Идентификация испарителя холодильной машины как объекта управления, синтез и анализ системы автоматического управления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Идентификация испарителя холодильной машины как объекта управления, синтез и анализ системы автоматического управления»

В данной курсовой работе мы будем разрабатывать систему автоматического регулирования простейшей структуры и САР повышенной динамической точности.

Целью разработки САР является получение переходных характеристик, которые соответствовали бы предельно-допустимым требованиям показателей качества системы, а для этого необходимо сформировать такое управляющее воздействие, которое обеспечивало бы инвариантность контуров регулирования объекта.

В нашем случае, объект управления — испаритель холодильной машины. Холодильные машины широко распространены в пищевой промышленности, для хранения скоропортящихся продуктов. Вручную управлять такой системой невозможно т.к. в процессе управления непрерывно должны происходить сложные математические расчеты. Поэтому актуальность разработки такой системы очень велика и, на сегодняшний день, необходима.

1. Выделение объекта управления из среды

1.1 Общий анализ технологического процесса, реализуемого агрегатом, целей и условий его ведения

Составление схемы и описание сущности технологического процесса, реализуемого технологическим агрегатом, как целенаправленного преобразования материальных и энергетических потоков.

Технологический процесс производства холода в холодильной камере осуществляется управлением холодильной машиной и заключается в поддержании параметров, характеризующих уровень холода в камере, в пределах заданных значений этих параметров.

Процесс охлаждения в холодильной машине основан на физическом явлении поглощения тепла при кипении (испарении) жидкости. Температура кипения жидкости зависит от физической природы жидкости и от давления окружающей' среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения жидкости и, наоборот, чем ниже давление, тем при более низкой температуре жидкость закипает и испаряется. При одинаковых условиях разные жидкости имеют разные температуры кипения, так, например, при нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре +100°С, этиловый спирт +78°С, фреон R-22 минус 40,8°С, фреон R-502 минус 45,6°С, фреон R-407 минус 43,56°С, жидкий азот минус 174 °C.

Жидкий фреон, являющийся в настоящее время основным хладагентом холодильной машины, находящийся в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении, немедленно вскипает. При этом происходит интенсивное поглощение тепла из окружающей среды, сосуд покрывается инеем из-за конденсации и замораживания паров воды из окружающего воздуха. Процесс кипения жидкого фреона будет продолжаться до тех пор, пока весь фреон не перейдет в газообразное состояние, либо давление над жидким фреоном не возрастет до определенного уровня и при этом не прекратится процесс испарения его из жидкой фазы.

Аналогичный процесс кипения хладагента происходит в холодильной машине, с той лишь разницей, что кипение хладагента происходит не в открытом сосуде, а в специальном, герметичном узле — теплообменнике, который носит название — испаритель. При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от материала трубок испарителя. В свою очередь материал трубок испарителя омывается жидкостью или воздухом и как результат процесса происходит охлаждение жидкости или воздуха.

Для того, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе происходил непрерывно, необходимо постоянно из испарителя удалять газообразный и «подливать» жидкий хладагент.

Процесс конденсации паров жидкости происходит при температуре, зависящей от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Пары фреона R-22 конденсируются в жидкость при давлении 23 атмосферы уже при температуре +55°С. Процесс конденсации паров хладагента в жидкость сопровождается выделением в окружающую среду большого количества тепла. В холодильной машине конденсация паров хладагента происходит в специальном, герметичном теплообменнике, называемом конденсатором.

Для отвода выделяемого тепла используется алюминиевый теплообменник с оребренной поверхностью, называемый конденсатором. Для удаления паров хладагента из испарителя и создания необходимого для конденсации давления используется специальный насос — компрессор.

Элементом холодильной установки является также регулятор потока хладагента, так называемая дроссилирующая капиллярная трубка. Все элементы холодильной машины соединяются трубопроводом в последовательную цепь, обеспечивая тем самым замкнутую систему.

Упрощенная схема холодильной установки фирмы Danfos приведена на рисунке 1.

На схеме:

1 — Воздушный испаритель с вентиляторами принудительного обдува

2 — Терморегулирующий вентиль с распределителем жидкости

3 — Воздушный конденсатор с вентилятором охлаждения

4 — Компрессор с датчиками давления

5 — Медный трубопровод

Рисунок 1. Общая схема холодильной установки Основная задача автоматизации технологического процесса производства холода заключается в поддержании постоянной температуры в холодильной камере. Регулирование температуры будет производится изменением температуры испарителя, которая в свою очередь зависит от величины перегрева хладагента в испарителе. Изменение величины перегрева будет осуществляться электронным ТРВ.

Рисунок 2. Внешний вид и устройство электронных ТРВ Электронный ТРВ состоит из шагового двигателя, игольчатого клапана и винтовой передачи. Главное его преимущество — отсутствие мембраны и связанных с ней проблем. Регулирование проходного сечения осуществляется перемещением иглы конической формы под управлением шагового электропривода. При этом они обеспечивают достаточно точное регулирование, двигатель имеет около 250−1500 шагов на полное открытие, а это практически гладкая кривая!

Очевидным плюсом является и программируемость контроллера, а также контроль работы ТРВ по любому сетевому протоколу, а также с дисплея контроллера.

1.2 Конкретизация регламентов и условий ведения процесса, его формализованное представление

Выявление нормативов ведения технологического процесса и работы технологического агрегата.

Основу нормативов составляют три основных регламента:

— Технологический регламент — определяет условия, при которых в результате технологического процесса получается продукт с заданными свойствами. В нашем случае продуктом является воздух в помещении, а параметры, описывающие свойства данного продукта это:

— - температура воздуха в помещении, ?С;

— Эксплуатационный регламент — определяет условия нормальной безаварийной работы технологического оборудования. В нашем случае — это параметры:

— f — проходимость испарителя

— Ти. — температура испарителя

— Технико-экономический регламент — определяет условия эффективности ведения процесса. В нашем случае экономическая эффективность ведения технологического процесса может быть оценена сравнением удельных затрат финансовых средств на поддержание микроклимата за единицу времени при работе новой и старой систем:

— Z — удельная затрата финансовых средств за сутки работы комплекта оборудования, грн/сут.

Анализ последствий выхода технологических и эксплуатационных параметров за регламентные допуски.

Даже при достаточно эффективном управлении процессом, могут возникать отклонения параметров технологического процесса от регламентных значений, вызываемые изменением параметров, характеризующих условия ведения процесса. В случае управления холодильной машиной, выход регулируемых параметров за регламентные допуски не приводит к тяжелым последствиям, не прекращает технологический процесс, ликвидируется с течением времени за счет управления процессом. Однако выход регулируемого параметра (температуры в камере) за допустимые пределы на длительное время может привести к порче продукции хранимой в камере.

Таблица регламентов