Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУ ВО «КГТУ»

Кафедра автоматизации производственных процессов

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Моделирование процесса охлаждения рыбы тузлуком в посольной ванне»

По дисциплине «Моделирование систем и процессов»

Работу выполнил:

студент Сабурин Алексей Александрович

Руководитель Паршилкина А.А.

г. Калининград

2018 г.



Оглавление

Введение

1. Описание технического процесса объекта

2. Параметрическая схема объекта

3. Разработка математической модели объекта

4. Определение передаточной функции объекта по переходной характеристике

5. Выбор типа и параметров настройки регулятора

6. Моделирование системы управления

7. Анализ результатов моделирования

Заключение

Список литературы



Введение

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микроконтроллеров в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надёжности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки морального старения изделий, но и придаёт им принципиально новые потребительские качества такие как расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.



1. Описание технологического процесса

Назначение установки - выработка соленого полуфабриката для холодного и горячего копчения, производства сушено-вяленой продукции, рыбной кулинарии. При необходимости на посольном участке производится готовая соленая продукция для реализации.

Установка для посола рыбы в пульсирующих тузлуках состоит из двух рядов ванн с двумя ваннами в каждом ряду, бака сборника тузлука, солерастворителя, насосов и управляющей аппаратуры, устройства подачи соли (шнека с электроприводом) и контейнера с солью. Бак-сборник снабжен паровым теплообменником и присоединен к водяной магистрали. Каждая ванна магистралями свободного слива тузлука по верхнему уровню и слива тузлука со стороны днища. Слив тузлука в бак-сборник по верхнему уровню осуществляется через общую магистраль, по нижнему краю через соответствующие клапаны (например - К2, К-10). Бак-сборник размещается ниже ванн, поэтому слив свободный.

Загрузка рыбы производится в перфорированные контейнеры, которые с помощью тельфера опускаются в посольные ванны. Емкость ванны -7 м³

Посол производится в пульсирующем тузлуке - концентрированном растворе соли в воде. Тузлук подается с момента загрузки ванны рыбой и заполняет её примерно за 10 минут и далее 1,5 часа продолжает поступать с одновременным сливом по верхнему уровню.

Затем осуществляется полный слив тузлука и следующие 1,5 часа рыба остается на воздухе. Длительность посола задается технологом и составляет 1-2 суток в зависимости от вида, жирности, размера рыбы и последующего использования полуфабриката.

Посольные ванны загружаются таким образом, ряду их количество было одинаково при полуфабрикате одного и того же назначения. В этом случае имеется возможность организовать пульсирующий посол в режиме перекачки рассола из одного ряда в другой через бак-сборник. Первый ряд заполняется насосом - Н1. При выходе из строя одного из насосов, любой из них должен обеспечивать заданный режим посола, поочередно работая на каждый ряд ванн.

В процессе посола плотность тузлука падает. Для поддержания ее в заданном диапазоне 0,17-0,20 г/см³, включается контур повышения концентрации, состоящий из насоса Н3, клапана К11, солерастворителя и обратного трубопровода. В процессе подкрепления тузлука уровень соли в солерастворителе понижается. Поддержание уровня соли в заданном диапазоне производится с помощью подачи соли.

В холодное время года тузлук в баке-сборнике должен подогреваться до 10-15 С⁰.

Режим работы установки: подготовка тузлука, пульсирующий посол, слив тузлука.

Подготовка тузлука заключается в наполнении бака-сборника водой до заданного уровня, обеспечивающего работу установки в течение 4 суток, заполнение солью солерастворителя, включение контура повышения концентрации тузлука. Режим подготовки заканчивается при достижении заданной концентрации.

Пульсирующий посол начинается после загрузки ванн и задания длительности цикла посола.

Момент слива тузлука определяется технологом на основании физико-математического анализа. Слив осуществляется одним из насосов (Н1, Н2) через клапан К5 в устройстве регенерации (восстановления) раствора или в канализацию.

Рабочий режим установки поддерживается с помощью САР уровней воды в баке-сборнике и соли в солерастворителе, температуры и концентрации тузлука в баке - сборнике.



Контролируемые параметры:

Наименование параметра	Обозначение	Номинальное значение	Пределы изменения	Требования точности измерения
Концентрация тузлука	Ст	1,17 г/см3	1,15-1,2 г/см3	0,02 г/см3
Температура тузлука	Тт	12 С0	10-15 С0	0,5 С0
Уровень тузлука	Нт	1800мм	+ 200 мм	10 мм
Состояние приводов насосов			Вкл -выкл
Состояние запорной арматуры			Откр-закр

Регулируемые параметры:

1) концентрация тузлука- С_т;

2)температура тузлука- Т_т;

3) уровень тузлука- Н_т.

Управляющие параметры:

1) расход соли;

2) продолжительность циркуляции тузлука в системе солерастворитель- бак-сборник;

3) расход пара;

4) расход тузлука.

2. Параметрическая схема объекта

Входные параметры:

G_в1- расход тузлука на входе;

T_пр1- начальная температура продукта (рыбы);

T_в1- начальная температура тузлука;

G_пр- расход продукта (рыбы);

B - теплофизические характеристики ПРОДУКТА

Выходные параметры:

G_в2- расход тузлука на выходе;

T_в2- конечная температура тузлука;

T_пр2-конечная температура продукта (рыбы);

Управляющие параметры:

?К- степень открытия клапанов;

Возмущающие параметры:

T_ос- температура окружающей среды;

? U- перепады напряжения.

3. Разработка математической модели объекта управления

Для описания температуры продукта (рыбы) в посольной ванне охлаждаемой посредством тузлука принимаем следующие допущения:

1) объект с сосредоточеными параметрами (т.е температура тузлука во всех точках одинакова);

2) теплофизические характеристики тузлука принимаем постоянными;

3) геометрические размеры объекта не зависят от температуры ( т.е. так как ванна открыта , то пренебрегаем испарением).

Охлаждение продукта (рыбы) в посольной ванне с помощью тузлука.

Q_пр = G_в1С_вT_в1 + G_прС_прT_пр1 (Вт)

Q_пр = (G_в1;T_{в1 ;} G_пр ;T_пр1)

Q_ух = G_в2С_вT_в2 - G_прС_прT_пр2 (Вт)

Q_ух = (G_в2 ;T_в2 ; G_пр;T_пр2)

m_прC_пр = ?G_в1С_вT_в1 + G_в1С_в ?T_в1 -

- ?G_прС_прT_пр1 - G_прС_пр ?T_пр1 - ?G_в2С_вT_в2- G_в2С_в ?T_в2

-? G_прС_прT_пр2 - G_прС_пр ?T_пр2 - Q_п. (1)

где G_в1- расход тузлука на входе (кг/с);

T_пр1- начальная температура продукта (рыбы) (С⁰ );

T_в1- начальная температура тузлука (С⁰ ) ;

G_в2- расход тузлука на выходе (кг/с);

T_в2- конечная температура тузлука (С⁰ );

T_пр2-конечная температура продукта (рыбы) (С⁰ ) ;

С_в- удельная теплоёмкость тузлука( Дж/ кг C⁰);

С_пр- удельная теплоёмкость продукта ( Дж/ кг C⁰);

m _пр- масса продукта (рыбы) (кг).

G_пр- расход продукта (рыбы) (кг/с);

Так как = Р

m _пр C _пр ?T_пр2 P+ G_прС_пр ?T_пр2 = ?G_в1С_вT_в1 + G_в1С_в ?T_в1 -

- ?G_прС_прT_пр1 -G_прС_пр ?T_пр1 --?G_в2С_вT_в2- G_в2С_в ?T_в2 -? G_прС_прT_пр2 - Q_п.

?T_пр2 (m _пр C _пр P+ G_прС_пр) = ?G_в1С_вT_в1 + G_в1С_в ?T_в1 - ?G_прС_прT_пр1 -

-G_прС_пр ?T_пр1 - ?G_в2С_вT_в2- -G_в2С_в ?T_в2 -? G_прС_прT_пр2 - Q_п.

?T_пр2 = ?G_в1 + ?T_в1 -

- ?G_пр - ?T_пр1 -

- ?G_в2- ?T_в2 -

- ? G_пр

Упрощаем уравнение, делим правую часть на G_прС_пр, получаем

?T_пр2 = ?G_в1 + ?T_в1 -

- ?G_пр - ?T_пр1 -

- ?G_в2 - ?T_в2 - ? G_пр.

далее находим функцию по управлению объекта:

W _упр = = =

так как = К, а = T_пр2 =>

=> W _упр=

Находим функции по возмущению:

W _{? (1)} = =

так как = К₂, а = T_пр2 =>

W _{? (2)} = = -

так как = К₃, = К₄ ,

а = _пр2 =>

W _{? (3)} = =

так как = К₅, а = T_пр2 =>

W _{? (4)} = =

так как = К₆, а = T_пр2 =>

W _{? (5)} = =

так как = К₇, а = T_пр2 =>

Согласно паспортных и табличных данных принимаем нижеперечисленные параметры:

где G_в1- расход тузлука на входе-0, 280 (кг/с);

T_пр1- начальная температура продукта (рыбы) -16С⁰;

T_в1- начальная температура тузлука - 5С⁰;

G_в2- расход тузлука на ыходе- 0,240 (кг/с);

G_пр- расход продукта (рыбы) 1 (кг/с);

T_в2- конечная температура тузлука - 10С⁰;

T_пр2-конечная температура продукта (рыбы) - 8С⁰ ;

С_в- удельная теплоёмкость тузлука- 4,2 Дж/ кг C⁰);

С_пр- удельная теплоёмкость продукта - 3,5 Дж/ кг C⁰);

L - трубопровода- 10 м.

W _упр = = = = = =

Находим функции по возмущению:

W _{? (1)} = = = = =

W _{? (2)} = = - = ==

W _{? (3)} = = = =

W _{? (4)} = = = = =

W _{? (5)} = = = = =

4. Определение передаточной функции объекта по его переходной характеристике

X_вх = 50% от номинального значения.

1) = = =36 с

2) h _уст = 16- 8= 8 С⁰

3) Постоянная времени объекта

Т_пост = 600-36= 564 с

4) Коэффициент усиления объекта

К_{об =} = = 0,4 с

W _об = K_обе^-pф = 0,4е^-36

Т_о +1 564p+1

5. Выбор типа и параметров настройки регулятора

K_п = 62,25; X₁= 93,42; X₂=235,29; T^x=141,87

1) K_п = 62,25x0,5= 31,125

2) K_п = 62,25x0,45=28,0125

K_и= = 0,2369

3) K_п = 37,35

K_и= = 0,5265; K_д= = 0,3290

Производим расчеты

K_п = 2820; X₁=2,01; X₂=3,98; T^x=1,97

П- регулятор:

0,5x K_п= 0,5x 2820=1410

ПИ- регулятор:

0,45x K_п= 0,45x 2820=1269

K_и== = 772,9949

ПИД- регулятор:

0,6x K_п= 0,6x 2820=1692

K_и== = 1717,7664

K_д== = 416,655

K_и== = 1717,7664



6. Моделирование системы управления

Проверяем все рассчитанные регуляторы:



7. Анализ результатов моделирования

По полученным переходным характеристикам можно сделать вывод, что больше всего подходит П- регулятор, поскольку все показатели качества наиболее благоприятны, по сравнению с другими регуляторами

циркуляция тузлук посол рыба регулятор



Прямые оценки качества регулирования:

Время регулирования T _рег= 350 сек.

Установившиеся ошибка- ошибки нет.

Перерегулирование

д= = x 100%= 18%



Заключение

Математическая модель объекта является основой для выбора структуры алгоритма функционирования и параметров настройки управляющего устройства. Целью курсовой работы явилась разработка математической модели объекта управления, а так же выбор параметров настройки регулятора. В качестве математической модели мы рассматривали посольную ванну, в которой продукт (рыба) охлаждается до 8 С⁰ за счет пульсирующего в системе тузлука

По результатам моделирования можно сделать вывод о том, что подобранный нами П- регулятор , оказал на показатели качества продукта в системе более благоприятное воздействие нежели другие типы регуляторов.



Список источников

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 768 с.

2. Гусев А.Н.,Вьюжанин В.А., Закаблуковский В.Д. Основы теории автоматического управления. Самар. аэрокосм.ун - т. Самара, 1996. 110 с.

3. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. М.: Машиностроение, 1978. 736 с.

4. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1969. 375 с.

Размещено на Allbest.ru

...