Главная » 2014 » Сентябрь » 25 » Скачать Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения. Пономаренко, Дмитрий Александрович бесплатно
03:46
Скачать Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения. Пономаренко, Дмитрий Александрович бесплатно
Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения
Диссертация
Автор: Пономаренко, Дмитрий Александрович
Название: Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения
Справка: Пономаренко, Дмитрий Александрович. Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения : диссертация кандидата технических наук : 05.18.12, 05.13.06 Мурманск, 2004 191 c. : 61 05-5/868
Объем: 191 стр.
Информация: Мурманск, 2004
Содержание:
Введение
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРА- 10 КРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ
11 Описание технологического процесса получения дыма
12 Установки для получения коптильной среды
13 Обзор существующих систем управления процессом дымообразования
14 Выбор структуры АСУ дымогенератором
15 Технология научного исследования по теме диссертации
16 Выводы по первой главе
2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ИНФРА- 54 КРАСНОМ ДЫМОГЕНЕРАТОРЕ И ВЫБОР РЕГУЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
21 Исследование распределения температурных полей по объему сырья (опилок) в 54 работающем ИК ДГ
22 Выбор регулируемых параметров и управляющих воздействий для АСУ усгановки холодного копчения
23 Выбор чувствительных элементов для АСУ дымообразованием
24 Выбор внутренней структуры регуляторов исследуемых контуров
25 Выбор регулирующих органов системы регулирования плотности дыма 82 26 Выводы по второй главе
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРА- 86 КРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ КОПТИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
31 Общие принципы получения математических моделей отдельных составляющих 86 технологического процесса получения дыма инфракрасным дымогенератором в процессе холодного копчения
32 Экспериментальное исследование процесса дымообразования в процессе холод- 95 ного копчения рыбы
33 Методика получения математических моделей динамических объектов
34 Выводы по третьей главе
4 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕ- 110 СКИМ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРАКРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ
41 Методы повышения эффективности технологического процесса холодного коп- 111 чения
42 Идентификация параметров процесса копчения
43 Оптимизация регуляторов системы управления технологическим процессом ды- 122 мообразования в процессе холодного копчения рыбы
44 Основные принципы работы регуляторов системы управления технологическим 130 процессом получения дыма инфракрасным дымогенератором
45 Аппаратное обеспечение системы управления процессом холодного копчения на 132 базе современных промышленных микроконтроллеров
46 Реализация программной части системы управления процессом холодного копче- 135 ния на базе современного лицензионного программного обеспечения
47 Исследование технологического процесса холодного копчения с использованием 140 разработанной системы управления технологическим процессом получения дыма инфракрасным дымогенератором
48 Выводы по четвертой главе 143 Заключение 144 Список литературы 146 Приложение 1 Результаты экспериментов по изучению распределения температур в 155 инфракрасном дымогенераторе в процессе работы установки
Введение:
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики задача повышения эффективности технологических процессов играет существенную роль, так как позволяет получать продукцию более высокого качества при одновременном увеличении выпуска готовой продукции из того же количества сырья и сокращении производственных затрат, связанных с технологическим процессом производства. Качество технологического процесса определяется тем, насколько оптимально проводится данный процесс.
Повышение эффективности процесса холодного копчения связано с интенсификацией процесса дымообразования. что позволяет поддерживать концентрацию дымовоздушной смеси в коптильной камере на максимально возможном при текущих внешних условиях уровне и сократить второй этап процесса холодного копчения, связанный с насыщением рыбы коптильными компонентами. Кроме того, контроль температуры дымообразования в процессе генерации дыма позволяет эффективно поддерживать необходимую температуру среды в коптильной камере. Температура дыма, по сути, является основным возмущающим воздействием для контура регулирования температуры дымовоздушной смеси в коптильной камере. Контроль этой температуры позволяет улучшить динамические характеристики контура регулирования температуры в камере, что связано с появлением дополнительной обратной связи по основному возмущающему воздействию. Внедрение автоматической системы управления процессом позволяет снизить затраты на производство единицы продукции путем постоянного контроля качества основных технологических процессов. Кроме того, введением в систему контуров сигнализации и регистрации параметров процесса исключается необходимость постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала.
Снижение себестоимости продукции может быть достигнуто за счет снижения количества топлива (опилок) для получения коптильного дыма путем постоянного контроля плотности дымовоздушной смеси в коптильной камере и снижения производительности дымогенератора до минимально необходимой при достижении плотностью дымовоздушной смеси максимально возможных в текущих условиях значений. Кроме того, для дымогеиераторов эндотермического типа с электрическим подогревом применение автоматической системы управления процессом дымообразования позволяет снизить затраты элекгроэненергии, необходимой для протекания процесса. Однако, применение автоматических систем управления с жестко заданными параметрами регуляторов, не позволяет достичь максимальной эффективности процесса копчения в целом ввиду изменения нарамефов самого процесса с чеченцем времени. Один из способов решения задачи упрааюния подобными процессами - построение адаптивной системы управления, изменяющей структуру и параметры своих регуляторов для получения наилучшего по выбранным критериям управления. Применение подобных систем позволяет приблизить условия протекания технологического процесса к оптимальным и повысить эффективность технологического процесса в целом.
Внедрение систем автоматического управления позволяет добиться повышения качества технологического процесса. Однако, это не исключает работу специалистов-технологов, разрабатывающих и обосновывающих технологические карты процессов. Автоматика способна минимизировать в динамике отклонения параметров процесса от парамегров. указанных в технологических картах, освобождая обслуживающий персонал технологических установок от необходимости постоянного ручного регулирования контролируемых параметров.
Для разработки подобных систем необходимо предварительно разработать методику исследования технологического процесса, что позволит получить необходимые исходные данные для синтеза систем управления. Применение современной компьютерной техники в качестве инструмента для проведения экспериментов согласно разработанной методике и для обработки полученных данных позволяет повысить качество результатов и сократить сроки исследований.
Несмотря на наличие промышленных систем управления со структурой, подобной вышеописанной (особенно в западных странах), высокая стоимость этих систем не позволяет использовать их для автоматизации производств средних и малых отечественных предприятий, бюджет которых зачастую сопоставим со стоимостью подобных установок. Следовательно, возникает необходимость в разработке достаточно эффективных и недорогих отечественных установок с автоматическими системами управления, которые требуют минимальных затрат на изготовление и внедрение, минимальные сроки окупаемости и как следствие повышенный спрос.
Таким образом, задача разработки недорогой и доступной адаптивной компьютерной системы управления, обеспечивающей повышение эффективности процесса холодного копчения путем интенсификации процесса дымообразования и сокращения времени насыщения сырья коптильными компонентами при сохранении высокого качества выпускаемой продукции, является актуальной, практически полезной, требующей решения.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса дымогенерации при холодном копчении рыбы и процесса холодного копчения рыбы в целом за счет применения многоконтурной адаптивной системы автоматического управления процессом при сохранении высокого качества выпускаемой продукции. Разработка контура управления генерацией дыма системы и ее научное обоснование является главной задачей работы. Для решения главной задачи решены следующие вспомогательные задачи:
1. Проведены предварительные исследования процесса дымообразования, протекающего в автоматизируемом дымогенераторе, с целью получения представления о законах, которым подчиняегся данный процесс.
2. Разработана методика исследования процесса дымообразования с целью получения моделей в терминах "вход-выход" с помощью передаточных функций.
3. Разработаны необходимые способы измерения и датчики параметров процесса, структура многоконтурной адаптивной АСУ на основе исследования процесса дымообразования в процессе холодного копчения.
4. Разработана методика предварительной идентификации параметров моделей исследуемых процессов на базе современных математических программных пакетов, система идентификации параметров модели, функционирующая в режиме реального времени, программно реализована методика синтеза оптимальных регуляторов концентрации дымовоздушной смеси коптильной камеры и регулятора температуры дымообразования.
5. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение компьютерной многоконтурной адаптивной АСУ процессом дымообразования в процессе копчения.
Научная новизна работы. В диссертации впервые решены следующие вопросы:
• исследовано распределение температурных полей по кассете с опилками инфракрасного дымогенератора (ИК ДГ) эндотермического типа в процессе его работы при различных начальных условиях и выведены математические зависимости температуры дымообразования от этих условий;
• выведена зависимость коэффициента теплового рассеивания от начальной влажности опилок в кассе] е работающего ИК ДГ";
• разработана и опробована методика построения математических моделей в терминах "вход-выход", описывающих динамику отдельных составляющих процесса дымообразования на базе математического программного пакета Matlab;
• проведено исследование работоспособности и эффективности компьютерной адаптивной системы управления процессом дымообразования при холодном копчении, показывающее, что разработанная адаптивная система управления позволяет добиться повышения эффективности технологического процесса при сохранении высокого качества продукции.
Практическая ценность работы. Разработана и научно обоснована концептуальная модель коптильной среды как объекта управления в процессе дымообразования с целью построения функциональной схемы АСУ. Разработана методика исследования распределения температурных полей внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора эндотермического типа. Исследовано распределение температурных полей в инфракрасном дымогенерагоре конструкции Ершова-Шокиной. Построена и обоснована функциональная схема двухконтурной системы стабилизации концентрации дымовоздушной смеси с обоснованием выбора наблюдаемых величин и управляющих воздействий. Обоснованы и спланированы эксперименты по определению параметров моделей контуров стабилизации концентрации дымовоздушной смеси и регулирования температуры дымообразования. Разработана и опробована методика обработки экспериментальных данных с целью получения исходных математических моделей процесса. Практически подтверждена возможность использования полученных моделей для настройки системы автоматического управления процессом дымообразования при холодном копчении рыбы. Полученные алгоритмы, методики и аппаратно-программный комплекс могут быть использованы в научно-исследовательских работах, направленных на изучение технологических процессов пищевой промышленности и разработку систем управления технологическими процессами. Использование адаптивной системы автоматического управления процессом дымообразования при холодном копчении позволяет снизить себестоимость продукции при сохранении высокого качества.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием апробированных расчетных методик, согласованием расчетных и реальных данных по результатам эксперимента.
В диссертации защищается научное положение: эффекгивносгь процесса холодного копчения рыбы повышена путем применения многоконтурной ада)пивной системы автоматического управления процессом дымогенерации. которая позволяет сократить время второго лапа процесса копчения (этапа насыщения сырья кошильными компонентами) за счет непрерывного поддержания концентрации дымовоздушной смеси на максимально возможном уровне и контроля температуры коптильного дыма, а также поддерживает заданные оптимальные характеристики технологического процесса за счет непрерывной идентификации моделей объекта управления, используемых для расчета огггим&тьных параметров соответствующих регуляторов. Внедрение компьютерной системы управления дает экономический эффект при сохранении качества продукции.
Внедрение. Результаты диссертационной работы в виде компьютерной системы управления, представляющей собой аппаратно-программный комплекс на базе персонального IBM-совместимого компьютера внедрены в лаборатории "Современных технологических процессов переработки пщробионтов" кафедры ТПП Ml ТУ. Проведена опытная эксплуатация системы управления коптильной установкой МГТУ. По результатам экспериментального исследования технологического процесса холодного копчения разработан учебный тренажер системы управления процессом холодного копчения на базе SCADA-системы (программной системы диспетчерского контроля и сбора данных) Genie 3.0 фирмы Advantech. Тренажер установлен в лаборатории компьютерных систем управления кафедры Судовой автоматики и вычислительной техники МГТУ и внедрен в учебный процесс по специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов и производств" (по рыбопромышленной отрасли) при изучении дисциплин '"Программные средства систем автоматического управления", "ЭВМ и аппаратные средства систем автоматизации и управления".
В диссертации защищаются: методика исследования распределения температурных полей в дымогенераторах эндотермического типа; разработанная двухконтурная структура АСУ процессом дымообразования при копчении; выведенные математические зависимости температуры внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора конструкции Ершова-Шокиной от времени, геометрических размеров кассеты и начальной влажности опилок; методика построения динамических моделей процесса дымообразования при копчении в терминах "вход-выход"; алгоритмы адаптивного управления, учитывающего изменения внутренних и внешних условий в ходе протекания процесса.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и были одобрены на: научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ (Мурманск, 2001); всероссийской конференции "Наука и образование 2002", (Мурманск, 2002); всероссийской конференции "Наука и образование 2003", (Мурманск, 2003).
Кроме того, было получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, которая является частью разработанного в ходе диссертационного исследования программного обеспечения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (111 наименований) и 4 приложений. Работа изложена на 154 страницах, содержит 44 рисунка и 3 таблицы. В приложениях представлены результаты экспериментов и листинги программ.
