Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ отечественных и зарубежных систем управления температурным режимом 9
1.1. Обзор существующих энергосберегающих систем 9
1.2. Программные и аппаратные способы управления темперным режимом
Выводы 14
Глава 2. Проведение теоретических и экспериментальных исследований основных физических процессов, определяющих температурный режим здания и разработка на базе полученных результатов математической модели для энергосберегающей системы управления температурным режимом в подобных помещениях . 15
2.1. Теоретические исследования процессов теплопередачи в типовых помещениях современного здания 15
2.1.1. Расчетные параметры окружающей среды 15
2.1.2. Пример выбора наружных условий для теплотехнического расчета. 21
2.1.3. Расчетные параметры микроклимата помещений 22
2.2. Экспериментальная отработка разработанной методики измерения сопротивления теплопередаче многослойной конструкции 48
2.3. Разработка математической модели, алгоритмов и программ, реализующих концепцию управления температурным режимом здания 64
2.3.1. Постановка и решение задачи о теплопередаче в типовом помещении современного здания. 64
2.3.2. Решение системы дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности в ограждающих конструкциях 73
Выводы 76
Глава 3. Алгоритмическая структура системы автоматизированного управления температурным режимом производственных помещений . 80
3.1. Моделирование блок-схем для обеспечения работы системы управления. 80
3.2. Применение облачных сервисов 83
3.3. Реализация программной системы 84
3.4. Разработка программных средств для энергосберегающей системы управления температурным режимом в помещении производственного назначения . 89
3.4.1. Используемая методика достижения энергосберегающего эффекта. 90
3.4.2. Гиперрезолюция в аксиоматических системах. 91
3.4.3. Нечеткая гиперрезолюция. 92
3.4.4. Нечеткий абдуктивный вывод. 96
3.4.5. Структура программной реализации системы управления температурным режимом. 98
3.4.6. Решение новых задач, обеспеченное применяемыми методами автоматизации 99
3.5. База знаний 99
3.5.1. Входные лингвистические переменные с базовыми терм-множествами: 100
3.5.2. Выходные лингвистические переменные с базовыми терм-множествами. 101
3.5.3. Формат базы знаний 101
3.6. Интеллектуальная схема управления температурным режимом. 103
Выводы 104
Глава 4. Реализация программной системы управления температурным режимом производственных помещений при производстве хлебобулочной продукции 106
4.1. Структура программной системы 107
4.2. Реализация программной системы 108
4.3. Проверка результатов работы 109
4.3.1. Проведение оптимизационных расчетов, гарантирующих повышенную эффективность разрабатываемых программных и аппаратных средств 109
Выводы 129
Заключение 131
Список литературы 134
- Программные и аппаратные способы управления темперным режимом
- Расчетные параметры микроклимата помещений
- Разработка программных средств для энергосберегающей системы управления температурным режимом в помещении производственного назначения
- Проведение оптимизационных расчетов, гарантирующих повышенную эффективность разрабатываемых программных и аппаратных средств
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Энергоэффективность и энергосбережение являются одним из восьми приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденных Указом Президента РФ от 7 июля 2011 г. № 899.
Согласно прогнозам спрос на энергоресурсы на среднесрочную и долгосрочную перспективу в РФ достигнет к 2020г. - 135%, а к 2030г. -160% к текущему уровню. В условиях нарастающего дефицита топливно-энергетических ресурсов все более актуальными становятся проблемы их эффективного использования и создания условий для перевода экономики России на энергосберегающий путь развития.
В России уровень оснащения систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии, инженерных систем зданий и сооружений новыми отечественными средствами технологического и коммерческого учета, локальной и комплексной автоматизации является крайне недостаточным.
В связи с этим актуальным является разработка и внедрение новых
отечественных энергосберегающих приборов, оборудования и систем,
электронной компонентной базы, обеспечивающих существенный
экономический эффект в области энерго- и ресурсосбережения.
В настоящее время важным вопросом является создание
интеллектуальной энергосберегающей системы управления температурным
режимом, которая предназначена для обеспечения климат контроля
специализированных производственных помещений и производственных
цехов. Она должна иметь возможность работать в автономном режиме, не
зависящем от возможностей централизованного отопления, тем самым
обеспечивая автономность работы и возможность развёртывания
производственных площадей в любом удобном месте.
Вопросами создания методов управления температурным режимом занимались западные ученые Кевин Эштон, Адам Данкелс, Стефано Марцано, Дональд Норман, Роланд Пипер, Josef Preishuber-Pflgl, Джон Сили Браун, Брюс Стерлинг, Марк Вейсер, а также отечественные ученые В.Архипов, А.Волков, В.Логвиненко, Е.Кириллов, В. Савин, О.Веселов, А.Осин, Д.Паршин, В.Гринченков и другие. Существенный вклад в теорию интеллектуального управления динамическими системами внесли: Аверкин А.Н., Вагин В.Н., Емельянов В.В., Еремеев А.Г., Мелихов А.Н., Поспелов Д.А., Осипов Г.С. и другие.
Ведущими предприятиями и научными организациями, работающими в этой области являются AMX, BECKHOFF, Clipsal, Crestron, Panasonic, Philips, Siemens.
Таким образом, тема диссертационной работы является
своевременной и актуальной.
Объект исследования
Объектом исследования является программно-аппаратная
(микропроцессорная) система управления температурным режимом
специализированных производственных помещений.
Предмет исследования
Предметом исследования является математическое и программное
обеспечение для решения задачи интеллектуальной обработки информации с
датчиков температуры для поддержания температурного режима
специализированных производственных помещений.
Цель и задачи
Целью диссертационной работы является разработка средств для поддержания заданных температурных параметров в производственных помещениях за счет разработки математического и программного обеспечения микропроцессорной системы, обеспечивающей решение комплекса задач обработки информации.
Указанная цель достигается решением следующих задач:
1. Проведен анализ современных аппаратных и программных средств
и созданных на их основе интеллектуальных энергосберегающих систем в
рамках современных разработок автономного теплообеспечения
помещений.
2. Разработана математическая модель, алгоритмы и программы,
реализующие концепцию автономного поддержания температурного
режима в специализированных производственных помещениях, в основе
которой лежит метод искусственного интеллекта, основанный на
использовании базы нечётких знаний, подсистемы логического вывода,
адаптации и самообучения. Предлагаемый подход позволяет управлять
назначенными параметрами температурного режима в условиях
неопределённости и быстроменяющейся внешней обстановки (сквозняк,
открытие и закрытие дверей, изменение температуры вне помещения).
3.Проведено математическое моделирование тепловых процессов в типовом помещении здания. Результаты проведенных оптимизационных расчетов, гарантирующих повышенную эффективность разрабатываемых программных и аппаратных средств.
4. Разработано программное обеспечение для управления
температурным режимом производственных помещений и осуществлена его экспериментальная проверка на базе предлагаемых в данной работе математических и информационных моделей процессов управления температурным режимом.
Научная новизна
1.Разработанная система позволяет использовать текущую
информацию о ситуации (температура, фоновую обстановку в помещении, выполняемые действия над системой, текущие процессы в системе к которой применяется интерфейс, состояние управляющей системы и т.д.) и обеспечивает необходимое быстродействие в режиме реального времени.
2. Впервые в основе построения программной системы для
управления автоматическим регулятором температурного режима
используется метод искусственного интеллекта, основанный на
использовании базы нечётких знаний, подсистемы логического вывода,
адаптации и самообучения. Его применение позволяет управлять
назначенными параметрами температурного режима в условиях
неопределённости и быстроменяющейся внешней обстановки, что не позволяет делать стандартная аналитическая математическая модель.
3. Разработанная математическая модель на основе анализа текущей и прошедшей ситуаций система способна коррелировать управленческие сигналы от человека с проанализированной ситуацией, что позволило сократить потребление энергии на 42%.
Достоверность
Достоверность полученных результатов обеспечивается
использованием математического аппарата аналитической, машинной
графики, методов искусственного интеллекта, теории управления, теории
алгоритмов и структур данных, методов математического
программирования, имитационным моделированием на ЭВМ в среде MATLAB и экспериментальными исследованиями на испытательном стенде.
Теоретическая и практическая ценность работы
Полученные в диссертационной работе научные результаты позволяют
решать актуальные задачи построения алгоритмов управления
температурным режимом для решения комплекса задач интеллектуальной обработки информации с использованием ЭВМ. Разработанные алгоритмы управления температурным режимом могут практически использоваться при решении задач обеспечения оптимального климата в производственных помещениях. Практическую ценность представляет программная среда разработчика и разработанный стенд, позволяющая проводить отладку алгоритмов до их практического применения.
Работа выполнена в рамках Госбюджетной НИР №10671р/19543 от 02.07.2012.
Методы исследования
Поставленные задачи решались с использованием аппарата
математической логики, методов системного анализа, методов
искусственного интеллекта, теории управления, теории алгоритмов и структур данных, методов математического программирования, а также результатами имитационного моделирования на ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель управления системой задвижек тепловых контуров для обеспечения энергосберегающего эффекта внутренней среды производственных помещений.
-
Схема управления температурным режимом, предназначенная для поддержания теплового режима внутренней среды производственного помещения.
-
Оригинальный способ представления правил в базе знаний и методы их корректировки в процессе логического вывода.
Апробация результатов исследования
Наиболее важные результаты докладывались на международной
конференции «Перспективные инновации в науке, образовании,
производстве и транспорте» (Украина, г. Одесса, 2013 г.), научно-технической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Москва, 2010-2013г.).
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на кафедре «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» ГОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».
Результаты, полученные в процессе работы над диссертацией, включены в учебный процесс кафедры «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики» и внедрены в виде опытного образца в эксплуатацию ЗАО «Теплоогнезащита» на пилотном объекте, расположенным по адресу: г. Сергиев Посад, пр. Красной Армии, д.80.
Публикации
Основные результаты диссертации отражены в десяти печатных работах, в том числе, в трудах семи научных конференций и трех статьях в изданиях, включенных в перечень рецензируемых научных журналов. Также получены два свидетельства о регистрации программного продукта.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и одного приложения. Общий объем основного текста диссертации составляет 139 страниц, список литературы состоит из 115 наименований. В работе содержится 27 рисунков и 23 таблицы.
Программные и аппаратные способы управления темперным режимом
Рассмотрены возможные способы реализации данной системы и выявлены наиболее подходящие технологии. Представлена алгоритмическая и структурная модель программной системы.
В процессе работы над программной реализацией рассматриваются современные технологические особенности реализации программного и аппаратного назначения и приводится обоснование их выбора.
Объектом исследования в рамках данной работы является программно-аппаратная (микропроцессорная) система управления температурным режимом специализированных производственных помещений.
Предметом исследования является математическое и программное обеспечение для решения задачи интеллектуальной обработки информации с датчиков температуры для поддержания температурного режима специализированных производственных помещений.
Целью диссертационной работы является поддержание заданных температурных параметров в производственных помещениях за счет разработки математического и программного обеспечения микропроцессорной системы, обеспечивающей решение комплекса задач обработки информации об изменении.
Указанная цель достигается решением следующих задач:
1. Проведен анализ современных аппаратных и программных средств и созданных на их основе интеллектуальных энергосберегающих систем в рамках современных разработок автономного теплообеспечения.
2. Разработана математическая модель, алгоритмы и программы, реализующие концепцию автономного поддержания температурного режима в специализированных производственных помещениях, в основе которой лежит метод искусственного интеллекта, основанный на использовании базы нечётких знаний, подсистемы логического вывода, адаптации и самообучения. Его применение позволяет управлять назначенными параметрами температурного режима в условиях неопределённости и быстроменяющейся внешней обстановки (сквозняк, открытие и закрытие дверей, изменение температуры вне помещения).
3.Проведено математическое моделирование тепловых процессов в типовом помещении здания. Результаты проведенных оптимизационных расчетов, гарантирующих повышенную эффективность разрабатываемых программных и аппаратных средств.
4. Разработано программное обеспечение для управления температурным режимом производственных помещений и осуществлена его экспериментальная проверка базе предлагаемых в данной работе математических и информационных моделей процессов управления температурным режимом.
В рамках данной работы можно обозначить следующие критерии научной новизны: 1.Разработанная система позволяет использовать текущую информацию о ситуации (температура, фоновую обстановку в помещении, выполняемые действия над системой, текущие процессы в системе к которой применяется интерфейс, состояние управляющей системы и т.д.) и обеспечивает необходимое быстродействие в режиме реального времени.
2. Впервые в основе построения программной системы для управления автоматическим регулятором температурного режима лежит метод искусственного интеллекта, основанный на использовании базы нечётких знаний, подсистемы логического вывода, адаптации и самообучения. Его применение позволяет управлять назначенными параметрами температурного режима в условиях неопределённости и быстроменяющейся внешней обстановки, что не позволяет делать стандартная аналитическая математическая модель.
3. Разработанная математическая модель на основе анализа текущей и прошедшей ситуаций система способна коррелировать управленческие сигналы от человека с проанализированной ситуацией, что позволило сократить потребление энергии на 42%. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием математического аппарата аналитической, машинной графики, методов искусственного интеллекта, теории управления, теории алгоритмов и структур данных, методов математического программирования, имитационным моделированием на ЭВМ в среде MATLAB и экспериментальными исследованиями на испытательном стенде.
Полученные в диссертационной работе научные результаты позволят решать актуальные задачи построения алгоритмов управления температурным режимом для решения комплекса задач интеллектуальной обработки информации с использованием ЭВМ. Разработанные алгоритмы управления температурным режимом могут практически использоваться при решении задач обеспечения оптимального климата в производственных помещениях.
Поставленные задачи решались с использованием аппарата математической логики, методов системного анализа, методов искусственного интеллекта, теории управления, теории алгоритмов и структур данных, методов математического программирования, а также результатами имитационного моделирования на ЭВМ. Глава 1. Анализ отечественных и зарубежных систем управления температурным режимом
В рамках концепции «умное здание» за рубежом создан целый ряд энергосберегающих систем, отличающихся типом аппаратных и программных средств. Современные технологии позволяют строить домашнюю автоматизированную систему на не взаимосвязанных между собой функциях - выбирать только те, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы невысокой стоимости.
Обзор существующих энергосберегающих систем Современные комплексы управления температурным режимом отличаются друг от друга по степени масштабности применения различных концепций управления температурным режимом, возможностью воздействовать на состояние внутренней среды помещения посредствам различных аппаратных технологий. В рамках используемых систем управления температурным режимом можно выделить следующие группы:
1. Системы, использующие показания от датчиков как посыл к изменению температурного режима;
2. Системы, использующие показания от датчиков как сведения, использующиеся в качестве входных параметров при логическом выводе на основании правил системы искусственного интеллекта.
Расчетные параметры микроклимата помещений
При расчетах теплопередачи через ограждающие конструкции необходимо, правильно оценить теплопроводность их материалов. Большинство строительных материалов пористые тела. Зависимость коэффициента теплопроводности строительных материалов от их плотности обусловлена тем, что практически любой строительный материал состоит из скелета основного строительного вещества и воздуха. К.Ф. Фокин [3] для примера приводит такие данные: коэффициент теплопроводности абсолютно плотного вещества (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от 0,1 Вт/(мС) (пластмасса) до 14 Вт/(мС) (кристаллические вещества при потоке теплоты вдоль кристаллической поверхности), в то время как теплопроводность воздуха около 0,026 Вт/(мС). Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем больше значение коэффициента теплопроводности. Понятно, что легкие теплоизоляционные материалы имеют сравнительно небольшую плотность.
Теплопроводность увеличивается с повышением влажности материала. Влажность характеризуется наличием в материале химически несвязанной воды. Повышение коэффициента теплопроводности с увеличением влажности материала происходит из-за того, что вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности около 0,58 Вт/(мС), что в 22 раза больше, чем у воздуха, находящегося в порах. Большая интенсивность возрастания коэффициента теплопроводности при малой влажности вызвана тем, что при увлажнении материала сначала заполняются водой мелкие поры и капилляры, влияние которых на теплопроводность материала больше, чем влияние крупных пор.
Еще более резко возрастает коэффициент теплопроводности, если влажный материал промерзает, так как лед имеет коэффициент теплопроводности 2,3 Вт/(мС), что в 80 раз больше, чем у воздуха. Установить общую математическую зависимость теплопроводности материала от его влажности для всех строительных материалов невозможно (большое влияние оказывает форма и расположение пор). Однако очевидно, что увлажнение строительных конструкций приводит к снижению их теплозащитных качеств, увеличивая коэффициент теплопроводности влажного материала.
С повышением температуры теплопроводность материалов увеличивается. Данные о количественном влиянии указанных параметров на теплопроводность строительных материалов приведены в справочном пособии [12]. Необходимо отметить, что приведенные в упомянутых нормативах формулы для расчета теплопередачи через ограждающие строительные конструкции получены для стационарного температурного режима теплопроводности.
В данной работе целесообразно использовать нормативные данные по расчету теплозащитных качеств ограждений, расчетных наружных и внутренних условий, коэффициентов теплообмена на поверхностях за исключением формул для расчета теплопроводности в ограждениях, так как при использовании системы автоматического регулирования режим теплопередачи в помещении существенно не стационарен. В этом случае следует решать краевую задачу не стационарной теплопроводности в ограждающих конструкциях, позволяющую учитывать тепловую инерционность системы.
Экспериментальные исследования сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций современного здания
Одной из величин, определяющих энергоэффективность строительной конструкции (в т.ч. величину сверхнормативных потерь через ограждающие конструкции), определение которой входит в обязательном порядке в технологию энергетического аудита, является термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче). Это определено рядом нормативных документов, например [30] и др.
Большинство проблем, возникающих при определении этой величины, заключались в том, что, как правило, методы ее определения «работают» в условиях стационарности процесса теплопередаче через ограждающую конструкцию, в то время, как в действительности процесс являлся сугубо нестационарным. Это приводило к ограничению возможности определения сопротивления теплопередаче и к большой погрешности получаемых результатов.
Решение этой проблемы впервые было предложено в работе [31] и развито в работе [32]. Оно заключается в решении обратной задачи нестационарной теплопроводности в многослойной среде. Метод универсален и в настоящее время находит широкое применение на практике.
Разработка программных средств для энергосберегающей системы управления температурным режимом в помещении производственного назначения
В уравнении (2.51) приняты следующие обозначения: Р- мощность источников тепла (холода): для зимнего периода мощность вводится выражением Р=1,162Югор.вод(Тгор.вод-Тв); Сгорвод - часовой расход горячей воды, проходящий через батарею отопления (кг/ч); 1,1628 - коэффициент перевода часового расхода воды в ее теплоотдающую способность воздуху в комнате (Вт/К); Тгор.вод -температура горячей воды; Св=всврв- суммарная теплоемкость воздуха в объеме (Ve=LjL2H) рассматриваемой комнаты; Lj-длина, 2-ширина, Я-высота; Кв.огр теплоотдающая способность воздуха внутренней поверхности наружной стены, имеющей площадь Fozp : Ke.ozp=eiFozp; Ke.cm - теплоотдающая способность воздуха внутренним поверхностям смежных стен, имеющих площадь Fcm. Ke.cm= 63Fcm, Кв_пол теплоотдающая способность воздуха внутренним поверхностям пола и потолка, имеющих площадь Fnojl: Кв.пол= e4Fnojl; Кв.окн - теплоотдающая способность воздуха внутренней поверхности окна, имеющего площадь FOKH. Кв.окн= e2FOKH; T Tjfx O) - текущая температура внутренней поверхности наружной стены; Тош=Т2(х2=0) - текущая температура внутренней поверхности окна; Тст=Тт,(хт,=0) - текущая температура внутренней поверхности смежных стен; Т„ол=Т4(х4=0) - текущая температура внутренней поверхности пола и потолка; Knp=knpFOKH - способность окна к пропусканию солнечных лучей; KUH(p=kUH(pFOKH - теплопередающая способность окна инфильтрацией воздуха.
Текущие значения коэффициентов естественно-конвективной и лучистой теплоотдачи на внутренних поверхностях комнаты рассчитываются по формулам (2.31)-(2.37). Средняя температура поверхности батареи отопления, используемая для определения радиационной температуры помещения, рассчитывается по формуле: Т . = Т, + (Г,,,.., - Г.) 1 - ехр(- 1,1628 )] , («2) где Fбат, бвт – площадь теплоотдающих поверхностей батареи и коэффициент суммарной теплоотдачи от них внутреннему объему помещения. 2.3.2. Решение системы дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности в ограждающих конструкциях
Решения каждой из записанных выше четырех систем дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности получено одним из наиболее прогрессивных методов конечных разностей, разработанным в 80-е годы в Якутском филиале Сибирского отделения АН СССР. Решение задачи нестационарной нелинейной теплопроводности было получено для наиболее общего случая: многослойного (количество слоев до 20) неограниченного цилиндра с разнородными теплофизическими характеристиками материалов слоев.
Для данной задачи характерно два вида нелинейности: внутренняя и внешняя. Внутренняя нелинейность обусловлена зависимостью удельной и теплоемкости материала каждого слоя от температуры, а также наличием внутренних объемных источников теплоты, являющихся функциями времени. Внешняя нелинейность обусловлена зависимостью параметров теплового воздействия на внутренней и наружной поверхности от времени.
Параметрами теплового воздействия являются: температуры сред, коэффициенты конвективной теплоотдачи, приведенные степени черноты поверхностей, определяющих радиационный теплообмен со средами, а также плотности тепловых потоков внешних источников. То есть на обеих поверхностях цилиндра граничное условие формулировалось по аналогии с граничным условием.
Для использования данного решения применительно к рассматриваемым в математической модели плоским стенкам было произведено последовательное его упрощение. Во-первых, введено условие, что радиус внутренней поверхности цилиндра во много раз больше его свода, то есть фактически осуществлялся переход от цилиндра к плоскости. Во-вторых, были обнулены в каждом слое внутренние источники теплоты. В третьих, были отключены вспомогательные интерполяционные функции, осуществляющие ввод в алгоритм таблично заданных зависимостей теплофизических характеристик материалов слоев. То есть теплофизические характеристики в каждом слое стали неизменными.
Для численного решения краевой задачи, например, используется однородная чисто неявная разностная схема сквозного счета. При этом дискретизация исходной краевой задачи по радиальной координате производится на неравномерной пространственной сетке, но равномерной в пределах каждого слоя: m
Из общей теории сходимости решений нелинейных разностных схем следует, что для широкого класса значений с и при достаточно малых значениях шагов (h, ) решение данной разностной схемы сходится к достаточно гладкому решению аппроксимационной задачи со скоростью порядка (+h2).
Разностная схема (2.57) - (2.61), в силу ее чистой неявности, является, как и исходная краевая задача, нелинейной. В этом случае разностные уравнения на каждом временном слое (т.е. при фиксированном индексе j), представляют собой замкнутую систему нелинейных алгебраических уравнений.
Численную реализацию данной системы, учитывая ее специфику, целесообразно проводить с помощью итерационного процесса, сочетающего наиболее простой метод простых итераций и быстро сходящийся метод Ньютона[85].
С этой целью создается итерационный аналог уравнений (2.57) - (2.61) в виде системы линейных трехточеных алгебраических уравнений, в которых для упрощения записи уравнений введены комплексы, содержащие в себе в различных сочетаниях теплофизические и геометрические характеристики слоев.
Проведение оптимизационных расчетов, гарантирующих повышенную эффективность разрабатываемых программных и аппаратных средств
Также для корректной работы системы была разработана интеллектуальная схема управления температурным режимом (ИСУТР) Дт – Датчик температуры; ИУ – Исполняющее устройство; ПК – ПЭВМ. Так же в состав ИСУТР входит устройство включения батареи от резервного питания, предназначенное для включения заслонки отопительного контура в случае отключения основного источника питания. Основная задача «ИСУТР» - поддержание теплового режима, который определяется технологическим процессом, реализуемым в производственном помещении, а так же задается пользователем, независимо от показателей температуры наружного воздуха, температуры внутри производственного цеха, выделяемой тепловой энергии производственными объектами и персоналом, находящимся в данный момент внутри данного помещения.
Принцип действия «ИСУТР» основан на преобразовании датчиками температуры тепловой энергии в электрические сигналы с последующей обработкой сигналов главным устройством, выводом информации на светодиодный цифровой индикатор и выработке управляющих сигналов.
Главное устройство «ИСУТР» отправляет пакет сигналов на ДТ1, принимает ответные сигналы, добавляет в них хранящиеся в памяти данные и отправляет пакет на следующий ДТ.
После прохождения всех ДТ, главное устройство получает пакет сигналов, в котором хранится информация со всех ДТ.
Главное устройство осуществляет сравнительный анализ температуры каждого ДТ, сверяет её с хранящейся температурной моделью производственного помещения, и осуществляет при необходимости включение/выключение исполнительных органов в той или иной части помещения. После того, как главное устройство обобщило и проанализировало температуру, оно формирует пакет информации, в котором хранятся все команды для каждого исполняющего устройства, данный пакет отправляется на ИУ1, и проходит по всем задействуемым ИУ. «ИСУТР» функционируют в круглосуточном режиме и получают информацию от датчиков температуры по каналам связи в соответствии с протоколом IEC/EIARS-485. Датчики температуры выполняют функции сигнализаторов параметров окружающей среды. Количество подключаемых датчиков температуры – до 30 шт.
Питание «ИСУТР» осуществляется от внешней однофазной сети переменного тока, напряжением 220 В. Подключение к электросети осуществляется непосредственно каждого устройства, входящего в «ИСУТР», через адаптер. Электрическое питание датчиков температуры должно обеспечиваться в соответствии с их типом. При этом потребляемая мощность определяется как суммарная от количества задействуемых функциональных элементов «ИСУТР» (главного устройства, ДТ и ИУ)[104].
Выводы.
В рамках третьей главы данного диссертационного исследования были получены результаты в области разработки алгоритмической структуры программного комплекса. Обозначены ключевые действия, связанные с обработкой данных, полученных от датчиков и применение их показаний в принятии решения об изменении состояния тепловой заслонки системы подачи горячей воды в систему отопления. Разработан алгоритм самообучения системы на базе имеющихся правил и их возможной модификации, в следствии изменения окружающей среды.
Обозначены основные показатели, влияющие на температурный режим помещений специального назначения и их функциональная зависимость с текущим состоянием температурного режима. Выявлена роль нечеткого абдуктивного метода при оценке текущей ситуации.
Разработанная структура программного продукта отвечает требованиям, определенным на начальном этапе разработке системы и представляет из себя программный модуль, написанный средствами объектно-ориентированного программирования. Модули программной системы реализуют концепцию, заложенную в математической модели, и определяют основные задачи системы. Реализована база знаний, в которую записаны начальные правила, определенные экспертом. Также имеется возможность самообучения системы и добавление, а также изменение правил в базе знаний.
Также построена ИСУТР данной системы, отвечающая требованиям безопасности и отказоустойчивости системы. Основные модули, представленные в ИСУТР, позволяют определить потоки данных системы и ее работу в условиях изменяющейся внешней температурной среды.
В рамках разработанной алгоритмической и математической моделей обепечения температурного режима в помещениях специального назначения была реализована программная составляющая для управления температурным режимом цехов по производству хлебобулочной промышленности.
В рамках производственного цикла можно выявить ряд технологических процессов, температурный режим для которых является неотъемлемой частью. Рисунок 4.1. Структурная схема работы хлебопекарного комбината. Мука подвозится на хлебозавод в специализированных транспортировочных автомобилях 1, а дополнительное сырье - в автомашинах 2. По трубопроводам 3 мука поступает в модули для хранения 4. Для очистки воздуха в помещении от мучной пыли установлены фильтры 5, 10, 14. Роторными питателями 6 из модулей для хранения мука направляется в предварительную емкость 7 перед просеивателем 8 , далее синековым питателем 9 в предварительную емкость 11, затем через автовесы 12 с бункером 13 в производственные бункеры 15. Вода подготавливается в водомерных бачках 16, а дополнительное сырье в виде растворов в сборниках 17, 18, 19, 20. В тестомесильную машину 27 бункерного тестоприготовительного агрегата 29 мука, растворы дополнительного сырья из бачков постоянного уровня 21, 22, 23, 24 отмериваются дозаторами 25, 26. Выброженное тесто питателем 28 направляется в тестоделитель З0, откуда в виде отдельных кусков определенной массы транспортерами 31, 33 в округлитель 32, а затем - в закаточную машину 34. Укладчиком-манипулятором 35 тестовые заготовки перекладываются в формы на люльки расстойного шкафа 36. Расстоявшиеся заготовки транспортером 37 подаются на под туннельной 38. Выпеченный хлеб сборным транспортером 39 направляется на распределительный транспортер 40 или тележку 48. С помощью устройств 41 для ориентирования хлеб поступает в хлебоукладочный агрегат 42, откуда на полки контейнеров 43. Для подсортировки заказов торговой сети имеется комплектующая тележка 45.
Загруженные контейнеры собираются на накопителях 44, откуда они перемещайся загрузочным конвейером 46 к автохлебовозам, которые с помощью стыковочного механизма 47 крепятся к местам погрузки на рампе экспедиции.
Таким образом можно выделить следующие основные этапы производственного процесса, где температурный режим непосредственно влияет на соблюдение требований по изготовлению хлебобулочной продукции: приготовление теста и хранение теста.
Похожие диссертации на Автоматизация управления температурным режимом в специализированных производственных помещениях с использованием микропроцессорной системы
