Устройство для автоматического управления процессом сушки зерна

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ЗЕРНА , содержащее датчик входной температуры теплоносителя, датчик выходной температуры теплоносителя, исполнительный механизм загрузки зерна, механизм регулирования температуры входного потока теплоносителя и блок формирования управляющих воздействий , первый и второй выходы которого соединены соответственно с исполнительным механизмом загрузки зерна и механизмом регулирования температуры входного потока теплоносителя , а первый и второй входы соответственно с выходами датчиков входной и выходной температуры теплоносителя , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьаиения точноети поддержания заданной влажности высушиваемого зерна, в него введены N датчиков (N 1,2,3...) входной и выходной температуры теплоносителя, расположенных вдоль траектории движения зерна, а блок формирования управляющих воздействий содержит измерительный преобразователь, узел задания влажности,, узел задания температуры , две группы сумматоров, узел вычисления влажности зерна, узел выделения максимальной температуры, схему сравнения и узел умножений, причем входы измерительного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока фор мирования управляквдих воздействий, первая и вторая группы выходов измерительного преобразователя соединены соответственно с первыми и вторы (Л ми входами сумматоров первой и второй групп, выходы сумматоров первой группы соединены с входами узла вычисления влажности зерна и группой входов узла умножения, первый и второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом узла задания влажности, выходом узла вычисления влажности и первым выходом блока формирования управляющих воздействий , выхода сумматоров второй группы соединены с входами узла выо со деления максимальной температуры и группой входов схемы сравнения, первый и второй входы и выход которой соединены соответственно с выходом узла задания температуры, выходом узла выделения максимальной температуры и с вторым выходом блока формирования управляющих воздействий.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕОНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Гю делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3351300/18-24. (22) 21.10.81 (46) 23.03.83. Бюл. У 11 (72) Х.М. Абро, A.Ï.. -Э. Каллас, Ю.A. Далл, Э.М. Тальвис, Ю.Э.-M. Уммер и Ю.И. Яаксоо (71) Институт, кибернетики АН Эстонской ССР (53) 681.3(088. 8) (56) 1. Заявка ФРГ М 2640788, кл. 5 05 0 22/00, 1971.

2. Секанов.Ю.П. и др. Регулирование влажности зерна по косвенному параметру. — "Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства", 1972., Р 5, с. 9-11 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ 3ЕР. НА, содержащее датчик входной температуры теплоносителя, датчик выходной температуры теплоносителя, исполнительный механизм загрузки зерна, механизм регулирования температуры входного потока теплоносителя и блок формирования управляющих воздействий, первый и второй выходы которого соединены соответственно с исполнительным механизмом загрузки зерна и механизмом регулирования температуры входного потока теплоносителя, а первый и второй входы— соответственно с выходами датчиков входной и выходной температуры теплоносителя,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданной влажности высушиваемого зерна, в него введены

3(5П 5 05 0 22/02, Q 06 Г 15/46

N датчиков (й = 1, 2, 3... J входной и выходной температуры теплоносителя, расположенных вдоль траектории движения зерна., а блок формирования управляющих воздействий содержит измерительный преобразователь, узел задания влажности,. узел .задания температуры, две группы сумматоров, узел вычисления влажности зерна, узел выделения максимальной температуры, схему сравнения и узел умножения, причем входы измерительного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока фор-.. мирования управляющих воздействий, первая и вторая группы выходов измерительного преобразователя соедине- Е ны соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров первой и второй групп, выходы сумматоров первой: группы соединены с входами узла вы- 1, числения влажности зерна и группой входов узла умножения, первый и .второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом узла эа- > дания влажности, выходом узла вычиоления влажности и первым выходом (, ) блока формирования управляющих воэ- ( действий, выходы сумматоров второй группы соединены с входами узла выделения максимальной температуры и группой входов схемы сравнения, первый и второй входы и выход которой соединены соответственно с выходом ( узла задания температуры, выходом узла выделения максимальной темпераC туры и с вторым выходом блока формирования управляющих воздействий.

1007090

Изобретение относится к области регулирования процессов сушки и может быть использовано в сельском хозяйстве при сушке зерна и других культур, а также в химической промышленности для управления сушильными процессами.

Известно устройство для автоматического регулирования процесса сушки по косвенному параметру, содержащее датчик для измерения перепада 10 температуры теплоносителя в слое зерна и электронный блок для регулирования влажности зерна Ц .

Недостатком этого устройства является низкая точность процесса ре- 15 гулирования.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является система регулирования влажности зерна, состоящая из двух датчиков из— мерения температуры теплоносителя до и после сушки, регулятора и исполнительных механизмов. Регулирование осуществляется стабилизацией температуры теплоносителя и изменением длительности сушки (21 .

Недостатками известной системы являются невозможность текущего конт. роля и регулирования температуры зерна в разрезе всей сушилки, так g0 как перепад температуры теплоносителя измеряется в одной точке только на.выходе. Это влечет за собой пере-.: грев зерна, недопустимый особенно для семян. Применяя подобный регулятор, нельзя получить высокую точность ре- гулирования, поскольку определение влажности зерна только на выходе сушилки не позволяет использовать эффективные алгоритмы управления с ком-40 пенсацией исходной влажности зерна и с использованием информации о ходе процесса на промежуточных этапах сушки.

Целью изобретения является повы- 45 шение точности поддержания заданной влажности высушиваемого зерна.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик входной температуры теплоносителя, датчик выходной температуры теплоносителя, исполнительный механизм загрузки зерна, механизм регулирования температуры входного потока теплоносителя и блок формирования управляющих воздействий, первый и второй выходы которого соединены соответственно с исполнительным механизмом загрузки зерна и механизмом регулирования температуры вход-, ного потока теплоносителя, а первый 60 и второй входы — соответственно с выходами датчиков входной и выходной температуры теплоносителя, введены N датчиков (N 1, 2, 3...) входной и выходной температуры тепло" g5 носителя, расположенных вдоль траектории движения зерна, а блок формирования управляющих воздействий содержит измерительный преобразователь, узел задания влажности, узел задания температуры, две группы сумматоров, узел вычисления влажности зерна, узел выделения максимальной температуры, схему сравнения и узел умно- жения, причем входы измерительного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования управляющих воздействий, первая и вторая группы выходов измерительного преобразователя соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров первой и второй групп, выходы сумматоров первой группы соединены со входами узла вычисления влажности зерна и группой входов узла умножения, первый и второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом узла задания влажности, выходом узла вычисления влажности и первым выходом блока формирования управляющих воздействий, выходы сумматоров второй группы соединены со входами узла выделения, максимальной температуры и группой входов схемы сравнения, первый и второй входы и выход которой соединены соответственно с выходом узла задания температуры, выходом узла выделения максимальной температуры и со вторым выходом блока формирования управляющих воздействий.

Благодаря использованию электронного блока управления и расположению дополнительных датчиков входной и выходной температуры теплоносителя вдоль траектории движения зерна, осуществляется непрерывный контроль за распределением температур в разных точках (сечениях ) сушилки, повышается точность подцержания требуемой влажности зерна и предотвращается

его перегрев.

Кроме датчика измерения температуры входного потока теплоносителя в систему введены дополнительно N датчиков, которые расположены вдоль сушилки по траектории движения зер- . на в выходящем из сушилки потоке теплоносителя. Использование множества датчиков дает возможность определить распределение температуры зерна пр длине сушилки, а на основании расчета падения температуры теплоносителя в разных сечениях сушилки также и распределение влажности зерна.

Однако температура входящего потока теплоносителя по длине сушилки неодинакова, что влечет эа собой дополнительную погрешность в.вычислении падения температуры при использовании только одного датчика входной

1007090температуры теплоносителя.. С целью увеличения точности расчета целесообразно увеличение количества датчиков, измеряющих температуру входящего потока теплоносителя и расположенных аналогично им во входящем потоке ° Таким образом, в устройстве используется М пар датчиков, при помощи которых измеряется абсолютная температура входящего и выходящего потоков теплоносителя в раэре- 0 зах сушилки Т, ......, Т, а также рассчитываются падения температуры теплоносителя по разрезам

Т<, ......, ТН . На.основании этих данных может быть рассчитано распре- 35 деление температуры зерна по длине сушилки и влажность зерна на выходе сушилки как некоторые функции от распределения абсолютного значения и падения температуры теплоносителя по длине сушилки

Т „= 1 (Т„, Т,... ц (1)

2 — 4 T«T> ° тн .(2 где Т, .— температура зерна в 1 -ом разрезе сушилки, 2 — влажность зерна на выходе из сушилки.

Вид функции и соответствующие коэффициенты определяются при изучении сушилки в стадии разработки системы управления, в частности в качестве (1) и {2) могут быть использованы регрессионные уравнения °

Благодаря использованию информа-. ции во многих сечениях сушилки динамика изменения параметров может быть выражена линейной зависимостью параметров отдельных сечений в виде выражения типа

40 у-AU +В (3) где у - вектор параметров (температуры или влажности зерна)

A - матрица размерности yl x u коэффициентов взаимного влия-45 ния параметров сечений;

U — вектор управляющих воздействий,  — матрица П 2.

С целью достижения максимальной производительности сушилки целесообразно проведение сушки при максимально допустимой температуре зерна, при которой отсутствует опасность его перегрева, и требуемой влажности зерна на выходе сушилки.

Это позволяет реализовать устройство для автоматического управления процессом сушки двухканальным, при этом задача канала регулирования температуры зерна состоит в поддержании максимально допустимой для данной культуры и технологии температуры теплоносителя, а задача канала регулирования влажности — поддержание заданной влажности зерна на 65 выходе сушилки при существующей температуре теплоносителя. Использование автономных каналов регулирования значительно упрощает структуру регулятора.

На фиг.-1 схематично показано предлагаемое устройство; иа фиг. 2— схема блока формирования управляющих воздействий.

Устройство содержит блок 1 формирования управляющих воздей .твий ко входу которого подключены датчик 2 выходной температуры теплоносителя 3 и датчики 4 входной температуры теплоносителя 5. Датчики расположены в сушилке б так, чтобы обеспечивалось измерение распределения температур с заданной точиостью, а также контроль параметров зерна в зоне наивысших температур. K выходу. блока 1 подсоединены исполнительный механизм 7 загрузки зерна и исполнительный механизм 8 регулирования тем пературы входного потока тенлоносителя.

Блок формирования управляющих воздействий (фиг. 2).содержит каналы регулирования влажности и температуры зерна, а также общую часть первичной обработки сигналов с датчиков температуры. В состав устройств пер вичной обработки входят групповой измерительный преобразователь (ГИП)

9, ко входам которого подключены . 2п. датчиков 2 и 4 температуры.

Канал регулирования влажности со- . держит первую группу сумматоров 10, узел 11 вычисления влажности зерна, узел 12 умножения и узел 13 задания влажности.

Канал регулирования температуры, содержит вторую группу сумматоров 14; узел 15 выделения максимальной:температуры, схему 16 сравнения и узел

17 задания температуры.

Устройство работает следующим образом.

Оператор с помощью узлов 13 и 17 задания задает необходимые значения влажности и температуры зерна.. С помощью ряда датчиков 2 и 4 определяется абсолютная температура теплоносителя в точках их расположения.

Преобразователь 9 преобразовывает параметры датчиков в код.

Канал регулирования влажности зерна работает следующим образом. 2 N значений температуры теплоносителя с выхода преобразователя 9 преобразовываются в сумматорах 10 .в и значений падения температуры теплоносителя (Тl,... ° ..T } . Рассчитанные падения температуры подаются на вход узла 11 вычисления влажности зерна для.

; определения влажности зерна на выходе сушилки. Вычисление осущает1007090 вляется согласно формуле (2), например, по линейному уравнению

2.(Ц = h, h,7,(t.)+h T,(Ц .. +h„T„(<) 1 (4) где h — постоянные коэффициенты, оп5 ределенные на стадии изучения сушилки как объекта автоматического регулирования.

Найденное значение Z, заданное значение Zo влажности зерна вместе со .значениями падений температуры

Т ......Тп, отображающих текуцее состояние-сушилки как объекта регулирования, подаются на вход узла 12, который на основании решения систе- 15 мы уравнений (3), (4) и (5), где (5) R(t) =2 -x(t) 20 рассчитывает управляющее воздействие U (t) в виде

U(tl= La To Le„<6()+1.,т,(Ц ... ь„Р„(О Й> где L o .... L и — весовые коэффициенты.

Найденное узлом 12 управляющее воздействие подается на исполнитель- З0 ный механизм 7. регулирования производительности, Работа канала регулирования температуры теплоносителя происходит аналогичным образом. По сигналам с З5Ф выхода преобразователя 9 сумматорами 14 рассчитывается средняя температура теплоносителя в сечениях сушилки, а узлом 15 рассчитывается температура зерна в наиболее опасной зоне — с наивысшей температурой. Схема 16 сравнивает заданное задатчиком

17 значение температуры зерна с действительным с выхода узла 15 и. вырабатывает управляющее воздействие которое подается на механизм 8 pery- 45 лирования температуры.

Таким образом, дополнительное подключение N датчиков выходной и входной температур теплоносителя, расположенных вдоль траекторий движения зерна,-к электронному блоку управления в состав которого входят групповой измерительный преобразователь, масштабирующие сумматоры, многовходовые преобразователи и задатчики и регуляторы влажности и температуры зерна, дает возможность определять влажность зерна в любом сечении сушилки, использовать эффективные алгоритмы контроля и регулирования, учитывающие исходную влажность и временное распределение параметров движущегося зерна, что недоступно для регуляторов с определением влажности только на выходе сушилки, и компенсировать ошибки определения влажности из-за изменения температуры входящего потока теплоносителя по всей длине пути следования зерна.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в следующем! повышается точность поддержания заданной влажности висушиваемого зерна, тем самым уменьшаются нецелевые расходы на пересушку, повышается качество высушенного зерна, так как исключение пересушки обеспечивает лучшую сохранность

его, улучшает биологические характеристики, что очень важно для семян, продовольственного и фуражного зерна, применение электронных блоков регулирования позволяет существенно улучшить точность регулирования, обеспечивает возможность управления одним регулирующим блоком несколькими сушилками.

Проведенные на работаюцей сушилке испытания подтвердили правильность реализованных решений, т.е. использование шестнадцати датчиков для сушилки СЭШ-16 дало воэможность проследить эа динамикой сушки по всей ее длине и избежать перегрева зерна. Иэ менение температуры входящего теплоносителя вдоль высоты сушилки составляет не менее 5-10 С, а пренебрео жение этим влечет за собой ошибку в определении влажности порядка

20-40%.

БНИИПИ Эакаэ 2138/71 Тираж 872 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная,4