Дослідження технологічних процесів та створення автоматизованих систем оптимізації зернопідготовки на млинах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство промислової політики України

Державна науково-виробнича корпорація

“Київський інститут автоматики”

УДК 664.71.658.012

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дослідження технологічних процесів та створення автоматизованих систем оптимізації зернопідготовки на млинах

05.13.07 - автоматизація процесів керування

Київ 2008

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дослідження. Україна як велика зернова держава має потужну зернопереробну галузь, проте продовжує експортувати, в основному, зерно, а не продукти його переробки. Основна причина такого стану - не-конкурентоспроможність зернопереробних підприємств за асортиментом, якісними і вартісними показниками продукції.

Підвищення ефективності і конкурентоспроможності зерно переробки можна забезпечити комплексним впровадженням прогресивних технологій і обладнання та систем контролю і керування процесами зернопереробки.

Проведена у 80 -90 роках минулого століття модернізація зернопереробного комплексу дозволила оснастити зернопереробні підприємства сучасним високопродуктивним обладнанням і технологіями глибокої переробки за розвиненими технологічними схемами, проте задачі по створенню автоматизованих систем контролю і керування для оптимізації процесів залишаються невирішеними.

Аналіз показує, що для забезпечення ефективності зерно переробки необхідно, перш за все, оптимізувати процес підготовки зерна до помелу, в першу чергу таких технологічних операцій як формування помельної суміші мінімальної вартості та гідротермічна обробка зерна з оптимізацією фізико-механічних властивостей для розмелу.

Розвґязання вказаних задач повґязане з необхідністю проведення досліджень процесу зерно підготовки як обґєкту керування, створення моделей та систем керування процесом

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами забезпечується її виконанням як основної складової частини науково-дослідних тем Науково-виробничої корпорації «Київський інститут автоматики» по автоматизації зернопереробних підприємств та наукових програм по впровадженню нових технологій переробки сільськогосподарської продукції, а саме:

- державної науково-технічної програми ДНТП 5.6.20Б по розробці технології і комплексу обладнання для виробництва композиційного борошна ДП/1362003;

- науково-дослідних тем ДНВК “КІА” по розробці атоматизованих зернопереробних комплексів за номерами держреєстрації: 1605/26 (Кролівецький та Єнакієвський КХП); 1000/26 (Черкаський КХП); 1104/26 (“Явір-млин”); 0504/26 (Хмельницький КХП).

Мета і задачі дослідження . Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності зернопереробки на млинах шляхом оптимізації керування процесами зернопідготовки.

Для досягнення поставленої мети в роботі розвґязуються такі задачі:

- аналіз сучасного стану досліджень процесу зернопідготовки як обґєкту керування та систем контролю і керування процесом;

- створення оптимальної моделі розрахунку помельної сміші з мінімізацією вартості суміші та нових методів багатокомпонентного дозування компонентів зерна на основі тензовимірювальних і компґютерних технологій;

- дослідження процесу гідротермічної обробки зерна як обґєкту керування;

- розробка автоматизованих систем формування помельної суміші та систем керування процесом гідротермічної обробки зерна.

Обґєкт дослідження - ідентифікація та контроль параметрів процесу зернопідготовки, розробка математичного та алгоритмічного забезпечення систем керування.

Предмет дослідження - моделі та системи керування процесом зерно- підготовки.

Методи дослідження. При виконанні роботи автором використані методи оптимального керування, принципи і методи лінійних систем та систем багатокомпонентного дозування на базі тензовимірювальних і компґютерних технологій.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в створенні нової моделі формування помельної суміші за визначальними показниками якості зерна при мінімізації вартості зернової суміші, розробці нових методів багатокомпонентного дозування на базі тензовимірювальних і комп'ютерних технологій, а також обґрунтованні і доповненні моделі гідротермічної обробки зерна новими вихідними показниками - міцністю зерна та виходом круподунстових продуктів дертяних систем.

Модель помельної суміші за визначальними показниками якості і методи багатокомпонентного дозування одержані вперше, а при створенні моделі гідротермічної обробки зерна систематизовані і доповнені відомі дослідження процесу.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації обґрунтовані коректним використанням методів і математичного апарату при дослідженні обґєктів керування, підтверджуються експериментальними дослідженнями та впровадженням результатів на зернопереробних підприємствах.

Практичне значення одержаних результатів забезпечується розробкою та впровадженням автоматизованих систем контролю та керування процесами формування помельної суміші та гідротермічної обробки зерна. Системи впроваджені на млинах Кролівецького, Оленівського, Черкаського КХП, ЗАТ «Київ-млин», що підтверджено актами впровадження.

Особистий внесок здобувача в спільних з науковцями НВК «Київський інститут автоматики» (НВК «КІА») дослідженнях і розробках систем характеризується виконаними здобувачем теоретичними дослідженнями процесів формування помельної суміші, методів багатокомпонентного дозування при формуванні зернової суміші, а також дослідженнями процесу та систем керування зволоженням зерна. Ці дослідження дозволили модернізувати розроблені НВК «КІА» системи і забезпечили їх ефективну роботу для технологічних схем зволоження з використанням машин для миття або мокрого лущення зерна та зволожувальних апаратів.

Апробація результатів дисертації підтверджується обговоренням на чисельних нарадах, конференціях і семінарах, зокрема:

- нарадах ДАК «Хліб України» з питань модернізації підприємств галузі;

- семінарах по автоматизації технології зернопереробки (м. Дніпропетровськ, 2003 р.; м. Суми, 2002р.; м. Київ, 2003 р.).

На науково-технічних нарадах в ДАК «Хліб України» за доповіддю автора схвалена програма модернізації підприємств галузі хлібопродуктів (2003 р.) з включенням розробок систем керування зволоженням зерна на Оленівському і Кролевецькому КХП, обговорені питання оптимізації зерно- підготовки на підприємствах (2003 р.).

На семінарі «Автоматизація зернопереробки» (Дніпропетровськ, 2003 р.) доповідались результати досліджень процесу зернопідготовки як обґєкту керування, на семінарах «Впровадження автоматизованих систем керування на підприємствах галузі» (Суми, 2002 р.; Київ 2003 р.) обговорювались результати розробок систем керування зволоженням зерна.

Публікації за результатами досліджень включають 8 наукових праць автора, в тому числі книгу «Автоматизовані системи контролю та керування технологічними процесами зерно переробки на млинах» (Київ, “Техніка”, 2005). Наукові праці опубліковані в науково-виробничих виданнях “Автоматизація виробничих процесів” та “Зерно і хліб”.

В книзі «Автоматизовані системи контролю та керування технологічними процесами зерно переробки на млинах» глави 3 і 4 написані автором на основі матеріалів дисертації з дослідження технологічних процесів формування помельної суміші і гідротермічної обробки зерна як обґєктів керування та розробки автоматизованих систем керування процесами.

В інших наукових працях автором розглянуті конкретні питання досліджень і розробок по формуванню помельної суміші (Зерно і хліб.-2005.-№1.-С. 46-47, Автоматизація виробничих процесів.-2004.-№2.-С.25-34), гідротермічній обробці зерна (Зерно і хліб.-2007.-№3.-С.31-33, Зерно і хліб.-2007.-№4.-С.27), зерно підготовці як обґєкту керування (Автоматизація виробничих процесів.-2005.-№2.С.38-43).

Структура дисертації включає вступ, чотири розділи, загальні висновки, список використаних джерел та пґять додатків загальним обсягом 133 сторінки включно з 30 рисунками та 14 таблицями.

Основний зміст роботи

У вступі вказано на визначальність процесу зернопідготовки в структурі зернопереробки для забезпечення конкурентоспроможності підприємств, виконані дослідження процесу вітчизняними та зарубіжними фірмами та нерозвязані задачі по ефективному використанню зернових ресурсів і оптимізації процесу зернопідготовки. Обгрунтовано актуальність теми дослідження та звязок роботи з науковими програмами, планами і темами, визначено мету і задачі дослідження, наукову новизну та практичне значення результатів дослідження, а також особистий внесок здобувача в виконаних дослідженнях і розробках. Приведено інформацію про публікацію результатів досліджень.

У першому розділі наведено загальні відомості про процес зернопідготовки і його місце в структурі зернопереробки, визначені основні технологічні операції процесу з огляду їх впливу на техніко- економічні показники та виконано аналіз наукових досліджень процесу і розробок автоматизованих систем керування формуванням помельної суміші та гідротермічної обробки зерна. Виконаний аналіз дозволив визначити невирішені проблемні задачі по ефективному використанню зернових ресурсів і оптимізації процесу зернопідготовки і сформулювати основні напрямки досліджень по створенню моделі формування помельної суміші, нових методів багатокомпонентного дозування зерна на основі сучасних тензовимірювальних і компютерних технологій обробки інформації та керування, ідентифікації параметрів моделі гідротермічної обробки зерна та розробці автоматизованих систем керування процесами формування помельної суміші та гідротермічної обробки зерна.

У другому розділі розглянуто методику та основні методи досліджень процесу зернопідготовки, зокрема по створенню моделі розрахунку складу помельної суміші на основі методів оптимального керування, дослідженню нових методів багатокомпонентного дозування при формуванні помельної суміші, а також дослідженню процесу гідротермічної обробки зерна як обєкта керування.

Модель для визначення складу помельної суміші наведена у вигляді

(1)

де: Q(U) - вартість суміші як функція вектору складу; - обмеження на склад суміші якісними характеристиками борошна; ик - відносний вміст к-го компоненту в суміші; ак - вартість к-го компоненту; Яік, Яі - якісні показники компонентів зерна і борошна відповідно.

Основним етапом при розвязанні задач типу (1) є ідентифікація параметрів моделі обєкта керування, тобто визначення кількості показників якості та компонентів зерна в суміші, а також числових параметрів якісних показників компонентів зерна і суміші. Показники зерна встановлюють для класів зерна і в залежності від їх величини зерно мякої пшениці розділяється на 6 класів, а зерно твердої пшениці - на 5 класів. Показники борошна встановлюються для сортів - від вищого до обойного.

Аналіз показників якості зерна і борошна дозволив встановити визначальні показники якості зерна при формуванні помельної суміші - кількість та якість клейковини і число падіння. Інші показники якості зерна (вологість, зольність, скловидність, натура, смітні домішки) розглядаються як другорядні при формуванні помельної суміші з причин стабілізації в процесі гідротермічної обробки зерна (вологість), встановлення відповідних режимів гідротермічної обробки (скловидність), обмежень стандартами на зерно та розвинутими схемами сортових помелів (зольність, натура), реалізації розвинутих схем зерноочистки (домішки). Параметри моделі “помельна суміш” за визначальними показниками якості при використанні зерна всіх шести класів наведені в табл. 1.

Модель “помельна суміш” оптимізує склад сировини (зерна) за вартістю при виконанні вимог до якісних показників (борошна) і є визначальною при забезпеченні млина зерновими ресурсами. Використання моделі мінімізує сировинну складову в собівартості борошна і завдяки ефекту змішування зерна різних класів дозволяє поліпшити хлібопекарські характеристики борошна.

Оскільки функція вартості, а також обмеження в системі (1) лінійні, то задача розрахунку складу помельної суміші відноситься до типових задач лінійного програмування.

Таблиця 1. Параметри моделі “помельна суміш”

* - визначається на певний календарний період

Розвязання задачі формування помельної суміші окрім моделі розрахунку складу суміші передбачає створення методів і систем багатокомпонентного дозування для реалізації оптимального складу суміші. Такі системи, основані на застосуванні однокомпонентних дозаторів або регуляторів витрати, потребують для діючих підприємств повної модернізації ліній транспортування зерна і значних капітальних вкладень. З цієї причини чільне місце в роботі відведено дослідженню нових методів багатокомпо-нентного дозування з використанням сучасних тензовимірювальних та компютерних технологій.

Досліджено два методи багатокомпонентного дозування з загальним для всіх компонентів ваговимірювальним пристроєм на базі встановленого на тензоопори збірного конвеєра для транспортування зерна на операції очищення і зволоження. Таке технічне рішення характеризується простотою реалізації і легко вписується в діючі технологічні схеми зернопідготовки.

Перший метод грунтується на використанні для визначення витрат компонентів інформації про відхилення маси зерна на конвеєрі, а для ідентифікації компоненту, який спричинив цю зміну, визначають проміжок часу від початку зміни до стабілізації маси на новому рівні і порівнюють цей проміжок часу з тривалістю транспортування і-го компоненту до виходу конвеєра. Витрата і-го компоненту та умова його ідентифікації визначаються за рівняннями

(2)

де: Дmk,ДTk -відхилення сумарної маси та тривалість відхилення відповідно;

свхі, сn вхі - фактична та початкова (задана) витрати і-го компоненту відповідно;

Ті - тривалість транспортування і-го компоненту.

Другий метод визначення витрат і ідентифікації компонентів оснований на використанні інформації про масу компонентів на конвеєрі для різних контрольованих швидкостей робочого органу конвеєра. Витрати компонентів визначаються системою рівнянь

Размещено на http://www.allbest.ru/

де: wi, w0, Дwi - вихідна, початкова вологість та приріст вологості зерна на і-й стадії; сЗ, сві - витрати зерна та води на і-ту стадію; Яі, П - якісні показники зерна та вид помелу; фі - тривалість відволоження на і-й стадії; Fiw, Fiф- оператор звґязку; Еі - збурення.

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень процесу підготовки зерна до помелу, а саме: нових методів багатокомпонентного дозування компонентів зерна при формуванні помельної суміші, а також процесу гідротермічної обробки в технологічних схемах з застосуванням машин для миття та мокрого лущення зерна.

Експериментальні дослідження нових методів багатокомпонентного дозування зерна проведені на стенді НВК “КІА”. Стенд реалізує фізичну модель багатокомпонентного дозатора і включає змонтовані на металоконструкції по одній лінії бункери для зерна, встановлені на вихідних патрубках бункерів живильники , змонтований під живильниками багатокомпонентний ваговимірювальний пристрій , мікроконтролер керування та АРМ дослідника .

В якості живильників використані пристрої регулювання витрати зерна типу РРЗ розробки НВК “КІА”, витратомірні лотки з тензоперетворювачами яких не беруть участі в регулюванні витрати зерна і використовуються в інформаційному режимі. Керування приводами засувок РРЗ здійснюється за спеціальним алгоритмом по сигналам від ваговимірювального пристрою. Таке використання пристроїв РРЗ дозволяє якісно змінити весь процес дослідження при повній автоматизації процесу включно з реєстрацією інформації та мінімізацією відбору контрольних проб зерна в процесі дослідження.

Результати досліджень процесу багатокомпонентного дозування при дії на процес збурень відображають часові діаграми. Збурення введене оператором - дослідником шляхом прикриття засувки живильника за допомогою ручного привода. Дія збурення призводить до відхилення витрати с1 на величину Дс1 і відповідного зменшення сумарної витрати сс стенда.

Зменшення витрати с1 викликає лінійне зменшення маси зерна m1 на гвинтовому конвеєрі від першого бункера m1, а також сумарної маси зерна mк на гвинтовому конвеєрі. Масу mк безперервно з дискретністю Дt ? фмін (фмін = ф3) контролює контролер керування, який також розраховує відхилення витрати Д с1 і відраховує тривалість відхилення маси Т1 з моменту його реєстрації до моменту, коли маса mк стає незмінною. По величині Т1 ідентифікується живильник, витрату зерна з якого необхідно збільшити.

Дослідження методу багатокомпонентного дозування на основі вимірювання маси зерна на гвинтовому конвеєрі при різних фіксованих значеннях швидкості обертання гвинта виконане для випадку дії збурення на витрату всіх живильників при співвідношенні між витратами 0,2:0,3:0,5.

Для стабілізації витрат зерна з бункерів при дії збурень необхідно визначити фактичні витрати зерна, встановити відхилення фактичних витрат від заданих значень та сформувати керуючі впливи на приводи засувок живильників. Ці операції реалізуються мікроконтролером керування, причому розрахунок фактичних витрат проводиться за системою рівнянь

(5)

Параметри фij в системі (5) визначаються експериментально шляхом замірів при фіксованих швидкостях nj або розрахунком за параметром vсерj, який визначається попередньо для фіксованих значень nj.

Маси m1, m2, m3 зерна на конвеєрі визначаються по інформації від тензоперетворювачів для фіксованих значень швидкості обертання гвинта nj.

В розділі приведені також дані досліджень процесу гідротермічної обробки зерна та основних технологічних схем зволоження з застосуванням машин для миття і зволожувальних апаратів; машин мокрого лущення і зволожувальних апаратів і апаратів для інтенсивного зволоження. Дослідження проводились для встановлення енергетичних показників схем і їх впливу на процес зволоження і його керованість.

Дослідженнями встановлено, що при застосуванні технологічних схем зволоження зерна з машинами для миття Ж9-БМА технологічні вимоги до зволоження не дотримуються для зерна всіх типів і значень скловидності при початковій вологості 11,0 ... 13,5% .

При застосуванні машин для мокрого лущення зерна вимоги до зволоження дотримуються практично для всіх типів зерна, його скловидності і вихідної вологості. Для забезпечення необхідного приросту вологості зерна необхідно встановлювати певний рівень води в ванні для миття, що можна здійснити за допомогою змінної кришки: при високій вологості зерна суцільну кришку замінюють на кришку з отворами.

Енергетичні показники технологічних схем зволоження оцінювались за питомими витратами води і електроенергії (табл. 2).

За питомою витратою електроенергії найбільш енергоємною є схема з машиною для мокрого лущення, а за питомою витратою води - схема з машиною для миття, в якій цей показник в десятки разів перевищує аналогічні показники для інших схем.

Дослідження технологічних схем зволоження зерна показують, що застосування машин для миття призводить до порушення технологічних вимог до зволоження. З цієї причини такі схеми не можна рекомендувати для технологічних процесів зернопереробки: недотримання вимог до зволоження зерна призведе до значних витрат при помелі зерна через зменшення виходів продукції. Крім того, застосування машин для миття повязане зі значними витратами на сам процес миття та утилізацію стічних вод.

Таблиця 2. Приріст вологості та енергетичні показники основних схем першої стадії холодного кондиціювання зерна

Схеми з машинами для мокрого лущення зерна забезпечують дотримання вимог до зволоження зерна, проте через неконтрольованість подачі води в машини вносять суттєві збурення в процес зволоження, що необхідно враховувати при розробці систем керування зволоженням для вдосконалення їх структур, алгоритмічного і програмного забезпечення.

У четвертому розділі розглянуті питання з розробки систем автоматизованого контролю і керування процесом зернопідготовки на основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень процесів формування помельної суміші та гідротермічної обробки зерна, зокрема по розрахунку оптимального складу помельної суміші, дозуванню компонентів і формуванню помельної суміші, а також керуванню процесом гідротермічної обробки зерна.

При розробці систем формування помельної суміші особлива увага приділена дозуванню компонентів зерна на базі запропонованих нових методів багатокомпонентного дозування.

Розробка систем гідротермічної обробки зерна зорієнтована, в першу чергу, на технологічні схеми зволоження з застосуванням машин мокрого лущення і зволожувальних апаратів. Для таких схем розроблені раніше системи не забезпечують необхідної точності стабілізації вологості з причин дії суттєвого збурення від машин мокрого лущення зерна і труднощів контролю вологості на виході машини через наявність поверхневої води на зерні, що обумовлює значні похибки вимірювань. Для подолання цих труднощів і оптимізації систем керування зволоженням запропоновані нові методи і алгоритми контролю та керування, які використовуються в розроблених. системах.

Дозатори компонентів зерна при формуванні помельної суміші пропонуються в двох варіантах: з використанням регуляторів витрати для кожного компонента або дозатора з багатокомпонентним ваговимірювальним пристроєм на базі встановленого на тензоопори збірного конвеєра під бункерами зерна.

Основні умови при виборі дозаторів - їх вартість та можливість монтажу під силосами з зерном. Використання регуляторів розробки НВК “КІА” забезпечує точність дозування компонентів з похибкою ± 2%, відрізняється простотою відлагодження і тарування, проте потребує значних коштів на закупівлю пристроїв і забезпечення розміру між вихідним патрубком бункера і збірним конвеєром не менше 700 мм.

При використанні для дозування компонентів багатокомпонентного ваговимірювального пристрою на базі встановленого на тензоопори збірного конвеєра розмір по висоті зменшується в 2 рази (визначається розміром засувки ), а вартість такого дозатора зменшується в 5-10 разів.

Дозатор забезпечує похибку дозування компонентів (співвідношення між витратами) до ± 2%, що достатньо з технологічних вимог до формування помельної суміші.

Можливі дві основні схеми систем формування помельної суміші:

- з дозуванням компонентів на елеваторі;

- з дозуванням компонентів на млині.

Схеми не мають принципових відмінностей і їх реалізація обумовлюється виключно технічними можливостями підприємства. При відсутності достатньої кількості та місткості бункерів для зерна на млині і наявності примлинового елеватора помельну суміш формують на елеваторі, виділивши ряд оперативних силосів для її компонентів. Якщо млин має достатню кількість бункерів для зерна, то помельну суміш доцільно формувати на млині.

При розробці автоматизованих систем керування процесом гідротермічної обробки зерна основна увага приділена технологічним схемам з машинами для миття (мокрого лущення) і зволожувальним апаратом. Такі схеми значно ускладнюють керованість процесу гідротермічної обробки зерна на першій стадії завдяки дії некерованого входу смм - витрати води в машині для миття і внесенню суттєвого збурення на процес зволоження ДWмм - приросту вологості зерна в машині для миття. Експериментальні дослідження показують, що максимальний приріст вологості зерна для таких схем може становити 6...7% при некерованій складовій 3% - для схем з машинами для миття Ж9-БМА і 2% - для схем з машинами мокрого лущення А1-БМШ. З цієї причини, а також з урахуванням значної питомої витрати води технологічні схеми з машинами для миття не можуть рекомендуватись для впровадження, а на підприємствах, де вони реалізовані, необхідно модернізувати процес зернопідготовки з заміною машин для миття на машини для мокрого лущення або апарати для інтенсивного зволоження без машин для миття і мокрого лущення.

Приріст вологості зерна ДWмм в машинах мокрого лущення перевищує визначені на основі грунтовних досліджень режими холодного кондиціювання для зерна І, ІІІ типів при скловидності 40 ... 60 та <40% і початковій вологості 12,5... 13,5%, а також зерна IV типу для вказаної скловидності і початкової вологості 13,5 ... 14,5%. Тобто застосування технологічних схем з машинами для мокрого лущення для вказаних типів зерна, його скловидності і початкової вологості може призвести до порушення режимів кондиціювання зерна при неконтрольованості збурення ДWмм і некерованості процесу лущення. Крім того, дія збурення ДWмм на процес зволоження потребує застосування нових алгоритмів керування процесом зволоження.

Запропоновані два основних типа структур систем керування процесом гідротермічної обробки зерна на першій стадії для технологічних схем з машинами мокрого лущення: з оригінальним алгоритмом контролю збурення та двоконтурна система.

Контроль збурення від машини мокрого лущення повязаний із значними технічними труднощами: наявність значної кількості поверхневої води на зерні перешкоджає застосуванню простих ємнісних вологомірів, спонукає до необхідності застосування вологомірів інших типів, наприклад НВЧ - вологомірів, вартість яких в 5-6 разів вища.

Автором запропонована технічна структура системи з вологоміром зерна, встановленим на виході зволожувального апарату, і новим алгоритмом контролю збурення від машини для лущення зерна та керування процесом зволоження. Для виключення впливу поверхневої води на точність вимірювання вологості зерна алгоритм блокує подачу води в зволожувальний апарат на час запізнення фЗА апарату, а після точного вимірювання вологості розраховує завдання дозатору води і розблоковує подачу води. Контроль і керування здійснюються дискретно з заданим періодом Т>фЗА Такі системи в співпраці з ДНВК “КІА” впроваджені на Кролівецькому комбінаті хлібопродуктів, ЗАТ “Київ-Млин”. Планується впровадження також на Оленівському КХП.

Структура системи з оснащенням машини мокрого лущення зерна дозатором води включає встановлений на вході машини мокрого лущення вологомір і не потребує контролю вологості на виході зволожувального апарату.

Така система забезпечує керованість процесу обробки зерна в машині мокрого лущення, обмежує величину збурення при зміні типу зерна, його початкової вологості і скловидності і унеможливлює порушення режиму холодного кондиціювання для зерна всіх типів і якісних показників.

Висновки

1. В структурі зернопереробки технологічний процес підготовки зерна до помелу визначає основні техніко-економічні показники всього процесу переробки зерна - вихід борошна та його собівартість. Визначальний вплив на техніко-економічні показники переробки здійснюють процеси формування помельної суміші та гідротермічної обробки зерна.

2. Як засвідчує аналіз процесу зернопідготовки та систем керування процесом, проблемні задачі по ефективному використанню зернових ресурсів і оптимізації процесу залишаються не розвязаними і їх розвязання потребує теоретичних і експериментальних досліджень для створення моделі розрахунку помельної суміші, нових методів багатокомпонентного дозування на основі сучасних тензовимірювальних і компютерних технологій обробки інформації і керування, ідентифікації параметрів моделі гідротермічної обробки зерна та розробки автоматизованих систем керування процесами.

3. На основі методів оптимального керування і аналізу показників якості зерна створена модель розрахунку помельної суміші за визначальними показниками якості зерна при мінімізації вартості помельної суміші; визначальними показниками якості визначені кількість і якість клейковини та число падіння, а інші показники (вологість, зольність, скловидність, натура, смітні домішки) розглядаються як другорядні при формуванні помельної суміші з причин стабілізації в процесі гідротермічної обробки зерна (вологість), встановлення режимів гідротермічної обробки (скловидність), обмежень стандартами на зерно і схемами сортових помелів (зольність, натура), реалізації розвинутих схем зерноочистки (домішки).

4. На основі сучасних технологій тензовимірювальної техніки і компютерної обробки інформації та керування досліджені нові методи багатокомпонентного дозування зерна при формуванні помельної суміші, які дозволяють створювати принципово нові системи багатокомпонентного дозування з загальним ваговимірювальним пристроєм.

5. На основі методів теорії лінійних систем виконані дослідження процесу гідротермічної обробки зерна,визначена модель процесу з вихідними параметрами по міцності зерна і виходу круподунстових продуктів дертяних систем, проведена ідентифікація параметрів моделі.

6. Проаналізовані основні неконтрольовані збурення на процес гідротермічної обробки зерна, перш за все, для технологічних схем з машинами для миття та мокрого лущення зерна, показана необхідність контрольованості та керованості процесів миття та мокрого лущення.

7. Експериментальними дослідженнями підтверджені теоретичні положення запропонованих нових методів багатокомпонентного дозування з загальним ваговимірювальним пристроєм на основі контролю сумарної маси зерна і ідентифікації живильника по тривалості зміни маси на збірному конвеєрі або встановленням фіксованих швидкостей збірного конвеєра.

8. Досліджені основні технологічні схеми зволоження зерна, показано, що застосування машин для миття призводить до порушення вимог до зволоження, а застосування машин мокрого лущення забезпечує виконання вимог до зволоження, проте неконтрольованість і некерованість подачі води в машину вносять значні збурення на процес зволоження, для компенсації яких необхідно розробляти нові системи керування процесом зволоження.

9. Розроблені автоматизовані системи розрахунку і формування помельної суміші за визначальними показниками якості зерна при мінімізації вартості помельної суміші та гідротермічної обробки зерна з забезпеченням контролю основного збурення від машин мокрого лущення.

Система гідротермічної обробки зерна забезпечує стабілізацію вологості з похибкою ± 0,1%, що призводить до збільшення виходу борошна вищого гатунку на 1%. Економічний ефект від впровадження системи на млині продуктивністю 250 т/добу складає 915,3 тис. грн. Система впроваджена на млинах Кролівецького, Оленівського комбінатів хлібопродуктів та ЗАТ «Київ-млин».

Список опублікованих праць

1. Автоматизовані системи контролю і керування процесами зернопереробки на млинах /Горбенко В.М., Денисенко В.М., Рюмшин М.О. Соболевський В.Ю. /. - К.: Техніка, 2005.- 188 с.

2. . Горбенко В. Денисенко В., Соболевський В. Автоматизовані системи для формування помельної суміші. Оптимальне вирішення //Зерно і хліб. - 2005. - №1. - С. 46 - 47.

3. Соболевський В.Ю., Горбенко В.М., Денисенко В.М. Автоматизовані системи формування помельної суміші //Автоматизація виробничих процесів.- 2004. №2. - С. 25 - 34.

4. Соболевський В.Ю., Горбенко В.М., Денисенко В.М., Согін А.Є., Калита Ю.О. Зернопідготовка як обєкт автоматизованого керування // Автоматизація виробничих процесів. - 2005. №2 - С.38 - 42.

5. Соболевський В., Горбенко В., Денисенко В. Холодне, гаряче й швидкісне кондиціювання зерна // Зерно і хліб.- 2007. - №3, - С.31 - 33.

6. Соболевський В., Горбенко В., Кузнецова К. Ігноруємо ми й досі мікронізацію зернових //Зерно і хліб. - 2005. -№ 2. - С. 16 - 17.

7. Богаенко И., Горбенко В., Соболевский В. и др. Измерение рас хода муки и отрубей с помощью бункерных (проходных) весов //Автоматизація виробничих процесів.- 2005.- №2. С. - 145-149.

8. Соболевський В., Горбенко В., Денисенко В. Багатокомпонентні сипкі суміші тепер можна готувати в автоматизованих модулях //Зерно і хліб.-2007.-№4.-С.27.

Анотація

Соболевський В.Ю. Дослідження технологічних процесів та створення автоматизованих систем оптимізації зернопідготовки на млинах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація процесів керування. - Державна Науково - виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”. - Київ, 2008.

В дисертації досліджуються процеси формування помельної суміші та гідротермічної обробки зерна для оптимізації зернопідготовки на млинах.

Створена модель формування помельної суміші за визначальними показниками якості зерна при мінімізації вартості суміші, досліджені нові методи багатокомпонентного дозування для систем формування зернової суміші, розроблені автоматизовані системи керування процесом.

Вдосконалена модель процесу гідротермічної обробки зерна, ідентифіковані параметри моделі з вихідними показниками по міцності зерна і виходу круподунстових продуктів, досліджені технологічні схеми зволоження з машинами для миття і мокрого лущення зерна і розроблені автоматизовані системи керування процесом гідротермічної обробки зерна.

Розроблені системи впроваджені на зернопереробних підприємствах.

Ключові слова: помельна суміш, визначальні показники якості, гідротермічна обробка зерна, оптимізація, автоматизована система керування.

Summary

Sobolevskyi V.Y. Researches of technological processes and creation of automatic systems of the optimization of the corn's preparation on mills -Manuscript.

Dissertation as Ph.D. thesis (candidate's of the technicaj science degree competition) on specialization 05.13.07 - automation of control processes. - Research-and-production Corporation "Kyiv Institute of Automatic". - Kyiv, 2008.

The processes of forming of grinding blend and the hydrothermal corn's treatment for the optimization of the corn's preparation on mills are researched and studied in this Dissertation.

The model of forming of grinding blend on the base of determinative quality coefficients of corn taking into account the minimization of the cost of blend is created. The new methods of the multi-component batching for systems of the forming of grinding blend are researched. The automatized control systems of the process are elaborated.

The model of process of the hydrothermal corn's treatment is improved. The parameters of the model with outlet figures of the corn's solidity and output of grits products are identified. The technological schemes of moistening with washover machines and wet corn's peeling are researched. The automatized control systems of the process of the hydrothermal corn's treatment are elaborated.

The abovementioned elaborated systems are instilled at different corn's processing concerns.

The key words: grinding blend, determinative quality coefficients, the hydrothermal corn's treatment, the optimization, the automatized control system.

Аннотация

Соболевский В.Ю. Исследование технологических процессов и создание автоматизированных систем оптимизации зерноподготовки на мельницах. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация процессов управления. - Государственная Научно-производственная корпорация «Киевский институт автоматики»». - Киев, 2008.

В диссертации исследуются процессы формирования помольной смеси и гидротермической обработки зерна для оптимизации зерноподготовки на мельницах.

Выполнен анализ процесса зерноподготовки как объекта управления, а также систем управления процессом. Показано, что основными звеньями процесса зерноподготовки, определяющими эффективность и конкурентоспособность зернопереработки, являются формирование помольной смеси и гидротермическая обработка зерна. Подробно рассмотрены существующие методы расчета и системы формирования помольной смеси, а также системы управления гидротермической обработкой зерна для различных технологических схем увлажнения на первой стадии. Показано, что для оптимизации процессов необходимо решить ряд научных и технических задач по созданию модели расчета оптимального состава помольной смеси, методов и систем многокомпонентного дозирования, моделей гидротермической обработки зерна и систем управления процессом увлажнения для технологических схем с машинами мокрого шелушения.

Создана модель формирования помольной смеси по определяющим показателям качества зерна при минимизации стоимости смеси. Определяющими показателями приняты количество и качество клейковины и число падений, а другие показатели (влажность, зольность, стекловидность, натура, сорные примеси) рассматриваются как второстепенные при формировании помольной смеси вследствие стабилизации в процессе гидротермической обработки (влажность), задания соответствующих режимов гидротермической обработки (стекловидность), ограничений стандартами на зерно и схемами сортовых помолов (зольность, натура), реализации развитых схем зерноочистки (сорные примеси).

Исследованы новые методы многокомпонентного дозирования для систем формирования зерновой смеси на базе общего весоизмерительного устройства с применением современных тензоизмерительных и компьютерных технологий обработки информации и идентификации компонентов зерновой смеси, разработаны автоматизированные системы управления процессом формирования помольной смеси с реализацией системы на мельнице или элеваторе в зависимости от существующей технической базы предприятия. Системы легко вписываются в технологические схемы действующих предприятий и отличаются высокой эффективностью.

Исследован процесс гидротермической обработки зерна, определена модель процесса с выходными параметрами по прочности зерна и выходу круподунстовых продуктов драных систем, проведена идентификация параметров модели. Рассмотрены основные технологические схемы увлажнения зерна, проанализированы неконтролируемые возмущения на процесс увлажнения от машин для мойки и мокрого шелушения зерна.

Разработаны методы контроля и компенсации возмущений от машины мокрого шелушения зерна. Предложены два типа структур автоматизированных систем управления процессом увлажнения для технологических схем с машинами мокрого шелушения: с оригинальным алгоритмом контроля и компенсации возмущения на процесс увлажнения от машины мокрого шелушения и двухконтурная система с оснащением машины мокрого шелушения дозатором воды. Алгоритм контроля возмущения исключает влияние на точность измерения влажности поверхностной воды блокированием подачи воды в увлажнительный аппарат на время запаздывания аппарата, а после точного измерения влажности зерна рассчитывает задание дозатору воды и разблокирует подачу воды. Контроль и управление осуществляются дискретно с заданным периодом.

Двухконтурная система включает установленный на входе машины мокрого шелушения влагомер и исключает необходимость контроля влажности на выходе увлажнительного аппарата. Система обеспечивает управляемость процесса обработки зерна в машине мокрого шелушения, ограничивает величину возмущения при изменении типа зерна, его начальной влажности и стекловидности и исключает нарушение режима холодного кондиционирования для зерна всех типов и качествееных показателей.

Разработанные системы внедрены на зерноперерабатывающих предприятиях.