Автоматизация регулирования температуры стерилизации виноматериалов в автоклавах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕ - СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Факультете: “Технология пищевых производств”

Кафедра: “Информатика, автоматизация и управление”

По предмету: “Автоматизация технологических процессов”

Курсовая работа

Тема: “Автоматизация регулирования температуры стерилизации вино материалов в автоклавах”

Введение

Автоматизация производства - одно из главных направлений технического прогресса. В связи с развитием автоматики появилась возможность освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. При автоматизации машины уже не только заменяют физический труд человека, но и выполняют функции управления производством. При этом процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации производятся автоматически. В автоматизированном производстве обслуживающий персонал занимается наладкой механизмов и систем управления.

Автоматизация производства связана с развитием науки, техники, технологии и является закономерным продолжением механизации производственных процессов. В то же время автоматизация - это качественно новый этап развития производства. В результате автоматизации увеличивается производительность оборудования, снижается себестоимость, сокращается брак и повышается безопасность работы, улучшается санитарное состояние цехов и т.д. Интенсивной особенностью автоматизации является её влияние на технологию и оборудование производства. В настоящее время все вопросы создания новой техники решаются комплексно. Технологические процессы и оборудование проектируется с расчетом на максимальную автоматизацию, что позволяет повышать экономичность и моторесурс оборудования.

О стерилизации расфасованного винопродукта

Автоматическое регулирование температуры стерлизации винного материала в автоклавах отличается ещё с тем что срок пастеризованного расфасованного винопродукта составляет не более 40 дней. Поэтому в работе предложено применение стерилизации расфасованного винопродукта, срок хранения которой можно исчислять месяцами и даже годами. Высокое качество вино продукции обеспечивается четкой и слаженной работой всех звеньев процесса переработки: начиная с расфасовки и заканчивая стерилизацией. Стерилизация - один из самых ответственных этапов переработки сельскохозяйственных продуктов. Для стерилизации расфасованного винопродукта можно применять аппараты периодического действия, к которым относятся автоклавы. Автоматизированная система управления автоклавом может быть успешно построена на приборах ОВЕН.

Тепловую обработку расфасованного винопродукта в аппаратах, предназначенных для стерилизации, можно проводить двумя способами: острым насыщенным паром без противодавления (для расфасованного винопродукта в жестяной таре объемом до 500 см2) и водой, подогреваемой паром, с противодавлением (для расфасованного винопродукта в стеклянной таре и в жестяных банках в основном больших объемов).

Противодавлением называют давление, искусственно создаваемое внутри аппаратов стерилизации во избежание нарушения целостности расфасованного винопродукта в процессе стерилизации. Нарушение целостности расфасованного винопродукта связано с тем, что при нагреве содержимого бутылки в ней образуется избыточное давление. Величина избыточного давления зависит от вида содержимого расфасованного винопродуктава, содержания в нем воды, воздуха, газов, объемного расширения продукта в процессе нагрева.

При стерилизации расфасованного винопродукта в паровой среде по сравнению со стерилизацией в воде обеспечивается более равномерное по объему распределение температуры внутри бутылки при одинаковых формулах стерилизации.

Корзины, наполненные банками, осторожно загружают в автоклав, пускают пар для вытеснения основной массы воздуха, затем автоклав закрывают, одновременно открывая продувной кран на крышке автоклава, вставляют термометр в гнездо, заполненное минеральным маслом и открывают вентиль для спуска конденсата. После нагревания автоклава закрывают продувной кран и вентиль линии отвода конденсата, поднимают температуру до температуры собственно стерилизации и с этого момента ведут процесс в соответствии с режимом стерилизации. При колебании температуры в автоклаве ее регулируют подачей пара и спуском конденсата.

По окончании собственно стерилизации прекращают подачу пара и для предупреждения нарушения герметичности банок постепенно и осторожно выпускают из автоклава пар и остаток конденсата и таким образом понижают давление в автоклаве до нуля по показателям манометра.

Составление компьютерной модели объекта стерилизации расфасованного винопродукта

В качестве задания мне поручена расчет оптимальной системы регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклаве.

Основные показатели, определяющий ход технологического процесса регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклаве и пределы его изменения примем равным:

tmax =124 oC; tmin =120 oC; tурт=-122 oC; Тогда пределы изменения

dt= +-2 oC.

Управляющим параметром принимаем подачу энергии греющего пара с расходом = 2 дм3/с

Изучаем управляемого параметра, его среднее значение, пределы изменения, допустимая ошибка, приведенная погрешность. Выбираем датчика, преобразователя и вторичного прибора, исполнительного механизма.

Объект автоматизации теплообменника состоит из квазиаппарата греющей камеры водяным паром, квазиаппарата стенки воспринимающей тепло и квазиаппарата камеры стерилизация расфасованного винопродукта.

Максимальное значение коэффициента усиления объекта:

Kоб =

К = = 1 oC/ дм3/с

Учитывая последовательность соединение всех квазиаппарат-емкостей, коэффициент усиление всего объекта будет равно К = К1*К2*К3. Здесь К1, К2, К3 - коэффициент усиления соответствующих емкостей. Значит,

К = К1*К2*К3 = 1

Значения К1, К2, К3 выбирают в соответствии с заданием и параметрам объекта управления. К1 =1; К2 =1; К3=1

Инерция объекта определяется как соотношение объема к объемному расходу передаваемой управляющей информации, в виде:

Тоб =

Анализ квазиаппаратов показывает, что по регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклавах, где ее объём в автоклаве принимаем равной 26 дм3/сек, тогда:

Т1 ==13 сек

Для квазиаппарата теплопередающая стенка имеем

Т2 ==1.2 сек

Для квазиаппарата стерилизации расфасованного винопродукта 68 дм3 в рабочем объеме автоклава для расфасованного винопродукта имеем,

Т3 ==34 сек

С помощью программы МАТЛАБ составим компьютерную модель для получения динамических показателей. Принимая последовательное соединение квазиаппаратов, для 3-х емкостного объекта

Рис. 1. последовательное соединение квазиаппаратов, для 3-х емкостного объекта

Рис. 2. Компьютерная модель последовательного соединения квазиаппаратов для получения динамических показателей 3-х емкостного объекта

температура стерилизация автоклав квазиаппарат

График переходного процесса под воздействием возмущения на объект выглядит следующим образом:

После составления компьютерной модели, нажав на кнопку старта симуляции, предварительно задав время 10 рассмотрим график переходной функции температуры расфасованного винопродукта. Как видно объект имеет характер устойчивого инерционного звена.

Рис. 3. График переходной функции температуры расфасованного винопродукта

Из графика видно, что температура повышается в пределах устойчивости, что удовлетворяет условию.

Разработка системы автоматического регулирования стерилизация расфасованного винопродукта

Для разработки САР стерилизация расфасованного винопродукта необходимо следующее:

Досконально изучается объект

Определяем параметры. Из числа входных выбираем управляющий параметр. В данном случае это расход пара.

Из числа выходных параметров выбираем управляемый параметр - температура материала - расфасованного винопродукта

Определяем характер объекта

Определяем математическую и компьютерную модели

Имея в виду модель объекта, составляется компьютерная модель САР стерилизация расфасованного винопродукта

Проводятся эксперименты на компьютере, выявляются оптимальные параметры регулятора САР стерилизация расфасованного винопродукта

Рис. 4. Компьютерная модель САР стерилизация расфасованного винопродукта

В САР системы стерилизация расфасованного винопродукта входят: блок для создания ступенчатого возмущения (StepInput); блок, исполнительный механизм, объект системы стерилизация расфасованного винопродукта, помещенный в подсистему; датчик; автоматический регулятор; задающее воздействие (Рис. 4).

Из серии различных законов регулирования был выбран пропорционально - интегральный регулятор с коэффициентами: Ki= 0.0002, Kp= 0.001. (Рис.5)

Рис. 5. Компьютерная модель пропорционально - интегрального регулятора

Проводя серию экспериментов, получены результаты компьютерного моделирования системы управления объектом по компьютерной модели (в МАТЛАБ) и ПИ регулятором:

Рис. 6. График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: Ki= 0.003; Kp= 0.009,

График изменения температуры при коэффициентах: Ki= 0.003; Kp= 0.009, в начале устойчив, затем сильно отклоняется от заданного значения (Рис. 4)

График изменения температуры при коэффициентах: Ki= 0.004; Kp= 0.009, в начале не изменяется, затем отклоняется от заданного значения (Рис. 5)

Рис. 7. График изменения температуры при коэффициентах: Ki= 0.004; Kp= 0.009,

График изменения температуры при коэффициентах: Ki= 0.00023; Kp= 0.009, с небольшим отклонениями график за время 75 секундприходит в устойчивое положение (Рис. 7)

Рис. 7. График изменения температуры при коэффициентах: Ki= 0.0002; Kp= 0.002.

График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: Ki= 0.0002; Kp= 0.002, график не отклоняется от заданного значения, за время 60 секунд приходит в устойчивое положение (Рис. 7)

Рис. 9. График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: Ki= 0.0002; Kp= 0.001,

График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: Ki= 0.0002; Kp= 0.001, график не отклоняется от заданного значения, быстро приходит в устойчивое положение, в течение 20 секунд. Такие коэффициенты можно считать оптимальным, и использовать для данной системы стерилизация расфасованного винопродукта. (Рис. 9)

Измерение погрешности системы автоматического регулирования

Система автоматического регулирования стерилизация расфасованного винопродукта имеет следующий вид:

В качестве примера возьмем регулирования регулирования температуры стерлизации расфасованного винопродукта в автоклавах. Степень точности системы автоматического регулирования можно найти по полученным выходным сигналам датчиков и измерительных устройств. Погрешность системы автоматического регулирования находим по абсолютной, относительной и приведенной погрешностям.

Погрешность системы автоматического регулирования вычисляем с помощью класса точности измерительных приборов. Общую погрешность находим путем умножения этих данных

- степень точности датчика температуры;

- степень точности регулятора;

Степень точности датчика температуры концентрации находим по следующей формуле:

д - класс точности датчика. д 0.5;

Степень точности регулятора:

рег - класс точности регулятора.р 0.5;

Находим абсолютную погрешность системы автоматического регулирования:

0.995 ? 0.9950.990.

Приведенная погрешность системы автоматического регулирования находим по формуле:

.

Абсолютную погрешность системы автоматического регулирования регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклавах вычисляем из формулы:

- конечная граница измерения: 100

- начальная граница измерения: 0

Таким образом абсолютную погрешность системы автоматического регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклавах:

Относительная погрешность равна:

- абсолютная погрешность системы автоматического регулирования;

-среднее значение; -20%

Таким образом выбранная система автоматического регулирования температуры стерилизации расфасованного винопродукта в автоклавах имеет погрешность в 1%.

Вывод

В данной курсовой работе была рассмотрена автоматическое регулирование температуры стерлизации винного материала в автоклавах. Срок пастеризованного расфасованного винопродукта составляет около 40 дней. Поэтому в работе предложено стерилизация расфасованного винопродукта, срок хранения которой можно исчислят месяцами даже годами. Исходя из входных и выходных параметров, были определены управляющие и управляемые параметры.

В ходе данной работы была написана математическая модель объекта на основе аналитической идентификации процесса стерилизация расфасованного винопродукта. С помощью программы MATLAB была составлена компьютерная модель стерилизация расфасованного винопродукта, что позволило наблюдать за процессом, возникающим внутри объекта. Было дано возмущение, и можно было увидеть график переходного процесса. Исходя из полученных данных, рассчитан и выбран регулятор стерилизация расфасованного винопродукта. Наиболее подходящим для данного объекта стерилизация расфасованного винопродукта оказался пропорционально - интегральный (ПИ) регулятор, с коэффициентами Kp =0.3; Kинт =0.0002 Такой регулятор работает быстрее и не имеет статическую ошибку. Выбрав оптимальные параметры регулятора предложена система автоматического регулирования.

Использованная литература

Автоматизация технологических процессов. Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах. ГОСТ 21. 04-85

АртиковА., Компьютерные методы анализаи синтеза химико - технологических систем. Учебник. Ташкент - 2012 г.

Афонин, А.М. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации: Учебное пособие/ А.М. Афонин, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова, Ю.Е. Ефремова. - М.: Форум, 2011. - 192 c.

Ермоленко, А.Д. Автоматизация процессов нефтепереработки: Учебное пособие / А.Д. Ермоленко, О.Н. Кашин, Н.В. Лисицын; Под общ.ред. В.Г. Харазов. - СПб.: Профессия, 2012. - 304 c.

Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.А. Иванов. - М.: Форум, 2012. - 224 c.

Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.:Химия, 1985г.

Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.М., Автоматизация химических производств, учебное пособие для вузов. - М:.Химия, 1982. 295стр

Схиртладзе, А.Г. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебник / А.Г. Схиртладзе, А.В. Федотов, В.Г. Хомченко. - М.: Абрис, 2012. - 565

Фельдштейн, Е.Э. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учебное пособие / Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. - М.: НИЦ ИНФРА-М, Нов.знание, 2013. - 264 c.

Шаловников, Э.А. Основы автоматизации производственных процессов нефтегазового производства: Учебное пособие для студ. учреждений высш. проф. образования / М.Ю. Прахова, Э.А. Шаловников, Н.А. Ишинбаев; Под ред. М.Ю. Прахова. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 256 c.

Размещено на Allbest.ru