Разработка автоматизированной системы управления процессом вакуумной сушки крупы

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Сушка пищевых продуктов 5
1.1 Основные характеристики процесса сушки 5
1.2 Закономерности протекания сушки 9
1.3 Виды и типы сушильного оборудования 20
2. Обоснование разработки автоматизированной системы управления 37
2.1 Основания для проектирования 37
2.2 Анализ научной литературы и патентных решений 41
2.3 Формирование технического задания на создание АСУ 43
3. Исследование и проектирование автоматизированной системы управления 48
3.1 Оценка статических и динамических свойств ОРК по регулирующему каналу 48
3.2 Определение оптимальных настроек контроллера 55
3.3 Составление проектной документации по автоматизированной системе управления 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 85

Весь текст будет доступен после покупки

Современные реалии пищевой промышленности диктуют необходимость повышения эффективности технологических процессов, обеспечения стабильного качества продукции и снижения энергозатрат. Одним из ключевых этапов переработки пищевого сырья является сушка – технологическая операция, направленная на удаление влаги из продукта с целью увеличения срока его хранения, снижения массы и объёма, а также улучшения потребительских свойств. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка и внедрение автоматизированных систем управления (АСУ), способных обеспечить точное регулирование параметров сушки с учётом динамических и физико-химических особенностей обрабатываемого материала.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления процессом сушки пищевых продуктов, обеспечивающей стабильность технологического режима, энергоэффективность и высокое качество готовой продукции.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
– изучить теоретические основы процесса сушки, включая его закономерности и применяемое оборудование;
– провести анализ существующих технических и программных решений в области автоматизации сушки пищевых продуктов;
– обосновать необходимость создания новой АСУ на основе анализа недостатков существующих систем;
– сформировать техническое задание на проектирование АСУ;
– исследовать статические и динамические характеристики объекта регулирования по регулирующему каналу;
– определить оптимальные настройки регулятора для обеспечения устойчивой и точной работы системы;
– разработать проектную документацию по автоматизированной системе управления.
Объектом исследования выступает процесс сушки пищевых продуктов, а субъектом – автоматизированная система управления данным процессом. В работе применялись методы теоретического анализа, математического моделирования, системного подхода, а также методы теории автоматического управления для синтеза и настройки регуляторов.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности внедрения разработанной АСУ на предприятиях пищевой промышленности, что позволит повысить точность поддержания заданных параметров сушки, снизить энергопотребление, минимизировать потери продукта и обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции.

Весь текст будет доступен после покупки

Сушка пищевых продуктов
Многие виды сырья, используемого в пищевой промышленности, изначально содержат большое количество влаги. В ходе технологических операций полупродукты нередко дополнительно увлажняются. В то же время, чтобы обеспечить длительный срок хранения и удобство транспортировки, готовая пищевая продукция должна быть максимально обезвожена. В связи с этим процессы удаления влаги являются неотъемлемой частью практически всех пищевых производств.
Удаление воды из сырья или промежуточных продуктов может осуществляться несколькими методами: механическим, физико-химическим и термическим (сушкой). Механическое обезвоживание предполагает отжим влаги под давлением в прессах или за счёт центробежной силы в центрифугах, однако такой способ позволяет извлечь лишь часть содержащейся влаги. Для достижения требуемой степени сухости материал, как правило, подвергается последующей сушке.
Физико-химические методы основаны на использовании гигроскопичных веществ водоотнимающих агентов, таких как концентрированная серная кислота или хлористый кальций. Несмотря на высокую эффективность в контролируемых условиях, эти способы не получили широкого распространения в промышленности и применяются преимущественно в лабораторной практике (при высушивании образцов в эксикаторах).
1.1 Основные характеристики процесса сушки
Сушка как метод удаления влаги из материалов получила самое широкое применение. Ей подвергаются как твёрдые, так и жидкие вещества, содержащие воду. Данный процесс основан на подводе тепловой энергии к материалу, что обеспечивает испарение содержащейся в нём влаги. Для эффективного удаления паров воды используются сушильные агенты обычно это подогретый воздух, перегретый пар или топочные газы, которые, контактируя с поверхностью материала, поглощают диффундирующую из него влагу и уносят её из зоны сушки.
Сушка представляет собой двойственный процесс: с одной стороны, она носит диффузионный характер, поскольку влага перемещается внутри материала и выходит на его поверхность, а с другой является тепловым процессом, так как требует подвода энергии для испарения воды. В результате сушки существенно изменяются физико-химические и технологические свойства обрабатываемого материала.
На рисунке 1 изображена принципиальная схема сушильного процесса. В сушилку А подаётся влажный материал, который вступает в контакт с нагретым агентом воздухом, топочными газами или перегретым паром. При этом материал нагревается, и влага, находящаяся на его поверхности, испаряется. Пары воды диффундируют в поток сушильного агента, который, насыщаясь влагой, одновременно охлаждается. Покидая сушилку, этот агент уносит с собой испарённую воду. Таким образом, сушка это термический процесс, в ходе которого влага удаляется за счёт её испарения и последующей диффузии в окружающую среду.
Значение сушки в народном хозяйстве трудно переоценить. В Советском Союзе ежегодно на процессы высушивания расходовалось свыше 3 миллионов тонн условного топлива. В пищевой промышленности сушка занимает ключевое место и применяется практически на всех этапах производства от подготовки сырья до получения конечного продукта.
Рисунок1 – Принципиальная схема сушки
В свеклосахарном производстве сушке подвергаются такие продукты, как сахар-песок и сахар-рафинад, а также побочные продукты – в частности, свекловичный жом. В спиртовой промышленности высушиваются отходы переработки – барда, а также пищевые и кормовые дрожжи. Особое значение сушка имеет в пивоварении: именно в этом секторе подвергается сушке солод, а также технологические отходы. В крахмало-паточном производстве сушат не только готовый крахмал, но и остаточные материалы. Процесс сушки также применяется при изготовлении сгущённого молока, сухофруктов, сушёных овощей и других продуктов. Например, хлеб сушат с целью получения сухарей. В ряде отраслей пищевой промышленности сушка выступает завершающим технологическим этапом, напрямую определяющим качество конечного изделия – как в производстве макарон, пастилы или сухофруктов.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Автоматизация технологических процессов в пищевой промышленности: учебное пособие / А. В. Смирнов, Е. П. Иванова. – Москва: Издательство «Академия», 2023. – 288 с.
2) Основы автоматизированного управления в АПК: учебник / В. Н. Кузнецов, И. А. Петров. – Санкт-Петербург: Лань, 2022. – 352 с.
3) Программируемые логические контроллеры Siemens: от основ к практике / Д. А. Григорьев. – Москва: Горячая линия-Телеком, 2021. – 240 с.
4) Системы автоматизации пищевых производств / Л. М. Федоров, Т. В. Соколова. – Москва: КолосС, 2022. – 312 с.
5) Тепло- и массообмен в технологических процессах пищевой промышленности / С. А. Беляев. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Легион, 2021. – 276 с.
6) Управление промышленными процессами на базе ПЛК: учебное пособие / Е. С. Якубовская, А. Н. Попов. – Москва: Инфра-М, 2023. – 224 с.
7) Инженерные основы сушки пищевых материалов / А. Р. Ахмедов, М. И. Халилов. – Уфа: БашГУ, 2020. – 198 с.
8) Современные методы сушки в пищевой технологии / Н. В. Лукьянова, Д. В. Сорокин. – Москва: ДеЛи принт, 2021. – 256 с.
9) Промышленная автоматика: теория и практика / С. Н. Фурсенко. – 3-е изд. – Москва: Инфра-М, 2022. – 336 с.
10) Технологическое оборудование предприятий пищевой промышленности / В. Ю. Мезенцев, А. С. Автандилян. – Москва: Академия, 2023. – 416 с.

Весь текст будет доступен после покупки