Автореферат (1152214), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Разработана и реализована на ЭВМ математическая модельтехнологическогопроцессастерилизацииконсервов,котораяможетиспользоваться в научно-исследовательских работах.2. Разработана структура системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервов, которая являетсяуниверсальной 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 управленияпозволяют добиться более глубокой автоматизации, в том числеподготовительных операций, что, в свою очередь, существенно сокращает ручнойтруд в производственном цикле стерилизации консервов.5. Практическая реализация системы автоматического управленияпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве выполнена в видепрограммно-аппаратного комплекса с автоматизированным рабочим местом7оператора 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-аппаратногокомплекса управления процессом стерилизации пищевых продуктов в автоклавах»(договор №4612ГУ2/2014 от 23.12.2014, конкурс УМНИК 2-14-12).Большинство теоретических положений и практических решенийдиссертации использовано в учебном процессе при подготовке бакалавров понаправлениям 13.03.02 «Электротехника и электроэнергетика» и 15.03.06«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, акты внедрения и свидетельство о регистрациипрограммы для ЭВМ.8ОСНОВНЫЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении диссертации обоснована актуальность темы, сформулированыцели и задачи исследования, выделены объект и предмет исследования, приведеныметоды исследования, научная новизна, практическая значимость исследования иосновные положения, выносимые на защиту.В первой главе произведѐн анализ современного состояния консервнойпромышленности в России.

Установлено, что одним из перспективныхнаправлений развития консервной промышленности является совершенствованиетехнологического процесса стерилизации консервов.Представлены основные сведения о технологическом процессестерилизации консервов и виды процесса стерилизации. Рассмотрен самыйраспространѐнный способ стерилизации консервов в промышленности – тепловаяобработка продукта в автоклавах. Выделены особенности процесса: стадийность,управление двумя взаимосвязанными параметрами и использование для ихрегулирования четырѐх взаимосвязанных каналов управления.Обозначены основные направления совершенствования данного процессастерилизации, среди которых можно выделить рациональный выбор оборудованияи создание на его основе эффективной системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервов.Произведѐн анализ оборудования для стерилизации консервов, выявившийих недостатки.

Обзор стерилизационных установок выявил низкую степеньвнедрения средств автоматизации. Выполнен сравнительный анализ, каксуществующих систем управления технологическим процессом стерилизацииконсервов, так и самих установок для стерилизации консервов. Определено, чтосовременный технический уровень систем управления стерилизационнымиустановками не способен обеспечить сразу все критерии, которым должнасоответствовать система автоматического управления процессом стерилизации. Ккритериям относятся следующие показатели: точность ведения процесса потемпературе и по времени, поддержание противодавления в автоклаве с заданнойточностью, возможность быстрого перехода на стерилизацию новой продукции,универсальность системы управления к типу аппарата, простота в обслуживании,надѐжность и низкая стоимость.Обоснована необходимость разработки, выполнен структурный синтез ивыбор комплекса технических средств для реализации системы автоматическогоуправления технологическим процессом стерилизации с целью снижения долиручного труда, экономии энергоресурсов и повышения качества готовойпродукции.Во второй главе математически описаны связи параметровтехнологического процесса стерилизации консервов в автоклаве Б6-КАВ-2 с9управляющими воздействиями и возмущениями.

Изменение температуры вавтоклаве ΘАВТ представлено в виде уравнения баланса тепловой энергии:g ПАР r  g ХВ сВ   ХВ  В   gСЛ В сВ  qПОТ  qБ  qК  mВ сВгдеd В,dt(1)g ПАР – массовый расход пара через регулирующий клапан, кг/с;g ХВ – массовый расход холодной воды через регулирующий клапан,кг/с;gСЛ – массовый расход паровоздушной смеси через сливнойрегулирующий клапан, кг/с;qБ – тепловой поток к стерилизуемым банкам, Дж/с;qК – тепловой поток к корпусу автоклава, Дж/с;qПОТ – тепловые потери корпуса автоклава, Дж/с;о В – температура воды в автоклаве, С;о ХВ – температура холодной воды, С;d В – приращение температуры греющей среды за время dt;r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;оcВ – удельная теплоѐмкость воды, Дж/(кг С);mВ – масса воды в автоклаве, кг.Давление в автоклаве PАВТ, Па определяется двумя слагаемыми:парциальным давлением насыщенного водяного пара PПАР, Па и парциальнымдавлением воздуха PВОЗ, Па:PАВТ  PПАР  PВОЗ .(2)Разработанаматематическаямодельтехнологическогопроцессастерилизации консервов в автоклаве Б6-КАВ-2 при паровом способе нагрева вводе с противодавлением в виде структуры и описания динамических свойствпередаточными функциями (рисунок 1).

Особенностью модели является учетмногосвязности объекта управления и более полный учет внешних возмущений.Созданы предпосылки к разработке эффективных стерилизационных установокдля малых предприятий и крупных производств, а также совершенствованиясуществующих стерилизационных аппаратов с использованием разработаннойматематической модели. Предложенная математическая модель реализована наЭВМ с использованием программного средства MATLAB в приложении Simulink(рисунок 3) и может быть использована при исследовании различных вариантовпостроения системы автоматического управления, являясь более полной посравнению с моделями, полученными другими исследователями.Исследования, проведенные на имитационной модели, показалиадекватностьрезультатовмоделированияграфикам,полученнымэкспериментально на производстве (уровень отклонений не превысил 5%).10PПАР_+PАВТS КЛXПАРX maxd0Канал набора температуры2  ПАРg ПАР КЛ++r1+3,144qБPХВ+X maxd0PАВТXВОЗ+_++ Б 0qПОТg ХВК++К 0+ СВ FКОС+ АВТg СЛ КЛg ВОЗ+Канал охлаждениясВ3,144Канал сброса давлениясВ2  ВОЗ+1++  АВТPАВТS КЛ ВС FК ХВX maxd0БmК сК p3,144 КЛ+++2  ВОЗS КЛX maxd0PВОЗ КЛ+XСЛqК2  XВS КЛXХВ+ ВБ FБmБ сБ pPАВТ АВТmВ сВ p1_В0++В+1 mВОЗp+ АВТRPВОЗ+273++PАВТVВОЗ Канал набора давления3,144 АВТ0, 0014АВТ  0, 0693АВТ  5, 7942АВТ  24,929 АВТ  757, 749PПАР Б –температура банок, оС; ОС –температура окружающей среды, оС;  К –температура корпусаавтоклава, оС; FБ – площадь внешних поверхностей всех банок, м2; FК – площадь поверхностикорпуса автоклава, м2; mБ – масса банок, кг; mК – масса корпуса автоклава, кг; сБ – удельнаятеплоѐмкость банок с продуктом, Дж/(кгоС); сК – удельная теплоѐмкость корпуса автоклава,Дж/(кгоС);  ВБ – коэффициент теплоотдачи вода-банка, Дж/(м2соС);  ВС – коэффициент теплоотдачивода-сталь, Дж/(м2соС);  СВ – коэффициент теплоотдачи сталь-воздух, Дж/(м2 с оС); g ВОЗ – массовыйрасход воздуха через регулирующий клапан, кг/с; VВОЗ 0 – начальный объѐм воздуха в автоклаве, м3;R – газовая постоянная, Дж/(кг  К);  КЛ – коэффициент расхода клапана; PПАР – давление вмагистрали пара, Па; PХВ – давление в магистрали холодной воды, Па; PВОЗ – давление в магистраливоздуха, Па;  – плотность среды, кг/м3; S КЛ – площадь проходного сечения клапана, м2; X –d 0 - диаметрсигнал управления регулирующим клапаном, % хода регулирующего органа,проходного сечения, м.Рисунок 1 – Структурная схема математической модели технологическогопроцесса стерилизации консервов в автоклаве11В третьей главе предложена математическая модель системыавтоматического управления технологическим процессом в промышленномавтоклаве (рисунок 2), выполняющая регулирование температуры и давления наэтапе нагрева, собственно стерилизации и охлаждения, и учитывающая связьмежду этими двумя параметрами.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 2 - Структурная схема системы автоматического управлениятехнологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклавеРеализованная в Simulink система программного управления параметрамитехнологического процесса выполняет раздельное включение по стадиям процессарегуляторов в контуре управления температуры и одновременную работурегуляторов в контуре управления давлением (рисунок 3).Доказана целесообразность использования для автоматизации алгоритмовПИ-регулирования обеспечивающих поддержание температуры с точностью 0,01oС и алгоритмов П – регулирования, обеспечивающих регулирование давления сточностью 0,3 кПа на всех стадиях процесса стерилизации консервов в автоклаве,как наиболее соответствующих рассматриваемому случаю.

Характеристики

Список файлов диссертации