автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Математическое моделирование и оптимальное управление процессами растворения, выпаривания, кристаллизации

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ПОМАДНЫХ КОНФЕТНЫХ МАСС.

1.1 Краткое описание технологического процесса приготовления конфетных масс.

1.2 Описание физико-химических превращений при приго- -товлении конфетных масс.

1.3 Анализ факторов, влияющих на качественные пщратели помады.

1.4 Системы управления процессом.

1.5 Общая постановка задачи оптимального управления процессом приготовления конфетных масс.

1.6 Цели и задачи исследования.

Глава 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.

2.1 Разработка математической модели процесса получения сахаро-паточного сиропа в диссуторе.

2.2 Математическое описание процессов, протекающих в сборнике сиропа.

2.3 Математическое описание статического режима варочной колонны.

2.4 Разработка алгоритма расчета статического режима варочной колонны.

2.5 Математическое описание процессов, протекающих в по-мадосбивальной машине.

-32.6 Разработка алгоритмов расчета статического режима рабо- 74 ты помадосбивальной машины.

2.7 Разработка математической модели процесса темперирования конфетных масс.

2.8 Выводы по главе 2.

Глава 3 ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И

ИМИТАЦИННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.

3.1 Идентификация и проверка адекватности математической модели процесса приготовления конфетных масс.

3.1.1 Методика идентификации математической модели объекта.,.

3.1.2 Идентификация математической модели процессов, протекающих в диссуторе.

3.1.3 Идентификация математической модели процессов, протекающих в сборнике сиропа.

3.1.4 Идентификация математической модели процессов, протекающих в варочной колонне.

3.1.5 Идентификация математической модели процессов, протекающих в помадосбивальной машине.

3.1.6 Идентификация математической модели процессов, протекающих в темперирующей машине.

3.2 Имитационное исследование процесса приготовления конфетных масс.

3.2.1 Имитационное исследование процессов, протекающих в диссуторе.

3.2.2 Аппроксимация процесса растворения сахара.

3.2.3 Имитационное исследование процессов, протекающих в сборнике сиропа.

-43.2.4 Имитационное исследование статических режимов варочной колонны.

3.2.5 Имитационное исследование статических режимов помадосбивальной машины.

3.2.6 Имитационное исследование процессов, протекающих в темперирующей машине.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.

4.1 Формализация технологических условий и ограничений.

4.2 Математическая формулировка критерия оптимизации.

4.3 Формулировка задачи оптимального управления.

4.4 Определение классов варьируемых функций.

4.5 Решение задачи оптимизации.

4.6 Выводы по главе 4.

Глава 5 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.

5.1 Методика выбора структуры системы управления.

5.2 Определение множества рассматриваемых СУ процессом приготовления конфетных масс.

5.3 Формулировка задачи определения оптимальных заданий регуляторам.

5.4 Расчет локальных систем регулирования технологических параметров.

5.5 Аппроксимация предписаний верхнего уровня.

5.6 Выводы по главе 5.

ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

Производство конфет является одной из наиболее перспективных отраслей кондитерской промышленности. Конфеты являются самой многочисленной по ассортименту группой кондитерских изделий и самой большой по числу кондитерских масс, из которых они изготавливаются. В общем объеме производства кондитерских изделий конфеты составляют более 25%. Основная масса конфет в настоящее время выпускается из помадных масс (около 60%). Такой объем выпуска обусловлен наличием высокопроизводительных поточных линий помадных конфет, формуемых методом отливки в крахмал.

В современных экономических условиях на предприятиях кондитерской промышленности особенно остро стоит вопрос снижения себестоимости выпускаемых изделий при обеспечении заданных качественных показателей и объема выпускаемой продукции.

Основным этапом при производстве глазированных и неглазированных помадных конфет является приготовление конфетных масс. Эффективное ведение процесса на этом этапе во многом определяет величину себестоимости и качество готовой продукции. Производственный опыт показывает, что основная доля энергозатрат (греющий пар, электроэнергия, охлаждающая вода) и сырьевых затрат (сахар, патока, пищевые добавки) приходится на процесс приготовления конфетных масс (КМ).

При управлении этим процессом имеется ряд трудностей. Отсутствие контроля гранулометрического состава используемого сахара приводит к тому, что при управлении реализуются заведомо не оптимальные режимы: сахар растворяется в избыточном количестве воды и большой длительности процесса в диссуторе, что приводит к перерасходу греющего пара и росту себестоимости продукции.

Серьезное негативное воздействие на качественные показатели продукции оказывает колебание состава и кислотности поставляемой патоки.

Несмотря на широкое распространение представленного способа приготовления конфетных масс до сих пор не найдены эффективные алгоритмы управления процессом, что объясняется следующими характерными особенностями процесса:

1 Периодико-непрерывным характером протекания процесса, исключающим автоматизацию его только на базе систем автоматической стабилизации.

2 Совмещенностью некоторых протекающих процессов: тепло- и массообмен, физико-химические превращения.

3 Плохой наблюдаемостью процесса.

4 Большим числом взаимосвязанных выходных координат.

5 Слабой изученностью протекающих процессов и отсутствием математических моделей, пригодных для глубокого исследования и решения задач оптимального управления.

Основная цель работы - разработка алгоритмов и системы управления процессом приготовления конфетных масс, обеспечивающих минимизацию затрат на изготовление единицы продукции при выполнении технологических условий и ограничений.

Предлагаемая работа имеет теоретическую и практическую направленность. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Все результаты работы, полученные доцентом Фроловым C.B. и аспирантом Елизаровым И.А., переданы для использования на АО "Тамбовская кондитерская фирма ТАКФ". технический директор главный технолог главный механик зав. производством

Подписи членов к

Ковалев Н.П. Кочерыгина B.C. Дудов Н.Я. Шуклова Г.С.

Утверждаю главный инженер ¡Бакинского АПП завода ЖБИ

V Л ) Скачков В.И.

Г""* -'¡г^ 1997года ; ; i) 7

АКТ> о проведении промышленных испытаний системы управления автоклавами цеха № 5 по производству силикатного кирпича

Комиссия в составе : зам главного инженера Дудина Ю.Н., начальника цеха №5 Горбушина В.Т., электромеханика цеха №5 Колокольцева В.В. установила, что сотрудниками Тамбовского государственного технического университета доцентом Фроловым C.B., аспирантами Лагутиным A.B. и Елизаровым И.А. в период с 18.09.1995 по 05.07.1996 были выполнены следующие работы.

1. Разработана система сигнализации, блокировки и управления (СБУ) автоклавами № 1 -№5 цеха по производству силикатного кирпича.

2. Разработана система управления сливом конденсата в автоклавах №1-№5 цеха по производству силикатного кирпича.

3. Выполнена необходимая конструкторская документация.

4. Проведены монтаж и наладка системы СБУ и системы управления сливом конденсата в автоклавах №1-№5.

5. В разработанных системах управления применен закон усовершенствованного позиционного регулирования.

Промышленные испытания и режим нормальной эксплуатации подтвердил работоспособность выполненной доцентом Фроловым C.B., аспирантами Лагутиным A.B. и Елизаровым И.А. системы СБУ и системы управления сливом конденсата в автоклавах №1-№5. цеха по производству силикатного кирпича. Подписи членов комиссии: зам главного инженера начальник цеха №5

Дудин Ю.Н. Горбушин В.Т Колокольцев В.В.