Делаем вывод, что упрощенная математическая модель может быть с успехом использована для расчета параметров работы расстойного шкафа и его системы управления.

Выбор элементов и конструкции системы управления расстойным шкафом Состав системы управления

Исходя из требований, предъявляемых к системе управления расстойным шкафом, входящим в состав минипекарни, в данном дипломе была выбрана следующая конструкция СУ, представленная на чертежах.

В состав данной системы управления входят следующие элементы: Блок подогрева и увлажнения циркулирующего воздуха

    Конструктивные элементы
    Герметичная металлическая емкость ;
    Верхняя крышка;
    Крышка ТЭНов;
    Крышка датчиков уровня воды;
    Нагревательные элементы (ТЭНы)
    ТЭН подогрева воздуха;
    ТЭН подогрева воды;
    Элементы систем подачи и слива воды
    Фильтр поступающей воды;
    Электроклапан подачи воды;
    Электроклапан подачи воды для очистки от накипи;
    Наливные и сливные трубопроводы;
    Сливной насос;
    Элементы системы циркуляции влажного воздуха
    Циркуляционный вентилятор;

Приводной мотор циркуляционного вентилятора (асинхронный трехфазный двигатель 4АМ80Л4);

    Воздуховод;
    Датчики
    Датчик температуры циркулирующего воздуха;
    Датчик относительной влажности циркулирующего воздуха;
    Датчик предельно допустимой температуры ТЭНов;
    Датчики уровня воды
    Датчик максимального уровня воды;

Датчик минимального уровня воды, при котором начинается ее доливка; Датчик опасного, вследствие оголения ТЭНов поддержания влажности, уровня воды;

    Блок электронной системы автоматического управления
    Автоматический отключатель;
    Предохранители;
    Преобразователь частоты ACS 301-2P1-3 фирмы АББ;
    Система автоматического управления;
    Реле включения ТЭНов

Реле включения ТЭНа поддержания температуры циркулирующего воздуха; Реле включения ТЭНа поддержания относительной влажности циркулирующего воздуха;

    Трансформатор для питания мотора сливного насоса;
    Задатчики
    Задатчик скорости вращения циркуляционного вентилятора;
    Задатчик допуска поддерживаемой температуры;
    Разъемы
    Разъем питания;
    Разъем датчиков;
    Разъем панели управления;

Разъем сервисный, служащий для наладки, контроля и поиска неисправности в системе управления расстойным шкафом;

    Панель управления
    Выключатели
    Выключатель питания;
    Выключатель управления;
    Задатчики
    Здатчик температуры;
    Задатчик влажности;
    Индикатор температуры;
    Индикаторные лампы
    Лампа включения питания;
    Лампа возникновения неисправности;
    Лампа включения сливного насоса;

Лампа включения ТЭНа поддержания температуры циркулирующего воздуха; Лампа включения ТЭНа поддержания относительной влажности циркулирующего воздуха;

    Принцип работы системы управления расстойным шкафом

При включении выключателя питания СУ расстойным шкафом запускает мотор циркуляционного вентилятора, который обеспечивает циркуляцию воздуха в камере расстойного шкафа. При этом на панели управления загорается лампа включения питания. Скорость вращения мотора циркуляционного вентилятора, влияющая на скорость циркуляции воздуха, задается с помощью задатчика скорости циркуляционного вентилятора и поддерживается с помощью преобразователя частоты. Одновременно происходит слив воды из блока подогрева и увлажнения циркулирующего воздуха с последующим набором новой воды и переходом в режим очистки ТЭНов поддержания влажности от накипи, путем их кратковременного включения с непрекращающимся сливом и набором воды. Во время этой операции на панели управления горит лампа Слив/Очистка.

При включении выключателя управления СУ переходит в режим поддержания температуры и относительной влажности, заданных задатчиками температуры и влажности.

При недостаточной температуре циркулирующего воздуха в камере расстойного шкафа система управления выдает сигнал на включение ТЭНов поддержания температуры, которые, находясь в потоке циркулирующего воздуха, нагревают его, а он, в свою очередь, передает энергию тестовым заготовкам, расположенным на тележках в камере расстойного шкафа. О работе ТЭНов поддержания температуры воздуха информирует соответствующая лампа на панели приборов, горящая при включенных ТЭНах. При превышении температуры циркулирующего воздуха заданной с помощью задатчика температуры на панели управления на величину допуска, установленного задатчиком допуска на поддерживаемую температуру, система управления выдает сигнал на отключение ТЭНов поддержания температуры. Циркулирующий в камере расстойного шкафа воздух за счет потерь энергии через стенки и на прогрев тестовых заготовок и тележек начинает охлаждаться. При понижении его температуры до нижнего значения допуска, система управления выдает сигнал на включение ТЭНов подогрева воздуха. Таким образом обеспечивается поддержание заданной температуры циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха. Поддержание относительной влажности циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха происходит аналогично. При недостаточной влажности система управления выдает сигнал на включение ТЭНов поддержания влажности, которые, находясь в воде, нагревают ее. При этом испарившаяся часть воды идет на увлажнение циркулирующего в камере расстойного шкафа воздуха. При достижении заданной с помощью задатчика относительной влажности на панели управления влажности воздуха система управления выдает сигнал на отключение, а при ее понижении (за счет конденсации) на величину допуска - на включение ТЭНов поддержания влажности. О работе ТЭНов поддержания относительной влажности воздуха в камере расстойного шкафа информирует соответствующая лампа на панели приборов, горящая при включенных ТЭНах. Уровень воды в блоке увлажнения и нагрева поддерживается автоматически.

Система управления обеспечивает безопасность работы расстойного шкафа. Для предотвращения последствий коротких замыканий электрические цепи питания снабжены автоматическими отключателями и предохранителями. Для предотвращения поражения обслуживающего персонала пекарни электротоком выполнено защитное зануление. Для предотвращения перегрева ТЭНов поддержания температуры предусмотрен датчик допустимой температуры данных ТЭНов, а для предотвращения перегрева ТЭНов поддержания влажности предусмотрен датчик контроля минимально допустимого уровня воды в блоке подогрева и увлажнения. При любой неисправности система управления отключает все работающие устройства и подает сигнал путем зажигания на панели управления лампы неисправности.

    Расчет параметров СУ, обеспечивающих заданный режим
    Выбор мощности ТЭНов

Мощность ТЭНов в системе управления расстойным шкафом должна удовлетворять следующим условиям:

Должен быть обеспечен быстрый выход в установившийся режим работы расстойного шкафа;

Периодичность циклов включения-выключения ТЭНов не должна быть очень высокой и слишком низкой;

Допустимая температура нагрева ТЭНов не должна превышаться. Путем перебора нескольких значений мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха в камере расстойного шкафа и последующего расчета переходного процесса с помощью программы (см. Приложение 1) было выяснено, что оптимальной для данного объема камеры расстойного шкафа и заданного допуска на отклонение поддерживаемой температуры является мощность ТЭНов, равная

    Pтэн =2000 Вт.

При такой мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха процесс выхода в установившееся состояние занимает примерно 15 минут, периодичность циклов включения? выключения составляет около 2-х минут, а перегрев ТЭНов выше максимально допустимой температуры не происходит.

Выбор мощности ТЭНов поддержания влажности воздуха в камере расстойного шкафа произведем из условия, что нагрев испаряемой воды с температуры начала расстойки до температуры кипения должен происходить не более чем за 5ё10 мин с начала процедуры расстойки: Tтэн вл = cводы ґ mводы ґ (100 - T1)/t,

    где cводы - теплоемкость воды:
    cводы = 4200 Дж/(кгґгр);
    mводы - масса воды в блоке увлажнения и подогрева:
    mводы = 5 кг;
    T1 - температура воды в начале расстойки:
    T1 = 20°С.
    Тогда:
    Tтэн вл = 4200 ґ 5 ґ (100 - 20)/ 450 = 3733 Вт.
    Выбираем Tтэн вл = 4000 Вт.
    Выбор допуска на отклонение температуры

При моделировании процессов в расстойном шкафу было выяснено, что необходимо выбирать допуск на отклонение поддерживаемой температуры от заданной, по границам которого система управления включает и выключает ТЭНы, меньше чем данный в задании. Это связано с тем, что при поддержании температуры в камере расстойного шкафа присутствуют большие запаздывания, вызванные характером моделируемого объекта. По результатам моделирования с различными допусками на отклонение температуры стало ясно, что оптимальным для данного случая является допуск на отклонение поддерживаемой температуры в 2 раза более строгий, чем данный в задании. Такой допуск обеспечивает невыход температуры за допустимые пределы и, в то же время, не делает слишком коротким цикл включения-выключения ТЭНов, что положительно сказывается на их ресурсе и ресурсе включающих их реле.

    Расчет циркуляционного вентилятора

Подбор циркуляционного вентилятора осуществляется по его объемной производительности (Vцир) и напору (Нцир).

    Объемная производительность расчитывается по формуле:
    Vцир = uвозд ґ fшк / 2 ,

где uвозд - скорость движения воздуха в камере расстойного шкафа: uвозд =0, 4 м/c

    fшк - площадь живого сечения камеры расстойного шкафа:
    fшк = 1 м2,
    тогда
    Vцир = 0, 4 ґ 1 / 2 = 0, 2 м3/c.

Напор определяется путем аэродинамического расчета газового тракта циркулирующей среды по формуле:

    Нцир = 1, 2 ґ е DP,
    где DP - основные местные сопротивления:
    DP = x ґ uвозд2 ґ rвозд,
    где x - коэффициент местного сопротивления;
    r - плотность циркулирующего воздуха.
    Расчет местных сопротивлений приведен в таблице 6. 1
    Таблица 6. 1
    Расчет местных сопротивлений
    Номер участка
    rвозд, кг/м3
    uвозд, м/с
    x
    DP, Па
    1
    1. 11
    10
    0. 5
    55. 5
    2
    1. 11
    10
    2. 5
    277. 5
    3
    1. 11
    5
    0. 25
    6. 94
    4
    1. 08
    5
    1. 15
    31. 05
    5
    1. 08
    20
    0. 42
    181. 44
    6
    1. 08
    30
    0. 47
    456. 84
    7
    1. 08
    30
    1. 15
    1117. 8
    8
    1. 08
    30
    1
    972
    9
    1. 11
    0. 4
    2. 3
    0. 41
    Итого:
    3099
    Откуда:
    Нцир = 1, 2 ґ 3099 = 3719 Па.
    Этот напор при объемной производительности
    Vцир = 0, 2 м3/c

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7