МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

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

B ILINGUAL 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.

Р исунок 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.