Оптимизация управления процессом криогенного замораживания рыбных продуктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Румянцев, Александр Николаевич

• Румянцев, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Румянцев, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Методы и установки криогенного замораживания

1.2. Промышленный вариант судовой рассольной холодильной установки и ее модернизация.

1.3. Методы и средства диагностирования технического состояния оборудования.

1.4. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2.МАТЕМАШЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА

КРИОГЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ

2.1. Теплофизические процессы, протекающие при замораживании рыбы.

2.1.1. Анализ процесса замораживания.

2.1.2. Расчет режимов замораживания тунца.

2.1.2.1. Охлаждение с постоянной температурой хладагента.

2.1.2.2. Охлаждение с постоянным отбором тепловой энергии от хладагента.

2.2. Параметрическая модель

2.3. Логико - динамическая модель.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КРИОГЕННОГО

ЗАМОРАЖИВАНИЯ.

3.1. Особенности и критерии задач управления.

3.2. Алгоритм управления

3.2.1. Форсированный режим замораживания.

3.2.2. Экономичный режим замораживания.

3.3. Алгоритм диагностирования технического состояния

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. МАКЕТИРОВАНИЕ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

4.1. Техническая структура системы управления.

4.2. Разработка специализированных технических средств.

4.3. Моделирование процесса замораживания.

4.4. Макет системы управления с перечнем подпрограмм.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация управления процессом криогенного замораживания рыбных продуктов»

Современное развитие промышленности идет по пути создания высокоэффективных технологий. Растущие затраты на сырье, энергию и услуги заставляют повышать качество продукции, уровень автоматизации и надежность технологических процессов (Ш). Экономия энергии в тепловых ТП является одним из путей решения глобальной энергетической проблемы и возможна в трех направлениях [1]:

- термодинамическое совершенство ТП;

- оптимизация расходования энерго ресурсов;

- повышение точности управления ТП.

Все холодильные технологии достаточно энергоемки, поэтому экономия энергоресурсов представляется актуальной задачей, особенно в судовых условиях. Энергопотребление холодильной техники существенно влияет на энергетический баланс судовой электро - энергетической установки. Одной из задач в этом направлении является равномерная ее загрузка и максимальное использование во время отключения других энергоемких производств.

Увеличение добычи рыбопродуктов (особенно во время «пиковых» уловов), а также удаленность рыбных промыслов от потребителя постоянно делают актуальной проблему совершенствования холодильной обработки продукции с целью обеспечения оптимальной скорости и производительности замораживания, а затем ее длительного хранения.

С одной стороны эта проблема решается путем наращивания холодильного оборудования, а с другой - путем оптимизации управления ТП, адаптации его к поступающему случайным образом сырью и его свойствам, применением технологий, базирующихся на современных методах замораживания с использованием микропроцессорных технических средств автоматизации.

Цель работы заключается в обосновании принципов построения автоматизированной системы криогенного замораживания рыбы, обеспечивающей повышение качества продукции и ресурсосберегающей технологии в постоянно меняющихся условиях, вызванных как нестабильностью поступления сырья и его свойств, так и постепенным износом оборудования, внезапными неисправностями и ошибками оператора.

Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- выбор принципа построения рассольной судовой холодильной установки, позволяющего оптимизировать управление процессом криогенного замораживания рыбной продукции в условиях ресурсосберегающего режима работы;

- разработка математической модели процесса криогенного замораживания рыбных продуктов и выбор критериев управления;

- синтез алгоритмов управления, обеспечивающих адаптацию параметров ТП к свойствам сырья, и диагностирование технического состояния процесса криогенного замораживания;

- разработка технических предложений и структуры по реализации алгоритмов управления и диагностирования параметров HI.

Методы исследований. В работе используются методы теории автоматического управления, системного анализа, вероятности, математического моделирования, экспериментально - статистические и экспериментально - аналитические подходы к исследованию технологических процессов. Моделирование проводилось на персональном компьютере (ПК) Pentium - 166 с использованием пакетов прикладных программ СИАМ, Классик и др.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

- изложены научно - обоснованные предложения по созданию систем оптимального управления процессом замораживания рыбных продуктов, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие ресурсосберегающих и экологически чистых технологий;

- разработаны математические модели основных стадий и операций Ш, выбраны критерии управления для экономичного и форсированного режимов криогенного замораживания рыбопродуктов;

- на основе разработанных принципов построения комбинированной рассольной холодильной установки (КРХУ) предложен способ замораживания и выгрузки продукции (патент № 2133001) и алгоритмы экономичного замораживания в условиях нестабильного вылова сырья и форсированного замораживания «пиковых» уловов;

- обоснована система технического диагностирования и синтезирован восстанавливающий алгоритм, обеспечивающий режим замораживания со скоростью не ниже минимально допустимой.

Практическая ценность. Показана перспективность использования предложенного способа замораживания и выгрузки продукции для рыбопромысловых судов проектов 13-406 и 1348.

Разработана технологическая схема КРХУ, позволяющая реализовы-вать экономичный, форсированный и восстанавливающий (при неисправностях) режим управления.

Разработаны макеты технических средств контроля процесса криогенного замораживания без проведения замеров температуры в теле рыбы.

На основе технических предложений (а.с. 1336037, а.с. 1381517) разработаны и изготовлены действующие макеты и опытные образцы средств диагностирования (комплексы КИК-1, КИК-2, КИК- 2А и стенды) судовых управляющих систем, которые внедрены на Калининградском ОПО «Судо-реммашавтоматика» и его участках.

Реализация результатов работы. Результаты исследования представлены в виде моделей, алгоритмов, программ, методических рекомендаций, устройств, действующих макетов и опытных образцов систем управления и диагностирования судовых холодильных объектов при выполнении в КГТУ с 1979 по 1998гг. научно - исследовательских и госбюджетных работ по темам «Исследование и разработка отечественных аналогов элементов серии «Транслог» и стенда для их контроля и диагностирования» ( № гр. Б759745), «Исследование работоспособности дискретных элементов и систем судовой автоматики» (№ гр. Б828351, № гр. 028400032122), «Разработка методов и средств контроля и диагностирования судовых средств автоматизации» (№ гр. 02840032122, № гр. 02850045807, № гр. 02860094489), «Разработка автоматизированного контрольно - информационного комплекса диагностирования ССА на базе универсального программируемого контроллера К1 - 20» (№ гр. 02870031273), «Разработка и обоснование структуры специализированных технических средств обучения по эксплуатации судовых средств автоматизации» (№ гр. 02880023360), «Технико - экономический анализ объектов автоматизации рыбообрабатывающих производств» (№ гр. 01890055999, 01860015102), «Анализ целесообразного уровня автоматизации технологических процессов обработки рыбы на береговых предприятиях Западного бассейна» (№ гр. 01878863851), «Исследование и разработка систем автоматизации технологических процессов и установок рыбной промышленности» (№ гр. 81056070) и др.

Полученные результаты используются студентами КГТУ в учебном процессе.

Результаты работы подтверждены актами внедрения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы на различных этапах ее выполнения докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, областных и межвузовских конференциях, семинарах и совещаниях, в частности:

-11,12, 15,17 научно - технических конференциях калининградских вузов Минрыбхоза СССР (Калининград, 1983,1984,1987,1989г.);

- 3 межвузовской конференции молодых ученых и специалистов (Калининград, 1984г.);

- 2 Всесоюзной научно - технической конференции (Челябинск, 1988г.);

- 2 областной научно - практической конференции (Калининград, 1996г.);

- 1 Всероссийской научно - практической конференции «Автоматизация технологических производств и управление процессом на предприятиях пищевой промышленности» (Москва, 1996г.);

- международной научно - практической конференции «Балттехмаш-98» «Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении» (Калининград, 1998г.);

- научно - технической конференции, посвященной 40- летию пребывания университета на Калининградской земле и 85- летию рыбохозяйст-венного образования в России (Калининград, 1998г.);

- международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Новгород, 1999г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Румянцев, Александр Николаевич

4.5. Выводы.

1. Предложенная двухуровневая структура технических средств автоматизации обеспечивает реализацию разработанных моделей и алгоритмов управления и диагностирования процессом криогенного замораживания рыбных продуктов.

2. Действующие макеты и опытные образцы разработанных технических средств подтвердили возможность контролировать с достаточной

Рис. 4.12. Процедура разработки ПО микропроцессорной системы управления.

Перечень управляющих и диагностических подпрограмм п/п Вид-подпрограммы Назначение подпрограммы

1. Управляю- Управление стадией «Подготовка». щая под- програм- ма (УПП-1)

2. УПП-2 Управление плотностью хладагента в танке (управление дозатором соли).

3. УПП-3 Управление стадией «Загрузка».

4. УТШ-4 Управление стадией «Замораживание».

5. УП11-5 Управление стадией «Выгрузка».

6. УШТ-6 Управление стадией «Ожидание».

7. УГШ-7 Управление форсированным и восстанавливающим режимами замораживания.

8. УПП-8 Управление экономичным режимом замораживания.

9. УПП-9 Контроль положения гофрированной подушки.

10. УПП-10 Контроль работы циркуляционного насоса.

11. УПП-11 Контроль работы реверсивного насоса.

12. УПП-12 Контроль подачи хладагента в пристенные теплообменники.

13. УПП-13 Контроль уровня хладагента в танке.

14. УПП-14 Контроль подачи жидкого азота.

15. УПП-15 Контроль концентрации кислорода в технологическом цехе.

16. Диагности- Диагностирование времени выполнения технологическая под- ческих операций. программа

ДПП-Г)

17. ДГТН-2 Диагностирование выхода контролируемых параметров за установленные допуски.

18. ДПП-3 Диагностирование работы АО и ПО микропропроцессорных контроллеров с их периферией.

19. ДПП-4 Диагностирование АО и ПО персонального компьютера.

ДПП-5 Диагностирование системы управления производственной холодильной установки с внешними цепями.

21. ДШТ-6 Диагностирование комплексов КИК-1, КИК-2А. для производственных целей точностью технологические и диагностические параметры, что позволяет оптимизировать технологический процесс.

3. Результаты математического моделирования динамики процессов холодильной обработки рыбопродуктов с точностью 5-15% совпадает с экспериментальными данными, что позволяет использовать синтезированные модели в алгоритмах управления для различных видов рыбы и режимов замораживания. Методами моделирования подтверждена правомерность допущений, положенных в основу принципов построения систем управления процессами холодильной обработки рыбных продуктов.