Automatyczne sterowanie i optymalizacja operacji jednostkowych produkcji żywności - przegląd wybranych metod

Podobne dokumenty
Automatyka i sterowania

SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym: - układ regulacji kaskadowej - układ regulacji stosunku

II. STEROWANIE I REGULACJA AUTOMATYCZNA

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Prowadzący: Prof. PWr Jan Syposz

Instrukcja do ćwiczenia 6 REGULACJA TRÓJPOŁOŻENIOWA

Automatyka i Regulacja Automatyczna SEIwE- sem.4

Elementy układu automatycznej regulacji (UAR)

Dr hab. inż. Jan Duda. Wykład dla studentów kierunku Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

Rys. 1 Otwarty układ regulacji

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

3/13/2012. Automatyka i Sterowanie PRz Wprowadzenie. Wprowadzenie. Historia automatyki. dr inż. Tomasz Żabiński. Odśrodkowy regulator prędkości

Dobór parametrów regulatora - symulacja komputerowa. Najprostszy układ automatycznej regulacji można przedstawić za pomocą

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Automatyzacja. Ćwiczenie 9. Transformata Laplace a sygnałów w układach automatycznej regulacji

Automatyka przemysłowa na wybranych obiektach. mgr inż. Artur Jurneczko PROCOM SYSTEM S.A., ul. Stargardzka 8a, Wrocław

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

Sterowanie pracą reaktora chemicznego

Regulacja dwupołożeniowa (dwustawna)

Układy sterowania: a) otwarty, b) zamknięty w układzie zamkniętym, czyli w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (układzie regulacji automatycznej)

Wykład nr 1 Podstawowe pojęcia automatyki

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

REGULACJA DWUPOŁOŻENIOWA

Regulatory wykonywane są z zaworami zamykanymi lub otwieranymi przy wzroście temperatury. Pozycja temperatury może być ukośna, pozioma lub pionowa.

PODSTAWY AUTOMATYKI IV. URZĄDZENIA GRZEJNE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI

1. Logika połączeń energetycznych.

Regulacja dwupołożeniowa.

Automatyka w inżynierii środowiska. Wykład 1

1 Informacje o oprogramowaniu SOZE v przeznaczonym do regulacji, sterowania i zarządzania ciepłem w budynkach

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWANIA (KSS)

INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

SYNTEZA UKŁADU AUTOMATYCZNEJ REGULACJI TEMPERATURY

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Zautomatyzowane systemy produkcyjne

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Sterowniki Programowalne (SP)

Politechnika Gdańska

Spis treści. Dzień 1. I Elementy układu automatycznej regulacji (wersja 1109) II Rodzaje regulatorów i struktur regulacji (wersja 1109)

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Dobór regulatorów. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Zagadnienia kierunkowe Kierunek mechanika i budowa maszyn, studia pierwszego stopnia

SIMATIC S Regulator PID w sterowaniu procesami. dr inż. Damian Cetnarowicz. Plan wykładu. I n t e l i g e n t n e s y s t e m y z e

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

REGULATOR PI W SIŁOWNIKU 2XI

ELEMENTY ELEKTRONICZNE. Układy polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora


PAiTM. materiały uzupełniające do ćwiczeń Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie prowadzący: mgr inż.

INSTRUKCJA OBSŁUGI UMP-2 UNIWERSALNY MODUŁ POGODOWY. Ochrona patentowa nr PL Wersja 8623

NOWOCZESNE STERYLIZATORY OSZCZEDZAJĄCE WODĘ I ENERGIĘ

Inżynieria Systemów Dynamicznych (5)

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

HM 80 REGULATOR ZAWORU MIESZAJĄCEGO ZASTOSOWANIE DANE TECHNICZNE WŁASNOŚCI KARTA KATALOGOWA ELEKTRYCZNE SYGNAŁ RADIOWY

Dynamika procesu zmienna stała. programowalne zmiany parametrów r.

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EAR n Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Urządzenia automatyki przemysłowej Kod przedmiotu

Automatyka i Regulacja Automatyczna Laboratorium Zagadnienia Seria II

(13)B3 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Prowadzący(a) Grupa Zespół data ćwiczenia Lp. Nazwisko i imię Ocena LABORATORIUM 4. PODSTAW 5. AUTOMATYKI

Część 5. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

Ćwiczenie 6 - Bezpośrednie sterowanie cyfrowe

Technote. Sterownik Frese DELTA T. Opis. Działanie. Zastosowanie. Cechy. Zalety.

Ćwiczenie nr 3 Układy sterowania w torze otwartym i zamkniętym

Pogotowie cieplne (041)

LAB-EL LB-760A: regulacja PID i procedura samostrojenia

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Ciepłownictwo. Projekt zbiorczego węzła szeregowo-równoległego, dwufunkcyjnego, dwustopniowego

SEMINARIUM Z AUTOMATYKI CHŁODNICZEJ I KLIMATYZACYJNEJ.

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia VI Dobór nastaw regulatora typu PID metodą Zieglera-Nicholsa.

HC1 / HC2. Regulator temperatury

Podstawy Automatyki. Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH. Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

UWAGA! ELEKTRYCZNE POD NAPIĘCIEM!

POLITECHNIKA GDAOSKA

NODA System Zarządzania Energią

SYNTEZA UKŁADU DWUPOŁOŻENIOWEJ REGULACJI POZIOMU CIECZY W ZBIORNIKU

Ćwiczenia audytoryjne

Analiza i projektowanie oprogramowania. Analiza i projektowanie oprogramowania 1/32

Ćwiczenia audytoryjne

1. Regulatory ciągłe liniowe.

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ D-1 LABORATORIUM Z AUTOMATYKI I ROBOTYKI Ćwiczenie nr 4. Badanie jakości regulacji dwupołożeniowej.

SFC zawiera zestaw kroków i tranzycji (przejść), które sprzęgają się wzajemnie przez połączenia

Do ECL Comfort Va.c. i 24 Va.c.

Mechatronika i szybkie prototypowanie układów sterowania

Ocena wpływu systemów automatyki na efektywność energetyczną budynków w świetle normy PN-EN cz. 2

Podstawy automatyki. Energetyka Sem. V Wykład 1. Sem /17 Hossein Ghaemi

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

JĘZYKI PROGRAMOWANIA STEROWNIKÓW

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Algorytmy sztucznej inteligencji

Eliminacja drgań w układach o słabym tłumieniu przy zastosowaniu filtru wejściowego (Input Shaping Filter)

Temat: Systemy do precyzyjnej regulacji temperatury w obiektach chłodzonych o dużej i małej pojemności cieplnej.

Ćwiczenie PA7b. Identyfikacja obiektu układu regulacji temperatury powietrza przepływającego przez rurociąg

1. Wstęp. dr inż. Piotr Pawełko / Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia patrz punkt 4!!!

SK Instrukcja instalacji regulatora węzła cieplnego CO i CWU. Lazurowa 6/55, Warszawa

Transkrypt:

Automatyczne sterowanie i optymalizacja operacji jednostkowych produkcji żywności - przegląd wybranych metod Dr hab. inż. Antoni Ryniecki, prof. nadzw. kwiecień 2008 1. Pojęcia podstawowe; cele i zadania automatycznego sterowania. 2. Podstawowe metody sterowania. 3. Współczesne trendy w sterowaniu procesem sterylizacji konserw. Podst. ozn.: T -temperatura τ -czas

Literatura Ryniecki. Komputerowe sterowanie procesami cieplnego utrwalania żywności. Postępy Nauk Rolniczych, Nr 5/95: 63-75. Ryniecki A. Podstawy automatyzacji procesów w przemyśle spożywczym. Wyd. Akademii Rolniczej 1990, Poznań. Ryniecki A., D.S. Jayas. Process Control for Thermal Processing. Chapter 9 in: Computerized Control Systems in the Food Industry (ed. G.S. Mittal). M. Dekker, Inc. New York, USA. 1997, s. 277-294.

Pojęcia podstawowe (wykorzystano m.in.6 t. Encykl. PWN) 1. STEROWANIE: takie oddziaływanie na wejście obiektu sterowania, aby jego sygnały wyjściowe osiągnęły pożądaną wartość. St. ręczne: sterowanie realizowane przez człowieka; St. automatyczne: - za pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia (np. regulatora lub sterownika). 2. STEROWANIE W UKŁADZIE OTWARTYM (ręczne lub automatyczne): takie nastawienie wielkości wejściowej, aby na wyjściu otrzymać zadaną wartość (ważna charakterystyka obiektu). 3. STEROWANIE W UKŁADZIE ZAMKNIĘTYM (REGULACJA) takie ciągłe nastawianie wielkości wejściowej, które sprowadza do zera błąd regulacji e [e = wart. zadana minus wart. rzeczywista, wielk. wyj.] 4. AUTOMATYKA: dyscyplina naukowa zajmująca się teorią i praktyczną realizacją urządzeń sterujących procesami (gł. technologicznymi) samoczynnie, bez udziału człowieka. Etymologia słowa: gr. autómatos = samoczynny 5. AUTOMATYZACJA: praktyczne zastosowanie automatyki.

Przykłady sterowania Jerzy Kostro: Podstawy automatyki. WSiP, 1976. p zas p st 1 Układ sterowania temperatury pieca opalanego gazem 1 termometr manometryczny. Układ AUTOMATYCZNEGO sterowania temperatury pieca opalanego gazem. 1 termometr, 2 mieszek sprężysty, 3 dźwignia, 4 dysza, 5 - siłownik membranowy, 6 zawór, 7 śruba do nastawiania wartości zadanej, p zas ciśnienie zasilania, p st ciśn. sterujące.

Cele automatyzacji w inżynierii procesowej Automatyzacja? najlepsze narzędzie na czas globalnej konkurencji i rosnących wymagań konsumentów. Automatyzacja? najlepsza by poprawić wskaźnik jakości do kosztów produkcji. Cele ogólne (wybrane) 1. Eliminacja monotonnych czynności. 2. ELIMINOWANIE ZAKŁÓCEŃ in-line (tak, aby zmniejszyć problemy kontroli jakości off-line) 3. Zmniejszenie kosztów energii i pracy (precyzyjne i oszczędne wykorzystanie energii, zmniejszenie odpadów, zwiększenie potencjału prod., zmniejszenie zatrudnienia). 4. Polepszenie jakości produktów (np. lepsze zachowanie naturalnych własności żywności dzięki precyzji procesu) 5. Wykrywanie in-line braku właściwej zawartości pożądanych składników. 6. Wykrywanie in-line niepożądanych składników.

Cele automatyzacji w inżynierii procesowej c.d. Cel wewnętrzny inżynierii sterowania: doskonalenie układów sterowania automatycznego; można je podzielić na: > PODSTAWOWE UKŁADY STEROWANIA: stabilizacja wartości podstawowych parametru procesów, takich jak temperatura, ciśnienie, ph itp. (operacje jednostkowe muszą przebiegać w kontrolowanych warunkach), np. najkorzystniejsza temperatura sterylizacji konserw mieści się w granicach 121,1 ± 0,2 C; > ZAAWANSOWANE UKŁADY STEROWANIA: parametry procesu powinny być utrzymywane na optymalnym poziomie tak, aby zapewnić: - najwyższą możliwą jakość (pożądane cechy) produktu i - najmniejsze koszty produkcji, np. minimalne zużycie energii.

Układ regulacji sterowania (feedback control) Budowanie sprzężenia zwrotnego Zakłócenia sterująca Obiekt kontrolowana (proces) regulowana Element Element wykonawczy pomiarowy Tor sprzężenia zwrotnego Sygnał Sygnał sterujący Regulator błędu regulacji Węzeł sumacyjny Wartość zadana wielkości regulowanej

Obiekt sterowania proces (lub ogólniej układ dynamiczny), którego pewien istotny parametr (lub ogólniej stan) podlega sterowaniu lub regulacji. Obiekt automatyzowany - urządzenie, maszyna lub aparatura technologiczna, w której zachodzi proces sterowania lub regulacji. kontrolowana (sterowana, regulowana) PARAMETR wyodrębniony spośród innych wielkości fizycznych obiektu, którego wartość należy utrzymywać na określonym poziomie (stałym lub zmieniającym się w czasie). sterująca wielkość fizyczna, która ma decydujący wpływ na wartość wielkości kontrolowanej lub regulowanej w obiekcie regulacji.

Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym schemat uproszczony (FEEDBACK CONTROL) Zakłócenia Obiekt regulowana sterująca Element wykonawczy Element pomiarowy Regulator Wartość zadana

Sterowanie z pomiarem zakłóceń FEEDFORWARD CONTROL Zakłócenia są Czujnik Zakłócenia mierzone bezpośrednio i układ regulacji podejmuje akcję eliminowania ich skutków. sterująca Obiekt Element Element wykonawczy pomiarowy regulowana Stosuje się tam, gdzie nie można zmierzyć wielkości regulowanej Regulator lub Wartość zadana sterownik

Automatyczne Sterowanie Sterylizacją Konserw Zarys problemu 1. Sterylizacja konserw zabicie mikroorganizmów tak, aby wyeliminować ryzyko zepsucia i zatrucia lub zachorowania konsumentów. 2. Inaktywacja żyjących mikroorganizmów (której wskaźnikiem jest tzw. letalność skumulowana F) (F h ) + (F c ). Udział F c może dochodzić nawet do 40% letalności całkowitej. 3. Od chwili rozpoczęcia chłodzenia konserw nie ma możliwości wpływania na letalność F c dlatego F c musi być przewidywana on-line. 4. Termo-bakteriologia zdefiniowała najkorzystniejsze wartości F dla różnych rodzajów konserw (np. dla mięsnych F zad = 6 min). Przekroczenia tej wartości sygnalizowane były w literaturze światowej. 5. Współczesne trendy optymalizacja realizowana przez sterowanie z pomiarem zakłóceń i wykorzystaniem modeli matematycznych (sterowanie komputerowe).

Zaawansowane Sterowanie Sterylizacją Konserw Zakłócenia Wielkości sterujące: Zakłócenia kontrolowana: if [ F Proces ogrzewania h τ τ Termostat og d T R Idea sterowania: ( τ ) c d + ( τ ) ] F F Czujnik temperatury T R Obiekt: τ proces og sterylizacji konserw Sygnał Feedforward control sterujący Sterownik z modelem matematycznym Letalność Skumulowana F(τ) Wartość Zadana: F d

Algorytm zaawansowanego sterowania sterylizacją konserw Start 1. Dane: wpisz dane niezbędne do wyliczenia T shp (τ), T ref, z, F zad i T end 2. Start ogrzewania: - otwórz zawór dopływu pary grzejnej, - uruchom regulator temperatury T R ; - zmienna faza procesu = ogrzewanie 3. Odczekaj do upływu Δτ, zmierz T R (τ) 4. Oblicz i zapamiętaj: T shp (τ), T scp (τ), L(τ) i F(τ) 5. Jeśli zmienna faza procesu = ogrzewanie : 5A. Oblicz F c (τ) zakładając, że chłodzenie rozpoczyna się w aktualnej chwili (τ); 5B. Jeśli suma (F(τ) + F c (τ) F zad ), to: zamknij dopływ pary grzejnej, otwórz dopływ wody chłodzącej, faza procesu = chłodzenie, przeskocz do p-ktu 3. 6. Jeśli (T scp (τ) T end ) przeskocz do p-ktu 3 Zakończ proces

Ogólna metoda Balla i Olsena obliczania wyjałowienia żywności (General Method of Ball & Olsen to calculate bacterial inactivation ) τ F( τ ) = n n L( τ ) = τ n 10 [ T shp ( τ ) T ref ]/ z dz τ 0 τ 0 F( τ n ) τ 0 τ n L T shp T ref z letalność skumulowana, [min] chwila rozpoczęcia wyjaławiania, [min], chwila obliczania aktualnej wartości F, [min], letalność (ang. lethality), temperatura w najmniej dogrzanym miejscu opakowania w fazie chłodzenia, [ C], temperatura odniesienia dla obliczeń procesu wyjaławiania (121,1 C 250 C), współczynnik efektu letalnego (stały dla danego szczepu drobnoustrojów i danej temperatury odniesienia T ref, [ C] (it is the temperature difference required for thermal death-time curve to traverse 1 logarithmic cycle).

Pytania 1. Przedstaw definicję sterowania. 2. Jaka jest zasadnicza różnica między sterowaniem i regulacją? 3. Czym się różni sterowanie w układzie zamkniętym od sterowania w układzie otwartym? 4. Wyjaśnij pojęcia: obiekt regulacji, wielkość regulowana, wielkość sterująca na dowolnym przykładzie układu regulacji. 5. Opisz zadania regulatora na dowolnym przykładzie układu regulacji. 6. Jaką rolę pełni sprzężenie zwrotne w układzie sterowania. 7. Wymień i wyjaśnij 3 najważniejsze cele automatyzacji w inżynierii procesowej. 8. Jakie zadania stawia się przed zaawansowanymi układami sterowania operacjami jednostkowymi w inżynierii procesowej i czym te zadania różnią się od zadań tzw. podstawowych układów sterowania. 9. Narysuj i objaśnij schemat blokowy układu regulacji czyli sterowania ze sprzężeniem zwrotnym (w j. ang. feed-back control). 10.Narysuj i objaśnij ogólny schemat blokowy układu sterowania z pomiarem zakłóceń (w j. ang. feed-forward control). 11.Narysuj i objaśnij schemat blokowy zaawansowanego sterowania sterylizacją konserw. 12.Przedstaw algorytm zaawansowanego sterowania sterylizacją konserw.