автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Адаптивное управление процессом холодного копчения рыбы в установках туннельного типа

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ институт ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ИЛЬЦЕВИЧ НИКОЛАЙ ЮРЬЕВИЧ

УДК 664 .951 .2 ! 0-13 !

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ. РЫБЫ В УСТАНОВКАХ ТУННЕЛЬНОГО ТИПА

Специальность 05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена на кафедре автоматизации производственных процессов Калининградского государственного технического университета

Научный руководитель

кандидат технических наук профессор С.П.Сердобинцев

Официальные оппоненты

доктор технических наук профессор В.И.Попов кандидат технических наук доцент С.В.Алексахин

Ведущая организация

- НПО " Рыбтехцентр "

. в

.45.03 при

ковском государственном заочном институте пищевои промышленности по адресу: 109803, г.Москва, ул.Земляной вал, 73.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан •яе

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

Защита диссертации состоится (9 ■ ■ Шё/ЖМ 1995 г часов на заседании специализированного Совета К 063

- {¡ехае/м

1994 года.

И.Д.Сапрыкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основная задача отечественной рыбной промышленности - насыщение рынка продуктов питания конкурент-иоспособной продукцией. Решение поставленной задачи базируется на одновременном увеличении ассортимента и объемов выпуска и повышении качества рыбопродуктов.

Значительное место в общем объеме выпуска рыбопродукции занимает рыба холодного копчения, которая обладает высокими потребительскими свойствами и позволяет обеспечить рентабельность производства. Холодное копчение рыбы осуществляется преимущественно в камерных и туннельных установках. Туннельные печи являются высокопроизводительными технологическими аппаратами и позволяют обеспечить непрерывность производственного процесса.

Обследование ряда рыбопромышленны* предприятий показало, что из-за недостаточной оснащенности средствами автоматизации и конструктивных недостатков туннельные установки не обеспечивают выпуск продукции с показателями качества, соответствующими требованиям ГОСТ. Основной причиной низкого уровня автоматизации туннельных установок является их недостаточная изученность, как объектов управления и, как следствие, отсутствие обоснованных алгоритмов управления холодным копчением а установках подобного типа.

Цель и задачи исследования. Разработка моделей и алгоритмов управления процессом холодного копчения в установках туннельного типа, максимизирующих производительность и обеспечивающих регламентируемое качество готовой продукции, реализация на их основе системы управления холодным копчением.

В соответствии с целью исследований в диссертационной работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния автоматизации производства рыбы холодного копчения;

- выбор критерия управления холодным копчением рыбы в установках туннельного типа;

- разработка методики и проведение промышленных исследова-

■г

ний производства рыбы холодного копчения;

- разработка динамической модели процесса холодного копчения рыбы в установках туннельного типа;

- разработка алгоритма управления процессом холодного копчения в установках тунельного типа;

- синтез технической структуры системы управления холодным копчением рыбы;

- исследование макета СУ холодным копчением рыбы в установках туннельного типа.

Научная новизна. Выбран критерий управления холодным копчением рыбы в установках туннельного типа. '

Разработана методика промышленных исследований технологических процессов рыбообработки.

Синтезирована и исследована динамическая модель холодного копчения рыбы в установках туннельного типа.

Разработан и исследован алгоритм управления холодным копчением рыбы в установках туннельного типа.

Практическая ценность. Предложено решение задачи адаптивного управления процессом холодного копчения рыбы в установках

*

туннельного типа с помощью двухуровневой иерархической системы управления.

Разработана система'промышленных исследований и показана ее-эффективность для определения задач автоматизации производства рыбы холодного копчения.

Разработаны макеты системы управления процессом холодного копчения рыбы.

Предложен способ автоматического управления холодным копчением рыбы в установках туннельного типа.''

Разработано устройство для взвешивания изделий в потоке, обеспечивающее повышение точности управления холодным копчением в установках туннельного типа. ^

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований применены при выполнении научно-исследовательских работ " Технико-экономический анализ объектов автоматизации рыбообрабатывающих производств ", " Анализ целесообразного уровня автоматизации технологических процессов обработки рыбы на береговых предприятиях Западного бассейна ", " Исследование и разработка систем автоматизации технологических участков ры-

бообрабатывающих производств Западного бассейна "( N гр. 01890055999, 01890055999, 01870063851, 0189006883^ ), использованы в качество прототипа системы управления коптильной установкой Н11-ИКД, разработанной НПО " Запрыбтехцентр ".

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: Всесоюзной..научно-технической конференции " Автоматизация технологических процессов и производств в пищевой промышленности " ( Москва,1989 ), 17 межвузовской научно-технической конференции профессорско-преподавательского срстава и научных работников калининградских вузов Минрыбхоза СССР ( Калининград, 1989 ), межвузовской научно-практической конференции " Социально-экономические и научно-технические проблемы АПК " ( Одесса,1989 ), республиканском научно-практическом семинаре " Микропроцессорные системы управления технологическими процессами пищевой промышленности " ( Киев,1991 ), научно-технической конференции " Биомедицинское и экологическое приборостроение: наука, промышленность, рынок " ( Рязань, 1992 ), международной научно-технической конференции " Автоматизации биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии " ( Москва,1994 ).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе два авторских свидетельства:"Способ автоматического управления холодным копчением рыбы","Устройство для взвешивания изделий в потоке".

Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 14S страницах, содержит два приложения, 45 рисунков, список литературы из 108 наименований.

. А.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования. Кратко изложено то новое, что вносится автором в проблему разработки систем управления процессом холодного копчения рыбы в установках туннельного типа.

В первой главе дан анализ физико-химических и технологических особенностей процесса холодного копчения рыбы и приве-

А

дены результаты обзора современного состояния автоматизации производства рыбы холодного копчения.

Целевыми процессами холодного копчения являются сорбция коптильных веществ и обезвоживание тканей рыбы. Одновременное обеспечение высокой интенсивности сушки и сорбции целенаправленным изменением параметров дымовоздушной смеси ( ДВС ) сопряжено со значительными трудностями и практически неосуществимо. Наибольшая интенсивность сорбции наблюдается при увлажнении поверхности рыбопродукта. Однако при этом снижается интенсивность обезвоживания. При повышенной жесткости режима обработки { увеличенная температура ДВС и низкая относительная влажность ) наблюдается резкое снижение интенсивности сушки. Это явление приводит к увеличению длительности обработки рыбы на 20 - 30«.

Устранение описанного явления возможно разделением во времени процессог копчения и сушки.

Холодное копчение рыбы осуществляется преимущественно в установках камерного и туннельного типа.В пищевых производствах современной тенденцией является использование универсальных коптильно-^сушильных установок малой ( до 300 кг/цикл ) производительности, ориентированных на выпуск небольших партий деликатесной продукции. Установки туннельного типа обладают более высокой по сравнению с камерными печами производительностью и высоким к.п.д. использования коптильных составляющих ДВС. Туннельные установки эффективны для обслуживания крупных населенных пунктов на предприятиях большой мощ- , ности.

Несмотря на их очевидные преимущества а условиях массового ■ производства, уровень автоматизации туннельных установок низок. Это связано со следующими причинами:

- отсутствие математических модСтей динамики туннельных установок, как объектов с распределенными параметрами;

- отсутствие технических средств оперативного контроля показателей качества копченой продукции;

- значительные вариации физико-химического состава обрабатываемого сырья не позволяют синтезировать модель, адекватно описывающую твпломассообмвнные процессы в рыбопродукте при холодном копчении;

- отсутствие алгоритмов управления туннельной утановкой, обеспечивающих инвариантность процесса по отношению к физико-химическим параметрам обрабатываемого продукта.

С точки зрения задач управления холодное копчение в установках туннельного типа представляет собой процесс с неполной информацией. Универсальным и эффективным средством решения подобных задач является использование адаптивного алгоритма управления. Структура САУ должна включать в себя подсистему регулирования режимных параметров и подсистему автоматической или автоматизированной адаптации, базирующуюся на использовании модели объекта управления.

Во второй главе выбран критерий управления процессом холодного копчения в установках туннельного типа, разработана методика промышленных исследований рыбообрабатывающих производств, приведены результаты промышленных исследований производства рыбы холодного копчения, синтезирована модель динамики туннельной установки.

В качестве критерия управления холодным копчением используется критерий максимизиции производительности установки при обеспечении регламентируемого ГОСТ качества готовой продукции и ограничении на режимные параметры в соответствии с технологическими инструкциями.

1 - тах/7

Цоль управления процессом - выбор траектории управляющего воздействия U(t) , обеспечивающего максимум критерия /

В качестве критерия локальных САР режимных параметров туннельной установки используется критерий вида:

min,

где 6у - среднеквадратичное отклонение регулируемого параметра.

Цель промышленных исследований рыбы холодного копчения -локализация и идентификация факторов воспроизводства технологии и определение средств компенсации источников неоднородности готовой продукции. В разделе " Локализация " решапись задачи по отбору и ранжированию показателей качества продукции, а также входных и режимных параметров процесса, определяющих воспроизводимость технологии. В разделе " Идентификация

рассмотрены вопросы' разработки формализованного описания, раскрывающего причинно-следственные связи между входными ■ воз-дейс.виями, режимными параметрами и показателями качества готовой продукции, статистического анализа технологического процесса для раскрытия влияния неконтролируемых входных и режимных параметров на качество продукции. В разделе " Компенсация" разработаны рекомендации по выбору обоснованных способов стабилизации показателей качества продукции холодного копчения, включая совершенствование организационно-технической структуры производства алгоритмов и технических средств управления, а также возможности модернизации технологического оборудования.

Функциональная схема системы промышленных исследований представлена на рис.1. Эксперименты проводились при обработке "тощих" сортов рыбы, преимущественно ставриды неразделанной с массовым содержанием соли 4 - 656, жира 5 - 856.

Результаты исследований показали, что туннельная установка

характеризуется значительной нестабильностью тепловлажностного

режима. Дисперсия температуры - 10 - 35 " С^ , относительной г

влажности 4 - 20%. Средние значения режимных параметров не соответствуют нормам технологического регламента.

Анализ климатологических данных Западного региона выявил необходимость осушения' в течение 8-9 месяцев в году воздуха,, используемого для подготовки ДВС. Результаты исследований в области технологии холодного копчения показали целесообразность ведения процесса а два этапа - при "мягком" режиме сушки на первом и при "жестком" режиме на втором. На первом этапе обеспечивается готовность продукта по показателю "цвет поверхности", а на втором - по показателю "массовая доля влаги". Ре-, ализация указанной концепции применительно к туннельным печам осуществляется за счет образования в печи двух зон с независимыми контурами подготовки ДВС.

Расчет потери массы рыбы, . необходимой для обеспечения регламентируемой массовой доли влаги и необходимого расхода ДВС в функции массовых долей жира и соли полуфабриката, выявил значительную чувствительность процесса к вариациям содержания жира и соли. Возникает'необходимость стабилизации массовой доли соли полуфабриката. При копчении сортов рыбы с содержанием жи-*ра менее 10% доминирующим процессом, определяющим ход обработ-

Рис. I Функциональная схема системы промышленных исследований холодного копчения

ки, является обезвоживание рыбопродукта. Продолжительность об» работки лимитируется скоростью обезвоживания и достижением регламентируемой массовой допи влаги. Управление процессом должно базироваться на использовании адаптивного алгоритма. При обработке рыбы с массовой долей жира более 12% потери массы незначительны. Целевым процессом является сорбция коптильных веществ в тело рыбы. Главным фактором, определяющим продолжительность основных операций, является достижение готовности по показателю " цвет поверхности ".

Результаты расчета нагрева рыбопродукта при холодном копчении показали, что выравнивание температуры в теле рыбы происходит через 40 - 60 мин. Это позволяет считать процесс холодного копчения квазистационарным по температуре.

Целью математического моделирования динамики установки туннельного типа является получение передаточных функций по основным каналам. Туннельная установка рассматривается, как многомерный динамический объект с распределенными параметрами.

При моделировании приняты следующие допущения:.

- потерями в окружающую среду пренебрегаем;

*

- периметр поперечного сечения сред постоянен по всей длине установки;

- смещение ДВС в ' направлении движения незначительно и не учитывается { гидродинамическая модель " вытеснение" - вытеснение " );

- смешение в направлении, перпендикулярном движению ДВС, полное;

- теплофизические параметры ДВС и рыбы ( теплоемкость, плотность, коэффициент теплопроводности ) и коэффициенты теп-, поотдачи по длине аппарата в диапазоне изменения режимных параметров, характерном для холодного копчения, постоянны;

- процесс сушки рыбы происходит ил этапе падающей скорости;

- о первом приближении средства измерения принимаются бези-нерционными , с коэффициентом передачи, равным 1;

- ь рабочем диапазоне перемещения регулирующих органов на газоходах ДВС, дыма и воздуха, зависимость между положением регулирующего органа и выходом линейна и описывается соответствующим коэффициентом усиления.

Система уравнений, описывающая динамику установки туннель-

кого типа: , „гА» 1

а -/¡к

а/о - ум) ■

Ум - + а.оог **,

Vе = Л/-* ЯООШс/^&с ,

-рас = _

^ = - 0,22 ^ о.

. И = к'ь/иВ,

Ь )1с - К ¡¿с /и^с ,

~!г -1д6с Ц?^ - -Ыс) + - ¿д£с) +

-¿дбс).,

Сок Щ^- = а(огр Гагр - ¿огр) ,

Граничные условия:

¿гр(ОЛ) = ьтро, ¿¿/0.О = ¿рр ,

¿фс(ОЛ) - /дбео,

Ур(ол) = ¿V.

- С/д£со ,

где д , Ьб, Ьрч , - расход дыма, воздуха, рецир-

кулирующей ДВС, рыбопродукта по сухому остатку, транспортных средств,кг/с;

ЛПдбе ,/Т)?р, П7Р, !Т)огд - масса ДВС, транспортных средств, рыбопродукта, ограждений, участвующая в теплообмена,кг; ¿дбе. Ьр. ¿тр, ¿огр - температура ДВС, рыбопродукта, транспортных средств, ограждений,''С; Ср, Сгр, Стр.Сдбе ~ удельная теплоемкость рыбы, транспортных средств,Дж/кг К;

СИ/У, (>гр, /р - гч^.ггцл+^ц.'.сг. . --------------—

бопродуктомограждениями, транспортными средствами ,Вт/и К;

Рр- Гф„ Гогр ~ площадь поверхности теплообмена рыбы, транспортных средств, ограждений,мf

1Уп. 1\/рв ~ среднее влагосодержание рыбопродукта, поверхностного слоя рыбопродукта, равновесное рыбопродукта, кг/кг ;

1д6с. /у, Г&, /¿ы,, /ек - энтальпия ДВС, дыма, . воздуха, ДВС на выходе из установки, ДВС на входе в |установку,Дж/кг; ; с/(бс, с/у, с/6 - влагосодержание ДВС, . дыма, воздуха, кг/кг;

- удельная теплота испарения, Дж/кг; £ - длина установки,м;

Р - плотность рыбопродукта,кг/м; X - координата по длине установки,м;

- коэффициент влагообмена,м/с; '•Рдбс - относительная влажность ДВС,Ж;

Ь - барометрическое давление,мм.рт.ст.; Ри - давление насыщенных паров,мм.рт.ст.;

- определяющий размер рыбопродуктам;

положение регулирующего органа на газоходе дыма, воздуха, ДВС соответственности.ед.; /-у, _ коэффициенты передачи заслонок.-

Учат конечной скорости распространения теплоты в тепловых емкостях объекта осуществляла на основе понятия " возмущенного " слоя. -Толщина " возмущенного " слоя " ■

6 = ож.

£

где О - коэффициент теплопроводности, м /с;

7* - время полного колебания температуры ДВС,с. Масса 1-го элемента, участвующего в теплообмене

/77/ = /Г"/?/сГ/,

где К - площадь поверхности,и \

р1 - плотность,кг/м"! Туннельная установка аппроксимировалась ячеечной моделью с /?

• н

участками.

Шаг.разбиения коодинаты X разностью назад 1

■ . .

По результатам промышленных исследований П=ЗгйХ-

Структурная схема модели динамики зоны сушки установки представлена на рис.2. Анализ экспериментальных и аналитических переходных характеристик показывает, что модель адекватно описывает динамику печи.

Третья глава посвящена выбору структуры системы управления •холодным копчением рыбы и разработке алгоритма управления. . Стратегия управления холодным копчением рыбы в установках туннельного тиЛа предусматривает реализацию двухуровневой иерархической структуры САУ. На нижнем уровне подсистема регулирования обеспечивает стабилизацию режимных параметров печи. Верхний уровень предусматривает использование адаптивного алгоритма для расчета управляющих воздействий в функции физико-химических параметров обрабатываемого продукта.

Туннельная установка, как объект управления, содержит 4 контура регулирования: температуры, относительной влажности, концентрации коптильных веществ в ДВС ( оптической плотности ДВС ), расхода ДВС ( скорости движения ДВС в рабочей полости печи ). Стабилизация режима дымогенерации, и, следовательно, оптической плотности ДВС обеспечивается выбором соответствующего типа дымогенератора. Регулирование концентрации коптильных веществ осуществляется изменением количества дыма, подаваемого в печь с помощью заслонки на газоходе. Положение заслонки устанавливается перед началом копчения и остается неизменным для конкретной партии рыбопродукции. Задание по расходу . ДВС устанавливается в соответствии с технологическими инструкциями. Регулирующим воздействием для температуры ДВС является изменение расхода теплоносителя в калорифере. Регулирование относительной влажности осуществляется изменением соотношения расход воздуха после камеры орошения / расход ДВС. В качестве хладоносителя в камере орошения еозможно использование воды из артезианских скважин, обладающей температурой 7 - 10 С независимо от времени года.

Матрица Бристоля ( матрица связности каналов регулирования) 0.68 0.32 0.32 0.63

А =

/и

\л/<2 (Р)

Ш?)

4 \ УМс

и/22 (Р)

•

У21=

Угг=

48С1 З800р-И )(2680р+1 )

(15500р+1 )(60р+1 )(2960р+1)(144р+1)

~94(13800р+1 )(2680р+1 )■ ■ ._

(1 5Ь00р+1 )(60р+1 Н2960р+1 )(144р+1 )

-8(13800р+1)(2680р*1) (15500Р+1 )(2960р+Т)(144р+1 )

-33( 13в00р+1 )(2С80р+1 ) (15500Р+1)(2960р+1К144Р+1)

Рис.2 Структурная схема модели динамики зоны сушки

Для обеспечения автономности САР в систему введены компенсаторы перекрестных связей:

Ун

, _ £.85Г лу - —

БОр*/

Использование компенсаторов позволяет рассчитывать контуры независимо друг от друга. Оптимизационная процедура осущест-впялась методом Гаусса - Зейделя. Ограничения на запас устойчивости установлены на основе метода расширенных частотных характеристик. Результаты расчета показали, что одноконтурная САР с ПИ - регулятором в 1.5 раза снижает среднеквадратичное отклонение температуры 'и не обеспечивает требуемой точности регулирования. Структурная схема САР режимных параметров зоны сушки туннельной установки .представлена на рис.3.

Результаты расчетов показывают, что САР обеспечивает точ-

о

ность регулирования температуры О = 2 С, относительной влажности - 5 - 7%. .

Интервал дискретности 7~о = 1с, что позволяет использовать в качестве микропроцессорного регулирующего устройства реми-конт Р130.

Результаты моделирования цифровой САР показали,что при Та=.2 показатели качества регулирования цифровой и непрерывной САР совпадают. Время регулирования САР не превышает 600 с.

Управление процессом холодного копчения в установках туннельного типа осуществляется на основе адаптивного алгоритма с прогнозирующей настраиваемой моделью. Оценка текущего влагосо-держания рыбы проводится косвенным методом по потере массы. Связь между потерями массы и массовой долей влаги рыбы при холодном копчении описывается зависимостью

и =

/ОО-лт

Соотношение не учитывает роль разделки рыбы в изменении массовой доли влаги. С увеличением массовой доли мышечной ткани ( степени разделки ) точность расчета повышается. Были проведены экспериментальные исследования зависимости содержания влаги от потери массы для рыбы различных видов разделки.

РИС.3 Структурная схема САР режимных параметров зоны супки

исследовалась ставрида мераздиламмаи, , ^ИМ1,,1и обезглавленная с начальной массовой допей влаги 68 - 1Z%. Получены следующие результаты:

неразделанная

и = - /£24 + /,23//0 - 0,2 Рапу

обазжабренная

и = -Л5 * /j/füo 'О.ЗУлт

спинка обезглавленная

U - -6,69 + /.-/Wo - 0.4*т ■

где Ü - текущая массовая доля влаги,%;

Üo - начальная массовая допя влаги,%;

А/77 - потеря массы,%.

Рыбопродукт, подаваемый^на копчание, предварительно объединяется в группы с одинаковыми физико-химическими параметрами: размерный ряд, массовая доля жира, массовая доля t соли, вид разделки, срок хранения. Для максимизации внутреннего массопе-реноса устанавливается максимально допустимая для данного вида рыбы температура "

Алгоритм расчета управляющего воздействия имеет вид:

Ш = Ur.u.

//. // // . / WQ чикл . "°f <?a*r. _

Ul - Z/Д/ + Uo-s>gM(Arr>i -мт /, если Um;-¿m< i >ö

. Ui = U;4 , ec*u [Лт79-АтТ'кг1 <Г

Ui =■ L/max , e'CffU l/<: & ¿Jrnax

Ui - Umin, если l/i ^ Um/n

t = 2.3,4

где Ur.u.~ управление в соответствии с технологическими инструкциями Uj - управление на первом шаге;-Ui - управление на L - том шаге; Üi+j- управление на L + / - м шаге;

Umin.Umax. - минимально и максимально допустимое значение управляющего воздействия;

Üo -

шаг изменения управления;

¿Л?аУ- модельная ( расчетная ) потеря массы;

"»ЛТ

АЛГ! - текущая С фактическая ) потеря массы;

л-' 46

О - постоянная величина ( зона нечувствительности ).

Обобщенная функциональная структура САУ в соответствии с используемым алгоритмом представлена на рис.4. В состав САУ входят: локальная САР режимными параметрами, настраиваемая модель потерь массы рыбы, блок расчета управляющего воздействия, определяющий уставки локальным регуляторам в функции разностного сигнала 4П7е- -¿nr7¿

Прогнозирующая модель сушки рыбы записывается в виде

а/г?/ ^ =■ к агп,- ( / - ехр(- г,9/т))

где И , Т~ - параметры идентификации,

Тд - 40-60 мин - интервал опроса датчика измерения массы,

И/77е- , л/77/,/ - потери массы рыбы на 1-1V, I + /-Н шаге

Выбор управляющего воздействия осуществлялся на основе анализа чувствительности коэффициента влагообмена к изменению режимных параметров: температуры, относительной влажности, скорости движения ДВС.

. На рис.Б представлены графики кривых сушки при постоянном управляющем воздействии и при адаптивном управлении в установках туннельного типа. Измерение массы осуществлялось в 4-х точках печи. Коррекция управления проводилась в зоне сушки. При использовании адаптивного алгоритма длительность процесса снижается на 4 - 6 часов, что составляет 16 - 1В% общей длительности обработки.

В четвертой главе проведен синтез технической структуры СУ холодным копчением в туннельной установке, разработаны способы повышения точности управления, рассмотрен функциональный макет системы программно-логического управления установкой малой производительности.

Техническая реализация САР режимных параметров осуществляется по двухуровневой иерархической структуре в соответствии с выделением подсистемы стабилизации и подсистемы адаптации. Функции локальных регуляторов реализованы на базе микропроцессорного регулирующего комплекта Р130.

В соответствии со стр,ктурной схемой САР синтезироеаны два связных контура регулирования: температуры и относительной

Рис.4 Обобщенная функциональная структура САУ холодна копчением

1ё

Рис.5 Кривые сушки рыбы при холодном копчении

1 - постоянное управляющее воздействие

2 - адаптивное управление

влажности. Измерение относительной влажности осуществляется психрометрическим методом. Зависимость относительной влажности от психрометрической разницы температур аппроксимировалась выражением:

^ = Д. * 3

¿с * С

■Л .... 0

где ¿с - температура сухого термометра, С; ¿м- температура "мокрого" термометра,

а. = 93 : 6 = -¿г?; с =

Конфигурация подсистемы стабилизации объединяет следующие алгоритмы ремиконта Р 130:

- лицевой панели ОКО;

- ввода/вывода ВИН, ВАА, ИВА;

- динамических преобразований ДИН.ФИЛ;

- статических преобразований СУМ, УМД;

- регулирования РИМ, ЗДН, ЗУС.

Сопряжение подсистем адаптации и стабилизации обеспечивает , алгоритм ВИН. Алгоритмы динамических преобразований, формируют компенсаторы перекрестных связей.

Решение задач управления холодными копчением рыбы на уровне ' подсистемы адаптации реализовано на базе однокристалльйой микроэвм серии 1816.

В качестве измерительного преобразователя массы используется тензоизмеритель МИКР0СИМ-02, обеспечивающий взвешивание по 4 - 10 каналам и преобразование сигнала тензодатчика в цифровой код с погрешностью 0.02 - 0.05%. Для дистанционной передачи данных применяют интерфейс ЯЭ 232С. • е

В соответствии с функциональной схемой ( рис.6 ) САУ объединяет подсистему адаптации и стабилизации.

Подсистема адаптации включает в себя микроэвм, МИКР0СИМ-02, интерфейс Р!5 232С, датчики веса. МИКР0СИМ-02 преобразует в цифровой код информацию от тензодатчика веса и через интерфейс передает в микроЗВМ, где в соответствии с алгоритмом рассчитывается управление, поступающее через шлюз на Р130 в виде зада*-ния регулятору относительной влажности. Предварительно в САУ вводятся данные о виде разделки рыбы, начальной массовой доле влаги.

Опытная эксплуатация макета системы управления показала,

Рис.в Функциональная схема САУ колодным копчением рыбы в установках туннельного типа 1 - микроэвм

2,14 - интерфейс Яв 232С 3 - ремиконт Р 130

4,5(6 - первичнЬе преобразователи температуры 7,8 - исполнительные механизмы 9,10,11,12 - первичные преобразователи веса 13 - теиэоиэмаритель МИКРОСИМ 02 1Б - устройство сопряжения

что наибольшее влияние на точность управления оказывают случайные помехи . при взвешивании рыбопродукта. Основные причины возникновения случайных помех - загрязнение грузоприемной площадки первичного преобразователя массы и вибрации при перемещении, клетей по транспортеру. Помехи, вызванные перемещением клетей при непрерывном характере транспортирования, устраняются фильтрацией измерительного сигнала или переводом клетей в шаговый режим движения. Для устранения влияния загрязнения грузоприемной платформы на точность измерения массы разработано устройство, осуществляющее опредепение веса ненагруженной платформы перед каждой операцией взвешивания и последующую коррекцию измерительного сигнала.

Системы управления универсальными- коптильно-сушипьными установками должны обеспечивать многорежимность функционирования и быструю перенастройку параметров процесса а соответствии с выбранной технологией.

Анализ технологических и физико-химических особенностей , производства копченой продукции показал, что обрабртка рыбы с содержанием жира более 10 - 1255 характеризуется небольшим количеством удаляемой влаги (0-5% ) и, как следствие, низкой ■ интенсивностью сушки. Это позволяет исключить из баэойой двухуровневой структуры САУ подсистему адаптации и реализовать САУ по одноуровневой схеме в виде локальной САУ режимными параметрами.

Стабилизация режима дымогенерации достигается за счет использования фрикционных дымогенераторов.

Анализ технологических инструкций по* производстау копчено-вяленой продукции показывает, что СУ установкой должны обеспечивать ведение процесса в 4-х временных интервалах, отличающихся длительностью и значениями режимных параметров. Реализация подобной стратегии базируется на использовании прог-раммио-логического управления.

Система обеспечивает работу установки в 4-х режимах: сушка, вяление, горячее копчение, холодное копчение, реализует зада--ние 4-х временных интервалов, контроль и регулирование температуры ДВС в пределах 20 -150*С, относительной влажности ДВС 30 - 60% ( при холодном копчении ), пуск и останов дымогенера-тора и вентилятора. Результаты расчета баланса по влаге уста-

новки в режиме горячего копчения показали, что влагосодержание ДВС в камере существенно ниже значения, при котором обычно проводится копчение (0.02 кг/кг при норме 0.03 кг/кг для этапа копчения ) .Регулирование влагосодержания осуществляется путем программного управления расходом пара без учета влаги, выделяемой из рыбы и поступающей с дымом и наружным воздухом. Количество пара определяется только температурой обработки и составляет до 0.14 кг/с. Последующая опытная эксплуатация макета системы ПЛУ показала его работоспособность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выбран критерий управления холодным копчением рыбы в установках туннельного типа. Разработана адаптивная система управления процесса, обеспечивающая максимальную производительность установки при заданном качестве готовой продукции.

2.. Разработана методика промышленных исследований производства рыбы холодного копчения в установках туннельного типа.

3. Синтезирована модель- динамики туннельной установки для холодного копчения рыбы, как объекта с распределенными параметрами.

4. Разработан адаптивный алгоритм управления холодным копчением рыбы, базирующийся на использовании прогнозирующей настраиваемой модели сушки рыбопродукта и предусматривающей коррекцию относительной влажности ДВС по результатам взвешивания и 'модельного расчета.

5. Предложено устройство для взвешивания изделий в потоке, обеспечивающее повышение точности управления .процессом холодного копчения. •

Основное содержаний диссертации опубликовано в следующих работах:

Г. Способ автоматического управления процессом холодного копчения рыбы: A.c. N 1762852 СССР: МКИ: А23В4/044/ Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П.

2. Устройство для автоматического взвешивания изделий в потоке: A.c. N 1462116 СССР: МКИ: 601615/00/ Ильцевич Н.Ю., Ра-вич В.Н., Марголин С.М.

3. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П., Отрошко Ю.И. Система

управления туннельной установкой. - Рыбное хозяйство, 1990, N12. - с.83 - 86. .

4. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Анализ целесообразного уровня автоматизиции производства рыбы холодного копчения РКК

Кайя "/ Сборник научных трудой " Автоматизация технологического и энергетического оборудования рыбной промышленности".

- Калининград: Б.и., 1989. - с.33 - 37.

5. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П., Устич 8.И. Анализ производства рыбы холодного копчения в туннельных печах как объекта управления / Сборник научных трудов " Автоматизация технологического и энергетического оборудования рыбной промышпен--ности ". - Калининград: Б.и., 1989. - с.85 - 92.

6. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Структура системы управления процессом холодного копчения рыбы // Тез. докл. Бсесоюз. конф. " Автоматизация технологичесикх процессов и производств пищевой промышленности "( Э - 10 октября 1989г. ).

- М.: Б.и., 1939. - с.55.

7. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Управление коптильными установками туннельного типа // Тез%. докл. обл. конф. " Социально-экономические и научно-технические проблемы агропромышл-

" немного комплекса "( 9-11 октября 1989г. ). - Одесса: Б.и., 1989. - с.217. .

8. Ильцевич Н.Ю., Устич В.И. Анализ коптильных установок .туннельного типа как объектов управления // 17 межвуз. науч. -тех. конф. проф. проп. состава, асп. и сотр. калинингр. вузов Минрыбхоза СССР: Сб. тез. докл. - Калининград: Р.и., 1989. -с. 213. ' «•

9. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Анализ целесообразного уровня автоматизации производства рыбы" холодного копчения // 17 межвуз. науч.- тех. конф. проф. преп. состава, асп. и сотр. калинингр. вузов Минрыбхоза СССР: Сб. тез. докл. - Калининград: Б.и., 1989. - с.213.

10. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Управление процессом холодного копчения рыбы в установках непрерывного действия // Тез. докл. Республ. науч. - практ. семинара " Микропроцессорные системы управления технологическими процессами пищевой промышленности: опыт разработки и эксплуатации "( 26 - 27 марта 1991г. ). - Киев: Б.и., 1991. - с.22 - 23.

1). Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. автоматизация производства рыбы холодного копчения в установках туннельного типа // Тез. докл. науч. - тех. конф. " Биомедицинское и экологическое приборостроение: наука, промышленность, рынок "(2-4 тюля 1992г. ). - Рязань: Б.и., 1992. - с.112.

12. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Адаптивные алгоритмы управления коптильными установками // Тез. докл. междунар. конф. " Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии "(3-7 ноября 1994г. ). - М.: Б.и. , 1994. - с.5.