В этих условиях возникает необходимость в построении системы управления установки для пастеризации молока, обеспечивающей изготовление конечного продукта с заданными качественными показателями при различных условиях реальной работы. Необходимо автоматизировать процесс пастеризации, с учетом всех возможных режимов и условий его работы. Это возможно путем моделирования его функционирования в предполагаемых ситуациях с учетом изложенных особенностей.
Рассмотрев преимущества и недостатки всех пастеризаторов [2-11], я пришел к выводу, что наибольший интерес представляет ИК-пастеризатор.
Результаты исследования молока инфракрасным излучением в кварцевых камерах указывают, что облучение снижает количество микроорганизмов на 98,9%, кислотности 1-2°Т, но какие-либо органолептические и физико-химические показатели не изменяются. Каждая составляющая молока имеет свой, присущий только ей, спектр поглощения ик-излучения. Следовательно, учитывая разрушающее действие ИК излучения на органические компоненты молока (жиры, белки, углеводы и т. д.), можно проводить целенаправленную обработку молока, селективно воздействуя на определённые составляющие. Из этого следует, что селективно разрушая определённые химические связи можно влиять на качество пастеризованного молока. Например, понижать влагоудерживающую способность белков, что важно при производстве сыров и творога, снижать или повышать сквашиваемость, что важно при производстве питьевого молока или кисломолочных продуктов и т.д., что в свою очередь приводит к улучшению качества конечного продукта (сыр, творог и т.д.), сохраняя при этом такие компоненты как жиры, белки, витамины и микроэлементы.
При инфракрасном облучении не требуются котлы-парообразователи, топливо, отдельные помещения и исключается опасность взрыва. Внедрение этого способа пастеризации повысит культуру производства и увеличит использование электроэнергии, отпускаемой хозяйствам по сниженным тарифам.
Основными задачами исследования данного процесса являются:
На данный момент разработана математическая модель камеры инфракрасного нагрева пастеризационной установки.
Выполнен анализ контура регулирования температуры молока на выходе камеры инфракрасного нагрева, так как этот параметр во многом будет определять качество изготавливаемой продукции.
Структурная схема объекта ик-нагревателя будет выглядеть следующим образом (рисунок 1):Пастеризатор является сложной динамической системой с распределенными параметрами. Поэтому динамика состояния температуры, как объекта регулирования, может рассматриваться как процесс последовательного преобразования температуры в секции пастеризации. При этом, значение параметра в одной точке (на выходе из секции пастеризации), достаточно характеризует состояние процесса пастеризации.
Для написания математической модели объекта необходимо ввести следующую систему допущений:
Исходя из этого, динамические свойства температурного состояния пастеризатора, отражающие зависимость управляемого параметра от факторов, обусловливающих его изменения, в общем виде могут быть определены уравнением теплового баланса
Для составления уравнения статики объекта приравниваем левую часть уравнения (1) к 0.
С учетом уравнений (1), (2), (3), (4), (5) и начальных условий, получим математическую модель динамики объекта.
В синтезируемой САР температуры заданное значение температуры поддерживается изменение расхода молока, подаваемого в пастеризатор.
Кроме объекта регулирования САР влажности содержит первичный преобразователь, ПИ-регулятор и исполнительное устройство в виде клапана рисунок 2.
ОР - объект регулирования (ик-нагреватель);
ПП - первичный преобразователь;
Р - регулятор (ПИ-регулятор);
ИУ - исполнительное устройство (клапан);
x(t) - объемный расход молока на входе в ик-нагреватель;
y(t) - температура молока (регулируемый параметр);
Y(t) - приведенная температура молока (обезразмеренная величина 0...1)
u(t) - управляющее воздействие (0...1);
z(t) - изменение температуры окружающей среды (возмущающее воздействие).
Инерционность первичного преобразователя бесконечно мала по сравнению с инерционностью объекта. На выходе первичного преобразователя имеется электрический сигнал. Электрический сигнал может быть по току, по напряжению, с разными диапазонами, цифровой и т.д., но в любом случае минимальному значению измеряемой величины соответствует минимальное значение выходного сигнала, а максимальному - максимальное значение выходного сигнала. Для единообразия модели выходной сигнал в модели представляется безразмерной переменной, изменяющейся в пределах от 0 до 1.
Зависимость, по которой выходной сигнал ПП преобразуется в регулирующее воздействие , называется законом регулирования.
Управляющее воздействие регулятора определяется законом регулирования.
Подробно см. файл PDF
Библиографический список