Figure 1 – Scheme of laboratory stand

Krasnoyarsk State Agrarian University

Красноярский государственный аграрный университет

Institute of power engineering and energy resources management

Институт энергетики и управления энергоресурсами АПК

Chair Principles

of Electroengineering

Кафедра теоретических

основ электротехники

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО АВТОМАТИКЕ

Student team work

AUTOMATION OF FISH SMOKING PROCESS

Автоматизация процесса копчения рыбы

 

BILINGUAL TEACHING AID

Двуязычное учебно-методическое пособие

 

Krasnoyarsk 2012

 

 

Figure 1 – Scheme of laboratory stand

Рисунок 1 – Схема лабораторного стенда

Коптильная установка содержит терморегулятор с датчиком температуры для того, чтобы нагреватель включался при недостаточной температуре продукта. Датчик помещаем в продукт. Вилку от нагревателя (электроплитки), включаем в розетку, имеющуюся на регуляторе. Вилку терморегулятора включаем в настенную розетку.

Такое подключение автоматики, казалось бы логичное, приводит к неожиданному плохому результату. Куры ещё не успевают как следует прогреться, а нагреватель уже раскаливается! Оказывается, пока продукт медленно нагревается, плитка успевает перегреться. В такой коптильне плитка может быстро перегореть. Вывод: коптильня работает неправильно. Необходимо заняться исследованием динамики процесса.

Схема потоков энергии показана на рисунке 2: электрическая энергия подаётся на плитку, плитка подогревает воздух, воздух разогревает продукт.

 

Рисунок 2 - Схема потока энергии в коптильне

Поток энергии в коптильне не постоянный. Он изменяется автоматически при изменении температуры продукта. Если она ещё мала, т.е. меньше заданных 80⁰, то в сравнивающем устройстве возникает сигнал ошибки. Включается нагреватель. Чем ближе поднимается температура продукта к заданным 80⁰, тем меньше сигнал ошибки и меньше нагрев! При 80⁰ подача электроэнергии на плитку прекращается. Такое регулирование называется пропорциональным.

 

Рисунок 3 - Схема автоматики с отрицательной обратной связью

 

Составленная модель содержит регулятор температуры, звено «плитка», звено «воздух», звено «продукт» и устройство отрицательной обратной связи по каналу температуры продукта. Модель составлена таким образом, что на вход плитки подается сигнал рассогласования, равный разности между заданным значением (80) и текущим значением температуры продукта. Далее сигнал в виде теплового потока, пропорциональный этой разнице (недогреву), поступает последовательно через воздух камеры и продукт.

Схема с числовыми характеристиками представлена на рисунке 4.

Система №1

Рисунок 4 - MATLAB – модель системы автоматики коптильни при управлении по температуре продукта.

 

При включении модели дисплеи покажут конечные значения температуры плитки и продукта.

 

Рисунок 5 - Графики переходных процессов при управлении по температуре продукта.

 

График изменения температуры звеньев показан на рисунке 5. На графике видно резкое повышение температуры плитки, пока не наступило ее отключение в результате прогрева датчика температуры, помещенного в продукт. Перерегулирование достигает 540⁰. За резким подъемом следует и резкое падение температуры. Переходный процесс устойчив и продолжается 50 модельных секунд (100 минут реального времени). Температура плитки поднималась до 630⁰С, что допустимо, но нежелательно: раскалённые плитки долго не живут.

Переходные процессы по температуре воздуха, стенок аппарата, и продукта также имеют существенную колебательность. Причина этого явления заключается в запаздывании медленно реагирующего продукта, куда помещён термодатчик. Во время медленного прогрева продукта и датчика нагреватель быстро достигает больших значений температуры. Затем, наконец, продукт и термодатчик достигают заданной температуры и нагреватель автоматически отключается. Но остаточная тепловая энергия перегретых воздуха и плитки продолжает поднимать температуру продукта. Это приводит к колебаниям. Можно ли успокоить процесс и убрать колебания?

Приведенный пример с бытовой коптильней показывает, что нельзя автоматизировать процесс, просто подключив регулятор к объекту. Следует проанализировать динамику всей полученной системы в целом. Тогда может выясниться, что требуется что-то посложнее.