АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

І СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

7. АВТОМАТИЗАЦІЯ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ

7.5. Автоматизація холодильних установок

7.5.1. Технологічні основи створення та використання штучного холоду

7.5.2. Автоматизація холодильної установки МХУ-8С

7.5.3. Автоматизація водоохолоджувальної установки УВ-10

7.5.4. Автоматизація водоохолоджувальної установки АВ-30

7.5.5. Автоматизація теплохолодильної установки ТХУ-14

7.5.6. Автоматизація побутових холодильників

7.5.7. Автоматизація холодильних машин з використанням блока ТРМ961

7.5.1. Технологічні основи створення та використання штучного холоду


	Охолодження сільськогосподарських продуктів і збереження їх за низької температури дозволяють зберегти їхні природні якості і вітаміни в них, сповільнюють життєві процеси і зменшують втрати, збільшують терміни схоронності живильних властивостей молока, м'яса, риби, овочів, фруктів тощо.

Продукти зберігають за температури від –2 до +2°С (залежно від виду продукту) за відносної вологості 80–95%. У сільському господарстві холод одержують як безмашинним способом (льодовики, льодосоляне охолодження), так і за допомогою спеціальних холодильних машин. За машинного охолодження теплота від охолоджувального середовища переходить в зовнішній навколишній простір за допомогою низькокиплячих холодильних агентів (фреон чи аміак). Температура кипіння фреону різних марок дорівнює –30...–40°С, а аміаку –33,4°С.

Рис. 7.5.1. Танк охолодник молока

Для створення штучного холоду застосовують різні холодильні машини і установки: МХУ-8С, МХУ-12, АВ-30, ХМФ, ХМАВ, ХМАУ, резервуари-охолодники ТОМ-2А, МКА-2000Л-2А та ін.

На тваринницьких молочних фермах використовують фреонові холодильні установки типу МХУ продуктивністю холоду на 9 і 14 кВт/год. Вони забезпечують охолодження 2 т молока за 5 год з 36 до 7°С. Замість МХУ освоєне виробництво водоохолоджувальних установок типу УВ-10 і АВ-30 відповідно продуктивністю холоду 41 і 35 кВт/год.

У фруктосховищах використовуються фреонові типу ХМФ і ФХ і аміачні типу ХМАВ і ХМАУ холодильні машини холодопродуктивністю від 18 до 100 кВт/год.

Для споживачів малої холодопродуктивності промисловість випускає електричні холодильні шафи і переносні холодильники, що працюють на основі термоелектричного охолодження (ефекту Пельтье). Сутність його полягає в тому, що під час пропущення струму через різнорідних напівпровідників у місці їхнього з'єднання знижується температура.

7.5.2. Автоматизація холодильної установки МХУ-8С

Для малих охолоджувачів молока використовується типова установка МХУ-8С


	Дія холодильної установки МХУ-8С базується на тому, що під час переходу фреону з рідкого стану в пароподібний тепло поглинається із зовнішнього середовища, а під час конденсації – виділяється.

Холодильна установка складається з холодильного агрегату і бака-акумулятора для води з зануреним випарником (рис. 7.5.2).

image078-topaz-enhance

Рис. 7.5.2. Технологічна схема холодильної установки МХУ-8С:

1 – реле тиску; 2 – компресор; 3 – конденсатор повітряний; 4 – ресивер;

5 – теплообмінник; 6 – фільтр-осушник; 7 – оглядове вікно;

8 – терморегульований вентиль; 9 – випарник

Утворена внаслідок кипіння у випарнику 9 пара фреону надходить до теплообмінника 5, з якого потрапляє у компресор 2. Там вона стискається і її температура підвищується до 60–70°С. З компресора пара надходить до конденсатора 3 і конденсується, віддаючи тепло. Після цього рідкий фреон через ресивер 4, фільтр-осушник 6, теплообмінник 5 і терморегулювальний вентиль 8 надходить у випарник 9. Малий отвір регулювального вентиля створює опір рухові фреону, що зменшує його тиск, і він набуває здатності кипіти за низької температури. Під час кипіння у випарнику фреон відбирає тепло води, яка його оточує, і в пароподібному стані надходить знову в компресор. Потім процес повторюється.

Рис. 7.5.3. Принципова електрична схема холодильної

установки МХУ-8С

Принципова схема передбачає як ручний, так і автоматичний режими роботи (рис. 7.5.3). За ручного керування перемикач SA1 встановлюють у положення «Р». При цьому включається котушка магнітного пускача КМ1, працюють електродвигуни M1 (вентилятора) і М2 (компресори). Одночасно розривається ланцюг резистора R.

Перемикачем SA2 вмикають магнітний пускач КМ2 електродвигуна М3 насоса. При цьому робота холодильного агрегату здійснюється в автоматичному режимі. Якщо тиск на виході компресора перевищить норму, то розімкнеться контакт реле тиску SP і розшунтує котушку проміжного реле захисту KV, що відключить магнітний пускач КМ1 (компресор і вентилятор агрегату) і включить сигнальну лампу HL2. Щоб знову, включити агрегат вручну, потрібно перемикач SA1 перевести спочатку в положення «А», потім знову на «Р».

В автоматичному режимі перемикач SA1 встановлюють у положення «А». У цьому випадку температура води контролюється терморегулятором SK, що включає свої контакти під час підвищення, а відключає під час зниження температури, чим включає або відключає агрегат магнітним пускачем КМ1.

7.5.3. Автоматизація водоохолоджувальної установки УВ-10

Водоохолоджувальна установка типу УВ-10, технологічна й електрична схеми якої зображено на рис. 7.5.4, 7.5.5 складається з компресора 4 з електроприводом М1, повітряного конденсатора 2 із приводом вентилятора М2, ресивера 2, теплообмінника 7 з вбудованим у ньому осушувача-фільтра 6, терморегулювального вентиля 8, зрошувального змієвикового випарника 12, розміщеного в баку 9, холодоносія зі зрошувачем 10, відцентрового насоса 13 для перекачування холодоносія, фільтрів 5, 6 і 11 та вентилів 3. Установка працює по двох замкнутих контурах: холодильному агенті і холодоносії (воді).

Рис. 7.5.4. Технологічна схема водоохолоджувальної установки УВ-10

Перший контур працює в такий спосіб: компресор 4 відсмоктує пари холодоагенту з випарника 12, стискає їх і нагнітає в конденсатор 2, де холодоагент охолоджується і конденсується за рахунок теплообміну з повітрям, прогнаним вентилятором М2. Рідкий холодоагент збирається в ресивері 1, а потім проходить через фільтр-осушувач 6 і теплообмінник 7. У фільтрі 6 він звільняється від вологи і бруду, а в теплообміннику 7 додатково прохолоджується за рахунок регенеративного теплообміну з парами холодоагенту, що йде з випарника.

Охолоджений холодоагент надходить у терморегулювальний вентиль 8, у якому знижується його тиск, а потім у вигляді парорідинної суміші надходить у випарник 12. У випарнику ця суміш перетворюється в пару, відбираючи теплоту від водяного холодоносія і виносячи її в конденсатор. У конденсаторі теплота виділяється в довкілля за допомогою вентилятора.

Циркуляція холодоносія здійснюється насосом 13 через очисний фільтр 11. Холодоносій у розпиленому вигляді обмиває випарник і охолоджується, а потім іде до споживачів холоду. Віддавши холод відповідним холодообмінником, холодоносій знову повертається в бак 9. Оптимальна робота холодильної установки спостерігається тоді, коли температура пару на виході з випарника 12 на 15–20° вище температури кипіння холодильного агента. Для підтримки цієї різниці температур призначений терморегулювальний вентиль 8 з датчиком температури SK1 прямої дії.

Рис. 7.5.5. Принципова електрична схема водоохолоджувальної установки УВ-10

Температура холодоносія контролюється датчиком температури SK2, що при 3°С вмикає електропривод компресора M1 і вентилятора М2 і вимикає його при 0,5°С за допомогою магнітного пускача КМ1. Електропривод М2 вентилятора вимкнеться одночасно з компресором (рис. 7.5.5). Захист від підвищення тиску нагнітання вище 1,5 МПа і зниження тиску всмоктування нижче 0,04 МПа здійснюється датчиком різниці тиску ВР, що розмикає свої контакти і вимикає магнітний пускач КМ2 електропривода М3 насоса. Схема керування працює в ручному й автоматичному режимах. У ручному режимі перемикач SA ставлять у положення Р. Вмикають і вимикають електродвигуни M1, М2 і М3 тумблерами S2 і S3.

В автоматичному режимі перемикач SA ставлять у положення А виключають тумблер S1. Паралельно контактам тумблера S1 підключені контакти датчика SK3 температури, встановленого в охолоджуваному об'єкті і вмикає холодильну установку під час підвищеннятемператури. Під час замикання SK3 спрацьовує магнітний пускач КМ2 і вмикає насос, а потім блок – контактами КМ2:2 – магнітний пускач КМ1 електроприводів компресора і вентилятора. Магнітний пускач КМ1 автоматично вмикається і вимикається від датчика температури SK2, а магнітний пускач КМ2 – від датчика SK3.

Захист, установки працює в такий спосіб: під час розмикання контактів датчика різниці тисків SР, а також контактів теплових реле магнітних пускачів КМ1 і КМ2 (вони вмикаються послідовно з контактами ВР, на схемі не зображено) реле KV розшунтується і спрацьовує. Воно своїми контактами вмикає сигнальну лампу HL2 вимикає магнітний пускач КМ2 насоса, а потім блок-контактами КМ2 вимикається магнітний пускач КМ1. Після цього схему у вихідний стан можна привести тільки вручну шляхом вимкнення і увімкнення тумблера S1.

7.5.4. Автоматизація водоохолоджувальної установки АВ-30


	*Водоохолоджувальна установка АВ-30* призначена для охолодження води в охолодниках молока на молочних фермах і комплексах. Молоко охолоджується до 4–5°С.

Установка працює за замкненим циклом (рис. 7.5.6). Пара холодоагенту (Фреон-Р12) надходить з компресора в конденсатор 10, де газоподібний фреон перетворюється на рідину і подається в ресивер 9. З ресивера рідкий холодоагент надходить у випарник через теплообмінник 6, фільтр-сушник 7 і терморегулювальний вентиль 8.

У випарнику холодоагент випаровується і відбирає теплоту від води, яка зрошує поверхню випарника. Пара холодоагенту йде в регенеративний теплообмінник, де нагрівається за рахунок теплообміну з рідким фреоном і відсмоктується компресором 1, з якого потрапляє в конденсатор. Отже контур холодоагенту замикається.

Другий замкнутий контур для холодної води. Охолоджена вода насосом 11 відкачується з бака випарника і подається в охолодник молока 15, з якого через водяний фільтр 14 надходить в зрошувач, встановлений в баку випарника. Молоко для охолодження прокачується насосом 21 через охолодник молока і завдяки теплообміну з холодною водою охолоджується.

Рис. 7.5.6. Технологічна схема водоохолоджувальної установки АВ-30:

1 – компресор; 2, 5 – манометри; 3, 4 – реле тиску і контролю мащення;

6 – теплообмінник; 7 – фільтр-осушник; 8 – терморегулювальний вентиль; 9 – ресивер;

10 – конденсатор; 11, 20 – водяні насоси; 12 – випарник; 13 – бак-охолодник води;

14, 17 – водяні фільтри; 15 – охолодник молока; 16 – градирня; 18 – вентилятор;

19 – зрошувач; 21 – молочний насос; 22 – молочний бак

Для роботи холодильної установки АВ-30 в автоматичному режимі перемикачі SА1 і SА2 встановлюють у положення А (рис. 7.5.7). Під час вмикання автоматичного вимикача QF в електромережу відбувається запуск електродвигунів у такій послідовності: М2, М3, M1. Двигун М4 привода вентилятора градирні вмикається температурним реле SK2 при температурі води на виході з градирні понад 23,5°С. Якщо температура води нижче 7°С, розмикається контакт реле SK3 і двигун М4 зупиняється.

Температура холодоносія контролюється температурним реле SK1. Під час зменшення температури нижче заданого значення контакти реле SK1 розмикаються і електродвигуни компресора та насоса градирні вимикаються.

Рис. 7.5.7. Принципова електрична схема

установки АВ-30

Реле тиску SP2 сумісно з реле часу КТ контролює режим мащення компресора. Якщо в процесі запуску тиск масла в компресорі недостатній для замикання контактів реле тиску, то через 90 с після ввімкнення реле КТ установка вимикається. Реле тиску SP1 вимикає установку під час підвищення тиску фреону вище норми.

Спрацювання будь-якого елементу захисту, що викликає розрив у колі котушки магнітного пускача КМ2, призводить до розшунтування котушки реле К1. При цьому відбувається перерозподіл напруги між обмотками реле К1 і магнітного пускача КМ2 таким чином, що пускач вимикається, розмикаючі контакти КМ2 замикаються, реле К1 вмикається, отримуючи живлення через додатковий резистор R1, засвічується сигнальна лампа НL2 (аварійне вимикання установки).

Щоб знову підготувати установку до роботи в автоматичному режимі треба перемикач SA1 перевести спочатку в положення О, а потім повернути у вихідне положення А.

Під час встановлення перемикачів SA1 і SA2 в положення ПА (напівавтоматичний режим), вмикання і вимикання пускачів КМІ, КМ2, КМ3 і КМ4 здійснюється тумблерами S3, S4, S5 і S6.

Якщо холодну воду з установки АВ-30 подають на проточні охолодники, то між затискачами 1 і 2 блока затискачів Х₁ встановлюють перемичку. Під час роботи з резервуарами-охолодниками (РПО-1,6 та ін.) перемичку знімають, а до затискачів 1 і 2 вмикають керуючі контакти від шафи керування резервуара-охолодника.

7.5.5. Автоматизація теплохолодильної установки ТХУ-14


	Теплохолодильна установка ТХУ-14 призначена для охолодження до температури 2^оС води, що використовується потім в ємнісних або проточних охолоджувачах молока, і одночасного нагріву її від 25–30, 40–45 або 60–65^оС для санітарно-технологічних потреб молочнотоварних ферм або пунктів первинної обробки молока. Температура холодної і нагрітої води підтримується автоматично в зазначених межах.

Установка складається з компресора 1 (рис. 7.5.8), конденсатора 19 водяного охолодження, трубного випарника 23, щита управління, трьох теплообмінників 7, 8 і 32, фільтра-осушувача 31, приладів автоматики та контролю. У складі установки насос для холодоносія 25, блок ємностей для холодної 27 і гарячої 11 води, комунікації трубопроводів і рукавів. Для отримання гарячої води з постійною заданою температурою установка має електронагрівач 14 з трьома ТЕНами потужністю 5,25 кВт (вмикаються одночасно три або один потужністю 1,25 кВт).

1 – компресор 1ПБ10-2-024; 2, 6, 16, 17 – термометрові гільзи;

3, 5 – манометри;

4 – датчик-реле тиску Д220-11;

7, 8 – проточний і конвективний теплообмінники; 9, 13 – крани Ду15;

10 – кран Ду25; 11 – ємність гарячої води; 12 – вентиль; 14 – бойлер;

15 – термометр опору;

18 – водорегулювальний клапан з сильфонним пневмоприводом;

19 – конденсатор; 20, 21 – вентилі;

22 – терморегулювальний вентиль 22TPB-16; 23 – випарник; 24 – гофрований рукав; 25 – водяний насос; 26 – датчик-реле температури; 27 – бак холодної води; 28 – оглядове пристрій;

29 – мембранний вентиль з електромагнітним приводом;

30 – прохідний запірний вентиль;

31 – фільтр-осушувач;

32 – регенеративний теплообмінник; М – електродвигун

Рис. 7.5.8. Схема роботи теплохолодильної установки ТХУ-14

Газоподібний холодильний агент (хладон) всмоктується працюючим компресором 1 з випарника 23 і теплообмінника 32, стискається і гарячим через теплообмінники 7 і 8 подається в конденсатор 19. У ньому він охолоджується і конденсується, віддаючи теплоту воді, що надходить з водопроводу температурою 9–11°С. З конденсатора 19 рідкий хладон надходить в регенеративний теплообмінник 32, а потім в фільтр-осушувач 31, в якому осушується і очищається від домішок. Через мембранний запірний вентиль 29 з електромагнітним приводом він подається в терморегулювальний вентиль 22.

Проходячи вентиль 22, рідкий хладон попадає в розріджений простір випарника 23, де кипить, поглинаючи теплоту і охолоджуючи холодоносій (воду). Пари хладону з випарника 23 через регенеративний теплообмінник 32 відсмоктуються компресором. Далі цикл безперервно повторюється.

Холодна вода (холодоносій) циркулює в системі охолоджувачів молока. Нагріта в конденсаторі 19 вода на виході з нього розділяється на два потоки, один з яких надходить на теплообмінники 7 і 8 для подальшого підігріву.

Проточний теплообмінник 7 через 10–15 хв після увімкнення машини забезпечує нагрів води до 45°С. Ця вода застосовується для санітарної обробки вимені корів та інших цілей.

Теплообмінник конвективного типу 8 за цикл роботи (3,25 год.) в ємності 11 нагріває 0,15 м³ води до температури 65°С. Ця вода надходить на мийку молочного устаткування. Решта вода, що виходить з конденсатора 19 (температура її до 30°С), може використовуватися для напування худоби та інших технологічних потреб. Таким чином, ТХУ-14 на номінальному режимі забезпечує нагрів води в заданих температурних рівнях без увімкнення електронагрівача.

У процесі охолодження молока теплота, віднімають від нього, передається циркулюючому холодоносію (воді); в випарнику 23 від води – циркулюючому в холодильній машині Хладону, від якого в конденсаторі 19 – передається водопровідній воді, нагріваючи її (перший рівень температури). У проточному теплообміннику 7 частина теплоти пар хладону передаються підігрітій воді, що протікає (другий рівень температури), а в конвективному теплообміннику інша частина теплоти – нагрітій воді, що циркулює в контурі теплообмінник 8 – ємність 11 (третій рівень температури).

Для отримання гарячої води раніше закінчення циклу охолодження молока або за непрацюючої холодильної машини в разі недостатнього теплового навантаження на випарник вмикають електронагрівач 14, який автоматично підтримує задану температуру вмиканням або вимиканням одного або трьох трубчастих нагрівачів.

Система управління установкою, змонтована в щитах управління холодильної машини і електрообігрівача, забезпечує можливість роботи ТХУ-14 в автоматичному і ручному режимах.

Автоматичне управління передбачає роботу установки упродовж циклу охолодження, захист від аварійних режимів роботи, світлову сигналізацію і підтримку заданих параметрів щодо температури молока, холодної і гарячої води.

Ручне управління використовують у разі налагодження, ревізії та виявлення несправностей під час аварійного вимкнення установки.

Холодопродуктивність установки – 16,86 кВт. Потужність електродвигуна компресора – 6 кВт, а електродвигуна насоса холодоносія – 1,5 кВт. Теплопродуктивність – 21,5 кВт. За температури води, що нагрівається 25–30°С її витрата складає 600–700 л/год, за 40–45°С – 160–170 л/год. За цикл охолодження, що дорівнює 3,25 год, в резервуарі РПО-2,5 охолоджується 1250 л молока до температури 3–5°С і нагрівається в ємності 150 л води до температури 60–65°С. У разі роботи з проточним охолодженням наведені показники з нагрівання води досягаються під час подачі молока в охолоджувач, що дорівнює 200–400 л / год. Кількість хладону в установці – 11 кг. Загальна потужність трьох трубчастих нагрівачів води – 5,25 кВт.

7.5.6. Автоматизація побутових холодильників

Побутові холодильники мають більш прості технологічні (рис. 7.5.9) й електричні схеми (рис. 7.5.10).

У компресор з випарника холодильні камери надходить газоподібний холодоагент. З компресора пароподібний холодоагент з підвищеними тиском і температурою направляється в систему трубопроводів зовнішнього охолодження. Під час охолодження він перетворюється в рідину, що, пройшовши осушувальний фільтр і капілярну трубку-дросель, знову попадає у випарник. У випарнику рідкий холодоагент випаровується, забираючи теплоту.

Рис. 7.5.9. Технологічна схема побутового холодильника

Рис. 7.5.10. Електрична схема побутового холодильника

Увімкнення і вимкнення електродвигуна М компресора здійснює термодатчик SK. Під час підвищення температури в холодильній камері замикаються контакти SK, що вмикають робочу Р і пускову П обмотки електродвигуна М. Пускова обмотка струмовим реле КА підключається тільки в момент пуску, коли через робочу обмотку проходить підвищений пусковий струм. Під час відкривання дверей холодильника дверним кінцевим вимикачем SQ вмикається освітлювальна лампа НL, встановлена всередині холодильника.

7.5.7. Автоматизація холодильних машин з використанням блока ТРМ961


	*Блок управління середньо- і низькотемпературними холодильними машинами ТРМ961* використовується для підтримки заданої температури в камері та в режимі набору холоду, має можливість розтавання льоду шляхом періодичної зупинки компресора.

Рис. 7.5.11. Функціональна схема блока управління холодильними машинами ТРМ961

ТРМ961 має два способи відліку часу між розтаваннями льоду: за часом та за часом напрацювання компресора. Також в ТРМ961 здійснюється підключення зовнішньої аварійної сигналізації, захист компресора від частих запусків та захист параметрів від несанкціонованих змін (рис. 7.5.11).

До входу ТРМ961 підключається Positive Temperature Coefficient (PTC) датчик для вимірювання температури в камері. Підключення датчика здійснюється зп двопровідною схемою.


	ТРМ961 має два вихідних реле:

· реле 1 управляє по двопозиційному закону компресором,

· реле 2 використовується для підключення зовнішньої аварійної сигналізації (рис. 7. 5.11).

Температурний режим у камері визначають параметри SP (Set Point – контрольна крапка) і diF (диференціал).

Для підтримки температури в камері ТРМ961 управляє роботою компресора. Компресор запускається, коли температура в камері перевищує задане значення, і вимикається, коли температура знову знижується до значення контрольної величини.

ТРМ961 періодично здійснює розморожування холодильної камери шляхом вимкнення компресора. Інтервали між двома розморожуваннями, можна відлічувати двома способами: просто за часом (1...99 ч), або за часом напрацювання компресора (режим Digifrost).

Рис. 7.5.12. Схема підключень блока управління холодильними машинами ТРМ961

За необхідності відтаювання можна запустити вручну, натиснувши кнопку на лицьовій панелі приладу призначену для швидкого охолоджування камери, заповненої новим (теплим) продуктом.

Користувач задає час набору холоду 1–24 год, упродовж якого компресор примусово увімкнений. Можна задати також затримку розморожування після набору холоду. Після закінчення розморожування прилад автоматично переходить у режим «Термостат».

Під час вмикання режиму «Тривога» спрацьовує реле 2, яке управляє зовнішньою аварійною сигналізацією. На цифровому індикаторі з'являється аварійне повідомлення. Під час виходу з ладу датчика камери управління компресором продовжується, але в аварійному режимі, коли час увімкнення і час вимкнення компресора жорстко визначені.

Um8A