автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологический процесс и система автоматического управления увлажнением при первичной обработке табака

ВВЕДЕНИЕ

1. СУЩЕСТВУЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА. И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УВЛАЖНЕНИЯ ВЫСУШЕННЫХ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ).

1.1. Технология и технические средства увлажнения высушенных листьев табака.

1.2. Сравнительная оценка существующих САУ процессом увлажнения.

1.3. Анализ существующих методов и средств измерения параметров' регулирования и контроля процесса увлаж- . нения

1.4. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УВЛАЖНИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ С АКТИВНЫМ УВЛАЖНИ-• ТЕЛЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Характерные особенности водовоздушной технологии увлажнения высушенного табака и основные задачи ее автоматизации.

2.2. Математическая модель активного увлажнения.

2.3. Физическое моделирование активного увлажнителя.

2.4. Идентификация .на физической модели свойств увлажнительной камеры с активным увлажнителем.

3. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ САУ ПРОЦЕССОМ ' УВЛАЖНЕНИЯ ВЫСУШЕННЫХ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

3.1. Выбор и .обоснование цели функционирования САУ и возможных структур ее построения.

3.2. Синтез структурной схемы САУ процессом увлажнения в многосвязном объекте

3.3. Анализ динамики автономных каналов САУ процессом увлажнения.

3.4. Экспериментальное исследование САУ процессом увлажнения на АВМ.

3.5. Оценка точности моделирования САУ процессом увлажнения на АВМ.

3.6. Оценка электрических и тепловых полей в табачном листе

4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ САУ ПРОЦЕССОМ УВЛАЖНЕНИЯ-ВЫСУШЕННЫХ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

4.1. Разработка устройства для измерения влажности табачной массы в увлажнительной камере

4.2. Разработка практической САУ процессом увлажнения

4.3. Проектирование экспериментальной увлажнительной камеры. ПО

4.4. Исследование качественных показателей САУ в лабораторных условиях.

4.5. Разработка оптимального регулятора САУ.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ САУ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ С ОЦЕНКОЙ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ

5.1. Результаты испытаний разработанной САУ в производственных условиях.

5.2. Оценка надежности САУ.

5.3. Экономическая эффективность внедрения САУ.

ВЫВОДЫ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Низков качество и большие потери при увлажнении высушенного табака связаны с использованием несовершенной технологии и технических средств, а также отсутствием обоснованных рекомендаций по выбору технологических режимов увлажнения в конкретных производственных условиях.

2. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что качество табака .полученное после сушки .возможно сохранить с минимальными потерями, при одновременном обеспечении высокого качества увлажнения, применением водовоздушной технологии увлажнения с параметрами агента: 30.35°С, 80.95$, I.I,5 м/с, продолжительность процесса 6.8 часов.

3. Существующие САУ процессом увлажнения высушенного табака, осуществляющие управление по косвенным параметрам процесса - температуре и относительной влажности агента увлажнения, с частичным учетом состояния объекта - не обеспечивают достаточной точности регулирования и не удовлетворяют требованиям сохранения качества обрабатываемой продукции.

4. При разработке САУ процессом увлажнения высушенного табака в качестве управляющего параметра целесообразно принять прямой параметр процесса - влагосодержание табачных листьев, а их температуру поддерживать на определенном уровне, обеспечивающем наилучшие (оптимальные) условия для поглощения влаги из водовоздушной смеси, при этом регулирование производить по температуре, относительной влажности и скорости перемещения агента увлажнения.

5. Построенная математическая модель активного увлажнителя непрерывного действия по каналам "расход воды и воздуха - влажность водовоздушной смеси" представляет собой передаточную функцию вида (42). Средняя квадратичная погрешность при сравнении теоретических и проведенных на разработанной физической модели экспериментальных исследований не превышает 9,5$, что свидетельствует об адекватности предлагаемого математического описания и физической модели реальному процессу.

6. Идентификация объекта управления - увлажнительной камеры-показала, что ее передаточную функцию можно представить в виде (66), при этом среднеквадратичное отклонение (погрешность аппроксимации) не более чем на 2$, что свидетельствует о допустимости такой аппроксимации и ее соответствии реальному объекту.

7. Для обеспечения инвариантности регулируемых величин в увлажнительной камере от внешних и внутренних возмущающих воздействий в трехсвязной САУ, необходимо обеспечить в каждом канале регулирования выполнение условия (75) для системы уравнений (74).

8. Для исключения влияния канала регулирования температуры табака на канал управления процесса и на канал регулирования относительной влажности агента увлажнения, нагрев табачных листьев необходимо осуществить электромагнитным полем с напряженностью электрического поля 2,5.5 В/м и частотой (3.30)в1С? Гц.

9. По предварительно заданным значениям амплитуд и частот автоколебаний температуры, относительной влажности и скорости перемещения агента увлажнения в соответствии с технологическими требованиями,параметры элементов соответствующих каналов регулирования САУ процессом увлажнения высушенного табака с достаточной для практики точностью могут быть определены с помощью полученных аналитических выражений (89) и (90).

10. Разработанная система автоматического управления процессом увлажнения высушенного табака построенная на микропроцессорах "Электроника" МК-46, осуществляющая двухпозиционное регулирование температуры, относительной влажности и скорости перемещения агента увлажнения по управляющим воздействиям датчика влажности с точностью измерения + 3$, обеспечивает качественное и устойчивое управление процессом соответственно в пределах 30.35°С; 80. 95$; I.I,5 м/с с точностью + 1,5°С; + 3$; + 0,1 м/с.

II. Применение микросхем серии К 155 и микропроцессоров МК-46 в разработанной САУ обеспечивает высокую надежность ее эксплуатации с вероятностью р = 0,97 и средним временем безотказной работы Тер = 6684 час.

Годовой экономический эффект от внедрения одной САУ на комплексе послеуборочной обработки табака сезонной производительностью 150 т. составляет 1932 руб. при сроке окупаемости 0,72 сезона.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Постановления пленумов ЦК КПСС. Б кн.: Брежнев Л.И. О дальнейшем развитии сельского хозяйства СССР. -М.: Правда, 1978,с.47-63.

3. Ануфриев Б.В., Шишацкий Ю.И. Автоматизация сушильных установок для дрожжей.-М.: Пищевая промышленность, 1978, с.70.

4. Ивченко Б.В. Исследование электрических свойств табачных листьев применительно к электронагреву током промышленной частоты. -Тр. /ВИТИМ. Краснодар. 1971, вып.157, с. 104-109.

5. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. Новая область науки. М.: Знание. 1958. 64 с.

6. Бучинский А.Ф. и др. Табаководство. -М.; Колос. 1979. 320 с.

7. Чеников В.В. и др. Исследование технологических свойств табака. Табак, 1967, I I с. 26-31.

8. Григорян Ш.М. и др. Табакосушилки для искусственной сушки и целесообразность их применения в Арм.ССР. Информационный листок "За повышение культуры сельского хозяйства", МСХ Арм.ССР, Ереван, вып. 26, 1974, с 1-3.

9. Явруян Б.Н. Исследование технологического процесса сушки свеже-убранных листьев табака.: Автореф. Дис. на соиск. уч.ст.канд.техн. наук. Ереван, 1975. - с.25.

10. Леонов И.П. и др. Пособие для табаководов. 2-е изд.испр. и доп. Высшая школа, 1973. - 272 е., ил.

11. Василенко М.М. Искусственная сушка табака в Молдавии. (Обзор). Кишинев, 1967. 35 е., ил.

12. А.С. 185248 (СССР). Установка для послеуборочной обработки табачных листьев / В.В.Ивченко и др. Опубл.в Б.И., 1966, № 16.

13. Сазыкин Б.Г. Исследование индукционных терморадиационных излучателей применительно к процессу высоко-температурной сушки табака.: Автореф. Дис. на соиск.уч.ст.канд.техн.наук,-Челябинск, 1981, с.19.

14. Лазаров Л.П. Автоматизация процесса сушки табака для условий народной республики Болгарии.: Автореф.Дис. на соиск.уч.ст.канд. техн.наук. Москва, 1971, - с. 23.

15. Ро<иЛ! luMc сллгъ1|^ угьажл^аЛ. — po<uxXl ^

16. Хачатрян А.Ц. Исследование технологии и разработка средств механизации для комбинированной сушки табака.: Автореф. Дис. на соиск.уч.ст. канд.техн.наук. Ереван, 1981, - с.19.

17. Соловьев Ю.М. Исследование электрокалориферной сушки табака и разработка автоматической системы управления режимами сушки.: Автореф. Дис. на соиск.уч.ст. канд.техн.наук. Киев, 1973,- с.22.

18. Хачикян И.Е. Автоматизация процесса увлажнения высушенного табака.: Изв.сел.хоз.наук, 1981, № 7 с. 87-90.

19. Лыснй Б.А. Обоснование параметров и разработка системы автоматического регулирования процесса сушки табака в сельском хозяйстве.: Автореф. Дис. на соиск.уч.ст.канд.техн.наук. -М., 1974,-с. 25.

20. Полищук Б.М. Автоматический контроль и управление процессом сушки табака в условиях сельскохозяйственного производства. Автореф. Дис. на соиск.уч.ст. канд.техн«наук. -М., 1975, с. 24.

21. Григорян Ш.М. и др. Лабораторная установка для исследования процесса конвективной сушки. Информационный листок АрмНИИТИ, Ереван, № I, 1974, с.4.

22. А.С. 694175 (СССР). Способ увлажнения высушенных листьев табака / Ш.М.Григорян и др. Опубл. в Б.И., 1979, № 40.

23. А.С. 952206 (СССР). Способ увлажнения высушенных листьев табака / И.Е.Хачикян и др. Опубл. в Б.И., 1982, № 31.

24. Хачикян И.Е. Технологические предпосылки создания САУ процессом увлажнения высушенного табака. Б кн.: Наука сельскому хозяйству: Тез.докл.Республ.научн.-техн.конф. - Цахкадзор, 1981, с.18-19.

25. Мкртчян Б.С. Разработка и исследование системы автоматического управления режимами сушки табака: Дис. на соиск.уч.ст. канд. техн.наук. Минск, 1979, - с.17.

26. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. "Энергия"., М., 1978, с.704.

27. Вальднер Н.К. Методика испытаний сушильных установок сельскохозяйственного назначения. М., 1978, с. 72-98.

28. Тимошенко Ю.А. Разработка и исследование системы автоматического управления температуры в электрофицированных установках искусственного климата. Автореф. Дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Киев, 1971, - с.22.

29. Удалов Н.П. Полупроводниковые датчики. "Энергия", М., 1985, -с. 248.

30. Шашков А.Г. Терморезисторы и их применение. "Энергия", М., 1967, с. 319.

31. Коган Б.А. и др. Исследование динамических характеристик сорб-ционного датчика влажности воздуха. Тр./АФИ. - Ленинград, 1978,вып. 28, с. 56-64»

32. Гоц М.В. и др. Исследование электрофизических свойств полиэлектролитических датчиков влажности воздуха на основе сульфированного полистирола. Тр./ АФИ. - Ленинград, 1978, вып.28, с. 3441.

33. Трубников В.Ф., Кундин В.М. Автоматизация технологических процессов табачного производства. "Пищевая промышленность", М., 1980., с. 113.

34. Бензарь В.К. Техника СВЧ влагометрии. "Высшая школа",Минск, 1974, с. 347.36. %1М(циъ Р, itfctltlmi 4Д, (Ъь^гМ^пу^jJLaJjidrJi uyvj^&bwbouiicwb i 13СЯ •37. ^(/uJJ^^^Uj Оо, VYHC/IGujалло (лли^Ьхлл^уущ^ ыrvuoc/глго-алк, , i.^3, п.-3-tf;jo3^5-335

35. PoCfeX ©'О. (Р-гоЛисе^ост, TYllа

36. Х ^^iju^Viou^aJL GjlkaoJL OUV^XXJ^ ( j?eXa^tc^o , i1 f 31, гьо £ if i -* '39. UTo^ll tU^o. G^e**, ч^о wtobi^- (bxcJinA^Li^t^cin^ gf > ' 1 ' '

37. Федотенко B.A., Журавлев H.B. Влияние температуры и влажности табака на его механические свойства. Табак, 1967, № 3,с.28-30.

38. Тетельбаум И.М., Тетельбаум Я.И. Модели прямой аналогии.- М.,1. Наука, 1979, с. 384.

39. Мкртчян B.C., Хачикян И.Е. Использование принципа инвариантности при построении САУ процессом увлажнения табака. Тр./ Арм. сельс. ин-та, 1981, вып.ХХШ, с.49-63.

40. Кафаров В.В. и др. Математический анализ ячеечной модели с обратным перемешиванием между ячейками. Теоретические основы хим. технологии, 1968, т.2, № I, - с. 65-75.

41. Кафаров В.В., Степанян С.Г. Процесс перемешивания как комбинированная модель. Химическая промышленность., 1966, № 8, - с. 50-54.

42. Дёлс Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа. ~М., Наука, 1971, с. 288.

43. Балакирев B.C. и др. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления.4Л., Энергия, 1967, о. 235.

44. Балакирев B.C., Голубев B.C. Анализ точности методов определения динамических характеристик промышленных объектов по их переходным функциям. Приборостроение, 1965, № 8, с. 27-31.

45. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования, М., Энергия, 1970, с. 288.

46. Чинаев П.И. Методы анализа и синтеза многомерных автоматических систем, ~ Киев. Техника, 1969, с. 377.

47. Петров Б.Н. О реализуемости условий инвариантности. В кн: Теория инвариантности и ее применение в автоматических устройствах. -М.: Наука, 1959, - с. 485-490.

48. Тимошенко Ю.А., Мкртчян B.C. Синтез многосвязной автоматической системы управления режимами сушки табака. Из вест. сел. хоз. наук. Ереван, 1976, № 3, с. 28-33.

49. Мартыненко И.И., Тимошенко Ю.А. К методике составления уравнений динамики нелинейных систем автоматического управления. -Тр./Укр.сельхоз.академ., 1972, вып. 54, том II, с. 4-14.

50. Попов Е.П. Динамика систем автоматического регулирования, -М.; Гостехиздат, 1954, с. 241.

51. Тимошенко Ю.А., Мкртчян B.C. О возможности использования математических моделей при разработке и исследовании сельскохозяйственных автоматических систем управления. Изв.сельхоз.наук. .Ереван, 1980, 6, с. 41-60.

52. Левин Л. Методы решения технических задач с использованием аналоговых вычислительных машин. -М.; Мир, 1966, с. 251.

53. Авакян Д.П. Распределение электрического и теплового полей в табачном листе в процессе высокочастотной сушки. Изв. с-х. наук, Ереван, 1974, В 3, с. 21-28.

54. Гелен В.Ю., Авакян Д.П. Высокочастотная сушка табачных листьев. -Изв. ЛСХИ, 1973, т. 197, с. II2-II9.

55. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматгиз, 1957, с. 584.

56. Лыков А.В. Теория сушки. -М.: Энергия, 1968, с. 381.

57. Лыков А.В. Тепло и массообмен в процессах сушки. М.: Гостехиздат, 1956, с. 420.

58. Лыков А.В. Теория теплопроводности. -М.: Энергия, 1969,с.486.

59. Лыков А.В., Ауэрман Л.Я. Теория сушки коллоидных капилярнопо-ристых тел в пищевой промышленности. -М.: Пищ.пром. ,1946, с.63.

60. Шорин С.Н. Теплопередача М.: Высшая школа., 1964, с.281.

61. Маркелов А.А. Исследование некоторых цилиндрических системдля измерения влажности формовочной смеси. Автореф. Дис.канд.тех. наук. Ленинград, 1970, с. 24.

62. Осташев С.И. К вопросу измерения влажности зерна в потоке. Записки ЛСХИ, Ленинград - Пушкин, 1974, т. 224, с. 19-24.

63. Шанауров Б.М. Исследование цилиндрических систем для автоматического контроля влажности формовочных смесей в процессе их приготовления. Автореф. Дис.канд.техн.наук. Л,, 1974.

64. Кричевский Е.С. Высокочастотный контроль влажности при обогащении полезных ископаемых. Недра, 1972, с. 215.

65. А.С. 670870 (СССР) Устройство для измерения влажности сыпучих материалов / В.О.Чернышев, Е.З.Полонецкий. Опубл. в Б.И., 1979, J6 24.

66. Горюнов Н.Н. и др. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам, -М.: Энергия, 1976, с.542-553.

67. Микрокалькулятор "Электроника" МК-46, инструкция по эксплуатации, 1981, с. 31.

68. Нетушил А.В. и др. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников. ~М.: Госэнергоиздат, 1959, с 321.

69. Говбин Л.И. Влияние грузоприемных устройств при непрерывном взвешивании и дозировании сыпучих материалов. Механизация и автоматизация производства., 1979, $ 7, с. 6-8.

70. Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. -М.: Физ-матгиз., 1963, с. 510.

71. Плутес B.C., Корякин В.В. Синтез оптимальной системы автоматической стабилизации для объекта с запаздыванием. В кн.; Автоматизация химических производств, М., ОКЕА, 1967, с. 44-61.

72. А»С. 906503 (СССР). Сушилка для табачных листьев / Хачикян

73. И.Е. и др. Опубл. в Б.И., 1982, № 7.

74. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры и автоматики. ~М.; Советское радио, 1975, с. 193.

75. Протокол В 3-28-80 (I2303I0) Государственных испытаний увлажнителя табака УТ-0,5 , Егвард, 1980, с. ПО.

76. Андреев В.В., Хмелевский Н.Н. Автоматизация и экономическая эффективность производства, -М.: Экономика, 1971, с. ПО.