliminare a unui defect se compune din:- Timpul propriu de lucru al protectiei(T- 0.02..0.04 s)- Timpul de temporizare reglat;- Timpul de declansare a intreruptorului(T= 0.04..0.06 s). Pentru instalatiile clasice

timpul minim de deconectare este T=0.06..0.10 s.

b)Selectivitatea, este capacitatea de a deconecta numai echipamentul sau transonul unde a aparut defectul in conditiile in care fluxul tehnologic nu este liniar dependent.

Selectivitatea se realizeaza:- Prin temporizari(pe baza de timp);- Pe baza de curent;- Prin directionare.

In reteaua de joasa tensiune de la tabloul general din postul de transformare pana la ultimul receptor sunt montate aparate de protectie de tipul:

- Intrerupatoare automate cu declansatoare;

9

Page 10: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

- Sigurante fuzibile;- Relee termince.

Deoarece curentul de defect parcurge elementele in serie de pe calea de curent de la sursa de alimentare pana la locul defectului, poate influenta si alte aparate aparate decat cele care trebuie sa elimine defectul produs. In aceste conditii este necesara corelarea caracteristicilor de protectie pentru asigurarea selectivitatii protectiei.

In sistemul siguranta-contactor-releu termic, siguranta, asigura protectia la scurtcircuit iar releul termic protectia la suprasarcina.

c)Siguranta in circuit, presupune actionarea protectiei, numai atunci cand este nevoie. Acest lucru se obtine folosind microprocesoare specializate.

d)Senzibilitatea,este o caracteristica conform careia sistemul de protectie trebuie sa lucreze la abateri cat mai mici de la valoarea nominala a marimii controlate.

Sensibilitatea protectiei se apreciaza prin coeficientul de sensibilitate care este dependent de valoarea minima a curentului de scurt circuit in momentul actionarii protectiei si valoarea curentului de pornire al protectiei corespunzator circuitului de forta al instalatiei protejate.

Coeficientul de protectie poate lua valori de: Cp=1.2..2.5, in functie de tipul protectiei si importanta instalatiei protejate.

e)Interdependenta de schema de conexiuni

Protectia unei instalatii trebuie sa actioneze independent de sistemul electric la un moment dat si de configuratia schemei de conexiuni.

4.2. Sisteme de protectie utilizate

4.2.1 Sisteme moderne de protectie

O instalatie se protectie( Fig. 4.1) trebuie sa aiba ca obiectiv pastrarea continuitatii in alimentarea cu energie electrica a consumatorilor chiar in conditiile aparitiei defectiunii in sistem.

10

Page 11: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 4.1. Schema unei instalatii de protectie

a)Protectia de curent, actioneaza la aparitia unui supracurent in circuitul protejat ca urmare a unui scurtcircuit sau a unei suprasarcini.

Protectia de curent, se poate face cu relee primare, montate in serie pe circuitul protejat sau cu relee secundare montate in secundarul transformatoarelor de curent. Curentul nominal al releului se alege in asa fel incat curentul de actionare determinat prin calcul sa poata fi reglat si sa indeplineasca conditia de sensibilitate. Pentru asigurarea selectivitatii se pot utiliza relee suplimentare de timp.

b)Protectia de tensiune, actioneaza cand apare scaderea de tensiune la un scurtcircuit sau la intreruperea alimentarii. Pentru acest lucru se folosesc relee de tensiune care actioneaza cand tensiunea U din circuitul protejat scade sub tensiunea de potrivire a protectiei. In practica, releul se conecteaza in secundarul transformatorului de tensiune si se alege in asa fel incat valoarea calculata sa aiba o marja de reglaj.

Protectiile minimale in instalatiile de joasa tensiune sunt asigurate de catre bobinele contactoarelor sau de declansatoarele de minima tensiune ale intrerupatoarelor automate.

Protectiile minimale nu sunt selective, de aceea la aparitia unui scurtcircuit scaderea tensiunii se va resimti si in exteriorul instalatiei unde a aparut defectiunea.

c)Protectia impotriva suprasarcinilor, este necesara la motoarele care antreneaza mecanisme supuse suprasarcinilor tehnologice sau conditiilor grele de pornire.(Fig. 4.2).

11

Page 12: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 4.2 Schema de legare a protectiei la suprasarcina

In acest scop sunt utilizate transformatoare de masura conventionale si sisteme de actionare asupra intrerupatoarelor cu relee de declansare.In ultimul timp se utilizeaza sisteme de achizitie primara a semnalelor analogice cu traductoare liniare. Fata de sistemul clasic acest sistem realizeaza o multime de functii si anume:

- Achizitie de date;- Memorare si prelucrare;- Monitorizare- Automatizarea sistemului.

Prelucrarea numerica a semnalelor achizitionate se face dupa algoritmi care permit:

- Determinarea valorilor efective, medii sau de varf ale U si I;- Determinarea puterii active reactive, aparente, defazajelor sau altor marimi

complexe. Deoarece partea de hard a echipamentelor numerice de protectie este unitara si modulata functiile de protectie se aleg in functie de:- Caracteristicile si importanta echipamentelor protejate;- Schema electrica a statiei la care este racordat;- Topologia retelei;- Cerintele tehnologice ale procesului.

12

Page 13: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

4.2.2 Sisteme clasice de protectie (Fig. 4.3)

Fig. 4.3 Schema unui sistem clasic de protectie.

In figura 4.3 sunt prezentate: alimentarea de la retea prin cablul 1, si impamantarea 9 conectate prin intermediul panoului 2 la intrerupatorul 3 de la 32 A si la bara de impamantare 8. La intrerupatorul general 3 este conectat intrerupatorul general de 30mA,4. Intrerupatoarele automate de 20A, 5 pentru protectia circuitului de senzori cu sectiunea de 1.5 mm2 sunt conectate in paralel cu intrerupatorul general 4. Intrerupatoarele automate de 30 A, 6 pentru protectia circuitelor aparatelor, cu sectiunea conductei de 25mm2 sunt conectate in paralel. Cablurile 7 sunt conectate la intrerupatoarele automate si la bara de impamantare 8.

5.Reglarea automata a sistemelor de automatizare

Reglarea automata, este un ansamblu de operatii care se efectueaza in circuit inchis alcatuind o bucla echipata cu dispozitive anume prevazute, cu ajutorul carora se efectueaza o comparatie prin diferenta a valorii masurate a unei marimi din procesul reglat cu o valoare prestabilita constanta sau variabila in timp si se actioneaza asupra procesului astfel incat sa se tinda spre anularea acestei diferente.

13

Page 14: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Schema unui sistem de reglare automat(SRA) este prezentata in figura 5.1.

Fig. 5.1 schema unui sistem de reglare automata

Marimile ce caracterizeaza sistemul din figura. 5.1. sunt:

- RA-regulatorul automat;- EC- comparatorul diferential sau elementul de comparatie prin diferenta;- EE-elementul de executie;- ORA- obiectul reglarii automate(instalatia automatizata;- TI- traductor de integrare care furnizeaza marimea de intrare y proportionala cu

consemnul q ;- TR- traductor de reactie;- q - valoare de consemn;- z -marimea reglata care de regula se abate de la valoarea de consemn q , respectiv

y(ex: debit, resiune, turatie, etc.);- p- perturbatia de la iesire;- w- perturbatia pe cale de reactie;- y si r –marimi de intrate.

Elementele TI, UA, EE si TR formeaza dispozitivul de automatizare DA, iar ORA reprezinta obiectul reglarii automate OR.

In practica industriala,se pot adauga elementelor din figura 5.1 si alte elemente cum ar fi:

- convertoare de semnal;- adaptoare;- elemente de prescriere a marimilor de referinta;- programatoare;- inregistratoare, etc.

14

Page 15: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

rezultand instalatii complexe de automatizare.

Sistemele automate moderne utilizeaza in loc de RA cate unul din urmatoarele:

- calculator;- minicalculator de proces;- automat programabil.

Pentru intocmirea schemei functionale a unui sistem automat se folosesc semne si simboluri conventionale din care cele mai reprezentative sunt prezentate in tabelul 5.1.

Tabelul 5.1.

Marimea sau functiunea reprezentata

Semnul conventional Descrierea reprezentarii

Marimea:- de intrare, y

-de iesire, z

Sageata indica sensul transmiterii semnalului prin sistem

Punct de bifurcatie a unui semnal

Ramificatia semnalului z

Punct de insumare sau scadere a doua marimi

Z= y+_s; pentru ramificatia in doua directii semnul(+) se omite

Punct de comparare prin diferenta a doua marimi

Z=y-s

Element de automatizare(traductor, regulator, etc)

In interiorul dreptunghiului se inscrie simbolul elementului

15

Page 16: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Marimi de intrare si iesire din sistem

Sageata indica sensul transmiterii semnalului

Exemplificarea unora din simboluri poate fi vazuta in schema unei instalatii de reglare automata a temperaturii apei dintr-un schimbator de caldura(Fig. 5.2), instalatie intalnita frecvent in diferite instalatii din industria alimentara.

Fig. 5.2 Schema unei instalatii de reglare automata a temperaturii apei intr-un schimbator de caldura.

16

Page 17: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

1-obiectul reglarii automate(ORA);2,3,4-traductor de reactie(TR); 5-comparator diferntial(EC);6- aparat de masura a temperaturii; 8,9,10-componente regulator automat(RA);11-element de comanda;12-13-element de executie (robinet);A-admisie abur;B-apa rece;C-iesire apa calda.

6.Aplicatii privind sistemele automate utilizate in industria alimentara

6.1 Sistem automat utilizat in industria laptelui

Conducerea de calculator a proceselor de fabricatie a produselor din lapte are ca efect:

- Reducerea consumurilor de energie si materiale;- Cresterea productivitatii muncii;- Cresterea calitatii produsului finit;- Eliminarea riscului de poluare a mediului inconjurator;

Schema bloc a unui sistem de comenzi automate dintr-o fabrica de lapte este prezentata in figura 6.1.

Subansamblurile principale care intra in structura unui asemenea sistem sunt:

- Senzori si traductoare de greutate, temperatura, nivel, etc.- Electrovalve;- Cutia de achizitie a semnalelor;- Panou electric de comanda;

Fig. 6.1 Schema bloc a comenzilor automatizarilor

17

Page 18: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Dulap de forta pentru circuitul de receptie si racire(interior);

- Dulap de forta pentru circuitul de lucru;- Pupitru de comanda operator;- Monitor(calculator de proces);- Panoul de comenzi locale operatorii si actionare la avarii;- Pompe si agitatoare;

Softul inregistrat pe calculatorul de comanda a procesului tehnologic permite comanda in sistem automat si manual. In ciclul automat prin program se urmaresc retetele, se vizualizeaza inregistrarea evolutia in timp a procesului tehnologic, se urmareste starea intrarilor si iesirilor, se vizualizeaza alarmele curente si istoricul acestora. In functie de necesitate operatorul ajusteaza comenzile si restabileste functionarea normala a instalatiei. Intre calculator si elementele de comanda din fluxul tehnologic este interpus un automat programabil care cuprinde 32 intrari numerice de 110 V curent alternativ, 32 iesiri numerice, 6 intrari pentru temperatura, 4 intrari si 2 iesiri analogice.

Programul permite controlul si monitorizarea procesului de incarcare si descarcare a rezervoarelor precum si a procesului de racire a laptelui datorita conexiunii cu sistemul automat de control a procesului de racire(fig).

Pentru eficientizarea procesului de monitorizare si control a fluxului tehnologic este necesara monitorizarea pe sectoare de activitate:

- Receptie;- Depozitare-racire;- Pasteurizare;- Controlul motoarelor si pompelor;- Controlul parametrilor tehnologici;- Controlul sistemului de spalare(CIP), etc.

Sistemul de control dispune de 3 nivele de securitate, fiecare operator odata cu intrarea in activitate trebuind sa se inregistreze, iar avariile care apar vor fi inregistrate exact in coordonate de timp.

6.1.1 Receptia laptelui, se face prin masurare cu un aparat digital care trimite semnalul in timp real operatorului care supravegheaza sistemul de automatizare. Din acest punct in functie de temperatura laptelui acesta poate fi dirijat in doua directii:

18

Page 19: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

- Spre procesare imediata cand temperatura este mai mare de 16o C. In acest caz receptia automata se opreste. Caracteristicile laptelui sunt masurate manual in laborator si se decide ce flux tehnologic va fi urmat

- Spre depozitare in tancuri racite in vederea prelucrarii ulterioare daca temperatura lui este in intervalul 8o..12o C. racirea in tancurile de racire se face la temperatura de 3..4o C.

Debitul de lapte la receptie trebuie sa corespunda unei viteze de circulatie prin filtrul de receptie de 3m/s. In caz contrar electrovalva din circuit muta traiectoria de curgere spre circuitul de rezerva echipat corespunzator. Filtrul initial se curata de impuritati si se restabilesc parametrii functionali ai circuitului.

Sectorul de receptie automata a laptelui dintr-o fabrica de profil este prezentat in figura 6.2.

Fig. 6.2 Instalatie de receptie a laptelui

6.1.2 Automatizarea controlului parametrilor laptelui in procesul de depozitare si racire, se face dupa schema din figura 6.3.

19

Page 20: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 6.3. Schema automatizarii controlului de depozitare

In tancurile de racire se controleaza permanent:

- nivelul laptelui- temperatura de pastrare- functionarea agitatoarelor pentru realizarea omogenizarii laptelui.

Datele inregistrate sunt transmise la cutia de achizitii date si comenzi(dulap de automatizare) unde sunt prelucrate si transmise monitorului de comanda.

Instalatia de automatizare a sistemului de racire este prezentata in schema din figura. 6.4.

20

Page 21: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 6.4 Tanc de racire

SN-sensor nivel; TT-sensor de temperature; Ma-motor agitator;

V-sensor de conductivitate; VTR-electrovalva; P-pompa;

Prin intermediul pupitrului de comenzi operator se impun parametrii de intrare(temperatura, nivel, etc.). Atunci cand nivelul ajunge la cel stabilit pompa corespunzatoare rezervorului in cauza se opreste, oprindu-se alimentarea.

Agentul de racire intra in rezervor printr-un sistem de conducte prin intermediul electrovalvei VTR, comandata de senzorul de temperatura TT. Circuitul de racire ramane deschis pana cand temperatura reglata in rezervor se echilibreaza, moment in care compresorul se opreste.

Instalatia de frig utilizata in industria laptelui este cu acumulare de frig prin formarea de gheata pe tevile vaporizatorului.

Schema instalatiei frigorifice si ciclul teoretic de functionare sunt prezentate in figura 6.5.

21

Page 22: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 6.5 Instalatia frigorifica pentru producerea centralizata a frigului artificial

Instalatia cuprinde un compresor, condensator, schimbator de caldura, ventil de laminare si vaporizator. Intre compresor si condensator se gaseste separatorul de ulei, iar intre ventilul de reglaj si vaporizator se gaseste separatorul de lichid, respectiv rezervorul de lichid.

In cadrul acestui tip de instalatie se gasesc:

- elemente de automatizare:-senzori de temperaturi -senzori de presiune

- elemente de control: -inregistratoare de temperatura;

-inregistratoare de presiune;

-regulatoare digitale.

- elemente periferice pentru alimentare, completare sau golire a instalatiei cu agent frigorific:- presostate de inainte si joasa presiune;

-indicator de curgere;

22

Page 23: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

-ventile de reglaj.

Acest tip de instalatii automatizate se utilizeaza pentru:

- receptia, depozitarea si ambalarea laptelui de consum;- refrigerarea laptelui la o temperatura de max. 5o C;- racirea laptelui dupa pasteurizare;- refrigerarea produselor lactate(smantana, iaurt, branzeturi, etc.)

6.1.3 Automatizarea pasteurizarii

Abordarea automatizarii instalatiei de pasteurizare se face pornind de la schema de integrare a pasteurizatului cu placi in fluxul tehnologic de preparare a laptelui(Fig. 6.6).

Instalatia este formata din 5 zone in care se petrec urmatoarele faze ale procesului tehnologic:

- preincalzirea laptelui 4;- separarea centrifugala 5;- incalzirea la 78o C in contracurent cu laptele pasteurizat care are temperatura de 85o

C;- pasteurizarea laptelui la 85o C in zona cu apa fierbinte la temperatura de 95o C;- mentinerea laptelui pasteurizat in 7 timp de 20 s;- preracirea laptelui cu apa de la retea in 11;

23

Page 24: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

In schema de automatizare din figura 6.6 se introduc urmatoarele elemente de automatizare:

- senzor de temperatura in circuitul de lapte din zona 6, care trimite un semnal continuu regulatorului de temperatura din panoul de control 13, precum si instrumentului de inregistrare care inregistreaza temperatura de pasteurizare. ADca nu este realizata valoarea temperaturii de pasteurizare, regulatorul de pe panoul de comanda transmite semnalul de deschidere a valvei de deviere a fluxului 12 pentru reintroducerea laptelui in flux pana se atinge temperatura prescrisa.

- Senzor de presiune(presostat) montat pe traseele din circuit. Scaderea presiunii va comanda intrarea pompei 8(pompa de traseu) care va mentine presiunea constanta.

Pasteurizarea smantanii se face cu o instalatie a carei schema este prezentata in figura 6.7.

24

Page 25: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 6.7 Schema pasteurizarii smantanii1-Vana preparare smantana/iaurt; 2- Pompa vehiculare produs; 3-schimbator de caldura de

pasteurizarea smantanii; 4-masina de ambalat produse vascoase la pahar.

La pasteurizarea smantanii elementul esential de automatizare este cel pentru controlul temperaturii. Atingerea temperaturii prescrise are scopul de a distruge microflora patogena si de a inactiva peroxidaza.

7. Sistemul de igienizare CIP

Instalatia de spalare si igienizare CIP este formata din 4 sau mai multe linii si este conectata la unitatea la unitatea de productie si curatat rezervoare(Fig. 7.1). Ca fluide de igienizare se utilizeaza soda caustica, acidul azotic si apa.

25

Page 26: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Fig. 7.1 Sistemul CIP de spalare; 1-rezervor pentru apa fierbinte; 2-rezervor pentru soda caustica; 3-rezervor pentru acid; 4-pompa; 5-schimbator de caldura; 6-cutie de comanda.

Instalatia de igienizare CIP face liniei tehnologice in sistem centralizat, economisind detergenti la o calitate superioara a spalarii. Instalatia cuprinde:

- Rezervorul de apa fierbinte 1;- Rezervorul pentru soda caustica(baza) 2;- Rezervorul pentru acid azotic 3;- Pompa de mare presiune 4;- Schimbator de caldura lamelar pentru apa 5;- Cutie de comanda 6;

In afara de aceste rezervoare in circuit se mai pot integra:- Rezervor pentru solutie diluata de NaOH;- Rezervor pentru apa fierbinte;- Rezervor pentru apa calda.

Procesul de igienizare se deruleaza dupa cum urmeaza:- Se face o prima prespalare cu solutie diluata de NaOH;- Se spala apoi cu apa fierbinte;- Se spala in ordine cu acid azotic;- Se limpezeste in final cu apa calda.

26

Page 27: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

Automatizarea sistemului CIP se face distinct pe doua circuite:- circuitul de tur;- circuitul de retur.

Pe circuitul de tur se masoara:- Temperatura, cu ajutorul unui senzor de temperatura prevazut cu un convertor de

semnal incorporat. Temperatura masurata este trimisa la unitatea de comanda 6 care regleaza temperatura corecta pe tur.

- Presiunea ca parametru esential in procesul de igienizare se masoara cu ajutorul unui senzor de presiune si o transmite la unitatea de comanda.

6. Unitatea de comanda si control seteaza in functie de cerinte valoarea teoretica a presiunii corespunzatoare secventei din procesul de igienizare.

- debitul de fluid se masoara cu un debitmetru magneto-inductiv. Pe baza valorilor acestuia transmise la panoul de comanda 6 se pompeaza corect cantitatea de fluid cerut si la parametri de viteza adecvati.

Pe circuitul de retur se masoara:

- Temperatura fluidelor cu ajutorul unui senzor de temperatura care transmite semnalul la panoul de comanda. Daca temperatura pe retur este peste valoarea limita setata de operator rezulta ca temperatura realizata in circuit este cea corecta.

- Conductivitatea, se masoara cu un senzor de conductivitate si arata faptul ca fluidul din retur ajunge corect in rezervor. Valoarea conductivitatii fluidelor de igienizare este trimisa la panoul de comanda, care prin comanda ventilelor va permite corect trecerea prin conducta de retur a fluidului corespunzator. In momentul incheierii unui secvente de spalare sau a schimbarii fluidului apa-substanta acida unitatea de comanda recunoaste acest lucru si comanda ventilul corespunzator ca substanta acida sa se intoarca in rezervorul acid.

- Debitul, cu un detector de debit, care indica faptul ca pe retur exista sau nu debit.

La rezervoarele de lapte se masoara:

- Turbiditatea la prespalare se masoara cu ajutorul turbidimetrului care la o valoare setata de operator indica concentratia remanenta de lapte in apa si in functie de aceasta dirijeaza amestecul lapte-apa la drenaj sau in rezervorul de colectare pentru prepararea hranei la animale.

- Nivelul de lichid, cu ajutorul unui senzor de nivel, care functioneaza pe principiul potentiometric in asa fel incat spuma si aderenta sa nu influenteze rezultatul

27

Page 28: AUTOMATIZAREA MASINILOR SI INSTALATIILOR.doc

masuratorilor. Se mai instaleaza senzori capacitivi pentru a indica nivelul minim respectiv maxim din rezervor.

- Temperatura, cu ajutorul unui senzor de temperatura care trimite semnalul la panoul de comanda 6 de unde se actioneaza asupra schimbatorului de caldura in sensul obtinerii valorilor setate de operator.

- Conductivitatea fluidelor de igienizare, se masoara cu ajutorul unor senzori inductivi care transmit parametri la panoul de comanda si se indica daca este necesar sau nu reglarea concentratiei.

28