Автоматизация процесса осахаривания

Автоматизация процесса осахаривания

Осахариватель представляет собой цилиндрический час со сферическим дном. Чан снабжен  мешалкой с двумя парами пропеллерных лопастей. Сверху подаётся Подогретая до температуры 92-95 ⁰ масса и солодовое молоко, снизу отводится смешанное и осахаренное сусло. Всё это охлаждается водой до температуры 57-58⁰С. Уровень в баке опддерживается поплавковым регулятором.

Рис.1. Структура осахаривателя

При осахаривании охлажденную  разваренную массу обрабатывают солодовым молоком или ферментными  препаратами для расщепления  крахмала и белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.

Наиболее прогрессивным  способом осахаривания является непрерывное  осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному  охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает  тепловую инактивацию ферментов  осахаривающих материалов. К охлажденной  массе добавляют осахариваюшие  материалы. Оптимальная температура  действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание разваренной  массы производят по одно или двухпоточному  способу. При однопоточном способе  в осахариватель (цилиндрический аппарат  с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное  количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном способе разваренную  массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во второй частично осахаренное сусло охлаждают  и подают на брожение в первый и  второй головные аппараты бродильной батареи.

Объектом автоматического  регулирования является температура смеси в чане осахаривателя.

Температура зависит от расхода  воды, определяемого положением клапана  на трубопроводе его подачи.

Рассмотрим передаточную функцию осахаривателя в программе  MATLAB приложении Simulink,  построим модель динамической системы. Блок-схема показана на рис 2.

 

 

Рис 2. Блок-схема модели

 

Результаты моделирования  представим в графическом виде (рис. 3).

Рис. 3. Результаты моделирования  – автоматизации варочной колонны.

 

Далее в блок схему добавим  сумматор к входу, которого подключаем PID- Controller. Инициализируем в командном окне Matlab переменные Kp=1; Ki=1; Kd=1; и настроим параметры блока PID Controller (рис 4.).

 

Рис 4 Настройки регулятора

 

Также в блок-схему добавили блоки Input point и Output point для получения линеаризации модели (рис 5).

 

 

Рис 5. Окно Model_Inputs_and_Outputs инструмента Simulink LTI-Viewer

 

На рис 6 мы можем увидеть  следующие графики, выполнив команду  Edit\Plot Configuration. в окне LTI Viewer (рис 5).

step – Реакция на единичное ступенчатое воздействие.

impulse – Реакция на единичное импульсное воздействие.

bode – Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики.

bode mag – Логарифмическая амплитудная частотная характеристика.

nyquist – Диаграмма Найквиста.

nichols – Годограф Николса.

Рис 5. Окно Plot Configuration

Рис 6. LTI-Viewer с несколькими графиками

 

После чего до нашей блок-схемы  мы добавили блок NCD Outport.

Nonlinear Control Design Blockset (NCD-Blockset) предоставляет в распоряжение  пользователя графический интерфейс  для настройки параметров динамических  объектов, обеспечивающих желаемое  качество переходных процессов.  В качестве средства для достижения  указанной цели принимается оптимизационный  подход, обеспечивающий минимизацию  функции штрафа за нарушение  динамических ограничений. При  помощи данного инструмента можно  настраивать параметры нелинейной Simulink-модели, в качестве которых  может быть заявлено любое  количество переменных, включая  скаляры, векторы и матрицы.  Особую значимость имеет то  обстоятельство, что в процессе  настройки могут учитываться  неопределенности параметрического  типа математической модели, что  позволяет синтезировать робастные  законы управления.

Задание динамических ограничений  осуществляется в визуальном режиме. На базе этих ограничений NCD-Blockset автоматически  генерирует задачу конечномерной оптимизации  так, чтобы точка экстремума в  пространстве настраиваемых параметров соответствовала выполнению всех требований, предъявляемых к качеству процесса. Эта задача решается с привлечением специализированной процедуры квадратичного  программирования из пакета Optimization Toolbox. Ход оптимизации контролируется на экране с помощью отображения  графика контролируемого процесса и текущих значений минимизируемой функции. По завершении процесса его  результат фиксируется в рабочем  пространстве.

Далее выберем пункт Parameters меню Optimization. При этом откроется окно, в котором необходимо перечислить имена настраиваемых переменных Kp, Ki, Kd в поле Tunable Variables (рис. 7). В этом окне также изменим значение поля Discretization interval на 0.1 и поставим "галочку" напротив поля Stop optimization as soon as the constraints are achieved (для прекращения процесса оптимизации после того, как выполнены все ограничения). После внесения указанных изменений нажимаем кнопку Done.

 

Рис 7. Оптимизация параметров

 

Теперь все готово для  начала процесса оптимизации. Нажмем на кнопку Start и понаблюдаем за развитием  процесса. Для каждого этапа оптимизации  в окне отображаются графики сигнала, соответствующие начальным (белый  цвет) и текущим (зеленый цвет) значениям  настраиваемых параметров (рис. 8). В  командном окне MATLAB отображается информация о ходе оптимизации.

Установим коридор, в пределах которого должен находится входной  сигнал блока NCD Outport в соответствии с требованиями задачи. Это можно  сделать, передвигая красные линии, являющиеся границами коридора, при  помощи мыши.

Рис 8. . Отображение хода процесса определения настраиваемых  переменных

 

 

Данная блок-схема будет  иметь вид представленная на рис 9.

Рис 9. Блок-схема модели

 

Оптимальные настройки ПИД-регулятора после проведение анализа будет  иметь такие:

Kp =   -0.2032

Ki =   -0.0996

Kd =   -1.7863

Система SCADA TRACE MODE

 

SCADA система TRACE MODE - это  более совершенный и многофункциональный  программный продукт, который  содержит в себе ряд дополнительных  функций и возможностей по  сравнению с предыдущими версиями.

В ее основе лежит единая интегрированная среда разработки, которая объединила в себе больше 10 редакторов АСУП и АСУ ТП. Программа  поставляется и скачивается на бесплатной основе. Программный продукт укомплектован  бесплатными драйверами для УСО  и 2502 контроллеров.

Одной из наиболее важных инструментов данного проекта можно назвать  уникальную технологию автопостроения, благодаря которой можно легко  провести связи между различными узлами РСУ (распределенной системы  управления), источниками данных и  каналами, а также создать новые  источники данных.

Технология единого проекта  для распределенной автоматизированной системы управления, дает возможность  производить прямые привязки между  составными компонентами различных  узлов. Например, можно одним кликом мыши отобразить значение канала одного узла на экране другого. Программа поддерживает 5 языков программирования международного стандарта: Techno ST, Techno SFC, Techno IL, Techno FBD, Techno LD. Это дает возможность специалисту  подобрать наиболее подходящий инструмент, необходимый для создания и реализации АСУ.

Еще одной конкурентной особенностью системы является возможность поддержки  практически любых форматов данных. Помимо стандартного хранения дискретных сигналов, данная версия поддерживает строки, переменные двойной точности, а также временные метки.

Отдельного внимания заслуживает  высококачественная 3D графика, которая  приятно удивит даже профессиональных дизайнеров. Не смотря на свою сложную  структуру, графический интерфейс  достаточно прост, удобен и функционален. Каждому составному элементу можно  задать целый ряд различных свойств:

индивидуальный базовый  цвет (включая палитры RGB или HSV);

степень полупрозрачности;

коэффициенты рассеивания  и отражения света;

отображение под произвольным углом;

фигурный срез;

наложение текстур.

 

При старте система нам  предлагают  выбрать один из трех методов разработки - Простой - Стандартный - Продвинутый.  Мы выбираем Простой (рис10)

Рис 10.

После нажатия ЛК мыши на экранной кнопке Создать, в левом  окне Навигатора проекта отобразится  дерево проекта, содержащее слои Ресурсы, Система (с созданным узлом АРМ  RTM_1), Источники/Приемники и Библиотеки_компонентов. В правом окне Навигатора проекта отобразится содержимое узла RTM_1 – пустая группа Каналы и один канал класса CALL Экран#1, вызывающий соответствующий компонент – шаблон экрана, предназначенный для отображения с помощью графических элементов (ГЭ) средств человеко-машинного интерфейса на узле RTM_1:

В канале Экран#1 изобразили осахариватель. Поставили датчик температуры, данные которого регистрируем и отображаем, на экране. В канале также, построили стрелочный прибор, который отображает данную температуру в каждой из секций рис11.

 

Рис 11.Экран по управлению температурой в осахаривателе

Динамику изменения технологического параметра во времени удобно представить  в виде зависимости изменения  данного параметра во времени. По

этой причине в SCADA–Системах  нашли широкое распространение  объекты, которые позволяют представить  изменение определенного параметра  во времени такие объекты называют трендами. В моей работе я также  построил тренд на котором изображена кривая изменения . рис 12.

 

.

Рис 12. Тренд

 

 

 

В виде задатчика  было  использовано ползунок

 

Как выглядит экран оператора, по управления туннельной  печи БН-50, можно  рассмотреть на рис 14.

Рис 14. Экран оператора

 

Вывод: В данной работе в  среде MATLAB и TRACE MODE был изучен и разработана схема автоматизации осахаривателя. Построена MATLAB блок схема с помощью, которой смогли рассчитать настройки ПИД-регулятора. В среде TRACE MODE был разработан экран оператора.