Диссертация (Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве), страница 2

Технологический процесс стерилизации консервовв промышленном автоклаве.Предмет исследования. Модель технологического процесса стерилизацииконсервов в промышленном автоклаве, разработка и исследование на еѐ основесистемы автоматического управления данным процессом.Методы исследования. При проведении исследований применялисьметоды экспериментальных исследований, методы теории автоматическогоуправления, а также теория и пакеты программ математического моделирования.Моделирование на ЭВМ проводилось с использованием программногосредства MATLAB в приложении Simulink.Научная новизна исследования.1. Выявлены основные показатели качества, комплекс техническихтребований и ограничений, необходимые для рационального решения задачавтоматическогоуправлениятехнологическимпроцессомстерилизацииконсервов в промышленном автоклаве.2.Предложенаматематическаямодель,наибольшимобразомсоответствующая физической природе протекающих в автоклаве теплообменныхпроцессов, учитывающая не только тепловую ѐмкость воды и продукта вавтоклаве, но и тепловую ѐмкость корпуса автоклава.7Математическая3.модельпроцессастерилизацииконсервоввпромышленном автоклаве, отличающаяся тем, что она организована по блочномупринципу и включает в себя как математическое описание процесса изменениятемпературы, так и давления во внутреннем объеме автоклава, а также учитываетвзаимную связь между этими параметрами.4.

Разработан алгоритм и структура системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервов, реализующие современныезаконыавтоматическогоуправленияиучитывающиевзаимноевлияниеуправляющих координат.5. Поставлена и решена задача заданного управления многостадийнымпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве при паровомнагреве в воде с противодавлением за счет создания перепрограммируемойсистемы автоматического управления.Положения, выносимые на защиту.1. Математическая модель технологического процесса стерилизацииконсервоввпромышленномфункциональномупринципуавтоклаве,сучѐтоморганизованнаяпоструктурно-взаимосвязанностипараметров,наибольшим образом соответствующая физической природе протекающих вавтоклаве тепло- и массообменных процессов.2.

Метод создания системы автоматического управления технологическимпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве с применениемсовременных законов теории автоматического управления и имитационногомоделирования.3. Алгоритм автоматического управления технологическим процессомстерилизацииконсервоввпромышленномавтоклавенабазезаконовавтоматического управления, обеспечивающий снижение доли брака в готовойпродукции и экономию энергоресурсов за счет точного регулированиятехнологических параметров и компенсации взаимного влияния контуроврегулирования для всех технологических стадий процесса стерилизации.84.

Состав, структура и технические решения, принятые при реализациисистемы автоматического управления технологическим процессом стерилизацииконсервоввпромышленномавтоклавеввидепрограммно-аппаратногокомплекса.Степень достоверности. Достоверность и обоснованность представленныхв диссертационной работе теоретических результатов и формулируемых на ихоснове выводов, научных положений, методики разработки и рекомендацийобеспечивается проработкой модели исследуемого технологического процесса,строгостью производимых математических выкладок, апробированных расчетныхметодик, базирующихся на аппарате теории автоматического управления,имеющегоподПодтверждаетсясобойихдостаточножесткуюнепротиворечивостьюматематическуюизвестнымоснову.положениямвсоответствующих предметных областях, а также достаточной сходимостьюэкспериментально полученных результатов на реальном объекте управления –промышленном автоклаве для стерилизации консервов.Справедливостьвыводовотносительнопредложеннойсистемыавтоматического управления и еѐ алгоритмов подтверждена математическиммоделированиемсприменениемсовременныхвычислительныхметодов,численным определением параметров модели объекта и идентификацией припомощи экспериментальных данных промышленных процессов стерилизацииконсервов, а также воспроизводимостью опытов.Корректное применение теории автоматического управления и методоваппроксимации и идентификации объекта управления показало согласованностьэкспериментальных данных и результатов теоретического исследования.Практическая значимость исследования.1.РазработанатехнологическогоиреализованапроцессанастерилизацииЭВМматематическаяконсервов,котораямодельможетиспользоваться в научно-исследовательских работах.2.Разработанатехнологическимструктурапроцессомсистемыстерилизацииавтоматическогоконсервов,управлениякотораяявляется9универсальной и может эффективно использоваться при проектировании системуправления аппаратов, использующих аналогичные технологии.3.

Предложенный алгоритм автоматического управления может бытьиспользован для усовершенствования существующих и создания новых системавтоматического управления стерилизационными установками, реализующимианалогичные технологии.4. Предложенный алгоритм и система автоматического управленияпозволяютдобитьсяболееглубокойавтоматизации,втомчислеподготовительных операций, что, в свою очередь, существенно сокращает ручнойтруд в производственном цикле стерилизации консервов.5.Практическаяреализациясистемыавтоматическогоуправленияпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве выполнена в видепрограммно-аппаратного комплекса с автоматизированным рабочим местомоператора и внедрена в технологический процесс на ООО Консервный завод«Росинка» (г.

Яранск, Кировская обл.).Реализация результатов. Система автоматического управления процессомстерилизации консервов, оформленная в виде промышленного образца, прошлауспешные производственные испытания на консервном заводе «Росинка» (г.Яранск, Кировская область) и принята в производственную эксплуатацию, чтоподтверждается соответствующим актом о внедрении.Теоретическая и практическая часть исследования выполнены в рамкахнаучно-исследовательской работы по грантуфедерального государственногобюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий внаучно-технической сфере» на тему «Разработка программно-аппаратногокомплексауправленияпроцессомавтоклавах» (договор №4612ГстерилизациипищевыхпродуктоввУ2/2014 от 23.12.2014, конкурс УМНИК 2-14-12).Большинствотеоретическихположенийипрактическихрешенийдиссертации использовано в учебном процессе при подготовке бакалавров понаправлениям 13.03.02 «Электротехника и электроэнергетика» и 15.03.0610«Мехатроника и робототехника» на кафедре электропривода и автоматизациипромышленных установок Вятского государственного университета (ВятГУ), чтоподтверждается актом о внедрении в учебный процесс.Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались наVII Международной (VIII Всероссийской) научно-технической конференции поавтоматизированному электроприводу в 2012 г., ежегодных всероссийскихнаучно-практических конференциях «Общество, наука, инновации» в 2012, 2013,2014, 2015, 2016, 2017 гг.Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы (из них 6статей, 18 тезисы докладов), в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованныхВАК РФ; получено 1 свидетельство о государственной регистрации программыдля ЭВМ.Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения,четырех глав, выводов, списка сокращений и условных обозначений, спискалитературы (100 наименований) и 5 приложений. Работа изложена на 176страницах, содержит 56 рисунков и 29 таблиц. В 5 приложениях представленасхема моделирования с подставленными числовыми значениями, таблицы расчѐтаотносительной погрешности, структурная схема системы управления с контролемпоказаний теплоносителя,программы для ЭВМ.акты внедрения и свидетельство о регистрации11ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА КОНСЕРВОВИ ПРОБЛЕМЫ ЕГО АВТОМАТИЗАЦИИ1.1 Современное состояние и перспективы развития автоматизацииконсервного производства в РоссииПищевая промышленность, и в частности консервная промышленность,является одной из крупнейших отраслей народного хозяйства, входящих вРоссийский агропромышленный комплекс.

Консервы являются стратегическимпродуктом питания в чрезвычайных ситуациях, а от их качества и количествазависит продовольственная безопасность страны.Консервная промышленность России развивается путем строительствановыхперерабатывающихпредприятийимодернизациисуществующихпроизводств. В настоящее время в консервной промышленности широкоприменяются современные технологии и оборудование, автоматизируютсяотдельные операции и на их основе конструируются новые аппараты, многиетехнологические процессы становятся непрерывными, создаются поточныепроизводственные линии. Всѐ это ведѐт к росту объѐма производства, но при этомсоздаѐтсянеобходимостьвкомплекснойавтоматизации–созданииавтоматизированных линий, цехов, а в дальнейшем и заводов.Одним из самых ответственных технологических процессов в производствеконсервов, от которого во многом зависит длительность хранения и качествовыпускаемой продукции, является процесс стерилизации [89].

Однако, какследует из анализа научно-технической и учебно-методической литературы, донастоящего времени глубоких исследований в области автоматизации процессастерилизации, особенно по вопросам построения систем автоматическогоуправления, проводилось недостаточно для полного решения проблемы. А междутем технологический процесс стерилизации консервов является особо сложным сточки зрения его автоматизации.12В процессе стерилизации продукты подвергаются воздействию высокойтемпературы, вследствие чего микроорганизмы, находящиеся в обрабатываемомпродукте,гибнут.Врезультатеобеспечиваетсядлительнаясохранностьконсервированного продукта. Управление процессом стерилизации основано назаконах теплового воздействия на микробные клетки внутри продукта, поэтомукачествоготовойпродукциинапрямуюзависитоткачествапроцессастерилизации, являющегося наиболее сложным и ответственным этапом втехнологической цепочке консервирования.Кроме того, для управления процессом стерилизации необходимо детальноизучить особенности изменения давления в таре при тепловой обработке с цельючеткого выполнения требований технологии и исключения брака продукции.Для консервной промышленности характерны непрерывные, дискретные инепрерывно-дискретные производства, поэтому требования к видам и методамавтоматизации консервных производств весьма разнообразны.