Sterowanie procesami technologicznymi w produkcji żywności

W pierwszej części omówiono zagadnienia związane z pomiarami parametrów procesów technologicznych w produkcji żywności. W drugiej części zostały opisane statyczne i dynamiczne właściwości obiektów regulacji automatycznej, właściwości regulatorów i urządzeń wykonawczych, rodzaje analogowych, dyskretnych i mikroprocesorowych układów regulacyjnych oraz sposoby regulacji podstawowych parametrów procesów technologicznych.

PRZEDMOWA 1 1. ZNACZENIE MIERNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 3 2. CHARAKTERYSTYKA WIELKOŚCI MIERZONYCH 5 3. METODY POMIAROWE 7 3.1. Pomiar analogowy i dyskretny 10 3.2. Analogowe metody pomiarowe 12 3.2.1. Metoda wychyłowa 12 3.2.2. Metoda różnicowa 13 3.2.3. Metoda kompensacyjna 14 3.3. Cyfrowe metody pomiarowe 14 4. ZESPÓŁ POMIAROWY 17 5. SYSTEMY POMIAROWO-REGULACYJNE 20 5.1. Analogowy system pneumatyczny 22 5.2. Analogowy system elektryczny 24 5.3. Systemy dyskretne 24 6. UKŁADY SYGNALIZACYJNE 32 7. STATYCZNE I DYNAMICZNE WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW POMIAROWYCH 34 7.1. Statyczne błędy pomiaru 35 7.1.1. Błąd systematyczny 35 7.1.2. Błąd przypadkowy 36 7.1.3. Klasa niedokładności przyrządu 37 7.1.4. Legalność przyrządu 39 7.1.5. Inne statyczne właściwości urządzeń pomiarowych 41 7.2. Dynamiczne błędy pomiaru 41 8. POMIARY PODSTAWOWYCH WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH 44 8.1. Pomiary prądu, napięcia i siły elektromotorycznej 44 8.1.1. Rezystancja wewnętrzna przyrządu 45 8.1.2. Miernik magnetoelektryczny 46 8.1.3. Kompensator napięcia 48 8.1.4. Woltomierz elektroniczny 49 8.2. Pomiary rezystancji 49 8.2.1. Wpływ rezystancji linii 50 8.2.2. Mostek pomiarowy 51 8.2.3. Elektroniczny przetwornik rezystancji 52 8.3. Pomiary pojemności i indukcyjności 53 8.4. Pomiary częstotliwości i liczby impulsów 54 9. POMIARY CZASU 56 10. POMIARY WIELKOŚCI MECHANICZNYCH 59 10.1. Pomiary przesunięcia liniowego 59 10.1.1. Mechaniczne pomiary przesunięcia 60 10.1.2. Pneumatyczny przetwornik przesunięcia 60 10.1.3. Elektryczne stykowe przetworniki przesunięcia 62 10.1.4. Elektryczne resystancyjne przetworniki przesunięcia 63 10.1.5. Strunowy przetwornik przesunięcia 66 10.1.6. Magnetyczne przetworniki przesunięcia 66 10.1.7. Pojemnościowe przetworniki przesunięcia 70 10.1.8. Fotoelektryczne przetworniki przesunięcia 71 10.2. Pomiary przesunięcia kątowego 72 10.3. Pomiary prędkości liniowej i kątowej 74 10.3.1. Magnetyczne przetworniki prędkości kątowej 75 10.3.2. Fotoelektryczne przetworniki prędkości kątowej 76 10.4. Pomiary liczby sztuk 76 10.5. Pomiary poziomu cieczy 78 10.5.1. Bezpośrednie pomiary poziomu cieczy 78 10.5.2. Przetworniki pływakowe 79 10.5.3. Hydrostatyczne przetworniki manometryczne 81 10.5.4. Elektryczne przetworniki poziomu cieczy 84 10.5.5. Wagowe przetworniki poziomu cieczy 85 10.5.6. Falowe przetworniki poziomu cieczy 86 10.6. Pomiary poziomu materiałów sypkich 88 10.7. Pomiary siły 89 10.7.1. Sprężyste przetworniki siły 89 10.7.2. Kompensacyjne przetworniki siły 92 10.8. Pomiary masy i strumienia masy 95 10.9. Pomiary ciśnienia i różnicy ciśnień 97 10.9.1. Cieczowe przetworniki ciśnienia 99 10.9.2. Sprężyste przetworniki ciśnienia 100 10.9.3. Kompensacyjne przetworniki ciśnienia 104 10.10.Pomiary przepływu płynów 105 10.10.1. Przepływomierze spiętrzeniowe 106 10.10.2. Wirnikowe przepływomierze i liczniki przepływu 112 10.10.3. Przepływomierze cieplne 114 10.10.4. Przepływomierze indukcyjne 115 10.10.5. Przepływomierze wirowe 117 10.10.6. Przepływomierze ultradźwiękowe 119 11. POMIARY TEMPERATURY 121 11.1. Skale termometryczne 121 11.2. Warunki pomiarów temperatury 124 11.3. Termometry rozszerzalnościowe 126 11.3.1. Termometry cieczowe 126 11.3.2. Termometry ciśnieniowe 128 11.3.3. Termometry dylatacyjne 129 11.3.4. Termometry bimetalowe 130 11.4. Termometry rezystancyjne 131 11.4.1. Termorezystory 131 11.4.2. Termistory 134 11.5. Termometry termoelektryczne 134 11.6. Termometry chemiczne 138 11.7. Termometry emisyjne 139 11.7.1. Pirometry radiacyjne 140 11.7.2. Pirometry monochromatyczne 141 11.7.3. Pirometry polichromatyczne 142 11.7.4. Termowizja 143 11.7.5. Pastylkowe rejestratory temperatury 145 12. BEZPOŚREDNIE I POŚREDNIE POMIARY STĘŻENIA SUBSTANCJI 147 12.1. Pomiary stężenia suchej masy w roztworach 147 12.1.1. Refraktometria 148 12.1.2. Wiskozymetria 149 12.1.3. Densymetria 153 12.1.4. Absorpcja mikrofal 164 12.2. Pomiary wilgotności 165 12.2.1. Pomiary wilgotności gazów 165 12.2.2. Pomiary zawartości wody w cieczach i substancjach stałych 173 12.3. Termokonduktometria gazów 179 12.4. Pomiary optycznych właściwości substancji 181 12.5. Pomiary elektrycznych właściwości substancji 186 12.5.1. Pomiary potencjału elektrochemicznego 186 12.5.2. Pomiary konduktywności elektrolitów 195 12.6. Automatyczne analizatory chemiczne 200 12.7. Biosensory 201 12.8. Pomiary wielkości nietypowych 203 13. POMOCNICZE CZŁONY UKŁADU POMIAROWEGO 204 13.1. Wzmacniacze pomiarowe 204 13.1.1. Wzmacniacze elektroniczne 205 13.1.2. Wzmacniacze pneumatyczne 206 13.2. Przetworniki międzysystemowe 208 13.3. Separatory sygnałów 209 13.4. Urządzenia zasilające 210 13.5. Urządzenia wyjściowe 210 14. AUTOMATYZACJA POMIARÓW PRZEMYSŁOWYCH 215 14.1. Pomiar z sygnalizacją ekstremalną 215 14.2. Zautomatyzowane blokowe systemy pomiarowe 216 14.3. Systemy informatyczne 217 15. ZADANIA AUTOMATYZACJI PROCESÓW 221 15.1. Sterowanie w układzie otwartym 223 15.2. Sterowanie w układzie zamkniętym 224 15.2.1. Sterowanie ręczne 224 15.2.2. Regulacja automatyczna 226 16. STATYCZNE I DYNAMICZNE WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW POMIAROWYCH I REGULACYJNYCH 229 16.1. Opis matematyczny układów liniowych 229 16.1.1. Właściwości statyczne 230 16.1.2. Właściwości dynamiczne 231 16.1.3. Rodzaje wymuszeń dynamicznych 232 16.2. Podstawowe elementy układów liniowych 234 16.2.1. Element proporcjonalny 235 16.2.2. Element opóźniający 236 16.2.3. Element inercyjny I rzędu 238 16.2.4. Element oscylacyjny 245 16.2.5. Element różniczkujący 246 16.2.6. Element całkujący 250 16.3. Złożone układy liniowe 253 16.3.1. Rodzaje połączeń elementów 253 16.3.2. Właściwości dynamiczne układów złożonych 255 16.4. Analiza układów nieliniowych 258 17. KLASYFIKACJA UKŁADÓW REGULACJI AUTOMATYCZNEJ 260 17.1. Pochodzenie wielkości zadanej 261 17.1.1. Regulacja stałowartościowa 261 17.1.2. Regulacja programowa 262 17.1.3. Regulacja nadążna stosunku 262 17.1.4. Regulacja nadążna kaskadowa 264 17.1.5. Regulacja nadążna z kompensacją zakłóceń 265 17.2. Zasilanie energią 265 17.2.1. Regulacja bezpośrednia 265 17.2.2. Regulacja pośrednia 267 17.3. Charakter sygnału regulującego 268 17.3.1. Regulacja dyskretna 268 17.3.2. Regulacja cyfrowa 268 17.3.3. Regulacja analogowa 269 17.4. Stopień złożoności 269 18. STATYCZNE I DYNAMICZNE WŁAŚCIWOŚCI REGULATORÓW 271 18.1. Regulatory przekaźnikowe 271 18.1.1. Regulator dwupołożeniowy 272 18.1.2. Regulator trójpołożeniowy 274 18.1.3. Regulator impulsowy 275 18.2. Regulatory ciągłe 278 18.2.1. Regulator proporcjonalny 278 18.2.2. Regulator proporcjonalno-całkujący 284 18.2.3. Regulator proporcjonalno-różniczkujący 287 18.2.4. Regulator PID 289 18.3. Regulatory cyfrowe 291 18.4. Programowalne sterowniki logiczne 293 19. URZĄDZENIA PERYFERYJNE UKŁADÓW REGULACJI 294 19.1. Zadajniki 294 19.2. Urządzenia wykonawcze 296 19.2.1. Siłowniki elektryczne 296 19.2.2. Siłowniki pneumatyczne 298 19.2.3. Siłowniki hydrauliczne 301 19.2.4. Nastawniki elektryczne 301 19.2.5. Zawory regulacyjne 306 19.2.6. Urządzenia dozujące 312 19.3. Urządzenia pomocnicze 313 20. UKŁADY STEROWANIA, SYGNALIZACJI I BLOKADY 314 20.1. Elementy logiczne 314 20.1.1. Bramka logiczna OR 315 20.1.2. Bramka logiczna AND 315 20.1.3. Bramka logiczna NOT 316 20.1.4. Logiczne bramki złożone 316 20.1.5. Przerzutniki 317 20.1.6. Liczniki 317 20.2. Układy sterowania 319 20.2.1. Sterowanie ręcznie 319 20.2.2. Sterowanie automatyczne 319 20.2.3. Sterowanie sekwencyjne 319 20.2.4. Sterowanie logiczne 321 20.3. Sygnalizacja 322 20.4. Blokada 323 21. PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE 325 22. WSKAŹNIKI JAKOŚCI REGULACJI AUTOMATYCZNEJ 333 22.1. Statyczna dokładność regulacji 333 22.2. Dynamiczna dokładność regulacji 334 22.2.1. Stabilność asymptotyczna 334 22.2.2. Cechy odpowiedzi skokowej 335 22.2.3. Całkowe wskaźniki jakości regulacji 337 23. PROJEKTOWANIE UKŁADÓW REGULACJI 338 23.1. Identyfikacja obiektu regulacji 338 23.1.1. Właściwości statyczne 338 23.1.2. Właściwości dynamiczne 339 23.2. Wybór i optymalizacja regulatora 342 23.2.1. Wybór regulatora 342 23.2.2. Optymalne nastawy regulatora PID 343 23.2.3. Przykład doboru regulatora i jego nastaw z tabel 348 23.3. Schematy technologiczne automatyki 351 24. UKŁADY STEROWANIA PARAMETRAMI PROCESÓW W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM 354 24.1. Przepływ płynów 354 24.2. Poziom cieczy 355 24.3. Ciśnienie gazu 356 24.4. Temperatura 357 24.5. Stężenie jonów wodorowych 358 24.6. Proces ekstrakcji 359 24.7. Proces suszenia 360 24.8. Proces krystalizacji 362 24.9. Proces rektyfikacji 363 25. PERSPEKTYWY ROZWOJU AUTOMATYKI 366 25.1. Wyższe stopnie automatyzacji 366 25.1.1. Regulacja nadrzędna 367 25.1.2. Bezpośrednie sterowanie cyfrowe 368 25.2. Blokowe systemy pomiarowo-regulacyjne i informatyczne 369 25.2.1. Warstwowa struktura układu pomiarow-regulacyjnego 369 25.2.2. Systemy redundantne 372 25.3. Przemysłowe sieci komunikacyjne 372 25.3.1. Klasyfikacja sieci komunikacyjnych 372 25.3.2. Protokoły transmisji 374 25.4. Rozproszone systemy sterowania 379 25.5. Mikrokontrolery 385 25.5.1. Architektura mikrokontrolerów 386 25.5.2. Programowanie mikrokontrolerów 387 25.6. Urządzenia mobilne 387 25.7. Roboty przemysłowe 388 25.7.1. Proces uczenia robota przemysłowego 390 25.7.2. Bezpieczeństwo pracy robota 391 26. POMIARY NIETYPOWYCH PARAMETRÓW PROCESÓW PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO 392 26.1. Miernik zakażenia mikrobiologicznego zawartości ekstraktora cukrowniczego 392 26.2. Automatyczny analizator kondensatu z wyparki 396 26.3. Alkalimetr konduktometryczny 400 26.4. Elektrochemiczny analizator związków wapnia 402 26.5. Inne nietypowe przetworniki pomiarowe 408 27. LITERATURA 409 28. NORMY I PRZEPISY LEGALIZACYJNE 413 29. PROSPEKTY I KATALOGI FIRM 415 30. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SKRÓTÓW 416