Кафедра автоматизации производственных процессов | Калининградский государственный технический университет
Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта

Кафедра автоматизации производственных процессов

Научно-исследовательская работа 

Работы по совершенствованию средств и систем автоматизации техноло-гических процессов проводятся применительно к технологическим процессам рыбообрабатывающих, пищевых производств и газовой промышленности. Цель работы заключалась в локализации приоритетных объектов и задач автоматизации, разработке моделей, алгоритмов управления и технических предложений по их реализации.
Для рыбообрабатывающих производств показаны приоритетность процессов термической обработки, целесообразность использования систем промышленных исследований как исходной среды автоматизации и применения адаптивных алгоритмов управления.
Процессы термической обработки оказывают определяющее влияние на качество готового продукта, степень использования сырья и затраты энергии.
Совершенствование технологии термической обработки может базироваться на адаптации режимов к свойствам сырья в условиях нестабильности его поступления и изменений цены на готовую продукцию и потребляемые ресурсы. Для процессов термической обработки задача адаптации заключается прежде всего в определении текущего задания (программы) подсистемам нижнего уровня управления, обеспечивающего приближение критерия качества к нормированному или оптимальному значениям. Возможные решения этой задачи во многом определяются полнотой информации о свойствах сырья, технологии обработки и оборудовании.
С точки зрения выбора принципа построения системы управления процессы термической обработки целесообразно разделить на три группы.
В первую группу входят процессы, которые по априорной неопределенности можно отнести к стационарным структуризированным системам. Примером может служить замораживание продукта в плиточном аппарате. Результаты оценивания неизвестных параметров модели выбранной структуры в п - ом цикле используются для коррекции алгоритма работы системы в (п+1)-ом цикле. Продолжительность всех циклов принимается одинаковой, что сочетается с поточным принципом производства.
Вторая группа включает размораживание, бланширование и другие процессы, распространенные в технологии производства мясных и рыбных продуктов, характер априорной неопределенности которых соответствует квазистационарной структуризированной системе. Синтез алгоритма управления в этих условиях возможен на основе аналитического метода адаптации и стохастического оценивания параметров, обеспечивающих сходимость в конечную окрестность желаемого режима обработки продукта.
К третьей группе относятся процессы, в которых технологический объект обладает нестабильной экстремальной зависимостью критерия эффективности от управляющих воздействий. Характер априорной неопределенности при этом соответствует квазистационарной неструктуризированной системе. Решение таких задач, к которым в частности относится оптимизация по быстродействию процесса копчения рыбных продуктов в туннельных печах, достигается использованием поисковых методов адаптации.
Адаптация режимов термической обработки в общем случае предполагает наличие технических решений, предусмотренных при проектировании или модернизации технологического оборудования и обеспечивающих возможность изменения цели управления, состава (комплектования), конструкции, функционального назначения оборудования и параметров процесса.
Анализ механизмов формирования прибыли как основной меры эффективности управления производством показывает, что процессы термической обработки целесообразно оценивать совокупностью критериев, характеризующих удельные затраты энергии, качество обработки, например, отклонение потери массы или температуры продукта от нормативных значений, и производительность оборудования.
Высший приоритет, как показывают численные оценки и результаты экспертных опросов имеют, как правило, критерии, определяющие качество термической обработки. Критерии этой группы чувствительны к изменениям режимов обработки, удобны для вычислений, имеют непосредственную, экспериментально проверяемую связь с экономическим эффектом и могут использоваться при управлении поточными линиями по производству отдельных видов продукции (например, пресервов). Однако, возможность изменения приоритетов в зависимости от сложившейся ситуации и предпочтений лица, принимающего решение, делает целесообразным использование стратегии многоцелевого управления.
Перечисленные критерии обобщались использованием функционала с аддитивной функцией затрат на управление. При разработке алгоритмов управления предполагалось, что цель и критерий управления выбирает оператор, а технологические режимы, обеспечивающие достижение экстремума или заданного значения выбранного критерия, определяются и реализуются техническими средствами.
Разработка алгоритмов и систем управления проводилась на основе информации, полученной при обследовании всей технологической цепочки по производству рыбных продуктов массового потребления, экспериментировании на физических моделях, технологических объектах в производственных условиях и математическом моделировании процессов термической обработки. Полученная информация использовалась для совершенствования технологического оборудования, средств и систем управления. По результатам работы получен ряд авторских свидетельств (№1002753, №1027484, №1521438, №1762852, №1824151) и патентов (№2016528, №2110830, №2122694, №2133001) Российской Федерации.
Системы, синтезированные на основе предложенных способов и устройств, существенно уменьшают дисперсию показателей завершенности технологических операций, снижают расход ресурсов на получение единицы готовой продукции, а для отдельных процессов позволяют повысить производительность оборудования и гарантировать микробиологическую  безопасность продукта. В частности, использование жидкого азота для охлаждения или замораживания пиковых уловов предохраняет рыбу от просаливания, повышает производительность оборудования и упрощает автоматизацию выгрузки продукта. Разработанная система управления процессом замораживания рыбы в блоках позволяет практически на порядок уменьшить дисперсию конечной температуры продукта и на 15-20% снизить энергопотребление за счет предотвращения перемораживания и повышения эффективности работы холодильной установки. Адаптивная система управления оросительным дефростером не только стабилизирует показатели качества размороженного продукта, но и сокращает потери сырья (до 2-4%), расход воды и пара (до 6%) и позволяет избежать ручной дозачистки рыбы. Автоматизация процесса копчения стабилизирует массовую долю влаги и увеличивает производительность туннельных печей на 10-20% за счет предотвращения пересушивания поверхностных слоев рыбы. Адаптация режима предварительной тепловой обработки рыбы при производстве консервов повышает точность достижения рационального влагосодержания продукта и существенно (до 20%) уменьшает расход пара.
Вопросам научного и технического  решения проблем адаптации процессов термической обработки рыбных продуктов к свойствам сырья посвящены четыре кандидатские и одна докторская диссертации, защищенные преподавателями кафедры за последние пять лет.
Результаты исследований нашли отражение в учебнике "Автоматика и автоматизация производственных процессов в рыбной промышленности" и монографии "Адаптивное управление процессами термической обработки пищевых продуктов", автором которых является заведующий кафедрой профессор С.П. Сердобинцев.
Работы по этому направлению продолжаются, расширяется круг рассматриваемых объектов и задач. В частности, аспирантами кафедры решаются следующие проблемы: автоматизация загрузки рыбообрабатывающих машин; адаптивное управление процессом стерилизации; оптимизация процесса криогенного замораживания рыбы; управление технологическими процессами рыбообрабатывающего производства по минимуму энергетических затрат.
Исследования по проблемам газовой промышленности проводились по теме "Многофункциональные системы управления технологическими процессами и обучения персонала".
В качестве объекта исследования рассматривалась система подачи природного газа по магистральным газопроводам потребителю как энергоемкий многомашинный комплекс.
Цель работы - анализ потенциала управления энергоемким многомашинным комплексом. В качестве метода исследования использовался расчетно-эмпирический метод.
Полученные результаты: оценен реализуемый потенциал управления по критерию энергетической эффективности на основе исследования системы подачи природного газа по магистральным газопроводам потребителю как энергоемкого многомашинного комплекса; показано, что основная составляющая потенциала управления с низким сроком окупаемости в системе подачи природного газа потребителю заключена в возможности более полного использования энтропийных видов энергии в процессах сжатия, охлаждения и редуцирования газа и повышения эксплуатационной надежности запорно-регулирующей арматуры.
Основные характеристики объекта исследования: типовая газоперекачивающая станция, оборудованная газоперекачивающими агрегатами с газотурбинным приводом, установками воздушного охлаждения газа, блоками измерений, очистки и редуцирования газа.
Степень внедрения - технические предложения по совершенствованию системы подачи природного газа по магистральным газопроводам потребителю.
К внедрению рекомендуются предложения по созданию непрерывно-дискретных систем управления подачей газа; систем управления подогревом пускового, топливного и импульсного газа передачей теплоты по тепловым трубам от теплообменников установок охлаждения газа; пассивных систем охлаждения магистрального газопровода.
Значимость работы заключается в определении функций и подсистем энергоемкого многомашинного комплекса, обладающих значительным энергетическим потенциалом управления (~ 4,4 МВт на одну газоперекачивающую станцию и ~ 50 МВт на газораспределительных станциях) с экономически оправданным сроком его реализации.
Прогнозные предложения о развитии объема исследования: построение моделей и алгоритмов функционирования подсистем подачи природного газа по магистральным газопроводам потребителю, имеющих потенциал управления  с экономически обоснованным сроком окупаемости, в рамках этапа 2003 года "Разработка концепции поиска и поддержания оптимальных режимов эксплуатации энергоемких многомашинных комплексов" государственного контракта по проекту "Многофункциональные системы управления технологическими процессами и обучения персонала". Полученные результаты показывают экономическую целесообразность проекта и способствуют совершенствованию учебного процесса на основе реальных задач производства и современных технических подходов к их решению.