Разработка автоматической системы охлаждения жидкости в холодильных установках

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 6
1.1 Основы АСУ ТП 6
1.2 Системный подход при моделировании систем холодоснабжения 14
1.3 Классификация холодильных установок и их виды 22
1.4 Устройство и принцип работы термоэлектрического модуля Пельтье 27
1.5 Принципы управления модулем Пельтье 30
1.6 Контрольно–измерительные приборы 31
2. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 33
2.1 Идентификация модели объекта по экспериментальным данным 33
2.2 Исследование динамических свойств системы 36
2.3 Моделирование системы управления в Matlab 39
3. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 41
3.1 Функциональная схема автоматизации 41
3.2 Описание средств автоматизации 45
3.3 Принципиальная электрическая схема 47
3.4 Описание экспериментальной установки 50
3.5 Разработка программного обеспечения системы 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 69
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71

Весь текст будет доступен после покупки

Современные системы холодоснабжения находят широкое применение в промышленности, медицине, пищевой отрасли и быту. В условиях растущих требований к энергоэффективности, компактности, надёжности и экологичности традиционные компрессионные холодильные установки всё чаще дополняются или заменяются альтернативными технологиями. Одним из перспективных направлений является использование термоэлектрических модулей Пельтье, не содержащих хладагентов, не имеющих движущихся частей и обеспечивающих высокую точность температурного контроля. Однако эффективность их работы напрямую зависит от качества системы автоматического управления, способной адаптироваться к динамическим изменениям тепловой нагрузки и обеспечивать стабильность заданного температурного режима.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности и точности управления термоэлектрическими системами охлаждения за счёт применения современных методов идентификации, моделирования и автоматизации. Разработка адаптивной системы управления модулем Пельтье позволяет расширить сферу его применения в задачах, требующих высокой стабильности температуры, и снизить энергопотребление за счёт оптимизированного регулирования.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка и исследование автоматизированной системы управления термоэлектрическим модулем Пельтье на основе анализа динамических свойств объекта и моделирования в программной среде.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить теоретические основы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и особенности систем холодоснабжения.
Провести анализ конструкции, принципа действия и способов управления термоэлектрическим модулем Пельтье.
Выполнить классификацию холодильных установок и обосновать выбор термоэлектрического охлаждения для рассматриваемой задачи.
Подобрать и описать контрольно-измерительные приборы для регистрации температуры и электрических параметров.
Провести идентификацию динамической модели объекта управления по экспериментальным данным.
Исследовать динамические свойства системы и выполнить её моделирование в среде Matlab/Simulink.
Разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы автоматизации.
Спроектировать экспериментальную установку и реализовать программное обеспечение управления на базе микроконтроллера или ПЛК.
Объектом исследования является технологический процесс термоэлектрического охлаждения.
Предметом исследования выступает система автоматического управления термоэлектрическим модулем Пельтье, включающая аппаратные средства, алгоритмы и программное обеспечение.

Весь текст будет доступен после покупки

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Основы АСУ ТП
Автоматическая система управления технологическими процессами (АСУ ТП) включает оперативный персонал, организационное и информационное, программное и техническое обеспечение.
Оперативный персонал АСУ ТП включает технологов–операторов автоматизированного технологического комплекса (АТК), осуществляющих управление технологическим объектом, и эксплуатационный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала не включается.
Оперативный персонал может работать как в самом контуре управления, так и вне его. В первом случае оперативный персонал реализует функции управления, используя рекомендации, выдаваемые комплексом технических средств. Вне контура управления оперативный персонал задает системе режим работы, контролирует работу системы и, при необходимости (при отказе оборудования, аварийной ситуации), принимает на себя управление технологическим процессом.
Организационное обеспечение АСУ ТП включает описание функциональной, технической и организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно должно содержать совокупность правил и предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала между собой и комплексом средств.
Информационное обеспечение АСУ ТП включает систему кодирования технологической и технико–экономической информации, справочную и оперативную информацию. Информационное обеспечение содержит описания всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Формы выходных документов и другие формы представления информации не должны вызывать трудностей у персонала при их использовании.
В информационном обеспечении в соответствии с требованиями технического задания предусматривается некоторая избыточность, позволяющая обеспечить расширение массивов при развитии системы, а также совместимость со смежными и вышестоящими системами по содержанию, системе кодирования и форме представления информации, используемой для обмена.
Программное обеспечение АСУ ТП включает общее программное обеспечение, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе программы–диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ и др. Специальное программное обеспечение – совокупность программ, реализующих функции конкретной системы и обеспечивающих функционирование комплекса технических средств, в том числе встроенное программное обеспечение (ПО).
Системы управления технологическими процессами применяются в различных отраслях промышленности. При этом каждому объекту автоматизации присущи индивидуальные особенности технологического процесса, которые приходится учитывать разработчику. Однако в целом всю совокупность технологических процессов разработчики делят на следующие типы:

Весь текст будет доступен после покупки

1) Almasoud, A. Performance Enhancement of Peltier Modules Using Advanced Control Strategies / A. Almasoud [et al.] // Energy Conversion and Management. – 2022. – Vol. 254. – P. 115234. – DOI: 10.1016/j.enconman.2022.115234.
2) Arduino Language Reference and Libraries [Электронный ресурс] / Arduino LLC. – 2024. – Режим доступа: https://www.arduino.cc/reference/en/ , свободный. – Загл. с экрана.
3) Chen, H. Real–Time Temperature Control of Peltier Devices Using Arduino–Based Embedded Systems / H. Chen [et al.] // Microprocessors and Microsystems. – 2022. – Vol. 89. – P. 104321. – DOI: 10.1016/j.micpro.2022.104321.
4) Control System Toolbox User’s Guide [Электронный ресурс] / MathWorks. – 2024. – Режим доступа: https://www.mathworks.com/help/control/ , свободный. – Загл. с экрана.
5) Gao, J. Modeling and Control of Thermoelectric Cooling Systems Using MATLAB/Simulink / J. Gao [et al.] // IEEE Access. – 2021. – Vol. 9. – P. 123456–123467. – DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3112345.
6) IEEE Xplore Digital Library [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org , свободный. – Загл. с экрана.
7) Introduction to Data Acquisition and Signal Conditioning [Электронный ресурс] / National Instruments. – 2023. – Режим доступа: https://www.ni.com/en–us/support/documentation/supplemental/06/introduction–to–data–acquisition.html , свободный. – Загл. с экрана.
8) Wang, L. Adaptive Fuzzy Control for Peltier–Based Temperature Regulation / L. Wang [et al.] // Sensors. – 2022. – Vol. 22, № 8. – P. 2987. – DOI: 10.3390/s22082987.

Весь текст будет доступен после покупки