ИМИТАЦИОННАЯ  МОДЕЛЬ  СИСТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРОЙ  В  ГЕНЕРАТОРЕ  ЛЬДА

Грыжов  Владимир  Константинович

канд.  техн.  наук,  доцент 
Московского  государственного  университета  технологий  и  управления,  филиал  в  г.  Вязьме, 

РФ,  г.  Вязьма

E-mail:  dombr55@mail.ru

Корольков  Владимир  Гаврилович

доцент 
Московского  государственного  университета  технологий  и  управления,  филиал  в  г.  Вязьме, 

РФ,  г.  Вязьма

Грыжов  Евгений  Владимирович

заведующий  лабораторией  «Систем  управления» 
Московского  государственного  университета  технологий  и  управления,  филиал  в  г.  Вязьме, 

РФ,  г.  Вязьма

IMITATING  MODEL  OF  THE  CONTROL  SYSTEM  OF  TEMPERATURE  IN  THE  ICE  GENERATOR

Vladimir  Gryzhov

candidate.  tech.  Sciences,  associate  Professor 

Moscow  state  University  of  technology  and  management,  branch  in  Vyazma, 

Russia,  Vyazma

Vladimir  Korolkov

associate  Professor 
Moscow  state  University  of  technology  and  management, branch  in  Vyazma, 
Russia,  Vyazma

Evgeny  Gryzhov

head  of  laboratory  "Systems  of  management", 

Moscow  state  University  of  technology  and  management,  branch  in  Vyazma, 

Russia,  Vyazma

АННОТАЦИЯ

В  статье  приводятся  результаты  имитационного  моделирования  в  среде  VisSim  системы  управления  температурой  в  холодильной  камере  для  переработки  и  хранения  пищевых  продуктов.  Предлагаемая  имитационная  модель  является  открытой,  универсальной  и  может  быть  использована  при  проектировании  и  разработке  аналогичных  систем  управления. 

ABSTRACT

The  article  presents  the  results  of  simulation  in  the  VisSim  environment  control  system  temperature  in  the  cold  room  for  processing  and  storage  of  food  products.  The  proposed  simulation  model  is  an  open,  versatile  and  can  be  used  in  the  design  and  development  of  similar  management  systems.

Ключевые  слова:  имитационная  модель;  генератор  льда;  регулятор;  цифровой  контроллер;  аналоговая  форма;  многомерный  объект  управления. 

Keywords:  simulation  model;  cold  accumulator;  controller;  digital  controller;  analog  form.

В  пищевой  промышленности  при  производстве,  переработке  и  хранении  молока  и  молочных  изделий,  пива,  кваса  и  т.  п.  в  качестве  хладоносителя  широко  используется  ледяная  вода.  Под  термином  «ледяная  вода»  подразумевается  вода  с  температурой  близкой  к  0  ⁰С. 

Для  получения  ледяной  воды  в  качестве  испарителя  используется  пленочный  теплообменный  аппарат,  который  надежен  и  имеет  существенные  преимущества  перед  пластинчатыми  и  кожухотрубными  испарителями.  Данный  теплообменник  не  боится  загрязнения.  Его  промывка  возможна  даже  при  работе  установки.

Испаритель  пленочного  типа  представляет  собой  набор  вертикально  установленных  теплообменных  панелей  из  нержавеющей  стали. 

Технологическая  схема  ледяной  воды  относится  к  системе  оборотного  водоснабжения,  где  вода  используется  многократно,  так  как  она  циркулирует  по  замкнутому  кольцу  и  перед  повторным  поступлением  в  аппарат  охлаждается,  отдавая  окружающему  воздуху  тепло,  полученное  в  конденсаторе. 

Таким  образом,  в  замкнутой  системе,  циркулирующая  вода  является  промежуточным  теплоносителем  между  рабочим  телом,  от  которого  отводится  тепло  в  аппарате,  и  наружным  воздухом.

По  технологическим  условиям  средняя  температура  в  испарителе  (температура  кипения  хладагента)  должна  быть  равной  -3  ^оС  с  допустимыми  отклонениями  ±1  ^оС,  т.  е.  Т_max=  -2  ^оС,  Т_min=  -4  ^оС. 

Поддержание  температуры  хладоагента  в  заданных  пределах  осуществляется  с  помощью  двухпозиционного  релейного  регулятора.  Температура  в  испарителе,  изменяясь  в  пределах  от  T_max  до  T_min,  совершает  автоколебания.  Режим  автоколебаний  в  заданных  пределах  называется  скользящим  режимом  управления.

Исполнительный  механизм  системы  управления  при  T  ≥  T_max  =  -2  ^оС  открывает  соленоидный  вентиль  и  закрывает  его  при  T  ≤  T_min  =  -4  ^оС.

Увеличение  точности  регулирования  температуры  эквивалентно  сужению  диапазона  T_max–T_min.  Это  приводит  к  повышенному  износу  электромеханических  узлов  системы.

При  проектировании  и  разработке  систем  автоматического  управления  (САУ)  температурным  режимом  в  испарителе  холодильной  камеры  наиболее  подходящим  методом  решения  этих  проблем  является  имитационное  моделирование.

Имитационное  моделирование  позволяет  проводить  экспериментальные  исследования  реальных  процессов  и  систем  с  использованием  современных  программных  и  технических  средств  без  ограничения  значений  параметров  исследуемых  объектов,  например  в  среде  динамического  программирования  VisSim.

Процессы  охлаждения  и  нагрева  происходят  очень  медленно,  поэтому  модель  системы  автоматического  управления  можно  представить  в  аналоговой  форме. 

На  рисунке  1  представлена  обобщенная  модель  системы  управления  температурой  в  испарителе  холодильной  камеры,  разработанная  в  среде  динамического  программирования  VisSim  [1].

В  виде  составных  блоков  обобщенная  модель  системы  управления  температурой  представлена  на  рисунке  2. 

Где,

  «REGUR»  –  регулятор;

«OU»  –  объект  управления  (теплообменник);

«KONTROLLER»  –  контроллер

Рисунок  1.  Обобщенная  модель  системы  управления  температурой  в  испарителе  холодильной  камеры

Рисунок  2.  Обобщенная  модель  системы  управления  температурой  в  испарителе  холодильной  камеры  в  виде  составных  блоков

В  блоке  «KONTROLLER»  задаются  максимальное  Т_max=  -2  ^оС  и  минимальное  Т_min=  -4  ^оС  значения  температур  испарителе. 

В  состав  системы  управления  входит  релейный  регулятор.

Релейный  регулятор  температуры  (рисунок  3)  представляет  собой  логический  элемент  –  сравнивающие  устройство.  Регулятор  настроен  на  максимальную  температуру  -2  ^оС,  минимальную  -4  ^оС,  дифференциал  равен  1  ^оС. 

Рисунок  3.  Регулятор  температуры

При  поступлении  на  вход  контроллера  сигнала,  соответствующего  значению  температуры  Т  ≥  -2  ^оС,  на  выходе  формируется  сигнал  (1)  –  команда  «открыть  соленоидный  вентиль». 

При  поступлении  на  вход  контроллера  сигнала,  соответствующего  значению  Т  ≤  -4  ^оС,  выходной  сигнал  (0)  –  команда  «закрыть  соленоидный  вентиль».  Эти  сигналы  подаются  на  вход  регулятора,  который  формирует  аналоговый  сигнал  соответственно  0.5  и  0  В.

На  рисунке  4  приводится  график  изменения  температуры  от  времени,  полученный  с  помощью  разработанной  имитационной  модели  системы  управления  для  значений  температуры  окружающей  среды  Т0  =  6  ^оС  и  Т0  =  4  ^оС. 

Рисунок  4.  График  изменения  температуры,  полученный  в  среде  VisSim

Имитационная  модель  автоматическая  система  управления  температурным  режимом  в  холодильной  камере  для  хранения  пищевых  продуктов  представлена  на  рисунке  5. 

Рисунок  5.  Имитационная  модель  АСУ  температурой  в  холодильной  камеры  для  хранения  пищевых  продуктов:  Где,  TR  –  температура  в  испарителе  холодильной  камеры,  колеблется  около  -3  ⁰С,  TW  –  температура  охлажденных  пищевых  продуктов  составляет  примерно  1,5  ⁰С,  что  соответствует  техническим  требованиям

При  разработке  имитационной  модели  учтен  процесс  выделения  теплоты  в  интервале  температур  от  0  ^оС  до  -4  ^оС  вследствие  кристаллизации,  при  загрузки  в  холодильную  камеру  сырьевого  продукта,  имеющего  начальную  температуру  Т  ≈  0  ^оС. 

Представленная  обобщённая  имитационная  модель  системы  управления  температурой  в  холодильной  камере  является  открытой,  универсальной  и  может  быть  использована  при  проектировании  аналогичных  систем  управления. 

Список  литературы

1. Дьяконов  В.П.  Визуальное  математическое  моделирование.  VisSim+Mathcad+MATLAB.  М.:  Салон-пресс,  2004.