.RU

Автоматизация и управление испытательным комплексом по контролю терморегуляторов








На правах рукописи


ДЕМИНА ЕЛЕНА ГРИГОРЬЕВНА


АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ ПО КОНТРОЛЮ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОВ


Специальность 05.13.06 – “Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)”


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Орел-2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет


Научный руководитель – канд. техн. наук,

доцент

Пилипенко Ольга Васильевна


Официальные оппоненты: - доктор техн. наук,

профессор

Константинов Игорь Сергеевич


канд. техн. наук,

Лихачев Денис Валерьевич


Ведущая организация - Тульский государственный университет


Защита состоится 27 марта 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.182.01 при ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет по адресу:

302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет.


Автореферат разослан “27 ” февраля 2007г.


Ученый секретарь диссертационного совета А.И. Суздальцев

^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наметившиеся в последние годы тенденции по энергосбережению, учету и экономии энергоресурсов, автоматизации тепловых установок, систем отопления, кондиционирования, тепло-, водо- и хладоснабжения требуют применения современных средств учета и регулирования тепла, воды, газа, котельной автоматики и другого оборудования. Одновременно существенно возросли требования к обеспечению точности, надежности и безопасности применяемого оборудования, что достигается в первую очередь посредством установки средств измерения, сигнализации и регулирования давления, уровня, температуры и других физических параметров. Соответственно, и предприятиям, производящим указанное оборудование, необходимо большое количество различных датчиков, сигнализаторов, преобразователей, отличающихся по принципу действия, точности, диапазонам измерения, стоимости и другим признакам.

Одним из крупнейших российских приборостроительных предприятий, специализирующихся на разработке и изготовлении датчиков, приборов контроля и регулирования, средств автоматизации для систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления является ЗАО «ОРЛЭКС» (г. Орел). Предприятием выпускается широкая гамма приборов: от электромеханических датчиков-реле до микропроцессорных преобразователей давления и регуляторов температуры с различными законами регулирования.

Для поддержания своих позиций на международном рынке заводу необходимо обеспечить надежный контроль качества и работоспособности выпускаемой продукции.

В данной диссертации исследуется подход к автоматизации процесса управления испытательным комплексом по контролю терморегуляторов и разработанная автором автоматизированная система испытаний, базирующаяся на этом подходе. Система позволит повысить эффективность контроля терморегуляторов и осуществить замену морально устаревающего оборудования на заводе ОРЛЭКС, что и объясняет актуальность темы предлагаемой диссертации.

^ Объектом исследования в данной работе служит испытательный комплекс для контроля терморегуляторов.

В качестве предмета исследования рассматриваются алгоритмы и модели управления термодинамическими процессами испытательного комплекса.

^ Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса управления контролем терморегуляторов, позволяющего увеличить быстродействие процесса контроля.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
  1. ^ Анализ алгоритмов управления испытательным комплексом и способов контроля регуляторов температуры;

  2. Разработка математической модели термодинамических процессов в барокамере с объектом испытания в виде терморегулятора;

  3. Экспериментальное исследование режимов работы испытательного комплекса;

  4. Разработка автоматизированной системы испытаний регуляторов температуры на базе предложенного подхода.
^ Методы исследований:
Для решения поставленных задач применялась методика системного анализа, а также методы интегрального и дифференциального исчислений, теории управления, математического моделирования, теории алгоритмов

^ Научная новизна работы:

^ Практическую значимость работы составляет автоматизированная система контроля терморегуляторов, реализующая разработанные алгоритмы управления. Система включает программу управления испытательным комплексом, программа обработки статистических данных результатов контроля, базу данных, содержащую данные о технических характеристиках терморегуляторов.

^ Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов, подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

^ Положения, выносимые на защиту:

^ Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на научно-технических конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция ”Диагностика веществ, изделий и устройств”, Орел(1999 г.); Международная научно-практическая конференция “Научные исследования: информация, анализ, прогноз”, Воронеж (2004 г.); Международная научно-техническая конференция “Информационные технологии в науке, образовании и производстве” (ИТНОП), Орел(2004 г.); Всероссийская научная конференция “Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии”, (Орел 2004 г.); Международная научно-техническая конференция ” Информационные технологии в науке, образовании и производстве ” (ИТНОП), (Орел 2006 г.). По результатам исследований опубликовано 11 работ и подана заявка на изобретение.

^ Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы при разработке автоматизированной системы управления режимами испытательного комплекса по контролю терморегуляторов, и внедрены на заводе ОРЛЭКС города Орла. По предварительной оценке процесс контроля ускорился в 7 раз.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ.

^ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и изложена на 212 страницах, содержит 85 рисунков, 29 таблиц, список использованных источников, включающих 100 наименований.
^ КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования. Отмечено, что холодильная техника широко применяется во всех отраслях хозяйственного комплекса России. Обработка холодом представляет один из наиболее эффективных методов консервирования и хранения продуктов

Работа малого холодильного оборудования в автоматическом режиме обеспечивается регулированием отдельных параметров, одним из которых является температура.

Наиболее распространенным способом регулирования температуры в охлаждаемом объеме холодильного оборудования, обслуживаемого отдельным компрессорно-конденсаторным агрегатом, является регулирование с помощью терморегулятора. Поэтому можно сказать, что от качества изготовления и настройки терморегулятора зависит надежность работы всего холодильного оборудования.

Контроль регуляторов температуры на заводе ”Орлэкс” проводится различными способами, которые отличаются друг от друга представлением контролируемого параметра и степенью автоматизации. До восьмидесяти процентов контроль выпускаемой продукции завода проводится вручную, поэтому автоматизация процесса контроля терморегуляторов является одной из актуальных задач для предприятия.
В первой главе рассмотрены типы терморегуляторов, принципы работы и структурная схема манометрического терморегулятора (рис 1) , проведен анализ современных способов их контроля с целью определения правильности реакции контролируемого прибора на воздействие температуры и проведен анализ степени их автоматизации.


1-термобаллон; 2- сильфон; 3 - капиллярная трубка; 4- пружина; 5- кулачок; 6 – рычаг; 7 – контактная группа; 8 – ограничительные упоры.

^ T – температура термобаллона; TC – температура сильфона; х,  – перемещение и угол поворота рычага.


Рисунок 1 - Структурная схема терморегулятора




Тср1, Тср2; Рср1, Рср2,– температура термобаллона, при которой срабатывает контактная группа и соответствующее давление фреона в сильфоне.


Рисунок 2 а) Кривая насыщения фреона Ф290 (пропан); б) Выходная характеристика прибора.


^ Способ контроля выходных параметров регулятора заключается в подаче на датчик тестирующего температурного сигнала (вход прибора) согласно контрольным точкам (рис.3).



Рисунок 3 – Контрольные точки изменения тестирующего сигнала.

По оценке реакции исполнительного механизма (выход прибора) вырабатывается корректирующее воздействие на настроечные элементы или заключение о работоспособности терморегулятора.

Анализ способов контроля терморегуляторов показал преимущества кусочно-линейной формы тестирования и возможности автоматизации всего техпроцесса контроля, которые реализованы в испытательном комплексе (рисунок 4), где воздействие температуры на терморегулятор заменяется воздействием давления.



1 - испытываемый регулятор; 2 – барокамера; 3 - жидкостной термостат; 4 - датчики температуры и давления; 5 - зубчатая рейка; 6 - зубчатое колесо; 7 - пневмоцилиндр привода рейки; 8 – упор; 9 - пневмоцилиндр привода крышки барокамеры; 10 - крышка барокамеры; 11 – дроссели; 12 - электромагнитные клапаны; 13 – испаритель; 14 - циркуляционные насосы; 15 - датчики положения механизмов; 16 - система мониторинга и управления.


Рисунок 4 - Структурная схема испытательного комплекса для контроля терморегуляторов

Предложен подход, который заключается в том, что контролируемый прибор помещается в барокамеру, где его термочувствительный элемент взаимодействует с теплоносителем жидкостного термостата постоянной температуры, а на сильфон прибора осуществляется воздействие давлением. В этом случае давлением, как регулируемой величиной, легче управлять. Давление в барокамере изменяется с большей скоростью, чем температура в предыдущих способах контроля, что позволяет значительно ускорить весь процесс тестирования.

В данной главе был сделан вывод, что для синтеза автоматизированной системы и алгоритмов управления комплексом необходимо создать модель процесса контроля, основанную на принципах работы терморегулятора, а также провести анализ термодинамических процессов, протекающих в объекте управления - барокамере испытательного комплекса.

^ Во второй главе приведено математическое обоснование используемого в испытательном комплексе способа управления контролем и исследование процессов, протекающих в барокамере испытательного комплекса при контроле терморегуляторов.

Для обоснования возможности замены воздействия температуры на воздействие давлением при испытании терморегуляторов составлена математическая модель терморегулятора применительно к процессу контроля.

Структурную схему терморегулятора можно представить в виде трех последовательно соединенных звеньев (рисунок 5).





ИПТ - измерительный преобразователь температуры; ФП - функциональный преобразователь; РЭ - регистрирующий элемент

Рисунок 5 – Функционально-структурная схема терморегулятора


Для дальнейшего математического описания ИПТ приведен к более удобной эквивалентной форме (рис. 6), где манометрический термоэлемент состоит из двух элементов: в одном повышение температуры приводит к увеличению давления Ps(Т), в другом изменение давления преобразуется в перемещение поршня - x.




Рисунок 5 - Модель измерительного преобразователя температуры


Уравнение равновесия для сил, действующих на поршень, может быть представлено следующим образом:

(1)

Уравнение в приращениях вблизи некоторого значения температуры T0 и положения поршня x0:

(2)

или , (3)

где S – эффективная площадь поперечного сечения сильфона, м2; () - сила, действующая на поршень со стороны ФП и окружающей среды, Н; - давление в термосистеме ИПТ, соответствующее начальному состоянию Т = Т0, Па; k – коэффициент жесткости рычажно-пружинного механизма ФП, Н/м; - чувствительность элемента, преобразующего изменение температуры в изменение давления, Па/К; - чувствительность элемента, преобразующего давление в перемещение, м/Па; - отклонение температуры от начального состояния, К.

^ Уравнение (3) представляет математическую модель работы терморегулятора применительно к процессу контроля и показывает зависимость перемещения дна сильфона от температуры.

В предлагаемом способе управления контролем тепловое воздействие на ИПТ моделируется через изменение внешнего барометрического давления pб при известной температуре термочувствительного элемента Tв, которая в данном способе является постоянной.

Терморегулятор помещается в барокамеру, давление в которой равно:

(4)

где - избыточное давление в барокамере; pбн - нормальное атмосферное давление; - отклонение от нормального давления.

На основании (2), составленного для разных способов изменения внешнего давления при равных значениях положения дна сильфона x, получено уравнение, связывающее значение давления в термосистеме от температуры срабатывания TR, приведенной к нормальным условиям контроля (при нормальном атмосферном давлении):

(5)

Обозначив:

(6)

и учитывая, что , получим значение моделируемой температуры TR:

, (7)

взятое по кривой насыщения пропана (рис. 2а) путем аппроксимации этой кривой полиномом четвертой степени:

(8)

где b0 = 637,31218, b1 = - 397,33346; b2 = 124,46169; b3 = - 17,15499; b4 = 0,98121.

В связи с тем, что числовые значения давления в системе СИ имеют значения порядка 105, наилучшее приближение дает полином от аргумента lg(p).

В соответствии с уравнением (5) получены значения контрольных точек (Кр1, Кр2… Кр12) изменения тестового сигнала ризб для различных модификаций терморегуляторов.

График изменения избыточного давления pизб для режимов «Холод», «Норма», «Тепло» терморегуляторов серии ТАММ-133 представлен на рисунке 6.




Рисунок 6 - Контрольные точки изменения тестового сигнала


По условию техпроцесса контроля терморегуляторов температура сильфона не должна быть ниже температуры жидкостного термостата. В противном случае может произойти опустошение термосистемы контролируемого прибора, газ полностью перейдет в жидкость, что приведет к необратимой деформации сильфона терморегулятора. Поэтому для выявления особенностей изменения параметров газовой среды при нагнетании и сбросе воздуха в барокамеру, разработана математическая модель термодинамических процессов, происходящих в ней.

Изменение давления p(t) в объекте управления (барокамере) происходит посредством подачи управляющего воздействия логическим регулятором в соответствии с заданными контрольными точками (рисунок 7).




Рисунок 7 - Структурная схема управления параметрами газовой среды

Построение математической модели исследуемого процесса базируется на уравнении состояния идеального газа и законах сохранения энергии и массы.

При составлении математической модели приняты следующие допущения:

  1. Срабатывание элементов управления происходит мгновенно.

  2. Распределение температуры и давления воздуха в объеме барокамеры происходит мгновенно по объему.

  3. Для описания термодинамических параметров воздуха используются уравнения для идеального газа .

  4. Реальные размеры барокамеры обуславливают процесс теплообмена механизмами естественной конвекции, что дает возможность придерживаться математического аппарата для данного процесса.

Система дифференциальных уравнений, описывающая термодинамические процессы в барокамере испытательного комплекса, имеет следующий вид:


, (9)


где Tд , Tn , T – температура корпуса датчика температуры, корпуса контролируемого прибора и воздушной среды, заключенной в объеме барокамеры, К; д , n – показатель тепловой инерционности датчика температуры и корпуса контролируемого прибора, с; с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/кгК; M – масса воздуха, заключенная в объеме барокамеры, кг; GN , GС – секундный массовый расход воздуха, нагнетаемого в объем и выводимого (сбрасываемого) из объема барокамеры, кг/с; – сумма теплопритоков в воздушную среду барокамеры, Дж/с.

Уравнения (9.1) и (9.2) системы отражают тепловое воздействие газовой среды на температуру корпуса прибора и датчика температуры.

Показатель тепловой инерции теплоприемника:

, (10)

где a - коэффициент теплоотдачи на поверхности, Вт/м2К; S – поверхность теплообмена, м2; с – средняя удельная теплоемкость, Дж/кгК; M – масса теплоприемника, кг.

Для тел, изготовленных из разных материалов с теплоемкостью ci, Дж/кгК, плотностью i, кг/м3, и объемом Vi , м3, средняя удельная теплоемкость:

. (11)

Уравнение (9.3) отражает изменение массы воздуха, заключенного в объеме барокамеры, при его сбросе и нагнетании.

Формулы для определения расхода воздуха через проходные отверстия клапанов имеют вид:


, (12)

, (13)

, (14)


где  - коэффициент расхода, учитывающий отклонение действительного процесса при истечении вследствие влияния неучтенных факторов; R – удельная газовая постоянная, Дж/кгК; f - площадь проходного сечения клапана, м2; () - функция расхода воздуха при истечении по заданному отношению давлений на входе и выходе устройств , ; - критическое значение отношения давлений; ; ср, с - удельные теплоемкости, Дж/кгК.

Уравнение (9.4) отражает изменение температуры в барокамере от суммы теплопритока в ее воздушную среду Q, Дж/с:

, (15)

где QG - тепловой поток, вносимый при нагнетании QN или выносимый при сбросе воздуха QC, при этом:

, , (16)

, (17)

- тепловой поток от поверхности камеры:

(18)

- тепловой поток, вносимый за счет тепловой инерционности корпуса контролируемых приборов:

(19)

Для расчета коэффициента теплоотдачи  в воздухе, Вт/м2К, для поверхностей всех геометрий в диапазоне давлений 0,1 ...1 Мпа применяются корреляционные зависимости вида:

, (20)

где Nu, Gr – критерии Нуссельта и Грасгофа, применяемые для моделирования тепло и массообмена. С другой стороны:

(21)

где  - теплопроводность, Вт/мК; L – характерный размер, м.

В обобщенных решениях при ламинарном конвективном теплообмене на поверхности объемных тел используются следующие соотношения: , где V – объем, S – площадь изотермической поверхности тела.

Для воздушной среды критерий Грасгофа равен:

, (22)

где Tc, T – температура стенки и воздуха соответственно.

В результате решения уравнений (9), получены графики зависимости температуры корпуса прибора Tп и давления p от времени, которые представленны на рисунке 8.




Рисунок 8 - Результаты определения параметров математической модели термодинамических процессов, происходящих в барокамере испытательного комплекса


Анализ результатов расчетов показал следующее:

  1. При быстром сбросе давления Р в барокамере температура корпуса прибора Tn становится ниже температуры жидкостного термостата, что приводит к нарушению условий контроля.

  2. В течение цикла контроля наблюдается значительное колебание температуры корпуса терморегулятора, что сказывается на качестве контроля.

Поэтому необходимо внести такие изменения в систему, чтобы исключить данные эффекты.

С помощью той же математической модели термодинамических процессов рассмотрены решения с дополнительным ограничением температуры воздуха в барокамере (отключением и включением клапанов подачи и сброса воздуха). Дополнительная обратная связь показана на (рис. 7) пунктирной линией.

В результате этого температура корпуса терморегулятора колеблется вокруг некоторой температуры, которую можно назвать температурой стабилизации (рис.9).



Рисунок 9 - Изменение температуры в барокамере с ограничением температуры воздуха в барокамере


Для определения диапазона скоростей изменения давления (диапазона изменения проходных сечений дросселей), соответствующего рациональному режиму работы при заданном тестовом законе изменения давления, была проведена линеаризация системы дифференциальных уравнений и составлена операционная модель замкнутой системы с передаточной функцией:

, (23)

где G – средний массовый расход воздуха через проходные сечения клапанов;
– отношение удельного теплосодержания расходной части воздуха к теплопритоку через стенки камеры при единичном тепловом напоре; WG(p) – передаточная функция барокамеры; Wd(p) – передаточная функция датчика температуры; F(a, b) – гармонически линеаризованная функция релейного регулятора изменения давления, а – амплитуда автоколебаний температуры воздуха в барокамере; b – параметр настройки регулятора.

Используя алгебраические критерии устойчивости Михайлова для характеристического уравнения системы:

,

где k, n, d – показатели тепловой инерционности соответственно воздушной среды, заключенной в барокамере, корпуса контролируемого терморегулятора и датчика температуры, были определены границы устойчивости в зависимости от скорости изменения давления (проходных сечений клапанов).




Рисунок 10 – Зависимость амплитуды (a) и частоты () автоколебаний температуры от проходного сечения дросселей (f)



Рисунок 11 - Зависимость устойчивости автоколебаний от проходного сечения дросселей (f)


Методом компьютерного моделирования выполнено исследование особенности динамики системы управления - зависимости температуры в барокамере от скорости изменения давления.

Уменьшить общее время контроля приборов можно за счет увеличения скорости изменения давления в барокамере (увеличения проходных сечений дросселей).

На основе анализа термодинамических процессов установлено, что рациональным режимом работы комплекса является режим, когда максимальная скорость изменения давления (до 3500 Па/сек при проходных сечениях дросселей 0,6 10 -6м2) сочетается с небольшими отклонениями температуры в барокамере от допустимых норм (рис.10). При скоростях выше 3500 Па/сек температура выходит за допустимые нормы и ограничивается дополнительно введенной функцией управления давлением, при этом устойчивая работа регулятора зависит от проходных сечений дросселя и обеспечивается со значения 0,6 мм2 (рис 11).

^ Третья глава посвящена разработке алгоритма управления процессом контроля терморегуляторов, в основе которого лежит предложенный способ, и определены критерии эффективности управления процессом контроля.

На рисунке 12 приведена структурная схема управления испытательным комплексом. На рисунке отображены: блок 1- контроллер; 2 – датчик давления; 3, 4 – датчики температуры; 5 – контактная группа терморегулятора.

1.1 – блок, устанавливающий зависимость между температурой на входе терморегулятора и давлением в сильфоне терморегулятора. На схеме отображены Pc и T – соответственно давление в сильфоне и температура на входе терморегулятора;

1.2 – блок, реализующий алгоритм управления давлением в барокамере в зависимости от заданного режима и текущего времени;

1.3 – блок определения разности давлений в сильфоне (Рсжт) от соответствующей температуры в жидкостном термостате и в барокамере (Ри);

1.4 – блок определения реальной температуры (ТR) срабатывания контактной группы терморегуляторов;

1.5 – блок принятия решения о работоспособности терморегулятора(ов) в каждом из заданных режимов по критериям, описываемых следующим выражениями:

,

где - заданные граничные значения температуры срабатывания контактной группы в i- том режиме и в j – том диапазоне;

=1 срабатывание контактной группы терморегулятора(ов) в i –ом режиме и в j – том диапазоне, при этом j=1 означает замыкание контактов, а j=2 – размыкание контактов, в соответствующем диапазоне заданных температур;

- температура соответственно в барокамере и в жидкостном термостате на любом этапе регулирования давления в барокамере; - задаваемое значение отклонения температур в j –том диапазоне и в i – том режиме (рис. 3).




Рисунок 12 - Cтруктурная схема управления испытательным комплексом


Блок 1 реализован в программе управления испытательным комплексом.

На основе поставленной цели, ориентированной на быстродействие при установке температурных режимов, и разработанной математической модели сформулированы и уточнены критерии эффективности управления процессом контроля терморегуляторов.

1. Критерий ТБ - время, затрачиваемое на установку требуемого давления в барокамере.

2. Критерий ТВ - время, затрачиваемое на установку требуемой температуры в жидкостном термостате.

3. Критерий ТВС - время, затрачиваемое на вспомогательные операции, связанные с загрузкой приборов в барокамеру и задания режимов контроля.

Обобщенный критерий ВУ - время установки режима, определяет быстродействие системы в целом и является суммой:

ВУ= ТБ + ТВ + ТВС min

На основе схемы управления и критериев эффективности разработаны алгоритмы управления испытательным комплексом.

Алгоритмы управления реализованы в виде модуля, представляющего собой программную реализацию конечного автомата. На него возложены функции управления, контроля, мониторинга и согласования работы элементов системы.

^ Четвертая глава посвящена разработке структур и технических решений автоматизированной системы стендовых испытаний регуляторов температуры.

Для испытательного комплекса проведен анализ и выбор технических средств, проведен анализ и выбор датчиков для измерения физических величин (датчиков температуры и давления), анализ схем подключения датчиков, метода измерения сигнала с датчика согласно допустимым погрешностям системы.

Разработано программное обеспечение АРМ диспетчера с использованием специализированного средства SCADA - системы LabView, позволяющего диспетчеру выполнять основные функции по управлению процессом контроля и решить задачу мониторинга изменения давления и температуры.

Для правильной работы автоматизированной системы по контролю терморегуляторов необходимо измерять температуру в жидкостном термостате, контролировать давление в барокамере. Среда LabView не только облегчает проведение этих измерений, но также дает возможность проанализировать измеренные величины, отобразить их на графиках и в отчетах. Полученные результаты тестирования помещаются в базу данных, после чего могут использоваться различными службами завода для анализа качества выпускаемой продукции.

Интерфейс системы представлен на рисунке 13.



Рисунок 13 - Интерфейс автоматизированной системы контроля терморегуляторов

Для проверки адекватности математической модели термодинамических процессов проведен эксперимент на испытательном комплексе. Результаты эксперимента и теоретических данных представлены на рисунке 14.



Рисунок 14- Результаты расчетов и данных эксперимента


Анализ расчетных и экспериментальных значений показал, что расхождение между ними незначительны (~10%). Это подтверждает адекватность математической модели, описывающей термодинамические процессы, происходящие в барокамере испытательного комплекса

Для оценки критериев качества была проведена экспериментальная проверка, результаты которой отражены в таблице 3. В эксперименте участвовало одинаковое количество терморегуляторов каждой модификации при контроле в ручном режиме и на испытательном комплексе.

^ Таблица 3 - Сравнительная характеристика времени общего цикла контроля

Тип
регулятора

Время протекания цикла в прототипе
tП , мин

Время протекания цикла в предлагаемом решении
tН , мин

Абсолютное

отклонение
времени
tM ,мин

Относительное
уменьшение
времени

ТАММ-1М-1

25,39

3,8

21,59

6,68

ТАММ-1М-4

20.67

3,06

17,61

6,75

ТАММ-1М-16

68,35

9,49

58.86

7,20

ТАММ-1М-20

61,57

8,53

53,04

7,22

ТАММ-1М-64

43,21

6,07

37.14

7,12


Приведенные в таблице 3 данные подтверждают тот факт, что время общего цикла выходного контроля терморегуляторов в заданных режимах уменьшается в среднем в 7 раз по предлагаемому способу по сравнению с прототипом.

В четвертой главе обоснована эффективность внедрения и использования испытательного комплекса. Установлено, что использование испытательного комплекса, во-первых, обеспечивает эффективное управление элементами комплекса и снижение расходов на электроэнергию, во-вторых, повышает производительность процесса контроля, в-третьих, снижает трудоемкость процесса контроля.

^ Основные выводы


  1. Разработан подход к автоматизации процесса управления термодинамическими процессами испытательного комплекса по контролю терморегуляторов, основанный на воздействии внешним давлением на сильфон терморегулятора, и математическом описании термодинамических процессов, происходящих в барокамере испытательного комплекса;

  2. Разработана математическая модель термодинамических процессов в специальной барокамере испытательного комплекса применительно к контролю терморегуляторов, основанная на дифференциальных уравнениях первого порядка и функциях расхода газа при истечении через проходные сечения дросселей. В результате их исследования установлено следующее:

    • Высокая скорость нагнетания и сброса давления приводит к резкому изменению температуры в барокамере, что может негативно отразиться на качестве контроля и привести к поломке прибора;

    • Для исключения изменения температуры корпуса терморегулятора вследствие быстрого сброса и нагнетания давления, нарушающего условия контроля, в регулятор цикла введена дополнительная функция ограничения температуры воздуха за счет отключения клапанов подачи или сброса воздуха.

  3. На основе оценки по выбранным критериям эффективности управления разработаны алгоритмы управления испытательным комплексом, основанные на прямом и обратном преобразовании температуры в давление по кривой насыщения пропана - наполнителя термосистемы регулятора, ориентированные на быстродействие при установке температурных режимов в барокамере испытательного комплекса.

  4. Проведен анализ и выбрано наиболее эффективное оборудование для системы: датчики температуры и давления, АЦП. Выбран контроллер, обеспечивающий преобразование сигналов от элементов комплекса к приложению и обратно.

  5. Разработана автоматизированная система контроля терморегуляторов, реализующая разработанные алгоритмы управления, подана заявка на изобретение. Система включает программу управления испытательным комплексом, контроллер, программу обработки статистических данных результатов контроля, базу данных, содержащую данные о технических характеристиках терморегуляторов.

  6. Обоснована эффективность внедрения и использования АС контроля терморегуляторов на заводе ОРЛЭКС. Установлено, что использование АС ускоряет процесс контроля в 7 раз, снижает трудоемкость процесса контроля в 1,5 раза.

^ Основные публикации по теме диссертации


  1. Демина, Е. Г. Автоматизированный испытательный комплекс для контроля терморегуляторов [Текст] / Е. Г. Демина, О. В. Пилипенко, Ю. А. Демина // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - № 2. - С. 43-46.

  2. Пилипенко, О. В. Математическая модель термодинамических процессов, происходящих в барокамере испытательного стенда по контролю терморегуляторов [Текст] / О. В. Пилипенко, Е. Г. Демина, А. В. Демин // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП) : матер. II Междунар. науч.-техн. конф., 25-26 мая 2006 г. - Орел, 2006. – Т. 2. - С. 127-131.

  3. Пилипенко, О.В. Алгоритмы управления стендовым оборудованием по контролю терморегуляторов [Текст] /О. В. Пилипенко, Е. Г. Демина, А. В. Демин // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП) : матер. II Междунар. науч.-техн. конф., 25-26 мая 2006 г. - Орел: ОрелГТУ, 2006. – Т. 2. - С. 132-136.

  4. Пилипенко, О. В. Математическая модель параметрического метода контроля терморегуляторов [Текст] / О. В. Пилипенко, Е. Г. Демина, А. В. Демин // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП) : матер. II Междунар. науч.-техн. конф., 25-26 мая 2006 г.- Орел, 2006. – Т. 2. - С. 137-140.

  5. Демина, Е. Г. Принципы построения автоматизированной системы стендовых испытаний регуляторов температуры [Текст] / Е. Г. Демина // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП) : матер. Междунар. науч.-техн. конф., 11-12 мая 2004 г. – Орел, 2004. –Т. 3. - С. 108-112.

  6. Демина, Е. Г. Средства измерения в современных системах управления [Текст] / Е. Г. Демина // Научные исследования: информация, анализ, прогноз : монография /под общ. ред. О. И. Кирикова . - Воронеж, 2004. – Кн. 2. - С. 208-214

  7. Демина, Е. Г. Новые технологии измерений на основе Виртуальных Измерительных Систем (ВИС) [Текст] / Е. Г. Демина, А. В. Демин // Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии : матер. Всерос. науч. конф., 15-17 ноября 2004. – Орел, 2004. - С. 51-54.

  8. Демина, Е. Г. Применение среды программирования LABVIEW в системах мониторинга температуры [Текст] / Е. Г. Демина, А. В. Демин // Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии : матер. Всерос. науч. конф., 15-17 ноября 2004. – Орел, 2004. - С. 49-50.

  9. Демин, А. В. Система контроля параметров терморегуляторов [Текст] / А. В. Демин, Е. Г. Демина // В сб. научных трудов.- Орел,1998.- С. 94-96.

  10. Демин, А. В. Математические модели термостатов [Текст] /А. В. Демин, Е. Г. Демина // Диагностика веществ, изделий и устройств : матер. Всерос. науч.-техн. конф., ноябрь 1999 г. – Орел, 1999. - С. 96-97

  11. Демин, А. В. К вопросу диагностики датчиков температуры [Текст] / А. В. Демин, Е. Г. Демина // Диагностика веществ, изделий и устройств : матер. науч.-техн. конф., ноябрь 1999 г.– Орел, 1999. - С. 98-99.



63-standartizaciya-koefficientov-smertnosti-uchebnoe-posobie-seriya-uchebniki-i-uchebnie-posobiya.html
63-struktura-sistemnoj-raboti-po-formirovaniyu-kulturi-zdorovogo-i-bezopasnogo-obraza-zhizni-na-stupeni-nachalnogo-obshego-obrazovaniya.html
63-sushestvennost-v-audite-sheremet-a-d-sujc-v-p-sh49-audit-uchebnik-4-e-izd-pererab-i-dop.html
63-svedeniya-o-razmere-voznagrazhdeniya-lgot-iili-kompensacii-rashodov-po-kazhdomu-organu-upravleniya-emitenta.html
63-tehnicheskoe-zadanie-metodicheskie-ukazaniya-dlya-kursovogo-proektirovaniya-po-discipline-.html
63-temi-referatov-uchebno-metodicheskij-kompleks-umk-uchebno-metodicheskij-kompleks-osnovi-proforientologii.html
  • grade.bystrickaya.ru/nikolaj-ivanovich-ivan-andreevich.html
  • urok.bystrickaya.ru/pravila-priema-v-kemerovskij-gosudarstvennij-selskohozyajstvennij-institut-v-2012-godu.html
  • znanie.bystrickaya.ru/analiz-i-razvitie-turistskogo-rinka-v-sankt-peterburge-chast-11.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/razvitie-mezhdunarodnogo-turizma-v-rossii-chast-3.html
  • lecture.bystrickaya.ru/412-analiz-sistemi-vzaimodejstviya-upolnomochennih-sluzhb-po-voprosam-operativno-dispetcherskogo-upravleniya-i-operativnoj-likvidacii.html
  • letter.bystrickaya.ru/metodicheskoe-posobie-po-diplomnomu-proektirovaniyu-dlya-specializacii-190201-fas-moskva-2010g.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-petropavlovska-ogranichil-rost-kommunalnih-tarifov-ezhednevnij-monitoring-smi-oao-rao-energeticheskie-sistemi.html
  • znanie.bystrickaya.ru/a-s-pushkin-put-k-pravoslaviyu-izd-vo-otchij-dom-stranica-2.html
  • letter.bystrickaya.ru/metodologiya-upravleniya-konkurentosposobnostyu-produkcii-rossijskih-predpriyatij-obuvnoj-promishlennosti.html
  • testyi.bystrickaya.ru/53-funkcii-nacionalnoj-psihiki-krisko-v-g-k85-etnicheskaya-psihologiya-ucheb-posobie-dlya-stud-vissh-ucheb-zavedenij.html
  • universitet.bystrickaya.ru/teplovie-mashini-v-zhizni-cheloveka-raskrivaet-istoricheskie-fakti-sozdaniya-teplovih-dvigatelej-ih-konstrukciyu-i-princip-dejstviya.html
  • shkola.bystrickaya.ru/otkritie-akkreditiva-ooo-smola.html
  • paragraf.bystrickaya.ru/zabajkalskij-kraj-informaciya.html
  • doklad.bystrickaya.ru/ukaz-prezidenta-rossii-ot-22-aprelya-2013g-375-o-provedenii-goda-kulturi-v-rossii.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/vedomstvennie-normativnie-dokumenti-vipusk-10-oktyabr-2006g-stranica-24.html
  • lesson.bystrickaya.ru/materiali-pesochnoj-terapii.html
  • report.bystrickaya.ru/kak-vibrat-ats-dlya-rastushego-biznesa.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/kurs-lekcij-po-discipline-fiziologiya-centralnoj-nervnoj-sistemi-i-visshej-nervnoj-deyatelnosti-dlya-specialnostej-biologiya-himiya-stranica-6.html
  • college.bystrickaya.ru/3-centri-razvitiya-biznesa-v-yaponii-i-investicionnij-klimat-v-yaponii-uslugi-centrov-razvitiya-biznesa.html
  • reading.bystrickaya.ru/kto-dolzhen-platit-posobiya-uvolennim-tv-8-pervij-kanal-novosti-26-11-2008-pankratova-yuliya-18-00-8.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/voprosi-k-kursu-kompyuternoe-modelirovanie.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-podgotovki-soiskatelej-i-aspirantov-k-sdache-kandidatskogo-ekzamena.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/referat-na-temu-puti-zagryazneniya-prodovolstvennogo-sirya-tyazhelimi-metallami.html
  • knigi.bystrickaya.ru/soderzhanie-uchebnoj-disciplini-rabochaya-programma-dopolnitelnoj-kvalifikacii-rukovoditel-izobrazitelnoj-deyatelnosti.html
  • grade.bystrickaya.ru/mpepifanovaastrahan-rossiya-kniga-adresovana-specialistam-v-oblasti-lingvodidaktiki-metodiki-prepodavaniya.html
  • tests.bystrickaya.ru/laboratornoe-i-demonstracionnoe-oborudovanie-prikaz-o-naznachenii-otvetstvennogo-za-zavedovanie-kabineta-akt-o.html
  • crib.bystrickaya.ru/ii-trebovaniya-k-poryadku-ispolneniya-gosudarstvennoj-funkcii-po-licenzirovaniyu-deyatelnosti-po-sboru-ispolzovaniyu-obezvrezhivaniyu-transportirovke-razmesheniyu-opasnih-othodov.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/62-meropriyatiya-po-bezopasnosti-truda-pri-ekspluatacii-upsa-diplomnij-proekt-po-specialnosti-tehnologiya-matematicheskoe.html
  • institut.bystrickaya.ru/ubijstvo-v-drevlyanskoj-zemle-knyaz-uzhe-nachal-predislovie-3-posvyashenie-3-blagodarnosti-3-preduprezhdenie.html
  • student.bystrickaya.ru/-gosattestaciya-po-stomatologii-stranica-6.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/programmi-po-zakonu-bozhiyu-dlya-detej-mladshego-i-srednego-shkolnogo-vozrasta-na-pyat-let-obucheniya-podgotovlennie-v-pravoslavnoj-gimnazii-vo-imya-prepodobnogo-sergiya.html
  • knigi.bystrickaya.ru/sociologicheskoe-anketirovanie-kak-metod-ocenki-effektivnosti-vnutrikorporativnoj-gazeti.html
  • college.bystrickaya.ru/3-uroka-olga-akinfeeva-1000-rublej.html
  • thesis.bystrickaya.ru/predstavlyat-svoyu-rabotu-poluchivshuyu-visokuyu-ocenku-na-konferenciyah-v-rajone-i-gorode-opublikovat-nauchnuyu-rabotu-poluchivshuyu-visokuyu-ocenku-v-sbornike-rabot-uchashihsya.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/valeriya-viktorovna-peruanskaya.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.