Система управления энергозатратами для технологических процессов на основе нечетких алгоритмов : на примере автоматизации технологических установок в молочно-консервной промышленности

• Автор: Колязов, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Мелеуз
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫПАРИВАНИЯ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

1.1 Технологический процесс выпаривания молока и молочных продуктов

1.2 Аналитический обзор методов реализации систем управления технологического процесса выпаривания молока

1.3 Методы реализации нечеткого управления в молочноконсервной промышленности

1.4 Перспективы использования нечеткого управления технологическими процессами в молочноконсервной промышленности и постановка задачи исследования

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

ГЛАВА 2 ФОРМАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ О ПРОЦЕССЕ ВЫПАРИВАНИЯ СГУЩЕННОГО МОЛОКА.

2.1 Анализ основных параметров процесса выпаривания молока

2.2 Концептуальная модель парожидкостного теплообменника для выпаривания молочных продуктов
2.3 Динамические характеристики вакуумвыпарного аппарата как объекта регулирования температуры.
2.4 Нечеткая математическая модель процесса выпаривания молочных продуктов.
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫПАРНЫМ АППАРАТОМ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО РЕГУЛЯТОР АС ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ.
3.1 Синтез нечеткого регулятора с лингвистической обратной связью для молочноконсервной промышленности.
3.2 Оценка влияния быстродействия нечеткого регулятора на расход энергии в аппарате для выпаривания молочных продуктов.
3.3 Имитационная модель нечеткого регулятора с лингвистической обратной связью.
3.4 Система регулирования выпарного аппарата для молочноконсервной промышленности в инструментальной среде II .
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.
ГЛАВА 4 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫПАРИВАНИЯ МОЛОКА
4.1 Общая структура программнотехнического комплекса для реализации системы регулирования
4.2 Программнотехническое обеспечение нижнего уровня управления установкой для выпаривания молочных продуктов.
4.3 Программнотехническое обеспечение автоматизированного рабочего места технологаоператора установки по выпариванию молочных продуктов.
4.4 Управление процессом выпаривания молочных продуктов посредством сети I.
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве объекта управления выбран процесс выпаривания сгущенного молока в калоризаторе, поскольку в пищевой промышленности он является одним из основных потребителей энергии. Анализ технологического процесса показывает, что поддерживать постоянную температуру молока в корпусе вакуумвыпарной установки в режиме реального времени является трудно реализуемой задачей. Это связано с тем, что молоко является живым сырьем, химический состав которого меняется от сезона к сезону. Учесть все эти факторы при производстве молочных продуктов не представляется возможным. Поэтому применяемые в настоящее время в молочноконсервной промышленности ПИ, ПИДрегуляторы не обеспечивают должного качества управления. И применяются они, в основном, для поддержания на заданном уровне таких параметров как температура, давление и расход. В ходе анализа существующих систем управления процессами выпаривания молочных продуктов установлено, что наилучшим способом снижения затрат энергии является прямое регулирование расхода пара, при котором, к тому же, достигается постоянная высокая производительность установки и требуемое качество готового продукта. Задачей систем регулирования в этом случае является формирование задающих воздействий, обеспечивающих уменьшение расхода пара без потери интенсивности протекания процесса и снижения качества конечного продукта. Анализ методов реализации нечетких регуляторов в молочноконсервной промышленности показывает, что по сравнению с типовыми ПИДрегуляторами они позволяют обеспечить более высокое качество управления, отличаются простым алгоритмом синтеза и могут успешно использоваться в процессах тепловой обработки молочных продуктов. Для достижения наилучшего результата при синтезе нечеткой системы управления целесообразно использовать следующие методы реализации нечетких регуляторов автоматическая генерация системы продукционных правил, моделирующей действия человекаоператора эксперта, синтез на основании нечеткой модели объекта управления и аппроксимация нечеткой системой оптимальных законов управления. Во второй главе оценивается влияние избыточного давления на процесс выпаривания. Разработан нечеткий алгоритм и система продукционных правил. Опытным путем определены условия, при которых калоризатор работает наиболее интенсивно. Установлено, что на интенсивность процессов в калоризаторе большое влияние оказывает уровень не кипящей жидкости в вертикальных трубках, а для количественной оценки этой интенсивности наиболее удобно использовать коэффициента теплопередачи. Его особенностью является отсутствие четкого сравнивающего устройства, которое для нечеткого регулятора является функционально избыточным, поскольку предназначен для сравнения непрерывных величин. А в нечетких регуляторах используются термы лингвистических переменных, то есть конечное, а не бесконечное число фиксированных значений технологических параметров. По результатам рабо ты имитационной модели в режиме реального времен определяется порядок расположения продукционных правил, обеспечивающий наибольшее быстродействие нечеткого регулятора. Эти данные использовались для реализации системы регулирования в пакете программ II V5. В четвертой главе рассмотрены прикладные аспекты реализации программного обеспечения для управления технологическим процессом выпаривания молока на базе контроллера i 3 с использованием пакета II . Осуществлен выбор технического и программного обеспечения максимально, соответствующего поставленной цели снижению затрат энергии за счет разработки интеллектуальной системы управления на базе нечеткого регулятора на примере технологического процесса выпаривания молочных продуктов. В соответствии с алгоритмом управления процессом выпаривания для контроллера модели i 3 разработана программа, включающая в себя блоки на языках I, , и . Для повышения эффективности работы установки и системы управления реализована возможность контроля за процессом выпаривания молочных продуктов посредством удаленного доступа через глобальную компьютерную сеть I.