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 проанализироватьдинамику всей полученной системы в целом. Тогда может выясниться, что требуется что-то посложнее.