Способ управления технологическим процессом дозирования пищевой продукции

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам управления технологическим оборудованием пищевой промышленности, и предназначено для управления технологическим процессом дозирования. Способ управления технологическим процессом дозирования пищевой продукции заключается в следующей последовательности действий: сначала измеряют X_i, затем сравнивают X_i с соответствующей критической зоной X_{кр min} и X_{кр max} и при выполнении неравенства X_{кр min} < X_i < X_{кр max} передают X_i на дальнейшие операции, затем подсчитывают Σn_i , сравнивают Σn_i с N_(k) (текущий объем выборки) и при равенстве Σn_i= N осуществляют выборку опросного сигнала, блокирующего измерение X_i на время вычисления X_ср и σ²_р. После этого вычисляют X_ср и статистическую оценку σ²_р, сравнивают σ²_р с σ²_пр и при наличии неравенcтва σ²_р ≥ σ²_пр подают сигнал "Останов". Затем вычисляют ΔX_ср = X_ср-X_ном, сравнивают ΔX_ср с ΔX_пор , и при наличии неравенства ΔX_ср ≥ ΔX_пор осуществляют выборку сигналов "Коррекция +" при ΔX_ср ≥ 0 и "Коррекция -" при ΔX < 0. Затем осуществляют блокировку измерения X_i на время действия сигналов "Коррекция +" или "Коррекция -", после чего уменьшают текущий объем выборки N_(к) на единицу и принимают новые значения объема выборки в качестве текущего. Затем сравнивают новое текущее значение объема выборки с N_min и при выполнении неравенства N_(к) > N_min объем выборки на следующий цикл управления принимают равным значению, равному N_(к). При выполнении неравенства N_(К) ≅ N_min объем выборки на следующий цикл управления принимают равным N_min. При наличии неравенства ΔX_ср ≥ ΔX_пор увеличивают текущий объем выборки N_(к) на единицу и принимают новое значение объема выборки в качестве текущего. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам управления технологическим оборудованием пищевой промышленности и предназначено для управления технологическим процессом дозирования.

Наиболее близким решением является способ управления технологическим процессом дозирования, основанный на применении метода среднеарифметического стандарта. Согласно этому методу центр распределения масс доз оценивается по среднему арифметическому значению масс некоторой выборки доз фиксированного объема. Известный способ характеризуется следующей последовательностью операций: 1. Измеряют X_i (текущую массу); 2. Сравнивают X_i с соответствующей критической зоной X_{кр min} и X_{кр max} (где X_{кр min} и X_{кр max} - наименьшее и наибольшее допустимые значения массы зоды) и при выполнении неравенства X_{кр min} < X_i < X_{кр max} передают X_i на дальнейшие операции; 3. Подсчитывают Σ n_i (количество измеренных доз); 4. Сравнивают Σ n_i с N (фиксированный объем выборки) и при равенстве Σ n_i = N вырабатывают опросный сигнал, блокирующий измерение X_i на время вычисления X_ср и σ²_p ; ; 5. Вычисляют X_ср и осуществляют статистическую оценку σ²_p ; 6. Сравнивают σ²_p с σ²_пp (предельное значение оценки σ²_p) и при наличии неравенства σ²_p ≥ σ²_пp вырабатывают сигнал "Останов"; 7. Вычисляют ΔX_ср= X_ср-X_ном; ; 8. Осуществляют сравнение ΔX_ср с ΔX_пор, и при наличии неравенства ΔX_ср ≥ ΔX_пор X_пор вырабатывают сигнал "Коррекция +" при ΔX_ср > 0 или "Коррекция -" при ΔX_ср < 0; ; 9. Осуществляют блокировку измерения X_i на время действия сигналов "Коррекция +" или "Коррекция -";
10. При отсутствии указанных выше условий вырабатывают сигнал "Продолжение процесса".

Управление по способу-прототипу является циклическим. Цикл начинают измерением: N значений X_i и заканчивают выработкой одного из сигналов "Коррекция -", "Коррекция +" или "Продолжение процесса". При этом сдвиг центра распределения относительно номинального значения оценивают по разности
ΔX_ср= X_ср-X_ном, ,
где
X_ср - среднее значение массы фиксированной выборки доз;
X_ном - номинальное значение массы дозы.

ΔX_ср ≥ ΔX_пор ,
где
,
- соответственно верхнее и нижнее пороговые значения массы дозы,
то производят коррекцию настройки дозатора в соответствующем направлении (в зависимости от знака получаемой разности). Кроме того, дополнительно рассчитывается статистическая оценка σ²_р для предупреждения аварийного режима работы оборудования.

Одним из основных недостатков известного способа является невысокая точность управления процессом дозирования, что отрицательно сказывается на стабилизации масс доз. Практика использования дозаторов показывает, что дозирование в известной мере случайный процесс, при котором возможно значительное колебание масс доз относительно номинального значения. Отследить и оценить эти колебания по фиксированному объему данных (фиксированной выборке) не представляется возможным, а это снижает точность управления процессом дозирования и, следовательно, отрицательно сказывается на стабилизации масс доз. Поэтому масса 20 - 30% доз выходит за нормативные пределы. Это ведет либо к перерасходу сырья (дозы с перевесом), либо к браку (дозы с недовесом).

Задачей изобретения является повышение точности дозирования путем изменения объема выборки по которой производится оценка центра распределения масс доз.

Для решения этой задачи в случае коррекции настройки дозатора объем выборки уменьшают на одну дозу, но не ниже минимального значения. Если же коррекцию настройки дозатора не проводили, то объем выборки увеличивают на одну дозу, но не выше максимального значения.

На фиг. 1 изображена последовательность операций, реализующих предлагаемый способ, на фиг. 2 приведена схема устройства, предназначенного для реализации данного способа.

Предлагаемый способ управления технологическим процессом дозирования пищевой продукции заключается в следующей последовательности действий: сначала измеряют X_i, а затем сравнивают X_i с соответствующей критической зоной X_{кр min} и X_{кр max} и при выполнении неравенства X_{кр min} < X_i < X_{кр max} передают X_i на дальнейшие операции, затем подсчитывают Σ n_i , сравнивают Σ n_i c N_к (текущий объем выборки) и при равенстве Σ n_i = N осуществляют выработку опросного сигнала, блокирующего измерение X_i на время вычисления X_ср и σ²_р. . После этого вычисляют X_ср и статистическую оценку σ²_р, , сравнивают σ²_p с σ²_пp, , и при наличии неравенства σ²_p ≥ σ²_p подают сигнал "Останов". Затем вычисляют ΔX_ср= X_ср-X_ном, , сравнивают ΔX_ср с ΔX_пор , и при наличии неравенства ΔX_ср ≥ ΔX_пор осуществляют выработку сигналов "Коррекция +" при ΔX_ср ≥0 и "Коррекция -" при ΔX < 0. Затем осуществляют блокировку измерения X_i на время действия сигналов "Коррекция +" или "Коррекция -", после чего уменьшают текущий объем выборки N_k на единицу и принимают новые значения объема выборки в качестве текущего. Затем сравнивают новое текущее значение объема выборки с N_min и при выполнении неравенства N_k > N_min объем выборки на следующий цикл управления принимают равным значению равному N_k.

При выполнении неравенства N_k ≅N_min объем выборки на следующий цикл управления принимают равным N_min. При наличии неравенства ΔX_ср ≥ ΔX_пор , увеличивают текущий объем выборки N_k на единицу и принимают новые значение объема выборки в качестве текущего. Затем сравнивают новое текущее значение объема выборки с N_max. При выполнении неравенства N_k < N_max объем выборки на следующий цикл управления принимают равным текущему значению, при выполнении неравенства N_k ≥ N_max, объем выборки на следующий цикл управления принимают равным N_max.

Управление по предлагаемому способу является циклическим. Начало цикла - измерение N_k значений X_i, конец цикла - определение объема выборки на следующий цикл управления. Величины X_{кр min}, X_{кр max}, X_ном для каждого конкретного вида дозируемого продукта задают, исходя из нормативных документов (ГОСТов), а при , исходя из технологических инструкций. Величину σ²_пр определяют опытным путем для конкретного типа дозатора. Величины N_max, N_min и начальное значение N_k определяют опытным путем. Выработка сигналов "Коррекция +" и "Коррекция -" подразумевает изменение настройки дозатора в соответствующем направлении. Конкретно, например, для объемных дозаторов эти сигналы означают соответственно уменьшение и увеличение объема дозатора. Сигнал "Останов" означает прекращение управления и остановку оборудования из-за наступления аварийного режима работы. По сигналу "Продолжение процесса" никаких изменений в работе оборудования не происходит.

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг. 2.

Устройство содержит:
1 - датчик Д, являющийся выходным блоком измерительного устройства;
2 - первый регистр Рг1;
3 - первый блок сравнения БС1;
4 - второй блок сравнения БС2;
5 - счетчик Сч;
6 - третий блок сравнения БС3;
7 - первое вычислительное устройство ВУ1;
8 - второе вычислительное устройство ВУ2;
9 - третье вычислительное устройство ВУ3;
10 - второй регистр Рг2;
11 - четвертый блок сравнения БС4;
12 - третий регистр Рг3;
13 - пятый блок сравнения БС5;
14 - блок выдачи управляющей информации БВУИ;
15 - четвертое вычислительное устройство ВУ4;
16 - шестой блок сравнения БС6;
17 - пятое вычислительное устройство ВУ5;
18 - седьмой блок сравнения БС7;
19 - блок управления БУ;
20 - оперативное запоминающее устройство ОЗУ;
В ОЗУ 20 хранятся значения X_i, X_{кр min}, X_{кр max}, , , N_k, N_min, N_max, X_ср, σ²_пр . Регистры Рг1 2, Рг2 10 и Рг3 12 предназначены для временного хранения X_i, ΔX_ср,σ²_р соответственно. Блоки сравнения имеют следующие уставки: БС1 3 - X_{кр min}, БС2 4 - X_{кр max}, БС3 6 - N_k, БС4 11 - ΔX_пор , БС5 13 - σ²_пр , БС6 16 - N_min, БС7 18 - N_max. БВУИ14 предназначен для выработки управляющих сигналов "Коррекция +", "Коррекция -", "Останов" и "Продолжение процесса", БУ 19 - для обеспечения работы всех блоков в соответствии с заданным алгоритмом. Вычислительные устройства вычисляют: ВУ1 7 - X_ср, ВУ2 8 - σ²_р , ВУ3 9 - ΔX_ср , ВУ4 15 и ВУ5 17 - новые значения текущего объема выборки. Массу очередной дозы X_i с Д1 заносят в Рг1 2 и сравнивают в БС1 3 с X_{кр min}, а в БС2 4 - X_{кр max}. Если выполняется соотношение X_{кр min} < X_i < X_{кр max}, то БУ 19 разрешает запись X_i В ОЗУ 20 и работу С4 5. Содержимое Сч 5 сравнивают в БС3 6 с N_k и в случае равенства БУ19 выдает команду на вычисление X_ср в ВУ17, а ΔX_ср в ВУ3 9, σ²_р в ВУ2 8 и их последующее сравнение в БС4 11 с ΔX_пор , а в БС5 13 с σ²_пр , а также на блокировку измерение на время вычисления X_ср и σ²_р . По результатам сравнения БВУИ 14 вырабатывает соответствующие сигналы. Сигналы "Коррекция +" и "Коррекция -" разрешают вычисление в ВУ4 15 нового текущего значения объема выборки, которое затем сравнивают в БС6 16 с N_min и из них заносят в ОЗУ 20. Сигнал "Продолжение процесса" разрешает вычисление в ВУ5 17 нового текущего значения объема выборки, которое сравнивают в БС7 18 с N_max и наименьшее из них заносят в ОЗУ 20. При наличии сигналов коррекции БУ19 блокирует на время отработки этих сигналов. После записи нового текущего значения объема выборки в ОЗУ 20 БУ 19 приводит схему в исходное состояние.

Предложенный способ анализировался с помощью математического моделирования на примере изготовления консервов "Скумбрия атлантическая натуральная в масле" со следующими нормативными показателями: X_ном 250 г, X_{кр min} 240г, X_{кр max} 266 г, начальное значение N_k задавалось равным 8, X_пор 242 г, 257 г. В результате моделирования определились оптимальные значения: N_min 4, N_max 10.

Математическое моделирование предлагаемого способа и способа-прототипа, проведенное при указанных выше условиях и начальном объеме выборки, равном максимальному, показали эффективность предлагаемого способа (см. таблицу).

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы%
1. Применение предлагаемого способа позволяет увеличить точность дозирования, что выражается в сокращении количества доз, масса которых выходит за допустимые пределы на 7,8% по сравнению со способом-прототипом;
2. Перерасход сырья снижается на 33,4% по сравнению со способом-прототипом.

Формула изобретения

Способ управления технологическим процессом дозирования пищевых продуктов, предусматривающий измерение массы дозы, сравнение ее с соответствующей критической зоной, подсчет количества измеренных доз, сравнение его с текущим значением объема выборки, вычисление среднего значения и статистической оценки, сравнение статистической оценки с ее предельным значением, вычисление разности между средним и номинальным значениями массы, сравнение этой массы с пороговой величиной, выработку сигналов коррекции, останова или продолжения процесса и блокировку процесса измерения масс доз при вычислении среднего значения и статистической оценки, а также на время отработки сигналов коррекции, отличающийся тем, что коррекцию объема выборки осуществляют путем уменьшения его на единицу при коррекции массы дозы, но не меньше минимального объема, и увеличения на единицу, если коррекцию массы дозы не производят, но не больше максимального объема.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3