Автоматизация процесса сушки растительного сырья на пищевом производстве

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ПИШЕВЫХ ПРОДУКТОВ. 6
1.1 Методы сушки пищевых продуктов 6
1.2 Характеристика технологической установки как объекта автоматизации и управления 31
1.3 Определение переменных, подлежащих контролю, регулированию, сигнализации и блокировке, с учётом мониторинга состояния исполнительных механизмов 33
1.4 Разработка алгоритма управления технологической установкой 35
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ 38
2.1 Разработка структурной схемы системы автоматизации 38
2.2 Структурно-параметрический синтез каскадной системы автоматического регулирования основной технологической переменной 43
2.3 Определение динамических характеристик основной технологической переменной 50
3. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АСУ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 52
3.1 Выбор и обоснование комплекса программно-технических средств информационно-управляющей системы 52
3.2 Подбор и обоснование программного обеспечения и пользовательского интерфейса 62
3.3 Разработка блок-схемы системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) и автоматической сигнализации (АС), а также определение их уставок 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях стремительного развития пищевой промышленности и роста требований к качеству, безопасности и энергоэффективности выпускаемой продукции особое значение приобретает автоматизация ключевых технологических процессов. Одним из таких процессов является сушка растительного сырья – важнейший этап в производстве сухих пищевых концентратов, напрямую влияющий на сохранность биологически активных веществ, органолептические свойства продукта, а также на энергозатраты и производительность линии. Нестабильность параметров сушки (температуры, влажности, времени пребывания) может привести к пересушке или недосушке сырья, снижению качества готовой продукции и увеличению себестоимости. В связи с этим актуальность разработки и внедрения современных автоматизированных систем управления (АСУ) для сушильных установок становится всё более очевидной.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления процессом сушки растительного сырья на пищевом производстве, обеспечивающей стабильность технологических параметров, повышение качества продукции и энергоэффективности процесса.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
– провести анализ существующих способов сушки пищевых продуктов и определить особенности сушильной установки как объекта автоматизации;
– разработать алгоритм управления технологическим процессом сушки;
– спроектировать структурную схему автоматизированной системы управления (АСУ) сушильной установкой;
– выполнить структурно-параметрический синтез каскадной системы автоматического регулирования основной технологической переменной;
– определить динамические характеристики объекта управления;
– обосновать выбор программно-технических средств АСУ;
– разработать пользовательский интерфейс и систему противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) с автоматической сигнализацией (АС).
Предметом исследования выступает процесс сушки растительного сырья на пищевом производстве, а субъектом – автоматизированная система управления сушильной установкой, включающая аппаратные, программные и алгоритмические компоненты.
В ходе выполнения работы применялись следующие методы: анализ научно-технической литературы и нормативных документов, системный подход к проектированию АСУ, методы теории автоматического управления (включая структурно-параметрический синтез и идентификацию динамических характеристик), а также методы инженерного проектирования программно-технических комплексов.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности внедрения разработанной АСУ на действующих предприятиях пищевой промышленности, что позволит обеспечить стабильное качество сухих концентратов, снизить энергопотребление, минимизировать риск аварийных ситуаций и повысить общую эффективность производства.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ПИШЕВЫХ ПРОДУКТОВ.
1.1 Методы сушки пищевых продуктов
Тепловая сушка
Тепловая сушка как метод консервирования получила широкое распространение в пищеконцентратной промышленности. С её помощью высушивают такие полуфабрикаты, как варёные крупы, мясные продукты, отвары круп, кофейные и цикориевые экстракты, плодовые соки и другие компоненты, используемые при изготовлении концентратов.
Существует несколько разновидностей тепловой сушки, различающихся по способу передачи тепловой энергии материалу: конвективный, кондуктивный и радиационный.
Конвективная сушка характеризуется тем, что тепло подводится к продукту с помощью газообразного теплоносителя – чаще всего нагретого воздуха, который одновременно уносит испаряющуюся влагу. Этот метод особенно популярен благодаря возможности тонкой настройки параметров процесса под конкретный продукт.
Кондуктивная (контактная) сушка предполагает непосредственный контакт материала с нагретой поверхностью – например, с горячими вальцами сушильной установки. Нагрев происходит за счёт теплопроводности, а образующийся пар удаляется системой вентиляции.
Радиационная сушка основана на передаче тепла посредством инфракрасного излучения. Источниками могут выступать как тёмные излучатели (нагретые поверхности из металла или других материалов), так и светлые – например, инфракрасные лампы.
Несмотря на преимущества конвективного метода – в частности, способность сохранять форму исходного сырья и гибко регулировать условия сушки, – он имеет существенный недостаток: активное взаимодействие продукта с кислородом воздуха. Это может привести к окислению чувствительных компонентов, таких как витамины или ненасыщенные жирные кислоты.
Объектом сушки обычно выступает двухфазная система, состоящая из твёрдой и жидкой фаз (газовая фаза, как правило, не учитывается). Влажность материала определяется как отношение массы влаги к общей массе влажного продукта и может варьироваться от 0 % до 100 %. Влагосодержание же рассчитывается как отношение массы воды к массе абсолютно сухого вещества.
Методы и техника тепловой сушки
Выбор подходящего способа сушки зависит от физико-химических свойств сырья. Так, для продуктов первой группы – варёных круп, мясного фарша – предпочтителен конвективный метод. Плодовые пюре и отвары круп допускают как распылительную (конвективную), так и контактную (кондуктивную) сушку. Радиационный способ, являясь модификацией конвективного, также применим к продуктам первой группы.
При подборе типа сушильного оборудования, помимо характеристик сырья, учитывают следующие критерии:
– возможность получения конечного продукта с минимальной потерей исходных качеств;
– максимальная эффективность удаления влаги при минимальном расходе тепловой и электрической энергии;
– возможность автоматизации технологического процесса.
Одним из ключевых параметров, характеризующих работу сушилок, является их производительность. Для сравнения аппаратов, работающих с материалами разной влажности, производительность принято выражать в количестве испарённой влаги за час (U, кг/ч).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Касьянов, Г. И. Технологии пищевых производств. Сушка сырья : учебное пособие для вузов / Г. И. Касьянов, Г. В. Семенов, В. А. Грицких, Т. Л. Троянова. – 3-е изд., испр. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2022. – 115 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-534-13259-5.
2. Ким, Д. П. Теория автоматического управления : учебник и практикум для вузов / Д. П. Ким. – Москва : Издательство Юрайт, 2023. – 276 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-534-17354-3.
3. Курочкин, А. А. Оборудование перерабатывающих производств: учебник / А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, В. М. Зимняков [и др.]. – Москва: НИЦ ИНФРА-М, 2024. – 363 с. – ISBN 978-5-16-017845-5.
4. Курочкин, А. А. Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств : учебник для среднего профессионального образования / А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, А. С. Гордеев, А. И. Завражнов. – Москва : КолосС, 2024. – 416 с. – ISBN 978-5-9556-2871-3.
5. Тепляшин, В. Н. Технологии и оборудование для сушки растительного сырья : учебное пособие / В. Н. Тепляшин, Л. И. Ченцова, В. Н. Невзоров. – Москва : ИНФРА-М, 2024. – 176 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-16-019298-7.
6. Чернов, Е. А. Программируем PLC : учебное пособие / Е. А. Чернов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 516 с. – ISBN 978-5-9729-1474-6.
7. Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления : учебник для среднего профессионального образования / И. Ф. Бородин, С. А. Андреев. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 377 с. – (Среднее профессиональное образование). – ISBN 978-5-534-20789-7.

Весь текст будет доступен после покупки