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

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах р

ИЛЫДЕВИЧ НИКОЛАЙ ЮРЬЕВИЧ

УДК 664

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ РЫБЫ В УСТАНОВКАХ ТУННЕ"

Специальность 05.13.07 - автомат,

ких проце«.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой • кандидата технических наук

МОСКВА 1995

»бота выполнена на кафедре автоматизации производственны; гссов Калининградского государственного технического уни-(тета

1Учныи руководитель

кандидат технических наук профессор С.Л.Сердобинцев

^альные оппоненты

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

[анизация

НПО " Рыбтехцентр "

ьертации состоится

-

^исшиш' 1995 г. в

4

-•дании специализированного Совета К 063.45.03 при

государственном заочном институте пищевой промышлен-адресу: 109803, г.Москва, ул.Земляной вал, 73.

1иссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

1реферат разослан

у'сгСба^^Ш" 1994 года.

секретарь

тиэированного Совета

кт технических наук. //■

И.Д.Сапрыкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основная задача отечественной рыбной промышленности - насыщение рынка продуктов питания конкурент-носпособной 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 требсваниям 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 работа 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-

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 е установках туннельного типа.

1

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

<1

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. 0

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, 01890068832 ), использованы в качестве 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 Минрыбхоэа 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 а 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 э потоке".

Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 146 страницах, содержит два приложения, 45 рисунков, список литературы из 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цепь 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 дымовоэдушной 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 процессор 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 в условиях массового • производства, уровень автоматизации туннельных установок низок. Это связано со следующими причинами:

- отсутствие математических моделей 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 тепломассообменные процессы в рыбопродукте при холодном копчении;

- отсутствие алгоритмов управления туннельной утаноокой, 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 сродством 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.

_/ = /77а X/7

Цель управления процессом - выбор траектории управляющего воздействия и(Ь), обеспечивающего максимум критерия /

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

~~ /Т7//7 ,

где бу - 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 " решались 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 ' воздействиями, 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 неразделенной с массовым,содержанием соли 4 - 6%, жира 5 - 8%.

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

т

соответствуют нормам технологического регламента.

Анализ климатологических данных .Западного региона выявил необходимость осушения' е течение 8-9 месяцев в году воздуха,, используемого для подготовки ДВС. Результаты исследований в области технологии холодного копчения показали целесообразность ведения процесса в 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". Реализация 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 жира менее 10% доминирующим процессом, определяющим ход обработ-

Рис. I функциональная схеца системы промышленных исследований холодного копчения

а

ки, является обезвоживание рыбопродукта. Продолжительность обработки 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 е тело рыбы. Главным фактором, определяющим продолжительность основных операций, является достижение готовности по показателю " цвет поверхности ",

Результаты расчета нагреаа 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 постоянён по всей длине установки;

- смешение 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-, лоотдачи по длине аппарата в диапазоне изменения режимных параметров, характерном для холодного копчения, постоянны;

- процесс сушки рыбы происходит ну этапе падающей скорости;

- в первом приближении средства измерения принимаются безынерционными , с коэффициентом передачи, равным 1;

- б рабочем диапазоне лереме4ания 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-

ного типа: Лч/.

M" = + 0.002**,

Içâc = (■/ üDO/¿¿dgt<)¿p/c +,P.$d#¿c ,

( 0.6P2 - ¿„¿с) p„ '

-0,22 + 0. OÓátgic, Lif¿ ¿Lpujlw* - ígSciíx.

h = . LB = tfb/ui,

L fie = kelc/,Jjh ,

2M. = ^^ „ -¿çic) y

+ 4B*b(tTP-teôc).t

ÊreCrp^-UÙ,!^ ^fyf^sc-ir»)-/,

ïïlotp Согд = Ыегр Рог/1 /tefe - to¿p) ,

Граничные условия:

trpfo.t) = trpo ,

ip(D.t) = tpo ,

¿gic (û, L) - tgbco,

Ур/o.t) -- upo,

dflc (0.¿) - dgéco ,

где Lg, Li, Lp4, lf},¿Tfl ~ расход дыма, воздуха, рецир-кулирующай ДВС, рыбопродукта по сухому остатку, транспортных средств,кг/с;

ffifít, fftrp, ПГ)р, 07огр - масса ДВО, транспортных средств, рыбопродукта, ограждений, участвующая в теплообмена,кг; tffic, tp, ¿t/>, ¿ог/i - температура ДВС, рыбопродукта, транспортных средств, ограждений,''с; Ср, Стр, Cnep.Cfàc - удельная теплоемкость рыбы, транспортных средств,Дж/кг К;

dp, о(сгр,а!гр - коэффициент теплообмена между ДВС и рыбопродуктом, ограждениями, транспортными средствами, Вт/и К;

Гр,Ггр,Г„гр ~ площадь поверхности теплообмена рыбы, транспортных средств, ограждений,Mf

Up, 1</п, it/рв - среднее влагосодержание рыбопродукта, поверхностного слоя рыбопродукта, равновесное рыбопродукта, кг/кг;

jffie> h> fß- • ~ энтальпия ДВС, дыма, .воздуха, ДВС на выходе из установки, ДВС на входе в i установку, Дж/кг; 1 с/gSc. e/g, c/S - влагосодержание ДВС, . дыма, воздуха,кг/кг;

Л" - удельная теплота испарения,Дж/кг;

£ - длина установки,м;

/1 3 Р - плотность рыбопродукта,кг/м;

X - координата по длине установки,м; /в - коэффициент влагообмена,м/с;

относительная влажность ДВС,Ж; В - барометрическое давление,мм.рт.ст.; ßu - давление насыщенных паров,мм.рт.ст.; ^ - определяющий размер рыбопродукта,м;

/Цбс~ положение регулирующего органа на газоходе дыма, воздуха, ДВС соответственно,отн.ед.;

- коэффициенты передачи заслонок.' Учет конечной скорости распространения теплоты в тепловых емкостях объекта осуществлялся на основе понятия " возмущенного " слоя. Толщина " возмущенного " слоя ' -

S = ож,

£

где - коэффициент теплопроводности, м /с;

Т - время полного колебания температуры ДВС,с. Масса 1-го элемента, участвующего е теплообмене

nii = Fiр: сГ/,

где Fi - площадь поверхности,м ;

рС - плотность,кг/м~! Туннельная установка аппроксимировалась ячеечной моделью с /?

■ н

участками.

Шаг разбиения коодинаты X разностью назад 1

ах-А

По результатам промышленных исследований /7 = 3, а X - £~.

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 типа 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 уаравпения, 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 а 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 возможно использование воды из артезианских скважин, обладающей температурой 7 - 10 С независимо от времени года.

Матрица Бристоля ( матрица связности каналов регулирования) . _ 1 0.68 0.32

I 0.32 0.68

/и Мир)

\а/(2 (Р) \ /•

Ш?)

4

(?)

48(13800р-Н ) (2680Р+1 )_

{15500р+1 )(60р+) )(2960Р+) И144Р-И)

W-94(13800p+1 )(2680р+1 ) ' -

' (15ьаор+1

\г1гг=

)(60р+1)(2960р+1Н144Р+1)

-8(13800р+1 )(2580р^1) (15500Р+1К2960р+1)(144р+1)

-33(13800р+1 )(2С80р-Н ) (15500Р+1)(2960р+1)(144р+1)

Рис.2 Структурная схема модели динамики зоны сушки

Для обеспечения автономности САР в систему введены компенсаторы перекрестных связей:

■ укг = - о./г/бол ч) ~Р~+7

Использование компенсаторов позволяет рассчитывать контуры независимо друг от друга. Оптимизационная процедура осуществилась методом Гаусса - Зейделя, Ограничения на запас устой-чибости 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

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

Интервал'дискретности 77? = 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

(J = МО Mo-4 m) ЛVD-агп

' 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 неразделенная, обезжабрвнная, спинка обезглавленная с начальной массовой долей влаги 68 - 72*. Получены следующие результаты: неразделенная

и « - V- ¿23¿/о - 0,2?4П7

обвзжабренная

и = ~Я5 * /л¿/о -аЗУлт

спинка обезглавленная

и = -6.69 0.44Л1

где U ~ текущая массовая доля влаги,*; Но - начальная массовая доля влаги,Ж; AfT) - потеря массы,%. Рыбопродукт, подаваемый,на копчение, предварительно объединяется в группы с одинаковыми физико-химическими параметрами: размерный ряд, массовая доля жира, массовая доля < соли, вид разделки, срок хранения. Для максимизации внутреннего массопо-реноса устанавливается максимально допустимая для данного вида рыбы температура "

Алгоритм расчета управляющего еоэдействил имеет вид:

Ш = Ur.u.

ft- 1! , If ■ / WQ . Ю?

Ui - Ui-s + - ¿m; J, еслицт^-лтг / >6

. # - Ui., , есм ¡АтТО-лт?"! * S

Ui - ¿Jmax, если ¿/i fe ¿/max

Ui - Umin, если ¿Ii ^ Umin L = 2,3,4

где Ur.u.~ управление ^ соответствии с технологическими инструкциями Uj - управление на первом шаге;-Ui - управление на i - том шаге; Üi*i~ управление на С - м шаге; UminJJmax. ~ минимально и максимально допустимое значение управляющего воздействия; Ua - шаг изменения управления; ¿ГГ)тУ~ модельная ( расчетная ) потеря массы; ¿ff? - текущая ( фактическая ) потеря массы;

о - постоянная величина ( зона нечувствительности ).

Обобщенная функциональная структура САУ в соответствии с испопьзуемым 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 раэност-ного сигнала АПР{- - ¿Г77с

Прогнозирующая модель сушки рыбы записывается в виде

лт^^ ~ к л/п,- ( / - ехр(~ Г,?/Т))

где Н.Г - параметры идентификации,

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

¿ГПс ,лГП£ц- потери массы рыбы на I- /у, / +-/-М шаге

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

, На рис.5 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 - общей дли-

тельности обработки.

В четвертой главе проведен синтез технической структуры СУ холодным копчением а 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 структурной схемой САР синтезированы два связных контура регулирования: температуры и относительной

ч

Рис.4 Обобщенная функционалиная структура САУ холодным копчением

Рис.5 Кривы« сушки рыбы при холодном копнении

1 - постоянное управляющее воздействие

2 - адаптивное управление

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

У7 = Д * &

¿с + С

■л ., „ 0

где Гс ~ температура сухого термометра, С;

¿м - температура "мокрого" термометра,^С.

а = 93: 5 = -гё*; с =

Конфигурация подсистемы стабилизации объединяет следующие алгоритмы ремиконта Р 130:

- лицевой панели ОКО;

- ваода/оывода 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 ксмпопсаторы 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 ЯЗ 232С. • ,,

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

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

Опытная эксплуатация макета системы управления показала,

Рис.6 Функциональная схема САУ холодным копчением рыбы в установках туннельного типа 1 - микроэвм

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

4,6,6 - первичнЫе преобразователи температуры 7,8 - исполнительные механизмы 9,10,11,12 - первичные преобразователи веса 13 - тензоизмеритель ШКРОСИМ 02 15 - устройство сопряжения

St

что наибольшее влияние на точность управления оказывают случайные помехи ■ при взвешивании рыбопродукта. Основные причины возникновения случайных помех - загрязнение груэоприемной 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 груэоприемной платформы на точность измерения массы разработано устройство, осуществляющее определение веса ненагруженной платформы перед каждой операцией взвешивания и последующую коррекцию измерительного сигнала.

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

Анализ технологических и физико-химических особенностей , производства копченой продукции показал, что обрабртка рыбы с содержанием жира более 10 - 12% характеризуется небольшим количеством удаляемой влаги (0-5% ) и, как следствие, низкой -интенсивностью сушки. Это позволяет исключить из базойой 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' производству 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 программно-логического управления.

Система обеспечивает работу установки в 4-х режимах: сушка, вяление, горячее копчение, холодное копчение, реализует задание «1-х временных интервалов, контроль и регулирование температуры ДВС в пределах 20 -150^0, относительной влажности ДВС 30 - бок ( при холодном копчении ), г.уск 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:

1. 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 В.И. Анализ производства рыбы холодного копчения в туннельных печах как объекта управления / Сборник научных трудов " Автоматизация технологического и энергетического оборудования рыбной промышлен-^ ности ". - Калининград: Б.и., 1989. - с.85 - 92.

6. Ильцевич НЛО., Сердобинцев С.П. Структура системы управления процессом холодного копчения рыбы // Тез. докл. Всесоюз. конф. " Автоматизация технологичесикх процессов и производств пищевой промышленности "( 9-10 октября 1989г. ).

- М.: Б.ч., 1989. - 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-' кенного 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. прап, состава, асп. и сотр. калинингр. вузов Минрыбхоза СССР: С6-. тез. докл. - Калининград: р.и., 1989. -с.213. .*'■«>

9. Ильцевич Н.Ю., Сердобинцев С.П. Анализ целесообразного уровня автоматизации производства рыбы холодного копчения tt 17 межвуз. науч.- тех. конф. проф. прел, состава, асп. и сотр. калинингр. вузов Минрыбхоза СССР: Сб. тез. докл. - Калининград: Б.и., 198Э. - с.216,

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 технологичаскими процессами пищевой промышленности: опыт разработки и эксплуатации "( 26 - 27 марта 1991г. }. - Киев: Б.и., 1991. - с.22 - 23.

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

12. Ильцевич Н.Ю., Сэрдобинцев 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.