авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 39 | 40 || 42 | 43 |

«Федеральное агентство по рыболовству ФГОУВПО “Мурманский государственный технический университет” Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН Полярный геофизический ...»

-- [ Страница 41 ] --

Применение МВА8 позволяет улучшить качество принимаемого сигнала, т.к. он может фильтровать сигнал от помехи. Включение этого устройства позволяет расширить число входных аналоговых каналов до 12, что позволяет осуществлять сбор информации с термосопротивлений. Применение МВУ8 позволяет расширить число выходных аналоговых и дискретных каналов. Передача сигналов от контроллера к МВУ8 и МВА8 осуществляется посредствам сети RS-485. МВУ8 выдает сигнал управления (4-20 mA) на частотные преобразователи LENZE, которые в свою очередь изменяют частоту вращения циркуляционного и вытяжного вентиляторов. ПЛК154, с помощью своих каналов аналогового вывода, подает сигналы управления (4-20 mA) на блок управления тиристорами и симисторами (БУСТ), которые непосредственно подают напряжение на ТЭНы. В СУ будет использоваться 3 таких устройства, по количеству групп нагревателей. Каждое устройство будет управлять 3 симисторами (по 1 в каждой фазе А, В и С).

Помимо использования СУ на базе ПЛК154, было принято решение о реализации ручного управления для обеспечения пуско-наладочных режимов КСУ и дублирования СУ, в случае отказа. С этой целью был создан блок ручного управления, который позволяет изменять мощность каждой группы ТЭНов, а также частоту вращения приточного и вытяжного вентиляторов. Этот блок позволяет задавать и отслеживать величину задаваемого параметра (в % мощности), а также переключать режимы управления установкой (Ручное или Автоматическое).

Стоит отметить, что ПЛК154, МВУ8, МВА8 и интерфейсную панель необходимо программировать для конкретного технологического процесса. Для программирования ПЛК154 есть возможность использования несколько видов языков программирования: язык инструкций (IL), структурированный текст (ST), язык последовательных функциональных схем (SFC), язык функциональных блоковых диаграмм (FBD), непрерывные функциональные схемы (CFC), язык релейных диаграмм (LD). Для процесса программирования необходима специализированная среда разработки и отладки проектов CoDeSys. CoDeSys не выставляет высоких требований к аппаратному обеспечению ПК, как и конфигураторы для МВУ8, МВА8 и интерфейсной панели и поэтому может быть установлена на портативные ПК (ноутбуки) и, следовательно, можно вести процесс отладки и настройки АСУ непосредственно на месте размещения установки.



В СУ КСУ также будет реализован ряд защит:

1. защита электрооборудования по обрыву фазы;

2. нулевая защита электрооборудования;

3. защита от перегрева при отсутствии воздушного потока, создаваемого рециркуляционным вентилятором.

1329 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Кайченов А.В., Аминов В.А.

Устройством, контролирующим параметры потребляемой электроэнергии является монитор напряжения сети (МНС). Он обеспечивает питание двух промежуточным реле, управляющих защитой исполнительных механизмов (БУСТ и частотными преобразователями).

Список литературы:

1. Сердобинцев С.П. «Автоматика и автоматизация производственных процессов в рыбной промышленности», - Москва: «Колос», 1994.

2. А.А. Маслов, А.В. Власов, А.В. Кайченов. Пути повышения эффективности процесса стерилизации в автоклавах периодического действия. Сборник трудов по материалам Международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2009»

[Электронный ресурс] МГТУ.- Электрон. текст.дан.- Мурманск: МГТУ, 2009.

3. Гроховский В.А., Ершов А.М., и др. Глубокая переработка гидробионтов на северном бассейне: инновационные технологии и техника ученых МГТУ. Сборник трудов по материалам Международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2009» [Электронный ресурс] МГТУ.- Электрон. текст.дан.- Мурманск: МГТУ, 2009.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Особенности протоколов обмена информации с устройствами удаленного ввода-вывода ОСОБЕННОСТИ ПРОТОКОЛОВ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИИ С УСТРОЙСТВАМИ УДАЛЕННОГО ВВОДА-ВЫВОДА Висков А.Ю. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра автоматики и вычислительной техники, viskovaju@mstu.edu.ru) In the paper some features of operation of RS network standards DCON и Modbus in computer based data acquisition systems with remote input-output are considered. Some essential problems occurred in usage of mentioned standards in real time systems are hihglighted.

Устройства (модули) удаленного ввода-вывода являются надежными, недорогими и удобными средствами построения промышленных АСУ. Основные достоинства систем удаленного ввода вывода:

возможность оцифровать сигнал датчика «на месте», существенно снизив влияние помех на работу компьютерных систем сбора данных и управления, за счет сокращения до десятков сантиметров линий передачи аналоговых сигналов;

легкость замены вышедших из строя модулей и простота монтажных работ по увеличению в разы количества обрабатываемых каналов ввода-вывода;

компактность и малое энергопотребление модулей, причем возможно как централизованное, так и индивидуальное питание.

На кафедре автоматики и вычислительной техники МГТУ в течение ряда лет активно используются в учебном процессе устройства удаленного ввода-вывода серий ADAM- (Advantech) и I-7000 (ICP DAS). Ведутся работы по созданию и внедрению портативного лабораторного комплекса на базе модулей серии NL (НИЛ автоматизации проектирования, г.Таганрог). За последние 3 года проанализирована работа нескольких промышленных АСУ и АСКУЭ на базе модулей удаленного ввода-вывода. Опыт практической эксплуатации подтверждает достаточную эксплуатационную надежность решений.





По результатам практической деятельности можно сделать некоторые выводы об особенностях, достоинствах и недостатках протоколов, используемых для связи с модулями.

В общем случае система ввода-вывода строится в рамках структуры Master-Slave. Главный компьютер или контроллер (Host) работает в режиме Master, отправляя в сеть сбора данных широковещательный сигнал-команду, содержащую, кроме прочего, в явном виде адрес модуля, с которым планируется обмен информацией. В ответ на команду модуль, адрес которого был указан в команде, производит безадресную широковещательную посылку, содержащую запрашиваемые данные или подтверждение получения данных. Все модули равноправны и работают в режиме Slave. Отсутствие конфликтов в сети обеспечивается запретом для модулей самостоятельно инициировать обмен.

Все модули, являясь, по-видимому, клонами пилотной разработки компании Advantech, поддерживают по умолчанию обмен по протоколу DCON. Этот протокол крайне прост и удобен в реализации. Команды Host контроллера представляют собой последовательности двоичных кодов, соответствующих символам ASCII. Символ – разделитель, с которого начинается команда, также несет информацию о команде, представляя весь или часть кода команды. Затем следует 2-хбайтовый адрес модуля в символьном представлении шестнадцатеричного числа, например, адрес 6 (06h) кодируется символами «06», адрес 138 (8Ah) кодируется «8А». Собственно код команды может занимать от 0 до 4 байт. Код данных может занимать от 0 до 7 байт. Команда DCON должна завершаться символом (cr) - «возврат каретки» (код ASCII: 0Dh). Важно, что команды, вызывающие одинаковые действия в модулях разных производителей, выглядят и работают 1331 МНТК "Наука и Образование - 2010" Висков А.Ю.

одинаково, т.е. стандарт на протокол DCON исполняется. Ниже приведены примеры команд:

#02(cr) – ввести данные всех каналов модуля аналогового ввода, имеющего адрес 02h;

#030+05.450(cr) – вывести в модуль аналогового вывода с адресом 03h число 5. (миллиампер или вольт, в зависимости от настройки модуля).

Для программирования обмена достаточно иметь таблицу команд в документации на модуль и возможность отправить в (принять из) последовательный порт Host компьютера строку, обеспечиваемую выбранным средством разработки (SCADA- системой или IDE).

Таким образом достигается определенная независимость конечного разработчика от производителей оборудования и программного обеспечения, так как на практике подтверждено, что модули разных компаний устойчиво работают в одной сети сбора данных.

Практика показывает, что модули не очень чувствительны к качеству сетевого кабеля и во многих случаях не требуют прокладки специального кабеля для RS-485 интерфейса (например, Teldor RS-422/485 120 2X1X22 AWG SF/UTP STR SFTP LT BK), а позволяют обойтись обычной офисной витой парой (UTP, кат.5) или использовать свободные пары из телефонного кабеля (например, марки ТППэп). Обмен данными происходит вне зависимости от уровня помех в линии передаче цифровых данных. Применение сочетания простых накопительных и мажоритарных алгоритмов обработки позволяет обеспечить передачу информации на расстояние 300800 м в режиме реального времени с периодом 12 секунды на скорости 9600 бит/сек, притом, что длительность обмена информацией с одним модулем не превышает 100 милисекунд. Главное достоинство DCON состоит в том, что конечный разработчик может полностью контролировать приём-передачу информации и производить диагностику сети в режиме реального времени, чем повышается предсказуемость создаваемых систем. С другой стороны несколько увеличиваются трудозатраты, и от разработчика требуется достаточно ясное понимание принципов функционирования отдельных модулей и сети сбора данных в целом.

В 2000-х годах производители стали дополнять программное обеспечение модулей алгоритмами поддержки протокола Modbus. Этот протокол, являясь, пожалуй, самым распространенным из открытых, по структуре передаваемой информации очень напоминает DCON, с той лишь разницей, что каждая посылка дополняется 16-разрядным кодом CRC.

При этом алгоритмическое обеспечение протоколов DCON и Modbus различается существенно.

Наличие протокола Modbus избавляет конечного разработчика от необходимости писать специальные драйверы, достаточно, чтобы средство разработки поддерживало обмен через ОРС-серверы, а подавляющее большинство современных SCADA-систем поддерживает технологию ОРС. ОРС-серверы для связи с модулями поставляются производителями бесплатно. Запустив такой сервер, достаточно воспользоваться функцией автоматического поиска устройств, а затем для найденных устройств создать, или даже только поименовать, тэги, ассоциируемые с аппаратными каналами ввода-вывода. После этого в средстве разработке появится возможность обращаться к этим тэгам, являющимся выходным информационными буферами ОРС-сервера.

Стандартный алгоритм обмена по Modbus осуществляет, в частности, приём посылки, вычисление в приёмнике CRC и сравнение вычисленного кода с полученным в посылке кодом CRC. Код рассматривается как элемент избыточности, повышающий надежность связи.

Однако если рассчитанный и принятый коды CRC не совпали, то обмен считается несостоявшимся, а вся полученная информация сбрасывается. ОРС-серверы в случае сбоя обмена, как правило, производит несколько попыток передачи/приёма, но это не отражается на состоянии выходных информационных буферов сервера – их состояние обновляется МНТК "Наука и Образование - 2010" Особенности протоколов обмена информации с устройствами удаленного ввода-вывода только после успешного цикла обмена. Таким образом, в системе получающей данные от ОРС-сервера нет возможности отличить приход на каждом успешном такте обмена одного и того же числа-кода (что характерно для дискретных сигналов) от хранимого в буфере сервера числа-кода, оставшегося от последнего успешного такта обмена. Такая особенность алгоритмов ввода-вывода делает непредсказуемым поведение системы реального времени в реальном потоке событий.

Практика показывает, что протокол Modbus значительно чувствительнее к уровню электромагнитных помех, следовательно, вероятность выпадения из режима реального времени системы, построенной на основе протокола Modbus, выше, чем для системы, построенной на основе протокола DCON, при одинаковых элементной базе и условиях эксплуатации.

В качестве общего вывода можно сформулировать рекомендацию более углубленно изучать работу оборудования и стремиться лично разрабатывать и отлаживать важные элементы программного обеспечения, не перекладывая эту работу на плечи разнообразных «чёрных ящиков».

1333 МНТК "Наука и Образование - 2010" Власова А.Р., Власов А.В.

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНЫХ СТЕНДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC16F Власова А.Р., Власов А.В. (Мурманск, МГТУ, кафедра АиВТ, e-mail: ican2005@yandex.ru) The article describes laboratory stand PLK-1 meant for studying microcontrollers PIC16. All char acteristics of stand’s structure are being described. Also a few examples of applying this stand in control systems of technological equipment are being offered.

В статье описывается учебно-лабораторный стенд PLK-1 для изучения микроконтроллеров PIC16. Раскрываются структурные особенности стенда, приводятся примеры его примене ния в составе систем управления технологическим оборудованием.

Важную роль в подготовке высококвалифицированных специалистов играют практи ческие навыки, которые обучаемые получают процессе выполнения лабораторных и практи ческих занятий. Таким образом, для качественной постановки курса по технической дисцип лине должна задействоваться обширная лабораторная база: стенды, эмуляторы, имитаторы и пр.

В рамках дисциплины «Микропроцессорные системы управления» студентами специ альности «Автоматизация технологических процессов и производств» изучаются достаточно распространенный как в зарубежных, так и в отечественных аппаратных средствах автомати зации микроконтроллеры семейства PIC16 (PIC16F876А) фирмы Microchip.

Микроконтроллер PIC16F876А представляет собой полнофункциональное микропро цессорное вычислительное устройство, основными характеристиками которого являются [1,2]:

высокоскоростная RISC архитектура;

тактовая частота работы до 20МГц;

8000 слов памяти программ;

256 байт энергонезависимой памяти данных EEPROM;

368 байт доступной пользователю памяти данных RAM;

3 порта ввода/вывода данных (22 настраиваемых канала ввода-вывода);

модуль 5-канального 10-разрядного аналогово-цифрового преобразователя;

2-канальный широтно-импульсный модулятор (ШИМ);

три таймера (два 8-разрядных и один 16-разрядный);

модули связи SPI и I2C;

модуль последовательного синхронно-асинхронного приемопередатчика USART.

Для повышения надёжности систем построенных на микроконтроллере в его состав также входят сторожевой таймер, система сброса при понижении питания и система запуска при включении [1].

Первоначально для изучения функций и особенностей данных микроконтроллеров в учебном процессе использовались только программные эмуляторы, такие, как модуль ISIS программного комплекса Proteus (рисунок 1). Однако в процессе эксплуатации было выясне но, что данное программное обеспечение не всегда полно и корректно отражает работу ре ального оборудования. Поэтому возникла необходимость в создании учебно-лабораторного стенда, который бы смог раскрыть в полном объеме весь потенциал PIC-микроконтроллеров и дал студентам возможность на практике получить навыки работы с аппаратными средст вами микроконтроллерной техники.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка и внедрение в учебный процесс учебно-лабораторных стендов для изучения микроконтроллеров PIC Рисунок 1 – Виртуальная лабораторная работа из курса дисциплины «Микропроцессорные системы управления», реализованная в приложения Proteus ISIS Рисунок 2 – Функциональная схема лабораторного стенда PLK- Описываемый лабораторный стенд получил название PLK-1. Он был разработан сту дентами специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» Попо вым М.Н. и Лукашовым А.Ю. в рамках выпускной квалификационной работы под руково дством Власовой А.Р. Функциональная схема лабораторного стенда приведена на рисунке 2.

Лабораторный стенд PLK-1 содержит нескольких основных модулей: модуль ввода вывода, модуль программатора, модуль интерфейсов связи, модуль аналоговых усилителей и модуль блока питания.

Модуль аналогово-дискретного ввода-вывода обеспечивает взаимодействие пользова теля с каналами портов A и B. Для ввода дискретной информации в стенде предусмотрен на бор переключателей, подключенных к каждому каналу портов А и В. Для ввода аналоговой 1335 МНТК "Наука и Образование - 2010" Власова А.Р., Власов А.В.

информации к каналам порта А подключены переменные сопротивления, позволяющие вво дить напряжение в диапазоне от 0 до 5 В. Для каждого из каналов имеется светодиодная ин дикация напряжения на соответствующем выводе микроконтроллера.

Традиционно для переноса алгоритма работы в память программ микроконтроллера используются программаторы. Однако применение их в учебном процессе затруднительно вследствие необходимости извлечения микроконтроллера из лабораторного стенда для уста новки в программатор с последующим перемещением обратно. Поэтому для программиро вания микроконтроллера в состав PLK-1 интегрирован программатор, который позволяет пе реносить разработанный студентом код программы в микроконтроллер для последующего его исполнения без необходимости произведения каких-либо механических операций с со держимым стенда.

Для иллюстрации работы модулей ШИМ микроконтроллера в стенд встроены анало говые усилители, осуществляющие преобразование по мощности сигналов с выводов PIC.

Усиленные сигналы затем подаются на встроенный динамик. Таким образом, изменение ко эффициента заполнения и частоты ШИМ приводит к смене тембра и тональности звука, ге нерируемого лабораторным стендом.

Связь микроконтроллера с персональным компьютером в лабораторном стенде осу ществляется за счет модуля USART, реализованного на базе микросхемы MAX232. Она по зволяет осуществить преобразование логических уровней микроконтроллера и СОМ-порта компьютера.

Кроме модуля USART, в стенде также предусмотрены интерфейсы SPI и I2C, предна значенные как для связи двух аналогичных стендов между собой (связь двух микроконтрол леров по SPI или I2C), так и для подключения дополнительных устройств к микроконтролле ру (например, часов реального времени по интерфейсу SPI), для использования микрокон троллера в качестве сетевого устройства (подключение к промышленной сети CAN) и т.д.

Внешний вид лабораторного стенда PLK-1 представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Внешний вид лабораторного стенда PLK- МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка и внедрение в учебный процесс учебно-лабораторных стендов для изучения микроконтроллеров PIC В настоящее время лабораторный стенд активно используется студентами при выпол нении практических и лабораторных работ по дисциплине «Микропроцессорные системы управления». Преподаватели отмечают повышенный интерес со стороны студентов к изуче нию предмета, а также лучшее усвоение лекционного материала по сравнению с изучением микроконтроллера на программных эмуляторах.

Гибкость PLK-1 такова, что на его основе в рамках выпускной квалификационной ра боты уже созданы модули расширения, позволяющие изучать в рамках дисциплины «Мик ропроцессорные системы управления» взаимодействие PIC16 с внешними устройствами, та кими, как часы реального времени, LCD-дисплеи, шаговые двигатели и цифровые термомет ры. В настоящее время на базе PLK-1 студентами старших курсов специальности «Автома тизация технологических процессов и производств» разрабатывается объемное копироваль ное устройство, позволяющее осуществлять получение объемной цифровой модели физиче ского тела с последующим изготовлением его твердой копии из заготовки.

Таким образом, PLK-1 представляет собой не только полнофункциональный учебно лабораторный стенд для изучения особенностей работы с микроконтроллерами PIC16, но и гибкую платформу для реализации управления технологически оборудованием, поэтому он может быть использован в учебном процессе дисциплин, связанных с разработкой и реали зацией алгоритмов управления технологическими процессами.

Список литературы:

1. PIC16F87X. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated (DS30292C);

2. Справочник по среднему семейству микроконтроллеров PICmicro (DS33023A) 1337 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Власов А.В., Власова А.Р.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАИМЕНЕЕ ПРОГРЕВАЕМОЙ ОБЛАСТИ СТЕРИЛИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ АВТОКЛАВА Маслов А.А., Власов А.В., Власова А.Р. (г. Мурманск, МГТУ, каф. АиВТ, e-mail:

ican2005@yandex.ru) This paper offers a method of autoclave’s sterilization chamber temperature field analysis for less heated area localization. In this area specializing experiment could be taken. The result of applying this method is reducing quantity of used measurement channels without loss of precision of object’s characteristics approximation.

В статье предлагается методика исследования температурного поля стерилизационной каме ры автоклава для определения наименее прогреваемой области, в которой впоследствии мо жет быть проведен уточняющий эксперимент. Результатом применения предлагаемой мето дики является сокращение количества используемых каналов измерения без потери точности аппроксимации характеристик объекта.

Решение задачи повышения экономической эффективности консервного производства напрямую связано со снижением количества ресурсов, затрачиваемых на процесс стерилиза ции. Кроме того, снижается экологическая нагрузка на окружающую среду, что становится особенно актуальным в последнее время, когда антропогенное воздействие на природу дос тигло высокого уровня.

Эффективность работы стерилизационной установки может быть повышена при по мощи оптимизации системы управления по критерию, содержащему затраты на управление.

При этом будут получены такие значения настроек регулятора, которые позволяют выпол нить жесткие требования технологического процесса и обеспечить некоторую экономию энергетических ресурсов.

Для получения оптимальных настроек регулятора требуется наличие модели объекта и критериев оптимизации. В работе [1] предложен способ описания стерилизационной каме ры аппроксимирующей моделью в виде передаточной функции (1), устанавливающей связь между временной зависимостью подачи пара в аппарат и температурой греющей среды в ха рактерной точке. При этом стерилизационная камера представляется в виде бесконечного числа точек с координатами x1,x2,x3.

An ( x1, x 2, x3) p n + An 1 ( x1, x 2, x3) p n 1 +... + A1 ( x1, x 2, x3) p + W ( p, x1, x 2, x3) = K ( x1, x 2, x3), Bm ( x1, x 2, x3) p m + Bm 1 ( x1, x 2, x3) p m 1 +... + B1 ( x1, x 2, x3) p + 1 (1) m n, где An…A1, Bm…B1 – полиномы k-того порядка зависимости функции отклика (пара метра) от факторов (координат). Например, при k=2 зависимость параметра BB1 от координат можно представить в виде:

BB1 = b1·x+b2·x2+b3·x3+b11·x12+b22·x22+b33·x32+b12·x1·x2+b23·x2·x3+b13·x1·x3, (2) где b1,b2,b3,b11,b22,b33,b12,b23,b13– коэффициенты полинома;

р – оператор преобразования Лапласа.

Очевидно, что стерилизационная камера является условно-однородным объектом в случае, если выполняется условие, что размеры консервных банок существенно меньше раз меров клетей. Это справедливо для большинства автоклавов. В таком случае достаточно провести измерения в нескольких характерных точках и по результатам эксперимента по строить модель (1). Для получения коэффициентов полиномиальных зависимостей парамет МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка методики определения наименее прогреваемой области стерилизационной камеры автоклава ров (1) от координат предлагается использовать математический аппарат планирования ак тивного эксперимента.

На адекватность описания температуры греющей среды в стерилизационной камере будут оказывать большое влияние порядки полиномов (1) и (2). Известно, что наименее про греваемая область стерилизационной камеры в вертикальных автоклавах типа АВ-2 (к кото рым относится и стерилизационная установка АВК-30, на которой производились экспери менты) находится в центре верхней корзины [1, 2]. Таким образом, ожидаемый порядок в (2) – не ниже второго. Порядок (1) можно будет установить по виду получаемых эксперимен тально временных зависимостей.

Проведение экспериментов и поиск математического описания стерилизационной ка меры предлагается производить в два этапа. На первом необходимо экспериментально вы явить наименее прогреваемую область стерилизационной камеры и доказать симметричность температурного поля аппарата. Тогда на втором этапе можно провести серию уточняющих экспериментов в наименее прогреваемой области. Это позволит достичь улучшения точности аппроксимации характеристик объекта в наиболее критичной с точки зрения микробиологи ческой безопасности области без увеличения количества используемых датчиков. Если сим метричность температурного поля будет доказана, то характерные точки в уточняющих экс периментах можно обоснованно расположить в половине осевого сечения аппарата.

На рисунке 1 приведена схема размещения характерных точек стерилизационной ка меры для определения симметричности температурного поля аппарата и наименее прогре ваемой области. Из всего спектра планов активных экспериментов второго порядка был вы бран план Бокса-Бенкина. Выбор этого плана обусловлен тем, что он обеспечивает мини мальное количество используемых характерных точек, что немаловажно (каждая характер ная точка – собственный канал измерения температуры с отдельным герметичным вводом в стерилизационную камеру). Кроме того, план Бокса-Бенкина почти ротатабелен и обеспечи вает неравномерное дублирование опытов в центре плана в пределах одного эксперимен та [3].

Рисунок 1 – Схема размещения характерных точек стерилизационной камеры 1339 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Власов А.В., Власова А.Р.

Рисунок 2 – Временные зависимости температур в характерных точках на верхнем уровне стерилизационной камеры (Т3, Т4, Т10, Т12), температуры в парогенераторе (Тпг) и давлений в стерилизационной камере и парогенераторе (Рстк и Рпг соответственно) Согласно выбранному плану в стерилизационной камере АВК-30 были размещены датчиков температуры разработанного авторами программно-аппаратного комплекса для ис следования температурного поля греющей среды стерилизационной камеры МИСт.ПАК [4].

Был проведен эксперимент, в ходе которого были получены временные зависимости, одна из которых представлена на рисунке 2. По виду временных зависимостей в качестве аппрокси мирующей функции (1) было выбрано следующее выражение (3):

K (r, z, y ) W ( p, r, z, y ) =.(3) B1 (r, z, y) p + По полученным временным зависимостям была произведена идентификация парамет ров (3) при помощи многопараметрического метода оптимизации последовательным приме нением ускоренного градиентного и покоординатного спусков. В данном случае критерием оптимизации являлась близость модели и объекта по интегралу квадрата невязки (4). Резуль таты идентификации и полученные значения параметров передаточных функций К и BB1, зна чения функций отклика Y^ для каждого сочетания уровней факторов и ошибки аппроксима ции Y были сведены в таблицу 1.

t J ( x, z, y ) = (Tгрс (t, x, z, y ) T мод (t, x, z, y )) 2 dt, (4) t где t1, t2 – начало и конец исследуемого временного интервала соответственно;

Т°грс(t,x,z,y) – значение температуры греющей среды в характерной точке с координатами x,z,y в момент времени t;

Т°мод(t,x,z,y) – значение выхода модели объекта в точке с координатами x,z,y в момент време ни t.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка методики определения наименее прогреваемой области стерилизационной камеры автоклава Таблица 1 – Результаты эксперимента по определению симметричности поля аппарата № План K B x z y Y Y^ Y Y Y^ Y 1 ––0 233 2,9 42,2 39,0 3, 2 +– 0 236 0,1 39,8 39,0 0, 3 –+0 234 1,9 41,6 42,7 1, 4 ++0 226 9,9 40,8 42,7 1, 5 –0– 241 5,1 44,3 40,8 3, 6 +0 – 235 0,9 41,8 40,8 1, 7 – 0+ 236 0,1 41,3 40,8 0, 235, 8 +0+ 233 2,9 38,7 40,8 2, 9 0–– 237 1,1 32,0 39,0 7, 10 0+– 239 3,1 43,0 42,7 0, 11 0 –+ 237 1,1 40,0 39,0 1, 12 0++ 241 5,1 43,5 42,7 0, 13 000 240 43, 2,4 40,8 1, 14 000 238 40, 15 000 237 41, По результатам экспериментов модель (3) можно переписать как (5). Как видно из (5), ни один из параметров объекта не зависит от координат х и у (их линейные, квадратичные эффекты и эффекты взаимодействия согласно (2) были признаны незначимыми в ходе рег рессионного анализа). Это означает симметрию температурного поля аппарата и позволяет проводить уточняющие эксперименты для половинного сечения аппарата.

235, W1 ( p, x1, x2, x3 ) = (5) (40,8 + 1,9 z ) p + Инерционность нагрева, согласно (5), повышается к верху стерилизационной камеры.

Поэтому для получения уточненной модели эксперименты следует проводить в верхней час ти половины сечения стерилизационной камеры, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Размещение характерных точек в верхней клети в уточняющих экспериментах Таким образом, на основании результатов разработанной методики удалось доказать симметричность температурного поля стерилизационной камеры автоклава АВК-30 и опре делить место проведения уточняющих экспериментов. Применение данной методики позво лило уменьшить количество используемых каналов измерения температуры в аппарате без уменьшения точности аппроксимации характеристик объекта.

1341 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Власов А.В., Власова А.Р.

Список литературы:

1. А.В. Власов. Исследование динамики теплообмена в стерилизационной камере ав токлава / А.В. Власов, А.В. Кайченов, А.А. Маслов // «Рыбное хозяйство».– №6/2009.- М.:

ФГУП «Национальные рыбные ресурсы», 2009.

2. Инструкция по разработке режимов стерилизации консервов из рыбы и морепро дуктов. – С.–Петербург, 1996.

3. Солодов В.С. Идентификация судовых комплексов с использованием методов планирования активного эксперимента.– Мурманск: МГТУ, 2008.

4. А.А. Маслов, А.В. Власов, А.В. Кайченов. Программно-аппаратный комплекс для экспериментального исследования температурного поля в стерилизационной камере авто клава. Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов VI Всерос сийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.

Томск, 26 февраля – 28 февраля 2008 г. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 500с.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Анализ современных систем управления дымогенераторами АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЫМОГЕНЕРАТОРАМИ Вотинов М.В. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра автоматики и вычислительной техники, e mail: polavt@mstu.edu.ru) Development of technics of smoking has demanded working out of new methods of calculation of process of smoking and corresponding means. These methods are based on representation about smoking process as a difficult complex of the phenomena exchange of heat and mass between a smoke and a product. There is a big variety of control systems of smoke generators. From control system used in technological process depends both quality of a smoke, and quality of a product.

Развитие техники копчения потребовало разработки новых методов расчета процесса копчения и соответствующих технических средств. Эти методы базируются на представлении о процессе копчения как сложном комплексе явлений тепломассообмена между коптильным дымом и продуктом.

До 50-х годов прошлого столетия копчение рыбы в основном осуществлялось в простейших камерах периодического действия. В начале 60-х годов в рыбной промышленности стали появляться туннельные и башенные установки непрерывного действия, в состав которых входили дымогенераторы, нагреватели воздуха, централизованные схемы дымоснабжения со сложной аэродинамикой.

Дымогенераторы, разработанные отечественной промышленностью десятилетия назад, используются и по сей день, меняются только системы управления ими.

Дымогенераторы можно выделить в две основные группы:

1. Экзотермические дымогенераторы (с внутренним теплообразованием);

2. Эндотермические дымогенераторы (с внешним теплообразованием).

Вне зависимости от типа дымогенератора, из многочисленных факторов, оказывающих влияние на характеристики коптильных сред, доминирующим является температурный режим, определяющий процесс термического разложения древесины и обусловливающий появление в средах тех или иных компонентов.

Наилучшими технологическими свойствами обладает дым, полученный при температуре сжигания древесины в пределах от 220 до 350 °С. В этом интервале температур происходит разложение целлюлозы с освобождением большого количества активных для копчения органических веществ, при этом канцерогенные вещества, такие как 3,4-бензпирен практически не выделяются.

Современные компьютерные и микроконтроллерные системы управления дымогенераторами, позволяют контролировать как качество производимого дымогенераторами дыма, так и качество готового продукта. Однако не всегда информация, на основе которой вырабатываются сигналы управления исполнительными устройствами, является достоверной.

В настоящее время существуют три основные тенденции, по которым идет развитие систем управления дымогенераторами:

1. Модернизация устаревших систем управления;

2. Изготовление готовых совмещенных систем «коптильная камера - дымогенератор»;

3. Изготовление отдельных универсальных модулей, с возможностью установки их на любые типы дымогенераторов либо технологические линии в целом.

Модернизация устаревших систем управления. Основные принципы, заложенные в конструкцию дымогенераторов, которые применяются и по сей день, были разработаны во 1343 МНТК "Наука и Образование - 2010" Вотинов М.В.

второй половине прошлого столетия. К примеру, изначально, работа по управлению дымогенератором серии УДГ и всем процессом в целом, ложилась на плечи технолога оператора. Последние модели, такие как УДГ-1000М (фирма «КОН-МО», Россия), уже оснащены системой автоматического управления процессом дымообразования. Система управления выдает управляющие сигналы на отключение нагревательного элемента при достижении оптимальной температуры, позволяющей получать высокую плотность концентрированной дымовоздушной смеси в больших объемах.

Изготовление готовых комбинированных систем «коптильная камера дымогенератор». В настоящее время на рынке промышленного оборудования как рыбной, так и мясной промышленности стали преобладать комбинированные системы: «коптильная камера-дымогенератор».

К примеру, коптильная камера KKB-01 (фирма «REX-POL», Польша) содержит в своем составе опилочный дымогенератор. Микропроцессор контролирует и ведёт весь технологический процесс в камере. Управляет заслонками, зажиганием и работой дымогенератора.

Камера оборудована пультом управления, блоком регистрации процесса. Это дает возможность запрограммировать работу камеры на определенную температуру, влажность и время.

Универсальная термокамера AIRMASTER (фирма «REICH», Германия) предназначена для проведения различной термообработки (сушки, обжарки, варки, копчения) всех видов мясных продуктов. Она отличается надежностью в работе, скоростью проведения процесса, равномерностью обработки продукции и обеспечивает получение продукции высочайшего качества, может быть укомплектована дымогенераторами различного типа по желанию заказчика.

Принцип действия универсальной термокамеры AIRMASTER аналогичен применяемому в коптильной камере KKB-01. Процесс обработки осуществляется в автоматическом режиме по предварительно заданной программе при помощи микропроцессорной системы управления Unicontrol-2000, которая снабжена жидкокристаллическим дисплеем для отображения информации о ходе технологического процесса.

Явным недостатком таких систем, является высокая стоимость оборудования. Так, рыночная стоимость системы коптильной камеры KKB-01 на ноябрь 2009 года составляет 36 575 долларов США (1 097 250 руб.). Такую продукцию могут себе позволить только крупные рыбо- и мясоперерабатывающие предприятия.

Изготовление отдельных универсальных модулей. В последнее время широкую популярность получило направление изготовления универсальных модулей, предназначенных для управления широким спектром дымогенераторов.

К примеру, модуль УДГ-35 фирмы «ТЕХИНСЕРВ» (Украина) предназначен для управления режимами работы дымогенераторов серии УДГ.

Микроконтроллер модуля УДГ-35 может управлять следующими исполнительными устройствами:

ТЭНом розжига;

механизмом подмеса опилок;

подачей воды для тушения огня в дымогенераторе;

заслонкой подачи дыма в камеру;

МНТК "Наука и Образование - 2010" Анализ современных систем управления дымогенераторами приводом с аналоговым управлением плавной регулировки положения заслонки поддува;

Входными сигналами для контроллера являются:

состояние дискретного входа S1 («розжиг»);

состояние дискретного входа S2 («дым»);

температура в дымогенераторе.

В зависимости от комбинации входных сигналов контроллер осуществляет управление исполнительными механизмами в соответствии с заданными параметрами управления.

Фирма ОВЕН (Россия) предлагает универсальный регулятор температуры и влажности, программируемый по времени, МПР51-Щ4.

Система управления модуля МПР51-Щ4 позволяет контролировать процесс копчения целиком. Осуществляется контроль как определенной температуры и влажности на каждой стадии процесса копчения, так и периодическим включением дымогенератора или вентилятора. Как и модуль УДГ-35, МПР51-Щ4 управляет подключением ТЭНов, охладительных систем, задвижками, а также другими исполнительными устройствами.

Анализ современного уровня предложений систем управления дымогенераторами позволяет сделать вывод о том, что на текущий момент системы управления являются достаточно универсальными и полноценными. Однако необходимо исследовать новые методы контроля непосредственно температуры дымообразования, так как на сегодняшний день описанными выше системами управления не решены вопросы, связанные с этим основным фактором, влияющим на появление в дымовоздушной смеси канцерогенных веществ.

В большинстве случаев контроль температуры осуществляется термопарами либо на выходе из дымогенератора, либо непосредственно в камере дымообразования. При использовании термопар необходимо учитывать изменчивость их параметров в процессе эксплуатации.

Необходимо контролировать всю поверхность, на которой происходит сжигание древесины, не допускать появления кратковременных очагов возгорания, при которых температура может достигать 1000°С, что, как следствие, ведет к шестикратному увеличению содержания бензпирена по сравнению с дымом, полученным при температуре около 300-350 °С.

Таким образом, современные системы управления демогенераторами не могут в полной мере обеспечить контроль всех параметров технологического процесса.

1345 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Вотинов М.В.

ИНФРАКРАСНЫЕ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ: ПАРАМЕТРЫ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Маслов А.А., Вотинов М.В. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра автоматики и вычислительной техники, e-mail: polavt@mstu.edu.ru) The temperature control makes a basis of many technological processes. From the big variety of types of sensors of temperature it is possible to allocate infra-red sensors of temperature as rather new and perspective type of measurement of temperature. In this article the basic advantages and parametres of infra-red sensors of temperatures are described.

Контроль температуры составляет основу многих технологических процессов. Для измерения температуры в промышленных системах используются датчики температуры.

Существует большое количество модификаций и конструктивных исполнений датчиков температуры, однако можно выделить их основные классы, которые представлены в табл. 1.

Рассмотрим основные преимущества, параметры, и принцип действия инфракрасных датчиков температуры, использующих тепловое электромагнитное излучение тел.

Все предметы и тела за счет внутренней энергии, образованной хаотическим тепловым движений частиц, испускают тепловое электромагнитное излучение.

Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. В обычных условиях, при комнатной температуре, тепловое излучение тел происходит в инфракрасном диапазоне длин волн (1 мм-780 нм), недоступным зрительному восприятию глаза. С увеличением температуры светимость тел быстро возрастает, а длины волн смещаются в более коротковолновую область. Если температура достигает тысяч градусов, то тела начинают излучать в видимом диапазоне длин волн (780-380 нм).

Инфракрасный датчик температуры - датчик для беcконтактного, дистанционного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения.

В отличии от других классов датчиков, инфракрасные датчики температуры отличает:

малое время измерения температур ( 0,33 сек);

возможность измерения температуры движущихся объектов;

измерения температуры в труднодоступных и опасных местах;

измерение широкого диапазона температур;

Таблица 1 – Классы датчиков температуры №№ Класс Диапазон рабочих температур, °С 1 Жидкостные и газовые термометры от -200 до + 2 Биметаллические датчики от -40 до + 3 Кремниевые датчики температуры от -50 до + 4 Термопары от -200 до + 5 Термисторы от -60 до + 6 Термические индикаторы от -5 до + 7 Термометры сопротивления от -180 до + 8 Инфракрасные датчики температуры от -45 до + МНТК "Наука и Образование - 2010" Инфракрасные датчики температуры: параметры и особенности применения в технологических процессах отсутствие непосредственного контакта с объектом измерения;

малая погрешность (порядка 1 %).

К основным параметрам, которые необходимо учитывать при выборе модели инфракрасного датчика температуры относятся:

спектральный диапазон и диапазон температур измеряемого объекта;

  показатель визирования;

излучательная способность измеряемого объекта.

Спектральный диапазон и диапазон температур измеряемого объекта. Для измерений определенных диапазонов температур используются инфракрасные датчики с конкретными диапазонами инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 6-14 мкм. В диапазоне средних температур это может быть 3-5 мкм. При высоких температурах используется участок о районе 1 мкм. Однако, следует учитывать, что различные типы материалов объектов имеют различные длины волн электромагнитного излучения. Так, отражающие металлические поверхности имеют короткую длину волны, а неотражающие неметаллические – длинную.

Поэтому признаку модели инфракрасных датчиков температуры условно можно разбить на две группы:

общего назначения со спектральным диапазоном 8-14 или 6-14 мкм;

специального назначения, под конкретный материал измеряемой поверхности.

Инфракрасных датчиков температуры со спектральным диапазоном 8-14 или 6- мкм измеряют температуру объектов, не попадающих под определение "отражающие или металлические". К таковым относится текстиль, пищевые продукты, резина, толстый непрозрачный пластик, картон, дерево, краска, земля, камень и другие. Такие датчики могут применяться для контроля температуры кабелей и контактов в энергетике, в процессах печати и нанесения краски в полиграфии, контроля износа механических частей на транспорте, однако не могут использоваться для измерения температуры, к примеру, стекла или металла, поскольку длина волны данных материалов лежит вне их диапазона.

Все применяемые инфракрасных датчиков температуры также можно разбить на два типа: узкоспектральные (например, 2-20 мкм) и широкоспектральные (например, 0,9-1, мкм). Узкий спектральный диапазон позволяет датчику не учитывать световые волны излучаемые поверхностями других объектов или окружающей средой в поле зрения и принимать излучение только того материала, на который настроен диапазон. Применение широкоспектральных пирометров должно сопровождаться подготовительными мероприятиями по предотвращению попадания стороннего излучения.

Показатель визирования (D:L) - отношение диаметра пятна контроля или диаметра объекта контроля (D), с поверхности которого датчик принимает энергию инфракрасного излучения, к расстоянию (L) до объекта (рисунок 1).

Рисунок 1 – показатель визирования 1347 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Вотинов М.В.

Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1.

Минимальный измеряемый диаметр - наименьший диаметр объекта, который может быть измерен при данном фокусном расстоянии и размере приемника.

Точность измерения не зависит от расстояния до тех пор, пока размер объекта больше измеряемого диаметра. Определенная температура будет не верна, если размер объекта меньше диаметра пятна контроля. Так как объект, температура которого должна быть измерена, не заполняет весь диаметр пятна контроля, инфракрасный датчик температуры в данном случае будет принимать излучения от других объектов окружающей среды, которые оказывают влияние на точность измерения.

Излучательная способность объекта - отношение мощности излучения объекта при данной температуре к мощности излучения абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело в теории теплового излучения означает тело, которое полностью поглощает любое падающее на его поверхность электромагнитное излучение, независимо от температуры этого тела.

Излучательная способность абсолютно черного тела равна 1,00. Излучательные свойства объекта определяются свойствами материала и чистотой обработки поверхности объекта, а не цветом его поверхности. У большинства органических материалов, таких как дерево, пластик, бумага, излучательная способность находится в диапазоне 0,8 – 0,95.

Металлы, особенно полированные, напротив, имеют низкую излучательную способность, которая в этом случае будет 0,1 – 0,2. Для правильного измерения температуры необходимо определить и установить излучательную способность измеряемого объекта. Если значения будут выбраны неправильно, то температура будет измеряться неверно.

Излучательная способность связана с коэффициентом отражения следующей формулой:

E = 1 – R, где Е – излучательная способность, R – коэффициент отражения (1) На сегодняшний день инфракрасные датчики температуры являются эффективным средством измерения температуры в технологических процессах. Так как при отсутствии непосредственного контакта с объектом измерения обладают возможностью измерения температуры в труднодоступных и опасных для человека местах, вместе с тем имеют малые погрешности измерения температур при довольно высоком быстродействии.

Следует отметить, что инфракрасные датчики температуры могут с успехом применяться в технологическом оборудовании пищевой промышленности. Например, в инфракрасном дымогенераторе конструкции Ершова – Шокиной, разработанном в Мурманском государственном техническом университете, для контроля процесса пиролиза древесины.

Однако необходимо помнить, что для каждого конкретного технологического процесса необходимо правильно подбирать основные параметры инфракрасного датчика (спектральный диапазон и показатель визирования) и также настраивать значение излучательной способности измеряемого объекта.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Внедрение технических и программных средств автоматизации «ОВЕН» в учебный процесс и производство ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ «ОВЕН» В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС И ПРОИЗВОДСТВО Маслов А.А., Висков А.Ю., Власов А.В., Кайченов А.В. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра АиВТ, e-mail: ican2005@yandex.ru) This article considers the questions of implementing into educational process and production plants, which are based on the “OWEN” equipment.

Особую роль в процессе подготовки высококвалифицированных инженерных кадров в области автоматизации играют практические навыки, которые студенты получают в процессе выполнения лабораторных работ в рамках учебно-лабораторного практикума по ряду дисциплин, проводимых кафедрой «Автоматика и вычислительная техника» (АиВТ) МГТУ.

На кафедре АиВТ в течение ряда лет проводится целенаправленная деятельность по разработке учебно-лабораторных комплексов в рамках дипломного проектирования студентов и курсантов. Это позволяет оперативно обновлять учебные лаборатории с учетом специфики учебного процесса и современных требований практики. Кроме того, собственные разработки, будучи более удобными в использовании и лучше соответствующими реальным особенностям отрасли, оказываются дешевле предлагаемых на рынке средств автоматизации.

Кафедра Автоматики и вычислительной техники имеет большой опыт работы с оборудованием зарубежных производителей средств автоматизации (Advantech, ICPDAS и др.) [1], а с 2005 года активно участвует в программе поддержки высших учебных заведений, занимающихся обучением студентов по специальностям, связанным с автоматизацией технологических процессов, проводимой компанией ОВЕН.

Компания ОВЕН работает на рынке автоматизации более 18 лет. За это время компания накопила богатый опыт и зарекомендовала себя как поставщика надежного и качественного оборудования.

ОВЕН - крупнейший российский разработчик и производитель средств автоматизации для различных отраслей промышленности и занимает лидирующие позиции не только на российском рынке, но и в странах ближнего зарубежья. Ассортимент выпускаемой продукции включает в себя более 60 наименований приборов, которые могут использоваться для построения систем автоматизации любого уровня:

• Программируемые логические контроллеры (ПЛК);

модули ввода/вывода;

операторские панели;

преобразователи интерфейса.

• Общепромышленные регуляторы, регуляторы уровня, специализированные контроллеры, таймеры, счетчики, блоки питания.

• Датчики: температуры, давления, уровня.

В 2005 году кафедра АиВТ МГТУ приняла участие в программе поддержки высших учебных заведений по оснащению лабораторий современным отечественным оборудованием промышленной автоматизации, проводимой российским производственным объединением «ОВЕН». На базе полученного от компании «ОВЕН» оборудовании были разработаны два учебных лабораторных стенда «Автоматическая система управления микроклиматом на базе микропроцессорных регуляторов «ОВЕН» [2].

1349 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Висков А.Ю., Власов А.В., Кайченов А.В.

В 2007 году с учетом положительного опыта предыдущего сотрудничества производственным объединением «ОВЕН» было поставлено новейшее отечественное оборудование промышленной автоматизации, включая последние разработки:

программируемые логические контроллеры (ПЛК 154-220.У-L), регуляторы частоты вращения вентилятора ЭРВЕН, модули ввода аналоговых сигналов МВА8 и т.д.

В настоящее время на кафедре А и ВТ внедрены в учебный процесс две лабораторные установки «Автоматическая система управления температурой в помещении» (рисунок 1).

Физическая модель помещения Кафедра АиВТ 2008г.

Датчик температуры Датчик температуры модуля ТРМ101 модуля «Эрвен»

Блок управления температурой Блок управления обдувом Ручное управление Вкл Циркуляционный нагревателями Вентилятор вентилятор Выкл холодного воздуха 50 Вт 50 Вт 50 Вт 0 - 15 0 - Uпит Uпит 50% 25% 75% 50 Вт Вентилятор Ручное задание 100% Нагреватели - ПЭВы циркуляционный производительности Автоматическое min max управление температурой min max Ручное задание производительности Вентилятор Режимы работы:

холодного I - Нагрев=ручной, Циркуляция=Автомат воздуха 0 - Нагрев=Автомат, Циркуляция=ручной 220В 220В Автоматическое управление обдувом Рисунок 1 – Лабораторная установка «Автоматическая система регулирования температуры в помещении на базе микропроцессорных регуляторов «ОВЕН»»

Лабораторный стенд «Автоматическая система управления температурой в помещении».

Лабораторный стенд позволяет:

1) получить практические навыки настройки приборов ОВЕН (регуляторов температуры и частоты вращения);

2) оценить эффективность используемого метода поддержания температуры:

а) при поддержании температуры в помещении изменением мощности нагрева через ТРМ при постоянном потоке обдува;

б) при поддержании температуры в помещении изменением потока обдува через ЭРВЕН при постоянной мощности нагрева;

3) Настроить регуляторы ТРМ и ЭРВЕН на совместную работу контуров управления температурой и скоростью обдува с целью достижения:

- максимально быстрой компенсации возмущающего воздействия (холодного воздуха);

- минимума расхода электроэнергии;

Комплекс для разработки и отладки проектов АСУТП на базе «ОВЕН» ПЛК 154 в настоящее время разрабатывается в рамках дипломного проектирования студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» (рисунок 2).

МНТК "Наука и Образование - 2010" Внедрение технических и программных средств автоматизации «ОВЕН» в учебный процесс и производство RS- APM PLC Программный комплекс CoDeSys DOx16 DIx16 AIx A626 ACL8112G AOx A Имитатор ТП Рисунок 2 – Лабораторный программно-технический комплекс на базе «ОВЕН» ПЛК Лабораторный программно-технический комплекс на базе «ОВЕН» ПЛК 154.

В рамках лабораторных работ, выполненных на ПТК студенты ознакомятся с принципами функционирования аппаратных средств, структурой и функциями ПЛК 154, конфигураторами приборов и средой разработки CoDeSys. Студентам будет предложено лабораторных работ, в которых необходимо реализовать:

1) Выдачу аналоговых и дискретных сигналов из ПЛК в ЭВМ – имитатор и возвращение их без изменений.

2) Релейный алгоритм управления с зоной не чувствительности и с зоной неоднозначности.

3) ПИД регулятор на базе ПЛК.

4) Автоматическое регулирование на базе широтно– импульсной модуляции.

Системы управления процессами стерилизации, вяления и копчения на базе оборудования «ОВЕН».

В экспериментальных лабораториях кафедры Автоматики и вычислительной техники (АиВТ) и кафедры Технологий пищевых производств (ТПП) МГТУ ведется работа по исследованию процессов стерилизации, копчения и вяления В настоящее время авторами ведется разработка экспериментальной малогабаритной стерилизационной установки АВК-30 на основе медицинского стерилизатора ВК- (кафедра ТПП). На установке АВК-30 реализуется АСУ процессом стерилизации на базе ПЛК154 и программного комплекса CoDeSys [3]. В экспериментальном цехе МГТУ также ведется разработка АСУ процессами копчения и вяления на базе ОВЕН ПЛК154.

1351 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Висков А.Ю., Власов А.В., Кайченов А.В.

Рисунок 3 – Система управления экспериментальной стерилизационной установкой Выводы:

Разработка и внедрение в учебный процесс и производство лабораторных экспериментальных установок на базе оборудования «ОВЕН» позволяет обеспечить лаборатории кафедры современным отечественным оборудованием промышленной автоматизации, а также проводить исследования в области технологии пищевых производств.

Список литературы:

1. А.А. Маслов, А.Ю. Висков Современный подход к разработке проектов АСУТП// «Современные технологии автоматизации». - №3/2001. – М.: СТА-ПРЕСС, 2001. – С. 2. А.А. Маслов, А.В. Кайченов А.В., Саженков Р.А., Коваль А.Е. Система управления микроклиматом // «Автоматизация и производство». - №1/2008. – М.: «АиП», 2008. – С. 36- 3. А.А. Маслов, А.В. Власов, А.В. Кайченов. Пути повышения эффективности процесса стерилизации в автоклавах периодического действия. Сборник трудов по материалам Международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2009» [Электронный ресурс] МГТУ.- Электрон. текст.дан.- Мурманск: МГТУ, 2009.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Исследование адаптивных структур регуляторов ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНЫХ СТРУКТУР РЕГУЛЯТОРОВ Прохоренков А.М1., Качала Н.М.2 (г. Мурманск, МГТУ, 1кафедра автоматики и вычислительной техники, 2кафедра информационных систем и прикладной математики prohorenkovam@mstu.edu.ru, nmk10@yandex.ru ) The results of modeling the adaptive fuzzy controller are presented.

Для управления различными технологическими процессами широко используются типовые схемы стабилизации. Настроечные коэффициенты регуляторов выбираются, исходя из заданных показателей качества регулирования. Система автоматического регулирования (САР) рассчитывается как линейная для рабочего диапазона изменения возмущения по заданию и по нагрузке. Однако применение такой системы оказывается малоэффективным для нестационарных объектов, у которых наблюдается изменение характеристик. В этом случае, чтобы получить оптимальные динамические характеристики системы, применяются адаптивные регуляторы, системы с переменной структурой и нечеткие регуляторы.

В данной работе обобщены результаты имитационного моделирования адаптивных систем стабилизации параметров в классе нечетких регуляторов.

С целью сравнительной оценки качества управления рассматривались схемы с нечеткими регуляторами, коэффициенты которых изменялись в зависимости от сигнала рассогласования, и схемы, в которых нечеткий регулятор использовался для формирования корректирующих поправок к коэффициентам настроек классических регуляторов в зависимости от текущего значения параметра регулирования.

Главным недостатком нечетких регуляторов является отсутствие эффективных методов его настройки.

Выполнение САР возложенных на нее функций возможно только тогда, когда она является устойчивой. Устойчивость системы достигается при определенных комбинациях ее параметров и обеспечивается соответствующими настройками регуляторов во всех эксплуатационных режимах. Предлагается метод настройки нечеткого регулятора, в котором область изменения коэффициентов настройки регуляторов выбирается внутри зоны, определенной границами необходимого запаса устойчивости в плоскости параметров регулятора. Для построения области устойчивости замкнутой системы, использовалась методика D-разбиения.

Поскольку реальные процессы являются случайными, то настроечные коэффициенты являются функциями математического ожидания и дисперсии регулируемой величины. В силу этого в подсистему настройки коэффициентов регулятора включен блок оценки вероятностных характеристик регулируемого параметра.

Для проверки работоспособности предложенного подхода при решении задачи регулирования уровня воды в барабане парового котла была разработана модель системы в среде MATLAB 6.5 с помощью средств Simulink. Следует отметить уменьшение времени регулирования и величины перерегулирования при использовании нечетких регуляторов.

Нечеткие регуляторы, по сравнению с типовыми регуляторами, обеспечивают более высокую точность стабилизации системы как при отсутствии, так и при наличии случайных помех. Корректирующие поправки к настроечным коэффициентам, сформированные по алгоритму нечеткой логики в зависимости от текущего значения параметра регулирования, позволили улучшить качество регулирования.

1353 МНТК "Наука и Образование - 2010" Прохоренков А.М., Качала Н.М.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГНОЗИРУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ Прохоренков А.М. 1, Качала Н.М. 2 (Мурманск, МГТУ, 1кафедра автоматики и вычислительной техники, 2кафедра информационных систем и прикладной математики, prohorenkovam@mstu.edu.ru, nmk10@yandex.ru ) This article presents result of research predictive models.


Обеспечение заданного качества управления является важной проблемой как при про ектировании систем управления, так и при их промышленной эксплуатации.

На этапе проектирования систем управления технологическими объектами решается ряд задач, связанных с разработкой структуры системы управления, оптимизирующей дина мические и статические режимы работы объектов относительно принятых критериев качест ва. Как известно, этот этап синтеза системы управления характеризуется наличием парамет рической и структурной неопределенности математической модели управляемого объекта и отсутствием исчерпывающей информации о внешних и внутренних возмущениях.

Для решения проблем, связанных с недостаточностью априорной информации об объ екте, наличием влияющих друг на друга параметров процесса, а также с изменением техно логических характеристик объекта в условиях функционирования и большим временем за паздывания используются методы управления с прогнозирующими моделями – Model Predictive Control (MPC) [1, 2]. Этот подход характеризуется высокими адаптивными свойст вами разработанных систем управления.

Модель может быть построена на основе использования физических законов или быть эмпирической. В первом случае математическая модель (1) и прогнозирующая модель (2), представляют собой систему дифференциальных уравнений вида x(t ) = f (t, x(t ), u (t )), x(0) = x 0 ;

& (1) x( ) = f (, x( ), u ( )), x =t = x(t ), & (2) m m где x E, x E – вектора состояний объекта и модели, u E, u E – вектора n n управления, t [0, ). Начальными условиями для модели служит текущее состояние объ екта.

Эмпирические модели разрабатываются на основе текущих данных о процессах. В си лу этого можно предположить, что они являются более точными. Такие модели представля ют собой модели с конечной импульсной характеристикой (КИХ) или модели авторегрессии и скользящего среднего (АРСС).

Модели АРСС прогнозируют будущее состояние выходов на основании измеренных прошлых значений регулируемых переменных и измеренных переменных внешних воздей ствий в прямом канале управления и позволяют учесть стохастических характер представ ляющих интерес параметров. Прогнозирующая модель для одномерного объекта управления имеет следующий вид:

p q y (k ) = ci y (k i ) + d j u (k j ) + e(k ), (3) i =1 j = где y(k ) – значение регулируемой переменной в k -й момент времени и u(k ) входная коор дината объекта, e(k ) – последовательность независимых, одинаково распределенных слу чайных величин с нулевым математическим ожиданием и единичной дисперсией;

ci – МНТК "Наука и Образование - 2010" Использование прогнозирующих моделей для управления технологическими объектами параметры авторегрессии;

d j – параметры скользящего среднего. Частными случаями АРСС ( p, q) -процессов является процесс АР ( p ) авторегрессии порядка p и процесс скользящего среднего СС (q ) порядка q.

Как известно, для краткосрочных прогнозов можно использовать фильтры, в том чис ле фильтр скользящего среднего и экспоненциальный фильтр [3].

В докладе рассматриваются вопросы построения и анализа прогнозирующей модели для регулирования уровня питательной воды в паровом барабанном котле.

Котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами. Однако, явно выра женная направленность отдельных участников по основным каналам регулирования позво ляет осуществить стабилизацию регулируемым величин с помощью независимых однокон турных систем, связанных через объект управления. При этом регулирующее воздействие того или иного участка служит основным способом стабилизации его выходной величины, а другие воздействия являются по отношению к этому участку внутренними или внешними возмущениями.

Динамические свойства котла, как объекта регулирования уровня воды в барабане котла описываются уравнением материального баланса:

d ( вVв + пVп ) = Gпв Gпп, (4) dt где в, Vв – плотность и объем воды, п,Vп – плотность и объем насыщенного пара, Gпв, Gпп – расходы воды и пара соответственно. Из (4) следует, что при принятых допуще ниях уровень воды в барабане парового котла есть интеграл от материального баланса (Gпв Gпп ). В этом случае расход пара является возмущением, а расход воды – управляю щее воздействие.

В общем случае уравнение (4) более сложное, так как плотности воды и пара зависят от температуры воды и давления пара в котле. Кроме того, в барабане котла регулируется уровень двухфазной среды (смесь пара и воды), плотность которой меньше плотности воды.

Это приводит к тому, что отклонение уровня в переходных режимах может не соответство вать знаку математического небаланса. Поскольку практически невозможно учесть в модели все особенности физических и технологических процессов, то синтез регуляторов выполня ется по упрощенной модели объекта.

Поддержание уровня воды в барабане парового котла в допустимых пределах являет ся одной из главных задач обеспечения безопасной работы котлоагрегата. Поэтому актуаль ным является обеспечение закона регулирования в соответствии с текущей динамической моделью процесса и прогнозируемых значений регулируемой величины.

С целью построения прогнозирующей модели временные тренды измеряемых вели чин, таких как расход пара, расход воды и уровень, полученные на объекте в условиях экс плуатации были обработаны с помощью средств пакета System Identification Toolbox. Часть временного ряда использовалась для построения модели, вторая часть того же ряда – для проверки модели.

Результаты обработки разных временных рядов, зафиксированных для разных сезонов года, дней недели и времени суток показали, что порядок модели (3) и значения коэффици ентов будут разными. Соответственно, прогнозирующая модель должна изменяться в зави симости от изменяющихся условий эксплуатации. Однако адаптация модели должна выпол няться не постоянно, а при некоторых условиях. Предлагается в качестве таких условий ис 1355 МНТК "Наука и Образование - 2010" Прохоренков А.М., Качала Н.М.

пользовать условия выхода за допустимые пределы математического ожидания (5) и диспер сии (6) регулируемой величины:

м (t ) = M з (t ) M т (t ) доп, (5) 2 (t ) = з (t ) т (t ) доп 2 (6) Эффективность использования различных методов прогнозирования регулируемой величины можно оценить по ниже приведенным рисункам.

Кривая 1 на рис. 1 отражает изменение уровня воды в барабане парового котла. Линия 2 – прогноз изменения уровня воды, построенный с использованием модели ARX (AutoRe gressive with eXternal input). Поскольку уровень воды является функцией расхода пара и рас хода воды, то была построена модель с двумя входами. Для оценки коэффициентов модели была сформирована матрица экспериментальных данных из трех столбцов: один столбец со держал данные по изменению уровня, второй – расход пара, третий – расход воды. Экспери ментальные данные записаны с интервалом дискретизации 20 с. Первые отсчеты временного ряда (с 1 по 50) использовались для идентификации модели. Проверка модели выполнена для отсчетов с 51 по 73.

Третья кривая на рис. 1 иллюстрирует эффективность прогноза уровня воды при экс поненциальном сглаживании данных при параметре сглаживания = 0,5. Четвертая линия отражает результаты прогнозирования, сделанные с помощью фильтра скользящего средне го, интервал усреднения равен 3. Прогнозные значения привязаны к концу интервала сгла живания. При выбранных параметрах сглаживания оба последних метода показывают при мерно одинаковые результаты.

Ошибка предсказания для анализируемых прогнозных моделей определялась как раз ность между экспериментальными данными и оценкой, деленная на максимально допусти мое отклонение по уровню ( ) (n ) = h(n ) h(n ) hдоп.

Величины ошибок для трех моделей сравнимы, что наглядно иллюстрируется на рис. 2.

Точность любого прогноза зависит, насколько модель адекватна реальному процессу.

Поскольку условия функционирования объекта изменяются, то возникает необходимость уточнения модели или настройки ее параметров. Целесообразно при соизмеримых значениях показателей точности выбирать модель, для которой алгоритм идентификации параметров менее трудоемок. С этой точки зрения предпочтение следует отдать методам экспоненци ального и скользящего сглаживания.

Рис. 1. Прогнозирование уровня питательной воды в барабане котла МНТК "Наука и Образование - 2010" Использование прогнозирующих моделей для управления технологическими объектами Рис. 2. Ошибки прогноза.

Рис. 3. Сравнение различных методов сглаживания.

Вычисления по алгоритмам экспоненциального сглаживания и скользящего среднего просты и выполняются итеративно. Однако эти методы требуют решения задачи выбора па раметров сглаживания. Известны различные алгоритмы, которые обеспечивают в реальном масштабе времени адаптацию параметров модели к свойствам временного ряда. Примером такого алгоритма является алгоритм Тригга и Лича [3]. Эффективность этого метода прогно зирования иллюстрируется на рис. 3. Как видно, из графиков существуют временные интер валы, где имеет место практически полное совпадение наблюдаемого процесса и прогноза.

Однако нельзя ожидать, что метод справится с любыми изменениями в структуре ряда.

Проведенные исследования показали, что чем больше время упреждения, тем больше несоответствие между прогнозом и фактически измеренными значениями параметров. Мо дели, построенные на алгоритмах сглаживания, можно рекомендовать для получения кратко срочных прогнозов.

Список литературы:

1) Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. Проектирование систем управления. М.: Би ном. Лаборатория знаний, 2004. 911 с.

2) Веремей Е.И., Еремеев В.В. Введение в задачи управления на основе предсказаний.

http://matlab.exponenta.ru.

3) Лукашин Ю.П. Методы краткосрочного прогнозирования временных рядов. М.: Фи нансы и статистика, 2003. 416 с.

1357 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Совлуков А.С., Фатеев В.Я., Яценко В.В., Власова А.Р.

РАДИОЧАСТОТНОЕ РЕЗОНАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ Маслов А.А., 1,2Совлуков А.С., 2Фатеев В.Я., 1Яценко В.В., 1Власова А.Р., (1Мурманск, МГТУ, кафедра АиВТ, jacenkovv@rambler.ru;

Москва, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, sovlas@ipu.ru) Abstract. Radiofrequency (RF) resonator measuring device for determination of physical properties of liquids is proposed. The device contains RF sensor that is section of modified coaxial line with U-shaped inner conductor. Distant location of electronic unit of the device from the sensor can be provided.

Введение Во многих отраслях промышленности необходимо с высокой точностью определять различные физические свойства (концентрацию смеси веществ, влагосодержание, плотность и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, в пищевой промышленности необходимо измерять концентра цию коптильных препаратов, водно-спиртовых растворов и др.

Известны различные устройства для определения физических свойств жидкостей, ос нованные на измерении электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости или (и) тангенса угла диэлектрических потерь) жидкостей с применением радиоволновых ВЧ и СВЧ резонаторов, содержащих контролируемую жидкость (Брандт, 1963;

Викторов и др., 1978;

1989). Такие измерительные устройства имеют, однако, ограниченную область приме нения, обусловленную возможностью контроля жидкостей, являющихся достаточно хоро шими диэлектриками: для диэлектрических жидкостей с большими диэлектрическими поте рями добротность резонаторов может быть малой величиной и, соответственно, амплитуда информативных сигналов мала для надежной регистрации.

В известном устройстве (Ершов и др., 2007) содержится располагаемый в контроли руемой жидкости чувствительный элемент, представляющий собой отрезок длинной линии в виде совокупности металлического цилиндра и расположенного внутри него и параллельно ему внутреннего проводника U-образной формы, подключенных к электронному блоку для возбуждения в отрезке длинной линии электромагнитных колебаний и измерения его резо нансной частоты. Однако данное устройство имеет ограниченную область применения, что обусловлено необходимостью расположения электронного блока непосредственно вблизи чувствительного элемента и контролируемого объекта: в качестве электронного блока при меняется автогенератор, в частотозадающую цепь которого подключен рассматриваемый от резок длинной линии. Частота автогенератора, зависящая функционально от резонансной частоты отрезка длинной линии, служит информативным параметром. На практике же суще ствует много задач, связанных с необходимостью расположения электронного блока на зна чительном расстоянии (несколько метров и более) от контролируемого объекта. Схема авто генератора с рассматриваемым чувствительным элементом не позволяет это сделать.

Рассматриваемое здесь устройство характеризуется расширенной областью примене ния и обеспечивает возможность проведения измерений при удалении электронного блока от контролируемого объекта и уменьшение влияния на погрешность измерения параметров ка белей, связывающих генератор и блок для измерения резонансной частоты с соответствую щими индуктивностями связи.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Радиочастотное резонаторное устройство для измерения физических свойств жидкостей Рис. 1. Функциональная схема измерительного устройства.

1 – контролируемая жидкость, 2 – внутренний проводник отрезка длинной линии, 3 – наружный проводник отрезка длинной линии, 4 – нагрузочные индуктивности, 5 – индуктивности связи, 6 и 7 – высокочастотные трансформаторы, 8 – генератор частотно-модулированных ко лебаний, 9 – блок измерения резонансной частоты.

Функциональная схема измерительного устройства На рис. 1 изображена функциональная схема измерительного устройства. Здесь чув ствительный элемент в виде отрезка длинной линии размещается в емкости с контролируе мой жидкостью 1;

он может быть также заполнен этой жидкостью для проведения измере ний. Такой чувствительный элемент содержит внутренний проводник 2, имеющий U образную форму, и наружный проводник (металлический экран) 3. Внутренний проводник может быть покрыт диэлектрической оболочкой определенной толщины, изготовленной из фторопласта, полиэтилена и др., что важно при контроле жидкостей с большими диэлектри ческими потерями.

Каждый из концов данного отрезка длинной линии подключен к соответствующей на грузочной индуктивности 4. Эти нагрузочные индуктивности 4 вместе с соответствующими индуктивностями связи 5 образуют высокочастотные трансформаторы 6 и 7, которые рабо тают на частотах ~ 1 МГц и более высоких частотах. К одной из индуктивностей связи подключен генератор частотно-модулированных колебаний 8, с помощью которого в данном отрезке длинной линии – полуволновом резонаторе – возбуждают электромагнитные колеба ния (обычно в мегагерцовом диапазоне частот электромагнитных волн) на основной резо нансной частоте. К другой индуктивности связи 5 связи подключен блок измерения резо нансной частоты 9.

Величина индуктивной связи между первичной (индуктивностью связи 5) и вторич ной (нагрузочной индуктивностью 4) обмотками каждого из высокочастотных трансформа торов 6 и 7 выбирается из условий обеспечения большого значения нагрузочной (т.е. при подключении внешних элементов к отрезку длинной линии) добротности резонатора (отрез ка длинной линии) и достаточно большого значения амплитуды сигнала на выходе данного резонатора, т.е. на входе блока измерения резонансной частоты 9. В частности, при измере нии физических свойств жидкости, являющейся диэлектриком с большими диэлектрически ми потерями, собственная (т.е. в отсутствие внешних элементов) добротность резонатора (отрезка длинной линии) имеет малую величину (~ 10 20). В этом случае основной задачей является обеспечение достаточно большого значения амплитуды выходного сигнала, посту 1359 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Совлуков А.С., Фатеев В.Я., Яценко В.В., Власова А.Р.

пающего в блок измерения резонансной частоты 9. Поэтому в данном случае требуется обес печить достаточно сильную индуктивную связь между обмотками каждого трансформатора.

Это достигается расположением обмотки индуктивности связи 5 каждого из трансформато ров 6 и 7 в непосредственной близости от обмотки соответствующей нагрузочной индуктив ности 4 (например, одна из этих обмоток располагается поверх другой обмотки или между витками другой обмотки).

Принцип действия измерительного устройства При совпадении частоты частотно-модулированных колебаний и резонансной часто ты полуволнового резонатора амплитуда этих электромагнитных колебаний достигает мак симума. Этот максимум фиксируется в блоке измерения резонансной частоты 9 и в нем про исходит преобразование измеряемой частоты в какой-либо из электрических сигналов (на пряжение, ток) или цифровой код. При расположении полуволнового отрезка длинной линии в контролируемой жидкости 1 его резонансная частота изменяется. Поскольку эта резонанс ная частота функционально зависит от электрофизических параметров контролируемой жид кости 1, в частности, от диэлектрической проницаемости, которая, в свою очередь, зависит от физических свойств этой жидкости (концентрации смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.), то по ее значению определяют соответствующее значение измеряемого физического свойства жидкости.

В общем случае чувствительный элемент в виде отрезка длинной линии можно пред ставить в виде эквивалентного LC-контура с сосредоточенными параметрами, резонансная частота которого р определяется по формуле р = (1) LC Измеряемый физический параметр чаще всего воздействует на электрическую ем кость С данного эквивалентного LC-контура, в результате чего эта емкость изменяется на величину С, а резонансная частота – на величину р. Дифференцируя функцию (1) по С, можно получить приближенную формулу, связывающую величины р и С р С (2) р 2С Величина р/ определяет частотное перекрытие датчика, т.е. относительное изме нение информативного параметра (резонансной частоты) от относительного изменения из меряемого параметра.

Следует заметить, что емкость С состоит из рабочей емкости Ср и паразитной емкости Сп. Паразитную емкость составляют емкости различных элементов конструкции датчика, не участвующие в преобразовании “измеряемый параметрСр”, например, емкости про ходных изоляторов, фиксаторов и линий связи. Очевидно, что максимальную чувствитель ность и минимальную погрешность измерения можно получить только при максимально возможном значении С/(2С). Поэтому необходимо стремиться к уменьшению влияния па разитной емкости Сп на величину частотного перекрытия (2). В частности, уменьшения влияния емкости линий связи можно добиться при подключении их к точкам резонатора, в которых величина электрического поля минимальная. В полуволновом резонаторе такими точками являются короткозамкнутые концы этого резонатора или концы резонатора, нагру женные на индуктивность Lн. В этом случае входное сопротивление Zвх отрезка длинной ли нии, имеющего длину l и нагруженного на противоположном конце на индуктивность Lн, можно определить из следующего выражения (Викторов и др., 1978):

Z вх = jWtg ( l + x0 ) (3) МНТК "Наука и Образование - 2010" Радиочастотное резонаторное устройство для измерения физических свойств жидкостей где W – волновое сопротивление длинной линии;

= /vф – коэффициент фазы;

– угловая частота;

vф – фазовая скорость распространения электромагнитных волн в вакууме;

х0 – экви валентное удлинение отрезка длинной линии, нагруженного на индуктивность Lн, которое выражается следующей формулой:



Pages:     | 1 |   ...   | 39 | 40 || 42 | 43 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.