5724

Проектування системи управління розcтойною шафою у міні-пекарні

Курсовая

Кулинария и общественное питание

Проектуванню системи управління розcтойною шафою у міні-пекарні 1. Загальна частина 1.1. Вступ З метою якнайповнішого задоволення потреб населення в хлібобулочних виробах розширеного асортименту і високої якості необхідно використовувати прогресивні...

Украинкский

2012-12-18

1.2 MB

8 чел.

Проектуванню системи управління розcтойною шафою у міні-пекарні

1. Загальна частина

1.1. Вступ

З метою якнайповнішого задоволення потреб населення в хлібобулочних виробах розширеного асортименту і високої якості необхідно використовувати прогресивні виробничі технології, реконструювати і обновлювати виробництво таким чином, що дозволить одержати щонайвищий економічний ефект.

Дана проблема може бути розв'язана шляхом створення комплексів міні-пекарень, де найгнучкіше і раціонально розв'язуються як технологічні, так і економічні задачі.  

Комплекс питань, пов'язаних з розробкою і впровадженням автоматизованих систем управління технологічним устаткуванням міні-пекарень, використовуваним при виробництві хлібобулочних виробів  в даний час може успішно розв'язуватися на базі наукових досягнень, що сформувалися, у області технології хлібопекарського виробництва, автоматизації виробничих процесів і освоєння інформаційної, вимірювальної і обчислювальної техніки.

Технологічні процеси хлібопекарського виробництва характеризуються багатокомпонентністтю початкової сировини, високим ступенем невизначеності на різних етапах протікання процесу виробництва пшеничного хліба, нелінійними залежностями між параметрами, тобто є  складними системами. В більшості своїй вони є поєднанням гідродинамічних, теплових, біохімічних і механічних процесів.

Мета справжнього дипломного проекту полягає в створенні такої системи управління розстойною  шафою, що входить до складу комплексу міні-пекарні, яка дозволить повністю використати внутрішні ресурси сировини, що переробляється, поліпшити якість виробів, що випікаються, зменшити відсоток браку і понизити трудомісткість операції розстойки тістових заготовок.

У  зв'язку з цим в даному дипломному проекті передбачається розглянути наступні питання:

опис процесу розстойки тістових заготовок і вимоги до системи управління;

розробка повної математичної моделі процесів в розтойній шафі;

розробка і ідентифікація спрощеної математичної моделі процесів в розстойній шафі;

вибір елементів і конструкції системи управління;

розрахунок параметрів системи управління, забезпечуючих заданий режим;

автоматизація і технологія типових приймальних і періодичних випробувань асинхронних двигунів 0,5  5  кВт (у технологічній частині);

техніко-економічне обгрунтування впровадження системи управління розстойною шафою (у економічній частині);

забезпечення нормативного рівня освітленості на робочих місцях (у розділі охорони праці і  навколишнього середовища).

  1.  Опис процесу розстойки тістових заготовок. Стадії виробництва хлібобулочних виробів

Процес виробництва хлібобулочних виробів ділиться на три основні стадії:

  1.  приготування тіста;
  2.  обробка тістових заготовок;
  3.  випічка хліба,

які, у свою чергу, діляться відповідно на технологічні операції:

заміс тіста і його дозрівання;

розподіл тіста на шматки;

округлення тістових заготовок;

попередня розстойка;

закатування;

остаточна розстойка;

випічка хліба.

В поточних лініях, які спеціалізуються по випічці хліба застосовують розстойно-пічний агрегат з загальним конвеєром для розстойки і випічки (рис.1). В розстойно-пічних агрегатах хлібні форми розміщені на люльці в один ряд і міцно закріплені на ній. Вивантаження хліба із форм автоматична.

При виході із печі хліба кожна люлька нахиляється на кут 135о , а хліб випадає із форми на транспортер.

Рис.1.1. Розстойно-пічний агрегат:

1 – тісторозділювач; 2 – укладач тіста в форми; 3 – розстойна камера; 4 – піч;

5 – транспортер для хліба; 6 – каретка для регулювання розстойки.

Для розділення і завантаження тіста в форми розстойно-пічного агрегату використовують розділюючо-посадочні механізми, які які складаються із розділювальної головки і посадчика. Тривалість розстойки заготовок в розстойно-пічному агрегаті регулюється з допомогою блочного пристрою з окремим приводом – каретка.

1.3. Опис процесу розстойки тістових заготовок 

Однією з найважливіших технологічних операцій випічки хлібобулочних виробів є процес розстойки тістових заготовок. Розстойка тіста є передостанньою стадією виробництва, на якій відбувається  остаточна підготовка тістової заготовки до процесу випічки.

До процесу розстойки сформована тістова заготовка має безпористу структуру. Тому для протікання процесу релаксації напруг, розпушування тістової заготовки, тобто додання їй пористої структури і форми майбутнього хліба або хлібобулочного виробу проводиться процес остаточної розстойки.

Для проведення процесу розстойки використовують спеціальні шафи. Електрошафи (рис.1.2) представляють собою металічну конструкцію, яка складається із герметичного внутрішнього кожуха і зовнішньої обшивки, передній отвір яких закривається дверкою.

Рис.1.2. Електрошафи для кінцевої розстойки тістових заготовок:

а – електрошафа універсальна ЕШРТЗ-2,7/220;

б – електрошафа модифікована ЕШРТЗ-3,5/380

Щоб даний процес розстойки протікав достатньо інтенсивно і без утворення скориночки, що підсохнула, на поверхні тістової заготовки, параметри повітря (Тв, Wв) в розстойній шафі повинні відповідати певним значенням температури і відносної вологості (35-45С, 75-85%).

При розстойці протікають біохімічні, мікробіологічні, фізичні процеси.

Під час вступу тістової заготовки в розстойну шафу на її поверхні конденсується волога і інтенсифікується процес теплопередачі від пароповітряного середовища до тістової заготовки. В результаті цього швидкість прогрівання її поверхні збільшується. Волога, що покриває тістову заготовку, запобігає від її завертання. Конденсація вологи припиняється після досягнення поверхнею тістової заготовки  температури точки роси.

Після видалення діоксиду вуглецю в результаті формування тістової заготовки, він знову починає продукуватися хлібопекарськими дріжджами. На початку розстойки процес газоутворення протікає достатньо інтенсивно.

Це можна пояснити підвищенням  активності дріжджових кліток в результаті насичення тістової заготовки киснем повітря після її обробки і частковим видаленням продуктів життєдіяльності дріжджів. При розстойці діоксид вуглецю, що утворюється, затримується тістом, що приводить до  збільшення його об'єму і створення пористої структури.

Тиск міхурів діоксиду вуглецю, що утворюються навколо дріжджових кліток, збільшуючись, приводить до розтягання каркаса клейковини і утворення пор, які при подальшому газоутворенні збільшуються в об'ємі. Вирівнювання внутрішнього тиску між порами здійснюється по капілярах. У момент збільшення пор в розмірах відбувається зниження в них внутрішнього тиску і відповідно зняття внутрішніх напруг каркаса клейковини, тобто в тісті періодично відбувається релаксація напруг, що накопичуються. Це сприяє утворенню тонкостінної пористої структури. На релаксацію напруг діють також ферментативні процеси. Зміна температури тістової заготовки і її структури приводить до зміни кінематичної в'язкості.

Через певний час спостерігається спад інтенсивності газоутворення.

Друге екстремальне максимальне значення швидкості зміни електричного опору, що відображає динаміку формування структури тістової заготовки, відповідає готовності тіста, оскільки далі починається флуктуація газовиділення, що приводить з часом до ущільнення структури тіста. Готовність тістової заготовки в даний момент підтверджується екстремальним мінімальним значенням швидкості зміни температури поверхневого шару і якістю готового хліба.

Під час вступу тістової заготовки в розстойну шафу, коли температура заготовки менша температури точки роси пароповітряного середовища, відбувається достатньо сильна конденсація вологи на поверхні тістової заготовки. Конденсація вологи приводить до прискореного підвищення температури тістової заготовки. Досягнення екстремуму максимуму відповідає нагріву поверхні тістової заготовки до температури точки роси навколишнього середовища. Конденсація вологи запобігає утворенню тріщин при збільшенні тістової заготовки в об'ємі. Більш того, насичення вологою поверхневого шару тістової заготовки забезпечує закупорку капілярів, що блокує виділення діоксиду вуглеводу з тістової заготовки і підвищує газоутримуючу здатність тіста.

Уповільнення прогрівання тістової заготовки пов'язане з втратою тепла в процесі випаровування вологи з поверхні. Процес випаровування надмірної вологи з поверхні тістової заготовки співпадає з процесом інтенсивного розпушування тістової заготовки діоксидом вуглецю, що утворюється.  Екстремум мінімум відображає момент стабілізації структури тіста, визначуваної внутрішнім тиском СО2, співвідношенням вільної  і зв'язаної вологи. Екстремум мінімум швидкості зміни поверхневого шару тістової заготовки є моментом готовності тістової заготовки до випічки, оскільки подальше продовження розстойки приводить до ущільнення поверхневого шару за рахунок збільшення пластичної складової загальної деформації тіста і процесу флуктуації газовиділення, за рахунок зниження газоутримуючої здатності тіста. Процес ущільнення поверхневого шару тістової заготовки приводить до прискореного підвищення температури тістової заготовки, тобто крива швидкості зміни температури поверхневого шару починає рости. Зростання кривої триває до точки, після проходження якої починається процес інтенсивного газовиділення, пов'язаного з різким зниженням газоутримуючої здатності тіста, викликаної пептизацією білків і збільшенням рідкої фази. Після чого тістова заготовка починає осідати. У цей період також спостерігається зниження прогрівання тістової заготовки.

  1.  Конструкція розстойної шафи 

Розтойка тістових заготовок відбувається в розстойній шафі (рис.1.3). Розстойна шафа представляє собою металічну конструкцію, яка складається із герметичного внутрішнього кожуха (1) і зовнішньої обшивки (2).

Передній отвір електрошафи закривається дверцею (6). В нижній частині внутрішнього кожуха розміщений нагрівний елемент (7) для підтримання заданої температури в камері. Нагрівний елемент закритий зверху захисним кожухом (8).

В задній стороні електрошафи за внутрішнім кожухом установлений бак води (4) і пароутворювач (5). Пар із пароутворювача через отвір внутрішнього кожуха поступає в внутрішній обєм робочої камери.. На боковій стінці внутрішнього кожуха установлений датчик вологи.

Рис.1.3. Пристрій розстойної електрошафи.

На передній стінці розстойної шафи розміщений пульт управління (3).

Для ввімкнення електрошафи необхідно: ввімкнути вмикач; виставити кнопками установки температури необхідну температуру; включити регулятор температури; виставити час процесу ростойки; включити таймер.

  1.  Вимоги до системи управління розстойної шафи 

Оскільки остаточна розстойка є кінцевою технологічною операцією, що формує фізико-хімічні властивості тістової заготовки і визначає у великій мірі якість  готового хліба, то визначення і підтримка оптимальних параметрів розстойки - температури повітря Тп, відносної вологості повітря Wп і тривалість розстойки тістової заготовки до готовності р - мають велике практичне значення.

Для точного визначення технологічних параметрів розстойної шафи необхідно мати сучасні методи контролю і підтримки температури і відносної вологості повітря.

Проектована система управління розсстойною шафою повинна забезпечувати оптимальні параметри проведення розстойки тістових заготовок. Для цього необхідно забезпечити безперервний контроль за температурою і вологістю в розтойній шафі і забезпечити їх підтримку із заданою точністю. При цьому бажано запобігти конденсації води на тістових заготовках і стінках розстойної шафи.

Важливою з погляду конвекційної теплопередачі є швидкість обдування повітрям тістових заготовок і нагрівальних елементів. Вона у великій мірі впливає на якість  готового продукту. Тому в системі управління повинна бути передбачена можливість зміни швидкості обдування повітрям  тістових заготовок і нагрівальних елементів шляхом регулювання швидкості обертання приводного двигуна циркуляційного вентилятора.

Проектована  система управління повинна також забезпечувати безпеку роботи розстойної шафи, запобігаючи наслідкам замикань і обривів проводки, перегрівання нагрівачів, пониження або підвищення рівнів води за допустимі межі.

  1.  Обгрунтування теми проекту

У справжньому дипломному проекті, присвяченому проектуванню системи управління розcтойною шафою, були розглянуті наступні питання:

опис процесу розcтойки тістових заготовок і вимоги до системи управління;

розробка повної математичної моделі процесів в розcтойній шафі;

розробка і ідентифікація спрощеної математичної моделі процесів в разcтойній шафі;

вибір елементів і конструкції системи управління;

розрахунок параметрів системи управління, забезпечуючих заданий режим;

автоматизація і технологія типових приймальних і періодичних випробувань асинхронних двигунів 0,5    5  кВт (у технологічній частині);

техніко-економічне обгрунтування впровадження системи управління разcтойною шафою (у економічній частині);

забезпечення нормативного рівня освітленості на робочих місцях (у розділі охорони праці і  навколишнього середовища).

Резюмуючи опис виконаного проекту, по його змісту можна зробити наступні висновки:

спроектована система управління дозволяє повністю використати внутрішні ресурси сировини, що переробляється, поліпшити якість виробів, що випікаються, зменшити відсоток браку і понизити трудомісткість операції розcтойки тістових заготовок;

розроблена повна математична модель процесів в розcтойній шафі дозволяє краще розібратися в принципах роботи розcтойної шафи;

розроблена спрощена математична модель процесів в розcтойній шафі дозволила по виведеній системі диференціальних рівнянь написати програму для розрахунку параметрів роботи розcтойної шафи і його системи управління, яка може бути використана для моделювання роботи розcтойної шафи і проектованої системи управління на ЕОМ. Шляхом ідентифікації з працюючим зразком був виявлений великий ступінь схожості розрахункових значень з експериментальними даними, що говорить про правильність вибраних допущень і спрощень, зроблених в процесі розробки даної моделі;

шляхом розрахунків на ЕОМ були вибрані параметри системи управління, що забезпечують заданий режим роботи розcтойної шафи;

була вибрана раціональна і надійна конструкція системи управління розcтойною шафою;

автоматизація типових приймальних і періодичних випробувань асинхронних двигунів, використовуваних в конструкції системи управління розcтойною шафою, сприяє поліпшенню якості, зменшенню трудомісткості і збільшенню швидкості даних випробувань;

у економічній частині дано техніко-економічне обгрунтування упровадження системи управління розcтойною шафою і визначена її економічна ефективність;

заходи щодо охорони праці забезпечать безпеку роботи обслуговуючого персоналу розcтойної шафи.

Таким чином, всі поставлені в завданні по підготовці дипломного проекту питання успішно вирішені, а спроектована система управління розcтойною шафою відповідає вимогам, висловленим в початкових даних до проекту.


2. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

2.1. Розробка математичної моделі процесів в розстойній шафі

2.1.1. Відомості з теорії термодинаміки і теплопередачі

Розробка повної математичної моделі процесів в розстойній шафі виробляється по законах термодинаміки і теплопередачі (теплообміну).

У вченні про теплообмін розглядаються процеси розповсюдження теплоти в твердих, рідких і газоподібних тілах. Ці процеси по своїй фізико-механічній природі досить багатоманітні, розрізняються великою складністю і частіше розвиваються у вигляді комплексу різнорідних явищ.

Перенесення теплоти може здійснюватися трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням. Процес перенесення теплоти теплопровідністю відбувається між безпосередньо дотичними тілами або частинками тіл з різною температурою. Теплопровідність є молекулярним процесом передачі теплоти.

Відомо, що при нагріванні тіла кінетична енергія його молекул зростає. Частинки більш нагрітої частини тіла, стикаючись при своєму безладному русі з сусідніми частинками, передають їм частину своєї кінетичної енергії. Цей процес розповсюджується по всьому тілу. Тобто теплопровідність представляє собою процес розповсюдження енергії між частинками тіла, що знаходяться один з одним в зіткненні і мають різні температури. Наприклад, якщо нагрівати один кінець залізного стержня, то через деякий час температура іншого його кінця також підвищиться. Перенесення теплоти теплопровідністю залежить від фізичних властивостей тіла, від його геометричних розмірів, а також від різниці температур між різними частинами тіла. При визначенні перенесення теплоти теплопровідністю в реальних тілах зустрічаються труднощі, які на практиці дотепер не вирішені. Ці труднощі полягають у тому, що теплові процеси розвиваються в неоднорідному середовищі, властивості якої залежать від температури і змінюються за об'ємом; крім того, труднощі виникають із збільшенням складності конфігурації системи.

Теплопровідність (або коефіцієнт теплопровідності)  характеризує здатність даної речовини проводити теплоту.

Q = (T2 - T1)S/ - тепловий потік через плоскі стінки, де

  - товщина стінки, S - площа поверхні стінки, (Т2 - Т1) - різниця температур на поверхнях стінки.

Другий вид перенесення теплоти - конвекція - відбувається тільки в газах і рідинах. Цей вид перенесення здійснюється при переміщенні і перемішуванні всієї маси нерівномірно нагрітих рідини або газу. Конвекційне перенесення теплоти відбувається тим інтенсивніше, чим більше швидкість руху рідини або газу, оскільки в цьому випадку за одиницю часу переміщається більша кількість частинок тіла. У рідинах і газах перенесення теплоти конвекцією завжди супроводжується теплопровідністю, оскільки при цьому здійснюється і безпосередній контакт частинок з різною температурою.

Одночасне перенесення теплоти конвекцією і теплопровідністю називають конвективним теплообміном; він може бути вимушеним і вільним. Якщо рух робочого тіла викликаний штучно (вентилятором, компресором, мішалкою і ін.), то такий конвективний теплообмін називають вимушеним. Якщо ж рух робочого тіла виникає під впливом різниці густини окремих частин рідини від нагрівання, то такий теплообмін називають вільним (природним) конвективним теплообміном.

В більшості випадків перенесення теплоти здійснюється декількома способами, хоча часто одним або навіть двома способами нехтують зважаючи на їх щодо невеликого внеску в сумарний складний теплоперенос.

При розрахунку теплопередачі конвекцією між твердим тілом і газом (рідиною) використовують вираз

Qконв = (T2 - T1)S,

де      - коефіцієнт тепловіддачі від твердого тіла до газу,

        S - площа поверхні омиваного твердого тіла,

Т2 і Т1 - температури тіла і газу.

При розрахунку теплопередачі через плоску стінку використовують наступний вираз

Qконв = (T2 - T1)kS,

де  k - коефіцієнт теплопередачі (характеризує інтенсивність теплопередачі від одного теплоносія до іншого через розділяючу їх плоску стінку);

            S - площа поверхні стінки;

(Т2 - Т1) - різниця температур на поверхнях стінки.

Коефіцієнт теплопередачі розраховується по формулі:

,

де - товщина стінки;

- коефіцієнт теплопровідності стінки;

1 - загальний коефіцієнт тепловіддачі до внутрішньої поверхні стінки;

2 - загальний коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки.

Загальні коефіцієнти тепловіддачі методично оцінюються однаково - як сума коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією (кон) і випромінюванням (вип):

заг = кон + вип .

Для розрахунку теплоти, необхідної для нагріву тіл, користуються формулою теплоємності:

Q = c m  Т,

де с - коефіцієнт теплоємності тіла;

   m - маса тіла;

 Т - різниця початкової і кінцевої температур тіла.

  1.  Модель підтримки заданої температури

Під час роботи розстойної шафи в його камері протікають складні теплообмінні процеси.

Основним джерелом тепла в  шафі є нагрівальні елементи (ТЕНи), що знаходяться в потоці повітря, циркуляція якого забезпечується циркуляційним насосом. Підігріте повітря передає теплову енергію тістовим заготовкам, прогріваючи їх. Одночасно частина енергії витрачається на прогрівання візків, а частина енергії втрачається за рахунок теплопередачі через стінки розстойної шафи. При роботі системи підтримки заданої вологості разом з парою в камеру також потрапляє енергія. Отже, рівняння теплового балансу розстойної шафи виглядає таким чином:

Qпов = Qтен + Qпара - Qтіста - Qвіз - Qст,

де Qпов  - теплота витрачається на прогрівання повітря;

Qтен    - тепловий потік з поверхні ТЕНов;

Qпара  - кількість теплоти, що вноситься в камеру розтойної шафи разом з парою, необхідною для підтримки в камері шафи заданого рівня відносної вологості повітря;

 Qтіста - кількість теплоти, що йде на прогрівання тіста;

 Qвіз  - кількість теплоти, що йде на прогрівання візків;

  Qст   - втрата тепла через стінки.

Теплота, що витрачається на прогрівання повітря, може бути описана як:

Qпов = cпов mпов (dTпов/dt),

де  cпов - теплоємність повітря:

 cпов = (сс + сп  dв/1000),

де  сс - теплоємність сухого повітря;

сп - теплоємність перегрітої пари;

dп - вологовміст повітря.

Оскільки вологовміст повітря залежить від його температури і вологості, то і теплоємність вологого повітря залежить від цих параметрів.

mпов - маса повітря в розтойній шафі:

mпов = пов  Vпов,

   де   пов - густина вологого повітря в камері розтойної шафи;

       Vпов - об'єм повітря в камері розтойної шафи;

  dTпов/dt - швидкість зміни температури повітря.

Звідки:

Тепловий потік з поверхні ТЕНів описується за допомогою рівняння конвективної теплопередачі:

Qтен = тенSтентен - Тпов),

де тен - коефіцієнт тепловіддачі ТЕНів;

   Sтен  - площа поверхні ТЕНів;

    Ттен - температура ТЕНів;

    Тпов - температура циркулюючого повітря.

При цьому, надлишки енергії ТЕНів йдуть на зміну їх температури:

,

де dT/dt - швидкість зміни температури ТЕНів;

     Ртен - потужність ТЕНів;

     Qтен - тепловий потік з поверхні ТЕНів;

      cтен  - теплоємність матеріалу ТЕНів;

     mтен - маса ТЕНів.

У зв'язку з тим, що в процесі розстойки необхідно підтримувати задану температуру, ТЕНи включені тільки поки температура повітря в камері розстойної шафи менше заданої. Як тільки температура повітря перевищує  задану межу на допустиму величину, система управління подає сигнал на відключення ТЕНів. При цьому Ртен = 0. При падінні температури за нижню межу  система управління подає сигнал на включення ТЕНів.

При цьому  Ртен = Ртен зад,

де Ртен зад - номінальна потужність ТЕНів.

Тепловий потік, що вноситься з парою, розраховується по формулі:

Qпара = (Ртен вл / r) hп,

де Ртен вл  - потужність ТЕНів, використовуваних для підігріву і випаровування води, з метою зволоження повітря в розстойній шафі;

      r  - теплота паротворення води;

    hп  - питома ентальпія насиченої пари.

Тепловий потік, одержуваний тістовими заготовками і використовуваний для їх прогрівання, може бути описаний формулою конвективного теплообміну:

Qтіста = тіста  Sтіста пов - Ттіста),

де  тіста - коефіцієнт тепловіддачі поверхні тістових заготовок;

Sтіста - площа поверхні тістових заготовок;

Ттіста - температура тістових заготовок, швидкість зміни якої, з урахуванням того, що при розтойці в тістових заготовках виділяється енергія Qтіста вид , складає:

,

де  cтіста - теплоємність тістових заготовок;

        mтіста - маса тістових заготовок.

Аналогічно, тепловий потік, одержуваний візками і використовуваний для їх прогрівання, також може бути описаний формулою конвективного теплообміну:

Qтел = віз  Sвіз пов - Твіз),

де  віз - коефіцієнт тепловіддачі поверхні візків;

Sвіз - площа поверхні візків;

Твіз - температура візків, швидкість зміни якої:

,

де       cвіз - теплоємність візків;

mвіз - маса візків.

Втрати теплоти через стінки розстойної шафи розраховуються по рівнянню теплопередачі:

Qст = k  Sст возд - Тос),

де  kст - коефіцієнт теплопередачі через стінки;

Sст - площа стінок камери розстойної шафи;

Тнс - температура навколишнього середовища.

Слід врахувати, що коефіцієнти тепловіддачі конвекцією (тен, тіста, тіл) і коефіцієнт теплопередачі kст (також залежний від коефіцієнтів тепловіддачі поверхонь стінок) в свою чергу залежать від багатьох чинників:

від температур поверхонь і омиваючого їх середовища, від швидкості руху останньої, від її теплопровідності, в'язкості, густини і теплоємності (у свою чергу також залежних від температури середовища), від конфігурації і стану поверхонь і їх геометричних розмірів. Знаходження коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією можливе шляхом рішення системи диференціальних рівнянь (Фурье-Кирхгофа, Навье-Стокса, суцільності(безперервності), диференціального рівняння теплообміну, що описує процес тепловіддачі на межах тіла з надбавкою краєвих умов (геометричні умови, що характеризують форму і розміри тіла, в якому протікає процес теплопередачі; фізичні умови, що характеризують фізичні властивості середовища і тіла; граничні умови, що характеризують протікання процесу теплопередачі на межах тіла; тимчасові умови, що характеризують протікання процесу в часі).  Це можливо лише в деяких окремих випадках при використовуванні ряду спрощень, причому одержані рішення не завжди узгоджуються з досвідченими результатами. Тому вивчення конвективного теплообміну розвивалося, як правило, експериментальним шляхом. Проте чисто експериментальне вивчення якого-небудь фізичного явища має той недолік, що його результати мають обмежену цінність, оскільки застосовні лише до приватного явища. Це надзвичайно ускладнює експеримент, примушуючи досвідченим шляхом перевірити залежність даного явища від ряду чинників, а деякі явища залежать від багатьох змінних. На допомогу в цих випадках приходить теорія подібності, що дозволяє до певної міри узагальнити одержані досвідчені результати, розповсюдити їх на цілу групу подібних явищ. Подібні системи характеризуються безрозмірними комплексами, складеними з характеризуючих явище величин, зберігаючими одне і те ж чисельне значення. Такі величини носять назву інваріантів або критеріїв подібності і позначаються символами, що складаються з перших букв прізвищ учених, які їх ввели у вживання або взагалі працювали в даній області. Для визначення критеріїв теплової подібності для передачі тепла в рухомому середовищі конвекцією  використовується диференціальне рівняння теплопровідності Фурье-Кирхгофа спільно з граничним рівнянням теплообміну. На основі рівняння подібності процесів визначаються співвідношення між постійними подібності, і з яких шляхом підстановки визначаються критерії теплової подібності:

Nu =   l /  - число Нуссельта.

Число Нуссельта характеризує собою умови теплопередачі між твердим тілом і середовищем, воно містить в собі шукану величину - коефіцієнт тепловіддачі , коефіцієнт теплопровідності середовища і визначальний розмір l, що характеризує собою геометрична подібність.

Ре =   l / а  - число Пеклі,

де l – характерний лінійний розмір поверхні теплообміну;

u – швидкість потоку рідини відносно поверхні теплообміну;

а – коефіцієнт температуропроводності.

Число Пеклі звичайно перетвориться і представляється у вигляді двох критеріїв:

Число Рейнольдса Re містить в собі швидкість потоку і коефіцієнт кінематичної в'язкості = / м2/с, де - коефіцієнт динамічної в'язкості, характеризує собою її внутрішнє тертя; - густина середовища. Число Рейнольдса є критерієм гідродинамічної подібності, він характеризує собою умови вимушеного руху середовища.

Множниками числа Прандтля Pr є фізичні параметри - кінематична в'язкість і коефіцієнт температуропровідності - число Прандтля характеризує собою властивості середовища. Воно практично не залежить ні від тиску, ні від температури. Оскільки коефіцієнт температуропровідності а = / (з   ),

то Pr = з     / ,

де з - теплоємність середовища;

    - густина середовища;

    - коефіцієнт теплопровідності середовища.

Оскільки ми маємо справу з тепловіддачою в потоці рухомого середовища, то окрім теплової подібності, повинні бути дотримані умови гідромеханічної подібності. Критерії гідромеханічної подібності виділяються з диференціального рівняння руху нестискуваної в'язкої рідини Навье-Стокса. Це те ж число Рейнольдса, а також число Грасгофа:

Gr = gl3t/2,

де  g - прискорення вільного падіння;

    t - температурний перепад між середовищем і омиваною нею поверхнею;

      - функція, що зв'язує зміну густини середовища з температурою.

Число Грасгофа Gr характеризує вільний конвективний рух середовища.

Критерійне рівняння теплопередачі конвекцією будується по типу:

Nu = f ( Re, Gr, Pr )

Тут Nu містить в собі шукану величину і є невизначальним критерієм, тоді як критерії Re, Gr, Pr - визначаючими.

Для газів однакової атомності і, зокрема, для повітря, коли Pr = const, матимемо:

Nu = F ( Re, Gr ).

А при вимушеному турбулентному русі газу, що має місце в розтойній шафі при обтіканні потоком повітря нагрівачів, коли природною конвекцією можна нехтувати, випадає число Грасгофа:

Nu = F ( Re ).

Значення критичної швидкості, при якій відбувається перехід від ламінарного режиму перебігу повітря до турбулентного, відповідне числу Рейнольдса Re = 2200, рівно:

кр = 2200   / d.  

При роботі розстойної шафи в сталому режимі в ньому відбуваються постійні коливання температури у встановлених межах. Це пояснюється роботою системи управління. Тобто не тільки при прогріванні, але навіть в сталому режимі коефіцієнти тепловіддачі поверхонь ТЕНів, візків і стінок не є постійними і не підлягають однозначному точному математичному опису.

Ще більшу проблему представляє знаходження коефіцієнта тепловіддачі поверхонь тістових заготовок. Це пов'язано з тим, що під час вступу тістових заготовок в розстойну шафу вони прогріваються значно повільніше, ніж циркулююче в камері шафи пароповітряне середовище. Коли температура заготовок виявляється менша температури точки роси пароповітряного середовища, на їх поверхні конденсується волога, багато разів збільшуючи коефіцієнт тепловіддачі і інтенсифікуючи процес теплопередачі від пароповітряного середовища до поверхні тістових заготовок, внаслідок чого швидкість прогрівання їх поверхні збільшується. Волога, що покриває тістові заготовки, також запобігає їм від затвердіння і від утворення тріщин при збільшенні тістових заготовок. Конденсація вологи припиняється після досягнення поверхнею тістових заготовок температури точки роси (у свою чергу залежної від постійно змінних температури і вологості циркулюючої в камері розстойної шафи повітря). Коефіцієнт тепловіддачі поверхні тістових заготовок при цьому зменшується, що спричиняє за собою зменшення інтенсивності їх прогрівання. Таким чином, строгий математичний опис коефіцієнта тепловіддачі поверхні тістових заготовок не представляється можливим.

  1.  Модель підтримки заданої вологості повітря

Відносна вологість повітря в розстойній шафі знаходиться по рівнянню:

возд = п / max,

де max  - максимально можлива абсолютна вологістю повітря при даній температурі;

 п  - дійсна абсолютна вологість ненасиченого повітря, швидкість зміни якої (dп/dt)може бути виражена як:

,

де   Vпов    - об'єм циркулюючог вологого повітря;

    Gвитрат - витрата пари на конденсацію на стінках камери розстойної шафи і на поверхні тістових заготовок;

         Gпар - витрата пари на зволоження повітря в камері розстойної шафи:

Gпар = Ртен вл / r,

де     r   - теплота паротворення води;

Ртен вл    - потужність ТЕНів, використовуваних для підігріву і випаровування води, з метою зволоження повітря в розстойній шафі.

У зв'язку з тим, що в процесі розстойки необхідно підтримувати задану вологість, дані ТЕНи включені тільки поки відносна вологість повітря в камері менша заданої. Як тільки відносна вологість повітря перевищує  задану межу система управління подає сигнал на відключення ТЕНів зволоження. При цьому Ртен вл = 0. При падінні відносної вологості нижче граничною,  система управління подає сигнал на включення ТЕНів зволоження.

При цьому Ртен вл = Ртен вл зад,

де Ртен вл зад - номінальна потужність ТЕНів зволоження.

Максимально можлива абсолютна вологості повітря (max) залежить від температури циркулюючої в камері шафи повітря, а теплота пароутворення води (r) залежить від температури води. І якщо остання в сталому режимі роботи розстойної шафи практично незмінна, то температура повітря міняється в заданому діапазоні і в сталому режимі роботи розстойної шафи.

А max  досить істотно залежить від температури повітря. Тобто навіть в сталому режимі роботи розстойної шафи

 max істотно мінятиметься і ці зміни не описуються з  великою точністю математично.

Втрати пари на конденсацію (Gвтрат) відбуваються не завжди, а тільки за умови, що  внутрішня поверхня стінок камери розстойної шафи або поверхня тістових заготовок мають температуру меншу, ніж температура точки роси (tр) за даних умов.

Конденсацію пари на стінках можна практично запобігти зробивши достатньою теплоізоляцію стінок шафи. Навпаки, конденсація пари на поверхні тістових заготовок є невід'ємною частиною технологічного процесу розстойки тістових заготовок, напряму впливаючої на якість готової продукції, і відбувається в першій половині процесу розстойки, до моменту досягнення поверхнею тістових заготовок температури точки роси. У свою чергу, температура точки роси залежить від вологості і температури повітря в камері розстойної шафи. Таким чином, математичний опис втрат пари на конденсацію не представляється можливим.

Зі всього вищевикладеного стає ясно, що повна математична модель не придатна для написання по ній алгоритму програми і самої програми для ЕОМ з метою моделювання процесів протікаючих в розстойній шафі і вибору параметрів системи управління, задовільняючих заданим вимогам.

2.2. Розробка і ідентифікація спрощеної математичної моделі процесів в розстойній шафі

  1.  Прийняті спрощення і допущення

У формулах конвекційної теплопередачі присутні коефіцієнти тепловіддачі . Як було показано раніше, коефіцієнти тепловіддачі залежать від багатьох чинників: від температур поверхні і оточуючого її середовища, швидкості руху останньої, її теплопровідності, в'язкості, густини і теплоємності, від конфігурації і стану поверхні. У зв'язку з неможливістю математичного опису даних коефіцієнтів, для їх знаходження користуються експериментальними даними, широко використовуючи теорію подібності, що дозволяє до певної міри узагальнити одержані результати.

Але використовувані для знаходження коефіцієнтів тепловіддачі критерійні рівняння містять критерії подібності (Nu, Ре, Re, Pr, Gr), які залежать від багатьох параметрів поверхонь і омиваючого їх середовища, деякі з яких залежать від температури середовища і від різниці між нею і температур омиваних нею поверхонь. Дані залежності не описані математично. Конденсація вологи на поверхні тістових заготовок в процесі їх розстойки ще більше утрудняє точне знаходження коефіцієнта тепловіддачі їх поверхні.

Конденсація вологи на поверхні тістових заготовок, а також на внутрішній поверхні стінок камери розстойної шафи приводить до зменшення абсолютної і відносної вологості в камерах шафи. Для підтримки заданої відносної вологості повітря застосовується випаровування води, контрольоване проектованою системою управління. Але разом з парою в камеру розстойної шафи потрапляє додаткова енергія. Конденсацію вологи на внутрішній поверхні стінок камери розстойної шафи можна звести до мінімуму шляхом їх кращої теплоізоляції. Оскільки знайти точну кількість конденсованої на поверхні тістових заготовок вологи не представляється можливим, та точна кількість випаровуваної води і залежна від нього кількість енергії, що вноситься з парою, не піддається математичному опису. Слід врахувати, що конденсація вологи на поверхні тістових заготовок відбувається тільки в період. поки температура поверхні тістових заготовок не досягне температури точки роси для даних параметрів середовища, тобто в першій половині операції розстойки. Далі конденсація припиняється, і необхідність у випаровуванні води для зволоження повітря в розстойній шафі відпадає.

Також не є математично описуваним і коефіцієнт теплоємності вологого повітря (спов), залежний від його температури і вологості.

Таким чином, для розрахунку термодинамічних процесів в камері розстойної шафи і аналізу роботи проектованої системи управління на ЕОМ необхідно вжити заходи по забезпеченню можливості даного розрахунку, оскільки розрахунок на ЕОМ по повній математичній моделі не представляється можливим.

У зв'язку з цим нами були прийняті наступні спрощення і допущення:

Коефіцієнти тепловіддачі розраховується по експериментальних критерійних рівняннях. Враховуючи, що температура повітря в розстойній шафі в сталому режимі роботи підтримується системою управління у встановлених межах щодо заданої температури (Тзад), то параметри повітря для знаходження критеріїв подібності беруться при незмінній температурі, рівній заданій температурі (Тзад) в камері розстойної шафи.

Коефіцієнт теплоємності вологого повітря розраховується для заданих значень його температури і відносної вологості.

Енергія, що вноситься з парою, не враховується. Це можливо завдяки допущенню про повну відсутність конденсації в сталому режимі роботи розстойної шафи.

Камера розстойної шафи вважається абсолютно герметичною.

Тиск повітря в камері шафи постійний (p=const).

Розглядається нагрів і охолоджування термічно

              тонких тіл   (      ).

Система підтримки вологи не розглядається.

  1.  Рівняння теплового балансу розстойної шафи

Рівняння теплового балансу розстойної шафи:

Qпов = Qтен - Qтіста - Qвіз - Qст,

де      Qпов - теплота витрачається на прогрівання повітря;

         Qтен  - тепловий потік з поверхні ТЕНів;

         Qтіста- кількість теплоти, що йде на прогрівання тіста;

Qвіз  - кількість теплоти, що йде на прогрівання візків;

Qст   - втрата тепла через стінки.

Розпишемо всі складові цього рівняння.

  1.  Теплота, що витрачається на прогрівання повітря

може бути описана як:

Qпов = cпов  mпов  (dTпов / dt),

звідки:

,

де dTпов/dt - швидкість зміни температури повітря.

  cпов - теплоємність повітря:

cпов = (св + сп  dв/1000),

де св - теплоємність сухого повітря, при температурі 40С :

св = 1005 Дж/(кггр);

    сп - теплоємність перегрітої пари:

сп = 2000 Дж/(кггр);

dп - вологовміст повітря, при температурі 40С і відносної вологості 75% воно рівне:

    dп = 36,9 г/кг;

Таким чином:

cпов= (1005+200036,9/1000) =1079 Дж/(кггр);

mпов - маса повітря в розстойній шафі;

mпов = пов  Vпов,

де пов - густина вологого повітря в камері розстойної шафи, при температурі 40С і відносної вологості 75%:

    пов= 1,11 кг/м3;

Vпов - об'єм повітря в камері розтойної шафи:

    Vпов = 2,5 м3;

Таким чином:

  mпов = 1,11 2,5 = 2,775 кг;

  1.  Тепловий потік з поверхні ТЕНів

описується за допомогою рівняння конвективної теплопередачі:

Qтен = Ктен тен - Тпов),

де  Ттен - температура ТЕНів;

     Тпов - температура циркулюючого повітря.

      Ктен - коефіцієнт, розрахований по формулі:

Ктен = тен  Sтен,

де  Sтен  - площа поверхні ТЕНів:

Sтен  = lтен    dтен,

де   lтен = 2 м - довжина ТЕНів;

     dтен = 0,008 м - діаметр ТЕНів,

Звідки:

Sтен  = 2    0,008 = 0,0503 м2;

тен - коефіцієнт тепловіддачі ТЕНів.

Даний коефіцієнт розраховується по критерійному рівнянню:

Nu = 0,238 Ref 0,6,

де Ref - число Рейнольдса, обчислюване:

Ref =   dтен / ,

де   - швидкість потоку повітря:

  = 5 м/с

 dтен - діаметр ТЕНів - їх визначальний розмір:

dтен = 0,008 м;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості, для повітря при температурі 40С :

    = 16,96 10-6 м2/с.

Таким чином:

Ref = 5 0,008 / 16,9610-6 = 2358,5

Отже:

Nu = 0,238 2358,50,6 = 25,13,

Звідки:

тен =  Nu   / dтен,

де - коефіцієнт теплопровідності повітря, при температурі 40С:

= 2,7610-2 Вт/(мгр),

Значить:

тен =  25,13  2,7610-2 / 0,008 = 86,7 Вт/(м2  гр).

Таким чином:

Ктен = 86,7 0,0503 = 4,358 Вт/гр

і

Qтен = 4,358 тен - Тпов).

При цьому, надлишки енергії ТЕНів йдуть на зміну їх температури:

,

де dT/dt - швидкість зміни температури ТЕНів;

Ртен - потужність ТЕНів.

Pтен = 2500 Вт

Обгрунтування вибору такої потужності ТЕНів приведене в розділі 6

Qтен - тепловий потік з поверхні ТЕНів;

cтен - теплоємність матеріалу ТЕНів:

cтен = 470 Дж/(кггр);

mтен - маса ТЕНів:

mтен = тен  lтен    dтен2 / 4,

де lтен = 2 м - довжина ТЕНів;

   dтен = 0,008 м - діаметр ТЕНів,

   тен = 7100 кг/м3;

Звідки:

  mтен = 7100 2    (0,008)2 / 4 = 0,714 кг.

У зв'язку з тим, що в процесі розстойки необхідно підтримувати задану температуру, ТЕНи включені тільки поки температура повітря в камері шафи менша заданої. Як тільки температура повітря перевищує  задану межу на величину допустимого відхилення, система управління подає сигнал на відключення ТЕНів. При цьому Ртен = 0. При падінні температури за нижню межу  система управління подає сигнал на включення ТЕНів.

При цьому Ртен = Ртен зад, де Ртен зад - номінальна потужність ТЕНов.

  1.  Тепловий потік, одержуваний тістовими заготовками

Тепловий потік, одержуваний тістовими заготовками і використовуваний для їх прогрівання, може бути описаний формулою конвективного теплообміну:

Qтіста = Ктіста пов - Ттіста),

Ктіста = тіста Sтіста,

де Sтіста - площа поверхні тістових заготовок:

   Sтіста = 3100,450,66 = 9 м2;

 тіста- коефіцієнт тепловіддачі поверхні тістових заготовок, розраховується по експериментальній критерійній формулі:

   Nu = 0,216 Re0,8,

де Re - число Рейнольдса, обчислюване по формулі:

Re =   lтіст / ,

де - швидкість потоку повітря:

  = 0,4 м/с

lтіст - визначальний розмір тістових заготовок:

lтіст = 0,25 м;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості, для повітря при температурі 40С :

    = 16,96 10-6 м2/с.

Таким чином:

Re = 0,4 0,25 / 16,9610-6 = 5900,

Отже:

Nu = 0,216 59000,8 = 224,46,

Звідки:

тіста = Nu   / lтіст,

де - коефіцієнт теплопровідності повітря, при температурі 40С:

= 2,7610-2 Вт/(мгр),

Значить:

тіста =  224,46  2,7610-2 / 0,25 = 24,8 Вт/(м2  гр).

Таким чином:

Ктіста = 24,8 9 = 223,2 Вт/гр

і

Qтіста = 223,2 пов - Ттіста),

де Ттіста - температура тістових заготовок, швидкість зміни якої, з урахуванням того, що при розтойці в тістових заготовках виділяється енергія Qтіста вид, складає:

,

де cтіста - теплоємність тістових заготовок:

    cтіста = 3000 Дж/(кггр)

    mтіста - маса тістових заготовок:

mтіста = nтіст заг mтіст заг,

де nтіст заг = 180 шт. - число тістових заготовок;

  mтіст заг = 0,46 кг  - маса тістової заготовки;

Звідки:

mтіста = 180 0,46 = 82,8 кг,

  1.  Тепловий потік, одержуваний візками

Аналогічно, тепловий потік, одержуваний візками і використовуваний для їх прогрівання, також може бути описаний формулою конвективного теплообміну:

Qвіз = Квіз пов - Твіз),

де Квіз = тіл  Sвіз,

де Sвіз - площа поверхні візків:

 Sвіз = 3 (100,450,66 + 440,021,8) = 10,5 м2;

тіл - коефіцієнт тепловіддачі поверхні візків, розраховується по експериментальній критерійній формулі:

Nu = 0,064 Re0,8,

де Re  - число Рейнольдса, обчислюється за формулою:

Re =   lтел / ,

де - швидкість потоку повітря:

  = 0,4 м/с

lвіз- визначальний розмір візків:

lвіз = 0,66 м;

  - коефіцієнт кінематичної в'язкості, для повітря при температурі 40С :

= 16,96 10-6 м2/с.

Таким чином:

Re = 0,4 0,66 / 16,9610-6 = 15566,

Отже:

Nu = 0,064 155660,8 = 144,52,

Звідки:

віз = Nu   / lвіз,

де - коефіцієнт теплопровідності повітря, при температурі 40С:

= 2,7610-2 Вт/(мгр),

Значить:

тіл = 144,52  2,7610-2 / 0,66 = 6 Вт/(м2  гр).

Таким чином:

Квіз = 6 10,5 = 63 Вт/гр

Qвіз = 63 пов - Твіз),

де Твіз - температура візків, швидкість зміни якої:

,

де cвіз - теплоємність візків:

cвіз = 500 Дж/(кггр);

mвіз - маса візків:

mвіз = 75 кг.

  1.  Втрати теплоти через стінки розстойної шафи

розраховуються по рівнянню теплопередачі:

Qст = Кст пов - Тнс),

де Тнс - температура навколишнього середовища.

Кст = k  Sст,

де Sст - площа стінок камери розтойної шафи:

Sст = (1,85(1,8+0,7)+1,80,7)2 = 11,77 м2;

kст - коефіцієнт теплопередачі через стінки:

,

де ст - товщина стінок розтойної шафи:

ст = 0,001 м;

утепл - товщина утеплювача:

                 утепл = 0,03 м;

ст - коефіцієнт теплопровідності сталевих стінок розтойної шафи:

ст = 45 Вт/(мгр);

утепл - коефіцієнт теплопровідності утеплювача:

утепл = 0,1 Вт/(мгр);

1 - загальний коефіцієнт тепловіддачі до внутрішньої поверхні стінок шафи;

2 - загальний коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінок шафи.

Загальні коефіцієнти тепловіддачі методично оцінюються однаково - як сума коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією (кон) і випромінюванням (вип),

заг = кон + вип,

де перша складова:

кон = Nu   / hст,

де - коефіцієнт теплопровідності повітря;

hст - визначальний розмір стінок камери розтойної шафи - їх висота:

         hст = 1,85 м;

Nu - коефіцієнт подібності Нуссельта:

Для обмивання газами вертикальних поверхонь:

Nu = 0,15(GrповPrпов)1/3,

де Pr - число Прандтля характеризує собою властивості середовища;

Gr = ghст3t/2 - число Грасгофа,

де g - прискорення вільного падіння;

t - температурний перепад між середовищем і омиваною нею поверхнею;

- функція, що зв'язує зміну густини середовища з температурою.

Для газів можна прийняти:

  = 1/T;

- коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища.

друга складова загального коефіцієнта тепловіддачі:

,

де ст - ступінь чорноти стінок:

ст = 0,9;

Тст - температура стінок, С;

ст - постійна Стефана-Больцмана:

ст = 5,67 Вт/(м2К4).

Виходячи з того, що температура на внутрішній і зовнішній поверхні стінок розстойної шафи є невідомою величиною, приймаємо в першому наближенні:

1 = 2 = 10 Вт/(м2гр);

Тоді коефіцієнт теплопередачі через стінки розстойної шафи складе:

звідки

Qст = 2 ( 40 - 20 ) 11,77 = 470,8 Вт.

При цих даних температура на внутрішній поверхні стінок камери розстойної шафи складе

,

аналогічно, на зовнішній поверхні

,

У другому наближенні:

Для внутрішньої поверхні стінок:

Pr1 = 0,699 (при T = 40 С)

Враховуючи, що при T = 40С

пов = 16,9610-6 м2/c,

одержимо:

Тоді:

Nu1=0,15(Gr1Pr1)1/3=0,15(2,75961090,699)1/3=186,724

Звідки, враховуючи, що при T = 40С

пов = 2,75610-2 Вт/(мгр),

одержимо

кон1 = Nu1пов/hст2,7610-2/1,85 = 2,79 Вт/(м2гр)

Значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням:

Отже, загальний коефіцієнт тепловіддачі до внутрішньої поверхні стінок розстойної шафи складає

1 = кон1 + изл1 = 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м2гр).

Аналогічно, для зовнішньої поверхні стінок шафи:

Pr1 = 0,703 (при T = 20 С)

Враховуючи, що при T = 20С

 пов = 15,0610-6 м2/c,

одержимо:

Тоді:

Nu2=0,15(Gr2Pr2)1/3=0,15(3,73881090,703)1/3=207

Звідки, враховуючи, що при T = 20С

 пов = 2,59102 Вт/(мгр),

одержимо  кон2 = Nu2пов/hст = 2072,5910-2/1,85 = 2,898 Вт/(м2гр)

Значення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням:

Отже, загальний коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінок розстойної шафи складає

2 = кон2 + вип2 = 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м2гр).

Коефіцієнт теплопередачі через стінки розстойної шафи в другому наближенні складе:

звідки втрати теплоти через стінки розстойної шафи:

Qст = 1,87 ( 40 - 20 ) 11,77 = 440,2 Вт.

При цих даних температура на внутрішній поверхні стінок камери шафи складе:

,

аналогічно, на зовнішній поверхні

,

Ступінь розбіжності між першим і другим наближеннями для кожної з цих температур:

т’ = 100 ( 36 - 35,8 )/ 36 = 0,6%;

т’ = 100 ( 24,6 - 24 )/ 24 = 2,6%.

Це допустимо. В зв'язку з цим результати другого наближення приймаємо за остаточні.

Для них виконаємо перевірку на наявність або відсутність конденсації пари з парогазового середовища на внутрішній поверхні стінок камери розстойної шафи. Щоб уникнути небажаної конденсації пари необхідно, щоб температура на внутрішній поверхні стінок Т’ перевищувала температуру точки роси Тр:

 Т’  Тр.

Для оптимальних (розрахункових параметрів) розстойки - температури парогазового середовища 40 С і відносної вологості 75%, згідно даним таблиць, температура точки роси

Тр = 34,5С.

Звідси витікає, що в нашому випадку конденсація пари на внутрішній поверхні стінок в сталому режимі роботи розстойної шафи відсутня.

Остаточна формула втрати теплоти через стінки шафи, з урахуванням того що

Кст = k  Sст = 1,87 11,77 = 22 Вт/гр,

запишеться як

  Qст = 22 пов - Тнс),

  де Тнс - температура навколишнього середовища.

  1.  Система диференціальних рівнянь

Таким чином, для моделювання роботи системи управління розстойною шафою необхідно вирішити систему диференціальних рівнянь:

T = Tзад - Tпов  - сигнал розузгодження;

;

Qтен = 4,358 тен - Тпов);

dTтен/dt = (2500 - Qтен)/(470 0,714);

Qтіста = 223,2 пов - Ттіста);

dTтіста/dt = (Qтіста + 150)/( 3000 180);

Qвіз = 63 пов - Твіз);

dTвіз/dt = Qвіз / (500 75);

Qст = 22 пов - Тнс);

Qпов = Qтен - Qтіста - Qвіз - Qст ;

dTпов/dt = Qпов /(10792,775).

  1.  Розрахунок і ідентифікація процесів протікаючих в розстойній шафі

Для розрахунку термодинамічних процесів, які відбуваються в камері шафи при розстойці тістових заготовок, а також для вибору параметрів СУ забезпечуюча заданий режим, була розроблена програма для ЕОМ, моделююча роботу системи управління розстойною шафою. Блок-схема даної програми приведена на кресленні, а текст програми приведений в Додатку 1. По результатам роботи програми були побудовані перехідний процес і фазовий портрет (див.  рис.4.1, рис.4.2 і графіки). При цьому потужність ТЕНів і допуск на відхилення температури повітря в камері розстойної шафи від заданого значення були вибрані виходячи з результатів досліджень. З графіка перехідного процесу видно, що, після виходу в сталий режим, температура циркулюючої в камері розстойної шафи повітря підтримується на заданому рівні, не виходячи за межі заданого допуску, а температура поверхні тістових заготовок досягає заданої до закінчення часу розстойки. Це говорить про правильність розрахунків і вірності вибору параметрів СУ.

Також була проведена ідентифікація розробленої моделі СУ розстойної шафи з працюючим зразком. Відхилення параметрів роботи моделі від зразка виявилися невеликими, що указує на правильний вибір допущень і спрощень, зроблених в процесі розробки даної моделі.

Робимо висновок, що спрощена математична модель може бути з успіхом використана для розрахунку параметрів роботи розстойної шафи і його системи управління.

  1.  Вибір елементів і конструкції системи управління розстойною шафою
    1.  Склад системи управління

Виходячи з вимог, що пред'являються до системи управління розстойною шафою, що входить до складу мініпекарні, в даному дипломі була вибрана наступна конструкція СУ.

До складу даної системи управління входять наступні елементи:

  1.  Блок підігріву і зволоження циркулюючого повітря
    1.  Конструктивні елементи
      1.   Герметична металева місткість ;
      2.   Верхня кришка;
      3.   Кришка ТЕНів;
      4.   Кришка датчиків рівня води;
    2.  Нагрівальні елементи (ТЕНи)
      1.   ТЕН підігріву повітря;
      2.   ТЕН підігріву води;
    3.  Елементи систем подачі і зливу води
      1.   Фільтр поступаючої води;
      2.   Електроклапан подачі води;
      3.   Електроклапан подачі води для очищення від накипу;
      4.   Наливні і зливні трубопроводи;
      5.   Зливний насос;
    4.  Елементи системи циркуляції вологого повітря
      1.   Циркуляційний вентилятор;
      2.   Приводний мотор циркуляційного вентилятора (асинхронний трифазний двигун АИР90Л4);
      3.   Воздуховод;
    5.  Датчики
      1.   Датчик температури циркулюючого повітря;
      2.   Датчик відносної вологості циркулюючого повітря;
      3.   Датчик гранично допустимої температури ТЕНів;
      4.   Датчики рівня води
        1.   Датчик максимального рівня води;
        2.   Датчик мінімального рівня води, при якому починається її доливання;
        3.   Датчик безпечного, внаслідок оголення ТЕНів підтримки вологості, рівня води;
  2.  Блок електронної системи автоматичного управління
    1.  Автоматичний вимикач;
    2.  Запобіжники;
    3.  Перетворювач частоти ACS 301-4P1-3 фірми АББ;
    4.  Система автоматичного управління;
    5.  Реле включення ТЕНів
      1.   Реле включення ТЕНа підтримки температури циркулюючого повітря;
      2.   Реле включення ТЕНа підтримки відносної вологості циркулюючого повітря;
    6.  Трансформатор для живлення мотора зливного насоса;
    7.  Задатчики
      1.   Задатчик швидкості обертання циркуляційного вентилятора;
      2.   Задатчик допуску підтримуваної температури;
    8.  Роз'єми
      1.   Роз'їм живлення;
      2.   Роз'єм датчиків;
      3.   Роз'їм панелі управління;
      4.   Роз'єм сервісний, службовець для наладки, контролю і пошуку несправності в системі управління розтойною шафою;
  3.  Панель управління
    1.  Вимикачі
      1.   Вимикач живлення;
      2.   Вимикач управління;
    2.  Задатчики
      1.   Здатчик температури;
      2.   Задатчик вологості;
    3.  Індикатор температури;
    4.  Індикаторні лампи
      1.   Лампа включення живлення;
      2.   Лампа виникнення несправності;
      3.   Лампа включення зливного насоса;
      4.   Лампа включення ТЕНа підтримки температури циркулюючого повітря;
      5.   Лампа включення ТЕНа підтримки відносної вогкості циркулюючого повітря;

  1.  Принцип роботи системи управління розстойної шафи

При включенні вимикача живлення СУ розстойною шафою запускає мотор циркуляційного вентилятора, який забезпечує циркуляцію повітря в камері шафи. При цьому на панелі управління спалахує лампа включення живлення. Швидкість обертання мотора циркуляційного вентилятора, яка впливає на швидкість циркуляції повітря, задається за допомогою задатчика швидкості циркуляційного вентилятора і підтримується за допомогою перетворювача частоти. Одночасно відбувається злив води з блоку підігріву і зволоження циркулюючого повітря з подальшим набором нової води і переходом в режим очищення ТЕНів підтримки вологості від накипу, шляхом їх короткочасного включення з безперервним зливом і набором води. Під час цієї операції на панелі управління горить лампа „Злив/Очищення”.

При включенні вимикача управління СУ переходить в режим підтримки температури і відносної вологості, заданих задатчиками температури і вологості.

При недостатній температурі циркулюючого повітря в камері розстойної шафи система управління видає сигнал на включення ТЕНів підтримки температури, які, знаходячись в потоці циркулюючого повітря, нагрівають його, а він, у свою чергу, передає енергію тістовим заготовкам, розташованим на візках в камері шафи. Про роботу ТЕНів підтримки температури повітря інформує відповідна лампа на панелі приладів, що горить при включених ТЕНах. При перевищенні температури циркулюючого повітря заданої за допомогою задатчика температури на панелі управління на величину допуску, встановленого задатчиком допуску на підтримувану температуру, система управління видає сигнал на відключення ТЕНів підтримки температури.

Циркулююче в камері розстойної шафи повітря за рахунок втрат енергії через стінки і на прогрівання тістових заготовок і візків починає охолоджуватися. При пониженні його температури до нижнього значення допуску, система управління видає сигнал на включення ТЕНів підігріву повітря. Таким чином забезпечується підтримка заданої температури циркулюючого в камері повітря.

Підтримка відносної вологості циркулюючого в камері шафи повітря відбувається аналогічно. При недостатній вологості система управління видає сигнал на включення ТЕНів підтримки вологості, які, знаходячись у воді, нагрівають її. Частина води, що при цьому випарувалася, йде на зволоження циркулюючого в камері розстойної шафи повітря. Досягши заданої за допомогою задатчика відносної вологості на панелі управління вологості повітря система управління видає сигнал на відключення, а при її пониженні (за рахунок конденсації) на величину допуску - на включення ТЕНів підтримки вологості. Про роботу ТЕНів підтримки відносної вологості повітря в камері розстойної шафи інформує відповідна лампа на панелі приладів, що горить при включених ТЕНах. Рівень води в блоці зволоження і нагріву підтримується автоматично.

Система управління забезпечує безпеку роботи розстойної шафи. Для запобігання наслідків коротких замикань електричні кола живлення забезпечені автоматичними вимикачами і запобіжниками. Для запобігання травм обслуговуючого персоналу пекарні електрострумом виконане захисне занулення. Для запобігання перегріву ТЕНів підтримки температури передбачений датчик допустимої температури даних ТЕНів, а для запобігання перегріву ТЕНів підтримки вологості передбачений датчик контролю мінімально допустимого рівня води в блоці підігріву і зволоження.

  1.  Розрахунок параметрів СУ, що забезпечують заданий режим
    1.  Вибір потужності ТЕНів

Потужність ТЕНів в системі управління розстойною шафою повинна задовольняти наступні умови:

повинен бути забезпечений швидкий вихід в сталий режим роботи розстойної шафи;

періодичність циклів включення-виключення ТЕНів не повинна бути дуже високою і дуже низькою;

допустима температура нагріву ТЕНв не повинна перевищуватися.

Шляхом перебору декількох значень потужності ТЕНів підтримки температури повітря в камері розстойної шафи і подальшого розрахунку перехідного процесу було з'ясовано, що оптимальної для даного об'єму камери  шафи і заданого допуску на відхилення підтримуваної температури є потужність ТЕНів, рівна

Pтен =2500 Вт.

При такій потужності ТЕНів підтримки температури повітря процес виходу в сталий стан займає приблизно 20  хвилин, періодичність циклів включення виключення складає близько 1,5 хвилин, а перегрів ТЕНів вище за максимально допустиму температуру не відбувається.

Вибір потужності ТЕНів підтримки вологості повітря в камері розстойної шафи виробимо з умови, що нагрів випаровуваної води з температури початку розстойки до температури кипіння повинен відбуватися не більше ніж за 510 хв. з початку процедури розстойки:

Tтен вол = своди  mводи  (100 - T1)/t,

де своди - теплоємність води:

своди = 4200 Дж/(кггр);

mводи - маса води в блоці зволоження і підігріву:

mводи = 6 кг;

T1 - температура води на початку розтойки:

T1 = 20С.

Тоді:

Tтен вол = 4200 6 (100 - 20)/ 540 = 3733 Вт.

Вибираємо Tтен вол = 4000 Вт.

  1.  Вибір допуску на відхилення температури

При моделюванні процесів в розстойній шафі було з'ясовано, що необхідно вибирати допуск на відхилення підтримуваної температури від заданої, по межах якого система управління включає і вимикає ТЕНи, менше ніж даний в завданні. Це пов'язано з тим, що при підтримці температури в камері шафи присутні великі запізнювання, викликані характером модельованого об'єкту. За наслідками моделювання з різними допусками на відхилення температури стало ясно, що оптимальним для даного випадку є допуск на відхилення підтримуваної температури в 2 рази строгіший, ніж даний в завданні. Такий допуск забезпечує невихід температури за допустимі межі і, в той же час, не робить дуже коротким цикл включення-виключення ТЕНів, що позитивно позначається на їх ресурсі і ресурсі включаючих їх реле.

  1.  Розрахунок  циркуляційного вентилятора

Підбір циркуляційного вентилятора здійснюється по його об'ємній продуктивності (Vцир) і напору (Нцир).

Об'ємна продуктивність розраховується по формулі:

Vцир = пов  fшк / 2,

де пов - швидкість руху повітря в камері розстойної шафи:

пов = 0,4 м/с

fшк - площа живого перетину камери розстойної шафи:

 fшк = 1,26 м2,

тоді

Vцир = 0,4 1,26 / 2 = 0,252 м3/c.

Напір визначається шляхом аеродинамічного розрахунку газового тракту циркулюючого середовища по формулі:

Нцир = 1,2   P,

де P - основні місцеві опори:

P =   пов2  пов,

де   - коефіцієнт місцевого опору;

  - густина циркулюючого повітря.

Розрахунок місцевих опорів приведений в таблиці 2.1

                                                                                                    


Таблиця 2.1.     

Розрахунок місцевих опорів

Номер ділянки

пов, кг/м3

пов, м/с

P, Па

1

1.11

12

0.5

79.92

2

1.11

12

2.5

399.6

3

1.11

5

0.25

6.94

4

1.08

5

1.15

31.05

5

1.08

24

0.42

261.27

6

1.08

36

0.47

657.85

7

1.08

36

1.15

1609.63

8

1.08

36

1

1399.68

9

1.11

0.4

2.3

0.41

Разом:

4446

Звідки:

Нцир = 1,2 4446 = 5335 Па.

Цей напір при об'ємній продуктивності

Vцир = 0,252 м3/c

може забезпечити відцентровий вентилятор з приводним мотором потужністю:

Nел = Vцир  Нцир / цир,

де цир - ККД приводного двигуна циркуляційного вентилятора:цир= 0,75.

Тоді: Nел = 0,252 5335 / 0,751800 Вт.

2.5. Програмний підйом температури і її стабілізації з допомогою регулятора Р27.2.

Блоки регулюючі аналогові з імпульсним вихідним сигналом P27.1, P27.2, P27.3 призначенні для використання в схемах автоматичного регулювання технологічних параметрів у різних галузях промисловості.

Блоки виконують наступні функції:

  •  Сумування уніфіцированих вхідних сигналів постійного струму, а також вхідних сигналів, що надходять від вимірюваних перетворювачів з постійними електричними сигналами.
  •  Введення інформації про задане значення регульованої величини, формування і посилення сигналу відхилення регульованої величини від заданого значення.
  •  Формування вихідного імпульсного електричного сигналу для впливу на керований процес в відповідності з одним із слідуючи законів регулювання: пропорційний (П) разом з датчиком положення виконавчого механізму; пропорційно-інтегральний (ПІ) з виконавчим механізмом; пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД) разом з виконавчим механізмом.
  •  Маштабування вхідних сигналів.
  •  Регулювання сигналу відхилення.
  •  Гальванічний поділ вхідних і вихідних сигналів.

Модифікація блоків

Модифікації блоків, зумовлені номінальними діапазонами зміни уніфіцированих вхідних сигналів постійного струму, а також видом і номінальним діапазоном зміни вхідного сигналу, що поступає від вимірюючого перетворювача з відповідним сигналом, приведені в табл.2.2.

Таблиця 2.2.

Модифікація

Познач. вхідного сигналу

Номінальний діапазон вимірювання вхідного сигналу

Вхідний опір, Ом

Масштабний коефіцієнт передачі

Познач

Велич.

Відхил.

1

2

3

4

5

6

7

Р27.1

Х11

Зміна взаємо індуктивності на 10 мГн

1.5*103

1

0-1

5

Х12

0 + 5 мА

100

1

0-1

5

Х21

Зміна взаємо індуктивності на 10 мГн

1.5*103

2

0-1

5

Х22

0 + 5 мА

100

2

0-1

5

Х31

Зміна взаємо індуктивності на 10 мГн

1.5*103

3

0-1

5

Х32

0 + 10 В

104

3

0-1

15

Х4

0 + 10 В

104

-

1

5

Р27.2

Х1

Зміна опору на 20 Ом

104

-

1

2

Х21

Зміна опору на 20 Ом

1.5*103

2

0-1

5

Х22

0 + 5 мА

100

2

0-1

5

Х23

0 + 10 В

104

2

0-1

5

Х31

0 + 5 мА

450

-

1

5

Х32

0 + 10 В

104

-

1

5

Р27.3

Х1

зміна т.е.р.с. на 10 В

104

-

1

2

Х21

0 + 5 мА

150

2

0-5

5

Х22

0 + 10 В

104

2

0-5

5

Х31

0 + 5 мА

150

-

1

5

Х32

0 + 10 В

104

-

1

5

Технічна характеристика:

1.1. Живлення блоку здійснюється від однофазної мережі змінного струму напругою 220 В, частотою 50 Гц. Допустиме відхилення напруги від +10 до -15 %.

1.2. Потужність, яка споживається блоком від мережі, не більше 13 ВА

1.3. Номінальні діапазони зміни вхідних сигналів і масштабні коефіцієнти передачі по кожному з входів повинні відповідати значенням, приведених  в таблиці (для регулюючого блоку Р27.2).

таблиця 2.3.

Познач. вхідного сигналу

Номінальний діапазон вхідного сигналу

Вхідний опір. Ом

Масштабний коефіцієнт передачі

Познач.

Величина

Допуст. відхил.

Х1

Зміна опору на 20 Ом

104

-

1

2

Х21

Зміна опору на 20 Ом

1.5*103

2

0-1

5

Х22

0 – плюс 5 мА

100

2

0-1

5

Х23

0 – плюс 10 В

104

2

0-1

5

Х31

0 – плюс 5 мА

450

-

1

5

Х32

0 – плюс 10 В

104

-

1

5

1.4. Вихідними сигналами блоку Р27.2 являються:

- по виходу z1 – імпульси двонапівперіодної напруги постійного струму середнього значення 24 В від внутрішнього джерела блоку. Зміна стану одного із двох вихідних ключів.

Комутуюча здатність ключів: рід струму – пульсуюча амплітуда напруги не більше 45 В, амплітуда струму не більше 0,4 А, середнє значення струму не більше 0,25 А.

- по виходу z2 – імпульси напруги постійного струму плюс (10-15) чи мінус (10-15) вольт. Z2 – аналоговий сигнал.

1.5. Параметри навантаження:

- по виходу z1 – характер навантаження активно-індуктивний. Індуктивна складова опору навантаження не емітується. Активна складова опору навантаження не менше 100 Ом.

- по виходу z2 – мінімальна величина опору активного навантаження 10 кОм.

1.6. Діапазон зміни зони нечутливості , в %  від номінального діапазона зміни вхідного сигналу від 0,2 до 2.

1.7. Номінальне значення діапазона зміни коефіцієнта передачі в % від номінального діапазона від 0,3 до 10.

1.8. Постійний час інтегрування і., в с., від 20 до 2000.

1.9. Постійна часу диференціювання д., в с., від 0 до 400.

1.10. Тривалість інтегральних імпульсів tі., вихідних сигналів при мінімальному, максимальному значенні коефіцієнта передачі, відповідно не менше 0,08 с; 0,5 с.

1.11. Діапазон зміни постійної часу демпфірування  дф , від 0 до 10 с.

1.12. Діапазон зміни сигналу коректора Хкор.:

- для Р27.1 – від мінус 100 до плюс 100% від номінального діапазону зміни вхідного    сигналу;

- для Р27.2 – від 0 до плюс 100 Ом по виходу від термоперетворювача опору;

- для Р27.3 – від 0 до 50 мВ по виходу термоелектричного перетворювача.

1.13. Номінальний діапазон зміни сигнала відхилення Е складає 10В в межах від мінус 10 до плюс 10 В постійного струму.

В залежності від модифікацій пристрої включають в себе наступні субблоки:

Р27.1 – субблоки ИД001.1 і Р027.1

Р27.2 – субблоки ИС001.1 і Р027.1

Р27.3 – субблоки ИТ002.1 і Р027.1

На передній панелі регулюючого блоку Р27.2 розміщені два індикатори положення механізму: „більше6” (червоний світлодіод) , „менше” (зелений світлодіод).

Всі органи керування, контролю і настройки розміщені на боковій панелі блока.

ИС001.1

1,2 – комутаційні гнізда з замикачами для дискретної зміни сигналу коректора і орган  плавної зміни сигналу коректора („Коректор”);

3 – орган плавної зміни масштабного коефіцієнта передачі до входу Х2 („2”);

4 – орган балансування вимірювальної схеми („уст.0”);

5,6 – контрольні гнізда відповідно „Е” і „ОТ” для вимірювання сигналу відхилення Е.

Р027.1.

1 – орган плавної зміни зони нечутливості („”);

2 – орган плавної зміни тривалості імпульсів („tі”);

3 – орган плавної зміни коефіцієнта передачі („п”);

4 – орган плавної зміни постійної часу інтегрування („і”);

5 – комутаційні гнізда з замикачем для дискретної зміни множителя постійного часу інтегрування і для відключення інтегральної складової закону регулювання (вик.; „Х1”; „Х10”);

6 – орган плавної зміни постійної часу диференціювання („д”);

7 – комутаційні гнізда з замикачем для дискретної зміни множителя постійної часу диференціювання і для відключення диференціальної складової закону регулювання „вик.”; „Х1”; „Х10”)

8 – орган плавно зміни постійної часу демпфірування („дф”);

Вхідні сигнали Х1; Х2; Х3 поступають на модулятори, які перетворюють уніфіцирований сигнал постійного струму в сигнал змінного струму, причому Х2 і Х3 можуть множити на масштабні коефіцієнти 23.

Підсилювач-модулятор 4 підсумовує Х4.1 – Х4.5, також перетворить їх суму в сигнал змінного струму і множення на 4.

Вихідні сигнали модулятора поступають на суматор, який одночасно забезпечує гальванічну розвязку вхідних сигналів один від одного і від вихідних.

Вихідні сигнали суматора і коректора поступають на демодулятор, який формує сигнал неузгодженості Е (він же вихідний сигнал ИС001.1).

Джерело напруги призначене для живлення коректора, а також зовнішнього задаючого пристрою.

Генератор призначений для формування сигналів змінного струму, частотою 20 кГц, для комутації ключів, модулятора, демодулятора.

Коректор – широкополосний за датчик.

 

Статистична характеристика модуля.

Е = Х12Х23Х315Хк

Сигнал з виходу вимірюваного модуля И001.1 поступає на вхід регулюючого блоку Р027.1 (перемикача клеми 15, 17).

Сигнал подається на любий із демпфірованих входів Х10 чи Х03 відносно загальної точки „ОТ”. Модуль Маї також не демпфірований вхід Х02. Всі входи мають діапазон -10 + 0 + 10 В. Свобідні входи закорочуються на ОТ. В звичайних випадках використовують вхід Х01, а клеми 27, 29, 31 закорочуються.

Після демпфера, сигнал Е поступає на вхід високоомного підсилювача. Вхідний сигнал підсилювача УІ через змінний резистор установки зони нечутливості нч. (R19) подається на вхід трьох позиційного нелінійного елемента НЕ, який може мати три стани:

  •  Ивих. = 0, якщо вхідний сигнал находиться в межах зони нечутливості.
  •  Ивих = +10В, якщо вхідний сигнал більше зони нечутливості і позитивний.
  •  Ивих. = -10В, якщо вхідний сигнал більший зони нечутливості і негативний.

Підсилювач УІ і НЕ обхвачені потенціометр „КП” (R27) і tімп. (R43) позитивним зворотнім зв’язком. За рахунок цього реалізується зона повернення 6. В результаті послідовного зєднання УІ і НЕ реалізовується трьох позиційна статистична характеристика, з зоною повернення.

Вихідний сигнал НЕ поступає на два мультивібратора МВ1 і МВ2,. МВ1 запускається при позитивній напрузі вихідного сигналу НЕ; МВ2 – при негативній напрузі.

Вихідна напруга кожного мультивібратора поступає на первиння обмотку трансформатора Тр1 і Тр2. Вихідна напруга трансформаторів Тр1 і Тр2 випрямляється VD5, VD6 і подається в коло керування безконтактних ключів VT3, VT4.

Тр1 і Тр2 – забезпечують гальванічний поділ вихідних кіл регулюючого блоку від іншої частини схеми.

В залежності від полярності напруги на виході не відкривається ключ VT3,VD7 („менше”) і VT4, VD11 („більше”). На виході „більше” і”менше” комутується 24В.

Сигнал з виходу регулюючого блоку через потенціометр „Кп” (R37) так же подається на вхід кола формування сигналу ООС.

Коло формування ОСС складається із послідовного включення інтегратора і суматора.

На вхід суматора ООС з диференціатором також подається сигнал неузгодженості („Е”) (постійна часу попередньо встановлюється потенціометром „Чув” – R10).

Якщо R10 установлений в крайнє нижнє положення,чому відповідає пв = 0 , то вихідний сигнал диференціатора дорівнює нулю, і регулятор реалізує ПИ – закон регулювання. Зона повернення залежить від установки К0 (R5) і установки тривалості слідуючи імпульсів „tімп” (R43) . Завдяки цьому при зміні «Кп» (R37) змінюється зона  повернення, а тривалість імпульсів залишається незмінним. Вона буде рівна тривалості, зазначеної на шкалі „tімп”  (R43).

При збільшені „Кп” тривалість паузи зменшується. При збільшені „Тиз” тривалість паузи збільшується. Якщо „Тпв” 0, то на вхід суматора кола ООС поступає вихідний сигнал диференціатора Ид і диференціатор реалізує реальне диференційоване коло з постійною часу диференціювання „Тпв”.

Схема зовнішніх з’єднань блоку Р27.2.

У блоці Р27.2 передбачена можливість одночасного підключення двох термоперетворювачів опорів ТС1 і ТС2 чи одного з них по чотирьохпроводній схемі, або термоперетворювачів ТС по трехпроводній схемі. Напруга сигналу, що змінюється з ТС1 (чотирьохпроводна схема) чи ТС (трьохпроводна схема) подається на вхід Х1 (чотирьохпроводна схема), подається на вхід Х2.1 (клеми 24,26).              По каналу ТС2 передбачена можливість уведення масштабного коефіцієнта 2.

При підключені ТС1 і ТС2 як у чотирьохпроводній схемі, так і в трьохпроводній повинні бути дотримані наступні умови:

  •  сумарний опір ТС1 і ТС2 і сполучної лінії між клемами 28-30 блоку не повинна перевищувати 200 Ом.
  •  Опір сполучної лінії повинен бути не більше 200 Ом.

Зміна полярності сигналів, що знімаються АТС, здійснюється зміною порядку підключень ліній, що з’єднують перетворювачі з клеми 14, 16 і 23, 26 блоку. Одночасно із сигналом Х2.1, що знімається з Тс2, чи замість нього, можуть бути підключені уніфіковані сигнали постійного струму 0-5мА (по виходу Х22, клеми 12, 24) і 0-14 (по входу Х23, клеми 10-24). При цьому необхідно установити перемичку між клемами 26. 28. Сигнали Х21, Х22, Х23 сумуються і збільшуються на загальний масштабний коефіцієнт 2. Якщо Х22, Х23 подаються при відсутності ТС2, то клеми 24. 4 з’єднуються перемичкою. Живлення датчика: постійним струмом 20 мА з клеми 20-3.


3. Конструктивна
частина.

3.1. Автоматизація процесу випробувань асинхронних двигунів 0,55,5 кВт

При серійному і масовому виробництві важливо максимально автоматизувати виробничий процес, який включає і етап випробування електричних машин. Дослідження показали, що трудомісткість контрольних операцій складає до 13% трудомісткості виготовлення електродвигунів. Середні норми часу на проведення приймально-здавальних однієї електричної машини середньої потужності складає 3 ... 35 год (для різних типів машин). На проведення приймальних випробувань однієї електричної машини потрібен 48...250 год. Середні норми часу на обробку результатів приймально-здавальних випробувань однієї машини складають 0,6 ... 4 год, а на обробку приймальних випробувань - 40 ... 90 год. Природно, що така висока трудомісткість проведення випробувань і обробки їх результатів примушує шукати шляхи автоматизації випробувань і використовування ЕОМ.

Автоматизація випробувань електричних машин дозволяє одержати об'єктивні і достовірні результати випробувань, прискорити проведення контрольних вимірювань і підвищити продуктивність праці. ЕОМ використовуються не тільки для обробки результатів випробувань, але і при управлінні процесом випробувань, статистичному контролі і аналізі результатів випробувань (не тільки при вибірковому, але і при суцільному контролі). Зі всіх видів електричних машин найбільший об'єм випуску мають асинхронні низьковольтні двигуни. Тому в першу чергу був автоматизований процес випробувань асинхронних двигунів.

  1.  Автоматизована установка для типових, приймальних і періодичних випробувань асинхронних двигунів

У даному дипломному проекті для випробування асинхронного двигуна  застосовується автоматизована установка  з використанням ЕОМ.

На установці автоматизовані випробування електродвигуна проводяться за наступною програмою: вимірювання опору обмоток; зняття характеристики короткого замикання, механічної і робочої характеристики холостого ходу.

Випробовуваний двигун  закріплюють на установці навантаження, призначеній для підєднання валу двигуна  з віссю махових мас, що створюють динамічне навантаження. Вал двигуна з'єднується з валом датчика частоти обертання.

Зняття механічних і робочих характеристик виробляють в процесі розгону електродвигуна. При цьому опір обмоток відповідає сталій температурі, одержаній при випробуванні на нагрівання.  Ця температура досягається автоматично в режимі короткого замикання. Для проведення  випробування холостого ходу електродвигун від'єднують від махових мас.

Електронно-обчислювальна машина відповідно до записаної програми здійснює управління випробувальним процесом, переводить випробовуваний електродвигун в різні випробувальні режими, комутує вимірників, приймає інформацію від вимірників електричних і неелектричних величин, здійснює необхідні обчислення і видає оброблену інформацію на друк. Вимірник електричних величин посилає через відповідні блоки ЕОМ миттєві значення вимірюваних величин через рівні проміжки часу з великою частотою. У ЕОМ ці дані обробляються і видаються  на друкуючий пристрій або графічний пристрій. Для побудови кривих використовуються діючі значення зміряних електричних величин.

Процес автоматизації випробувань проводиться в два етапи. Мета першого етапу - підвищення точності визначення характеристик електродвигунів і скорочення малопродуктивної праці. На цьому етапі проводять випробування електродвигунів на нагрівання і визначають опори обмоток при постійному струмі і в холодному стані, характеристики холостого ходу, короткого замикання і механічну, а також можливість безвідмовної роботи.

На другому етапі операції отримання результатів показу приладів замінені обробкою інформації міні ЕОМ.

  1.  Програма випробувань

Для асинхронних двигунів ДСТУ 183-74 приписує програму приймальних випробувань, визначаючу:

  1.  вимірювання опору ізоляції обмоток по відношенню до корпусу машини і між обмотками і опорів обмоток при постійному струмі в практично холодному стані;

визначення коефіцієнта трансформації(для двигуна з фазним ротором);

  1.  випробування ізоляції обмоток на електричну міцність щодо корпусу машини і між обмотками і на електричну міцність ізоляції обмоток статора і фазного ротора;
  2.  визначення струму і втрат холостого ходу;
  3.  визначення струму і втрат короткого замикання;
  4.  випробування машини при підвищеній частоті обертання і на нагрівання;
  5.  визначення ККД, коефіцієнта потужності і ковзання ;
  6.  випробування на короткочасне перевантаження по струму;
  7.  визначення максимального обертаючого моменту, мінімального обертаючого моменту в процесі пуску, початкового пускового обертаючого моменту і початкового пускового струму (для двигунів з короткозамкнутим ротором);
  8.  вимірювання вібрацій і рівня шуму.
    1.  Визначення коефіцієнта трансформації, струму і втрат холостого ходу і короткого замикання
      1.  Визначення коефіцієнта трансформації

Коефіцієнт трансформації знаходять, використовуючи вимірювання лінійних напруг на затисках обмоток статора і на кільцях нерухомого ротора з розімкненою обмоткою. Для низьковольтних електродвигунів (з номінальною напругою до 660В включно) до обмотки статора підводять номінальну лінійну напругу. Коефіцієнт трансформації визначають як відношення фазних напруг статора Uф1 і ротора Uф2:

 = Uф1/Uф2.

  1.  Визначення втрат холостого ходу

Ці випробування проводять в режимі холостого ходу при сталому тепловому стані частин електродвигуна. Якщо неможливо встановити сталий тепловий стан підшипників безпосереднім вимірюванням їх температури, то цього досягають шляхом обертання електродвигунів без навантаження при номінальній частоті обертання. Після  закінчення обкатки добиваються постійності споживаної потужності.

При досвіді холостого ходу вимірюють лінійну напругу U між всіма фазами, частоту мережі, лінійний струм I статора в кожній фазі і споживану потужність.

Випробування холостого ходу починають з напруги, рівної 130 % від номінальної. В процесі випробування частіше здійснюють 9-11 вимірювань при різних значеннях лінійної напруги. Для правильного визначення втрат в обмотці статора при випробуванні холостого ходу необхідно безпосередньо після випробовування зміряти опір обмотки статора.

Коефіцієнт потужності холостого ходу обчислюється як:

cos0 = Р0/ UI ).

Результати випробування холостого ходу звичайно зображають графічно - шляхом побудови залежності втрат P0, фазного струму I0 і коефіцієнта потужності cos0 у функції напруги.    

При випробуванні холостого ходу допускається не більше ніж 2 % відхилення частоти мережі від номінальної, але результати вимірювань слід перерахувати на номінальну частоту. Для цього зміряні напруги перераховують пропорційно першому ступеню частоти,  втрати в сталі пропорційні 1,5 частоти і механічні втрати пропорційно квадрату частоти.

При приймально-здавальних випробуваннях вимірюють струм і втрати холостого ходу лише при номінальному значенні напруги.

  1.  Визначення струму і втрат короткого замикання.

При дослідженні короткого замикання на статор подається напруга, ротор загальмовується, а  у випадку фазного ротора обмотки закорочуються накоротко на кільцях. Напруга, що подається на статор, повинна бути практично симетрична і номінальної частоти.

В процесі випробуванні одночасно вимірюють напругу, що підводиться, струм статора (лінійний струм Ik короткого замикання), споживану потужність Pk (kBт), початковий пусковий момент (для електродвигунів малої і середньої потужності), а безпосередньо після випробування визначають опір r1k обмотки статора між виводами, який відповідає температурі в кінці випробування. Початковий пусковий момент Mп=Mк (Нм) вимірюють динамометром або вагами на кінці важеля, яким загальмований ротор, закріплюваним шпонкою на вільному кінці валу двигуна, або вагами збалансованої машини.

Для електродвигунів його визначають по зміряних втратах Рk короткого замикання :

Мк = 0.9*9550 Ркм2/nc,

Ркм2 - втрати в обмотці ротора при випробуванні короткого замикання, кВт;

0,9 - коефіцієнт, що орієнтовно враховує дію вищих гармонік.

Втрати (кВт) в обмотці ротора при випробовуванні короткого замикання:

Pкм = Рк - Ркм1 - Рс,

де Ркм1- втрати в обмотці статора при досвіді короткого замикання, кВт ;

Рс- втрати в сталі, кВт.

Втрати в обмотці статора при досвіді короткого замикання:

Ркм1 = Ik2 r1k/1000.

Для отримання залежностей (необхідних при приймальних і інших повних випробуваннях) споживаної  потужності Рк, струму Ik,  коефіцієнта потужності сosк і початкового пускового моменту Мк від напруги Uk, прикладеної до двигуна в режимі короткого замикання, проводять 5...7 відліків  при різних значеннях цієї напруги.

В процесі приймально-здавальних випробувань струм і втрати короткого замикання вимірюють при одному значенні напруги  короткого замикання:

Uk=Uн/3,8 ,

де Uн- нормальна напруга двигуна.

Під час проведення випробування короткого замикання перший відлік рекомендується проводити при наступних значеннях напруги короткого замикання залежно від Uн:

Uн,В ... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

Uк,В ...  33   58 100 115 130 173  800 1600  2640

Другий відлік - при напрузі (1 - 0,1) Uн. Необхідну напругу Uk подають починаючи з мінімального значення. Щоб уникнути надмірного нагріву обмоток  струмами короткого замикання рекомендується відлік по приладах при кожному значенні підведеної напруги виробляти за час не більш 10с, а після відліку двигун відразу відключати.

За даними випробуваннями короткого замикання визначають коефіцієнт потужності:

cosк = Pk/(   Uk Ik ).

Для графічного зображення результатів випробування короткого замикання відкладають у функції від напруги наступні величини: струм короткого замикання Iк, втрати короткого замикання  Рк, коефіцієнт потужності cosк і обертаючий момент при короткому замиканні Мк. Якщо випробування короткого замикання проведений при зниженій напрузі, то при визначенні струму і обертаючого моменту, які відповідають номінальній напрузі, вводять поправку на насичення шляхів потоків розсіяння, будуючи залежність струму короткого замикання від напруги.

Зростання струму від напруги приймають ідучим по дотичній;

визначають точку перетину дотичної з віссю абсцис Uк1. Тоді струм короткого замикання при номінальній напрузі Iк.н, званий початковим пусковим струмом, знаходять по формулі:

IK.H=(UH - UK1 ) IK/(UK - UK1)

де Iк,Uк - відповідно найбільші струм, А, і напруга, В,

Uн - номінальна напруга, В.

Обертаючий момент при короткому замиканні, який відповідає номінальній напрузі, називається початковим пусковим обертаючим моментом МКН і визначається:

Мкн = (Iкн/Iк)2Мк,

де Мк - обертаючий момент при найбільшій напрузі випробування короткого замикання, Нм.

Початковий пусковий струм і початковий пусковий момент можна також визначити при пуску, а початковий пусковий момент, крім того, вимірюють при знятті статичної кривої моменту. Величина початкового пускового моменту залежить від відносного положення зубців статора і ротора у момент вимірювання. Тому за величину початкового пускового моменту приймають якнайменше із зміряних його значень.

  1.  Визначення ККД коефіцієнта потужності і ковзання по робочій характеристиці

Робоча характеристика, тобто залежність споживаної потужності, струму, ковзання, ККД і коефіцієнта потужності від корисної потужності, знімається при незмінних і номінальних прикладеним напрузі і частоті, навантаженню, що змінюється, від холостого ходу до 110 % номінальної (5-7 значень), і температурі, близькій до сталої при номінальному навантаженні. В процесі випробування вимірюють лінійні напруги Uн і струм I, споживану потужність Р1 і ковзання s двигуна. За наслідками вимірювань визначають коефіцієнт потужності.Для контролю коефіцієнт потужності знаходять по відношенню показів двох ватметрів.

Сума втрат асинхронного  двигуна обчислюється як:

Рм1м2смехД,

де Рм1, Рм2, Рс, Рмех, РД - втрати власне в обмотках статора, ротора і сталі; механічні і додаткові втрати.

Якщо робочу характеристику немає можливості зняти при номінальній напрузі, тоді її визначають при напрузі 0.5UH<=Ur<=1.15UH.  Одержані результати випробувань в цьому випадку можна привести до  номінальної напруги по наступних формулах:

s1=sr; P1=P1r(UH/Ur)2;

I=Ir(UH/Ur )+I0;

I0=I0sin0 - I0r(UH/Ur) sin0r,

де sr, Ir, I0r, 0r - величини відповідно ковзання, споживаної потужності, струму, струму холостого ходу і кут між векторами струму і напруги, зміряні при холостому ходу і напрузі Ur; s1, P1, I, I0, sin0 - аналогічні величини при номінальній напрузі.Значення струму  при номінальній напрузі:

.

  1.  Визначення максимального і мінімального обертаючих  моментів
    1.  Визначення максимального обертаючого  моменту

Максимальний  обертаючий момент - один з основних показників асинхронної машини. Оскільки тільки кратність максимального обертаючого моменту і перевищення температури частин електродвигуна обмежують можливості підвищення потужності двигуна в даному габариті. Тому визначати величину максимального обертаючого моменту слід з достатньо високою точністю.

Максимальний обертаючий момент знаходять наступними способами: визначенням кривої обертаючого моменту при пуску; безпосереднім вимірюванням обертаючого моменту при навантаженні електродвигуна; обчисленням обертаючого моменту по потужності на валу і частоті обертання при навантаженні електродвигуна (при цьому потужність на валу знаходять за допомогою тарованої машини навантаження або методом окремих втрат) і по круговій діаграмі, побудованій за наслідками випробувань холостого ходу і короткого замикання.

При визначенні максимального обертаючого моменту знаходять відповідне цьому моменту ковзання (допускається застосування тахометра).

  1.  Визначення кривої обертаючого моменту при пуску.

Цей спосіб використовується звичайно для знаходження максимального моменту електродвигунів великої потужності, коли здійснити навантаження випробовуваного двигуна за допомогою машини навантаження не представляється можливим. Для визначення кривої обертаючого моменту випробовуваний двигун пускають вхолосту, а процес пуску записується за допомогою ЕОМ. Основна трудність проведення цього випробування - короткочасність періоду пуску електродвигунів. Для подовження  періоду пуску збільшують момент інерції випробовуваного двигуна, сполучаючи його з іншою електричною машиною, ротор якої служить додатковою маховою масою, або з важким маховиком; або за рахунок пониження напруги, що підводиться до випробовуваного двигуна , але не менше 0,5 від номінальної.

Звичайно фіксується кутове прискорення, пропорційне обертаючому моменту. При цьому виникають наступні труднощі. Напруга в процесі пуску не залишається незмінною унаслідок зміни пускового струму у функції ковзання, тому набуті значення обертаючого моменту повинні бути перераховані на номінальну напругу пропорційно квадрату напруги.

Крім того, спотворююче вплив на початкову частину процесу пуску надають перехідні процеси при включенні, а на машини з підшипниками ковзання - ще і високе значення їх початкового моменту тертя. Для усунення спотворюючих дій вдаються до попереднього обертання випробовуваного двигуна в протилежному напрямі, потім, змінюючи чергування фаз, реверсують двигун  і записують криву обертаючих моментів. Масштаб моменту визначається по значенню початкового пускового моменту, одержуваного з досвіду короткого замикання. При записі кривої моменту при реверсуванні початковий пусковий момент відповідає частоті обертання, рівній нулю.

  1.  Спосіб визначення максимального обертаючого моменту безпосереднім вимірюванням обертаючого моменту при навантаженні.

Цей спосіб найбільш точний, хоча для машин великої потужності, важко здійснимий. Як навантаження використовують електромагнітне гальмо. Рекомендується визначати максимальний момент при номінальній напрузі. Для електродвигунів потужністю понад 100 кВт допускається визначення максимального моменту при зниженій напрузі з подальшим перерахунком пропорційно квадрату  відношення напруг. Звичайно через вплив насичення показник степеня для перерахунку обертаючого моменту перевищує 2. Точніші результати можна одержати, визначаючи максимальний момент при декількох значеннях напруги, і на підставі цього знайти показник степеня залежності обертаючого моменту від напруги.

Найчастіше в якості навантажувальної машини використовують генератор постійного струму. Якщо генератор працює з незмінним збудженням і опором навантаження, то залежність моменту від частоти обертання буде прямолінійною, витікаючою з початку координат, з кутовим коефіцієнтом, пропорційним квадрату магнітного потоку Ф. Такій вид характеристики навантаження дозволяє визначити точку, в якій обертаючий момент випробовуваного двигуна має максимальну величину. Проте часто доводиться знімати всю криву М = f(s), включаючи її нестійку частину, для оцінки провалів кривої моментів, викликаних впливом синхронних і асинхронних моментів від вищих гармонік. В цьому випадку вид кривих навантажень повинен бути іншим, щоб забезпечити стійкі точки перетину з кривою моменту випробовуваного двигуна. Цього можна добитися, наприклад, змінюючи збудження генератора при роботі його на загальну мережу постійного струму.

  1.  Обчислення максимального обертаючого моменту по потужності на валу і частоті обертання при навантаженні електродвигуна.

Випробовуваний асинхронний двигун механічно сполучають з генератором постійного струму з незалежним збудженням, що працює на мережу з регульованою напругою. Зміну навантаження двигуна виробляють регулювання напруги мережі, на яку працює генератор навантаження. Відліки виробляють при сталих показах приладів. Заздалегідь знімають дві характеристики машини постійного струму: холостого ходу  при постійній частоті обертання в генераторному режимі і залежність струму холостого ходу від частоти обертання I0 = f(n) при постійному значенні струму збудження (це значення струму збудження залишається незмінним при визначенні максимального обертаючого моменту) в руховому режимі без випробовуваного двигуна.

Для визначення шуканої кривої залежності обертаючих моментів  асинхронного двигуна від частоти обертання при випробуванні вимірюють струм якоря генератора постійного струму Iя  і частоти обертання випробовуваного двигуна n(об/хв).

Величину обертаючого моменту (Нм) знаходять як:

М=9,55Е0(Iя+I0) /n,

де Е0 - ЕРС холостого ходу.

По одержаній кривій М = f(n) визначаємо максимальний обертаючий момент.

  1.  Визначення мінімального обертаючого моменту.

Достатньо точне визначення величини мінімального обертаючого моменту асинхронного двигуна має важливе значення, оскільки зниження його нижче допустимого за стандартом може привести до “застрявання” електродвигуна на малій частоті обертання при пуску під навантаженням. Такий режим роботи близький до режиму короткого замикання і є аварійним.

Мінімальний обертаючий момент визначають одним з наступних способів:

  1.  з кривої обертаючого моменту, знятої за допомогою реєструючого приладу в процесі пуску;
  2.  при безпосередньому навантаженні генератором постійного струму з незалежним збудженням, що працює на мережу з регульованою напругою (при навантаженні за допомогою генератора постійного струму обертаючий момент визначають безпосередньо або за допомогою тарованого генератора) і при безпосередньому навантаженні тарованою асинхронною машиною, що працює в режимі противовключення і включеною в мережу з регульованою напругою.

Перші два способи додаткових пояснень не вимагають. Третій спосіб заснований на тому, що обертаючий момент асинхронної машини навантаження працюючої в режимі противовключення, залишається практично постійним в діапазоні ковзань від 1 до ковзання, відповідного мінімальному обертаючому моменту, і залежать тільки від величини напруги, що підводиться до машини навантаження. Для уникнення провалів в кривий М = f(n) асинхронної машини в режимі електромагнітного гальма рекомендується в цій машині збільшити повітряний зазор між статором і ротором шляхом додаткової обробки ротора по зовнішньому діаметру, в коло фазного ротора слід включити додаткові активні опори, а в коло статора - додатковий індуктивний опір.

Випробування проводять таким чином:

Асинхронна машина працює в режимі противовключення, тобто магнітне поле її обертається убік протилежне обертанню ротора, що створює відповідний гальмівний момент для випробовуваного двигуна. Гальмівний момент регулюють напругою, що підводиться до машини навантаження, за допомогою джерела регульованої напруги. Асинхронну  машину слідує наперед протарировати, тобто визначити залежність обертаючого моменту на валу від напруги, що підводиться до машини, при роботі її в режимі електромагнітного гальма. При цьому необхідно переконатися у відсутності значних коливань величини гальмівного моменту машини навантаження при фіксованій напрузі в діапазоні ковзання від 1 до 2. Одну і ту ж протаровану асинхронну машину унаслідок постійності моменту при заданій напрузі можна використовувати при випробуванні асинхронних двигунів з різними номінальними частотами обертання.

Для визначення мінімального обертаючого моменту на машину навантаження подають знижену напругу, відповідну певному значенню гальмівного обертаючого моменту. Одночасно з нагрузочною машиною включають на номінальну напругу випробовуваний двигун. Якщо мінімальний обертаючий момент випробовуваного двигуна менше гальмівного обертаючого моменту машини навантаження, то агрегат затримається на проміжній частоті обертання, а якщо мінімальний обертаючий момент випробовуваного двигуна вищий гальмівного, то агрегат досягає повної частоти обертання випробовуваного двигуна.

Пуски випробовуваного двигуна виробляють кілька разів при різних гальмівних моментах на валу, значення яких регулюються напругою, що підводиться до машини навантаження. При випробуванні слід визначати найбільше значення гальмівного моменту, при якому агрегат досягає повної частоти обертання випробовуваного двигуна. Це значення приймають рівним знайденому значенню мінімального обертаючого  моменту в процесі пуску випробовуваного двигуна.

  1.  Визначення відповідності номінальних показників двигунів вимогам стандартів

Номінальними показниками асинхронних двигунів, значення яких встановлені в стандартах або технічних умовах, є: КПД , коефіцієнт потужності cos0, максимальний момент Мм, а для двигунів з короткозамкнутим ротором, крім того, початковий пусковий момент Мп і початковий пусковий струм Iп.

  1.  Методи контролю номінальних показників електродвигунів за наслідками приймально-здавальних випробувань

Зони на параметри приймально-здавальних випробувань ( I0, Iк, Р0 і Рк), розраховані за номінальними показниками електродвигунів з урахуванням допусків на ці показники, дозволяють здійснити контроль номінальних показників електродвигунів за наслідками приймально-здавальних випробувань.

З цією метою за наслідками приймально-здавальних випробувань  необхідно нанести в координатах  I0-Ik; P0-Pk; Ik-Pk крапки  відповідні набутим значенням параметрів приймально-здавальних випробувань. Попадання крапок всередину всіх допустимих зон свідчить про відповідність номінальних показників випробуваного двигуна вимогам технічних умов з урахуванням допусків по ДСТУ. Якщо хоч одна крапка виходить за межі будь-якої із зон, це свідчить про те, що принаймні по одному номінальному показнику електродвигун не задовольняє наказаним вимогам.

По положенню крапок в зонах (в тому випадку, якщо вони виявилися усередині зон) можна також одержати уявлення про величину номінальних показників випробуваного двигуна.

  1.  Автоматизована випробувально-діагностична  система для контролю за якістю електродвигунів з використанням ЕОМ

Для контролю, діагностики і аналізу зміни номінальних показників асинхронного двигуна  пропонується використовувати автоматизовану випробувально-діагностичну  систему із застосуванням ЕОМ, блок-схема якої показана на  рис.3.3.

Алгоритм контролю номінальних показників асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором на даній блок-схемі представлений по значеннях струмів і втрат холостого ходу і короткого замикання (I0, P0, IК, PК).

Методика діагностики  причин відхилень струмів і втрат холостого ходу і короткого замикання в процесі виробництва асинхронних двигунів зводиться до визначення напрямів зсувів крапок в допустимих зонах.

Цифрове вимірювання у вимірювальній системі струмів і втрат холостого ходу і короткого замикання здійснюється по особливому алгоритму. Відповідні канали перетворення вимірювальної системи побудовані на аналогових  інтегруючих перетворювачах змінного струму і потужності трифазного ланцюга з уніфікованими вихідними сигналами постійного струму (0-5 мА).    

Дана система функціонує спільно з випробувальним конвеєром, що має 7 основних позицій випробувань асинхронних двигунів. На першій позиції випробувального стенду контролюється обрив фаз, а на другій - опори ізоляції обмоток щодо корпусу двигуна і між обмотками. На третій і четвертій позиціях здійснюються випробування міжвіткової ізоляції обмоток на електричну міцність. На п'ятій позиції електродвигуни піддаються випробуванням в режимах холостого ходу і короткого замикання. Шоста позиція призначена для випробувань ізоляції обмоток щодо корпусу і між обмотками на електричну міцність, а сьома - для вібраційних випробувань.

Під час випробувань від позицій 1-4, 6 і 7 через вимірювальну систему на входи блоку опору поступають бінарні сигнали. Якщо на відповідній позиції електродвигун не витримує випробування, то виробляється “0” (низький потенціал), якщо витримує - сигнал “1”(високий потенціал).

При випробуваннях асинхронного двигуна по 5-ій позиції, тобто в режимах холостого ходу і короткого замикання, за допомогою вимірювальної системи вимірюються струми і втрати.

Блок сполучення системи здійснює обмін вимірювальною і управляючою інформацією між управляючим обчислювальним пристроєм і зовнішніми пристроями шляхом тимчасового розділення каналів.

Діагностика асинхронних двигунів здійснюються шляхом обробки результатів вимірювань параметрів холостого ходу і короткого замикання випробовуваних двигунів по алгоритму приведеному на рис.3.3.

Далі шляхом обробки результатів вимірювань параметрів холостого ходу і короткого замикання годних асинхронних двигунів здійснюють їх статичний аналіз.

Для кожного годного асинхронного двигуна оформляють протокол випробувань з вказівкою реквізитів двигуна.

Вдосконалення алгоритму  функціонування в програмі ЕОМ направлене на забезпечення цифрового програмного управління роботою вимірювального комплексу і на використовування додаткових процедур контрольно-вимірювальної, випробувальної і діагностичної роботи для підвищення достовірності і глибини контролю параметрів і діагностики асинхронних двигунів.


4. ЕНЕРГЕТИЧНА ЧАСТИНА

4.1.Розрахунок витрат енергоносіїв на засоби автоматизації

По даних підприємства при використанні традиційних універсальних аспіраційних пневмотранспортних систем встановлена потужність аспіраційної системи складає:

Табл. 4.1

№ п/п

Найменування

Марка

Потужність кВт/год

1.

Вентилятор

ЦЗ-04 №4

10

2.

ЦЗ-04 №4

10

3.

КЦЗ-90 №3

15

4.

Разом

35

Враховуючи, що система аспірації працює 8 годин і 252 дні, одержимо:

35*8*252=  70560 кВт/год.    (4.1)

Після проведення автоматизації аспіраційна система споживає менше електроенергії за рахунок зменшення часу роботи вентиляторів. Річна електроенергія, яку споживають вентилятори після автоматизації в середньому становить: 57480 кВт/год.

Враховуючи, що ми вводимо схему керування, контролю і сигналізації, яка споживає 0,105 кВт/год, а в рік:

0,105*8*252=211,68 кВт/год.   (4.2)

А тому загальна річна потужність установки буде становити:

        Табл. 4.2

№ п/п

Найменування

Потужність

кВт/год.

1.

Вентилятори

57480

2.

Електрична схема

211,68

3.

Разом

57691,68

Економічний ефект утвориться в основному за рахунок зменшення споживання електроенергії приводом вентилятора ОСАПРВ, теплової енергії, що видаляється з цеху в холодний період часу у виді нагрітого повітря, теплової й електричної енергії в системі регульованого припливу повітря в цех.


5. ОХОРОНА ПРАЦІ

5.1. Аналіз умов праці, небезпечних і шкідливих

виробничих чинників.

Основна мета заходів щодо охорони праці - ліквідація травматизму і професійних захворювань. Проведення заходів щодо поліпшення умов праці дає відчутний економічний ефект - підвищується продуктивність праці, знижуються витрати на відновлення втраченої працездатності.

Заходи безпеки праці повинні передбачатися при проектуванні, будівництві, виготовленні і введенні в дію об'єктів і устаткування.

Всі заходи щодо охорони праці проводяться з метою захисту учасників трудового процесу від дії небезпечних і шкідливих чинників, що характеризують умови його проведення. В дипломному проекті розглядається розробка системи управління асинхронним двигуном. В даній системі присутні такі небезпечні чинники як частини двигуна, механізми і їх елементи, електричний струм, яким харчуються пристрої, що обертаються. До шкідливих чинників відноситься випромінювання монітора ЕОМ, яке в результаті тривалої дії може привести до стійкого порушення в стані здоров'я, шум, видаваний при роботі друкуючих і копіюючих пристроїв, що знаходяться в приміщенні, відсутність або недолік природного світла, недостатня освітленість робочої зони, статична електрика.

Надають негативну дію такі психофізичні чинники як розумове перенапруження, перенапруження зорових і слухових аналізаторів, монотонність праці, емоційні перевантаження, що приводять до стомлення і зниження працездатності, що розвивається.

Як причини травматизму можна привести в приклад травми від робіт з друкуючими пристроями при знятому кожусі і поразку електричним струмом.

5.2 Вибір і обґрунтовування заходів для створення

безпечних умов праці

Перша вимога правил пристрою електроустановок (ПУЕ) відносно занулення:

провідності фазних і нульових захисних провідників повинні бути такими, щоб при замиканні на корпус виконувалося відношення Iкз >= 3 Iн найближчої плавкої вставки;

вставка струму регульованого автоматичного вимикача повинна мати характеристику, назад залежну від струму характеристику.

Друга вимога ПУЕ полягає в тому, щоб виконувалася умова rн =< 2 rф.

Звичайно перша вимога виконується автоматично, і задача організації занулення зводиться до правильного вибору опору нульового провідника. Перетин мідного або алюмінієвого захисного провідника в цьому випадку повинен бути не менше 50% перетину фазного провідника. Для сталевих провідників слід використовувати таблиці, приведені в ПУЕ і питомі опори, що містять, для різних значень Iз.

Для зменшення опору ланцюга занулення, захисний нульовий провідник сполучають зі всіма заземленими металевими конструкціями. Установка в нульовий захисний провідник плавких вставок і вимикачів забороняється.

Електричні установки, до яких відноситься практично все устаткування ЕОМ, представляють для людини велику потенційну небезпеку, оскільки в процесі експлуатації або проведенні профілактичних робіт людина може торкнутися частин, що знаходяться під напругою. Специфічна небезпека електроустановок: струмоведучі провідники, корпуси стійок ЕОМ і іншого устаткування, що виявилося під напругою в результаті пошкодження (пробою) ізоляції, не подають яких-небудь сигналів, які попереджають людину про небезпеку. Реакція людини на електричний струм виникає лише при протіканні останнього через тіло людини. Виключно важливе значення для запобігання електротравматизму має правильна організація обслуговування  електроустановок, проведення ремонтних, монтажних і профілактичних робіт. При цьому під правильною організацією розуміється строге виконання ряду організаційних і технічних заходів і засобів, встановлених діючими «Правилами технічної експлуатації електроустановок споживачів і правила техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів» (ПТЕ і ПТБ споживачів) і «Правила установки електроустановок» (ПУЕ). Залежно від категорії приміщення необхідно вжити певних заходів, що забезпечують достатню електробезпеку при експлуатації і ремонті електроустаткуванні. Так, в приміщеннях з підвищеною небезпекою електроінструменти, переносні світильники повинні бути виконаний з подвійною ізоляцією або напруга живлення їх не повинна перевищувати 42 В.

В особливо небезпечних же приміщеннях напруга живлення переносних світильників не повинна перевищувати 12 В. Роботи без зняття напруги на струмоведучих  частинах і поблизу них, роботи проводяться безпосередньо на цих частинах або при наближенні до них на відстань менш встановленого ПЕУ. До цих робіт можна віднести роботи по наладці окремих вузлів, блоків. При виконанні такого роду робіт в електроустановках до 1000 В необхідне застосування певних технічних і організаційних заходів, таких як:

  •  огорожі, розташовані поблизу робочого місця і інших струмоведучих частин, до яких можливо випадковий дотик;
  •  робота в діелектричних рукавичках або стоячи на діелектричному килимку;
  •  застосування інструменту з ізолюючими рукоятками, за відсутності такого інструменту слід користуватися діелектричними рукавичками.

Роботи цього вигляду повинні виконаються не менше ніж двома працівниками.

Відповідно до ПТЕ і ПТВ споживачам і обслуговуючому персоналу електроустановок пред'являються наступні вимоги :

особи, що не досягли 18-річного віку, не можуть бути допущений до робіт в електроустановках;

особи не повинні мати пошкоджень і хвороб, що заважають виробничій роботі;

особи повинні після відповідної теоретичної і практичної підготовки пройти перевірку знань і мати посвідчення на доступ до робіт в електроустановках.

Розрядні струми статичної електрики частіше за все виникають при дотику до будь-якого з елементів ЕОМ. Такі розряди особливої небезпеки для людини не представляють, але окрім неприємних відчуттів вони можуть привести до виходу з ладу ЕОМ. Для зниження величини виникаючих зарядів статичної електрики покриття технологічної полови слід виконувати з одношарового полівінілхлоридного антистатичного лінолеуму.

Іншим методом захисту є нейтралізація заряду статичної електрики іонізованим газом. В промисловості широко застосовуються радіоактивні нейтралізатори. До загальних заходів захисту від статичної електрики можна віднести загальне і місцеве зволоження повітря.

При експлуатації ЕОМ, як правило, застосовується бічне природне освітлення. В тих випадках, коли одного природного освітлення не вистачає, встановлюється суміщене освітлення. При цьому додаткове штучне освітлення застосовується не тільки в темне, але і в світлий час доби.

Штучне освітлення по характеру виконуваних задач ділиться на робоче, аварійне, евакуаційне. Раціональне колірне оформлення приміщення направлений на поліпшення санітарно-гігієнічних умов праці, підвищення його продуктивності і безпеки. Забарвлення приміщення, де працює користувач ЕОМ впливає на нервову систему людини, його настрій і кінець кінцем на продуктивність і доцільно офарблювати відповідно до кольору технічних засобів. Освітлення приміщення і устаткування повинне бути м'яким, без блиску.

Зниження шуму, створюваного на робочому місці внутрішніми джерелами, а також шуму проникаючого ззовні, є дуже важливою задачею. Зниження шуму в джерелі випромінювання можна забезпечити застосуванням пружних прокладок між підставою машини, приладу і опорною поверхнею. Як прокладки використовуються гума, повсть, пробка, різної конструкції амортизації. Під настільні апарати, які шумлять можна підкладати м'які килимки з синтетичних матеріалів, а під ніжки столів, на яких вони встановлені, - прокладки з м'якої гуми, повсті, завтовшки 6 - 8 мм Кріплення прокладок можливо шляхом того, що приклеїв їх до опорних частин.

Можливо також застосування звукоізолюючих кожухів. Не менше важливим для зниження шуму в процесі експлуатації є питання правильного і своєчасного регулювання, змазування і заміни механічних вузлів гучного  устаткування. Зниження рівня шуму може бути також досягнутий збільшенням звукоізоляції захищаючих конструкцій, ущільненням по периметру притворів вікон, дверей.

Раціональне планування приміщення, розміщення устаткування є важливим чинником, що дозволяє понизити шум при існуючому устаткуванні ЕОМ.

Таким чином для зниження шуму створюваного на робочих місцях внутрішніми джерелами, а також шуму, проникаючого ззовні слідує :

послабити шум самих джерел (застосування екранів, звукоізолюючих кожухів);

понизити ефект сумарної дії відображених звукових хвиль (звукопоглинальні поверхні конструкцій );

застосовувати раціональне розташування устаткування;

використовувати архітектурно-планувальні і технологічні рішення ізоляцій джерел шуму.

5.3 Інструкція по охороні праці, при монтажі і експлуатації системи

Правила по техніці безпеки при монтажі і експлуатації повинні відповідати '' Правилам технічній експлуатації електроустановок споживачів і правилам техніки безпеки при експлуатації електроустановок користувачами '' в частині, що стосується електроустановок до 1000 В.

Корпус пристрою збору інформації при експлуатації повинен бути надійно заземлений через кріплення до стійки. При технічному обслуговуванні (ремонті) вузлів системи температура жала паяльника при лудінні і паянні мікросхем повинна бути не більш + 260' З, а час паяння не повинен перевищувати 5 сек. Жало паяльника необхідно заземлити. При паянні обов'язково застосування заходів захисту корпусів мікросхем і транзисторів від попадання флюсу і припою.

Напруга живлення електропаяльника не повинна перевищувати 36 В, а потужність не більше 40 Вт.

  1.  Розрахунок освітлення робочого місця оператора

Одним з основних питань охорони праці є організація раціонального освітлення виробничих приміщень і робочих місць.

Для освітлення приміщення, в якому працює оператор, використовується змішане освітлення, тобто поєднання природного і штучного освітлення. Природне освітлення – здійснюється через вікна в зовнішніх стінах будівлі.

Штучне освітлення – використовується при недостатньому природному освітленні і здійснюється за допомогою двох систем: загального і місцевого освітлення. Загальним називають освітлення, світильники якого освітлюють всю площу приміщення. Місцевим називають освітлення, призначене для певного робочого місця.

= 6.53.7 = 24 м2

Виберемо з таблиці коефіцієнт використовування світлового потоку за наступними даними:

коефіцієнт віддзеркалення побіленої стелі Rп = 70%;

коефіцієнт віддзеркалення від стін, забарвлених в світлу фарбу Rст = 50%;

= 0.7,

де – висота приміщення = 3.5 м. Тоді по таблиці знаходимо (для люмінесцентних ламп i=0.7)  = 0.38.

Визначаємо загальний світловий потік:

лм

Найприйнятнішими для приміщення є люмінесцентні лампи ЛБ (білого світла) або ЛТБ (тепло-білого світла), потужністю 20, 40 або 80 Вт.

Світловий потік однієї лампи ЛТБ40 складає F1=3100 лм, отже, для отримання світлового потоку Fобщ=31263.2 лм необхідно N ламп, число яких можна визначити по формулі

Підставимо значення, одержані вище:

ламп.

Таким чином, необхідно встановити 10 ламп ЛТБ40.

Електрична потужність всієї освітлювальної системи обчислюється по формулі:

, Вт,

де P1 – потужність однієї лампи = 40 Вт, N – число ламп = 10.

Вт

Для виключення свічення екранів дисплеїв прямі світлові потоки світильники загального освітлення мають в своєму розпорядженні збоку від робочого місця, паралель лінії зору оператора і стіні з вікнами. Таке розміщення світильників дозволяє виробляти їх послідовне включення залежно від величини природної освітленості і виключає роздратування очей смугами світла і тіні, що чергуються, виникаюче при поперечному розташуванні світильників .

Розрахунок місцевого світлового потоку не виробляється, оскільки в даному випадку рекомендується система загального освітлення щоб уникнути відображеної блиску  від поверхні столу і екрану монітора.

Коефіцієнт пульсації освітленості:

,

де Emax, Emin і Eср показники освітленості для газорозрядних ламп при живленні їх змінним струмом – відповідно максимальна, мінімальна і середня.

Візьмемо аналогічно люмінесцентну лампу приблизно тій же потужності. Включенням суміжних ламп в різні фази (групи) трифазної електричної мережі можливо добитися зменшення коефіцієнта пульсації КП з 35 до 3 – тобто майже в 12 разів


5.5 Протипожежний захист

Пожежі представляють особливу небезпеку, оскільки зв'язані з великими матеріальними втратами. Як відомо пожежа може виникнути при взаємодії горючих речовин, окислення і джерел запалення. Горючими компонентами є: будівельні матеріали для акустичної і естетичної обробки приміщень, перегородки, дверей, поли, ізоляція кабелів і ін.

Протипожежний захист - це комплекс організаційних і технічних заходів, направлених на забезпечення безпеки людей, на запобігання пожежі, обмеження його розповсюдження, а також на створення умов для успішного гасіння пожежі.

Джерелами спалаху можуть бути електронні схеми від ЕОМ, прилади, вживані для технічного обслуговування, пристрої електроживлення, кондиціонування повітря, де в результаті різних порушень утворюються перегріті елементи, електричні іскри і дуги, здатні викликати загоряння горючих матеріалів.

В сучасних ЕОМ дуже висока густина розміщення елементів електронних схем. В безпосередній близькості один від одного розташовуються сполучні дроти, кабелі. При протіканні по них електричного струму виділяється значна кількість теплоти. При цьому можливо оплавлення ізоляції. Для відведення надмірної теплоти від ЕОМ служать системи вентиляції і кондиціонування повітря. При постійній дії ці системи є додатковою пожежною небезпекою.

Енергопостачання приміщення здійснюється від трансформаторної станції. На трансформаторних підстанціях особливу небезпеку представляють трансформатори з масляним охолоджуванням. У зв'язку з цим перевага слідує віддавати сухим трансформаторам.

Для більшості приміщень, де розміщені ЕОМ, встановлена категорія пожежної небезпеки В.

До засобів гасіння пожежі, призначених для локалізації невеликих спалахів, відносяться пожежні стовбури, внутрішні пожежні водопроводи, вогнегасники, сухий пісок, азбестові ковдри і т.п.

Для гасіння пожеж на початкових стадіях широко застосовуються вогнегасники. По виду вогнегасної речовини, що використовується, вогнегасники підрозділяються на наступні основні групи.

Пінні вогнегасники, застосовуються для гасіння рідин, різних матеріалів, конструктивних елементів і устаткування, що горять, окрім електроустаткуванні, що знаходиться під напругою.

Газові вогнегасники застосовуються для гасіння рідких і твердих речовин, а також електроустановок, що знаходяться під напругою. В приміщеннях, де присутні ЕОМ застосовуються головним чином вуглекислі вогнегасники, гідністю яких є висока ефективність гасіння пожежі, збереження електронного устаткування, діелектричні властивості вуглекислого газу, що дозволяє використовувати ці вогнегасники навіть у тому випадку, коли не вдається знеструмити електроустановку відразу.

Для виявлення початкової стадії загоряння і сповіщення службу пожежної охорони використовують системи автоматичної пожежної сигналізації (АПС). Крім того, вони можуть самостійно приводити в дію установки пожежогасінні, коли пожежа ще не досягла великих розмірів. Системи АПС складаються з пожежних сигналізацій, ліній зв'язку і приймальних пультів (станцій).

Відповідно до «Типових правил пожежної безпеки для промислових підприємств» зали ЕОМ, приміщення для зовнішніх пристроїв, що запам'ятовують, підготовки даних, сервісної апаратури, архівів, копіювально-розмножувального устаткування і т.п. необхідно обладнати димовими пожежними сигналізаціями. В цих приміщеннях на початку пожежі при горінні різних пластмасових, ізоляційних матеріалів і паперових виробів виділяється значна кількість диму і мало теплоти.


6. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

6.1. Техніко-економічне обґрунтування впровадження системи управління розстойною шафою

Необхідність впровадження системи управління разстойною шафою обумовлюється  розвитком технічного прогресу у області хлібопечення, вдосконаленням напівпровідникових і інших пристроїв і матеріалів, використовуваних в конструкції приладів; вимогами забезпечення поліпшення якості виробів, що випікаються, зменшення відсотка браку, зниження трудомісткості і складності операції розстойки тістових заготовок.

  1.  Визначення потреб народного господарства в даній техніці

Система управління, що розробляється, призначена для розстойної шафи, що входить до складу мініпекарні. Потреба народного господарства в даній техніці велика, оскільки розстойна шафа використовується в хлібопекарській промисловості, а хліб основний продукт живлення в нашій країні і в багатьох інших країнах світу.

Потреба населення в хлібобулочних виробах не зменшується. Зростає попит на різні види хлібобулочних виробів. Асортимент продукції, що випускається мініпекарнями, дуже широкий. Багато пекарень випускають продукцію по своїх власних рецептах, якими не користуються в інших пекарнях. Жоден хлібозавод або пекарня не може випускати весь спектр виробів. Тому організовуються нові пекарні, до складу яких обов'язково входять розстойні шафи.

Вимоги до продукції, що випускається, дуже високі. Проектована система управління розстойною шафою дозволяє підтримувати оптимальні для розстойки тістових заготовок умови в камері розстойної шафи. Отже, покращується якість виробів, що випікаються, зменшується відсоток браку, знижується трудомісткість і складність розстойки тістових заготовок.

Тому існують величезні перспективи розвитку потреб в розстойних шафах, а отже і в системах управління розстойними шафами.

  1.  Визначення економічної ефективності проектованої СУ розстойною шафою

Економічна ефективність окремих видів нової техніки визначається на основі загальних  єдиних принципів, які включає Типова методика; основний з них - принцип порівняння ефекту і витрат.

Розрізняють загальну (абсолютну) і порівняльну економічну ефективність проектованого приладу. Порівняльна економічна ефективність розраховується для вибору варіанту рішення технічних задач; вона показує, наскільки один варіант приладу економічніший за інше.

Абсолютна економічна ефективність обчислюється для визначення фактичної ефективності капітальних вкладень в проектований прилад в народному господарстві.

Критерієм порівняльної економічної ефективності є мінімум приведених витрат (З). Приведені витрати по кожному варіанту є сумою поточних витрат (собівартості) і капітальних вкладень, приведених до однакової розмірності відповідно до нормативу ефективності. Найбільш економічний варіант нової техніки, якому відповідають якнайменші приведені витрати при однаковому об'ємі виконуваної корисної роботи

З = С + Ен До  min,

С - собівартість приладу;

C1 = 500 грн. - собівартість базової СУ

C2 = 750 грн. - собівартість проектованої СУ

К - питомі капітальні вкладення до виробничих фондів (визначаються як нормована величина),

К = 0,9 С,

 К1= 450 грн.;

  К2= 675 грн.;

Eн - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень,

Ен = 0,17.

Маємо:

З1 = 500 + 0,17 450 = 578,50 грн.,

З2 = 750 + 0,17 675 = 864,75 грн.  

Мінімальна оптова ціна базового і проектованого СУ:

Цм = Снт  (1 + Рс ),

де Рс - коефіцієнт рентабельності виробу, що відображає відношення прибули до собівартості продукції (Рс = 0,130,2 ),

Тоді:

Цм1 = 500 (1 + 0,15 ) = 575 грн.;

Цм2 = 750 (1 + 0,15 ) = 862,50 грн.

Розрахунок порівняльної економічної ефективності проведемо по формулі:

де З12 - приведені витрати на виготовлення базового і проектованого приладу;

В1, В2 - продуктивність (потужність) базового і    проектованого приладу;

У зв'язку із зменшенням кількості, браку викликаним застосуванням проектованої СУ, продуктивності базового і проектованого СУ співвідносяться як:

В2 / В1 = 1,2

Р1, Р2 - частка амортизаційних відрахувань на реновацію (повне відновлення) базового і нового приладу;

 

де Тс - термін служби приладу;

 Р1 = 1/2 = 0,5;

 P2 = 1/10 = 0,1

Ерб, Ерн - експлуатаційні витрати по базовому пристрою на зіставний об'єм роботи (зіставну потужність) і новому приладу;

де Ерб - річні експлуатаційні витрати по базовому приладу;

При розрахунку річних експлуатаційних витрат враховуються тільки ті витрати по експлуатації, які зазнають зміни при зіставленні з порівнюваним пристроєм:

Ер = А + Рт + Ен,

де А - амортизація техніки, обчислювана виходячи з її терміну служби (Тс):

А = Цм / Тс;

А1 = 575 / 2 = 287,50 грн.

А2 = 862,50 / 10 = 86,25 грн.

Рт - витрати на поточний ремонт техніки, обчислювані по нормативу у відсотку до її вартості:

Рт = Цм  Нр / 100,

де Нр - норматив витрати засобів на ремонт у відсотку до оптової ціни (37%);

Рт1 = 575 5 / 100 = 28,75 грн.

Рт2 = 862,50 5 / 100 = 43,13 грн.

Ен - витрати на електроенергію:

Ен = Мт  Тч  Се,

де Мт - споживана потужність, кВт;

Тч - час роботи техніки за рік, ч;

Се - вартість одного кВт-ч енергії;

Се = 0,1 грн.

Тоді:

Ен1 = 7500 3,0 0,1 = 2250 грн.

Ен2 = 7500 2,5 0,1 = 1875 грн.

Звідки:

Ерн = Ер2 = 86,25 + 43,13 + 1875 = 2004,38 грн .

Ерб = Ер1 = 287,50 + 28,75 + 2250 = 2566,25 грн.

отже:

Ерб’ = 2566,25 1,2 = 3079,5 грн.

К1, К2 - супутні капітальні вкладення для експлуатації базового приладу на зіставний об'єм роботи (зіставну потужність) нового приладу

Величини К1, К2 можуть прийматися укрупнено 

К1,2= 0,05 С1,2;

Маємо:

К1 = 0,05 500 = 25 грн.;

К2 = 0,05 750 = 37,5 грн.;

Тоді:   К1 = 25 1,2 = 30 грн.

- середньорічний випуск нового приладу,

де N - потреба народного господарства в проектованому приладі;

N = 20000 шт.

Тп - період виробництва.

Тп = 10 років,

Звідки порівняльна економічна ефективність проектованої СУ складає:

Розрахунок абсолютної економічної ефективності приладу виробляється з урахуванням показника його економічної і техніко-економічної прогресивності.

Економічна прогресивність техніки - економічність її експлуатації - визначається по формулі

де Ерб, Ерн - річні експлуатаційні витрати по замінюваному базовому і проектованому новому пристрою,

Ету- технічна прогресивність проектованого приладу.

Технічна прогресивність техніки є передумовою її економічної прогресивності і визначається сукупністю параметрів, що відображають в цілому рівень її якості, перевершуючий рівень якості кращих зразків вітчизняної і зарубіжної техніки.

Рівень економічної ефективності проектованого приладу визначається з урахуванням його технічної прогресивності в порівнянні з існуючими приладами, параметри яких відомі.

Для визначення Ету виробляється вибір його аналога (прототипу). Як прототип вибирається техніка, схожа за цільовим призначенням і відмінна від проектованої конструктивними або схемними рішеннями.

При оцінці рівня технічної прогресивності розробляється СУ її параметри зіставляються з конструкціями аналогічних СУ, відповідними проектованому об'єкту за призначенням і області застосування.

Поліпшення параметрів проектованої системи управління  по порівняння з аналогом і їх питома значущість занесені в таблицю:


Таблиця 6
.1. 

Порівняння проектованої СУ з аналогом

№ п/п

Найменування параметрів

Поліпшення параметрів в порівнянні з аналогом А, раз

Значущість j

1

Точність підтримки температури

3

0.3

2

Точність підтримки вогкості

1.5

0.4

3

Ресурс

5

0.1

4

Безпека роботи

2

0.2

Показник технічної прогресивності проектованого приладу:

,

де Aj - покращення значення j-го параметра проектованого приладу;

j- значення значущості j-го параметра;

n - кількість даних параметрів.

З урахуванням табличних значень показник технічної прогресивності

Ету = 30.3 +1,50,4 + 50,1 +20,2 = 2,4

У зв'язку з цим, для проектованої СУ:

Рівень техніко-економічної прогресивності пристроюп) оцінюється по формулі

Еп = Ету  Еее,

Для проектованої СУ маємо:

Еп = 2,4 1,784 = 4,282

Показники техніко-економічної прогресивності проектованої СУ використовуємо для визначення її ціни і ефективності в народному господарстві.

Економічний ефект від використовування проектованого приладу залежно від його характеру і цільового призначення обчислюється у вигляді економії від зниження експлуатаційних витрат по використовуванню приладу Ефе, обчислюється по формулі:

Ефе = Ерб Ету – Ерн,

І, для проектованої СУ:

Ефе = 2566,25 2,4 – 2004,38 = 4154,64 грн.

Рівень госпрозрахункової ефективності пристрою:

де Цв - можлива ціна проектованої СУ;

Ен - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень, рівний 0,15;

Цв = Цм + Ец.

Частка ефекту у споживача, що включається в ціну проектованого пристрою, може бути розрахована по формулі:

Звідки для проектованої СУ:

Цв = 862,5 + 1932,4 = 2794,9 грн.

І рівень госпрозрахункової ефективності проектованої СУ:

Оскільки при встановленні оптових цін необхідно передбачати зниження їх рівня на одиницю корисного ефекту, то перевіримо цю умову.

Для цього розрахуємо коефіцієнт відносної ціни проектованого пристрою на одиницю корисного ефекту:

де Рс - коефіцієнт рентабельності виробу, що відображає відношення прибули  до собівартості продукції:

Рс = 0,13 0,20.

При дотриманні вказаної умови Ецо < 1.

Для нашої СУ:

Тобто ціна проектованої СУ на одиницю корисного ефекту  менше, ніж у аналога.

Рівень народногосподарської ефективності проектованого приладу визначають по формулі

де Узр - витрати на розробку пристрою з розрахунку на одиницю його серійного виробництва:

Узр = Зр / N,

Для проектованої СУ:

Узр = 152677 / 20000 = 7,63;

і

Це значно більше, ніж нормативний коефіцієнт капітальних вкладень, рівний 0,17. З цього робимо висновок, що розробка СУ разстойної шафи була економічно доцільна.


ПЛАКАТ

Точна математична модель процесів у шафі відстоювання тіста

Модель підтримки заданої температури

Рівняння теплового балансу шафи відстоювання:

Qпов = Qтен + Qпара - Qтіста - Qвіз - Qст,

де Qпов  - теплота витрачається на прогрівання повітря;

 Qтен    - тепловий потік з поверхні ТЕНов;

 Qпара  - кількість теплоти, що вноситься в камеру розтойної шафи разом з парою, необхідною для підтримки в камері шафи заданого рівня відносної вологості повітря;

  Qтіста - кількість теплоти, що йде на прогрівання тіста;

  Qвіз  - кількість теплоти, що йде на прогрівання візків;

 Qст    - втрата тепла через стінки.

Модель підтримки заданої вологості повітря

Відносна вологість повітря в розстойній шафі знаходиться по рівнянню:

пов = п / max,

де max  - максимально можлива абсолютна вологістю повітря при даній температурі;

 п  - дійсна абсолютна вологість ненасиченого повітря, швидкість зміни якої (dп/dt)може бути виражена як:

,

де   Vпов         - об'єм циркулюючог вологого повітря;

      Gвитрат  - витрата пари на конденсацію на стінках камери розстойної шафи і на поверхні тістових заготовок;

       Gпар     - витрата пари на зволоження повітря в камері розстойної шафи:

Gпар = Ртен вл / r,

де     r   - теплота паротворення води;

Ртен вл    - потужність ТЕНів, використовуваних для підігріву і випаровування води, з метою зволоження повітря в розстойній шафі.

Спрощена математична модель процесів у шафі відстоювання тіста

Рівняння теплового балансу розстойної шафи

Рівняння теплового балансу розстойної шафи:

Qпов = Qтен - Qтіста - Qвіз - Qст,

де      Qпов - теплота витрачається на прогрівання повітря;

         Qтен - тепловий потік з поверхні ТЕНів;

         Qтіста - кількість теплоти, що йде на прогрівання тіста;

 Qвіз - кількість теплоти, що йде на прогрівання візків;

 Qст   - втрата тепла через стінки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47371. Компьютерная графика. Графическое представление информации 57.87 KB
  Графическое представление информации используется во многих областях визуальной коммуникации: от произведений изобразительного искусства, которое призвано будить у человека эмоции и вызывать чувство прекрасного, до всевозможных символов, например дорожных знаков, которые предназначены только для информативных целей и у опытных водителей могут даже не достигать области осознаваемого восприятия.
47372. Системы оптического распознавания текста 25.01 KB
  Системы оптического распознавания текста (Optical Character Recognition — OCR-системы) предназначены для автоматического ввода печатных документов в компьютер.
47373. Системы машинного перевода 24.33 KB
  Традиционный перевод текстов, т.е. без применения средств автоматизации, многих перестает устраивать, поскольку требует больших затрат времени и, главное, знаний и навыков. Благодаря возможностям компьютера появилась возможность перевода текстов без знания языка и достаточно быстро.
47374. Расчет внутрицеховой сети и электрофикация участка 112.21 KB
  Электрическая энергия - самый распространенный вид энергии, который используется человеком. На протяжении истории республики Беларусь электроэнергетика была важнейшим рычагом в осуществлении структурного и технического производства в народном хозяйстве.
47375. Кинематические характеристики механизмов 843 KB
  Основным назначением механизма является выполнение им требуемых движений. Эти движения могут быть описаны посредствам его кинематических характеристик. К ним относят координаты точек и звеньев, их траектории, скорости и ускорения...
47376. Работа с аудио- и видеофайлами 48.32 KB
  При кодировании звука этот сигнал надо представить в виде последовательности нулей и единиц. На качество воспроизведения закодированного звука в основном влияют два параметра: частота дискретизации - количество измерений амплитуды за секунду в герцах и глубина кодирования звука (битрейт)...
47377. Психологическая оценка особенностей эмоциональной сферы младших школьников из неполных семей 377.5 KB
  Эмоции – особый класс психических процессов и состояний, связанных с инстинктами, потребностями и мотивами, и отражающих форму непосредственного переживания, значимость действующих на индивида явлений и ситуаций для осуществления его жизнедеятельности.
47379. Установление типа производства 49 KB
  Тип производства и соответствующая ему форма организации работы определяют характер ТП и его построение. Поэтому прежде чем приступить к проектированию ТП механической обработки деталей, необходимо исходя из заданной производственной программы