Автоматизация системы управления холодильной установкой (стр. 1 из 5)
Содержание
Введение
1. Разработка АСУ ТП холодильной установки
1.1 Техническое задание и технико-экономическое обоснование
1.1.1 Техническое задание на проектирование АСУ ТП
1.1.2 Технико-экономическое обоснование
1.2 Структурная идентификация объекта
1.3 Математическая модель объекта
1.3.1 Ограничения в модели объекта
1.4 Построение статических характеристик объекта
1.5 Выбор критерия оптимизации
1.6 Экстремальные характеристики зависимости целевой функции от управлений
1.7 Алгоритм оптимизированного управления
1.8 Структура двухуровневого управления
1.9 Структура алгоритма адаптивного управления
1.10 Краткое описание, структура и состав алгоритмического, программного и технического обеспечения АСУ
1.11 Выбор и обоснование используемых технических средств
1.12 Описание функциональной схемы АСУ
2. Календарное планирование производства
2.1 Постановка задачи
2.2 Решение задачи
3. Исследование технических объектов как систем массового обслуживания
Заключение
Список использованной литературы
В данном курсовом проекте рассматривается АСУ ТП холодильной установки, аналитически выводится математическая модель объекта, рассматриваются статические характеристики объекта относительно управляющих и возмущающих воздействий в области существующих ограничений, выбирается и обосновывается критерий оптимизации на основе одного из технико-экономических показателей; обосновывается оптимальный режим работы холодильной установки для данного ТП, приводится структура двухуровневого управления с координирующей подсистемой на верхнем уровне и блок-схема алгоритма ее функционирования; составлена структура и блок-схема алгоритма адаптивного управления.
В данном проекте производится решение конкретной задачи календарного планирования и находится оптимальная последовательность обработки деталей в смысле критерия минимального времени обработки всей партии.
Приводится исследование технического объекта как системы массового обслуживания, находится оптимальная загрузка системы.
1 Разработка АСУ ТП холодильной установки
1.1 Техническое задание и технико-экономическое обоснование
Сущность процесса заключается в том, что в холодильную камеру помещают продукт, поступающий на предприятие от поставщиков. В холодильной камере продукт охлаждают от начальной температуры, около 70 °С до температуры tk =(-18) °С ±3 °С. Затем продукт поступает на длительное хранение в специально оборудованные холодильные камеры или поступают на погрузку в рефрижераторы автомобильного или железнодорожного транспорта для транспортировки.
1.1.1 Техническое задание на проектирование АСУ ТП
Основанием для проектирования АСУ ТП холодильной установки является задание на курсовую работу.
Объектом автоматизации является холодильная установка, включая холодильную камеру и находящиеся в ней ресурсы.
Необходимо разработать схему автоматизации, позволяющую сократить время технологического процесса и обеспечивающую комфортные условия для контроля параметров ТП.
Необходимо поддерживать 100% заполнения испарителя жидким хладагентом. Температура охлажденного продукта должна быть равной tk =(-18) °С ±3 °С. Давление в конденсаторе должно быть равно Pk=Pk0.
Давление в циркуляционном ресивере должно составлять Р = Р0.
Уровень заполнения циркуляционного ресивера должен составить 0,3 Нцр, где Нцр- высота циркуляционного ресивера.
Система должна иметь двухуровневую структуру управления с координирующей подсистемой на верхнем уровне.
1.1.2 Технико-экономическое обоснование
Рассматриваемая АСУ ТП холодильной установки позволяет сократить время технологического процесса за счет того, что в условиях работы АСУ ТП автоматически поддерживается 100% заполнение испарителя жидким хладагентом, что позволяет поддерживать в холодильной камере минимальную температуру, что сокращает время протекания теплообменного процесса за счет низкой температуры испарителя.
Комфортные условия контроля технологических параметров обеспечиваются благодаря тому, что информация от датчиков поступает на программируемый контроллер SIMATIC S7-200, где происходит ее обработка.
Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов.
| Показатели | Варианты сравнения | |
| Базовый | Проектир. | |
| 1 Производительность кг/ч | 1500 | 1500 |
| 2 Время действия оборудования в течении года ,ч | 10000 | 8000 |
| 3 Число обслуживающего персонала | 4 чел | 1 чел |
| 4 Расход на единицу пр-ции электроэнергии, кВтх ч воды , м3 | 10010 | 5810 |
| 5 Стоимость единицы : электроэнергии , руб/кВтх ч воды, руб/м3 | 24 | 24 |
| 6 Себестоимость единицы продукции , руб/кг | 100 | 133 |
| 7 Годовой выпуск продукции , кг | 15000000 | 12000000 |
В процессе расчета были получены следующие данные:
-годовая экономия от снижения себестоимости продукции составила 936000 руб.;
-годовой экономический эффект составляет 746673,15 руб.
Срок окупаемости затрат составляет примерно 168 дня при капитальных вложениях на создание и внедрение АСУТП 430288,29 руб.
В результате оптимального управления процессом себестоимость единицы продукции (1 кг) снизилась с 0,195 руб (до внедрения проектируемой АСУТП) до 0,117 руб (после внедрения АСУТП).
1.2 Структурная идентификация объекта
На объект охлаждения, холодильную камеру, действует тепловой поток Qo6, приходящий с продуктом, помещенным в холодильную камеру.
Холодильная машина должна отвести от холодильной камеры тепловой поток Qn, причем так, чтобы параметры рабочей среды поддерживались в заданных пределах. Холодильная машина выполняет работу, потребляя энергию Е от внешнего источника для вывода тепла Qe в охлаждающую среду.
Рисунок 1.1 – Функциональная схема холодильной установки
ХМ - холодильная машина,
ХК - холодильная камера,
Qoб - тепловой поток продукта в холодильной камере;
Qn - тепловой поток, отводимый холодильной машиной от холодильной камеры;
Е - энергия потребления ХМ;
Qв - тепло, отводимое ХМ от ХК в окружающую среду
1.3 Математическая модель холодильной камеры
Математическая модель взята из книги Канторовича В.И. «Автоматизации холодильных установок» М.:«Агропромиздат», 1987г., с. 136.
При выводе модели объекта использовались следующие допущения:
а) Считаем, что утечка тепла через стенки холодильной камеры не происходит.
б) Считаем, что температура в холодильной камере распределена равномерно по всему объему камеры.
в) Считаем, что продукт до момента помещения его в холодильную камеру имел температуру, равную температуре окружающей среды (Qв).
г) Считаем, что температура воздуха окружающей среды постоянна. Тогда уравнение теплового баланса будет иметь вид:
Qп – Qоб = 0 (1.1)
Значение теплового потока, отводимого от ХК (Qn) в Дж/с, рассчитываем по формуле:
Qп = kпFп(Qп - Qоб) (1.2)
где kп – коэффициент теплопередачи испарителя, Дж/(м2×0С×с),
Fп – площадь теплопередающей поверхности испарителя, м2.
Значение теплового потока, приходящего в ХК (qo6) в Дж/с, рассчитываем по формуле
Qоб = kобFоб(Qоб - Qв) (1.3)
где kоб – коэффициент теплопередачи продукта, Дж/(м2×0С×с),
Fп – площадь теплопередающей поверхности, м2.
Запишем уравнение (1.1) для рассматриваемого процесса в динамике, в приращениях:
dDQ0 = (DQn - DQoб)dt, (1.4)
где DQ0 - количество тепла, необходимого для восстановления теплового баланса за время dt, записанное в приращении, Дж.
Значение (DQ0) найдем по формуле:
DQ0=cmDQоб, (1.5)
где с - удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг×0С),
m - масса продукта, кг,
DQоб - приращение температуры, на которое нужно изменить
температуру продукта, чтобы сохранить тепловой баланс, °С.
Подставляя в (1.4) выражения (1.2), (1.3), (1.5) получим
(1.6)В выражение (1.6) было подставлено значение
(1.7)После некоторых преобразований запишем уравнение (1.6) в другом виде:
(1.8)Обозначим:
С учетом принятых обозначений выражение (1.8) примет вид:
(1.9)Для нахождения численных значений параметров модели используем данные из книги Канторовича В.И. «Автоматизации холодильных установок», и рассчитаем значения коэффициентов модели объекта.