Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры
СОДЕРЖАНИЕ
1. Технологическая часть
1.1 Анализ работы технологического процесса и описание производственной установки
1.2 Анализ работы оператора
1.3 Определение передаточного числа редуктора и расчет участков длин лент конвейера
1.4 Расчетная схема механической части электропривода
2. Выбор системы электропривода и автоматизации
2.1 Расчет нагрузок механизма установки и построение нагрузочной диаграммы
2.1.1 Расчет нагрузок механизма и предварительный выбор редуктора
2.1.2 Расчет нагрузок механизма на холостом ходу
2.1.3 Построение нагрузочной диаграммы механизма
2.2 Предварительный расчет мощности двигателя
2.3 Требования к автоматизированному электроприводу
2.4 Патентно-информационный поиск по объекту проектирования
2.5 Предварительный выбор двигателя, способа управления и комплектного преобразователя
2.5.1 Выбор способа управления и двигателя
2.5.2 Выбор комплектного преобразователя
3. Технико-экономическое обоснование рациональной системы электропривода
4. Расчет электромеханических процессов в электроприводе
4.1 Построение нагрузочной диаграммы с учетом регулирования координат электропривода
4.2 Проверка выбранного электропривода по перегрузочной способности и нагреву
5. Расчет и проектирование силовой схемы автоматизированного электропривода
5.1 Выбор сглаживающего дросселя
5.2 Выбор силовых диодов
5.3 Выбор конденсаторов силового фильтра
5.4 Выбор силовых транзисторов
5.5 Выбор конденсаторов входного фильтра
5.6 Выбор тормозного резистора
6. Проектирование системы автоматического управления
6.1 Математическое описание объекта управления
6.1.1Математическое описание асинхронного электродвигателя из уравнений обобщенной машины
6.1.2 Математическое описание асинхронного электродвигателя в установившихся режимах
6.1.3 Составление структурной схемы частотно-регулируемого асинхронного двигателя
6.2 Расчет основных параметров для функциональной схемы САУ
6.2.1 Определение потерь мощности в электродвигателе
6.2.2 Расчет параметров схемы замещения
6.3 Синтез регулятора момента
6.4 Построение статических характеристик электропривода
6.5 Проверка электродвигателя по нагреву при работе на нижней скорости.
7. Анализ динамических характеристик технологической установки
7.1 Моделирование динамики технологической установки
7.2 Определение показателей переходных процессов
8. Выбор и проектирование систем автоматизации производственной установки
8.1 Формализация условий работы установки
8.2 Разработка алгоритма управления
8.3 Разработка алгоритма управления
8.4 Выбор аппаратов.
8.4.1 Выбор программируемого контроллера и составление программы
8.4.2Выбор аппаратов
9. Конструктивноя разработка пульта управления
10. Проектирование схемы электроснабжения и защиты установки
10.1 Выбор аппаратов и кабелей
10.2 Проектирование защит
11. Наладка и диагностика электропривода и системы автоматизации установки
11.1 Наладка и диагностика электропривода
11.2 Наладка системы автоматизации
12. Охрана труда
12.1 Правила эксплуатации хлебопекарной печи
12.2 Техника безопасности и охрана труда
12.3 Расчет зануления
13. Технико-экономические показатели
13.1 Общие сведения
13.2 Расчет начальных затрат
13.3 Определение эксплуатационных затрат
13.4 Анализ полученных технико-экономических показателей
ВВЕДЕНИЕ
Употребление человеком в пищу зерна хлебовых злаков и продуктов его переработки имеет свою историю, исчисляемую тысячелетиями.
В дореволюционной Беларуси промышленное производство осуществлялось в основном в мелких кустарных механизированных пекарнях. В первые годы после революции была произведена национализация хлебопекарных предприятий и производство хлеба было сосредоточено в более крупных и относительно лучших пекарнях. Современное хлебопекарное производство в Беларуси сосредоточено в основном на крупных хлебозаводах. На этих предприятиях произведена полная механизация и автоматизации всех основных производственных операций, из которых слагается процесс приготовления хлеба.
Самой сложной и ответственной операцией приготовления хлеба является выпечка. Выпечка – это процесс прогрева расстоявшихся тестовых заготовок, приводящий к их превращению из состояния теста в состояние хлеба. Для выпечки хлеба и хлебных изделий обычно применяются печи, в которых тепло выпекаемому тесту-хлебу передается термоизлучением и конвенцией при температуре теплоотдающих поверхностей 300 – 400 ˚С и среды пекарной камеры 200 – 250 ˚С. Самым оптимальным вариантом автоматизации процесса выпечки является автоматическое регулирование влажности в зоне пароувлажнения печи, температур корки и мякиша выпекаемой продукции. Однако создание такой системы регулирования затруднительно из-за несовершенства приборов измерения влажности и температуры мякиша. Поэтому применяют косвенные схемы регулирования.
В данном дипломном проекте необходимо разработать одну из таких схем. Необходимо спроектировать схему автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры, где происходит выпечка мякиша. Применение такой схемы автоматизации должно привести к улучшению качества выпеаемой продукции и уменьшению брака.
1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Анализ технологического процесса и описание производственной установки
Тепловая, точнее гигротермическая обработка теста является процессом, завершающим превращение его в готовый продукт (хлеб, хлебобулочные изделия, печение, баранки или полуфабрикат кондитерских изделий, подвергающийся отделочным операциям, после которых он становится готовым продуктом (пироженым, тортом, пряником и т.д.)) [1].
В пекарной камере хлебобулочной, кондитерской или бараночной печи должен быть создан такой режим процесса выпечки, который обеспечил бы получение продукта высокого качества.
Исследованиями советских ученых Н. И. Краснонцева, А. С. Гинзбурга, А.А. Михелева установлены основные теплофизические закономерности, происходящие при выпечке. В основу расчета и проектирования новых конструкций и модернизации действующих печей для выпечки хлеба, печенья, баранок и другого ассортимента должны быть приняты установленные исследованиями закономерности переноса тепла и влаги в процессе выпечки.
Выпечка является сложным комплексным процессом, состоящим из теплофизического, коллоидного, микробиологического и биохимического процессов, в результате которых тесто превращается в готовый продукт: хлеб, баранки, печенье и т. д. Основным фактором, обуславливающим процесс выпечки, является подогрев теста-хлеба.
При повышении температуры теста в нем происходят химические реакции со значительным выделением углекислого газа, являющимся рыхлителем теста. В результате объем тестовой заготовки увеличивается. Изменение ее объема происходит до тех пор, пока тесто не прогреется до такой температуры, при которой происходит денатурация белков, а на поверхности образуется плотный слой корки, после чего изменение объема теста-хлеба практически не происходит.
В течении первых минут выпечки подовых сортов хлеба, хлебобулочных изделий и другого ассортимента происходит интенсивное увлажнение среды пекарной камеры (в некоторых случаях в момент посадки увлажняется поверхность тестовых заготовок водой, распыляемой при помощи специальных водяных форсунок).
При насыщении насыщенным порам он конденсируется на холодной поверхности теста; в результате этого на поверхности тестовой заготовки образуется тонкая эластичная пленка растворенного теста; благодаря этому задерживается образование корки и создаются условия для увеличения объема тестовой заготовки без разрывов ее поверхности. Поверхность подового хлеба получается гладкая, глянцевитая, с красивым цветом. При выпечке печения с увлажнением его уменьшается продолжительность прогрева и улучшается качество печения.
При выпечке баранок тестовые заготовки сначала обвариваются в кипящей воде или ошпариваются паром; при этом центральный слой теста прогревают примерно до 50-60˚С, а поверхностный слой – до 60-70˚С. В результате этого в бараночном тесте начинаются процессы клейстеризации крахмала и денатурации белков. Образовавшийся достаточно прочный «белковый скелет» при дальнейшем процессе практически обеспечивает постоянный объем бараночных изделий. В процессе обварки или обшпарки на поверхности тестовых заготовок образуется пленка растворенного теста, которая при дальнейшем прогреве спосрбствует образованию глянцевистой поверхности.
Печь хлебопекарная с электрообогревом марки А2-ХПЯ-25(в дальнейшем печь) предназначена для выпечки широкого ассортимента хлеба и булочных изделий. Печь в составе механизированной линии хлеба или булочных изделий устанавливается на хлебопекарных предприятиях [2].
Технические данные печи приведены в таблице 1.1:
Табллица 1.1
| Техническая производительность подового хлеба массой 0.8 кг из смеси ржаной и пшеничной муки II сорта, кг/ч | 520 |
| Техническая производительность печи при выпечке батонов нарезных массой 0.4 кг из пшеничной муки I сорта, кг/ч | 642 |
| Рабочая площадь пода, м2 Техническая производительность печи при выпечке хлеба | 25 |
| Ширина пода, м | 2.1 |
| Пределы регулирования продолжительности выпечки, мин | 17…72 |
| Длина печи, мм | 15300 |
| Ширина печи, мм | 3052 |
| Высота печи, мм | 1420 |
Некоторые сведения о параметрах технологического процесса при выпечке некоторых видов хлебопекарных изделий приведены в таблице 1.2:
Таблица 1.2
| Наименование продукции | Масса, кг | Сорт | Температура в зонах пекарной камеры,°С | Продолжитель-ность выпечки, мин | ||
| I | II | III | ||||
| Батон «Домашний» | 0.4 | I или высший | 190-230 | 240-270 | 220-260 | 22-24 |
| Хлеб «Злаковый» | 0.8 | I | 270-290 | 260-280 | 210-250 | 40-42 |
| Батон «Славянский» | 0.2 | I или высший | 180-220 | 240-270 | 210-250 | 18-22 |
Печь поставляется на место монтажа в виде отдельных сборных единиц. Печь (рис 1.1) относится к печам туннельного типа с подвижным сетчатым подом (1), который приводится в действие электродвигателем, установленным на приводе (2). Сетчатый под натянут барабанами приводной (3) и натяжной (16) станциями. Пекарная камера печи секционная, собирается из секций, установленных в корпусах (4, 5, 6). Корпуса закрываются ограждениями (7, 8, 9, 10, 11, 12), имеющие двери для доступа к электронагревателям, установленным в пекарной камере.
На входе в печь над натяжной станцией установлен зонт (13), служащий для отвода паро-воздушной среды, выходящей из посадочного устья. Такой же зонт (14) установлен и на выходе печи и служит для отвода паров упека. Зонты соединены системой газоходов (33) с вытяжным вентилятором. Над зонтом (14) устанавливается опрыскиватель готовой продукции (17). Высоту посадочного и выгрузного устьев можно регулировать с помощью шиберов, ручки управления которых (18) и (19) выведены на зонты (13) и (14). Паропровод через патрубок (30) подсоединяется к конденсаторному баку (24).
Силовой распределительный шкаф (15) устанавливается у печи в районе ограждения последнего корпуса (6). Силовая часть электрооборудования размещается на печи (электрообогреватели, электродвигатели приводов: сетчатого ленточного конвейера, механизма очистки сетки, устройства опрыскивания готовой продукции, вентилятора). В последней секции печи устанавливается щит управления (20), получающий питание от силового распределительного шкафа (15) по кабелю (21). В корпусах, за дверями охлаждения, расположены рукоятки управления (23) с заслонками пекарной камеры, а так же ручки шиберов (22) регулирования количества отсоса паро-воздушной среды из-под зонтов. Принудительное удаление паро-воздушной среды из пекарной камеры в атмосферы может осуществляться вентилятором (26) или, при отключении вентилятора, за счет естественной тяги.
Раструб (29) крепится одной стороной к каркасу, а другой к отсасывающему газоходу пекарной камеры. На поверхность корпуса выведены: рукоятка (27) шибера (31), регулирующего отсос из-под зонтов. Для наблюдения за процессом выпечки в корпусе предусмотрено окно (36).
Печь работает следующим образом: после расстойного шкафа тестовые заготовки поступают на сетчатый под (1), который транспортирует их в пекарную камеру печи. Пекарная камера разбита на 4 температурные зоны. Нулевая зона находится на участке гидротермической обработки и включает в себя 12 нагревателей (35). Первая зона включает в себя 26, вторая – 38, третья –
12 нагревателей. Электронагреватели расположены в пекарной камере печи сверху и снизу сетчатого пода с двух сторон по ширине и с определенными шагами по длине пекарной камеры (графическая часть: лист 1). В передней части пекарной камеры находится зона пароувлажнения (41), где тестовые заготовки последовательно походят все тепловые зоны пекарной камеры, где выпекаются за время, соответствующее технологическим требованиям на изделия. Кинематическая схема механизмов печи приведена на рис. 1.2. Кинематическая схема механической части электропривода сетчатого пода состоит из электродвигателя (1) АИР80В4 Р=1.5 кВт, n=1430 об/мин, клиноременной передачи D90-D180 (2) от электродвигателя к блок-вариатору 11РАХ-02х190х6х50 TGL1293 (7), цепной передачи z=18 (8), z=85 (9), звездочка (8) выполнена в блоке с храповым механизмом, отключающим блок-вариатор при применении ручного привода, храповый механизм позволяет также превращать касательное движение рукоятки ручного привода во вращательное движение приводного вала.
Кинематическая схема механизма щетки для очистки сетчатого пода состоит из электродвигателя 4A100L6 Р=2.2 кВт, n=1000 об/мин (16), клиноременной передачи со шкивами (17, 18), цепной передачи со звездочками z=17 (19) и z=48 (20), вторая звездочка (20) насажена на вал щетки. Кинематическая схема механизмов опрыскивания состоит из мотор-редуктора МЦ2С 63-71-КУЗ (21) и цепной передачи z1=z2=8 (22 и 23). Кинематическая схема механической части электропривода вентилятора состоит из электродвигателя (20) 4A90l4 P=2.2 кВт, n=1500 об/мин, приводного вала (24) и рабочего колеса вентилятора ВЦ4-75 №5 (22).
1.2 Анализ работы оператора
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--