Лабораторный учебно- исследовательский стенд содержит бытовую коптильную установку, которая представляет собой настольную металлическую камеру с помещённым в ней продуктом, подлежащим копчению. Камера установлена на электрической плитке. Коптильня предназначена для горячего копчения. На дно камеры вносятся опилки, которые при нагревании от плитки образуют дым. Согласно технологическим требованиям продукт должен быть разогрет до определённой температуры и выдержан определённое время. Величины температур и времени зависят от вида продукта. Установка в процессе исследования оснащается необходимой автоматикой.
Всю конструкцию коптильни с точки зрения тепловых функций условно разделяем (рис.1) на четыре части: 1- плитка с прилегающей частью корпуса (дно и 5 см. нижней части стенки корпуса), 2- корпус и крышка, 3- продукт, 4- воздух (коптильный газ).
Логическая схема движения сигналов в САР такова: сигнал рассогласования (например, величина недогрева) поступает на регулятор. Далее сигнал подаётся на плитку, которая подогревает воздух в коптильне, разогревает продукт. Сигнал обратной связи поступает на вход САР, а именно на сравнивающее устройство.
 |
Рис. 3. Логическая схема движения сигналов в коптильне
 |
Рис.4. Схема системы автоматического регулирования температуры коптильного газа с регулированием по температуре продукта
Рис.1 Физическая модель бытовой коптильной установки
6. РЕЖИМЫПРОЦЕССА КОПЧЕНИЯ
1). Режим пуска: происходит нагрев плитки, воздуха, продукта.
Е1>0, θпл=θпл.уст (1-е-t/Tпл);
θв=θв.уст (1-е-t/Tв);
θпр=θпр.уст (1-е-t/Tпр).
2). Режим разогрева продукта: плитка, воздух уже прогреты, а продукт остаётся ещё холодным.
θпл=θпл.зад;
θв=θв.ном;
θпр=θпр.уст (1-е-t/Tпр).
3). Режим номинальный: плитка, воздух и продукт прогреты до номинальной температуры. θпл=θпл.зад;
θв=θв.ном;
θпр=θпр.зад.
4). Режим охлаждения: происходит остывание плитки, воздуха и продукта. θпл=θ0(е-t/Tпл);
θв=θ0(е-t/Tв);
θпр=θ0(е-t/Tпр).
Составленная модель содержит регулятор температуры, блок «плитка», блок «воздух», блок «стенка корпуса», блок «продукт» и устройство отрицательной обратной связи по каналу температуры продукта. Модель составлена таким образом, что на вход подается сигнал рассогласования, равный разности между заданным значением (80) и текущим значением температуры продукта. Далее сигнал в виде теплового потока поступает последовательно через воздух камеры и продукт. Воздух камеры отдает тепло не только продукту, но и стенкам корпуса, благодаря чему температура воздуха не может повышаться бесконечно высоко. С ее ростом пропорционально растут и тепловые потери через стенку корпуса. Это придает процессу свойство самовыравнивания. Температура может установиться на определенном значении и без регулятора. Другое дело, что ее величина может не удовлетворять технологическим требованиям, поэтому необходима автоматика или подбор мощности плитки.
7. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫАВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫВОЗДУХА (КОПТИЛЬНОГО ГАЗА)
Система №1
Модель системы автоматики коптильни при управлении по температуре продукта.
Предварительный вывод
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 более сложное устройство.
Система №2
Модель и графики переходных процессов при управлении по температуре воздуха.
Предварительный вывод
Плитка успевает нагреваться до меньшей температуре и в этом схема имеет преимущество. Однако время прогрева продукта значительно больше. В этом её недостаток. Здесь возможен компромис.
Схема №3
Модель и графики переходных процессов при управлении по температуре плитки.
Предварительный вывод
Разогрев плитки до заданной температуры происходит быстро, а продукт разогревается очень медленно. Конечно, слабый накал плитки является причиной медленного нагрева плитки. Задавая повышенную температуру накала плитки, можно убыстрять нагрев продукта.
Вывод
Итак, рассмотрены три варианта построения системы управления коптильней. По первому варианту регулируется температура самого продукта (хорошо), но плитка перегревается (плохо). По третьему варианту температура плитки ограничивается (хорошо), но температура продукта не регулируется (плохо). Нельзя ли сделать систему регулирования температуры продукта с ограничением температуры плитки?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Специальный справочник. Санкт-Петербург, Москва, Харьков, Минск. 2002.
2. Приборы и средства автоматики для пищевой промышленности. Петров И.К., Солошенко М.М., Царьков В.А.-М: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-416с.
3. Хлыстов В.П. Автоматический контроль технологических процессов копчения рыбы: Метод. пособие/Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2002.-11 с.
4. Половко А.М., Бутусов П.Н. MATLAB для студента. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.