Способ автоматического управления процессом сатурации дефекованного сока в многосекционном сатураторе

 

Изобретение относится к автоматизации сахарного производства, а именно к автоматическому управлению процессом обработки дефекованного сока сатурационным газом в многосекционном сатураторе непрерывного действия. Цель изобретения - снижение потерь сахара путем повышения точности регулирования PH сока. Это достигается автоматическим поиском оптимальных заданных значений PH сока. При изменении качества диффузионного сока характер кривых для многосекционного сатуратора не изменяется, а изменяются лишь абсолютные значения параметров. Конструктивно сатуратор выполнен таким образом, что экстремальные значения параметров соответствуют определенным секциям сатуратора, т.е. второй и третьей секциям. Предлагаемый способ предусматривает измерение вязкости и PH дискретно, на выходах второй и третьей секций сатуратора определяют максимум величины вязкости на выходе из второй секции сатуратора и минимум величины вязкости сока на выходе из третьей секции сатуратора и задают зону нечувствительности изменений приращений вязкости и PH сока, а заданные величины PH сока на выходах второй и третьей секций сатуратора устанавливают соответственно равными текущим величинам PH сока в этих секциях и зон нечувствительности изменений приращений вязкости и PH сока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИН

А1

09) (И) (s)) 4 С 13 D 3/06

b И!636Я

3 ., :;,;;: l.1 I „;×ÅÑÊÀR

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ2ЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРИТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4304540/28-13 (22) 27.07.87 (46) 15.07.89.Бюл. В 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт сахарной промьппленности (72) А.Ф.Кравчук, К.Д.Скорик, И.Б.Петриченко и О.Д.Куриленко (53) 664.1.0!2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1055774, кл. С 13 D 3/06, 1982. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ САТУРАЦИИ ДЕФЕКОВАННОГО СОКА В МНОГОСЕКЦИОННОМ САТУРАТОРЕ .(57) Изобретение относится к автоматизации сахарного производства, а именно к автоматическому управлению процессом обработки дефекованного сока сатурационным газом в многосекционном сатураторе непрерывного действия. Цель изобретения — снижение потерь сахара путем и чвышения точности регулирования рН сока, Это достигается автоматическим поиском оптимальных заданных значений рН соИзобретение относится к. автоматизации сахарного производства, а именно к автоматическому управлению процессом обработки дефекованного сока сатурационным газом в многосекционном сатураторе непрерывного действия.

Цель изобретения — снижение потерь сахара путем повышения точности регулирования рН сока„

Способ заключается в том, что для поиска оптимальных заданных значений

2 ка. При изменении качества диффузионного сока характер кривых для многосекционного сатуратора не изменяется, а изменяются лишь абсолютные значения параметров. Конструктивно сатуратор выполнен таким образом, что экстремальные значения параметров соответствуют определенным секциям сатуратора, т.е. второй и третьей секциям. Предлагаемый способ предусматривает измерение вязкости и рН дискретно, на выходах второй и третьей секций сатуратора определяют максимум величины вязкости на выходе из втопой секции сатуратора и минимум величины вязкости сока на выходе из третьей секции сатуратора и задают зону нечувствительности изменений приращений вязкости и рН сока, а заданные величины рН сока на выходах второй и третьей секций сатуратора устанавливают соответственно равными текушим величинам рН сока в этих секциях и зон нечувствительности изменений приращений вязкости и рН сока. 2 ил . рН сока по секциям сатуратора измеряют вязкость сока на выходах второй и третьей секций сатуратора, осуществляют дискретный (пошаговый) контроль измерений вязкости и рН сока с заданным интервалом времени, определяют максимум величины вязкости сока на выходе из второй секции сатуратора и минимум величины вязкости сока на выходе иэ третьей секции сатуратора путем сравнения, задают

1493677

40 зону нечувствительности изменений приращений вязкости и рН сока между

i-ым и (i-м)-ым шагом контроля измерений в экспериментальных точках и устанавливают заданное значение рН сока на выходе иэ второй секции сатуратора равным текущему значению при максимуме вязкости сока на выходе иэ второй секции сатуратора, а заданное значение рН сока на выходе из третьей секции сатуратора устанавливают равным текущему значению при минимуме вязкости на выходе иэ третьей секции сатуратора, причем 15 максимум и минимум вязкости сока определяют путем сравнения значений вязкости сока на выходе из этих секций в i-ом и (i-1)-ом шагах контроля измерений. 20

Кроме того, при достижении максимума вязкости сока на выходе иэ второй секции сатуратора определяют приращение рН сока на выходе этой же секции сатуратора, сравнивают с заданным значением зоны нечувствительности рН сока для этой секции и, если приращение рН сока равно или меньше нуля, то заданное значение рН сока устанавливают равным текуще- 30 му значению, а если больше нуля,то заданное значение рН сока не изменяется.

При достижении минимума вязкости сока на выходе из третьей секции определяют приращение рН сока на выходе иэ этой же секции сатуратора, сравнивают с заданным значением зоны нечувствительности рН сока для этой секции и, если приращение рН сока равно или меньше нуля, то заданное значение рН сока не изменяется, а если больше нуля, то заданное значение рН сока устанавливают равным текущему значению рН сока. 45

При этом, одновременно измеряют содержание углекислого газа в сатурационном газе, расход сатурационно го газа, расход дефекованного сока, поступающего в аппарат, рН сока на выходе иэ четвертой секции сатуратора и регулируют расход сатурацион- ного газа в первые две секции сатуратора по соотношению расходов дефекОваннОго сока и углекислОго гаэа с коррекцией по отклонению от заданного значения рН сока на выходе из второй секции сатуратора и скорости его изменения.

Расход газа в третью секцию сатуратора регулируют по отклонению фак" тической величины рН сока от заданной на выходе из третьей секции и скорости его изменения.

Расход газа в четвертую секцию сатуратора регулируют по отклонению фактической величины рН сока от заданной на выходе из четвертой секции и скорости его изменения. Заданное рН сока на выходе из четвертой секции сатуратора устанавливают и поддерживают в соответствии с рекомендуемым инструкцией по технологическому регламенту значением.

На фиг.1 приведены экспериментальные кривые оптимальных значений параметров, полученные на опытном образце четырехсекционного сатуратора; на фиг. 2 — блок-схема устройства для реализации способа.

Характер процесса сатурации в оптимальном режиме соответствует кривым изменения вязкости, рН и щелочности фильтрованного сока, приведенным на фиг.1„ При этом, при изменении качества диффузионного сока характер кривых для многосекционного сатуратора не изменяется, а изменяются лишь абсолютные значения параметров. Сатуратор выполнен таким образом, что экстремальные значения параметров соответствуют определенным

"екциям сатуратора, т.е. второй и третьей секциям.

Максимум вязкости сока на выходе иэ второй секции сатуратора отражает гидрофильное коллоидное (гель) состояние сока, в котором наряду с частицами дисперсной фазы (мелкие кристаллы карбоната кальция) входит связанная сахароза и гидроксид кальция, а также свободный гидроксид кальция.

Дальнейшая сатурация (третья секция) приводит к связыванию в карбонат кальция свободного гидроксида кальция и гидрофильных углекальциевых сахаратов, адсорбированные ионы ОН нейтрализуются СО и гель распадается, освобождая сахарозу и карбонат кальция, 0 структурных изменениях в растворе дает информацию вязкость сока, достигая минимума и, одновременно, рН сока, достигая максимума, В четвертой секции происходит кристаллизация карбоната кальция и

93677 й(рН; — рН (° )

Л. где mä, m 7, С, 10

k, 2

2 .1

5 14 укрупнение частиц осадка сока 1 сатурации; щелочность и рН сока снижается до заданных оптимальных значеHHA „

На фиг.1 точки а,Ь,с соответствуют оптимальным значениям рН сока, щелочности фильтрованного сока и вязкости на выходе из второй секции; точки й, е, f — соответственно на выходе из третьей секции; точки соответственно на выходе из четвертой секции сатуратора„

Способ автоматического управления процессом сатурации сока осуществляют следующим образом„ На выходе второй секции многосекционного сатуратора 1 измеряют вязкость сока вискозиметром„ Одновременно осущестнляют измерения рН сока на выходе второй секции сатуратора датчиком 3 с преобразователем, а также содержание СО> в сатурационном газе датчиком 4, расход сатурационного газа датчиком 5 и расход сока, проходящим через щелевой расходомер, датчиком 6. Выходные токовые сигналы,пропорциональные значениям измеряемых параметров, поступают на входы микропроцессорного управляющего устройства 7, где преобразуются н цифровые коды и обрабатываются. С панели 8 оператора вводят заданные значения вязкОсти и рН сока, рН на выЯ ходе из второй секции сатуратора (при первом запуске системы),заданное значение зоны нечувствительности рН на выходе из нторой эоны сатуратора (g рН ) также вводят с пачели 8 оператора в память устройства.

В микропроцессорном управляющем устройстве 7 в первом шаге опроса датчиков на вход поступают с объекта сигналы значений рН, вязкости содержания СО2 — С;, расхода сатурационного газа m расхода диффузионного сока m,, При этом, начениям и рН присваивают индекс (i-1)-го шага, т,е. о ; и

)Я аэ с 2(!-!) рН2(,,} . Данная информация в микропроцессорном устройстве 7 обрабатывается (масштабируется, сглаживается) и формируется управляющее воздействие по формуле (((2 — k!!(, ° m(k ) мz m2 C, +

+ ) 2(рН, PH 2(! !) ) + ) 2тЯ х й. расход сока в i-шаге; — расход газа в i-шаге; — содержание СО в газе в

i-ом mare;

\ коэффициент соотношения; — коэффициент пропорциональности; где b — диапазон пропорциональности регулятора; рН вЂ” текущее значение рН в i-ом !

20, шаге; рН, — заданное значение рН в

2(-!) (i-1)-ом шаге;

k (. — время предварения (диффеz" ренциров ание ); ,k 2 — коэффициенты масштабирования.

Выходной сигнал, пропорциональный управляющему ноздействию $2 преобразуется в аналоговый сигнал то30 ка и поступает на вход электропневмопреобразователя 9, выходной сигнал которого управляет клапаном 10 подачи газа в первую и вторую секции сатуратора.

На управляющее воздействие накладывают ограничение:

О, если т, = О, В следующем шаге опроса значениям параметров рН ., g z,, С,, ш2 °, m<, ° рН " y .Р присваивают значение ша2; с.2 га (-1 ) и вводят в память микропроцессорного устройства н виде адресуемого массива данных

45 Н д . С л

2(,-!) ° r 7(-!) (i- ) ° c(,-!)

„N 333

7((-!) l 7 (!-))

В i-м шаге опроса в автоматическом режиме выполняют сравнение значений вязкости сока на выходе иэ нторой секции (текущего и заданного или в i-ом и (i-1)-ом marax onpoса).

55 Если (g,,;)2(, ) 4 г,, то сраВа нивают текущее и заданное значение рН сока на выходе из второй секции сатуратора 1 (82 — зона нечунстни1493677 тельности отклонения вязкости, например, а = 1Х от диапазона измерения).

Если (рН вЂ” рН, ) - — — 1 (, М 1

2 2(-) 2

Я 5 то заданное значение рн 2,,,1 остается неизменным ((- зона нечувствительности изменения рН например, ((= 0,04 рНХ ). ли (РН pH ) > 7 Л2 10 то заданное значение рН не изменяется.

0 . 1 (pH<,, рН2(-, ) г то заданное значение рН 2(1,) изменится и станет равным pH+ а в массиве данных ему будет присвоен индекс (1-1)- го шага. если (, — 2(,,1 )> 02, то заданМ ное значение а 2 (-i) станет равным г; и в массиве данных ему присваивают индекс (i-1)-ro шага.

Если (g — < 33 ) (/g/, то эа- 25 данное значение (,) не изменяется.

Я

Таким образом, чтобы изменилось заданное значение рН2,1, необходимо соблюдение условий ((„- y>t,,, ) )3,(7п((гн,: — рн„,,l l < — — - I,(). (з)

М, 1

Например, для данных: г, = 0,3; 35

<,,1 = 0,305; 32 = 0,0); рН>, 3

10,5; рН, <,,> = 10,51; ((2= 0,04.

Определим (г; -,, )й /(1, или

40 (0,3-0,305) 0,011 — 0,005 « 0,01, тогда сравниваем (pH z — рН,1 )1

2 Ь (mm 10,5-10 51(0 04

-0,01 < 0,02, тогда рН2<, = 10,51, 45

И т.е. не изменяется, так как ниже эоны нечувствительности.

Если при рН z, = 10,6, à PH<(,-()

10,55, то (10,6 — 10,55) > — — <

1 х 0,04; 0,05 > 0,02, тогда pH, ., 2(-1

10,55, т.е. не изменится.

Если при рН = 10,5, а рН21,() =

10,55, то (10,5 — 10,55) (— — х х 0 004, т.е, -0,05 с — 0,02, тогда рН <,,) становится равным й

10,5 рН, т.е. рН,1 = 10,5, Если при pH = 10,5, а рН (,,1=

М.

10,48, то (10,5 — 10,48) -- х ,04, т,е, 0,02 = 0,02 и рН л г(- ) х 0

10,48, Таким образом, заданное значение рН сока изменится, если соблюдается условие максимума вязкости и рН сока ниже заданного, т,,е. ((„g„(,, 13,(7л ((н,, Ы

Если ($2 — $ (, .,1)) 32, то прис

Я ваивают индекс (i-I )-га mara текущему значению вязкости и в новом шаге выполняют новое сравнение,пока не произойдет изменение знака, что говорит о том, что максимум вязкости достигнут и можно корректировать заданное значение рН сока.

Одновременно на выходе третьей секции сатуратора 1 датчиком ll измеряют вязкость сока, а датчиком

12 — pH5 сока. С панели 8 оператора вводят заданные значения рl, (,,) сот М, ка и вязкости . ) на выходе из

Ъ

1 З(-l) третьей секции сатуратора. Этим значениям присваивается индекс (i-1)-го шага„

При переводе на автоматический режим работы микропроцессорного устройства по этому каналу в первом шаге опроса датчиков на вход поступают сигналы датчиков 11, 12, пропорциональные значениям рН, и вязкости х, . Данная информация обрабатывается (масштабируется, сглаживается и в микропроцессорном устройстве 7 формируется управляющее воздействие по ПИД-закону регулирования. На управляющее воздействие накладывается ограничение в случае, если расход сока равен нулю, то клапан 13 подачи газа закрывается.

Таким образом, управляющее воздействие на подачу газа в третью секцию сатуратара пропорциональна отклонению рН в i-ом mare от рН

А (-() в (i-1)-ом шаге и скорости его изменения.

Управляющее воздействие формируется в микропроцессорном устройстве в виде соответствующего токового сигнала, поступающего на вход электра1493677

Если (рН ° — рН ° ) ) --- /Ь 3 !, Я то заданное значение рН (, >) изме" Я. нится и станет равным рН>, а в массиве данных ему будет присвоен индекс (i-1)-го шага.

Если (pH 3, — рН,,) ) (— — /Ь3/, то заданное значение рН . не

3(-i) изменится.

Если ()3, — g3((() ) < 83, то

И, ьУ заданное значение (° ""òàíåò равi- 31 1-1) ным 3,, а в массиве базы данных ему присваивается индекс (i-1)-го шага. !

Таким ofðàçîì, чтобы изменилось значение рН.(,,) необходимо выпол Я нение условия: (((1, 11(-1)- з) А ({Р" 3 (4) 0,20;

31

Ь = 0,05. ((11,8—

Например для данных:

h,()= 0iI8i h3 = 0,0! и.

11,8; рН,,) = 11,75;

По условии (4) имеем: ((0,2 — 0,18) ) 0,01$ Л пневмопреобразователя 4, пневматический выход которого управляет клапаном 13 подачи газа в третью секцию сатуратора.

При этом заданное значение рН

3( на выходе третьей секции сатуратора

1 определяют по вязкости сока на выходе иэ третьей секции,.

Если (3, — П,,)) ) /()3(, то срав нивают текущее значение и э аданное значение рН сока на выходе из третьей секции сатуратора (fs зона нечувствительности отклонения вязкости сока на выходе из третьей секции, равная, например, 0,17. от диапазона измерения, определяется экспериментально).

Если,рН вЂ” рН,,) ) 6 -я-/Ь /, то заданное значение рН (° ) остаетЯ.

1(-1 ся неизменным (Ь 3 — зона нечувствительности изменения рН на выходе из третьей секции сатуратора, равная, например, Ь 3 = 0,05 рН).

11 75) ) ---- О 05!

1

2 (0,02 0,01) Л (0,05 00,025) °

В этом случае текущему значению

pH, присваивается индекс (i-I)-го нага, т.е. для следуюшего шага сравнения будем иметь рН (;,1 = 1 1,8. !

О

Если рН I I 8, а рН

12,0, то (11,8 — 12,0) (— -- х х 0,05; -0,2 (0,025 и заданное значение pH (,,) не изменится, Если рН, = 11,8, а рН (,,)

И

l1,83, то при (11,8 — 11,83) (1 (— — — Ь > имеем -О,ОЗ< -0,025 заданное значение рН 3() не изменится.

На выходе иэ третьей секции сатуратора рН сока будет иметь максимальное значение, соответствующее точке d кривой I фиг.l .

На выходе из четвертой секции сатуратора измеряют рН 4, сока датчиком 15 с преобразователем, выходной сигнал которого поступает на вход микропроцессорного устройства, где обрабатывается (преобразуется, масштабируется, сглаямвается).

Заданное значение рН ° сока

4 (i-1) на выходе из четвертой секции сатуратора вводит оператор с панели 8

35 управления. Это значение ус1анавливается в зависимости от технологического регламента при переработке свеклы различного качества и технологической схемы завода.

40 По полученной информации микропроцессорное управляющее устройство

7 .формирует управляющее воздействие в виде стандартного токового сигнала, изменяюц1егося по ПИД-эако45 ну регулирования„ Это воздействие поступает на вход электропневмопреобразователя 16, выходной пневматический сигнал которого управляет исполнительным механизмом регулирующего клапана 17 подачи газа в четвертую секцию сатуратора„

В данном способе предусматривают также стабилизацию давления сатурационного газа в ресивере 18. Давление газа измеряют датчиком 19, выходной токовый сигнал которого, пропорциональный давлению газа поступает на вход микропроцессорного устройства 7, где обрабатывается (преобразуl 493677

В состав микропроцессорного управляющего устройства 7, кроме панели

8 управления, входят дисплей 22 для ввода-вывода данных параметров процесса, коэффициентов .и параметров настройки, а также панель 23 выбора режима работы контуров регулирования (" автоматический" или "дистанционньй") .

25

Использование данного способа автоматического управления процессом сатурации диффузионного сока в многосекционном сатураторе имеет возможность формирования заданных значений рН сока на выходе второй и третьей секций сатуратора в автоматическом режиме по вязкости сока,характеризующей структурные изменения 35 в соке при его обработке сатурационным газом. Заданные значения рН сока по секциям соответствуют оптимальным значениям, при которых обеспечивается максимальный эффект очистки 40 сока, что позволяет повысить качество сока и снизить потери сахара: повьппение доброкачественности очищенного сока составило 0,4 единицы, эффекта очистки — 2,2 — 3,07., цветность 45 и содержание солей кальция снижены на 5-10Х, По этому способу повьппается уровень автоматизации процесса очистки сока, так как сокращается число ручных операций. 50 ется в цифровой код, сглаживается, масштабируется предел измерения) и формируется сигнал управляющего воздействия в виде тока, изменяющегося по ПИ-закону регулирования. Заданное значение давления в ресивере вводит оператор с панели 8 управления микропроцессорного устройства.

Выходной сигнал тока поступает на 10 вход электропневмопреобраэователя

20, пневматический сигнал которого управляет регулирующим клапаном 21 сброса сатурационного газа в атмосферу ° 15

Формул а и з о б р е т е ни я

Способ автоматического управления процессом сатурации дефекованного сока в многосекционном сатураторе, предусматривающий измерение содержа-, ния углекислого газа в сатурационном газе, расходов сатурационного газа и дефекованного сока, рН сока на выходах второй, третьей и четвертой секций сатуратора, регулирование расхода газа в первые две секции сатуратора по отношению расходов дефекованного сока и углекислого газа с коррекцией по отклонению от заданного значения рН сока на выходе из второй секции сатуратора и скорости его изменения, коррекцию расхода газа в третью секцию по отклонению фактической величины рН сока от заданной и Скорости его изменения на выходе иэ второй секции сатуратора, коррекцию подачи газа в четвертую секцию по сумме величин отклонений фактической рН сока от заданной и скоростей изменения рН сока на выходе из второй и третьей секций сатуратора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь сахара путем повьппения точности регулирования рН сока, измеряют вязкость сока на выходах второй и третьей секций сатуратора, при этом измерение вязкости и рН осуществля— ют дискретно, определяют максимум величины вязкости сока на выходе из второй секции сатуратора и минимум величины вязкости сока на выходе из третьей секции сатуратора путем сравнения величин вязкости сока в -ом и (1 — 1)-ом шагах измерения, задают зону нечувствительности изменений приращений вязкости и рН сока между i-ым и (i — 1)-ым шагами контроля измерений, а заданные величины рН сока на выходе второй и третьей секций сатуратора устанавливают равными текущим величинам рН сока в этих секциях с учетом экстремальных величин вязкости сока.

1 493677

1493677

Составитель Г. Богачева

Техред M.Äèäûê

Редактор М.Товтин

Корректор Э.Лончакова

Заказ 4068/29 Тирах 3l2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101