Диссертация (Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве), страница 11

Измеренная управляемая величинасравнивается с заданным значением и при наличии сигнала рассогласования  ,вырабатываетсяуправляющеевоздействиеХ,направленноевсторонукомпенсации сигнала рассогласования [38]. Недостатком принципа являетсязатруднѐннаяуправления,разработкаособеннобыстродействующихдлясложныхсистеминерционныхавтоматическогообъектовуправления.Стремление увеличить точность работы системы может привести к потереустойчивости. Поскольку в рассматриваемом объекте управления можновыделить несколько простых контуров регулирования, предлагается применитьданный принцип при разработке системы автоматического регулированиятемпературы и давления в автоклаве.Как было показано на рисунке 2.2 и рисунке 2.3, структура системыуправленияавтоклавадолжна иметьустройства(регулятора),каждоеизчетыре независимыхкоторыхуправляетуправляющихсвоимканаломуправления.

В автоклаве, как объекте управления, задействованы четыре канала:подача пара и холодной воды, подача воздуха и слив (сброс давления).Структурная схема системы автоматического управления технологическимпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве показана нарисунке 3.2.Отличительнойособенностьюсистемыавтоматическогоуправлениятехнологическим процессом стерилизации консервов является наличие в ней двухпрограммных задающих устройств, которые формируют траекторию изменения72регулируемых параметров: заданной температуры воды ЗАД и давления PЗАД вавтоклаве. Задающее устройство должно реализовывать выполнение формулыстерилизации консервов (1.1) и тем самым сформировать необходимый графикизменения параметров технологического процесса (рисунок 1.2).вкл/выклТЕМПЕРАТУРА+-XПАРРегулятор подачипараΘЗАДМИМ1gПАРΘАВТвкл/выкл+ПрограммноеЗадающееУстройство-XХВРегулятор подачиводыМИМ2gХВАвтоклавДАВЛЕНИЕ+PЗАДXСЛРегулятор слива-МИМ3gСЛPАВТПрограммноеЗадающееУстройствоЗадающиеустройства+-Регулятор подачивоздухаXВОЗМИМ4gВОЗИсп.механизмыРегуляторыРисунок 3.2 - Схема модели системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервовПо технологии работы аппаратов для стерилизации, канал подачи пара ихолодной воды в автоклаве должны работать в разные (взаимоисключающие)промежутки технологического цикла.

Канал подачи пара работает в периоднагревания теплоносителя и стерилизации консервов, а канал подачи водыработает в период охлаждения продукта. Для этого у программного задающеготемпературуустройствапредусмотренещѐодинвыходнойканал,сигнализирующий об окончании периодов нагревания и стерилизации и кпереходу в режим охлаждения. Этот сигнал является разрешающим длявключения в работу требуемого регулятора в зависимости от стадии процесса.73Проведѐм анализ эффективности предлагаемой системы управления напримере формулы стерилизации консервы «Икра баклажанная» в стеклянной тареСКО I-82-500 [4,11]:A B C25  50  25PСТ 250.СТ120(3.1)Буквенные обозначения на графике стерилизации (рисунок 3.3), согласноформулы стерилизации консервов «Икра баклажанная»: A = 25 – времянагревания теплоносителя в автоклаве от начальной температуры до заданной(период нагревания), мин; B = 50 – время выдержки при заданной температуре(стерилизация), мин; C = 25 – время снижения температуры и давления до уровня,позволяющего производить разгрузку (период охлаждения), мин; ΘСТ = 120 –температура стерилизации, °С; PСТ = 250 – противодавление, создаваемое вавтоклаве для компенсации внутреннего давления, возникающего в банке пристерилизации, кПа.300ΘСТ120PСТ200150100500Температура, oCДавление, кПа2508060ΘНАЧ40200ΘКОНABCPНАЧ10PКОН2030405060708090100110Продолжительность обработки, минРисунок 3.3 - Графики заданного регулирования температуры воды и давления впроцессе стерилизацииПорядок изменения температуры воды и давления в процессе стерилизацииприведѐн на рисунке 3.4.74Стадия 1Уставки:ΘНАЧ = 75 oC;PНАЧ = 0 кПа;A = 25 мин.ПодостижениютемпературыстерилизацииСтадия 2Уставки:ΘСТ = 120 oC;PСТ = 250 кПа;B = 50 мин.По окончаниювременистерилизацииСтадия 3Уставки:ΘКОН = 30 oC;PКОН = 0 кПа;C = 25 мин.Рисунок 3.4 - Алгоритм изменения температуры воды и давления в процессестерилизации консервы «Икра баклажанная»Начальная температура воды в автоклаве ΘНАЧ = 75 °С задаѐтся исходя изтемпературы загруженного в банки продукта.

Для выравнивания начальныхтемператур греющей воды и банок последние выдерживаются некоторое время вподогретой воде. Конечную температуру воды ΘКОН в автоклаве задают чащевсего на уровне 30 - 40 °С. Начальное PНАЧ и конечное PКОН давления равны 0кПА.Структурные схемы программного задающего устройства температуры идавления системы автоматического управления технологическим процессомстерилизации консервов в промышленном автоклаве в виде подсистем Simulinkприведены на рисунке 3.5 и 3.6.

Описание портов подсистем сведено в таблицы3.1 и 3.2.1In12In2Product13In3Product3>=RelationalOperator14In4>=RelationalOperator2Switch3Switch2Switch1>=RelationalOperator35In56In6Product21Out12Out2Product47In7Рисунок 3.5 - Схема программного задающего устройства температуры в видеподсистемы Simulink (Subsystem2)75Таблица 3.1 – Входные и выходные параметры в подсистеме (рисунок 3.5)Обозначение ОбозначениепортапараметраIn1СТIn2AIn3ClockIn4 НАЧIn5BIn6 КОНIn7COut1ЗАДвкл./выкл.Out2Описание параметраРазмерностьпараметраoCссoCсoCсoCТемпература стерилизацииВремя нагреванияТекущее время моделированияНачальная температура водыВремя стерилизацииКонечная температура водыВремя охлажденияЗаданная температура водыРазрешающий сигналTRUE/FALSEПри создании модели подсистемы в Simulink были использованы блокиматематических операций умножения и деления Product, блоки вычисленияопераций отношения Relational Operator (в частности операция больше илиравно), а так же блоки переключателя Switch [84].1In12In2Product53In3Product7>=RelationalOperator44In4>=RelationalOperator5Switch81Out1Switch7Switch6>=RelationalOperator65In56In6Product6Product87In7Рисунок 3.6 - Схема программного задающего устройства давления в видеподсистемы Simulink (Subsystem3)76Таблица 3.2 – Входные и выходные параметры в подсистеме (рисунок 3.6)Обозначение ОбозначениеОписание параметраРазмерностьпортапараметрапараметраIn1кПаPСТДавление при стерилизацииIn2сВремя набора давленияAIn3ClockсТекущее время моделированияIn4кПаPНАЧНачальное давлениеIn5сВремя поддержания давления приBIn6In7Out1PКОНCPЗАДстерилизацииКонечное давлениеВремя сброса давленияЗаданное давление в автоклавекПаскПаЗадачей синтеза системы автоматического управления (рисунок 3.2)является выбор структуры и параметров системы автоматического управления,которые в соответствии с заданными техническими условиями обеспечиваютнаиболее рациональные характеристики объекта управления по показателямкачества процесса регулирования.

Качественное управление осуществляется спомощью введения в каждый канал регулирования специальных корректирующихзвеньев (регуляторов) с особо подобранной передаточной функцией по известнымпараметрам остальных звеньев системы.Приреализациисистемавтоматическогоуправленияиспользуетсямножество различных типов корректирующих устройств с различной структурой,однако в теории автоматического управления из них особо выделяют типовыезвенья, которые называются регуляторами [25]. Автоматические регуляторыклассифицируются по назначению, конструктивным особенностям, принципудействия, характеру изменения регулирующего воздействия, виду используемойэнергииит.п.Повидувыполняемыхфункцийтиповыерегуляторыподразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, корректирующие,программные, регуляторы соотношения параметров и другие.

В системеавтоматического управления процессом стерилизации рассматриваются двапрограммных регулятора: регулятор температуры и регулятор давления.77Алгоритм регулирования иначе называют законом регулирования. Позакону регулирования регуляторы делятся на двух- и трехпозиционныерегуляторы,непрерывныерегуляторыпропорционально-дифференциальные,(интегральные,пропорциональные,пропорционально-интегральныеипропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы — сокращенно И,П, ПД, ПИ и ПИД-регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные(самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы [14,57].3.2 Оценка влияния свойств объекта на выбор закона регулированияВыбор типа регулятора зависит от комплекса показателей, обеспечивающихформирование технологического процесса с заданной точностью.

Достижениетребуемого результата может быть обеспечено как за счет примененияпростейших двухпозиционных релейных регуляторов, так и за счет болеесложных решений.Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение благодарясвоей простоте и малой стоимости. Считается, что возможность дискретногоуправленияпроцессомстерилизациипозволяетзначительноупроститьаппаратную часть системы автоматики. В связи с этим прорабатывался вопрос оразработкерегулятора,осуществляющегодискретноеуправлениеисполнительными механизмами [19].Заметим, что по требованиям технологического регламента многие объектыне допускают применения релейного управляющего воздействия.