Автоматизация регулирования температуры стерлизации виноматериалов в автоклавах

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”

Курсовая работа

По предмету: “Автоматизация технологических процессов”

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

ТАШКЕНТ 2019

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 стерлизации расфасованного винопродукта в автоклаве.

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

t_max =124 ^oC; t_min =120 ^oC; t_урт=-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*К_3. 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 определяетя как соотношение объема к объемному расходу передоваемой управляющей информации, в виде:

Тоб =

анализ квазиаппаратов показывает, что по регулирования температуры стерлизации 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 стерлизации 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

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:

1. Досконально изучается объект

2. 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

3. Определяем характер объекта

4. Определяем математическую и компьютерную модели

5. 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: K_i= 0.0002, K_p= 0.001. (Рис.5)

Рис. 5 Компьютерная модель пропорционально - интегрального регулятора

стерилизация винопродукт автоматический компьютерный

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: K_i= 0.003; K_p= 0.009

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

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

Рис. 7 График изменения температуры при коэффициентах: K_i= 0.004; K_p= 0.009

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

Рис. 7 График изменения температуры при коэффициентах: K_i= 0.0002; K_p= 0.002

График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: K_i= 0.0002; K_p= 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: K_i= 0.0002; K_p= 0.001

График изменения температуры расфасованного винопродукта при коэффициентах: K_i= 0.0002; K_p= 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 стерлизации расфасованного винопродукта в автоклавах вычисляем из формулы:

- конечная граница измерения: 100

- начальная граница измерения: 0

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

Относительная погрешность равна:

- абсолютная погрешность системы автоматического регулирования;

-среднее значение; -20%

Таким образом выбранная система автоматического регулирования температуры стерлизации 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

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

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

3. 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.

4. 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.

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

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

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

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

9. 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.

10. 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.

11. Texnologiktizimlarniavtomatlashtirishvaboshqarish. Toshkent: TKTI.-2007. Ma'ruzamatni.

12. YusufbekovN.R. MuxamedovB.E., GuyalmovSр.M. Avtomatika va ishlabchiqarish potsesslarining avtomatlashtirish: Darslik, -T.: O'qituvchi, 1997, -353 b.

Размещено на Allbest.ru