122648 (592703), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Q_ст = 1,87 ( 40 - 20 ) 9,73 = 363,8 Вт.

При этих данных температура на внутренней поверхности стенок камеры расстойного шкафа составит

,

аналогично, на наружной поверхности

,

Степень расхождения между первым и вторым приближениями для каждой из этих температур:

_т’ = 100 ( 36 - 35,8 )/ 36 = 0,6%;

_т’ = 100 ( 24,6 - 24 )/ 24 = 2,5%.

Это допустимо. В этой связи результаты второго приближения принимаем за окончательные.

Для них выполним проверку на наличие или отсутствие конденсации пара из парогазовой среды на внутренней поверхности стенок камеры расстойного шкафа. Во избежание нежелательной конденсации пара необходимо, чтобы температура на внутренней поверхности стенок Т’_cт превышала температуру точки росы Т_р:

Т’_cт Т_р.

Для оптимальных (расчетных параметров) расстойки - температуры парогазовой среды 40 С и относительной влажности 75%, согласно данным таблиц, температура точки росы

Т_р = 34,5С.

Отсюда следует, что в нашем случае конденсация пара на внутренней поверхности стенок в установившемся режиме работы расстойного шкафа отсутствует.

Окончательная формула потери теплоты через стенки расстойного шкафа, с учетом того что

К_ст = k_cт S_ст = 1,87 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишется как

Q_ст = 18,2 (Т_возд - Т_ос),

где Т_ос - температура окружающей среды.

Система дифференциальных уравнений

Таким образом, для моделирования работы системы управления расстойным шкафом необходимо решить систему дифференциальных уравнений:

T = T_зад - T_возд - сигнал рассогласования;

;

Q_тэн = 3,6568 (Т_тэн - Т_возд);

dT_тэн/dt = (2000 - Q_тэн)/(470 0,4);

Q_теста = 148,8 (Т_возд - Т_теста);

dT_теста/dt = (Q_теста + 100)/( 3000 120);

Q_тел = 42 (Т_возд - Т_тел);

dT_тел/dt = Q_тел / (500 50);

Q_ст = 18,2 (Т_возд - Т_ос);

Q_возд = Q_тэн - Q_теста - Q_тел - Q_ст ;

dT_возд/dt = Q_возд /(10792,22).

Расчет и идентификация процессов протекающих в расстойном шкафу

Для расчета термодинамических процессов происходящих в камере расстойного шкафа при расстойке тестовых заготовок, а также для выбора параметров СУ обеспечивающих заданный режим, была разработана программа для ЭВМ, моделирующая работу системы управления расстойным шкафом. Блок-схема данной программы приведена на чертеже, а текст программы приведен в Приложении 1. По результатом работы программы были построены переходный процесс и фазовый портрет (см. рис.4.1, рис.4.2 и графики). При этом мощность ТЭНов и допуск на отклонение температуры воздуха в камере расстойного шкафа от заданного значения были выбраны исходя из результатов исследований, изложенных в разделе 6. Из графика переходного процесса видно, что, после выхода в установившийся режим, температура циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха поддерживается на заданном уровне, не выходя за пределы заданного допуска, а температура поверхности тестовых заготовок достигает заданной к окончанию времени расстойки. Это говорит о правильности расчетов и верности выбора параметров СУ.

Также была проведена идентификация разработанной модели СУ расстойного шкафа с работающим образцом. Отклонения параметров работы модели от образца оказались небольшими, что указывает на правильный выбор допущений и упрощений, сделанных в процессе разработки данной модели.

Делаем вывод, что упрощенная математическая модель может быть с успехом использована для расчета параметров работы расстойного шкафа и его системы управления.

Выбор элементов и конструкции системы управления расстойным шкафом

Состав системы управления

Исходя из требований, предъявляемых к системе управления расстойным шкафом, входящим в состав минипекарни, в данном дипломе была выбрана следующая конструкция СУ, представленная на чертежах.

В состав данной системы управления входят следующие элементы:

Блок подогрева и увлажнения циркулирующего воздуха

Конструктивные элементы

Герметичная металлическая емкость ;

Верхняя крышка;

Крышка ТЭНов;

Крышка датчиков уровня воды;

Нагревательные элементы (ТЭНы)

ТЭН подогрева воздуха;

ТЭН подогрева воды;

Элементы систем подачи и слива воды

Фильтр поступающей воды;

Электроклапан подачи воды;

Электроклапан подачи воды для очистки от накипи;

Наливные и сливные трубопроводы;

Сливной насос;

Элементы системы циркуляции влажного воздуха

Циркуляционный вентилятор;

Приводной мотор циркуляционного вентилятора (асинхронный трехфазный двигатель 4АМ80Л4);

Воздуховод;

Датчики

Датчик температуры циркулирующего воздуха;

Датчик относительной влажности циркулирующего воздуха;

Датчик предельно допустимой температуры ТЭНов;

Датчики уровня воды

Датчик максимального уровня воды;

Датчик минимального уровня воды, при котором начинается ее доливка;

Датчик опасного, вследствие оголения ТЭНов поддержания влажности, уровня воды;

Блок электронной системы автоматического управления

Автоматический отключатель;

Предохранители;

Преобразователь частоты ACS 301-2P1-3 фирмы АББ;

Система автоматического управления;

Реле включения ТЭНов

Реле включения ТЭНа поддержания температуры циркулирующего воздуха;

Реле включения ТЭНа поддержания относительной влажности циркулирующего воздуха;

Трансформатор для питания мотора сливного насоса;

Задатчики

Задатчик скорости вращения циркуляционного вентилятора;

Задатчик допуска поддерживаемой температуры;

Разъемы

Разъем питания;

Разъем датчиков;

Разъем панели управления;

Разъем сервисный, служащий для наладки, контроля и поиска неисправности в системе управления расстойным шкафом;

Панель управления

Выключатели

Выключатель питания;

Выключатель управления;

Задатчики

Здатчик температуры;

Задатчик влажности;

Индикатор температуры;

Индикаторные лампы

Лампа включения питания;

Лампа возникновения неисправности;

Лампа включения сливного насоса;

Лампа включения ТЭНа поддержания температуры циркулирующего воздуха;

Лампа включения ТЭНа поддержания относительной влажности циркулирующего воздуха;

Принцип работы системы управления расстойным шкафом

При включении выключателя питания СУ расстойным шкафом запускает мотор циркуляционного вентилятора, который обеспечивает циркуляцию воздуха в камере расстойного шкафа. При этом на панели управления загорается лампа включения питания. Скорость вращения мотора циркуляционного вентилятора, влияющая на скорость циркуляции воздуха, задается с помощью задатчика скорости циркуляционного вентилятора и поддерживается с помощью преобразователя частоты. Одновременно происходит слив воды из блока подогрева и увлажнения циркулирующего воздуха с последующим набором новой воды и переходом в режим очистки ТЭНов поддержания влажности от накипи, путем их кратковременного включения с непрекращающимся сливом и набором воды. Во время этой операции на панели управления горит лампа Слив/Очистка.

При включении выключателя управления СУ переходит в режим поддержания температуры и относительной влажности, заданных задатчиками температуры и влажности.

При недостаточной температуре циркулирующего воздуха в камере расстойного шкафа система управления выдает сигнал на включение ТЭНов поддержания температуры, которые, находясь в потоке циркулирующего воздуха, нагревают его, а он, в свою очередь, передает энергию тестовым заготовкам, расположенным на тележках в камере расстойного шкафа. О работе ТЭНов поддержания температуры воздуха информирует соответствующая лампа на панели приборов, горящая при включенных ТЭНах. При превышении температуры циркулирующего воздуха заданной с помощью задатчика температуры на панели управления на величину допуска, установленного задатчиком допуска на поддерживаемую температуру, система управления выдает сигнал на отключение ТЭНов поддержания температуры. Циркулирующий в камере расстойного шкафа воздух за счет потерь энергии через стенки и на прогрев тестовых заготовок и тележек начинает охлаждаться. При понижении его температуры до нижнего значения допуска, система управления выдает сигнал на включение ТЭНов подогрева воздуха. Таким образом обеспечивается поддержание заданной температуры циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха.

Поддержание относительной влажности циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха происходит аналогично. При недостаточной влажности система управления выдает сигнал на включение ТЭНов поддержания влажности, которые, находясь в воде, нагревают ее. При этом испарившаяся часть воды идет на увлажнение циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха. При достижении заданной с помощью задатчика относительной влажности на панели управления влажности воздуха система управления выдает сигнал на отключение, а при ее понижении (за счет конденсации) на величину допуска - на включение ТЭНов поддержания влажности. О работе ТЭНов поддержания относительной влажности воздуха в камере расстойного шкафа информирует соответствующая лампа на панели приборов, горящая при включенных ТЭНах. Уровень воды в блоке увлажнения и нагрева поддерживается автоматически.

Система управления обеспечивает безопасность работы расстойного шкафа. Для предотвращения последствий коротких замыканий электрические цепи питания снабжены автоматическими отключателями и предохранителями. Для предотвращения поражения обслуживающего персонала пекарни электротоком выполнено защитное зануление. Для предотвращения перегрева ТЭНов поддержания температуры предусмотрен датчик допустимой температуры данных ТЭНов, а для предотвращения перегрева ТЭНов поддержания влажности предусмотрен датчик контроля минимально допустимого уровня воды в блоке подогрева и увлажнения. При любой неисправности система управления отключает все работающие устройства и подает сигнал путем зажигания на панели управления лампы неисправности.

Расчет параметров СУ, обеспечивающих заданный режим

Выбор мощности ТЭНов

Мощность ТЭНов в системе управления расстойным шкафом должна удовлетворять следующим условиям:

Должен быть обеспечен быстрый выход в установившийся режим работы расстойного шкафа;

Периодичность циклов включения-выключения ТЭНов не должна быть очень высокой и слишком низкой;

Допустимая температура нагрева ТЭНов не должна превышаться.

Путем перебора нескольких значений мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха в камере расстойного шкафа и последующего расчета переходного процесса с помощью программы (см. Приложение 1) было выяснено, что оптимальной для данного объема камеры расстойного шкафа и заданного допуска на отклонение поддерживаемой температуры является мощность ТЭНов, равная

P_тэн =2000 Вт.

При такой мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха процесс выхода в установившееся состояние занимает примерно 15 минут, периодичность циклов включения‑выключения составляет около 2-х минут, а перегрев ТЭНов выше максимально допустимой температуры не происходит.

Выбор мощности ТЭНов поддержания влажности воздуха в камере расстойного шкафа произведем из условия, что нагрев испаряемой воды с температуры начала расстойки до температуры кипения должен происходить не более чем за 510 мин с начала процедуры расстойки:

T_{тэн вл} = c_воды m_воды (100 - T₁)/t,

где c_воды - теплоемкость воды:

c_воды = 4200 Дж/(кггр);

m_воды - масса воды в блоке увлажнения и подогрева:

m_воды = 5 кг;

T₁ - температура воды в начале расстойки:

T₁ = 20С.

Тогда:

T_{тэн вл} = 4200 5 (100 - 20)/ 450 = 3733 Вт.

Выбираем T_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбор допуска на отклонение температуры

При моделировании процессов в расстойном шкафу было выяснено, что необходимо выбирать допуск на отклонение поддерживаемой температуры от заданной, по границам которого система управления включает и выключает ТЭНы, меньше чем данный в задании. Это связано с тем, что при поддержании температуры в камере расстойного шкафа присутствуют большие запаздывания, вызванные характером моделируемого объекта. По результатам моделирования с различными допусками на отклонение температуры стало ясно, что оптимальным для данного случая является допуск на отклонение поддерживаемой температуры в 2 раза более строгий, чем данный в задании. Такой допуск обеспечивает невыход температуры за допустимые пределы и, в то же время, не делает слишком коротким цикл включения-выключения ТЭНов, что положительно сказывается на их ресурсе и ресурсе включающих их реле.

Расчет циркуляционного вентилятора

Подбор циркуляционного вентилятора осуществляется по его объемной производительности (V_цир) и напору (Н_цир).

Объемная производительность расчитывается по формуле:

V_цир = _возд f_шк / 2 ,

где _возд - скорость движения воздуха в камере расстойного шкафа:

Характеристики

Список файлов ВКР