Разработка и исследование системы управления главной производственной рефрижераторной установкой рыболовного судна

В соответствии с задачами, определенными решениями ХХУI съезда КПСС и Продовольственной программой СССР, Минрыбхозу СССР на оставшиеся годы одинадцатой пятилетки установлены повышенные темпы прироста объемов производства против заданий пятилетнего плана.

Среди комплекса мероприятий, направленных на увеличение выпуска продукции, предусмотрено внедрение прогрессивной технологии, механизации и автоматизации производственных процессов. Плановое снижение себестоимости продукции от внедрения этих мероприятий в 1984 г, составляет 56,7 млн руб. Вместе с тем следует отметить, что среди отраслей пищевой промышленности рыбная занимает особое место. Особенностью ее является добыча и переработка скоропортящегося сырья, что оказывает определяющее влияние на развитие и оснащение рыболовных судов холодильным и технологическим оборудованием. На современном этапе главной задачей рыбной отрасли является максимальное использование добываемой рыбы и других морепродуктов на пищевые цели путем их наиболее рациональной комплексной переработки. Эта задача может успешно решаться лишь на основе широкого использования холодильной техники и технологии, тесной взаимосвязи всех производственных звеньев в системе добыча — обработка — реализация, образующих непрерывную холодильную цепь (НХЦ).

Рыболовное судно, на котором производится, транспортируется и хранится мороженная рыбная продукция, является первичным и одним из основных элементов НХЦ.

При ограниченной производительности морозильных линий, увеличение эффективности использования судна на промысле связано с сохранением высокой сортности выпускаемой продукции, обусловленной в первую очередь стабильностью темепературных режимов ее хранения. Кроме того, колебания температуры не позволяют достичь максимальной производительности морозильных аппаратов.

Техника регулирования непрерывно совершенствуется и в настоящее время достигнуты несомненные успехи в части точности обеспечения заданных температурных режимов всех стадий холодильной цепи на рыболовном судне. Однако, наряду с известными достижениями в этой области выявились причины, ограничивающие дальнейшее повышение точности регулирования и обеспечения заданных температурных режимов.

Эти причины прежде всего связаны с недостаточной изученностью главной производственной рефрижераторной установки (ГПРУ) судна и работающего совместно с ней технологического оборудования, как объекта управления. Так же следует отметить несовершенство элементной базы, используемой в типовых системах регулирования.

У нас в стране и за рубежом уделяется большое внимание совершенствованию техники регулирования температурных режимов холодильной цепи и, соответственно, ГПРУ. На сегодняшний день уже имеются суда, оснащенныз современными системами регулирования температуры и других рабочих параметров ГПРУ. Тем не менее, проблема комплексной автоматизации процесса управления ГПРУ рыболовного судна еще далека от окончательного решения.

Например, используемые системы управления (СУ) не осуществляют настройку регуляторов рабочих и технологических параметров ГПРУ, обеспечивающих оптимальность динамики процессов в морозильных линиях и охлаждаемых трюмах с учетом их индивидуальных характеристик.

В ГПРУ, обслуживающей судовую холодильную цепь, помимо обеспечения требуемой динамики в технологическом цикле, также необходимо осуществлять логическое управление (ЛУ) для обеспечения операций пуска, останова и защиты основного технологического оборудования. С этих позиций ИГРУ следует рассматривать как объект, имеющий большую размерность. В данном вопросе трудность заключается в том, что ГПРУ как объект логического управления нельзя считать фиксированным, поскольку из-за стремления более эффективно использовать судно, в процессе эксплуатации постоянно вносятся изменения и осуществляется модернизация технологических линий, что приводит к изменению состава исполнительных органов и датчиков рабочих параметров. Это требует объектной переориентации системы логического управления, включающей в себя изменение алгоритмов логического управления.

Таким образом, ГПРУ современного рыболовного судна представляет собой сложный, распределенный объект с большой установленной мощностью (до 1100 кВт), в котором необходимо осуществлять как регулирование технологических и рабочих параметров, так и логическое управление. Задача построения комплексной СУ ГПРУ разбивается на подзадачи, решение каждой из которых связано с преодолением определенных трудностей. Перечислим их. Недостаточно изучены вопросы, связанные с исследованием характера процессов, протекающих в ГПРУ, подверженной в процессе работы различным тепловым возмущениям. Отсутствуют эффективные методы и средства управления, позволяющие осуществить оптимизацию динамических режимов работы ГПРУ и технологического оборудования, работающего совместно с ней. Отсутствует возможность оперативного изменения алгоритмов логического управления. Отсутствует единая методика синтеза логического управления, ориентированная на микропроцессорную элементную базу и учитывающая специфику ГПРУ, как объекта логического управления большой размерности.

Целью диссертационной работы является: разработка и исследование методов и средств управления ШРУ и построение на этой основе системы управления, обеспечивающей повышенную точность регулирования технологических параметров и логическое управление установкой с ориентацией на реализацию в едином микропроцессорном элементном базисе.

Решение этих задач проводится для первого звена НХЦ судна-комплекса «компрессорно-конденсаторный агрегат — морозильный аппарат» («ККА-МА»), поскольку для другого звена холодильной цепи «компрессорно-конденсаторный агрегат — трюм» («КМ-Т»), постановка задач управления и их решение практически идентичны.

В процессе работы в соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

— исследовать объект управления и разработать его математическую модель;

— сформулировать критерии качества работы системы управления (СУ),.

— определить структуру и разработать законы управления, обеспечивающие достижение заданных критериев качества;

— разработать инженерную методику, ориентированную на программные методы реализации законов управления;

— провести экспериментальные исследования функционирования разработанной СУ на реальном объекте в морских условиях.

В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие результаты, которые выносятся на защиту:

1. Методика построения системы управления на базе микропроцессорных средств, использующей линейную идентифицируемую модель процессов регулирования температуры в ГПРУ.

2. Метод и алгоритм параметрической идентификации объектов ШРУ, основанный на использовании критерия разрешимости степенной проблемы моментов, как альтернативу плохо обусловленному методу наименьших квадратов при оценивании параметров моделей динамических теплои массообменных процессов в объектах ГПРУ.

3. Методика синтеза системы логического управления (СЛУ), использующей логико-арифметическую интерпретацию секвенциальных описаний моделей систем управления, которая рассчитана на автоматизированный анализ и синтез микропроцессорной реализации СЛУ.

4. Методика доопределения частичной секвенциальной модели СЛУ ГПРУ, позволяющая построить полный эффективный алгоритм уп-равиения и учесть специфику исполнительных органов системы управления.

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ ШСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ РЕФРИЖЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ РЫБОЛОВНОГО СУДНА.

Выводы по четвертой главе.

1. Разработано алгоритмическое обеспечение САУ непрерывной подсистемой, включающее в себя алгоритмы параметрической идентификации, настройки регуляторов и вычисления температуры перегрева всасываемых паров.

2. Разработано алгоритмическое обеспечение системы логического управления и системы ее автоматизированного проектирования, включающее в себя алгоритмы анализа исходного описания СЛУ, разработки структуры данных, программной реализации логического управления способом интерпретации структур данных и проверки достоверности передачи информации по каналам управления микропроцессорной системы управления.

3. Поставлены численные эксперименты на ЦВМ для проверки работоспособности разработанных алгоритмов идентификации, настройки регулятора непрерывной подсистемы и программной реализации системы логического управления.

4. Разработана структура и программные средства микропроцессорной системы управления на базе единых аппаратных средств КТО ЛИУС-2, Разработанная система испытана в морских условиях на действующей рефрижераторной установке. Приведены результаты работы САУ температурой в МА с использованием линейной модели в режиме текущей идентификации переходных процессов. Результаты испытаний показали повышение точности регулирования температуры в технологическом процессе.

Заключение

.

Диссертационная работа содержит следующие основные результаты:

1. Проведен анализ звеньев холодильной цепи (ХЦ) судна и динамических теплои массообменных процессов в них. Поставлены задачи управления ИГРУ, исходя из требований технологии и безаварийности эксплуатации основного оборудования. Обосновано разделение системы управления на:

— САУ основными технологическими параметрами (температурой в морозильных аппаратах и трюмах) и рабочими параметрами агрегатов;

— систему логического управления, обеспечивающую изменения режимов работы агрегатов.

2. Разработана и исследована методика построения системы управления температурными режимами в ГПРУ на основе линейной идентифицируемой модели объекта управления.

Предложен способ параметрической идентификации динамических теплои массообменных процессов в ГПРУ и алгоритм его реализации, ориентированный на применение макропроцессорных средств.

3. Разработана и исследована методика синтеза системы логического управления, ориентированная на структурную реализацию в микропроцессорном элементном базисе. Использована логико-арифметическая интерпретация секвенциальных описаний моделей СЛУ. Разработан эффективный способ устранения неполноты описания исходной модели системы с учетом особенностей ее исполнительных органов. Разработана и автоматизирована методика программной реализации СЛУ способом интерпретации структуры данных.

4. Разработаны и исследованы алгоритмы управления, оптимизирующие квадратичный интегральный критерий качества. Разработаны алгоритмы автоматизированного проектирования системы логического управления ИГРУ.

5. Проведены моделирование и исследование системы управления на ЦВМ показавшие, что разработанные алгоритмы позволяют решать задачи управления с учетом действия внешних возмущений и изменения исходных описаний СЛУ и обеспечивающие повышенную точность регулирования температурных режимов при холодильной обработке рыбы.

6. Разработана микропроцессорная реализация системы управления технологическими режимами ШРУ. Разработаны алгоритмы контроля рабочего состояния компрессоров и проверки достоверности передачи! информации в каналах управления микропроцессорной системой. -Разработаны программные средства системы управления.

7. Результаты диссертационной работы в виде разработанной микропроцессорной системы ШРУ на базе аппаратных средств КТС ЛИУС-2 внедрены в Мурманском управлении тралового флота для судов типа большого автономного траулера (БАТ) проекта 1386, что подтверждается актами испытаний и внедрения и использованы в научно-исследовательской работе «АСУТП БМРТ», выполняющейся по плану научно-технической программы Минрыбхоза СССР «АСУ ОР» .

Новизна полученных результатов подтверждается анализом научно-технической и патентной литературы, а также апробацией работы на Всесоюзной и училищных конференциях и симпозиумах.