49871 (Автоматизация системы управления холодильной установкой), страница 3

Т₄ - температура в холодильной камере, °С;

P₁ - давление в конденсаторе, кПа;

Р₂ - давление в ЦР, кПа;

Н - уровень заполнения циркуляционного ресивера, м.

Уровень жидкости в циркуляционном ресивере (Н) должен быть в пределах 0,2 ÷ 0,3 высоты ресивера. При повышении уровня жидкость может попасть в компрессор, а при снижении - нарушается подача в испаритель

Рисунок 1.6 - Блок-схема алгоритма функционирования 2-уровнего управления

1.9 Структура алгоритма адаптивного управления

Для данной системы управления, в которой свойства холодильной установки можно считать не изменяющимися во времени, т.к. площадь теплопередающей поверхности испарителя не меняется, коэффициент теплопередачи испарителя тоже не меняется во времени. Но так как изменяться во времени может коэффициент теплопередачи продукта, если замораживать различные продукты в каждом цикле охлаждения, а также может изменяться площадь поверхности продукта, если в холодильную камеру загрузили не всю партию продукта, которую она может вместить, а лишь часть ее, необходимо использовать адаптивное управление.

Таким образом, адаптацию можно проводить с каждым циклом охлаждения, зная количество загружаемого продукта в холодильную камеру, т.е. общую площадь теплопередающей поверхности и коэффициент теплопередачи продукта, который зависит от вида продукта. Зная эти данные, можно рассчитать новые коэффициенты в модели объекта, но для достижения максимальной производительности установки, управляющее воздействие должно иметь максимальное значение, т.е. температура в испарителе должна поддерживаться минимальной, не зависимо от свойств продукта и его количества. Поэтому в данном случае алгоритм адаптации будет заключаться лишь в уточнении модели объекта.

Если бы мы имели объект, свойства которого менялись во времени, то к такому объекту можно было бы применить прямой алгоритм адаптации управляющего устройства непосредственно по величине критерия оптимальности.

Положим, что g(t) - полезный задающий сигнал, тогда можно определить рассогласование

, (1.20)

где - выход объекта.

Тогда критерий оптимальности можно записать в виде

(1.21)

Подставив в формулу (1.20) значение (t) можно убедиться, что J₁ = F (_о), т.е. является функцией коэффициентов регулятора.

J₁ = F (_р) min (1.22)

Другими словами, минимизируя функцию J находим оптимальные коэффициенты регулятора, корректируя которые изменяем управляющее воздействие.

Обобщенная структура системы, реализующей прямой алгоритм адаптации приведена на рисунке 1.7

Рисунок 1.7 - Структура адаптивной системы

Под адаптацией подразумевается изменение свойств модели объекта относительно самой системы в процессе протекания технологического процесса. Адаптация происходит следующим образом: на вход управляющего устройства поступает задающий сигнал g(t), после чего снимается значение сигнала на выходе объекта (t). Адаптер определяет рассогласование (t) входного и выходного сигнала. Если рассогласование превышает допустимое значение, адаптер изменяет параметры П - регулятора, а именно коэффициент усиления, после чего процесс повторяется.

На рисунке 1.8 приведена блок схема данного алгоритма.

Рисунок 1.8 — Блок-схема прямого алгоритма адаптации

На рисунке 1.8 приведена блок-схема прямого алгоритма адаптации объекта, математическая модель которого может быть представлена дифференциальным уравнением 1-го порядка, а управляющее устройство реализует П - закон регулирования.

1.10 Краткое описание, структура и состав алгоритмического, программного и технического обеспечения АСУ

Рассматриваемая АСУ имеет двухуровневую структуру управления с корректирующей подсистемой на верхнем уровне.

Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических средств получения информации о состоянии технологического процесса объекта, к нему относятся датчики, в частности унифицированный датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с нормированным выходным сигналом 0..5mA. A также термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом (ТХАУ-055, ХА(К)), с нормированным выходным сигналом 0..5mA, у которых в зависимости от температуры среды, изменяется сигнал на выходе. Уровнемер буйковый (УБ-ЭМ1) используется для контроля уровня жидкости в ЦР, с выходным сигналом 0..5mА.

Информационные сигналы поступают на ПМК S7-200, где производиться обработка и отображение на экране монитора ЭВМ в виде численных значений технологических параметров объекта.

Программное обеспечение составляется с помощью пакета STEP 7 MicroWIN. При разработке адаптивного управления использовался прямой алгоритм адаптации, а также разработан специальный алгоритм функционирования двухуровневого управления.

1.11 Выбор и обоснование используемых технических средств

Для обеспечения минимального времени охлаждения продукта необходимо поддерживать минимальную температуру в холодильной камере, которая определяется температурой в испарителе. При заданной хладопроизводительности компрессора мы не можем понизить температуру кипения хладагента. Однако необходимо поддерживать уровень жидкости в испарителе, который должен быть максимальным, чтобы можно было наиболее эффективно использовать его охлаждающую поверхность.

Для регулирования заполнения испарителя хладагентом используем пропорциональный регулятор перегрева, ТРВ (терморегулирующий вентиль).

Выбираем терморегулирующий вентиль DANFOSS TEA 85-85. Для него диапазон изменения температур кипения хладагента составляет (-50÷30)°С, а номинальный режим температуры кипения хладагента ₀=-30°С, что соответствует техническим характеристикам выбранного компрессора.

Для контроля уровня жидкости в испарителе необходимо знать температуру на выходе из испарителя (_{п вых}) и температуру на входе в испаритель (_пвх). При выполнении равенства

_пвх = _{п вых} (1.23)

можно сказать, что испаритель максимально заполнен хладагентом. Для получения информации о температурах _пвх и _{п вых} используем термопреобразователь ТХАУ-055, ХА(К), погрешность которого составляет ± 2.5°С, что допустимо для заданной точности регулирования.

Сигнал от термопреобразователя поступает на ПМК S7-200.

Температуру объекта измеряем аналогичным термопреобразователем с погрешностью ±2.5°С допустимой по техническому заданию, т.к. температура объекта должна составлять _об = (-18°С) ±3°С.

Аналогичный термопреобразователь используется для контроля температуры в холодильной камере.

Давление в конденсаторе Р_к определяется температурой жидкого хладагента. Так как в данном технологическом процессе поддерживается стабильная температура хладагента, то необходимо лишь поддерживать стабильным давление в конденсаторе, поэтому необходимость в автоматическом регулировании отпадает, а для централизованного контроля информацию о значении давления в конденсаторе будем получать используя датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с классом точности 1,5, что удовлетворяет необходимой точности контроля.

Д авление кипения P₀ определяет температуру кипящей жидкости ₀. В данном случае нагрузкой является количество пара, образуемого при кипении хладагента в испарителе, регулирующее воздействие - количество пара, отводимое компрессором. Так как установка работает в одном режиме, т.е. значение нагрузки можно принять постоянным, поэтому можно обойтись ручным регулированием.

Для получения информации о значении давления кипения Р_о хладагента используем датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с выходным сигналом в диапазоне 0..5mА.

Уровень жидкости в циркуляционном ресивере должен быть в пределах 0,75-0,35 высоты ресивера: при повышении уровня жидкость может попасть в компрессор, а при снижении нарушится подача жидкости в испаритель и может выйти из строя насос. В данном случае нагрузка -количество жидкости, выкипающей в испарителе, регулирующее воздействие - подача жидкости через РВ. В связи с незначительными изменением нагрузки использование автоматического регулирования здесь не целесообразно.

Для измерения уровня используем уровнемер буйковый УБ-ЭМ1. Он имеет унифицированный токовый выходной сигнал, который от уровнемера поступает сразу на S7-200, что повышает точность измерения (класс точности прибора 1,5) и надежность системы в целом, за счет снижения количества приборов (исключаем нормирующие преобразователи).

1.12 Описание функциональной схемы АСУ

Как уже отмечалось выше, система имеет двухуровневую структуру управления с координирующей подсистемой на верхнем уровне.

Для регулирования заполнения испарителя хладагентом применяется пропорциональный регулятор перегрева, называемый терморегулирующим вентилем (1а).

Температура на выходе из испарителя воспринимается термобаллоном манометрической термосистемы. Наполнитель термосистемы выбран таким образом, что когда температура на выходе из испарителя равна температуре кипения хладагента (при 100%-ном заполнении испарителя жидкостью), давление Р_тб = Р_о, где Р_тб -давление в термобаллоне. При выполнении равенства давлений, под действием пружины соответствующий клапан закрывает подачу жидкости из конденсатора в испаритель. При возникновении рассогласования между Р_тб и Р_о клапан открывается.

Для передачи информации об уровне заполнения испарителя на верхний уровень управления: используем два термопреобразователя (2а, За), установленные соответственно на выходе и входе в испаритель. В зависимости от изменения температуры, изменяется электрический выходной сигнал (0..5) mA, затем информация поступает в S7-200, где она обрабатывается и результаты обработки предоставляются оператору.

Температуру продукта измеряем термопреобразователем (4а), выходной сигнал которого (0..5)mА поступает на S7-200, где информация обрабатывается и результаты в виде сообщения об окончании технологического процесса (охлаждения продукта) выдается оператору.

Температуру в холодильной камере измеряем термопреобразователем (5а) сигнал которого (0..5)mА, поступает на вход S7-200, где информация обрабатывается и выдается численное значение температуры в холодильной камере.

Давление в конденсаторе измеряем унифицированным датчиком давления (6а). В зависимости от изменения давления изменяется выходной сигнал датчика (0..5)mА, который поступает на вход S7-200, где обрабатывается и выдается численное значение давления в конденсаторе, которое контролируется оператором.

Давление кипения хладагента измеряем унифицированным датчиком давления (7а). В зависимости от изменения давления изменяется выходной сигнал датчика, который поступает на вход S7-200, где обрабатывается и выдается численное значение давления кипения хладагента.

Для измерения уровня жидкости в циркуляционном ресивере используем буйковый уровнемер (8а) выходной сигнал которого поступает на вход S7-200, где происходит его обработка, после чего выдается значение уровня жидкости в циркуляционном ресивере и рекомендации по его регулированию.

2 Календарное планирование производства

2.1 Постановка задачи

На машиностроительном предприятии имеется два обрабатывающих станка, на которых необходимо обрабатывать 4 детали так, чтобы суммарное время их обработки было минимальным.

Целевая функция для этого случая имеет вид

(2.1)

где t_i,j - время обработки на i - станке j – детали.

Даны матрицы последовательности Q_i,j(g) и длительности T_i,j(t_i,j) обработки деталей

Таким образом мы имеем задачу Джонсона (задача о двух станках).