Оптимальная задача в данном случае состоит в том, чтобы поддержать максимальную хладопроизводительность компрессора при наименьшей температуре кипения. Контроллер осуществляет расчет системы уравнений, состоящей из уравнения экспериментальной кривой и температурой задания, и находит минимальное значение температуры кипения. После чего формирует закон регулирования.
Рисунок 1.4 - Алгоритм оптимизированного управления
1.8 Структура двухуровневого управления
Рисунок 1.5 - Структура двухуровнего управления. Режим советчика.
ОУ - объект управления; Д - датчик; s7-200 - ПМК; ИМ - исполнительный механизм; ЭВМ - вычислительная машина; Оператор - оператор ЭВМ.
Необходимость двухуровневого управления в режиме советчика заключается в том, что велика вероятность ошибки, а также по желанию заказчика, требуется непосредственный контроль человека. Но система способна функционировать и автономно.
Информация о состоянии объекта от датчиков поступает на s7-200, где она обрабатывается и в качестве рекомендаций выдается информация об изменении управления или корректировки. Оператор анализирует полученную информацию и принимает меры по изменению управляющих воздействий.
Блок-схема алгоритма функционирования двухуровнего управления с кординирующей подсистемой на верхнем уровне приведена на рисунке 1.6
На рисунке 1.6 температура Т1 - это температура на выходе из испарителя, а Т2 - температура на входе в испаритель. Для регулирования наполнения испарителя хладогеном, устанавливается регулятор перегрева (ТРВ), который представляет собой П - регулятор. При уменьшении заполнения испарителя перегрев пара на выходе возрастает и ТРВ автоматически увеличивает подачу хладагента. Температура Т1 =Qп = -30°С.
Испаритель наполнен (100%) жидким хладагентом, если Т1 = Т2. В случае если равенство не выполняется, то необходимо изменить настройку ТРВ.
Т3- температура объекта (продукта),
Т3= Qп = -20°С, если продукт еще не охладился до температуры Т3 процесс продолжается, в противном случае выдается сообщение о том, что технологический процесс окончен и необходимо выгружать продукт и размораживать установку.
Т4 - температура в холодильной камере, °С;
P1 - давление в конденсаторе, кПа;
Р2 - давление в ЦР, кПа;
Н - уровень заполнения циркуляционного ресивера, м.
Уровень жидкости в циркуляционном ресивере (Н) должен быть в пределах 0,2 ÷ 0,3 высоты ресивера. При повышении уровня жидкость может попасть в компрессор, а при снижении - нарушается подача в испаритель
1.9 Структура алгоритма адаптивного управления
Для данной системы управления, в которой свойства холодильной установки можно считать не изменяющимися во времени, т.к. площадь теплопередающей поверхности испарителя не меняется, коэффициент теплопередачи испарителя тоже не меняется во времени. Но так как изменяться во времени может коэффициент теплопередачи продукта, если замораживать различные продукты в каждом цикле охлаждения, а также может изменяться площадь поверхности продукта, если в холодильную камеру загрузили не всю партию продукта, которую она может вместить, а лишь часть ее, необходимо использовать адаптивное управление.
Таким образом, адаптацию можно проводить с каждым циклом охлаждения, зная количество загружаемого продукта в холодильную камеру, т.е. общую площадь теплопередающей поверхности и коэффициент теплопередачи продукта, который зависит от вида продукта. Зная эти данные, можно рассчитать новые коэффициенты в модели объекта, но для достижения максимальной производительности установки, управляющее воздействие должно иметь максимальное значение, т.е. температура в испарителе должна поддерживаться минимальной, не зависимо от свойств продукта и его количества. Поэтому в данном случае алгоритм адаптации будет заключаться лишь в уточнении модели объекта.
Если бы мы имели объект, свойства которого менялись во времени, то к такому объекту можно было бы применить прямой алгоритм адаптации управляющего устройства непосредственно по величине критерия оптимальности.
Положим, что g(t) - полезный задающий сигнал, тогда можно определить рассогласование
, (1.20)где
- выход объекта.Тогда критерий оптимальности можно записать в виде
(1.21)
Подставив в формулу (1.20) значение j(t) можно убедиться, что J1 = F (bо), т.е. является функцией коэффициентов регулятора.
J1 = F (bр)b ®min (1.22)
Другими словами, минимизируя функцию J находим оптимальные коэффициенты регулятора, корректируя которые изменяем управляющее воздействие.
Обобщенная структура системы, реализующей прямой алгоритм адаптации приведена на рисунке 1.7
Рисунок 1.7 - Структура адаптивной системы
Под адаптацией подразумевается изменение свойств модели объекта относительно самой системы в процессе протекания технологического процесса. Адаптация происходит следующим образом: на вход управляющего устройства поступает задающий сигнал g(t), после чего снимается значение сигнала на выходе объекта j(t). Адаптер определяет рассогласование e(t) входного и выходного сигнала. Если рассогласование превышает допустимое значение, адаптер изменяет параметры П - регулятора, а именно коэффициент усиления, после чего процесс повторяется.
На рисунке 1.8 приведена блок схема данного алгоритма.
Рисунок 1.8 — Блок-схема прямого алгоритма адаптации
На рисунке 1.8 приведена блок-схема прямого алгоритма адаптации объекта, математическая модель которого может быть представлена дифференциальным уравнением 1-го порядка, а управляющее устройство реализует П - закон регулирования.
1.10 Краткое описание, структура и состав алгоритмического, программного и технического обеспечения АСУ
Рассматриваемая АСУ имеет двухуровневую структуру управления с корректирующей подсистемой на верхнем уровне.
Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических средств получения информации о состоянии технологического процесса объекта, к нему относятся датчики, в частности унифицированный датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с нормированным выходным сигналом 0..5mA. A также термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом (ТХАУ-055, ХА(К)), с нормированным выходным сигналом 0..5mA, у которых в зависимости от температуры среды, изменяется сигнал на выходе. Уровнемер буйковый (УБ-ЭМ1) используется для контроля уровня жидкости в ЦР, с выходным сигналом 0..5mА.
Информационные сигналы поступают на ПМК S7-200, где производиться обработка и отображение на экране монитора ЭВМ в виде численных значений технологических параметров объекта.
Программное обеспечение составляется с помощью пакета STEP 7 MicroWIN. При разработке адаптивного управления использовался прямой алгоритм адаптации, а также разработан специальный алгоритм функционирования двухуровневого управления.
1.11 Выбор и обоснование используемых технических средств
Для обеспечения минимального времени охлаждения продукта необходимо поддерживать минимальную температуру в холодильной камере, которая определяется температурой в испарителе. При заданной хладопроизводительности компрессора мы не можем понизить температуру кипения хладагента. Однако необходимо поддерживать уровень жидкости в испарителе, который должен быть максимальным, чтобы можно было наиболее эффективно использовать его охлаждающую поверхность.
Для регулирования заполнения испарителя хладагентом используем пропорциональный регулятор перегрева, ТРВ (терморегулирующий вентиль).
Выбираем терморегулирующий вентиль DANFOSS TEA 85-85. Для него диапазон изменения температур кипения хладагента составляет (-50÷30)°С, а номинальный режим температуры кипения хладагента Q0=-30°С, что соответствует техническим характеристикам выбранного компрессора.
Для контроля уровня жидкости в испарителе необходимо знать температуру на выходе из испарителя (Qп вых) и температуру на входе в испаритель (Qпвх). При выполнении равенства
Qпвх = Qп вых (1.23)
можно сказать, что испаритель максимально заполнен хладагентом. Для получения информации о температурах Qпвх и Qп вых используем термопреобразователь ТХАУ-055, ХА(К), погрешность которого составляет ± 2.5°С, что допустимо для заданной точности регулирования.
Сигнал от термопреобразователя поступает на ПМК S7-200.
Температуру объекта измеряем аналогичным термопреобразователем с погрешностью ±2.5°С допустимой по техническому заданию, т.к. температура объекта должна составлять Qоб = (-18°С) ±3°С.
Аналогичный термопреобразователь используется для контроля температуры в холодильной камере.
Давление в конденсаторе Ркопределяется температурой жидкого хладагента. Так как в данном технологическом процессе поддерживается стабильная температура хладагента, то необходимо лишь поддерживать стабильным давление в конденсаторе, поэтому необходимость в автоматическом регулировании отпадает, а для централизованного контроля информацию о значении давления в конденсаторе будем получать используя датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с классом точности 1,5, что удовлетворяет необходимой точности контроля.