Автоматизированная система управления автоклавом

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 5
1.1 Современное состояние и перспективы автоматизации консервного производства в Российской Федерации 5
1.2 Общие сведения о технологии стерилизации консервированных продуктов 7
1.3 Требования к проектируемой системе управления 22
2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА 24
2.1 Обоснование выбора принципа управления 24
2.2 Аппаратные средства автоматизированной системы управления (АСУ) 25
2.3 Конструкция и компоновка шкафа контроллера 42
3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ 49
3.1. Общая характеристика объекта управления 49
3.2. Логика и последовательность выполнения технологических операций 50
3.3. Расчет и определение F-эффекта 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 69
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 72

Весь текст будет доступен после покупки

Современное пищевое производство, в частности консервная промышленность, сталкивается с необходимостью повышения эффективности, обеспечения стабильного качества продукции и соблюдения строгих санитарно-гигиенических норм. Одним из ключевых этапов технологического процесса при производстве консервированных изделий является стерилизация, осуществляемая в автоклавах. От точности и надежности управления этим процессом напрямую зависят безопасность продукции, её срок годности и экономическая целесообразность производства. В условиях стремительного развития цифровых технологий и роста требований к автоматизации промышленных процессов разработка и внедрение современных автоматизированных систем управления (АСУ) становится актуальной задачей как для отечественных предприятий, так и для инженерного сообщества в целом.
Актуальность темы обусловлена необходимостью модернизации устаревшего оборудования на консервных предприятиях Российской Федерации, повышения энергоэффективности, снижения влияния человеческого фактора и обеспечения полного соответствия выпускаемой продукции требованиям ГОСТ и международных стандартов пищевой безопасности. Внедрение автоматизированной системы управления автоклавом позволяет достичь стабильных параметров стерилизации, минимизировать риски порчи продукции и улучшить условия труда операторов.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления автоклавом для консервного производства, обеспечивающей точное выполнение технологического процесса стерилизации и соответствие современным требованиям к надежности, безопасности и энергоэффективности.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Провести анализ современного состояния и перспектив автоматизации консервного производства в РФ.
2. Изучить технологические особенности процесса стерилизации и требования к системам управления автоклавами.
3. Обосновать выбор принципа построения АСУ и подобрать необходимые аппаратные средства.
4. Разработать конструкцию и компоновку шкафа контроллера.
5. Описать объект управления и логику технологического процесса, включая расчет термического эффекта (F-эффекта), подтверждающего эффективность стерилизации.
Объектом исследования выступает технологический процесс стерилизации консервированных продуктов в автоклаве.
Субъектом исследования является автоматизированная система управления автоклавом.

Весь текст будет доступен после покупки

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
1.1 Современное состояние и перспективы автоматизации консервного производства в Российской Федерации
Пищевая промышленность, и особенно её консервное направление, занимает ключевое место в структуре агропромышленного комплекса Российской Федерации. Консервы рассматриваются как стратегически важный продукт, обеспечивающий продовольственную безопасность страны, особенно в условиях чрезвычайных ситуаций, где их наличие и качество напрямую влияют на устойчивость государственного резерва.
Развитие отечественной консервной отрасли осуществляется за счёт возведения новых перерабатывающих мощностей и реконструкции действующих предприятий. Сегодня в производстве всё шире внедряются передовые технологии и современное оборудование: автоматизируются отдельные операции, разрабатываются инновационные аппараты, а технологические цепочки всё чаще приобретают непрерывный, поточный характер. Всё это способствует наращиванию объёмов выпуска, но одновременно порождает необходимость масштабной комплексной автоматизации – от отдельных линий до целых цехов и заводов в целом.
Особое значение в технологическом цикле производства консервов имеет стерилизация – один из самых критических этапов, от которого в решающей мере зависят сроки хранения и потребительские свойства готовой продукции [89].
Тем не менее, анализ научной, технической и учебно-методической литературы показывает, что вопросы автоматизации именно этого процесса, в частности разработка систем автоматического управления, до сих пор исследованы недостаточно глубоко. Между тем стерилизация – технологически сложная и чувствительная процедура с точки зрения автоматизации.
Суть стерилизации заключается в термическом воздействии на продукт, в результате которого погибают микроорганизмы, способные вызвать порчу. Именно этот этап обеспечивает длительную микробиологическую стабильность консервов. Управление процессом основано на законах теплопередачи и теплового воздействия на микробные клетки внутри упаковки, поэтому качество стерилизации напрямую определяет качество конечного продукта и считается наиболее ответственным звеном в цепочке консервирования.
Кроме того, для точного управления стерилизацией необходимо тщательно изучать динамику изменения давления внутри тары при нагреве, чтобы избежать нарушений технологии и брака, вызванного деформацией или разгерметизацией упаковки.
Производственные процессы в консервной промышленности могут быть непрерывными, дискретными или их комбинацией, что обуславливает многообразие требований к методам и средствам автоматизации. При проектировании систем управления для таких предприятий требуется привлекать весь спектр современных достижений в области теории и практики автоматического регулирования.
К сожалению, на многих отечественных предприятиях стерилизация по-прежнему осуществляется с использованием морально и физически устаревших средств автоматики. Хотя в последние годы на рынке появились приборы и датчики нового поколения, предназначенные для мониторинга параметров при консервировании, их практическое применение в реальных условиях производства зачастую ограничено. Многие из этих устройств требуют дополнительной адаптации или специальных исследований для подтверждения их эффективности именно в консервном производстве.
Внедрение автоматизации позволяет не только увеличить объёмы выпуска, но и повысить качество продукции, улучшить условия труда персонала, снизить удельный расход ресурсов (пара, воды, электроэнергии, сжатого воздуха), повысить коэффициент полезного действия оборудования и улучшить санитарно-гигиенические показатели на производстве.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Андрюшин А.В., Сабанин В.Р., Смирнов Н.И. Современные методы управления в теплоэнергетике: цифровизация и интеллектуальные системы. – М.: Издательский дом МЭИ, 2023. – 412 с.
2) Бункин П.Я., Лукьянов Д.А. Цифровые регуляторы в системах автоматизации: от ПИД к адаптивному управлению. – Владивосток: Дальневосточный федеральный университет, 2022. – 88 с.
3) Власов А.В., Хорошавин В.С. Интеллектуальные системы управления стерилизацией пищевой продукции. – Мурманск: МГТУ, 2021. – 174 с.
4) Грудинин В.С., Мокрушин С.А., Охапкин С.И. Программирование ПЛК в среде CODESYS: практикум для инженеров. – Киров: ВятГУ, 2022. – 120 с.
5) Жежера Н.И., Петров Е.С. Автоматизированные системы контроля герметичности упаковки в пищевой промышленности. – Оренбург: ОГУ, 2021. – 198 с.
6) Ключников В.В., Корнилов Ю.Г. Цифровая трансформация управления тепловыми процессами в пищевых производствах. – Барнаул: АлтГТУ, 2023. – 145 с.
7) Комиссарчик В.Ф., Титов А.Н. Адаптивные и нечёткие регуляторы в промышленной автоматике. – Тверь: ТвГТУ, 2022. – 210 с.
8) Мокрушин С.А., Охапкин С.И., Хорошавин В.С. Цифровая модель автоклава для стерилизации консервов на базе OPC UA. // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2023. – № 4. – С. 45–53.
9) Мокрушин С.А., Присмотров Н.И. Автоматическая настройка ПИД-регуляторов с использованием алгоритмов машинного обучения. // Автоматизация и современные технологии. – 2022. – № 7. – С. 22–28.
10) Охапкин С.И., Мокрушин С.А. Идентификация динамических моделей теплообменных аппаратов с применением нейросетевых технологий. // Вестник ВятГУ. Серия: Технические науки. – 2021. – № 3. – С. 67–75.

Весь текст будет доступен после покупки