Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное развитие холодильной техники выдвигает на первый план задачу повышения эффективности эксплуатации холодильных установок, которая заключается в сокращении потерь и повышении качества пищевых продуктов, снижении удельных энергозатрат и топлива, повышении производительности и безопасности эксплуатации оборудования.
Среди мероприятий, направленных на решение этих проблем, важная роль отводится совершенствованию автоматизации холодильных установок различного назначения.
Холодильные установки проектируются с запасом производительности, достаточным для обеспечения требуемых режимов работы при максимальных тепловых нагрузках. Они рассчитываются на основе установившихся режимов. Однако в процессе эксплуатации холодильные установки большую часть времени работают на частичных, нерасчетных режимах под воздействием непрерывно изменяющихся условии эксплуатации, что приводит к существенному перерасходу электроэнергии, отклонениям от заданного технологического режима и в условиях длительного хранения вызывает ухудшение качества хранимой продукции.
Учитывая, что холодильные установки являются энергетическим оборудованием, сокраиденне потребления мощности даже на доли процента может дать в масштабах страны существенный энергетический и экономический эффект.
Экономное использование энергии в технологическом процессе требует более современных и сложных методов и средств автоматического управления. Сушествутощие локальные системы автоматического управления, в основном позиционного действия, сами являются источниками колебании. Они предназначены для решения задач стабилизации и принципиально не могут быть использованы для решения поставленных задач.
Потребности в автоматизации холодильной техники намного опережают разработку детального математического описания технологических процессов и возможную номенклатуру средств автоматизации.
Отсутствие эффективных методов и систем управления холодильными установками повышает расход потребляемой электроэнергии и топлива, приводит к нарушению технологического процесса обработки холодом пищевой продукции, что снижает ее качество, а в ряде случаев может привести к аварийным ситуациям.
)
Таким образом, необходимость решения проблемы разработки теории и практики создания новых методов и средств управления холодильными установками является очевидной, и проблема имеет актуальное научное и народнохозяйственное значение.
Работа выполнена в соответствии с программами 03.00 и 06.00 приоритетных направлений развития науки п техники Министерства Украины по делам науки н технологии на 1993 г., отраслевыми планами на предприятиях рыбной и пищевой промышленности. Цель работы - разработать научно-технические основы автоматизации холодильных установок и с учетом особенностей протекания технологических процессов создать новые способы, устройства и системы автоматического управлення, позволяющие повысить качество управления, снизить расход электроэнергии и топлива и обеспечить безопасную их эксплуатацию.
Задачи исследования. Рассматриваемая проблема предполагает решение следующих взаимосвязанных задач.
1. Разработать математические модели для расчета статических
и динамических характеристик холодильных установок и алгоритмы
их решения.
-
Обосновать критерии энергетической эффективности управления холодильными установками.
-
Создать и обосновать новые способы и системы управления холодильными установками, сокращающие потребление электроэнергии и повышающие точность поддержания технологических процессов.
4. Разработать математическое, программное и техническое
обеспечение систем управления холодильными установками.
Научная новизна работы состоит в создании научно-технических
основ автоматизации холодильных установок, разработке концеп
ции совершенствования систем управления, положенных в основу
создания нового поколения средств автоматизации холодильных
установок. Разработаны новые способы, устройства и системы авто
матического управления с учетом особенностей протекания техноло
гических процессов в холодильных установках и условий эксплуата
ции. Новизна исследований подтверждается пятью патентами Ук
раины, двумя патентами Российской Федерации, 17 авторскими сви
детельствами СССР на изобретения.
Проведенные исследования позволили на основе теоретического и экспериментального обобщения создать новые научно обоснованные разработки в области холодильной автоматики, которые обеспечивают решение значительной прикладной проблемы повы-
шення эффективности и качества применения систем регулирования и управлення в холодильной технике.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Математические модели холодильных установок, способы и системы управления использованы:
в СКТБ "Медлабортехннка" г. Одесса при разработке холодильной установки морозильной камеры, а также холодилыю-суб-лимащюнного комплекса;
в Черноморсудопроекте, г. Николаев при разработке системы управления винтовыми компрессорами;
в -Мурманском траловом флоте при наладке и настройке систем управления судовыми холодильными установками;
во Всесоюзном научно-исследовательском институте вагоностроения, г. Москва при разработке и внедрении в ПО "Брянский машиностроительный завод", г. Брянск микропроцессорной системы управлення рефрижераторными вагонными секциями;
в проекте "Computer model to predict the temperature of meat products during chilled distribution in small deliver}' vechiles" и международном проекте "Environmentally benign air cycle heat pumps and refrigeration systems" EC-Joule 2 programme 1994 г. для анализа переходных процессов в холодильных установках и обоснования стратегии управления, разрабатываемых в научном центре FR&PERC,
г. Бристоль, Англия;
- в проекте "Optimierung und EnUvicklung von Verdampferreeel-
systemm fur mobile Kuhlschranke" 1994 г., г. Ганновер, ФРГ при раз
работке системы управления испарителем холодильной установки;
- в Одесском государственном политехническом университете
изготовлена микропроцессорная система управления роторными
скороморозильными агрегатами.
Экономический эффект от внедрения результатов работы в СКТБ "Медлабортехннка", полученный за счет снижения удельных энергетических затрат и экономии топлива, составил 600 млн крб. в год по ценам 1993 г.
Личный вклад соискателя. Предложены теоретические основы автоматизации холодильных установок, в которьи получила дальнейшее развитие проблема создания математических моделей динамики холодильных установок и алгоритмов их решения. Лично соискателем предложена концепция управления холодильными установками, учитывающая изменения тепловых нагрузок и условий эксплуатации. Самостоятельно созданы новые способы и системы управления, защищенные 6 патентами и 11 а.с. на изобретения. Лично соискателем
проведены все экспериментальные исследования холодильных установок и систем управления в лабораторных и эксплуатационных условиях, обработка результатов и их анализ. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад соискателя - не менее 70 %. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 25 конференциях и конгрессах. За последние 10 лет материалы диссертации обсуждались на 17 International Congress in Refrigeration (Vienna, Austria, і 9871; Всесоюзной научно-практической конференции "Пути интенсификации производства искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле и на транспорте" (г. Одесса, 1989); International Conference "Progress in the science and technology' of refrigeration in food engineering" (Dresden, Germany, 1990); IV Международной научно-технической конференции "Проблемы комплексної! автоматизации" (Киев, 1990); International Conference RECLIEN'90 (Havana, Cuba,1990); Всесоюзном научно-практическом семинаре "Тепловые насосы в народном хозяйстве" (Калининград, 1990); 18 International Congress in Refrigeration (Montreal, Canada, 1991); Всесоюзной научно-технической конференции "Холод- народному хозяйству" (Ленинград, 1991); Международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991); Fachtagung Automatisierung (Dresden, Germany, 1992); Межреспубликанской научно-практической конференции "Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" (Краснодар, 1992); Первой украинской конференции по автоматическому управлению ("Автоматика-94") (Киев, 1994); Второй украинской конференции по автоматическому управлению ("Авто-матика-95") (Львов, 1995); 19 International Congress in Refrigeration (The Hague, The Netherlands, 1995); 1996 International Compressor Engineering Conference at Purdue (USA, Purdue University, 1996); Международной научно-технической конференции "Холод и пищевые производства" (Санкт-Петербз'рг, 1996).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 76 печатных работах, в том числе в 19 статьях (6 самостоятельно), 11 докладах в трудах международных конгрессов н конференций (5 самостоятельно), 5 патентах Украины, 2 патентах Российской Федерации, 17 авторских свидетельствах на изобретения (17 самостоятельно), 22 тезисах докладов на международных, межреспубликанских и республиканских конференциях.
Структура диссертации. Работа содержит введение, семь глав, выводы и приложения. Основное содержание работы изложено на
2.82 страницах машинописного текста со Ш8 рисунками и 28 таблицами. Библиография включает 310 наименовании.