автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Система контроля за процессом отстаивания

Державний університет "Львівська політехніка"

СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ЗА ПРОЦЕСОМ ВІДСТОЮВАННЯ

05.11.13. "Прилади і методи контролю та визначення складу

речовин"

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

од

Коноваленко Ігор Володимирович

УДК 621.3.08+681.2

Львів-2000

Робота виконана у Тернопільському державному технічному університеті ім.І.Пулюя Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

Буняк Андронік Мусійович, Тернопільський державний технічний університет ім.І.Пулюя, декан факультету заочного навчання

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Сопрунюк Петро Маркіянович, зав. відділом Фізико-механічного інституту ім.Г.В.Карпенка НАН України,

кандидат техніних наук, доцент Витвицька Лідія Андріївна, доцент кафедри „Прилади та методи контролю якості та сертифікації продукції” Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу.

Провідна установа: Вінницький державний технічний

університет Міністерства освіти України, кафедра „Метрологія та промислова автоматика”, м.Вінниця

Захист відбудеться 29 червня 2000р. о 1400 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.04 у Державному університеті "Львівська політехніка" в ауд. 51 X учбового корпусу (79013, Львів-13, вул.С.Бандери, 12)

Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою, просимо надсилати за адресою: 79013, Львів-13, вул.С.Бандери, 12, Державний університет “Львівська політехніка”, вченому секретарю ради Д35.052.04.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка"

(290646, Львів-13, вул.Професорська,1)

Автореферат розісланий 27 травня 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук

Вашкурак Ю.З

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність досліджуваної задачі. Актуальність проведення досліджень за темою дисертаційної роботи визначається необхідністю здійснення ефективного контролю за головними параметрами процесу відстоювання, який має важливе значення у багатьох технологічних процесах харчової, хімічної, переробної промисловостей та при очистці стічних вод. При цьому одним із найважливіших параметрів, по якому оцінюють якість очистки, є мутність (або обернена до неї величина-оптична прозорість) напівпродуктів. Проте цей параметр не враховує динамічні особливості процесу відстоювання, тому неможливо прогнозувати кінетику процесу і тим більше його оптимізувати.

Неможливість проведення ефективного контролю не дає повної та своєчасної оцінки кондиціювання, що в свою чергу впливає на вибір оптимальних режимів роботи станцій очистки, фільтрації та дозування реагентів; порушення режимів техпроцесу, і як наслідок, збільшення кількості реагента, неповного кондиціювання напівпродукту, що понижує якість кінцевого продукту; значні перевитрати паливно-енергетичних ресурсів; фінансові перевитрати, які підвищують собівартість продукції та в ринкових умовах роблять її не конкурентноздатною.

Описана проблема досліджується в наукових та навчальних закладах Міністерства освіти України. Дисертаційна робота проводилась в рамках теми “Система еколого-медичного моніторингу довкілля”, що фінансується Міністерством освіти України (реєстраційний код 0197X1004549, внутрішній номер Тернопільського державного технічного університету- ДІ72-97), дослідження за якою проводяться в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя з 1.01.1997р.

Загальний стан проблеми. В результаті аналізу робіт по даній тематиці встановлено, що існуючі пристрої та системи контролю за процесом відстоювання основані на використанні таких параметрів про стан рідини (електропровідність, прозорість, густина), які не дають можливості прогнозувати хід цього процесу, ефективно використовувати існуюче обладнання та оптимізувати технологічний процес. Вони, як правило, працюють за жорсткими алгоритмами, мають обмежені можливості щодо обробки результатів та розширення їх функцій.

Крім цього, при здійсненні контролю за допомогою таких систем на процес виміру контрольованого параметру суттєвий вплив здійснює

забруднення стінок дослідної посудини, що вносить значні методичні похибки та викликає необхідність додаткових часових та енергетичних витрат на очищення стінок.

Мета роботи. Метою роботи є розробка методу контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни оптичної прозорості напівпродукту, який дає можливість прогнозувати хід цього процесу та зменшити вплив похибки, визваної забрудненням стінок посудини. Використання такого методу дозволить зменшити енергетичні витрати на обслуговування системи контролю, що знизить собівартість продукції та підвищить її конкурентноздатність.

Завдання досліджень. Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:

1) аналіз відомих методів контролю за процесом відстоювання;

2) розробка системи на основі ЕОМ для здійснення вимірювання швидкості зміни оптичної прозорості при відстоюванні;

3) проведення експериментальних досліджень процесу відстоювання напівпродуктів цукрової, фармацевтичної промисловості та стічних вод; виявлення на основі отриманих даних особливостей процесу відстоювання, які можна використати для прогнозування цього процесу;

4) оцінка точності проведених вимірів швидкості;

5) розробка системи для прогнозування процесу відстоювання;

6) розробка алгоритму прогнозування;

7) оцінка точності прогнозуючої системи;

8) дослідження передумов використання розробленої системи контролю в АСУТП харчової промисловості.

Наукова новизна роботи. У дисертаційній роботі отримано нові результати:

1) вперше досліджено метод конторолю за процесом відстоювання на основі швидкості зміни оптичної прозорості при відстоюванні напівпродуктів;

2) встановлено вид залежності прозорості та швидкості зміни прозорості рідини від часу;

3) встановлено залежність похибки вимірювання прозорості та швидкості її зміни від значення вхідної величини;

4) розроблено систему для прогнозування процесу відстоювання напівпродуктів цукрової промисловості (соків після ІГ™ сатурації);

5) розроблено алгоритм для визначення моменту закінчення процесу відстоювання за частковими даними про процес;

з

6) запропоновано спосіб моделювання процесу відстоювання по його швидкості;

7) встановлено залежність частоти випадкових флуктуацій швидкості від температури та концентрації завислих частинок.

Практична цінність роботи. Практична цінність роботи полягає у розробці цифрової вимірювальної системи КСАК-11, робота якої основана на вимірюванні швидкості зміни оптичної прозорості; розробці інтерфейсу для під’єднання системи до мікроЕОМ типу IBM PC/AT; розробці програмного забезпечення для ЕОМ для збору, зберігання та аналізу інформації про процес відстоювання. Така система може бути легко вмонтована до складу АСУТП вищого рівня через під'єднання ЕОМ до локальної обчислювальної мережі.

Розроблена система дозволяє суттєво зменшити вплив забруднення стінок посудини, у якій знаходиться рідина, на процес вимірів, що дозволяє підвищити точність виміру контрольованого параметру та зменшити часові та енергетичні затрати на обслуговування системи контролю.

Реалізація результатів роботи. За допомогою розробленої системи було проведено дослідження серії напівпродуктів різних виробництв, зокрема:

1) соків після Г”1 та ІГ0І сатурації на цукровому заводі "Поділля" асоціації "Тернопільцукор";

2) екстракту водяного перцю на відкритому акціонерному товаристві "Тернопільська фармацевтична фабрика";

3) стічних вод на комунальному підприємстві "Тернопільводоканал".

Апробація роботи. Результати проведених досліджень доповідались на міжнародній науково-технічній конференції “Світлотехніка’95” (м.Тернопіль, 1995р); на міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсооощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість” (м.Київ, 1997р); на першій міжнародній конференції “Наука і освіта’98” (м.Дніпропетровськ, 1998р); на V-ій науково-технічній конференції “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”, (м.Хмельницький, 1998р); на третій науково-технічній конференції “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні” (м.Тернопіль, 1998р).

Особистий внесок автора. Основна частина теоретичних та експериментальних досліджень, розробка схемних рішень і алгоритмів

1КСАК-1- комп'ютерна система автоматизованого контролю.

виконані автором самостійно. Аналіз результатів окремих досліджень проведено у співавторстві згідно наведеного списку літератури.

Публікації. Основні результати проведених досліджень висвітлено у 14 наукових роботах, серед яких 9 статей, один патент та

4 тези конференцій. Всі результати, які складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів та загальних висновків, викладених на 112 сторінках друкованого тексту, переліку використаних джерел з 76 найменувань на 9 сторінках, 6 додатків, ілюструється 36 рисунками, містить 6 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проведеної роботи, сформульовано мету, визначено основні завдання, показано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, висвітлено питання випробування розробленої вимірювальної системи на напівпродуктах ряду підприємств.

У першому розділі зроблено аналітичний огляд відомих методів контролю за процесом відстоювання, приведено основні типи вимірювальних перетворювачів, які при цьому використовуються. Проаналізовано ряд вітчизняних та закордонних розробок у цій області, показано їх переваги та недоліки. Основними недоліками існуючих методів контролю є: відсутність інформації про динаміку відстоювання; неможливість прогнозування процесу відстоювання; значна тривалість вимірів (при вимірах швидкості руху твердих частинок); підвищені часові та енергетичні витрати на очищення стінок дослідної посудини від осаду; відсутність інформації про стадію процесу відстоювання в даний момент; неможливість точної фіксації моменту кінця відстоювання.

Відмічено перспективність контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни оптичної прозорості, оскільки цей метод дає можливість: прогнозувати динаміку процесу відстоювання; одержати інформацію про стан напівпродукту на різних етапах відстоювання; зафіксувати кінцевий момент відстоювання; суттєво зменшити вплив забруднення стінок дослідної посудини на результат вимірів; оцінити здатність досліджуваного напівпродукту до відстоювання незалежно від його фізико-хімічних характеристик; встановити хіміко-технологічні властивості сировини, при яких витрати сировинних та

енергетичних ресурсів для даного технологічного процесу є оптимальними; в реальному масштабі часу контролювати процес відстоювання та визначати здатність напівпродукту до відстоювання.

У другому розділі описано будову системи для контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни оптичної прозорості, її принцип роботи та отримані експериментальні дані.

Структурна схема дослідної установки показана на рис.1. До її складу входять блок живлення плати фотометричного перетворювача

1, відстоювальний блок 2 із вимірювальним перетворювачем, лазер З, інтерфейсний пристрій 4, та комп'ютер 5.

Відстоювальний блок призначений для проведення процесу відстоювання дослідної рідини, отримання первинної інформації про хід цього процесу від фотодавачів та для світлової ізоляції фоточутливих елементів.

У дослідній установці в ролі високостабільного джерела світла використано твердотільний лазер ЛГН208А з довжиною хвилі випромінювання ?.=б94нм. Протягом дослідження лазерний промінь проходить через один із отворів у стійці відстоювального блоку, далі через посудину з досліджуваною рідиною, та потрапляє на один із фотодавачів, розташованих всередині відстоювального блоку.

Далі аналогова інформація про прозорість рідини на певному рівні надходить до інтерфейсного пристрою, де переводиться у цифрову форму та пакетами передається на мікроЕОМ, яка здійснює обчислення швидкості відстоювання рідини, аналізує хід процесу відстоювання (оцінює його стадію та тривалість) та створює його модель.

В процесі відстоювання тверді частинки, які містяться у рідині, налипають на стінки дослідної посудини. Внаслідок цього у процес вимірювання прозорості вноситься додаткова похибка. Її значення залежить від величини концентрації твердих частинок, часу відстоювання та фізико-хімічних характеристик рідини. До закінчення процесу відстоювання вказана похибка досягає суттєвого впливу на результат вимірювання прозорості Використаний нами метод контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни прозорості дозволяє цю похибку суттєво зменшити. Так як вона в часі змінюється плавно і на малих часових інтервалах її зміна незначна, то і її вплив на результат вимірювання швидкості зміни прозорості буде незначний.

Типовий вид кривих швидкості зміни оптичної прозорості при

відстоюванні рідин з різними концентраціями сухих речовин показано на рис.2. Склад досліджуваних рідин наступний: сухі речовини (СР)-від 17 до 167г/л; цукор- від 0 до 67г/л.

Процес відстоювання можна розбити на чотири стадії. Перша стадія (яка відсутня у рідин з порівняно низькою концентрацією сухих речовин) характеризується незначною швидкістю &!•. Після цього послідовно слідують стадії різкого зростання та спаду швидкості ІЗ^ При цьому період спаду швидкості для рідин з меншою концентрацією сухих речовин замітно триваліший за період зростання швидкості.

Рис.2. Криві швидкості зміни прозорості при відстоюванні рідин з різними концентраціями сухих речовин.

Остання стадія процесу відстоювання характеризується близькою до нуля швидкістю зміни прозорості. Вона відповідає тому періоду, коли більшість завислих у рідині твердих частинок пройшла через контрольний рівень. З початком цієї стадії процес відстоювання на даному рівні можна вважати закінченим.

Відмінність значень швидкості та специфіку її зміни на різних етапах процесу відстоювання нами використано для прогнозування ходу цього процесу та визначення моменту його закінчення.

Процес відстоювання рідин, які відрізняються за своєю природою, характеризується наявністю одинакових етапів, що дозволяє розробити алгоритми, які можуть використовуватись для контролю за процесом відстоювання рідин з різним фізико-хімічним складом. Це підтверджують досліди по відстоюванню напівпродуктів фармацевтичної промисловості та стічних вод.

Часові характеристики швидкості зміни прозорості при відстоюванні залежать від температури рідини. Для досліджених напівпродуктів цукрової промисловості ця залежність стає особливо заміткою при концентрації сухих речовин, більшій за 20 г/л. Із збільшенням температури відбувається інтенсифікація процесу відстоювання. Це пояснюється зменшенням густини та в'язкості рідини при підвищенні температури, і як наслідок, зменшення сил опору рідини.

Для процесу відстоювання є характерними постійні флуктуації прозорості. їх наявність пояснюється неоднорідністю розподілу твердих частинок в рідині, яка виникає внаслідок їх коагуляції та утворення у розчині згустків та розріджень різної щільності. Величина таких флуктуацій залежить від температури та концентрації частинок в рідині. В загальному випадку при підвищенні концентрації величина амплітуди флуктуацій зменшується, і графік швидкості стає більш згладженим. Причиною цього є те, що із збільшенням концентрації посилюється взаємодія завислих частинок між собою (стикання, злипання), внаслідок чого вони починають осідати більш узгоджено. При цьому сукупність частинок починає вести себе подібно до суцільної пружної маси, поміщеної у рідину.

Такі флуктуації дещо ускладнюють визначення швидкості зміни прозорості і, як наслідок, контроль за процесом відстоювання. Для зменшення їх впливу на аналіз процесу відстоювання використано метод цифрового згладжування.

Третій розділ присвячений розробці та дослідженню прогнозуючої системи. Прогнозуюча система представляє собою

сукупність програмно-алгоритмічних методів для визначення моменту закінчення процесу відстоювання та довірчого інтервалу, у якому він знаходиться з певною довірчою імовірністю.

Алгоритм прогнозування процесу відстоювання включає такі стадії:

1. Отримання початкової інформації про процес відстоювання.

2. Фільтрування вхідного масиву даних з метою видалення з основного сигналу випадкової шумової складової.

3. Усереднення пакетів даних.

4. Аналіз отриманої множини даних на можливість здійснення прогнозу.

5. У випадку можливості прогнозу побудова прогнозуючої моделі, в іншому випадку- очікування на наступний пакет даних, їх ввід та перехід до п.2.

6. Розрахунок за отриманою моделлю подальшого ходу процесу відстоювання, видавання інформації про момент закінчення відстоювання;

7. Оцінка точності прогнозуючої моделі

Вхідні дані представляють собою матрицю 8Т:

і, ^

де V час;

Б,- значення швидкості зміни прозорості у момент часу і;; і=1,2,З...Н;

И- кількість значень у серії даних.

Для зменшення впливу шумів, зумовлених флуктуаціями концентрації завислих частинок в різних зонах рідини на точність визначення швидкості нами використано згладжування вихідних даних шляхом їх спектрального аналізу. Таке згладжування дозволяє виявити основні тенденції зміни швидкості.

Для зменшення обсягу оброблюваних даних над вихідним сигналом фільтра виконується операція усереднення за пакетами даних. Усереднення здійснюється методом ковзаючих середніх. У результаті цього отримується матриця 8ТС:

де (;СІ- середнє значення часу за пакет;

середнє значення швидкості за пакет;

К- кількість пакетів даних.

Для прогнозування процесу відстоювання використано екстраполяцію часового ряду швидкості.

У ролі прогнозуючої моделі (тренду) нами використано криву

виду

де Бщ,,, V- коефіцієнти кривої.

Коефіцієнт 8тах характеризує максимальне значення швидкості, а коефіцієнт і;тмГ момент часу, в який воно спостерігалось. Крутизна графіка швидкості характеризується величиною коефіцієнта V, який визначає швидкість спадання швидкості зміни прозорості.

Необхідними для здійснення прогнозу за описуваним методом умовами є:

1) Активна фаза процесу відстоювання повинна початись. Аналітично цю умову можна записати так:

де Бдх“ кінцеве значення матриці 8ТС, тобто усереднене значення останнього отриманого пакету даних;

5ТСтіп- деяке граничне значення.

2) Протягом активної фази повинен бути отриманий хоча б один максисмум, тобто точка Ь, в якій значення похідної функції усередненої швидкості змінює свій знак на протилежний:

(3)

(4)

^тсО-і) _ р. ЄІ^ТсОч-а) V, д. СІвтс (і; ^ д

сії ’ ’ сії

де а -> 0 - нескінченно мала величина;

є [^авДае]> Де ^-момент початку активної фази відстоювання;

*ае~ момент закінчення активної фази або середній час останнього пакету даних.

3) Після отримання максимуму значення швидкості повинно опуститись за деяке граничне значення:

З-гСЬ < ^тстах > (6)

де Єто,- кінцеве значення матриці 8ТС, тобто усереднене значення останнього отриманого пакету даних;

Зтстах" Деяке граничне значення.

Для пошуку коефіцієнтів прогнозуючої моделі нами використано такий алгоритм:

1. Перевірка матриці 8ТС на умови можливості прогнозу (4)-(6). При виконанні умов (4)-(6) розрахунок коефіцієнтів прогнозуючої моделі, в іншому випадку очікування вводу наступного пакету даних.

2. Пошук максимального значення швидкості &гг.т.-і в множині отриманих даних 8ТС.

3. Сканування матриці 8ТС на наявність інших максимумів. При їх

НаЯВНОСТІ ВИЯВЛеННЯ НаЙбІЛЬШОГО З НИХ- втопай-

4. Обчислення коефіцієнтів 8ті та

5. Визначення методом послідовних ітерацій коефіцієнта V. Умовою

при цьому є мінімальне середньоквадратичне відхилення отриманої моделі від множини даних 8ТС.

За допомогою отриманої прогнозуючої моделі визначається момент закінчення процесу відстоювання. Для цього слід обчислити момент часу 1^,, при якому значення після проходження свого максимуму впаде до певного значення яке буде визначати

закінчення процесу:

^ТМ (®гоах > ^о) — ^еп<1 ■ (7)

На основі аналізу експериментальних даних встановлено, що для напівпродуктів цукрової промисловості за кінцеве значення можна прийняти 8еп(3=0.01%/с.

На рис.З приведено результати використання розробленої прогнозуючої системи при відстоюванні напівпродукту цукрової промисловості (соку після ІГ0Ї сатурації). На графіках зображено

криву усередненої ШВИДКОСТІ ¡Зтс^) та криву прогнозуючої моделі

Рис.З. Криві усередненої швидкості та криві прогнозуючої моделі для рідини з концентрацією сухих речовин 67 г/л при 1=23°С.

Описана прогнозуюча система дозволяє визначати імовірний час закінчення процесу відстоювання з випередженням, яке складає від 15% до 45% від загальної тривалості процесу відстоювання. Конкретний час випередження прогнозуючої моделі залежить від тривалості активної фази процесу відстоювання та часу її початку. Для рідин з нижчою концентрацією твердих частинок, які характеризуються раннім початком активної фази, час випередження становить біля ЗО...50% від загальної розрахункової тривалості процесу відстоювання. Для рідин з більш високою концентрацією він, як правило, не перевищує 20%. Це пояснюється збільшенням періоду збору інформації прогнозуючою моделлю при дослідженні рідин з більш високою концентрацією.

За результатами статистичної обробки отриманих експериментальних даних середнє значення похибки визначення кінцевого моменту відстоювання уР для рідин з концентрацією СР від ЗЗг/л до ІЗЗг/л становить 14.8%.

У дисертаційній роботі на основі експериментальних та теоретичних досліджень розроблено програмно-апаратне, математичне та метрологічне забезпечення для вимірювання швидкості

0.4

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

відстоювання на основі швидкості зміни оптичної прозорості. Результати досліджень доведені до практичної реалізації та випробувані на ряді продуктів та напівпродуктів цукрової та фармацевтичної промисловості, а також при відстоюванні стічних вод. У дисертаційній роботі отримано такі основні результати:

1) Розроблено та досліджено метод контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни прозорості.

2) Розроблено алгоритм для прогнозування процесу відстоювання за частковими даними про цей процес.

3) Встановлено вид залежності швидкості зміни прозорості рідини від часу протягом відстоювання.

4) Встановлено залежність похибки вимірювання прозорості та швидкості зміни прозорості від значення вхідної величини.

5) На основі експериментальних досліджень запропоновано спосіб моделювання процесу зміни прозорості при відстоюванні.

6) Розроблено систему на основі мікроЕОМ для контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни прозорості.

7) 3 використанням розробленої системи досліджено відстоювання напівпродуктів цукрової та фармацевтичної промисловості, а також відстоювання стічних вод.

В процесі роботи було досліджено передумови переходу від лабораторних досліджень процесу відстоювання по швидкості зміни прозорості до використання розробленого методу в промислових умовах. А саме, нами було досліджено процес відстоювання соків після Г°! та ІГ01 сатурації на цукровому заводі "Поділля" асоціації "Тернопільцукор", екстракту водяного перцю на відкритому акціонерному товаристві "Тернопільська фармацевтична фабрика" та стічних вод на комунальному підприємстві "Тернопільводоканал".

Основні положення по темі дисертації висвітлено в 14 наукових роботах:

1. А.Буняк, ІКоноваленко. Розробка обчислювального комплексу дая контролю за процесом відстоювання промислових напівпродуктів./ Вісник Тернопільського приладобудівного інституту.-1996.-№2, сс.114-116.

2. А.Буняк, ІКоноваленко. Відповідає технічним вимогам: Розроблено прилад для вимірювання швидкості відстоювання напівпродуктів.// Харчова та переробна промисловість.- 1997-№5, сс.22-23.

3. А.Буняк, И-Коноваленко. Система измерения скорости изменения мутности при отстаивании.// Метрология. Государственный комитет

Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации,- 1998~№8, сс.31-37.

4. А.Буняк, І.Коноваленко. Вимірювальний комплекс для визначення концентрації компонента у рідині.// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Збірник наукових праць Хмельницького державного технічного університету.- 1998, вип. №1., сс.19-22.

5.1.Коноваленко. Наближена математична модель процесу відстоювання.// Вісник Тернопільського державного технічного університету- 1997- том 2, №2, сс.133-139.

6. Коноваленко І.В. Розробка наближеної математичної моделі процесу відстоювання.// Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы - 1998, №2, сс.48-53.

7. Коноваленко І.В. Використання технічного зору для контролю за процесом відстоювання.// Радиоэлектроника и информатика.-1998,-№3(04).

8. Коноваленко 1.В. Дослідження експериментальних характеристик процесу відстоювання та їх математична обробка.// Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы.- 1999, №1, сс.48-53.

9. W.O.Yuvszenko, I.W.Konovalenko, LV.Kityk, M.Makowska-Janusik, J.Kasperczyk, A.M.Buniak. Wptyw parametr6w fizyko-chemicznych na szybkosc osadzania drobin substancji rozpuszczonej.// ’’Fizyka”. Prace naukowe Wyzszey Szkoly Pedagogicznej w Cz^stochowie- 1999, Tom II, ss.93-99.

Ю.Буняк A.M., Коноваленко I.B. Використання фотометричного перетворювача в якості давача каламутності.// “Світлотехніка’95”. Міжнародна науково-технічна конференція. Тези доповідей. м.Тернопіль, ТПІ., 1995., сс.19-20.

П.Буняк А.М., Коноваленко І.В. Пристрій для вимірювання концентрації завислих часток в рідині.// “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість”. Міжнародна науково-технічна конференція. Тези доповідей. м.Київ, УДУХТ, 1997., сс.114-115.

12.Буняк А.М., Коноваленко І.В. Система керування технологічним комплексом переробної промисловості на основі комп’ютерної мережі.// “Наука і освіта’98”. Перша міжнародна конференція. Тези доповідей. м.Дніпропетровськ, 1998, с.373.

13.Буняк А.М., Коноваленко І.В. Розробка математичної моделі процесу відстоювання на основі експериментальних даних.// “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”. Третя науково-технічна конференція. Тези доповідей, м.Тернопіль, ТДТУ, 1998.

14.Патент України №22897А. Буняк А.М., Коноваленко І.В. Пристрій для вимірювання концентрації завислих часток в потоці рідини.

АНОТАЦІЯ

Коноваленко І.В. Система контролю за процесом відстоювання,-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.11.13. "Прилади і методи контролю та визначення складу речовин".- Державний університет "Львівська політехніка", Львів, 2000.

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням методу контролю за процесом відстоювання по швидкості зміни оптичної прозорості. Розроблений метод дозволяє прогнозувати динаміку процесу відстоювання, одержати інформацію про стан напівпродукту на різних етапах відстоювання, зафіксувати точний момент закінчення відстоювання, суттєво зменшити вплив забруднення стінок дослідної посудини на результат вимірів, оцінити здатність досліджуваного напівпродукту до відстоювання незалежно від його фізико-хімічних характеристик, встановити хіміко-технологічні властивості сировини, при яких витрати сировинних та енергетичних ресурсів для даного технологічного процесу є оптимальними, при застосуванні сучасних засобів обчислювальної техніки контролювати процес відстоювання в реальному масштабі часу.

Запропоноване математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення дозволяє здійснювати реєстрацію швидкості зміни прозорості у реальному масштабі часу, видалення шумів з основного сигналу, підтримку інформаційних баз даних досліджуваних рідин.

За результатами роботи виготовлено дослідний зразок системи контролю та здійснено його апробацію на 3 підприємствах.

Ключові слова: відстоювання, прозорість, швидкість зміни

прозорості, система контролю, прогнозування.

Коноваленко И.В. Система контроля за процессом отстаивания-

Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13. "Приборы и методы контроля и определения состава веществ".- Государственный университет "Львівська політехніка", Львов, 2000.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям метода контроля за процессом отстаивания дисперсных жидкостей по скорости изменения оптической прозрачности (мутности). Процесс отстаивания занимает важное место во многих технологических процессах пищевой, химической, перерабатывающей промышленности и при очистке сточных вод. Одним из важнейших параметров, по котором оценивают качество очистки, является мутность (или обратная ей величина- оптическая прозрачности) полупродуктов. Исследования по данной тематике, как правило, проводятся устаревшими методами, требуют многочисленного обслуживающего персонала, характеризуются низкой точностью и значительной продолжительностью процесса анализа.

Разработанный метод позволяет прогнозировать динамику процесса отстаивания, получить информацию о состоянии полупродукта на разных этапах процесса, зафиксировать точный момент его окончания, существенно уменьшить влияние загрязнения стенок исследовательского сосуда на результат измерений контролируемого параметра, оценить способность исследуемого полупродукта к отстаиванию независимо от его физико-химических характеристик, установить химико-технологические свойства сырья, при которых затраты сырьевых и энергетических ресурсов для данного технологического процесса являются оптимальными, при использовании современных средств вычислительной техники контролировать процесс отстаивания в реальном масштабе времени.

В диссертационной работе получены такие новые результаты: впервые исследовано метод контороля за процессом отстаивания на основе скорости изменения оптической прозрачности при отстаивании полупродуктов сахарной промышленности (соков после 1Г°Й сатурации); установлено вид зависимости скорости изменения прозрачности жидкости от времени наблюдения; установлено зависимость погрешности измерения скорости изменения прозрачности от значения исходной величины; разработано систему для прогнозирования процесса отстаивания полупродуктов сахарной промышленности (соков после И4* сатурации); разработано алгоритм

для определения момента окончания процесса отстаивания за частичными данными; предложено способ моделирования процесса отстаивания по его скорости; установлено зависимость частоты случайных флуктуаций скорости от температуры и концентрации взвешенных частиц.

Исходя из анализа технических требований, создано систему контроля за процессом отстаивания по скорости изменения оптической прозрачности. Предложенное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение системы контроля позволяет осуществлять регистрацию прозрачности и скорости изменения прозрачности в реальном масштабе времени, удаление шумов из основного сигнала, поддержку информационных баз данных исследуемых жидкостей.

Разработан алгоритм для прогнозирования процесса отстаивания по частичным данным о нем. Прогнозирующая система позволяет определять вероятное время окончания процесса отстаивания с упреждением, которое составляет от 15% до 45% от общей продолжительности процесса. Конкретное время упреждения прогнозирующей модели зависит от продолжительности активной -фазы процесса отстаивания и времени ее начала. Для жидкостей с более низкой концентрацией твердых частиц, которые характеризуются ранним началом активной фазы, время упреждения составляет около 30...50% от общей расчетной продолжительности процесса отстаивания. Для жидкостей с более высокой концентрацией оно, как правило, не превышает 20%. Это объясняется увеличением периода сбора информации прогнозирующей моделью при исследовании жидкостей с более высокой концентрацией.

По результатам работы изготовлено экспериментальный образец цифровой системы контроля КСАК-1, работа которой основана на измерении скорости изменения оптической прозрачности; разработано интерфейс для подсоединения системы к микроЭВМ типа 1ВМ РС/АТ; разработано программное обеспечение для ЭВМ для сбора, хранения и анализа информации о процессе отстаивания. Такая система может быть легко вмонтирована в состав АСУТП высшего уровня через подсоединение ЭВМ в локальную вычислительную сеть.

Разработанная система позволяет существенно уменьшить влияние загрязнения стенок сосуда, в котором находится жидкость, на процесс измерений, что позволяет повысить точность измерения контролируемого параметра и уменьшить временные и энергетические затраты на обслуживание системы контроля.

При помощи разработанной системы было проведено исследование серии полупродуктов разных производств, в частности: соков после Г°й и П“°й сатурации на сахарном заводе "Подилля" ассоциации "Тернопильцукор"; экстракта водяного перца на открытом акционерном обществе "Тернопольская фармацевтическая фабрика"; сточных вод на коммунальном предприятии "Тернопильводоканал". Проведенные исследования говорят о возможности применеия разработанной системы в перечисленных отраслях.

Ключевые слова: отстаивание, прозрачность, скорость изменения прозрачности, система контроля, прогнозирование.

Conovalenco LV. System for the settling process control.-

Manuscript.

The thesis are presented for the Sc.D. science degree competition in speciality 05.11.13. "The devices and methods for control and determination of composition of materials".- State University "Lviv Politechnic", Lviv, 2000.

Thesis is denote theoretical and experimental analysis of the method for the settling process control at speed of changing of optical transparency of the dispersed liquids. Developed method lets forecast the dynamics of the settling process, to receive information for the semiproduct state on the different stages of process, to fix the exact moment of the end of the settling, essentially to decrease the influence of the pollution of the sides exploratory vessel on the result of the measurements of controlled parameter, to appreciate the capability of investigated semi-product to the settling irrespective of it phisic-chemical characteristics, in the using of the modern facilities of computational machines to control the settling process in real time.

Offered mathematical, algorithmic and software allows realize a registration of transparency and speed of changing transparency in the real scale of time, removing the noises from the main signal, support of information databases of investigated liquids.

For results of work is make experimental measurement system and is realize its approbation on 3 state enterprises.

Keywords: settling, transparency, speed changing of optical transparency, control system, forecasting.