Диссертация (Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве), страница 10

Количество банок в одной сетке870 штук. Начальная температура банок с продуктом 70oС. Начальнаятемпература воды в автоклаве равна 75 oС. Температура корпуса автоклава иокружающей среды равна 25 oС. Давление в паровой магистрали и магистралихолодной воды в момент проведения эксперимента составляло 4 кПа.Происходящее при этом увеличение и сброс давления в аппарате отраженона графике на рисунке 2.11.Увеличение давления в аппарате при подаче сжатого воздуха, а такжеснижение давления при открытии сливного клапана от начального значения 4 кПаиллюстрируются графиком, представленным соответственно на рисунке 2.12.Давление сжатого воздуха в магистрали составляло 4 кПа.Для обработки полученных данных в работе используются методыэкспериментальных исследований [21].Обозначим через А реальное значение технологического параметра(полученное путѐм снятия экспериментальной зависимости), а через а – егосмоделированное значение.Погрешностью (ошибкой) смоделированного параметра а называютразность между реальным значением технологического параметра А и егосмоделированным значением а.64Для вычисления абсолютной погрешности используем формулу [74]:a  A  a ,(2.13)где a - модуль разности.Относительная погрешность  a – это доля абсолютной погрешности,приходящаяся на единицу измеренной величины a :a 160a100%,a(2.14)Θ, оСΘАВТ140ΘБ1201008060ΘКпри полностью открытомклапане подачи пара4020100при полностью открытом клапанеподачи холодной водыt ,c0100200300400600XПАР, %t ,c0100500XХВ, %t ,c0Рисунок 2.10 – График моделирования изменения температуры в среде Simulink врежиме нагрева и охлаждения автоклава65400PАВТ, кПа350300250200ΘАВТ, оС1501000100при полностью открытом клапанепри полностью открытомклапане подачи пара50подачи холодной водыt ,c0100200300400500XПАР, %t ,c0100600XХВ, %t ,c0Рисунок 2.11 – График моделирования изменения температуры и давления в средеSimulink в режиме нагрева и охлаждения автоклаваДля проверкиадекватностиматематическоймодели(рисунок2.8)воспользуемся формулами (2.13) и (2.14).

Для удобства анализа результатыизмерений и погрешности сведѐм в таблицы Приложения Б. Данные графиканагрева и охлаждения автоклава (рисунок 2.11) сведѐм в таблицу Б.1. При этомданные по графику изменения давления в автоклаве (рисунок 2.11) сведѐм втаблицу Б.2. Данные графика при подаче и сбросе сжатого воздуха в автоклаве(рисунок 2.12) сведѐм в таблицу Б.3.66PАВТ, кПа400350300при полностью открытом клапанеслива паровоздушной смесипри полностью открытом клапанеподачи сжатого воздуха250200150100500100t ,c01XВОЗ, %23456t ,c0100XСЛ, %t ,c0Рисунок 2.12 – График моделирования изменения давления в автоклаве в средеSimulink при подаче и сбросе сжатого воздухаКак видно из представленных графиков (рисунок 2.11 и 2.12) и таблицПриложенияБ,данные,полученныеэкспериментальноиспомощьюмоделирования, различаются не более, чем на 5%, что свидетельствует опригодности имитационной модели для обозначенных целей.В диссертации предложен аналитический метод получения математическоймодели автоклава, основанный на анализе физико-химических процессов,происходящихв объекте, с учѐтом егоперерабатываемых веществ.конструкцииихарактеристик67Вместе с тем, аналитическая модель достаточно сложна, так как в реальномобъекте одновременно происходят процессы трѐх типов: физико-химическиепревращения, тепло- и массообмен.

Одновременный учѐт всех этих процессов –достаточно сложная задача.Несмотря на сложности в реализации, у аналитической модели объектасуществует ряд достоинств [33]:1. Не требуется проведение промышленных экспериментов на объекте.Поэтомуметодпригодендлянахождениямоделиобъектанастадиипроектирования или при невозможности экспериментального исследованияхарактеристик объекта регулирования.2. В аналитическую модель входят конструктивные характеристики объектаи показатели технологического режима его функционирования.

Поэтому такаямодель может использоваться для выбора оптимальной конструкции аппарата иоптимизации его технологического режима.3. Аналитическую модель можно использовать для исследований подобныхобъектов.Итак, в работе найдено математическое описание, адекватно описывающеетехнологический процесс стерилизации консервов в автоклаве. С его помощью пополученным в ходе моделирования временным зависимостям можно производитьоценку динамических характеристик технологического процесса стерилизацииконсервов.Выводы по второй главе1.

Разработана математическая модель процесса стерилизации консервов впромышленном автоклаве при паровой стерилизации в воде с противодавлением,учитывающая взаимодействие параметров, отражающих поведение исследуемойсистемы. Предложенная математическая модель адекватно отражает течениереального технологического процесса. Модель процесса стерилизации консервовпозволяет учесть теплофизические свойства стерилизуемой продукции, влияние68технологических возмущений в энергосистемах (паропроводах, водопроводах ивоздухопроводах) и индивидуальных характеристик автоклава.2.

Созданы предпосылки к разработке эффективных стерилизационныхустановокдлямалыхсовершенствованияиспользованиемпредприятийсуществующихразработаннойикрупныхпроизводств,стерилизационныхматематическоймоделипроцесса стерилизации консервов в промышленном автоклаве.атакжеаппаратовстехнологического69ГЛАВА 3. ВЫБОР СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СТЕРИЛИЗАЦИИКОНСЕРВОВ В ПРОМЫШЛЕННОМ АВТОКЛАВЕ3.1 Выбор структуры управляющих устройствВ структурном аспекте система автоматического управления (САУ)процессомстерилизацииконсервовпредставленавзаимосвязаннойсовокупностью объекта управления (автоклава) и управляющего устройства(двухконтурного четырѐхканального регулятора), воздействие которого приводитк выполнению поставленной цели (рисунок 3.1).Двухконтурныйчетырѐхканальный регуляторна основе ПЛКΘЗАДЗадающееустройствоВозмущающие воздействияИсполнительные механизмы Рабочие органыXПАРРегуляторподачипара4-20mA PУПР 20-100кПа h 0-40мм SКЛ0-100%Клапан хада рег.ПозиционерорганаМИМподачи11параОбратная связьпо положениюXХВРегуляторподачиводыfgПАРВодаΘАВТПитание 250 кПа4-20mA PУПР 20-100кПа h 0-40мм SКЛ0-100%Клапан хада рег.ПозиционерМИМподачи органа22водыgХВОбратная связьпо положениюPЗАДЗадающееустройствоXСЛРегуляторсливаΘОСПитание 250 кПаДатчиктемпературы4-20mA PУПР 20-100кПаПозиционер30-150 oСhМИМ30-40мм SКЛКлапанслива0-100%хада рег.органаОбратная связьпо положениюXВОЗРегуляторподачивоздухаПитание 250 кПа4-20mA PУПР 20-100кПа h 0-40мм SКЛ0-100%Клапан хада рег.ПозиционерМИМподачи органа44воздухаgСЛПаровоздушноепространствоОбратная связь4-20mAPАВТgВОЗОбратная связьпо положениюПитание 250 кПаОбратная связь4-20mAPОСДатчикдавлния0-1000 кПаОбъект управления(автоклав)Рисунок 3.1 - Структурная схема системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве70На рисунке 3.1 автоклав изображѐн схематически, в виде блока, и неотражает особенностей своей конструкции.

Интерес представляет связь междувоздействием на входе автоклава и его реакцией на выходе. Такой подходпозволяет создать модель, состоящую из отдельных элементов системыуправления, и имитировать их поведение, что значительно облегчит поискэффективных методов управления.В общем виде система (рисунок 3.1) состоит из объекта управления(автоклава),измерительныхустройств(датчиков),задающихустройств,суммирующих устройств, устройства управления (регулятора), преобразующихустройств (позиционеров), мембранных исполнительных механизмов (МИМ) ирегулирующих органов (клапанов).

Кроме того, на объект управления могутдействовать возмущающие воздействия f (изменение давления в трубопроводахтеплоносителя, температура теплоносителя и т.д.).Технологическийпроцессстерилизацииконсервоввавтоклавехарактеризуется физическими параметрами, которые необходимо изменять поопределѐнному закону. Эти параметры называются управляемыми (величина  АВТи PАВТ ).Устройством управления является двухконтурный четырѐхканальныйрегулятор на основе ПЛК, который включает в себя комплекс устройств,присоединѐнных к автоклаву и обеспечивающих автоматическое изменениеуправляемой величины по заданному закону.

Задающее устройство оказываетуправляющее воздействие (величина ЗАД и PЗАД ) на вход системы. Воздействиевыхода системы управления (величина ОС и PОС ) на еѐ вход является обратнойсвязью. Введение обратной связи позволит управлять автоклавом при измененииего параметров во время технологического процесса. Кроме того замкнутаясистема управления с отрицательной обратной связью, обеспечивает достижениезаданных целей управления при большой неопределѐнности возмущающихвоздействий и изменений во времени структуры и параметров системы за счѐт71уменьшения чувствительности к этим возмущающим воздействиям, вариациямструктуры и параметров.Принцип управления по отклонению является гибким, так как системаполучает информацию об управляемой величине через контур обратной связи ипередаѐт еѐ в устройство управления, которое стремиться скомпенсироватьвозникшее отклонение, тем самым учитывается состояние объекта управления.Такая система автоматического управления (рисунок 3.1) позволяет получитьвысокое качество управления, используя одновременно информацию о задающемвоздействии и управляемой величине.