Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Г 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
Микроклимат, контролируемые параметры и режимы хранения 9
Теплотехнические параметры среды хранения 15
Технологическое оборудование хранилищ 20
Системы управления микроклиматом хранилищ, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью 23
Датчики, используемые в системах управления микроклиматом 26
Измерение температуры воздуха и продукции 27
Измерение влажности воздуха 36
Недостатки существующих систем управления микроклиматом в хранилищах 41
Цель и задачи исследования 44
* 1.8 Выводы 45
2 ОСОБЕІШОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СРЕДЕ
ХРАНЕНИЯ 46
Процесс тепломассообмена продукции с окружающей средой 46
Расчет температурно-влажностных параметров верхней зоны хранилищ 56
Теплообмен в верхней зоне хранилищ 62
Методика расчета влагосодержания воздуха 70
Модели и методики размещения идентифицированных датчиков в пространстве среды хранения 72
Выводы 77
* 3 АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ХРАНИЛИЩ И ИХ
МОДЕЛИРОВАНИЕ 79
3 Л Режимы работы системы и управление отопительно-вентиляционным
оборудованием 79
Анализ и разработка требований к программному обеспечению автоматизированной системы контроля и управления микроклиматом хранилищ с использованием идентифицированных датчиков 83
Разработка структуры и алгоритмов программного обеспечения автоматизированной системы контроля и управления микроклиматом хранилищ 85
Модуль нечетких регуляторов 87
Модуль управления исполнительными механизмами 127
Модуль косвенного контроля работы исполнительных механизмов 138
Модуль обработки ошибок 140
3.4 Выводы 142
4 РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ ХРАНИЛИЩ 143
Разработка способа сопряжения автоматизированной системы управления микроклиматом с идентифицированными датчиками 143
Расширение возможностей автоматизированных систем управления микроклиматом 152
Экспериментальные исследования работы автоматизированной системы управления микроклиматом хранилищ 155
Выводы 172 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 173 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 174 ПРИЛОЖЕНИЯ 183
Введение к работе
Достоверный контроль параметров микроклимата и управление различным технологическим оборудованием при современных масштабах производства без соответствующих аппаратно-программных средств автоматизации практически не представляется возможным. Создание оптимального темпера-турно-влажностного режима является одним из основных способов повышения эффективности хранения. Рациональное управление микроклиматом позволяет увеличить сохранность продукции, повысить ее качество, снизить затраты на энергоресурсы, уменьшить расходы на обслуживание и эксплуатацию оборудования.
Проблеме совершенствования автоматизированных систем управления микроклиматом хранилищ посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых. До настоящего времени повышение достоверности контроля осуществлялось путем уменьшения погрешности применяемых датчиков. Традиционно в хранилищах размещают минимальное количество датчиков, а определение параметров микроклимата каждой зоны, независимо от ее размера, осуществляется в одной точке. При увеличении протяженности зоны, даже при незначительном градиенте температуры, достоверность такого контроля заметно снижается.
Для повышения достоверности контроля необходимо решить проблему регистрации пространственного распределения параметров микроклимата и определения дополнительных точек сбора информации о температурно-влажностном поле среды хранения, что позволило бы повысить точность и достоверность полученных данных, а, следовательно, и качество регулирования.
В настоящее время все более широкое применение находят интеллектуальные датчики, но выполняемые ими функции и их структурный состав в большинстве случаев является избыточным. Поэтому, для увеличения количества контролируемых точек и определения пространственного распределения
параметров микроклимата целесообразно использовать так называемые идентифицированные датчики, являющиеся промежуточным звеном между обычными и интеллектуальными. Такие датчики обеспечат подключение к одной общей линии связи, взаимодействие с другими устройствами на основе уникального индивидуального идентификационного кода и определение места своего расположения в пространстве. В связи с этим является актуальным создание автоматизированных систем управления микроклиматом с использованием идентифицированных датчиков.
Данная диссертационная работа выполнялась на кафедре ПТЭиВС Орел-ГТУ в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ 2000-2003 гг. №380/4-01, №535/04-02(83) по созданию и совершенствованию автоматизированных систем контроля и управления микроклиматом в различных хранилищах.
Цель диссертационной работы — повышение достоверности контроля и регулирования параметров микроклимата хранилищ путем совершенствования аппаратно-программных средств в системах автоматизированного управления с применением идентифицированных датчиков.
К основным задачам исследования относятся:
— анализ существующих параметров технологических режимов хранения
продукции, применяемых систем контроля и управления микроклиматом в хра
нилищах и их функциональных возможностей;
—-разработка математической модели пространственного контроля тем-пературно-влажностных параметров среды хранения;
разработка модели и методики рационального размещения идентифицированных датчиков в пространстве;
разработка алгоритмов функционирования автоматизированных систем, построенных на базе идентифицированных датчиков, с целью повышения качества регулирования за счет увеличения точности и достоверности информации;
проведение экспериментальных исследований с целью проверки пра-
вильности разработанных теоретических положений для создания автоматизированной системы управления, их работоспособности и эффективности.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы математического и физического моделирования, теоретические основы информационно-измерительной техники и цифровой обработки сигналов. Применялся математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, численных методов, системного анализа, а также аппарат нечеткой логики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана математическая модель регулирования температурно-влажностных параметров в верхней зоне, основанная на процессах тепломассообмена продукции с окружающей средой.
Предложены модели и методики пространственного размещения идентифицированных датчиков в верхней зоне при навальном способе хранения продукции, полученные на основе расчета температурного поля среды.
Разработаны модели и алгоритмы управления исполнительными механизмами с использованием аппарата нечеткой логики.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная и испытанная автоматизированная система управления микроклиматом хранилищ позволяет повысить качество и сохранность продукции.
На защиту выносятся следующие основные положения;
Математическая модель регулирования температурно-влажностных параметров в верхней зоне, основанная на процессах тепломассообмена продукции с окружающей средой.
Модели и методики пространственного размещения идентифицированных датчиков в верхней зоне при навальном способе хранения продукции, полученные на основе расчета температурного поля среды.
Модели и алгоритмы управления исполнительными механизмами с использованием аппарата нечеткой логики.
Методика поиска пространственного расположения идентифицирован-
ных датчиков в автоматизированной системе управления микроклиматом хранилищ.
Реализация и внедрение результатов исследований. На базе результатов исследований по хоздоговору №380/4-01 разработан опытный образец автоматизированной системы управления микроклиматом хранилищ. По результатам эксплуатационных испытаний в центральном овощехранилище СЗАО "Ленинское" (и/о Маливо Коломенского района Московской области) рекомендовано внедрение разработанной системы при модернизации имеющегося в хранилище оборудования.
Также, на основе проведенных исследований по хоздоговору №535/04-02(83) от 14 августа 2002 г. была модернизирована система сбора, обработки данных и управления комплексами средств автоматизации холодильных и нагревательных машин. На техническом совете в ЗАО "ОРЛЭКС" рекомендовано использовать предложенные разработки для создания подобной системы нового поколения.
Апробации и публикации результатов работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на 5 конференциях, в том числе:
международная научно-техническая конференция "Информационные технологии в проектировании микропроцессорных систем", Тамбов, 2000 г.;
международная научно-практическая конференция "Компьютеры. Программы. Интернет", Киев, 2003 г.;
четвертая всероссийская научная mternet-конференция "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках", Тамбов, 2002 г.;
шестая всероссийская научно-техническая конференция "Методы и средства измерений физических величин", Нижний Новгород, 2002 г.;
35 неделя науки, Орел, 2002 г.
По содержанию и результатам работы опубликовано 10 печатных работ, получен патент на изобретение №2208832 от 20.07.2003 г. "Устройство дистан-
ционного контроля параметров микроклимата" и два свидетельства на полезную модель №25106 от 10.09.2002 г. "Устройство регулирования температуры" и №29596 от 20.05.2003 г. "Устройство контроля параметров микроклимата".
В первой главе диссертации проведен обзор и анализ существующих технологических режимов хранения продукции, применяемых в настоящее время автоматизированных систем контроля и управления микроклиматом и используемых в них датчиков.
Во второй главе рассмотрены процессы тепломассообмена продукции с окружающей средой с целью создания математической модели, описывающей пространственное распределение параметров микроклимата среды хранения, и разработки методик его контроля и управления.
В третьей главе описаны разработанные модели и алгоритмы управления технологическим оборудованием хранилищ.
В четвертой главе рассмотрены способы сопряжения автоматизированной системы контроля и управления микроклиматом с идентифицированными датчиками и ЭВМ, приведены результаты эксплуатационных испытаний разработанной автоматизированной системы управления микроклиматом хранилищ.
