автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения

На правах рукописи

ПОНОМАРЕНКО ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальности 05.18.12. — "Процессы и аппараты пищевых

производств" 05.13.06. — "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мурманск - 2004

Работа выполнена в Мурманском государственном техническом университете

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

А.М. Ершов

кандидат технических наук, доцент

A.А. Маслов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

С.Т.Антипов доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, доцент

B.Н. Богатиков

Ведущая организация: ООО «Жаднов»

Защита состоится «09» декабря 2004 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета К 307.009.02 в Мурманском государственном техническом университете по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мурманского государственного технического университета.

Автореферат разослан «04» ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /у .

кандидат технических наук, доцент р/ ^/у И.Э.Бражная

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях рыночной экономики задача повышения эффективности технологических процессов играет существенную роль, так как позволяет получать продукцию более высокого качества при одновременном увеличении выпуска готовой продукции из того же количества сырья и сокращении производственных затрат, связанных с технологическим процессом производства. Качество технологического процесса определяется тем, насколько оптимально он проводится.

Повышение эффективности процесса копчения связано с интенсификацией процесса дымообразования, что позволяет поддерживать концентрацию дымовоздушной смеси в коптильной камере на максимально возможном при текущих внешних условиях уровне и сократить этап процесса копчения, связанный с насыщением пищевого продукта коптильными компонентами. Кроме того, температура дыма, по сути, является основным возмущающим воздействием для контура регулирования температуры дымовоздушной смеси в коптильной камере. Контроль этой температуры позволяет улучшить динамические характеристики контура регулирования температуры в камере, что связано с появлением дополнительной обратной связи по основному возмущающему воздействию. Внедрение автоматической системы управления (АСУ) процессом позволяет снизить затраты на производство единицы продукции путем постоянного контроля качества технологических процессов дымообразования и копчения. Кроме того, введение в систему контуров сигнализации и регистрации параметров процесса исключает необходимость постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала.

Снижение себестоимости продукции может быть достигнуто за счет снижения количества топлива (опилок) для получения коптильного дыма путем постоянного контроля плотности дымовоздушной смеси в коптильной камере и снижения производительности дымогенератора до минимально необходимой при достижении плотностью дымовоздушной смеси максимально возможных в текущих условиях значений. Кроме того, для дымогенераторов эндотермического типа с электрическим по-

| ' А^ИОНЛЛЬНл5Г БИБЛИОТЕКА

догревом применение АСУ процессом дымообразования позволяет снизить затраты электроэненергии, необходимой для протекания процесса. Однако применение АСУ с жестко заданными параметрами регуляторов не позволяет достичь максимальной эффективности процесса копчения в целом ввиду изменения параметров самого процесса с течением времени. Один из способов решения задачи управления подобными процессами — построение адаптивной АСУ, изменяющей структуру и параметры своих регуляторов для получения наилучшего по выбранным критериям управления. Применение подобных систем позволяет приблизить условия протекания технологического процесса к оптимальным и повысить эффективность технологического процесса в целом.

Внедрение АСУ позволяет добиться повышения качества технологического процесса. Однако это не исключает работу специалистов-технологов, разрабатывающих и обосновывающих технологические карты процессов. Автоматика способна минимизировать в динамике отклонения параметров процесса от параметров, указанных в технологических картах, освобождая обслуживающий персонал технологических установок от необходимости постоянного ручного регулирования контролируемых величин.

Для разработки подобных систем необходимо предварительно разработать методику исследования технологического процесса, что позволит получить необходимые исходные данные для синтеза систем управления. Применение современной компьютерной техники в качестве инструмента для проведения экспериментов согласно разработанной методике и для обработки полученных данных позволяет повысить качество результатов и сократить сроки исследований.

Несмотря на наличие промышленных АСУ со структурой, подобной вышеописанной (особенно в западных странах), высокая стоимость этих систем не позволяет использовать их для автоматизации производств средних и малых отечественных предприятий, бюджет которых зачастую сопоставим со стоимостью подобных установок. Следовательно, возникает необходимость в разработке достаточно эффективных и недорогих отечественных установок с АСУ, которые требуют мини-

мальных затрат на изготовление и внедрение, минимальные сроки окупаемости и, как следствие, повышенный спрос.

Таким образом, задача разработки адаптивной компьютерной АСУ, обеспечивающей повышение эффективности процесса холодного копчения путем интенсификации процесса дымообразования и сокращения времени насыщения сырья коптильными компонентами при сохранении высокого качества выпускаемой продукции, является актуальной, практически полезной, требующей решения.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса дымогенерации при копчении и процесса копчения в целом за счет применения многоконтурной адаптивной АСУ процессом при сохранении высокого качества выпускаемой продукции. Главной задачей работы является разработка контура управления генерацией дыма системы и научное обоснование его структуры. Для решения главной задачи решены следующие вспомогательные задачи:

1. Проведены предварительные исследования процесса дымообра-зования, протекающего в автоматизируемом дымогенераторе, с целью получения представления о законах, которым подчиняется данный процесс.

2. Разработана методика исследования процесса дымообразования с целью получения моделей в терминах "вход-выход" с помощью передаточных функций.

3. Разработаны необходимые способы измерения и датчики параметров процесса, структура многоконтурной адаптивной АСУ на основе исследования процесса дымообразования в процессе холодного копчения.

4. Разработана методика предварительной идентификации параметров моделей исследуемых процессов на базе современных математических программных пакетов, система идентификации параметров модели, функционирующая в режиме реального времени, программно реализована методика синтеза оптимальных регуляторов концентрации дымо-воздушной смеси коптильной камеры и регулятора температуры дымообразования.

5. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение компьютерной многоконтурной адаптивной АСУ процессом дымообразова-ния в процессе копчения.

Научная новизна работы. В диссертации впервые решены следующие вопросы: исследовано распределение температурных полей по кассете с опилками инфракрасного дымогенератора (ИК ДГ) эндотермического типа в процессе его работы при различных начальных условиях и выведены математические зависимости температуры дымообразования от этих условий; выведена зависимость коэффициента теплового рассеивания от начальной влажности опилок в кассете работающего ИК ДГ; разработана и опробована методика построения математических моделей в терминах "вход-выход", описывающих динамику отдельных составляющих процесса дымообразования на базе математического программного пакета Matlab; проведено исследование работоспособности и эффективности компьютерной адаптивной АСУ процессом дымообразо-вания при холодном копчении, показывающее, что разработанная адаптивная АСУ позволяет добиться повышения эффективности технологического процесса при сохранении высокого качества продукции.

Практическая ценность работы. Разработана и научно обоснована концептуальная модель коптильной среды как объекта управления в процессе дымообразования с целью построения функциональной схемы АСУ. Разработана методика исследования распределения температурных полей внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора эндотермического типа. Исследовано распределение температурных полей в ИК ДГ конструкции Ершова-Шокиной. Построена и обоснована функциональная схема двухконтурной системы стабилизации концентрации дымовоздушной смеси с обоснованием выбора наблюдаемых величин и управляющих воздействий. Обоснованы и спланированы эксперименты по определению параметров моделей контуров стабилизации концентрации дымовоздушной смеси и регулирования температуры ды-мообразования. Разработана и опробована методика обработки экспериментальных данных с целью получения исходных математических моделей процесса. Практически подтверждена возможность использования полученных моделей для настройки АСУ процессом дымообразования

при холодном копчении рыбы. Полученные алгоритмы, методики и аппаратно-программный комплекс могут быть использованы в научно-исследовательских работах, направленных на изучение технологических процессов пищевой промышленности и разработку АСУ технологическими процессами.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием апробированных расчетных методик, согласованием расчетных данных и результатов эксперимента.

Внедрение. Результаты диссертационной работы в виде компьютерной АСУ, представляющей собой аппаратно-программный комплекс на базе IBM-совместимого компьютера, внедрены в лаборатории "Современных технологических процессов переработки гидробионтов" (СТППГ) кафедры Технологии пищевых продуктов Мурманского государственного технического университета (ТПП МГТУ). Проведена опытная эксплуатация АСУ коптильной установкой МГТУ. По результатам экспериментального исследования технологического процесса холодного копчения разработан учебный тренажер АСУ процессом холодного копчения на базе SCADA-системы (программной системы диспетчерского контроля и сбора данных) Genie 3.0 фирмы Advantech. Тренажер установлен в лаборатории компьютерных систем управления кафедры Автоматики и вычислительной техники (А и ВТ) МГТУ и внедрен в учебный процесс по специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов и производств" (по рыбопромышленной отрасли) при изучении дисциплин "Программные средства систем автоматического управления", "ЭВМ и аппаратные средства систем автоматизации и управления".

На защиту выносятся: методика исследования распределения температурных полей в дымогенераторах эндотермического типа; разработанная двухконтурная структура АСУ процессом дымообразования при копчении; выведенные математические зависимости температуры внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора конструкции Ер-шова-Шокиной от времени, геометрических размеров кассеты и начальной влажности опилок; методика построения динамических моделей процесса дымообразования при копчении в терминах "вход-выход";

алгоритмы адаптивного управления, учитывающего изменения внутренних и внешних условий в ходе протекания процесса.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и были одобрены на:

научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ (Мурманск, 2001);

всероссийских конференциях "Наука и образование 2002", "Наука и образование 2003" (Мурманск, 2002, 2003 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе получено свидетельство об официальной регистрации программы для ПЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (111 наименований) и 4 приложений. Работа изложена на 154 страницах, содержит 44 рисунка и 3 таблицы. В приложениях представлены результаты экспериментов и листинги программ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель исследований и научная новизна, показана практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена описанию технологических процессов копчения и генерации дыма с использованием различных типов дымоге-нераторов. Приводятся основные параметры коптильной среды, влияющие на процесс копчения и качество готовой продукции, допустимые пределы изменения этих параметров, а также существующие способы интенсификации процессов дымообразования и холодного копчения. Обобщены литературные сведения о существующих на текущий момент отечественных типах дымогенераторов и их системах управления, а также основные возможности зарубежных систем. Приводится обоснование необходимости разработки эффективной и недорогой АСУ для малых отечественных предприятий. Даны описание устройства исследуемого

ИК ДГ конструкции Ершова-Шокиной, разработанного на кафедре ТПП МГТУ, и обзор возможных вариантов его автоматизации.

По мнению автора, коптильную среду как объект управления можно рассматривать в виде трех взаимосвязанных контуров - контуров изменения плотности дымовоздушной смеси, температуры дымообразо-вания (и связанной с ней температуры дыма) и влажности дымовоздуш-ной смеси. Данные параметры (плотность, температура и влажность дыма) далее рассматриваются в качестве регулируемых параметров в разрабатываемой АСУ. В качестве внешних задающих входных воздействий для дымогенераторов эндотермического типа, к которым относится автоматизируемый ИК ДГ, предлагаются мощность, подаваемая, на нагревательные элементы, влажность и концентрация свежего воздуха.

Контур регулирования влажности дымовоздушной смеси предлагается реализовать в виде отдельного контура с кондиционером в качестве регулятора.

Для контуров регулирования концентрации и температуры дыма автором для последующей реализации предлагается двухконтурная функциональная схема системы стабилизации концентрации дымовоз-душной смеси с внутренним контуром поддержания температуры дымо-образования в заданных пределах и внешним контуром регулирования концентрации дыма, сигнал с регулятора которого является задающим сигналом для внутреннего контура. В качестве задающего сигнала для системы в целом предлагается сигнал задания оператором установки необходимой концентрации дыма.

Кроме того, автором выдвигается гипотеза, что для эффективной работы АСУ необходима дополнительная подсистема адаптации с оптимизацией коэффициентов регуляторов контуров ввиду того, что параметры исследуемого процесса меняются в значительных пределах как в ходе самого процесса копчения, так и при изменении начальных условий (вид и структура топлива (опилок), влажность опилок, температура окружающей среды и т.п.).

Для эффективного решения главной задачи работы - повышения эффективности процесса копчения за счет применения адаптивной АСУ процессом дымогенерации — автором предлагается решение ряда подза- •

дач (разработка методик исследования процесса, разработка структуры контуров АСУ, выбор датчиков и органов управления, разработка методики синтеза оптимальных регуляторов и т.п.), которые сведены в единую технологическую карту научных исследований по теме диссертации.

Вторая глава посвящена исследованию распределения температурных полей внутри кассеты с опилками в работающем ИК ДГ и выбору и описанию управляемых величин и элементов системы управления технологическим процессом получения дыма в ИК ДГ в процессе копчения.

Исследование температурных полей в толще сырья в процессе получения дыма в ИК ДГ проводилось на действующем дымогенераторе с помощью разработанной и собранной автором установки, в составе которой: термопара типа ТХА в качестве датчика температуры дыма; ADAM 4011 - модуль аналогового ввода с преобразователем сигнала с термопар; 3 рабочих части термосопротивления типа ТСМ в качестве датчиков температуры в слое опилок; 3 измерительных моста; 3 усилителя сигнала с блоком питания; ADAM 4017+ - модуль аналогового ввода сигналов в компьютер; ADAM 4520 - модуль преобразования интерфейса RS-485 (интерфейса связи модулей ADAM) в RS-232 (интерфейс последовательного порта компьютера); ПК IBM PC - персональный компьютер с программой для регистрации данных с термодатчиков, выполненной автором в SCADA-системе Genie DAQ.

Установка позволяет одновременно регистрировать данные с датчиков температуры дыма и температуры внутри кассеты с опилками согласно разработанному автором плану экспериментов, выводить их на экран ПК в виде временных зависимостей и в числовом виде, а также сохранять их на диске ПК в виде архивного файла для последующей обработки. Основные графики, полученные в результате обработки экспериментальных данных представлены на рисунках 1-3. Количество избыточной воды в ходе всех экспериментов составляло 50% от массы опилок; удельная поверхность слоя опилок порядка 10 м2/кг; начальная влажность опилок варьировалась в пределах (5...70)%.

Рисунок 1. Зависимость температуры опилок от расстояния от поверхности; начальная влажность опилок 50%

Рисунок 2. Распределение температуры в слое опилок между двумя соседними нагревательными элементами; начальная влажность опилок 50%

начальная влзкность

1-5%

2-50*

3-70%

0-

0

50

100 Время, мин

150

200

Рисунок 3. Изменение температуры внутри кассеты дымогенератора с опилками при различных начальных влажностях опилок

Анализ результатов экспериментов (рисунки 1-3) позволяет говорить о том, что в процессе дымообразования в слое опилок непрерывно идут два взаимопротивоположных процесса: нагрев слоя за счет поступаемой от нагревательных элементов энергии с уменьшением влажности слоя и охлаждение слоя за счет влаги, поступающей из низлежащих слоев под воздействием градиента температур, и за счет этого увеличение влажности слоя. Интенсивность данных процессов и определяет общую картину изменения температуры в слое в зависимости от удаленности слоя от поверхности и от начальной влажности опилок. При увеличении начальной влажности опилок на начальном этапе прогрева все большее значение приобретают процессы охлаждения слоя за счет влаги нижних слоев, что приводит к затягиванию как процессов прогрева и термолиза отдельно взятого слоя, так и процесса дымообразования в целом. Однако при недостаточной влажности опилок прогрев и термолиз слоя древесины идет настолько интенсивно, что влага из нижних слоев не успевает проникать в наблюдаемый слой. Это приводит к быстрому термическому разложению всего объема древесины и необходимости частой замены опилок в кассете ИК ДГ.

Математически процессы изменения температуры внутри кассеты с опилками Тв зависимости от времени г, глубины слоя у относительно поверхности опилок и положения слоя по длине кассеты х были описаны автором путем решения дифференциального уравнения теплопроводности второго порядка при граничных условиях первого рода:

где начальная температура на поверхности опилок; - предельная температура для слоя опилок изменение температуры для

слоя, отстоящего от поверхности на величину - конструкционный тепловой коэффициент, характеризующий уменьшение температуры при удалении от оси нагревательного элемента для конкретного дымогенера-тора в нулевой момент времени; а - коэффициент теплового рассеивания, учитывающий температуропроводность, влияние испарения воды, термовлагопроводность, выделение тепла при термолизе, конвенктив-ную составляющую в пустотах между опилками и т.д., то есть комплексный коэффициент.

Из выражения (1) по известным из экспериментов температурным полям, начальным и граничным условиям был определен коэффициент теплового рассеивания:

(1)

Т(х,т) = (Т0 + АТ^) + В^ - а2 АТ^т - а2 В{хт,

(2)

2

1

У

а --

(3)

Используя экспериментальные результаты (рисунки 1 - 3) и выражение (3), было вычислено значение коэффициента теплового рассеивания для проведенных экспериментов. При изменении начальной влажно-

сти опилок от 70 до 5% этот коэффициент для березовых опилок и верхнего слоя меняется в пределах от 0,3 до 80 мм2/мин и аппроксимируется параболой вида:

а0*0 = 59,426- 0,014W2.

(4)

Выведенные зависимости (1)-(4), хотя и позволяют достаточно полно описать происходящие внутри исследуемого дымогенератора температурные процессы, однако являются слабо применимыми для задач автоматического управления ввиду меняющихся начальных условий процесса (температура и влажность свежего воздуха, начальная влажность и структура опилок и т.п.), а также сложности расчетов для конкретных начальных условий и выбранного слоя опилок и, следовательно, неоправданного расхода на эти расчеты машинного времени.

Для эффективного автоматического управления автор предлагает единое обобщающее описание процессов, происходящих во всем объеме кассеты с опилками, на основе которого в первом приближении можно было бы судить о процессах прогрева и термического разложения в кассете ИК ДГ в целом. Подобным описанием является математическое описание процесса изменения температуры дыма непосредственно на выходе из ИК ДГ в виде передаточной функции. Для нахождения температуры внутри кассеты с опилками при известной температуре дыма автором с помощью графоаналитического метода с использованием логарифмических амплитудочастотных характеристик (ЛАЧХ) математических моделей изменения температуры внутри кассеты и температуры дыма была выведена формула коэффициента связи:

0,113/7 + 1

Ксв{р) = 1,5-

(5)

0,035р + Г

гдер - оператор Лапласа. С учетом формулы (5) при известной температуре дыма температура внутри кассеты с опилками может быть найдена как

Применимость описания процесса изменения температуры дыма для описания процесса изменения температуры внутри кассеты была доказана путем сравнения экспериментальных данных и переходного процесса, полученного обработкой выражения (6); среднее квадратичное отклонение (СКО) результатов составило 48 или порядка 7°С.

Таким образом, для контроля и управления процессом дымообра-зования необходимо контролировать температуру дыма на выходе из автоматизируемого ИК ДГ и поддерживать ее в диапазоне от 80 до 130°С путем регулирования мощности, подаваемой на нагревательные элементы. Достижение температуры дыма 130°С и невозможности ее понижения при работающей системе управления свидетельствует о практически полном прогорании опилок в кассете исследуемого ИК ДГ и необходимости их замены. Совместно с поддержанием необходимого качества подготовки опилок (состав, структура, влажность около 50%) это позволит процессу дымообразования протекать наилучшим образом с образованием максимального количества дыма при потреблении минимального количества сырья (опилок) и электроэнергии.

На основании анализа структуры коптильной среды как объекта управления и вышеприведенной информации в качестве регулируемых параметров для контура регулирования плотности дымовоздушной смеси автором предлагаются собственно плотность этой смеси, измеряемая датчиком плотности в коптильной камере, и температура дыма на выходе из дымогенератора. Регулирующим органом для контура предлагается блок регулирования мощности исполнительных элементов (специальных инфракрасных ламп).

В качестве датчика оптической плотности (ДОП) дыма был выбран ДОП, являющийся частью измерительного комплекта Н29-И57, подключенного к исследуемой лабораторной коптильной установке. В качестве датчика температуры дыма была выбрана термопара типа ТХА 008-000. В качестве внутренней структуры регуляторов автоматизируемых контуров была принята двухконтурная структура с пропорционально-интегральными (ПИ) регуляторами. В качестве исполнительного элемента АСУ был выбран и собран симисторный регулятор мощности нагревательных элементов.

Третья глава посвящена вопросам экспериментального исследования и моделирования технологического процесса получения дыма в ИК ДГ в процессе холодного копчения с целью построения математических моделей отдельных составляющих процесса дымообразования, используемых в дальнейшем в качестве начальных моделей для адаптивной АСУ процессом дымообразования в процессе холодного копчения.

Автором был разработан план экспериментов по получению переходных характеристик ИК ДГ при воздействии на него ступенчато-изменяющегося теплового потока, подводимого от нагревательных элементов, а также переходных характеристик коптильной камеры как объекта управления по концентрации дымовоздушной смеси. Приведены порядок и условия проведения экспериментов и их результаты — графики переходных характеристик.

Полученные в соответствии с планом экспериментов данные были затем обработаны в программном пакете МаНаЬ по разработанной автором методике, в результате чего были получены математические модели объектов управления в виде передаточных функций.

По приведенным в диссертационной работе результатам обработки экспериментов видно, что коэффициенты передаточныых функций объектов управления значительно отличаются (в пределах 100%) друг от друга при изменении внешних условий экспериментов, что доказывает необходимость применения адаптивной АСУ процессом.

В качестве начальных моделей для дальнейшей обработки в контуре адаптации системы управления были выбраны модели, полученные в процессе обработки результатов экспериментов, наиболее приближенных к реальным условиям протекания процесса дымообразования в ИК ДГ (начальная влажность опилок 50%, количество избыточной воды 50%, полностью закрытые заслонки свежего воздуха, 100% мощность нагревательных элементов).

Передаточные функции контуров температуры дымообразования и концентрации дымовоздушной смеси при увеличении мощности излучающих элементов:

Передаточные функции контуров температуры дымообразования и концентрации дымовоздушной смеси при снижении мощности излучающих элементов:

Полученные начальные модели (7), (8) были в дальнейшем использованы при построении компьютерной адаптивной АСУ процессом дымообразования при холодном копчении в лаборатории СТППГ МГТУ.

Четвертая глава посвящена описанию структуры разработанной адаптивной компьютерной АСУ с описанием подсистем (модулей) цифровых регуляторов, ввода/вывода, идентификации и оптимизации коэффициентов регуляторов отдельных контуров технологического процесса получения дыма ИК ДГ в процессе холодного копчения, а также анализу возможностей построения адаптивной АСУ с использованием современных программных средств (таких, как SCADA-систем), промышленных контроллеров и ЭВМ.

Адаптивные системы в процессе работы позволяют решить три основные задачи:

- оценить текущие значения параметров объекта управления (идентификация объекта управления);

- найти новые значения параметров регулятора, обеспечивающие в выбранном смысле наилучший процесс управления объектом, по идентифицированным параметрам (оптимизация параметров регулятора);

- осуществить процесс управляемого изменения параметров и структуры регулятора с целью получения наилучшего в заданном смысле управления изменяющимся объектом.

В качестве адаптивной АСУ был обоснован выбор беспоисковой АСУ с наблюдателем. Алгоритмы идентификации были разработаны А.А. Масловым, профессором кафедры А и ВТ, подпрограммы идентификации, работающие по этим алгоритмам, были предоставлены А.Ю. Висковым, доцентом кафедры А и ВТ МГТУ. В работе экспериментально доказывается применимость данных алгоритмов для идентификации объектов управления автоматизируемой установки.

Алгоритмы и подпрограмма оптимизации коэффициентов регуляторов были разработаны автором в соавторстве с А.А. Масловым, профессором кафедры А и ВТ МГТУ, на что было получено соответствующее официальное свидетельство о регистрации программы для ПЭВМ. В основе разработанных алгоритмов лежит методика минимизации (путем подбора параметров регулятора по методу координатного спуска) выбранной в качестве критерия качества интегральной оценки вида:

где e(t) - разность между задающим и выходным сигналами (ошибка рассогласования), t- время переходного процесса.

В работе приводятся экспериментальное обоснование выбора интегральной оценки, алгоритм и подпрограмма метода, а также результаты работы АСУ с оптимизированными коэффициентами регуляторов.

Для реализации в системе управления было выбрано дискретное представление ПИ - регуляторов в виде:

где а'о = КР, а'1 = - КР + То / Ти , КР - коэффициент пропорциональной составляющей, Ти - постоянная времени интегрирования, Т0 - шаг квантования (период опроса параметров процесса). рассчитываются подпрограммами оптимизации и передаются в подпрограммы цифрового регулятора соответствующих контуров.

(9)

о

U(k) = U(k-1) + а'о * е(к) + а', * е(к-1),

(10)

Подпрограммы идентификации объектов управления, оптимизации параметров регуляторов, алгоритмов работы регуляторов, ввода/вывода аналоговой и дискретной информации в ПЭВМ, а также служебные подпрограммы (масштабирования, архивации и визуализации данных, сигнализации и т.п.) и интерфейс оператора были реализованы автором в SCADA-системе Genie DAQ фирмы Advantech, описаны в работе и опробованы в ходе экспериментальной работы разработанной АСУ в лаборатории СТППГ МГТУ.

Аппаратная часть системы управления построена на основе модульного промышленного компьютера MIC-2000 фирмы Advantech. Обмен информацией в системе производится по стандартному последовательному интерфейсу RS-232 и промышленному помехозащищенному последовательному интерфейсу RS-485.

Информация о ходе процесса снимается с датчиков с помощью модулей ADAM 4017 и ADAM 4011 (модулей аналогового ввода сигналов напряжения с датчиков и сигналов с термопар), управляющие воздействия передаются с использованием модулей ADAM 4021 и ADAM 4060 (модулей вывода аналоговых и дискретных сигналов) по интерфейсу RS-485 с использованием модуля ADAM 4520, преобразующего данные в формат интерфейса RS-232 для последующей передачи их на промышленный компьютер. Дискретные сигналы передаются с помощью модуля ADAM 4050. Применение модулей удаленного сбора данных серии ADAM 4000 обеспечивает существенное снижение влияния помех, возникающих в линиях передачи данных, и делает систему более гибкой в плане возможности наращивания количества датчиков, исполнительных механизмов и самих коптильных установок. Кроме того, невысокая стоимость модулей (порядка 70$) делает систему доступной для приобретения малыми предприятиями и быстро окупаемой. Структура АСУ представлена на рисунке 4.

Собранная установка в течение 2 месяцев эксплуатировалась в лаборатории СТТПГ кафедры ТПП МГТУ. В ходе эксплуатации поддерживался весь цикл процесса холодного копчения. Автоматизация процесса копчения дала возможность контролировать температуру дымооб-разования (путем контроля температуры на выходе из дымогенератора)

и не допускать превышения ею заданных пределов при поддержании максимально возможной при данных условиях плотности дымовоздуш-ной смеси, что позволяет избежать появления нежелательных веществ (в частности, бензапирена) в коптильном дыму; экономия электроэнергии при этом составляет от 7 до 15%.

Рисунок 4. АСУ процессом дымообразования в процессе холодного копчения при получении дыма ИК ДГ

ВЫВОДЫ

1. Предложена и обоснована концептуальная модель коптильной среды как объекта управления, описывающая внутренние связи между отдельными составляющими процесса дымообразования при копчении.

2. Предложена методика исследования распределения температурных полей внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора эндотермического типа. С помощью данной методики изучено распределение температурных полей в ИК ДГ конструкции Ершова-Шокиной, выведены математические зависимости температуры внутри кассеты с

опилками работающего дымогенератора от времени, геометрических размеров кассеты и начальной влажности опилок. Определена зависимость коэффициента теплового рассеивания в слое опилок от влажности последних.

3. Доказана зависимость температуры дыма на выходе дымогене-ратора от температуры внутри кассеты с опилками и найдена формула для комплексного коэффициента связи, математически описывающего эту зависимость.

4. Предложен план экспериментального исследования технологического процесса дымогенерации при холодном копчении рыбы, позволяющий с наименьшими затратами времени, энергии и сырья получить информацию, достаточную для разработки и настройки АСУ. Разработана методика обработки экспериментальных данных, направленная на получение исходных динамических моделей процесса в виде передаточных функций с необходимой точностью, с использованием пакета МаИаЪ. Получены исходные динамические модели процесса копчения, позволяющие провести разработку и настройку алгоритмов адаптивного управления. Практически подтверждена необходимость использования адаптивной АСУ, способной подстраиваться под изменение параметров процесса дымогенерации при холодном копчении.

5. Разработаны алгоритмы и программы, на практике подтверждающие работоспособность и эффективность беспоисковой адаптивной АСУ. На основании вычислительных экспериментов выбран критерий качества управления и метод оптимизации регуляторов, управляющих отдельными составляющими процесса холодного копчения рыбы. Работоспособность и эффективность подсистем идентификации и оптимизации подтверждены в ходе опытной эксплуатации.

6. Разработано программное и аппаратное обеспечение адаптивной АСУ процессом дымогенерации при холодном копчении на базе персонального компьютера. Проведены испытания АСУ на действующей коптильной установке МГТУ с ИК ДГ, подтверждающие эффективность разработанных программ и высокие эксплуатационные характеристики компьютерной системы управления.

7. Проведена опытная эксплуатация АСУ холодного копчения на коптильной установке МГТУ. Обеспечены экономия электроэнергии от 7% до 15%, сокращение этапа насыщения коптильными компонентами на поддержание заданной температуры дымообразования в ходе

всего процесса, исключающей появление нежелательных веществ в коптильном дыму.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Маслов А.А., Пономаренко Д.А. Самонастраивающийся ПИД-регулятор на базе ПЭВМ (программа), 260 кБ. Свидетельство №2000610309 об официальной регистрации от 17.04.2000.

2. Пономаренко Д.А. Установка для оптимальной настройки регуляторов. // Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ. - Мурманск, 2001. - 3 с.

3. Пономаренко Д.А. Обеспечение оптимальных режимов работы в процессе копчения. // Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ. - Мурманск, 2001. - 2 с.

4. Пономаренко Д.А. Разработка SCADA-системы коптильной установки для использования в учебном процессе. // Межвузовский сборник трудов: По материалам Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование - 2002» - Мурманск: МГТУ, 2002. - 2 с.

5. Пономаренко Д.А. Получение исходных моделей для адаптивной системы управления процессом дымообразования. // Межвузовский сборник трудов: По материалам Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование - 2003».-Мурманск: МГТУ, 2003.-4 с.

6. Пономаренко Д.А. Некоторые вопросы построения адаптивной системы управления процессом дымообразования при холодном копчении. Деп. во ВНИЭРХ № 1401 рх-2004. - 17 с.

7. Пономаренко Д.А. Исследование динамики процесса дымообразова-ния при холодном копчении с целью получения начальных моделей для адаптивной системы управления процессом. // Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. / Мурманск; - 2004. - Том 7, №2. - 6 с.

Лицензия ЛР № 040927 от 15.12.1998 г. Подписано в печать 02.11. 04 г. Формат 60 х 84/16 Бумага офсетная Печать офсетная. Усл. печ. л. - 1,39 Тираж 100 экз. Зак. № 1211

Отпечатано в ГУ «Мурманский центр научно-технической информации» (в полном соответствии с предоставленной электронной версией) 183693, г. Мурманск, ул. Папанина, 4. Телефон 45-32-47

*22728

Введение

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРА- 10 КРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ.

1.1 Описание технологического процесса получения дыма.

1.2 Установки для получения коптильной среды.

1.3 Обзор существующих систем управления процессом дымообразования.

1.4 Выбор структуры АСУ дымогенератором.

1.5. Технология научного исследования по теме диссертации.

1.6. Выводы по первой главе.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ИНФРА- 54 КРАСНОМ ДЫМОГЕНЕРАТОРЕ И ВЫБОР РЕГУЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Исследование распределения температурных полей по объему сырья (опилок) в 54 работающем ИК ДГ.

2.2 Выбор регулируемых параметров и управляющих воздействий для АСУ усгановки холодного копчения.

2.3 Выбор чувствительных элементов для АСУ дымообразованием.

2.4 Выбор внутренней структуры регуляторов исследуемых контуров.

2.5 Выбор регулирующих органов системы регулирования плотности дыма. 82 2.6. Выводы по второй главе

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРА- 86 КРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ КОПТИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

3.1 Общие принципы получения математических моделей отдельных составляющих 86 технологического процесса получения дыма инфракрасным дымогенератором в процессе холодного копчения

3.2 Экспериментальное исследование процесса дымообразования в процессе холод- 95 ного копчения рыбы.

3.3 Методика получения математических моделей динамических объектов

3.4. Выводы по третьей главе

4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕ- 110 СКИМ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ДЫМА ИНФРАКРАСНЫМ ДЫМОГЕНЕРАТОРОМ (ИК ДГ) В ПРОЦЕССЕ ХОЛОДНОГО КОПЧЕНИЯ

4.1. Методы повышения эффективности технологического процесса холодного коп- 111 чения

4.2. Идентификация параметров процесса копчения

4.3 Оптимизация регуляторов системы управления технологическим процессом ды- 122 мообразования в процессе холодного копчения рыбы

4.4 Основные принципы работы регуляторов системы управления технологическим 130 процессом получения дыма инфракрасным дымогенератором.

4.5 Аппаратное обеспечение системы управления процессом холодного копчения на 132 базе современных промышленных микроконтроллеров.

4.6 Реализация программной части системы управления процессом холодного копче- 135 ния на базе современного лицензионного программного обеспечения.

4.7 Исследование технологического процесса холодного копчения с использованием 140 разработанной системы управления технологическим процессом получения дыма инфракрасным дымогенератором.

4.8 Выводы по четвертой главе 143 Заключение 144 Список литературы 146 Приложение 1. Результаты экспериментов по изучению распределения температур в 155 инфракрасном дымогенераторе в процессе работы установки

Актуальность темы. В условиях рыночной экономики задача повышения эффективности технологических процессов играет существенную роль, так как позволяет получать продукцию более высокого качества при одновременном увеличении выпуска готовой продукции из того же количества сырья и сокращении производственных затрат, связанных с технологическим процессом производства. Качество технологического процесса определяется тем, насколько оптимально проводится данный процесс.

Повышение эффективности процесса холодного копчения связано с интенсификацией процесса дымообразования. что позволяет поддерживать концентрацию дымовоздушной смеси в коптильной камере на максимально возможном при текущих внешних условиях уровне и сократить второй этап процесса холодного копчения, связанный с насыщением рыбы коптильными компонентами. Кроме того, контроль температуры дымообразования в процессе генерации дыма позволяет эффективно поддерживать необходимую температуру среды в коптильной камере. Температура дыма, по сути, является основным возмущающим воздействием для контура регулирования температуры дымовоздушной смеси в коптильной камере. Контроль этой температуры позволяет улучшить динамические характеристики контура регулирования температуры в камере, что связано с появлением дополнительной обратной связи по основному возмущающему воздействию. Внедрение автоматической системы управления процессом позволяет снизить затраты на производство единицы продукции путем постоянного контроля качества основных технологических процессов. Кроме того, введением в систему контуров сигнализации и регистрации параметров процесса исключается необходимость постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала.

Снижение себестоимости продукции может быть достигнуто за счет снижения количества топлива (опилок) для получения коптильного дыма путем постоянного контроля плотности дымовоздушной смеси в коптильной камере и снижения производительности дымогенератора до минимально необходимой при достижении плотностью дымовоздушной смеси максимально возможных в текущих условиях значений. Кроме того, для дымогеиераторов эндотермического типа с электрическим подогревом применение автоматической системы управления процессом дымообразования позволяет снизить затраты элекгроэненергии, необходимой для протекания процесса. Однако, применение автоматических систем управления с жестко заданными параметрами регуляторов, не позволяет достичь максимальной эффективности процесса копчения в целом ввиду изменения нарамефов самого процесса с чеченцем времени. Один из способов решения задачи упрааюния подобными процессами - построение адаптивной системы управления, изменяющей структуру и параметры своих регуляторов для получения наилучшего по выбранным критериям управления. Применение подобных систем позволяет приблизить условия протекания технологического процесса к оптимальным и повысить эффективность технологического процесса в целом.

Внедрение систем автоматического управления позволяет добиться повышения качества технологического процесса. Однако, это не исключает работу специалистов-технологов, разрабатывающих и обосновывающих технологические карты процессов. Автоматика способна минимизировать в динамике отклонения параметров процесса от парамегров. указанных в технологических картах, освобождая обслуживающий персонал технологических установок от необходимости постоянного ручного регулирования контролируемых параметров.

Для разработки подобных систем необходимо предварительно разработать методику исследования технологического процесса, что позволит получить необходимые исходные данные для синтеза систем управления. Применение современной компьютерной техники в качестве инструмента для проведения экспериментов согласно разработанной методике и для обработки полученных данных позволяет повысить качество результатов и сократить сроки исследований.

Несмотря на наличие промышленных систем управления со структурой, подобной вышеописанной (особенно в западных странах), высокая стоимость этих систем не позволяет использовать их для автоматизации производств средних и малых отечественных предприятий, бюджет которых зачастую сопоставим со стоимостью подобных установок. Следовательно, возникает необходимость в разработке достаточно эффективных и недорогих отечественных установок с автоматическими системами управления, которые требуют минимальных затрат на изготовление и внедрение, минимальные сроки окупаемости и как следствие повышенный спрос.

Таким образом, задача разработки недорогой и доступной адаптивной компьютерной системы управления, обеспечивающей повышение эффективности процесса холодного копчения путем интенсификации процесса дымообразования и сокращения времени насыщения сырья коптильными компонентами при сохранении высокого качества выпускаемой продукции, является актуальной, практически полезной, требующей решения.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности процесса дымогенерации при холодном копчении рыбы и процесса холодного копчения рыбы в целом за счет применения многоконтурной адаптивной системы автоматического управления процессом при сохранении высокого качества выпускаемой продукции. Разработка контура управления генерацией дыма системы и ее научное обоснование является главной задачей работы. Для решения главной задачи решены следующие вспомогательные задачи:

1. Проведены предварительные исследования процесса дымообразования, протекающего в автоматизируемом дымогенераторе, с целью получения представления о законах, которым подчиняегся данный процесс.

2. Разработана методика исследования процесса дымообразования с целью получения моделей в терминах "вход-выход" с помощью передаточных функций.

3. Разработаны необходимые способы измерения и датчики параметров процесса, структура многоконтурной адаптивной АСУ на основе исследования процесса дымообразования в процессе холодного копчения.

4. Разработана методика предварительной идентификации параметров моделей исследуемых процессов на базе современных математических программных пакетов, система идентификации параметров модели, функционирующая в режиме реального времени, программно реализована методика синтеза оптимальных регуляторов концентрации дымовоздушной смеси коптильной камеры и регулятора температуры дымообразования.

5. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение компьютерной многоконтурной адаптивной АСУ процессом дымообразования в процессе копчения.

Научная новизна работы. В диссертации впервые решены следующие вопросы:

- исследовано распределение температурных полей по кассете с опилками инфракрасного дымогенератора (ИК ДГ) эндотермического типа в процессе его работы при различных начальных условиях и выведены математические зависимости температуры дымообразования от этих условий;

- выведена зависимость коэффициента теплового рассеивания от начальной влажности опилок в кассе] е работающего ИК ДГ";

- разработана и опробована методика построения математических моделей в терминах "вход-выход", описывающих динамику отдельных составляющих процесса дымообразования на базе математического программного пакета Matlab;

- проведено исследование работоспособности и эффективности компьютерной адаптивной системы управления процессом дымообразования при холодном копчении, показывающее, что разработанная адаптивная система управления позволяет добиться повышения эффективности технологического процесса при сохранении высокого качества продукции.

Практическая ценность работы. Разработана и научно обоснована концептуальная модель коптильной среды как объекта управления в процессе дымообразования с целью построения функциональной схемы АСУ. Разработана методика исследования распределения температурных полей внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора эндотермического типа. Исследовано распределение температурных полей в инфракрасном дымогенерагоре конструкции Ершова-Шокиной. Построена и обоснована функциональная схема двухконтурной системы стабилизации концентрации дымовоздушной смеси с обоснованием выбора наблюдаемых величин и управляющих воздействий. Обоснованы и спланированы эксперименты по определению параметров моделей контуров стабилизации концентрации дымовоздушной смеси и регулирования температуры дымообразования. Разработана и опробована методика обработки экспериментальных данных с целью получения исходных математических моделей процесса. Практически подтверждена возможность использования полученных моделей для настройки системы автоматического управления процессом дымообразования при холодном копчении рыбы. Полученные алгоритмы, методики и аппаратно-программный комплекс могут быть использованы в научно-исследовательских работах, направленных на изучение технологических процессов пищевой промышленности и разработку систем управления технологическими процессами. Использование адаптивной системы автоматического управления процессом дымообразования при холодном копчении позволяет снизить себестоимость продукции при сохранении высокого качества.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием апробированных расчетных методик, согласованием расчетных и реальных данных по результатам эксперимента.

В диссертации защищается научное положение: эффекгивносгь процесса холодного копчения рыбы повышена путем применения многоконтурной ада)пивной системы автоматического управления процессом дымогенерации. которая позволяет сократить время второго лапа процесса копчения (этапа насыщения сырья кошильными компонентами) за счет непрерывного поддержания концентрации дымовоздушной смеси на максимально возможном уровне и контроля температуры коптильного дыма, а также поддерживает заданные оптимальные характеристики технологического процесса за счет непрерывной идентификации моделей объекта управления, используемых для расчета огггим&тьных параметров соответствующих регуляторов. Внедрение компьютерной системы управления дает экономический эффект при сохранении качества продукции.

Внедрение. Результаты диссертационной работы в виде компьютерной системы управления, представляющей собой аппаратно-программный комплекс на базе персонального IBM-совместимого компьютера внедрены в лаборатории "Современных технологических процессов переработки пщробионтов" кафедры ТПП Ml ТУ. Проведена опытная эксплуатация системы управления коптильной установкой МГТУ. По результатам экспериментального исследования технологического процесса холодного копчения разработан учебный тренажер системы управления процессом холодного копчения на базе SCADA-системы (программной системы диспетчерского контроля и сбора данных) Genie 3.0 фирмы Advantech. Тренажер установлен в лаборатории компьютерных систем управления кафедры Судовой автоматики и вычислительной техники МГТУ и внедрен в учебный процесс по специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов и производств" (по рыбопромышленной отрасли) при изучении дисциплин '"Программные средства систем автоматического управления", "ЭВМ и аппаратные средства систем автоматизации и управления".

В диссертации защищаются: методика исследования распределения температурных полей в дымогенераторах эндотермического типа; разработанная двухконтурная структура АСУ процессом дымообразования при копчении; выведенные математические зависимости температуры внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора конструкции Ершова-Шокиной от времени, геометрических размеров кассеты и начальной влажности опилок; методика построения динамических моделей процесса дымообразования при копчении в терминах "вход-выход"; алгоритмы адаптивного управления, учитывающего изменения внутренних и внешних условий в ходе протекания процесса.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и были одобрены на: научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ (Мурманск, 2001); всероссийской конференции "Наука и образование 2002", (Мурманск, 2002); всероссийской конференции "Наука и образование 2003", (Мурманск, 2003).

Кроме того, было получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, которая является частью разработанного в ходе диссертационного исследования программного обеспечения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (111 наименований) и 4 приложений. Работа изложена на 154 страницах, содержит 44 рисунка и 3 таблицы. В приложениях представлены результаты экспериментов и листинги программ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (основные результаты и выводы по работе)

1. Предложена и обоснована концептуальная модель коптильной среды как объекта управления, описывающая внутренние связи между отдельными составляющими процесса дымообразования при копчении.

2. Предложена методика исследования распределения температурных полей внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора эндотермического типа. С помощью данной методики изучено распределение температурных полей в ИК ДГ конструкции Ершова-Шокиной, выведены математические зависимости температуры внутри кассеты с опилками работающего дымогенератора от времени, геометрических размеров кассеты и начальной влажности опилок. Определена зависимость коэффициента теплового рассеивания в слое опилок от влажности последних.

3. Доказана зависимость температуры дыма на выходе дымогенератора от температуры внутри кассеты с опилками и найдена формула для комплексного коэффициента связи, математически описывающего эту зависимость.

4. Предложен план экспериментального исследования технологического процесса дьь могенерации при холодном копчении рыбы, позволяющий с наименьшими затратами времени, энергии и сырья получить информацию, достаточную для разработки и настройки АСУ. Разработана методика обработки экспериментальных данных, направленная на получение исходных динамических моделей процесса в виде передаточных функций с необходимой точностью, с использованием пакета Matlab. Получены исходные динамические модели процесса копчения, позволяющие провести разработку и настройку алгоритмов адаптивного управления. Практически подтверждена необходимость использования адаптивной АСУ, способной подстраиваться под изменение параметров процесса дымогенерации при холодном копчении.

5. Разработаны алгоритмы и программы, на практике подтверждающие работоспособность и эффективность беспоисковой адаптивной АСУ. На основании вычислительных экспериментов выбран критерий качества управления и метод оптимизации регуляторов, управляющих отдельными составляющими процесса холодного копчения рыбы. Работоспособность и эффективность подсистем идентификации и оптимизации подтверждены в ходе опытной эксплуатации.

6. Разработано профаммное и аппаратное обеспечение адаптивной АСУ процессом дымогенерации при холодном копчении на базе персонального компьютера. Проведены испытания АСУ на действующей коптильной установке МГТУ с ИК ДГ, подтверждающие эффективность разработанных программ и высокие эксплуатационные характеристики компьютерной системы управления.

7. Проведена опытная эксплуатация АСУ холодного копчения на коптильной установке МГТУ. Обеспечены: экономия элекфоэнергии от 7% до 15%, сокращение этапа насыщения коптильными компонентами на 3+5%. поддержание заданной температуры дымообразования в ходе всего процесса, исключающей появление нежелательных веществ в коптильном дыму.

8. Результаты диссертационной работы планируется использовать при разработке систем управления коптильными установками, выпускаемыми ООО «Жаднов», г.Мурманск и при автоматизации существующего коптильного оборудования.

Основные положения диссертации, методы и результаты исследований опубликованы в работах /63,76-81/.

Новизна полученных результатов подтверждается анализом научно-технической и патентной литературы, а также апробацией работы на международных конференциях и научно-технических конференциях МГТУ.

9. Внедрение адаптивной компьютерной системы автоматического управления позволяет повысить эффективность процесса холодного копчения рыбы за счет снижения расхода электроэнергии на проведение процесса, сокращения длительности этапа насыщения коптильными компонентами и увеличения конечного влагосодержания в готовой копченой продукции а также поддержания заданной температуры дымообразования в ходе всего процесса, исключающей появление нежелательных веществ в коптильном дыму.

-146

1. Matlab / Ахметеафин Р., Ахметсафина Р., Курсов Ю. // Современные технологии автоматизации. - 1999 - №4 - с.62-64.

2. Автоматизация технологических процессов пищевых производств / под ред. Е.Б.Карпина -2-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1985.536 с.

3. Автоматизированные системы управления в пищевой промышленности / В.Г. Воронина, Князев, Рожин, Сирота М.: Агропромиздат, 1991. - 189 с.

4. Автоматика и автоматизация пищевых производств / М.М. Благовещенская, Н.О. Воронина, А.В. Казаков и др. М.: Агропромиздат, 1991. - 239 с.

5. Алексеев, Пахомов. Моделирование и оптимизация технологических процессов в пищевойIпромышленности. М.: Наука, 1987 - 217 с.

6. Балакирев B.C. и Дудников Е.Г., Цирлин А.М. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. -М.: Энергия, 1967. -232с.

7. Баранчук Е.И. Взаимосвязанные и многоконтурные регулируемые системы. -Л.: Энергия, 1968.-267с.

8. Бражная И.Э. Разработка ароматизаторов для пресервов на основе совершенствования процесса генерации дыма фрикционным способом Автореф. дис. . канд. техн. наук. Мурманск, 1998. 26 с.

9. Бражная И.Э. Разработка ароматизаторов для пресервов на основе совершенствования процесса генерации дыма фрикционным способом Дис. . канд. техн. наук. -Мурманск, 1998. -205 с.

10. Ю.Бунин Д.Х., Попов В.М. Совершенствование дымогенераторов, применяемых на предприятиях рыбной промышленности // Рыб.хоз-во: Экспресс-информ. Сер. Технол. оборудование рыб. Пром-сти. / ЦНИИТЭИРХ;-1976. -Вып.6. -18с.

11. Бунин Д.Х., Попов М.В. Внешний тепломассообмен между рыбой и коптильной средой в процессе холодного копчения рыбы // Механизация и автоматизация добычи и обработки рыбы и нерыбных объектов: Сб.науч.тр. / ВНИРО. -М., 1985. -С. 87-98.

12. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. М.: Мир, 1989. - 196 е., ил.I

13. Висков А.Ю. Компьютерная система сбора информации о параметрах рабочей среды коптильной камеры". (УДК664:681.3). Информ. листок № 67-98./ Мурманс. центр науч,-техн. инф. -Мурманск, -1998.

14. Висков А.Ю. Один из подходов к управлению процессом копчения рыбы. Тезисы международной конференции посвященной 40-летию КГТУ, ноября 1998, Калининград.

15. Висков А.Ю. Повышение эффективности процесса холодного копчения рыбы путем непрерывного контроля внутренних свойств полуфабриката. Дисс. . канд. техн. наук. -Мурманск, 2002. -187с.

16. Висков А.Ю. Расширение возможностей аппаратно-программного комплекса "Автоматизированное рабочее место исследователя" (АРМИ) по снятию переходных характеристик // Тезисы докладов науч-техн.конф. профес.-преп.сосг. -МГТУ: -Мурманск, -2000.

17. Встроенная справочная система пакета Axum v7.0.

18. Встроенная справочная система пакета MATLAB.

19. Выбор теплового оборудования для мясо- и рыбопереработки / Здановский В.Г. // Техника и оборудование для села. 1998 - №8 - с.20-26.

20. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. С англ. М.: Мир, 1985. -509 е., ил.

21. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Компьютер в математическом исследовании. СПб.: Питер, 2001 - 624 с.

22. Грецкая О.П., Емшанова А.В., Дикун П.П., Горелова НД. Влияние режима дымогенерации на содержание 3,4-бензпирена в коптильном дыме и копченой рыбе // Рыб. хоз-во.- 1962.-№3,- С. 66-70.

23. Гудович А.В., Бузулуцкий В.В. Современное оборудование для копчения и вяления рыбы // Обзорн. Информ. Сер.технол.оборуд.рыб.пром-сги./ ЦНИИТЭиРХ; -М.: -1980. Вып.З -44 с.

24. Гудович А.В. Станкевич Ф.Ф. Анализ технологического уровня зарубежных фирм // Экспресс-информ. Сер.технол.оборуд.рыб.пром-сти. / ЦНИИТЭиРХ; -1983. Вып.7. -С. 18.

25. Дикун П. П., Костенко Л. Д. Шендрикова И. А. и др. Содержание 3,4-бензпирена в рыбе при различной технологии копчения // Рыб. хоз-во.-1981.- № 5.- С. 78-79.

26. Дикун П. П., Ливеровский А. А., Шмулевская Э. И. Горелова Н. Д. Образование 3.4-бензпирена в результате пиролиза древесины при 300-400 °С // Вопр. онкологии.-1967.- № 3.-С. 80-85.

27. Дикун П.П., Костенко Л.Д., Ливеровский А.А., Шмулевская Э.И., Кун В.Н. О различии механизма низкотемпературного и высокотемпературного процессов образования 3.4-бензпирена при пиролизе древесины // Вопросы онкологии.- 1965.- Т. XXI, № 6.- С. 101103.

28. Дьяконов В., Круглое В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 448 е.: ил.

29. Егоренков Д.Л., Франков АЛ., Харламов В.Ю. Основы математического моделирования. Построение и анализ моделей с примерами на языке MATLAB. М.: Информатика и компьютеры, 1997.- 189 е.: ил.

30. Ершов А.М. Исследование тепло- и массообмена при обжаривании в растительном масле с использованием инфракрасного излучения МТИПП: Дисс. канд. техн. наук. -М., 1982. — 205 с.

31. Ершов А.М. Развитие и совершенствование процессов холодного копчения рыбы наоснове интенсификации массопереноса влаги и коптильных компонентов: Дисд-ратехн. наук7 -МГАРФ, Мурманск, 1992. -360с.

32. Ершов A.M., Бохан В.Н., Калинин Ю.Ф., Мартышевский В.И. Тепловое рыбообрабатывающее оборудование предприятий и промысловых судов: Учеб. пособие. 4.1. Оборудование для копчения рыбы. Мурманск, 1990. - 171 с. (МВИМУ им. Ленин, коме.).

33. Ершов А.М., Висков А.Ю. Один из подходов к оптимальному управлению процессом копчения рыбы. // Тезисы докл. 6й Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава МГАРФ, часть 1, Мурманск, 1995.

34. Ершов А.М. Зотов В.В. Ноздрин С.И. Копчение пищевых продуктов. Повышение энергетической эффективности: Учеб. пособие: В 2 ч. Ч. 1. Мурманск, 1996. - 98 е.: ил. -(Ком. Рос. Федерации по рыболовству. МГТУ).

35. Исследование тепло- и массопереноса в дымогенераторе с ИК-нагревом / Шокина Ю.В., Мурм. гос. техн. ун-т Мурманск, 1997 - 9 с.

36. Калязин Е.А. Терморезисторы в судовой аппаратуре температурного контроля. Л.: Судостроение, 1969. - 232 е., ил.

37. Клюев А.С. и др. Метрологическое обеспечение АСУ ТП / А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, Н.П. Миф. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 160 е.: ил.

38. Клюев А.С., Лебедев А.Т. Оптимизация систем технологического контроля и автоматизации: Информационный подход. М.: Энергоатомиздат, 1994. - 96 е.: ил.

39. Комплекс для разработки и отладки проектов АСУ ТП / Маслов АА., Висков А.Ю. // Современные технологии автоматизации. 2001 - №3 - с.68-76.

40. Коптилъное оборудование // Анал. и реф. информация Технологического оборудования для рыбной пром-сти / Всерос н.-и. и проект.-конструкт ин-т экон., инф. и АСУ рыб. х-ва. -1999. №1 - с.22-23.

41. Кринецкий И.И. Основы научных исследований. -Киев: Вшца школа. 205с.

42. Курко В.И. Быстрое определение проникновения фенолов дыма в рыбу при копчении.// Науч.-тех.бюлУНИИМРП. -1960. -№7. -С. 75-78.

43. Курко В.И. Физико-химические и химические основы копчения. -М.: Пищепромиздат, 1960.

44. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (измерительные преобразователи). Уч. пособие для ВУЗов. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1983. - 320 е., ил.

45. Ли Р. Оптимальные оценки, определение характеристик и управление. -М.: Наука, 1966. -400с.

46. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ. / Под ред. Цыпкина Я.З. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 432 с.

47. Маслов А.А. Адаптивная система управления процессом черпания многочерпакового земснаряда: Дисс— канд. техн. наук.-Мурманск, 1988.-167с.

48. Маслов А.А. Беспоисковая система идентификации динамических объектов МВИМУ -Мурманск. 1985.-1 lc.-Деп. вЦНИИТЭИ приборостроения, 30.05.85, №2891.

49. Маслов А.А., Андрусевич А.В., Висков А.Ю. Автоматизированное рабочего место инженера Информ. листок №49-94. Серия Р.50.47У Мурманс. центр науч.-техн. инф. -Мурманск, 1994.

50. Маслов А.А., Андрусевич А.В., Висков А.Ю., Пачковский А.Ч. Система регистрации температуры дымовоздушной смеси в коптильной камере и дымогенераторе. // Тезисы докл. 7" Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава

51. МГТУ, часть 1, Мурманск, 1996.

52. Маслов А.А., Висков А.Ю. Комплекс для разработки и отладки проектов АСУТП // "Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика". -№12 -С. 19,2000 г.

53. Маслов А.А., Висков А.Ю. Комплекс для разработки и отладки проектов АСУ ТПУ/ "Современные технологии автоматизации"-№3/2001 с.68,2001 г.

54. Маслов А.А., Висков А.Ю. Программно-аппаратный комплекс "Автоматизированное рабочее место исследователя"//"Наука производству". -№2(27), -С.58, -2000 г.

55. Маслов А.А. Пономаренко Д.А. Самонастраивающийся ПИД-регулятор на базе ПЭВМ (нрофамма). 260 кБ. Свидетельство №2000610309 об официальной регистрации от 17.04.2000.

56. Матем. моделир. нроц. тепломассонереноса. Эволюция диссипативных структур / Маслов В.П., Данилов В.Г., Волосов К.А.; С доб. Колобова Н.А. М.: Наука, 1987 - 351 е.: ил.

57. Миллер Б.Н. Зарубежные механизированные установки для копчения рыбы. -М.: ЦНТИ машиностроения. 1962.-44с.

58. Могилевский И.М., Баяндин И.М., Гергель Б.Е. Комплексная механизация копчения мелкой рыбы. -М.: Лег. и пищ. Пром-сть, 1982. -85 с.

59. Моделирование термодинамических процессов / Каганович Б.Г., Филиппов С.П., Инциферов Е.Г. / Акад. наук, Сиб. отд-е, Сиб. энерг. ин-т Отв. ред. Булатов В.П. -Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма, 1993. - 100с.: ил.

60. Моисеев Н.Н., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М., "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1978. - 352 с.

61. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. -Томск: МП "РАСКО", 1991. 272 е., ил.

62. Никитин Б.Н. Основные теории копчения рыбы. -М.: -Лег. и пшц.пром-сть, 1982.-244 с.

63. Оборудование для рыбной промышленности: Отраслевой каталог. -№33 / ЦНИИТЭиРХ.1. М.:-С. 1-7.

64. Пакет анализа / моделирования в реальном времени систем автоматического управления / регулирования "AutoCont II" / Маслов А.А., Ушаков С.И. // Наука производству. - 2000 -№2 - с.55-57.

65. Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. -2-е изд. перераб. -М.: Агропромиздат, 1985. -344с.

66. Полуэктов Р.А. Задача синтеза многомерных замкнутых систем при случайных входных сигналах // Автоматика и телемеханика. -1966. -№ 4.

67. Пономаренко Д.А. Некоторые вопросы построения адаптивной системы управления процессом дымообразования при холодном копчении. Деп. во ВНИЭРХ№ 1401 рх-2004. -17с.

68. Пономаренко Д.А. Обеспечение оптимальных режимов работы в процессе копчения. // Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ. Мурманск, 2001.

69. Пономаренко Д.А. Разработка SCADA-системы коптильной установки для использования в учебном процессе. // Межвузовский сборник трудов: По материалам Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование 2002» - Мурманск: МГТУ, 2002.

70. Пономаренко ДА. Установка для оптимальной настройки регуляторов. // Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных работников МГТУ. Мурманск, 2001.

71. Проскура Ю.Д. Расчет процессов холодного копчения рыбы // Механизация и автоматизация добычи и обработки рыбы и нерыбных объектов: Сб.науч.тр. / ВНИРО. -М., 1985.-С. 64-75.

72. Разработка мат. моделей объектов управления для построения и расчета систем автом. регулир. / Ткаченко В.В. // Рыбохоз. исслед. океана: Матер. Юбил. науч. конф., Владивосток, 1996. с.81.

73. Регулятор температуры и влажности МПР 51 // Техника и оборудование для села. 1999 -№1-2-с.58.

74. Сахаров Ю.В. Современное состояние и направление развития коптильного производства // Рыб.хоз-во.-1985 -№12. -С.54-57.

75. Сейдж Э., Мелса Дж. Идентификация систем управления. -М.: Наука, 1974. -400с.

76. Семенов В.Н. Ершов A.M. Научные основы производства продуктов питания: Учеб. пособие. Мурманск. 1996. - 150 с. - (МГАРФ).

77. Смирнов В.И. Курс высшей математики, том второй. М.: «Наука», 1974. - 656 е., ил.

78. Современное коптильное оборудование / Федько А.С. // Анал. и реф. информация Технологического оборудования для рыбной пром-сти / Всерос н.-и. и проект.-конструкт ин-т экон., инф. и АСУ рыб. х-ва. 1997. - №3 - с.2-53.

79. Солинек В.А. Исследования свойств коптильного дыма // Тр. /ВНИРО. -М:, 1958. -Т.35.-С. 102-106.

80. Суевалов Л.Ф. Справочник по расчетам судовых автоматических систем. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1989. - 408 е.: ил.

81. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. М.: Наука, 1986. -328 с.

82. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. -М.: -Изд-во АН СССР, 1955. — 351 с.

83. Хейвуд Р. Термодинамика равновесных процессов: Руков. для инженеров и науч. работников / Пер. с англ. Пастушенко В.Ф.; Под ред. Чизмаджева ЮА. М.: Мир, 1983. -491 е., ил.

84. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния: Пер. с англ. -М.: Мир, 1975. -685с.

85. Эйкхофф П., Ванечек и др. Современные методы идентификации систем: Пер. с англУ Под ред. П. Эйкхоффа-М.: Мир, 1983. -400с.

86. Юдицкая А.И. Хроматографическое исследование простых фенолов. // Журнал прикладной химии. -1961. -Т.34. -№2. С.395-402.

87. Binnemann Р.Н. Benzapyren in Fleischerzeugnissen. 11// Zeitschrift fur Lebensmittel Untersuchung und Forschung. -1979. №6 -S. 447-452.

88. Brockett R.W., Mesarovic M.D. Synthesis of linear multivariable systems. // Application and Industry. -1962. -№ 62.

89. Chen C.F., Hass I.J. Elements of Control System Analysis. -Prentice Hall, 1968.

90. Chen C.F., Hass I J. Elements of Control System Analysis. Prentice Hall, 1968.

91. Davies W.D.T. System Identification for Self Adaptive Control. Wiley, 1970.

92. Davies W.D.T. System Identification for Self Adaptive Control. Wiley, 1970.

93. Eykhoff P., Van der Grinten P.M.E.M., Kwakernaak H., Veltman B.P.T. Systems modelling and Identification. Survey Paper 2, Proc of IFAC Congress, London, 1966.

94. Eykhoff P., Van der Grinten P.M.E.M., Kwakernaak H., Veltman B.P.T. Systems modelling and Identification. Survey Paper 2, Proc of IFAC Congress, -London, 1966.

95. Larsson B.K. Polycyclic aromatic hydrocarbons in Smoked Fish. 11// Zeitschrift fur Lebensmittel Untersuchung und Forschung. -1982. Bd.174 №2 -S. 101-107.

96. Maslov A.A. and Viskov A.J. Study process installation of computer complexes based on IBM-compatible personal computer Murmansk, Murmansk State Pedagogical Institute, International Arctic Seminars, Physics and Mathematics, p 60-61,1997.

97. Mesarovic M.D. Dynamic response of large complex systems. // Journal of the Franklin Institute. -1960.-№ 4.

98. Mesarovic M.D. The control of multivariable systems.- John Willey. -New-York—London, 1960.

99. Sink I.D., Hsu I.A. Chemical effects of smoke processing of frankfurter, manufacture and storage characteristics. // J. Food Sci. -1969. -Vol. 34, №2. -P. 146-148.