автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Методы и средства автоматического управления холодильными установками

2 1 ^

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АЛЁХИН Николай Борисович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ

Специальность 05.13.07- автоматизация технологических

процессов )1 производств

АВТО РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Одесса -1997

Диссертация - рукопись. Работа выполнена в Одесском государственном политехническои,

университете.

Научные консультанты:

заслуженный деятель науки и техники Украины доктор технических ¡тук, профессор Малахов Валерии Павлович

заслуженный деятель науки Украины доктор технических наук, профессор Чумак Игорь Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тодорцев Юрий Константинович

доктор технических наук, профессор Кондратенко Юрий Пантелеевич

доктор технических нате, профессор Вишневский Леонид Викторович

Ведущая организация - Одесская государственная академия

пищевых технологий, Министерство образования Украины, г. Одесса.

Защита состоится " 2Л-" 1997 г. ъ^Ь. 3<дасо]

на заседании специализированного ученого совета Д 05. 06.04 Одесского государственного политехнического университета по адрес}': Украина, 270044, г. Одесса, пр. Шевченко, I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского государственного политехнического университета по адресу: г. Одесса, пр. Шевченко, 1.

Автореферат разослан Ч1-" (ргврО.лЯ' 1997 г.

Ямпольский Ю.

ученый секретарь специализированного ученого совета профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современное развитие холодильной техники выдвигает на первый план задачу повышения эффективности эксплуатации холодильных установок, которая заключается в сокращении потерь н повышении качества пищевых продуктов, снижении удельных энергозатрат и топлива, повышении производительности и безопасности эксплуатации оборудования.

Среди мероприятий, направленных на решение этих проблем, важная роль отводится совершенствованию автоматизации холодильных установок различного назначения.

Холодильные установки проектируются с запасом производительности, достаточным для обеспечения требуемых режимов работы при максимальных тепловых нагрузках. Они рассчитываются на основе установившихся режимов. Однако в процессе эксплуатации холодильные установки большую часть времени работают на частичных, нерасчетных режимах под воздействием непрерывно изменяющихся условии эксплуатации, что приводит к существенному перерасходу электроэнергии, отклонениям от заданного технологического режима и в условиях длительного хранения вызывает ухудшение качества хранимой продукции.

Учитывая, что холодильные установки являются энергетическим оборудованием, сокращение потребления мощности даже на доли процента может дать в масштабах страны существенный энергетический и экономический эффект.

Экономное использование энергии в технологическом процессе требует более современных и сложных методов и средств автоматического управления. Существующие локальные системы автоматического управления, в основном позиционного действия, сами являются источниками колебании. Они предназначены для решения задач стабилизации и принципиально не могут быть использованы для решения поставленных задач.

Потребности в автоматизации холодильной техники намного опережают разработку детального математического описания технологических процессов и возможную номенклатуру средств автоматизации.

Отсутствие эффективных методов и систем управления холодильными установками повышает расход потребляемой электроэнергии и топлива, приводит к нарушению технологического процесса обработки холодом пищевой продукции, что снижает ее качество, а в ряде случаев может привести к аварийным ситуациям.

Таким образом, необходимость решения проблемы разработки теории и практики создания новых методов и средств управления холодильными установками является очевидной, и проблема имеет актуальное научное и народнохозяйственное значение.

Работа выполнена в соответствии с программами 03.00 и 06.00 приоритетных направлении развития пауки п техники Министерства Украины по делам науки и технологии на 1993 г., отраслевыми планами на предприятиях, рыбной и пищевой промышленности. Цель работы - разработать научно-технические основы автоматизации холодильных установок и с учетом особенностей протекания технологических процессов создать новые способы, устройства и системы автоматического управления, позволяющие повысить качество управления, снизить расход электроэнергии и топлива и обеспечить безопасную их эксплуатацию.

Задачи исследования. Рассматриваемая проблема предполагает решение следующих взаимосвязанных задач.

1. Разработать математические модели для расчета статических и динамических характеристик холодильных установок и алгоритмы их решения.

2. Обосновать критерии энергетической эффективности управления холодильными установками.

3. Создать и обосновать новые способы и системы управления холодильными установками, сокращающие потребление электроэнергии и повышающие точность поддержания технологических процессов.

4. Разработать математическое, программное и техническое обеспечение систем управления холодильными установками. Научная новизна работы состоит в создании научно-технических основ автоматизации холодильных установок, разработке концепции совершенствования систем управления, положенных в основу создания нового поколения средств автоматизации холодильных установок. Разработаны новые способы, устройства и системы автоматического управления с учетом особенностей протекания технологических процессов в холодильных установках и условий эксплуатации. Новизна исследований подтверждается пятью патентами Украины, двумя патентами Российской Федерации, 17 авторскими свидетельствами СССР на изобретения.

Проведенные исследования позволили на основе теоретического и экспериментального обобщения создать новые научно обоснованные разработки в области холодильной автоматики, которые обеспечивают решение значительной прикладной проблемы повы-

шения эффективности и качества применения систем регулирования и управления в холодильной технике.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Математические модели холодильных установок, способы и системы управления использованы:

- в СКТБ "Медлабортехника" г. Одесса при разработке холодильной установки морозильной камеры, а также холодильно-суб-лимационного комплекса;

- в Черноморсудопроеьте, г. Николаев при разработке системы управления винтовыми компрессорами;

- в Мурманском траловом флоте при наладке и настройке систем управления судовыми холодильными установками;

- во Всесоюзном научно-исследовательском институте вагоностроения, г. Москва при разработке и внедрении в ПО "Брянский машиностроительный завод", г. Брянск микропроцессорной системы управления рефрижераторными вагонными секциями;

- в проекте "Computer model to predict the temperature of meat products during chilled distribuiiuon in small deirveiy vechiles" и между -нзродном проекте "Environmental ly benign air cycle heat pumps and refrigeration systems" EC-Joule 2 programme 1994 г. для анализа переходных процессов в холодильных установках и обоснования стратегии управления, разрабатываемых в научном центре FR&PERC,

г. Бристоль, Англия;

- в проекте "Optimierung und Entwicklung von Verdampferreeel-systemen für mobile Kühlschränke" 1994 г., г. Ганновер, ФРГ при разработке системы управления испарителем холодильной установки;

- в Одесском государственном политехническом университете изготовлена микропроцессорная система управления роторными скороморозильными агрегатами.

Экономический эффект от внедрения результатов работы в СКТБ "Медлабортехника", полученный за счет снижения удельных энергетических затрат и экономии топлива, составил 600 млн крб. в год по ценам 1993 г.

Личный вклад соискателя. Предложены теоретические основы автоматизации холодильных установок, в которых получила дальнейшее развитие проблема создания математических моделей динамики холодильных установок, и алгоритмов их решения. Лично соискателем предложена концепция управления холодильными установками, учитывающая изменения тепловых нагрузок и условий эксплуатации. Самостоятельно созданы новые способы и системы управления, защищенные 6 патентами и 11 а.с. на изобретения. Лично соискателем

проведены все экспериментальные исследования холодильных установок и систем управления в лабораторных и эксплуатационных условиях, обработка результатов и их анализ. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад соискателя - не менее 70 %. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 25 конференциях и конгрессах. За последние 10 лет материалы диссертации обсуждались на 17 International Congress in Refrigeration (Vieima, Äustna, I987j; Всесоюзной научно-практической конференции "Пути интенсификации производства искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте" (г. Одесса, ¡9891; International Conference "Progress in the science and technology of refrigeration in food engineering" (Dresden, Germany, 1990); IV Международной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации" (Киев, 1990); International Conference RECLIEN'90 (Havana, Cuba,1990); Всесоюзном научно-практическом семинаре "Тепловые насосы в народном хозяйстве" (Калининград, 1990); 18 International Congress in Refrigeration (Montreal, Canada, 1991); Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству" (Ленинград, 1991); Международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991); Fachtagung Automatisierung (Dresden, Germany, 1992); Межреспубликанской научно-практической конференции "Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" (Краснодар, 1992); Первой украинской конференции по автоматическому управлению ("Автоматика-94") (Киев, 1994); Второй украинской конференции по автоматическому управлению ("Авто-матика-95") (Львов, 1995); 19 International Congress in Refrigeration (The Hague, The Netherlands, 1995); 1996 International Compressor Engineering Conference at Purdue (USA, Purdue University, 1996); Международной научно-технической конференции "Холод и пищевые производства" (Cai¡кт-Петербург, 1996).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 76 печатных работах, в том числе в 19 статьях (6 самостоятельно), 11 докладах в трудах международных конгрессов н конференций (5 самостоятельно), 5 патентах Украины, 2 патентах Российской Федерации, 17 авторских свидетельствах на изобретения (17 самостоятельно), 22 тезисах докладов на международных, межреспубликанских и республиканских конференциях.

Структура диссертации. Работа содержит введение, семь глав, выводы и приложения. Основное содержание работы изложено на

2.82 страницах машинописного текста со 108 рисунками и 28 таблицами. Библиография включает 310 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основными задачами управления холодильными установками являются регулирование температуры продукта и воздуха в холодильной камере, управление производительностью элементов холодильной установки (например, компрессора, конденсатора, испарителя), обеспечение безопасности людей и оборудования.

Современный уровень теории и практики решения основных задач управления холодильными установками определяется наличием концепции управления, степенью разработки математического обеспечения задач управления, способами и системами управления, реализующими предлагаемую концепцию.

На основатш публикаций Н.Г. Чумака, А.И. Коханского, Г.Е. Каневца, В.В. Оносовского, Л.И. Константинова, А.Г. Попова, Л.Г. Мельниченко, В.П. Онищенко, О.Н. Занько, А.И. Ендеюса, R. James, Н.Kruse, В. Uptmeier, S. Nowotny, S. Touber, Zhou Zicheng, A.C. Cieland заключено, что задача построения математических моделей холодильных установок для последующей реализации их в системах управления не получила необходимого разрешения. В частности, отсутствуют модели холодильных установок, позволяющие провести их анализ как управляемых объектов по различным каналам управления и возмущения в широком диапазоне изменения эксплуатационных и режимных параметров. Нет методики выбора каналов управления, не обоснованы требования к системам управления и критерии энергетической, эффективности их работы. Динамическая взаимосвязь параметров холодильной установки исследована не полно.

Анализ работ Е.С. Клтрылева, В.Д. Вайншгейна, А.И. Канторовича, В.С Ужанского, В.В. Майорова, C.II. Яновского, И.Ф. Яцуно-ва, И .К. Савицкого, R.D. Beimet, D.M. Latimer, Р.М.Т. Broersen, Н. Cliristensen, G. Gemeinhardl, W.D. Grule, F.J. Nicholson, W.F. Stoecker, E. Wobst, Y. Sasaki, продукции фирмы "Данфосс" показал, что задача экономного использования энергии в холодильных установках не имеет комплексного решения. Исследования систем управления ограничиваются локальным« системами стабилизации, режимы которых не согласованы. Критерии энергетической эффективности не применяются при проектировании систем управления. Отсутствуют сведения, характеризующие качество управления холо-

дальними установками и энергетическую эффективность. Системы регулирования построены без учета особенностей характеристик при изменении тепловой нагрузки и условий эксплуатации.

На основании обзора литературных источников сформулированы цели и задачи исследования.

Математические модели холодильных установок

Для решения проблемы совершенствования систем управления предложены математические модели нестационарных режимов работы холодильных установок, описывающие основные циклы и принципиальные схемы холодильной техники. В работе выделены шесть типовых схем холодильных установок: одноступенчатые с регенеративным теплообменником и без него, с насосно-циркуляционной схемой подачи хладагента, каскадная, двухступенчатого сжатия и па-роэжекторная. Совокупность моделей в соответствии с требованиями системного подхода охватывает модели всех основных элементов холодильных установок, которые взаимодействуют на неустановившихся режимах. Предусмотрены различные варианты детализации процессов ■ в элементах холодильной установки. Это гарантирует адаптивность математических моделей к различным исследовательским задачам. Такой подход к комплектации математических моделей позволяет в максимальной степени добиваться компромисса между их точностью и простотой. Кроме того, обеспечена преемственность моделирования неустановившихся режимов по отношению к установившимся.

Математические модели холодильных установок определяются как комбинации математических моделей составляющих их элементов в соответствии с функциональными схемами. На примере одноступенчатой холодильной установки с регенеративным теплообменником (рис. 1) рассмотрен подход, принятый при разработке математических моделей холодильных установок. В качестве входных переменных выбираем вектор

хг=[и1 ,Г ,V .h.Ji^.T .V 1. (1)

V Ftp г: р.я el 2 r.w w/ - '

В качестве выходных - вектор

уТ К .Т, J. (2)

Математическая модель построена на основании законов сохранения массы и энергии и представляет собой смешанную систему нелинейных дифференциальных н алгебраических уравнений, опнсы-

лающих динамику КД, FT, БО, KAM, и нелинейных алгебраических уравнений, описывающих статику КМ и РВ. Система уравнений дополняется уравнениями связи, начальными и граничными условиями.

Рис. 1. Функциональная схема одноступенчатой холодильной установки с камерой: НО - воздухоохладитель; КАМ - камера; КМ - компрессор; РВ - регулирующим вентиль; 1СД - ктекухогрубный конденсатор; ТТ - регенеративный теплообменник

Расчетная схема кожухотрубного конденсатора состоит из трех зон: зоны перегретого пара, зоны конденсации и зоны переохлаждения жидкого хладагента. Для каждой из трех зон выделены следующие подсистемы: хладагент, тепдообменная трубка, охлаждающая вода, поворотные камеры. Математическое описание динамики конденсатора содержит обыкновенные нелинейные дифференциальные уравнения материального баланса и сохранения энергии для жидкого хладагента и пара, теплового баланса для стенки, сохранения энергии дтя охлаждающей жидкости в трубках и поворотных камерах. Учитывая распределенный характер изменения температуры воды по длине трубок, уравнение сохранения энергии для охлаждающей жидкости записано в виде

»Ь.'Су.—/Нк<с«-и' ,—= ау.ГгАТст ~ Ту,)- (У)

(Я л ¿¡у

Расчетная схема воздухоохладителя состоит из двух зон: паро-жидкоспюй и зоны перегрева пара с подвижной границей между ними и содержит следующие подсистемы: хладагент, теплообменная стенка, воздух и может' быть дополнена инеем. В данной работе рассматривается одномерное течение хладагента, все параметры которого постоянны по сечению и изменяются только по длине аппарата. Для парожидкогтной зоны записаны уравнения материального баланса и уравнение сохранения энергии для двухфазного потока в виде

гН<РРп) ^ {~ „ в<Ъс (4)

д% ' дъ ду ду

/ - = ----¿¿-+ааЩТап-Т 0),

(5)

уравнение теплового баланса для теплообменной стенки и охлаждаемого воздуха, уравнение материального баланса по влагосодержа-ишо. Для зоны перегрева пара записано равнение сохранения энергии для пара в виде

Рп/'рЩ** <?». = - Т„), (6)

- 01 - ду

уравнения теплового баланса для теплообменной стенки и воздуха, уравнение материального баланса по влагосоаержанпю.

Расчетная схема регенеративного теплообменника состоит из трех подсистем: пар, жидкость и теплообменная стенка. Математическое описание содержит три дифференциальных уравнения теплового баланса для каждой подсистемы. Тепловой баланс по хладагенту записан в виде дифференциальных уравнений с распределенными параметрами.

Моделирование винтового маслозаполненного компрессора сводится к определению температуры нагнетания в процессе поли-тропного сжатия, идущего с отводом тепла, и расхода хладагента.

Процесс дросселирования в РВ считается стационарным и изо-энталыншным. на основании чего определяется паросодержание в конечный момент дросселирования. Расход двухфазного потока определяется по формуле для расхода капельной жидкости с введени-

ем ряда коэффициентов, учитывающих различные эффекты при дросселировании.

Математическое описание динамики камеры охлаждения содержит уравнение теплового баланса для ограждения, уравнение количества тепла, аккумулируемого в массе продукта, уравнения аккумуляции тепла и влаги в объеме камеры.

Необходимый для различных приложений уровень сложности математических моделей достигается за счет сокращения подсистем, зон и пренебрежения отдельными физическими явлениями с последующей линеаризацией уравнений. В результате получены упрощенные модели, рекомендуемые для инженерных расчетов.

Для построения математических моделей холодильных установок других принципиальных схем и циклов предложено математическое описание динамики промежуточного сосуда, циркуляционного ресивера, эжектора, конденсаторов и испарителей других типов.

Холодильная установка в условиях эксплуатации работает в широком диапазоне изменения рабочих параметров и нагрузок. А это означает, что применяемые в настоящее время методы описания статических и динамических характеристик аппаратов холодильной техники, базирующиеся на линеаризации исходных уравнений методом малого параметра, могут дать неверные результаты при значительных возмущениях. Разработаны алгоритмы численного решения нелинейных математических моделей статики и динамики аппаратов с двухфазным и однофазным течением сред. Алгоритм численного решения нелинейной математической модели динамики конденсатора (испарителя) при конденсации ¡кипении) хладагента в объеме рассмотрен на примере кожухотрубного конденсатора. Расчетная схема конденсатора представлена в виде одной паровой зоны, в которой жидкий конденсат не накапливается, а сразу стекает в ресивер. Задача расчета заключается в определении г),Г_Дг,г) при

возмущениях входных величин С! ,Т ,У . Сущность алгоритма за-

К \УН IV -

ключается в том, это смешанная система нелинейных дифференциальных уравнений (одао в частных производных) сводится к нелинейной алгебраической системе. Для этого задаем область решения V - |о, г| х [0,1>]. которую покроем сеткой с шагом И = ¿/А1, / = т/Л/

(Лг. М - число точек разбиения). Пусть в точках

(¿" = 0.1....../.¿>1) найдены /'''"Л .Т1'/ . Тогда, решая преобразо-

ванное уравнение (3), находим 7^; ' г1.Для определения

решаем преобразованную систему уравнений сохранения энергии в паровом пространстве и теплового баланса стешси.

Алгоритм. численного решения нелинейной математической модели динамики конденсатора (испарителя) при конденсации (кипении) хладагента в трубке рассмотрен на примере испарителя. Приведены три модели испарителя, расчетные схемы которых состоят из двух зон: парожидкосгной и перегрева пара с подвижной границей между зонами, и соответствующие им, алгоритмы решения. В первой модели испаритель представлен как объект с сосредоточенными, а во второй - с распределенными параметрами по длине аппарата, содержащий только одну подсистему - хладагент; третья модель воздухоохладителя содержит четыре подсистемы: хладагент, стенка, воздух, иней и распределена по длине аппарата.

Алгоритм решения второй модели испарителя заключается в следующем. Задаем область решения - I) - |о, т| х [0,1,]. Решением являются ДЧ,г).7'()(г,у).Гдг.г)./1(г). Первая часть решения задачи состоит в нахождении линии т' = .г(т). Область решения разбиваем сеткой с шагом 11~Ь/М.1~Т1!М. Обозначим т. ■= Ц, у . = у/г ,

О = Ш|/ = га. Т^ = г ., у.) = в (г., V.) Я1'1 = <? (т.. г.)

V " У 0 0*. I ■ ! ! • } п «V г ■ ¡)

Находим значения и , пooчq?eднo решая преобразованные уравнения (4) и (5) до тех пор. пока не выполнится неравенство ~ ^ ' ^ассштР'шаеК! случая: а) граница отклоняется влево; б) граница прямо иди отклоняется вправо. В зависимости от полученного варианта -- Т^'^или Т^' = . Решая преоб-

разованное уравнение (6), последовательно находят , ,

.....Переход на следующий временной слой. Аналогично решается модель ВО. Отличие заключается в количестве идентичных уравнений, решаемых на каждом слое. Используя предложенный подход, разработаны алгоритмы решения математических моделей регенеративного теплообменника, циркуляционного ресивера и промежуточного сосуда, а также холодильных камер, позволяющие получить решения с учетом нелинеиностей характеристик.

Расчет установившихся режимов одноступенчатой холодильной установки непосредственного охлаждения, охлаждающей холодильную хамеру, сводится к определению зависимости вектора выходных величин (Г) от изменения вектора входных величин (2). Проверка результатов осуществляется по равенству Перепад давлений на

компрессоре и регулирующем вентиле должен быть одинаков. Если * С?^, то корректируют значение .

Расчетные значения установившегося режима холодильной установки принимают в качестве начальных и граничных (где это необходимо) значений в математических моделях динамики холодильных установок. Расчет динамических характеристик холодильных установок заключается в определении реакции во времени вектора выходных величии системы на ступенчатое изменение компонентов вектора входных величин. Г1о окончании времени переходного процесса новый установившийся режим соответствует расчетным значениям.

Показатели энергетической эффективности холодильных установок

Анализ проблемы экономии оперли! в холодильных установках проведен в установившемся и переходных режимах.

Энергетическую эффективность цикла оценивали по величине удельных затрат электроэнергии на выработку холода или значению действительного (электрического) холодильного коэффициента. Так как холодильные установки большую часть времени работают на частичных нагрузках в переходных режимах, то потребление энергии компрессором и холодопроизводительность изменяются во времени. В этом случае

е ^ (7)

•и' о.'=1 " ! <0 где (/-! .2.3...')- число едшпш оборудования, потребляющих электроэнергию. Для энергетической оценки переходных процессов применяли величину динамических удельных затрат электроэнергии, а при двухпознционном регулировании - циклических. Энергетическую эффективность однотипных холодильных установок оценивали по величине потребляемой электроэнергии либо по величине удельных затрат энергии на обработку холодом единицы продукции.

Анализ характеристик холодильных установок

Для подтверждения адекватности математических моделей реальным физическим процессам, обоснования выбора управляемых величин были проведены экспериментальные исследования на двух лабораторных и двух промышленных судовых холодильных установках рыболовного траулера.

По результатам экспериментальной идентификации одноступенчатая холодильная установка с регенеративным теплообменником охлаждения трюмов была представлена в виде многомерного объекта управления с 33 передаточными функциями (ПФ), а одноступенчатая холодильная установка с насосно-циркуляционной схемой подачи хладагента - с 30 ПФ. На их основе получены математические модели динамики воздухоохладителя, регенеративного теплообменника, кожухотрубного конденсатора, трюма и морозильной камеры. Относительная погрешность расчетных и экспериментальных динамических характеристик холодильных установок не превышала 6 %.

Анализ характеристик холодильных установок, особенностей протекания технологических процессов и условий эксплуатации позволил обосновать концепцию управления холодильными установками, структуру новых управляющих устройств.

Анализ статической точности управления по различным каналам управления позволил определить энергетическую эффективность выбора канала управления. Определено, например, что при снижении тепловой нагрузки на 10 % удельные энергозатраты при управлении производительностью компрессора по 7*^ на 12,1 % ниже,

чем при управлении по Показано, что для повышения эффективности холодильного цикла необходимо автоматически корректировать давление л температур}' кипення и конденсации, перегрев хлад- агента в испарителе при изменении тепловой нагрузки и температуры окружающей среды.

Моделирование холодильной установки морозильных аппаратов показало, что при замораживании продукции зависимость потребляемой электроэнергии от температуры кипения имеет минимум, причем с ростом Tmv 11 Tw экстремум смещается в сторону повышения минимального значения температуры кипения.

Показано, что статические характеристики по расходам J и

К, носят нелинейный характер с зоной насыщения. Для обеих холодильных установок коэффициенты передачи изменяются в 2,8 раза по

каналу /г1-<57\ в 2 раза - но каналу /?2 - в 2,25 раза по каналу -Р , в 1.3 раза - по каналу А, - Т,

к 1 "2 /к.!}

На основе многократных экспериментов были изучены изменения структуры и параметров передаточных функции в зависимости от условий эксплуатации и определены обобщенные диапазоны их изменения. Проведен сравнительный анализ динамики двух установок по идентичным каналам управления. Так, по каналу управления />2 - Т^ постоянные времени двух холодильных установок отличались по Т\ в 19 раз, по Тг - в 88 раз, а время транспортного запаздывания I-в 5,4 раза.

Показано, что амплитуда и направление воздействия по расходу хладагента существенно влияют на переходные процессы. Переходные процессы в испарителе после внесения скачкообразного возмущения по увеличению протекают медленнее, чем при уменьшении. При большей перегреве время транспортного запаздывания увеличивается. Аналогично при увеличении /¿2 переходные процессы протекают в 6 - 8 раз медленнее-

Изучение влияния условий, эксплуатации на режимы работы судовых холодильных установок охлаждения трюмов выявило следующее. Колебание температур в трюме определялось периодами от-тайки воздухоохладителей, причем амплитуда достигала ±6 °С. Тепловая нагрузка на испаритель в период между отгайками изменялась в 9-10 раз в результате осаждения инея. Время ввода установки в режим после оттайки составляло 5-7 ч. Колебание температур в морозильной установке определялось изменениями тепловой нагрузки, вызванной поступлением выловленной рыбы на замораживание.

Показано, что зависимость коэффициента эжекини пароэжек-торной холодильной машины от температуры генерации носит экстремальный характер. При уменьшении температуры конденсации коэффициент эжекции увеличивается и смещается в сторону уменьшения температуры генерации.

Автоматическое управление холодильными установками

Для повышения эффективности управления холодильными установками предложены методы и средства управления, которые можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся способы и системы управления, позволяющие изменять задающие воздействия регуляторов холодильной установки при изменении тепло-

вой нагрузки или условий эксплуатации. Ко второй - способы и системы управления параллельно работающих компрессоров. Третья группа включает способы и системы управления, позволяющие осуществлять синхроштацню температурных режимов в многообъектных холодильных установках. В четвертой группе для повышения качества управления обосновано применение многомерных регуляторов.

Супервизорпое управление холодильными установками. Анализ способов управления производительностью компрессора позволил выявить общую для холодильных установок закономерность. При регулировании производительности компрессора путем поддержания температуры кипения (давления всасывания) возникает статическая разность температуры воздуха в камере, обусловленная отклонением тепловой нагрузки от номинального значения. При снижении тепловой нагрузки температура воздуха в камере понижается. Такое управление повышает коэффициент загрузки компрессоров в режиме охлаждения в результате его работы с повышенной производительностью. Повышение точности управления достигается при непрерывном изменении Т^ (или Рд) в зависимости от . В разработанном способе и каскадной системе (а.с. 879203 СССР) управление производительностью холодильной машины осуществляется переключением с режима ограничения мощности на режим поддержания заданного давления У. которое корректируют нелинейным преобразователем по температуре Т, .

ка-м

Так как интенсивность теплопередачи прямо пропорциональна разности температур между охлаждаемой средой и испаряющимся хладагентом, то для заданной температуры охлаждаемой среды температура хладагента, определяемая его давлением, должна изменяться в зависимости от тепловой нагрузки. Для исключения подмораживания продукта при снижении тепловой нагрузки обеспечены высокая точность и быстродействие системы управления предложенными способом (Пат. № 1361. Украша, Пат. № 2052739. РФ) и системой управления, в которых заданное значение давления кипения определяется по величине тепловой нагрузки на испаритель-

Повышение точности и надежности САУ достигается применением синтезированного оптимального широтно-нмпульсного закона управления (а.с. 1062198 СССР). Предлагаемый закон управления позволил уменьшить время полного хода исполнительного механизма. При этом длительность переходного процесса сократилась в 6,3 раза, количество включений сервопривода уменьшилось в 43 раза.

ЗРвМъ < 55 Па/с, что обеспечивает безопасные режимы работы. Вид переходного процесса относительно мало зависит от изменения параметров объекта управления.

Экспериментальные исследования систем управления производительностью компрессоров судовых холодильных установок показали, что в процессе эксплуатации наиболее тяжелые возмущения происходят- при подключении одного из трюмов на охлаждение либо отключении вентилятора морозильного аппарата. В первом случае А~ 13 кПа, (а Р_!<!г)тз* = 0,5 кПа/с, а гв = 65 с. Во втором случае АРесхли = ~15кГ1а, \(!Р^ = 0,055 кПа/с, тп =1200 с. Отключение одного из трюмов вызывает менее глубокое возмущение, не приводящее к существенному отклонению Р , что обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Как было показано выше, зависимость расхода электроэнергии, потребляемой компрессором за время замораживания, от температуры кипения имеет экстремальный характер (минимум). В способе (а.с. 1815509 СССР) автоматического управления морозильными установками, который обеспечивает минимизацию потребления электроэнергии, заданное значение температуры кипения корректируют по величине расходуемой компрессором электроэнергии. Для этого измеряют мощность, потребляемую компрессором, и вычисляют время работы холодильной установки на замораживание, по которым определяют расход электроэнергии и по нему изменяют заданную температуру кипення (давление всасывания).

Предложена система управления пароэжекторной холодильной установкой, которая поддерживает максимальный коэффициент эжек-цнн (максимальную холодопроизводительность) установки при изменении условии эксплуатации.

Конденсаторы обычно работают с полной производительностью до тех пор, пока температура охлаждающей среды резко не упадет. При уменьшении давления конденсации уменьшается потребление электроэнергии и увеличивается коэффициент подачи компрессора. Одной из причин, препятствующих снижению давления конденсации, является необходимость эффективного заполнения испарителя. В разработанном способе управления конденсатором холодильной установки ¡а.с. ¡334000 СССР) поддерживается минимальное давление конденсации, при котором обеспечивается требуемый технологический режим (например,Т.^/). В этом способе давление Р^ автоматически изменяют по температуре > что позволяет изменять в

зависимости от изменения условий эксплуатации. В результате снижения давления конденсации происходит экономия энергозатрат на производство холода.

Центральной проблемой повышения эффективности холодильной установки является совершенствование систем управления испарителем холодильной установки. Как показали результаты экспериментальных исследовании, в промышленных условиях на судовой холодильной установке около 70 % времени между оттайками система ТРВ - испаритель работала в колебательном режиме (рис.2).

Рис.2. Изменение параметров воздухоохладителя между оттайками:

а - первый день посте огтахткк: б - седьмой день после спайки

Начиная со второго дня после оттайки, амплитуда и период колебаний температур и давления кипения, характеризующих работу воздухоохладителя, непрерывно увеличивались. На седьмые сутки около 30 % времени воздухоохладитель не охлаждал воздух, несмотря на работу холодильной машины. Показано, что в пусковой период воздухоохладитель с ТРВ работают с большим перегревом, что снижает эффективность охлаждения. Время выхода на заданный режим достигало 13 ч. для холодильной утановки охлаждения трюмов. Уменьшение задания ТРВ приводит к автоколебательному режиму работы.

Моделирование работы ТРВ показало, что при снижении температуры кипения производительность ТРВ уменьшается (т.е. перегрев увеличивается) из-за нелинейности характеристики термобалдо-на, которая при понижении температуры становится более пологой. Если усиление в контуре регулирования вентиля и испарителя доста-

точно мало, то пульсации могут быть подавлены. Для стабильного регулирования необходимо увеличивать коэффициент передачи по каналу температура пара - ход вентиля и уменьшат, по каналу давление кипения - ход вентиля. Показано, что увеличение перегрева с 8 до 54 сС уменьшает холодильный коэффициент на 9 %. Устойчивость САУ повышается, если перегрев определяется как разность температур.

Повышение эффективности использования поверхности испарителя достигается адаптацией системы управления к изменению хо-лодопроизводительности установки в соответствии с разработанным способом. Система управления, реализующая предложенный способ управления испарителем, получает сигнал о положении регулирующего органа регулятора производительности компрессора. Когда производительность компрессора уменьшается, задающее воздействие по перегреву хладагента автоматически уменьшается. Экспериментальные исследования электронной системы управления на лабораторной установке теплового насоса показали устойчивую ее работу при малых перегревах и удовлетворительное качество управления. Показано, что при помощи электронной системы управления можно повысить быстродействие САУ, точность в установившемся режиме, обеспечить снижение температуры сжатия компрессора путем уменьшения перегрева пара на его входе, повысить холодильный коэффициент на 3-7 "Л.

Распределение нагрузки параллельно работающих компрессоров.

Анализ энергетической эффективности работы холодильных установок с параллельно работающими компрессорами показал, что для одноступенчатой холодильной машины вариант работы с двумя равномерно загруженными компрессорами более экономичен, чем вариант работы с двумя последовательно загруженными компрессорами. На основании вышеизложенного разработаны способ (а.с.985644 СССР) и системы (а.с. I ¡96828, 1260926, ¡368866, 1399614 СССР) управления производительностью параллельно работающих компрессоров с равным, а также любым другим наперед заданным соотношением производительностей каждого компрессора (рис. 3).

В качестве контролируемых параметров в системе управления используют технологический параметр (температуру или давление) и разность электрических мощностей первого и второго компрессоров. При мощностях компрессоров больше заданного значения, установленного на ЗД2 и ЗДЗ, регуляторы АР2 и АРЗ осуществляют ограничение потребляемой мощности. В режиме поддержания технологического параметра управляет АР! и БВМ, обеспечивая заданное зна-

чение (ЗД!) технологического параметра при равенстве (или наперед заданном соотношении) мощностей обоих компрессоров. Сравнивают сумму мощностей (БСМ) с заданной, равной предельной мощности одного компрессора, и при снижении суммы мощностей ниже заданной отключают один компрессор. Повышение экономичности и надежности достигается путем ограничения токов статорных обмоток двигателей компрессоров (а.с. 1399614 СССР) при превышении тепловой нагрузки на холодильную установку и выравнивания времени наработки (а.с. 1368866 СССР).

Рис. 3. Автоматическое управление производительностью холодильной машины: ЗД - задатчиж; Д - датчик; АР - автоматический регулятор; БСМ - блок суммирования мощностей; БВМ - блок вычитания мощностей; Б11Р - блок параллельной работы; БПИМ - блок переключения ИМ; ИМ - исполнительные механизмы; }- относятся 1; технологическому параметру; 2,3 - к мощности мерного и

второго компрессоров

Синхронизация температурных режимов работы холодильных установок. Способы синхронизации режимов работы холодильных установок позволяют решать две основные задачи: сокращение общего потребления энергии (топлива) и уменьшение пиковой нагрузки. Предложены способы для управления холодильными установками рефрижераторных вагонных секций, которые также могут быть использованы в стационарных холодильных установках со многими испарителями, управляемыми соленоидными вентилями.

Способы синфазной синхронизации температурных режимов холодильных установок применяются в тех случаях, когда необходимо увеличить время. номинальной нагрузки дизель-генератора и уменьшить время его работы. В этом случае произвольно выбирают ведущую камеру, а синхронизацию режимов в других камерах осуществляют: 1) включением резервного компрессора в ведомых камерах при отключении компрессора в' ведущей камере (а.с. i 529188, 1575029, 1837141 СССР); 2) регулированием компрессоров в ведомых камерах по дополнительно заданному диапазону температур при включенном компрессоре в ведущей камере (Пат. № 3901. Украина, Пат. № 2024913. РФ, а.с. 1837144 СССР); 3) выравниванием периода колебаний температуры в камерах путем изменения заданного температурного диапазона (Пат. №2770. Украина).

Способы противофазной синхронизации применяют дая уменьшения пиковых нагрузок, а также перераспределения нагрузки таким образом, чтобы обеспечить работу с меньшим числом дизель-генераторов. В этом случае произвольно выбирают ведущую камеру, а синхронизацию режимов в других камерах осуществляют: 1) включением резервного компрессора при пуске компрессора в ведущей камере (Пат. №3902. Украина, а.с. 1837143 СССР); 2) регулированием компрессоров в ведомых камерах по дополнительному диапазону температур при отключении компрессора в ведущей камере (Пат. №3769. Украина, а.с. 1837142 СССР) .

Двумерные системы управления. Исследование совместной работы регуляторов холодильных установок приводит к рассмотрению двумерных систем управления Р-каноническои структуры холодильными установками.

1. Совместное управление производительностью компрессора и заполнением испарителя (ur = ítr^O^,уг =|í57,При одновременном ступенчатом изменении задающих воздействий регуляторы ослабляют действие друг друга. Двумерный объект является несимметричным с положительной перекрестной связью, а следовательно, характеризуется наихудшим качеством регулирования. Развязка контуров путем введения двумерного регулятора позволила улучшить переходный процесс по ST по сравнению с одноконтурной САУ по длительности переходного процесса в 1,76 раза, а двумерной САУ - в 1,3 раза и устранить колебательность переходного процесса по ST(рис. 4). При этом длительность переходного процесса по Р

по сравнению с одноконтурной САУ увеличивается в 4 раза, а в двумерной САУ уменьшается в 2,4 раза. Процесс из монотонного пере-

ходит в зсолеоательныи с неоолышш динамическим отклонением. Улучшения качества управления ло одной переменной можно добиться за счет ухудшения по другой.

5 4

ОТ, 3 К 1 1

/ г

V

Г

О

-0,05 -0,1 Ср. •0,15 кг*с -0,2 -0.25

160 32« 4$« ¿40 »00

Врал я, сек

-бг

-Ор

Рис.4. Переходные процессы в двумерной САУ с развязкой контуров при одновременной подаче ступенчатых задающих воздействий: <5Т = 5 °С и Р = ! 2,5 кИа

1С

2. Совместное управление производительностью компрессора и давлением конденсации (и7 - а уг =

3. Совместное управление давлением конденсации и заполнением ис-

парителя (иг Цк^), а у7" =

Аналоп!чные исследования систем управления 2) и 3) показа-

ли, что во втором случае развязка контуров значительного улучше-

ния качества управления не вызывает, а в третьем - целесообразна. Энергетическая эффективность управления. Для оценки энергетической эффективности систем управления с различными законами и способами управления определяли действительный, средний, циклический (для позиционного регулирования), динамический и установившийся холодильные коэффициенты, а также соответствующие им удельные затраты энергии. Регулирование производительности компрессора по с применением ПИД-закона управления дает наилучшие энергетические показатели и качество переходного процесса. Применение ПИ-закона управления в 2,58 увеличивает длительность переходного процесса ив 1,12 раза - удельные затраты электроэнергии. П-закои приводит к недопустимо большой статической ошибке управления. При позиционном управлении производительностью компрессора применение компрессора с большей производительностью ухудшает точность поддержания процесса и энергетически

менее выгодно, чем применение малого компрессора. Повышение температуры кипения приводит к снижению удельных энергозатрат.

Техническая реализации систем управления холодильными установками

Для технической реализации систем управления разработаны структуры, алгоритмы и программное обеспечение микропроцессорных систем управления (МПСУ) роторными скороморозильными аппаратами, камерой замораживания, холодильным сублимационным комплексом, вагонными рефрижераторными секциями, а также электронных системы управления производительностью компрессоров холодильной установки, авторефрижератора, холодильной установки, использующей естественный холод.

МПСУ скороморозильными роторными агрегатами построена по иерархическому принципу на однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ48. МПСУ предусматривает три режима работы: механизированный, полуавтоматический, автоматический. Разработаны алгоритмы режимов работы, а также алгоритм обслуживания аварийных ситуаций. Активная емкость памяти программ составила 1,8 Кб.

Разработанная электронная система управления производительностью параллельно работающих компрессоров реализует блок из пяти изобретений (а.с. 955644, 1196828, 1260926. 136Ш6," 1399614 СССР).

МПСУ холодильной установки камеры замораживания построена на ремиконте Р-130 и обеспечивает поддержание заданной температуры продукта, цифровую индикацию температуры воздуха в камере и продукта, оттайку, защиту от аварийных ситуаций, сигнализацию о недопустимых изменениях параметров. Разработаны алгоритмы управления ручного и автоматического режимов. Алгоритмы управления построены на базе алгоблоков ремиконт Р-130. Система обеспечивает связь с внешней ЭВМ при работе в комплексе с другим оборудованием.

МПСУ холоднльно-сублимационным комплексом предназначена для управления холодильным, вакуумным, нагревательным вентиляционным и энергетическим оборудованием вакуум-сублимационной сушильной установки с целыо поддержания заданного технологического режима консервирования температуряо-чувствительных веществ и контроля состояния. Система реализована на базе микропроцессорного контроллера ремиконт Р-130. МПСУ состоит из двух функционально законченных узлов: контроллера сушильной камеры

и контроллера холодильных установок. Контроллеры связаны между собой последовательным каналом типа "транзит", по которому происходит взаимный обмен информацией, причем инициатором может выступать любой контроллер. МП СУ реализует режимы разгона установки, сублимационной сушки и досушки. Для режима сублимационной сушки разработаны пять алгоритмов управления, которые применяются как раздельно, так и в комбинации в зависимости от характера протекания процесса. При разработке программного обеспечения предусмотрены сервисные функции, упрощающие контроль работы установки.

Мнкроэлектронная система автоматизации компрессорно-эжек-торной установки авторефрижераторов при дальних транспортировках обеспечивает перевозку охлажденных иди замороженных продуктов. В теплое время года такая машина функционирует в режиме охлаждения, а в зимнее время, во избежание замерзания уши чрезмерного охлаждения продуктов, - в режиме обогрева. При уменьшении перепада температур машина работает по одноступенчатой схеме (безэжектора) как в режиме обогрева, так и в режиме охлаждения, при увеличении температурного перепада - по двухступенчатой схеме (с эжектором). Предложенная схема автоматизации обеспечивает работу как в автоматическом, так и ручном режимах.

Система управления холодильной установкой (а.с. 1334001 СССР) позволяет повысить точность поддержания температуры в камере и экономию электроэнергии в холодильных установках, использующих для охлаждения наружны« воздух (естественный холод). При помощи одного из четырех возможных режимов работы реализуют комбинированное управление холодильной установкой.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С целью повышения качества управления, снижения расхода электроэнергии и топлива и обеспечения безопасной эксплуатации разработаны научно-технические основы автоматизации холодильных установок. Предложена концепция совершенствования систем управления холодильными установками, которая базируется на результатах анализа условий работы холодильных установок, предложенном математическом обеспечении дня решения задач управления, критериях энергетической эффективности, конкретизированных применительно к анализируемому объекту. Концепция обладает универсальностью по отношению к различным типам холодильных установок и позволяет улучшить такие их характеристики, как экономич-

ность, точность поддержания температурных режимов, надежность в эксплуатации. На основе предложенной концепции управления созданы новые способы, устройства и системы управления с учетом особенностей протекания технологических процессов в холодильных установках.

2. Выполнен анализ условий работы холодильных установок на неустановившихся режимах, включающий определение продолжительности основных видов неустановившихся режимов и влияние тепловой нагрузки. Результаты анализа позволили обосновать методологию математического моделирования динамики систем управления.

3. Предложена совокупность математических моделей холодильных установок, которая обладает адаптивными свойствами по отношению к различным исследовательским задачам и отличается универсальностью, а также высокой точностью. В рзботе получили развитие известные методы моделирования технологических процессов в элементах холодильных установок и разработаны новые алгоритмы решения нелинейных динамических моделей.

4. Обоснованы критерии энергетической эффективности управления холодильными установками, которые позволили провести сравнительный анализ законов и способов управления.

5. На основе результатов сравнительного анализа статических и динамических характеристик различных холодильных установок предложены направления совершенствования систем управления производительностью компрессоров, испарителем и конденсатором холодильной установки. Решены задачи по совершенствованию режимов работы холодильных установок, на основе которых определены структуры новых управляющих устройств.

6. Показано, что экономное использование энергии в технологическом процессе достигается за счет автоматического изменения задающих воздействий по температурам и давлениям кипения, конденсации, а также перегреву хладагента в испарителе при изменении тепловой нагрузки и условий эксплуатации.

7. Разработаны и защищены патентами и авторскими свидетельствами на изобретения эффективные способы и системы управления производительностью холодильных машин, позволяющие сократит. потребление электроэнергии и повысить качество управления путем изменения температуры кипения (давления всасывания) при изменении тепловой нагрузки; способ и системы управления производительностью параллельно работающих компрессоров, снижающие потребление энергии за счет работы с любым наперед заданным

соотношением производнтельносгей, а повышение надежности эксплуатации - путем выравнивания времени наработки; способы и системы управления конденсатором и испарителем холодильной установки. снижающие расход электроэнергии путем изменения температур конденсации и перегрева хладагента в испарителе при изменении тепловой нагрузки н условий эксплуатации для транспортных и стационарных холодильных установок.

8. Показано, что в двумерной системе совместного управления производительностью компрессора и испарителем развязка контуров обеспечивает повышение качества управления.

9. Показано, что экономия электроэнергии и топлива достигается синхронизацией температурных режимов в многообъектных холодильных установках. Разработанные способы и системы управления, обеспечивающие синфазную и противофазную синхронизацию температурных режимов в холодильных установках, защищены патентами Украины и авторскими свидетельствами на изобретения.

10. Установлено, что снижение потребления энергии при замораживании достигается соответствующим выбором температуры кипения. Разработанные способ и система управления, осуществляющие замораживание продуктов с минимальными энергозатратами, защищены патентом и авторским свидетельством на изобретение.

i 1. Разработаны математическое, программное и техническое обеспечение микропроцессорных систем, fia основе которых реализовано компьютерное управление холодильными установками.

12. Осуществлено внедрение математических моделей холодильных установок, способов и систем управления в проектных организациях и промышленных предприятиях вУкраине и за рубежом, а также учебных курсах по автоматизации холодильных установок в университетах и академиях.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

Статьи и доклады, опубликованные в трудах международных конгрессов и конференций

1. Алёхин Н.Б. Синтез системы автоматического управления производительности винтовых компрессоров //Холодильная техника и технология. - Киев: Техшка. - 1981. -Вып. 33. - С. 103 - 106.

2. Алёхин Н.Б. Исследование динамических свойств и систем автоматизации технологических процессов судовой холодильной установки //Автоматическое управление технологическими процес-

сами в пищевой промышленности. - Краснодар: КПП. - 1982. - С. 8488.

3. Алёхин П.Б. Анализ способов управления температурными режимами в холодильных камерах //Холодильная техника и технология. - Киев: Техшка. - 1983. - Вып. 37. - С. 92 - 96.

4. Алёхин Н.Б. Система автоматического управления холодильными установками рефрижераторных вагонных секций /('Холодильная техника. - 1990. - No 11. - С, 1 i - 13.

5. Алёхин Н.Б. Система автоматического управления холодильной установкой с контуром циркуляции наружного воздуха //Холодильная техника и технология. - Киев: Техшка, - 1991. - Вып. 52.-С. 101 - 105.

6. Алёхин Н.Б. Система автоматического управления холодильной установкой, использующей естественный холод //Холодильная техника. - 1990. - Nj 9. - С.38 - 40.

7. Alyokhin N .В. Cutting of operating costs of automatic marine refrigerating plants //Preprints 16 International Congress of Refrigeration, Commisions D2, D3. - Paris (France). - 1983. -P. 226 - 231.

8. Alyokhin N.B. Efficient control of refrigerating car units by microprocessor system //Proc. IS International Congress of Refrigeration. - Montreal (Canada). - 1991. - P. 2027 - 2029.

9. Aijechin N. Reehnergestutzte Automatisiemng von Kuhianlagen //Fachtagung Automatisierung. - Vortrage- Band 6, - Dresden (Deutschland). - 1992. - Z.37 - 43.

10. Aijechin In .B. Leistimgregelung der Schraubenkornpressoren von Kuhianlagen //DKV-Tagimgsbericht. 19. Jahrgang. - Band 11/2. -Bremen (Deutschland). - 1992.Z.~201 - 209.

11. Alyokhin N.B. Control system for freezing trawler freezer //Proc. 2, 19th International Congress of Refrigeration. - The Hague (The Netherlands). - 1995. - P. 469 - 475.

12. Алёхин Н.Б., Коханскнй А.И. Алгоритм решения статических характеристик кожухотрубного конденсатора супертраулера типа "Прометей " в нелинейном варианте //Промышленная кибернетика. -Киев: Ин-т кибернетики АН УССР. -1978. - С. 64 - 68.

13. Алёхин Н.Б., Коханский АЛ. Экономическая эффективность автоматизации конденсаторов холодильных установок предприятий пищевой промышленности //Холодильная техника и технология. - Киев: Техика. - 1979. - Вып. 29. - С. S1 - 86.

14. Алёхин Н.Б., Коханский А. Н. К вопросу автоматического регулирования давления конденсации в конденсаторах холодильных установок //Автоматическое управление технологическими процес-

сами в пищевой промышленности. - Краснодар: КПП. - 1979. - Вып. 92.-С. ¡02- ¡05.

15. Коханский A.M., Алёхин Н.Б.. Витюк А.Н. Нелинейная математическая модель кожух отруопот о конденсатора с распределенными параметрами //Изв. вузов. Энергептка. - 1980. - Лч> 9. - С. 55 -59.

16. Баландин П.А., Алёхин Н.Б. Метод определения коэффициента ограждения рефрижераторных трюмов //Холодильная техника. -¡980.-ЛЬ 9.-С. 26-28.

17. Алехин Н.Б.. Коханский A.IL, Якименко Г.С. Исследование характеристик судовой холодильной установки //Холодильная техника. - 19S0.- j\3 10.-С.16- 19.

18. Алёхин Н.Б., Миргород В.Ф., Тнхончук С.Т. Импульсная система автоматического управления холодопроизводительностью судовой холодильной установки с винтовыми компрессорами //Холодильная техника. - J982. - Ко 2. - С.27 -29.

19. Алёхин Н.Б., Тнхончук С.Т., Якименко Г.С. Система автоматического управления холодильной установкой с винтовыми компрессорами /'/Судостроение. - 19S2. - 8. - С .32 - 33.

20. Алёхин H .Б., Якименко Г.С. Совершенствование системы управления производительностью холодильной машины //Холодильная техника и технология. - Киев: Техшка. - 1986. - Вып. 43. - С. 99 -104.

21. Алёхин Н.Б., Персианов В.Л. Автоматизация экспериментальных исследований холодильных установок на базе микроЭВМ /Холодильная техника. - 1986. - M1 S. - С. 21 - 22.

22. Алёхин Н.Б., Бочкарников Н.Д. Датчики реле температурь //Холодильная техника. - ¡99Î. - ЛЬ 4. - С. 6 -8.

23. Алёхин Н.Б., Филонов С.Г. Микропроцессорная систем; документированной записи температуры //Холодильная техника. 1993. -№3.-C.3-4.

24. Алёхин Н.Б., Буяджи Д.И. Микроэлектронная система ав томатнзации компрессорно-эжекторной установки авторефрижера тора /Холодильнаятехника. - 1992. - Ко 7-8. - С. 8 - 10.

25. Ah'okhin N.B., Persianov V.L. Mathematical modelling о dynamics of marine refrigerating plants and control system /УРгос. 1 International Congress of Refrigeration. Volume D. - Vienna (Austria). 1987.-P.345-350.

26. AlyokhinN.B., Persianov V.L. Micro-computer in the system с automatization research of marine refrigerating plants //Proc. 1

7"7

International Congress of Refrigeration. Volume D. - Vienna (Austria). -1987. -P. 340 -344.

27. Alyokhin N.B., Bochkarnikov N.D. Investigation and application of new temperature sensing elements for controlling of technological process of transport refrigeration plants //Joint Committee C2,D2/3, CI, D2 IIR. - Dresden (Germany). - 1990. - P. 315 - 319.

28. Alyokhin N.B., Buiadju D.I., Tichonov V.I. Microelectronic control system of long-distance refrigerated truck //Proc. 18 International Congress of Refrigeration. - Montreal (Canada). - 1991. - P. 2020 - 2023.

29. Alyokhin N.B., Bondarenko A.V., Markovsky A.D. Microprocessor control of ship refrigerating plants //Proc. 18 International Concress of Refrigeration. - Montreal (Canada). - 1991. - P. 2024 -2026.

30. Alyokhin N.B., Malakhov V.P. Compressor capacity control /»'Proc. 1996 International Compressor Engineering Conference at Purdue. - West Lafaette(USA ). - 1996. - P. 10 f- 116. "

Патенты па изобретения

31. Пат. Л» 3769. УкраУна. Cnocio керування холодильного установкою /TvI.B. Альохш (УкраУна). - 4 с. ¡л.; Надрук. 27.12.94, Бюл. № 6 - I. - 5 с.

32. Пат. № 3770. Украша. Cnoci5 керування холодильною установкою /М.Б. Альохш (Украша). - 4 с. in.; Надрук. 27.12.94, Бюл. № 6 - 1. - 5 с.

33. Пат. № 3901. Украша. Cnoci6 керування холодильною установкою /М.Б. Альохш (Украша). - 4 с. ¡л.; Надрук. 27.12.94, Бюл. № 6 - 1. - 5 с.

34. Пат. № 3902. Украша. Cnoci6 керування холодильною установкою /М.Б. Альохш (Украша). - 4 с. ¡д.; Надрук. 27.12.94, Бюл. к) 6 - 1. - 5 с.

35. Пат. Лй 1361. УкраУна. Cnocio регулювання продуктивное!! компресора холодилыюУ установки /М.Б. Альохш (Украша), А.ГЛонов (Росшська Федерашя). - 8 c.in.; Надрук. 25.03.94, Бюл. № 1.

36. Пат. 20249)3. Российская Федерация," МКИ G 05 D 23 / 19. Система автоматического управления холодильными установками /Б.Б. Алёхин (Украина). - № 4753364 / 24; Заявл. 24.10.89; Опубл. 15. 12.94, Бюл. №23.- 9 с.

37. Пат. 2052739. Российская Федерация, МКИ F 25 В 49 I 00. Способ регулирования производительности компрессора холодильной машины /Н.Б. Алёхин (Украина). - Л» 5036196 / 06; Заявл. 07.04.92; Опубл. 20.01.96, Бюл. № 2. - 6 с.

Авторские свидетельства на изобретения

38. А. с. 1575029 СССР. МКИ Б 25 В 49 / 00. Способ автоматического управления холодильной установкой /Н.Б. Алёхин (СССР). -Ло 4336619/23-06; Заявлено 02.1 ¡.К7; Опубл. 30.06.90. Бюл. № 24. -

4 с.

39. А. с. 1837141 СССР, МКП Г 25 В 49/ 00. Способ управления холодильной установкой .'Н.Б. Алёхин (СССР). - Ло 4752843 / 06: заявлено 24.10.89; Опубл. 30.08.93, Бюл. ,ЧЬ 32. - 5 с.

40. А. с. 1837144 СССР, МКП Б 25 В 49. 00. Способ управления холодильной установкой /Н.Б. Алёхин (СССР). - 4753360 / 06; Заявлено 24.10.89; Опубл. 30.08.93, Бюл. Л» 32. - 5 с.

41. А. с. 1837) 43 СССР, МКП Р 25 В 49; 00. Способ управления холодильной установкой /Н.Б. Алёхин (СССР). - .\Ь 4752845 / 06; Заявлено 24.10.89; Опубл. 30.08.93, Бюл. ЛЬ 32. - 5 с.

42. А. с. 1837142 СССР, МКИ Р 25 В 49/ 00. Способ управления холодильной установкой /Н.Б. Алёхин (СССР). - Л» 4752844 / 06: Заявлено 24.10.89; Опубл. 30.08.93, Б гол. Ло 32. - 5с.

43. А. с. 1334000 СССР, МКИ Б 25 В 49 / 00. Способ регулирования давления конденсации в холодильной установке /II. Б. Алёхиг (СССР). - № 3919963 / 23 - 06; Заявлено 12.05.85; Опубл. 30.08.87 Бюл. ЛЬ 32. - 2 с.

44. А. с. 1334001 СССР, МКИ Р 25 В 49 / 00. Холодипьнм установка /Н. Б. Алёхин (СССР). - ЛЬ 3947629/23 - 06; Заявленс 25.06.81; Опубл. 30.08.87, Бюл. Лв 32. - 6 с.

45. А. "с. 1260926 СССР, МКИ О 05 Б 23/ 19. Система управле ния холодопронзводительностыо компрессоров холодильных машш /Н. Б. Алёхин (СССР). - ?« 3864541 / 24 - 24: Заявлено П.03.85 Опубл. 30.09. 86, Бюл. Лй 36. - 7 с.

46. А. с. 1368866 СССР, МКИ О 05 Б 23 / 19. Система управле ния холодопроизводителыюстыо компрессоров холодильных малин /Н. Б. Алёхин (СССР). - № 3990158 24 - 24: Заявлено 16.12.85 Опубл. 23.01.88, Бюл. 3. - 9 с.

47. А. с. 1399614 СССР. МКП 7 25 В 49 00. О 05 Б 23 / Система управления холодопронзводительностыо компрессоров хс лодильных машин /Н.Б. Алёхин (СССР). - ЛЬ 4032663 / 23 - 06: Заяг лено 03.03.86; Опубл. 30.05.88, Бюл. Л» 20. - 6 с.

48. А. с. 1529188 СССР. МКП С 05 О 23 / 19. Система для аг тематического управления холодильными установками /Н.Б. Алёхи (СССР). - № 4323336 / 24 - 24; Заявлено 02.11.87; Опубл. 15.12.8! Бюл. Л» 46. - 6 с.

49. А. с. 879203 СССР, МКИ F 25 В 49 / 00, F 04 В 49 / 06. Способ регулирования производительности компрессора /Н.Б. Алёхин, Г.С. Якименко (СССР). - № 2876792 / 25 - 06; Заявлено 28.01.80; Опубл. 07.11.81, Бюл. jYo 41.-4 с.

50. А. с. 985644 СССР, МКИ F 25 В 49 / 00, F 04 В 49 / 06. Способ регулирования производительности холодильных машин /'Н.Б.Алёхин, Г.С. Якименко (СССР). - N> 3325872/ 23 - 06; Заявлено 27.07.81; Опубл. 30.12.82, Бюл. № 4S. - 5 с.

51. А. с. 1062198 СССР, МКИ G 05 D 23 / 19. Устройство идя управления холодопроизводшелыюстыо компрессора холодильной "машины /Н.Б. Алёхин, Г.С. Якименко (СССР). - ЛЬ 3476981 / 18-24; Заявлено 23.07.82; Опубл. 23.12.83, Бюл. № 47. - 6 с.

52. А. с. 1196828 СССР, МКИ G 05 D 23 I 19. Система управления холодолроизводительностью компрессоров холодильных машин /Н.Б. Алёхин, Г.С. Якименко (СССР). - .No 3776037 / 24 - 24; Заявлено 19.07.85; Опубл. 07.12.85, Бюл. No 45. - 6 с.

53. А. с. 181S509 СССР, МКИ F 25 D 49 / 00. Способ регулирования производительности компрессора холодильной установки /Н-Б. Алёхин, А.Г. Ионов (СССР). - № 4806672 / 06;" Заявлено 28.03.90; Опубл. 30.05.93, Бюл. 20. - 5 с.

54. A.c. 1751628 СССР. МКИ F 25 В 49 / 00. Система управления компрессорами холодильных установок /Н.Б. Алёхин, С.Г. Филонов, Е.Д. Шардепков (СССР). - № 4878403 / 06; Заявлено 29.10.90; Опубл. 30.07.92. Бюл. ."N¡>28. - 8 с.

Тезисы докладов международных, межреспубликанских н республиканских конференций

55. Алёхин Н.Б. Повышение эффективности функционирования АСУТП судовой холодильной установки //Тез. докл. Респ. научн.-техн. конф. "Применение математических методов и средств вычислительной техники в экологических и экономических исследованиях водной среды". - Одесса. - 1979. - С. 167 - 169.

56. Алёхин Н.Б. Экспериментальные и аналитические исследования систем автоматического управления судовых холодильных установок //Тез. докл. научн.-техп. сем. "Надежность холодильного и технологического оборудования". - Калининград. - 1980. - С. 5 - 7.

57. Алёхин Н.Б. Новые способы автоматического управления производительности судовых холодильных машин //Тез. докл. Всес. научи. - техн. конф. "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств" . - Л.: Судостроение. - 19S2. - С. 156 - 157.

58. Алёхин Н.Б. Система автоматического управления холодильной установкой /'/Тез. докл. Всес. научн.-практ. конф. "Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте". - Одесса. - 1989. - С. 30.

59. Алёхин Н.Б. Новый подход к автоматизации пароэжектор-ных холодильных машин //Tlpaui друго) украшсько) конференцн з автоматичного керування ("Автоматика-95"). - Т. 5. - JIbbib: НВЦ "ГПС". - С. 24.

60. Алёхин Н.Б., Кринецкий И.И. Применение математического моделирования для расчета переходных процессов в теплообменных аппаратах //Тез. докл. II Всес. научн.-техн. конф. по холодильному машиностроению. - Москва: ЦПНТИХИМНЕФТЕМАШ. - 1978. С. 72-73.

61. Алёхин Н.Б., Коханский АЛ. Исследование конденсаторов холодильных установок систем кондиционирования воздуха на судах ЛТез. докл. Всес. научн.-техн. конф. "Пути повышения эффективности и качества исследований и разработок судовых систем кондиционирования воздуха и ускорения внедрения результатов в производство". - Секция В. - Николаев: Научн.-техн. общ-во им. акад. А.Н.Крылова. - 197S. - С. 9 - 12.

62. Алёхин Н.Б., Коханский А.И. Применение математической модели для расчетов динамических характеристик конденсаторов //Тез. докл. Всес. сем. по хол. технике и технологии. - Баку. - ¡978. • C.S.

63. Алехин Н.Б., Коханский А. И., Кореновский А.А. Численные методы решения нелинейной математической модели кожухо-трубного конденсатора холодильной установки //Тез. докл. Всес. совещания "Математическое моделирование процессов теплообмена оборудования". - Киев. - 1979. - С. 25.

64. Алёхин Н.Б., Реньга В.Р. Снижение энергетических затрат при эксплуатации автоматизированных секций //Тез. докл. Всес. научи. - практ. конф. "Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте -Одесса.- 1989.-С. 36.

65. Алёхин Н.Б. Тихончук С.Т., Павленко В.Д. Метод детерминированной идентификации нелинейных динамических систем, устойчивый к погрешностям //Тез. докл. IV Междунар. конф. "Проблемы комплексной автоматизации". - Киев. - 1990. - С. 45 - 46.

66. Alyokhm N.B.. Vychuchanin Y.V. Microelectronic automatic microclimat control system in cargo space //International Meeting Comission C2 IIR. - Cuba (Havana C- 1990.-P 28.

67. Алёхин Н.Б., Буя;окп Д.И. Автоматизация установки для трансформации тепла и универсальных рефрижераторах //Тез. докл. Всес. научи.-техн. сем. 'Тепловые насосы в народном хозяйстве". -Калининград: КТИРПХ. - 1990. - С. 24 - 25.

68. Алёхин Н.Б., Филонов С.Г. Микропроцессорная система управления железнодорожными рефрижераторными секциями //Тез. докл. Всес. натчн.-техн. конф. "Холод - народному хозяйству". - Л.: ЛТИХП. - 1991. - С. 103 - 104.

69. Алёхин П.Б., Лотвиненко В.В. Микропроцессорная система управления морозильными агрегатами ,/Гез. докл. Всес. научн.-техн. конф. " Холод - народному хозяйству". - С. - П. - 1991. - С.56.

70. Алёхин Н.Б., Филонов С.Г. Микропроцессорная система управления рефрижераторными вагонным}! секциями //Сборник докладов Междунар. конф. "Актуальные проблемы фундаментальных наук - Москва: МГТУ. - 1991. - С. i 66.

71. Алёхин Н.Б., Филонов С.Г., Биба В.В. Система автомагического управления холодильным оборудованием рефрижераторных вагонных секций //Тез. докл. Межреспубл. научн.-практ. конф. "Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции". - Краснодар: Краснодар, дом науки и техники. - 1992.- С. 20.

72. Алёхин Н.Б., Филонов С.Г., Биба В.В. Адаптивная система управления автомобильной рефрижераторной установкой //Тез. докл. Межреспубл. научн.-практ. конф. "Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции". - Краснодар: Краснодар, дом науки и техники. - 1992. - С. 20-21.

73. Алёхин Н.Б., Логвинеико В.В. Анализ потребления энергии морозильными аппаратами //Тез. докл. Межреспубл. научн.-практ. конф. "Совершенствование холодильной техники и технололш для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции". - Краснодар: Краснодар, дом науки и техники. - 1992. - С. 25.

74. Алёхин Н.Б., Биба В.В. Электронный расширительный вентиль для управления испарителем рефрижераторной установки //Пращ першо"1 украшськсм конференци з автоматичного керування ( " Автом атика -94 "). - Т 2. - Кшв. - 1994. - С. 33.

75. Алехин Б.Б., Бпоа В.В. Электронный расширительный вентиль для управления испарителем рефрижераторной установки //Тез. докл. Междунар. на\>чн.-техн. конф. 'Холод и пишевые производства" .-С.-П. - 1996*.- С. 99.

76. Алехин Н.Б, Павлов О .Б., Биоа В.В.. Тимченко ЕЛ. Автоматизация работы холодильно-сублима ционного комплекса //Тез. докл. Междунар. на\'чн.-техн. конф. "Холод и пищевые производства". - С.-П. - ¡996. - С. 384.

Обол1ачення, используемые в тексте автореферата с - удельная теплоемкость; с1 - влагосодержание; Т - площадь;/- площадь поперечного сечения; С - массовый расход; Ь - положение регулирующего органа; 1 - ток; ( - энтальпия; /и - масса; Ь - дойна аппарата; ^ - длина парожидкостной зоны; N - мощность; Р - давление;

(¿п - хододопроизводительность: Т- температура. постоянная времени: и - в<тлор управляющих воздействий: V - объемный расход; м> -скорость; у - вектор управляемых величии, длина; П - периметр; а -коэффициент теплоотдачи; $Т - перегрев; /> - плотность; г - время, время транспортного запаздывания; (р - наросодержание.

Индексы

а - со стороны агента; в - воздух; вс - всасывание; ж - жидкость; к -конденсация, компрессор; кам - камера; н - начальный, нагнетание; нар - наружный; и - пар, процесс; пр - продукт; р - регвентиль, изобарный; ст - стенка; уд - удельный; э - электрический; - вода; 0 -кипение.

Альохш М.Б. Методи 1 засоби автоматичного керування холодиль-н)5ми установками.

Дисертац1ч на здобугга наукового ступеня доктора тсхшчних наук за спещ'адьщетю 05.! 3.07 - автоматизащя гехнолопчних процесщ та ви-робництв. - Одеський державний палл-ехшчний ушверситет, Одеса, 1997.

Дисертац1Я присвячена питаниям шдвищення ефективносп керуван-ня холодильники установками. У робот! побудовано та дооиджено математичш модсл! динамки холодильник установок. Розроблено но»! способ» та системн економ!Чного керування, якт дозволяють знизити витрату електроенерп'] га паллва ) шдвцщмти яктстъ автоматичного керування холодильними установками. Розроблено м!кро-лроцесорш 1 елсктрошп систем» керування за р!зним призначенням.

Alyokhin N.B. Methods and tools of automatic control system in refrigeration plants.

Thesis for a doctor degree by speciality 05.13.07 speciality -automatization of technological processes and objects in industry". -Odessa State Polytechnic University, Odessa, 1997.

The dissertation is devoted to improve energy efficiency in automatic control systems in refrigeration. The refrigeration plant mathematical model was developed and analysed. New control methods and systems of refrigeration plant were proposed to reduce energy consumption and to impove transient behaviour. Microprocessor control systems were developed.

Ключевые слова: холодильная установка, математическая модель, способ управления, система управления, экономия энергии, качество управления.

Подписано к печати 12.02.97. Формат 60x84/16. Бумага газетная. Печать офсетная. 1.86 усл. печ. л. 2,0 уч. - изд. л. Тираж 100 экз. Заказ Лй Z i

Одесский государственный политехнический университет. 270044, Одесса, пр. Шевченко, I.