Спосіб автоматичного керування процесом сушіння екстракту кави в розпилювальній сушарці

Спосіб автоматичного керування процесом сушіння екстракту кави, що складається з вимірювання температури сушильного агента на вході і виході з сушарки, вимірювання температури екстракту кави перед розпилюванням, вимірювання розрідження в топці та в конусі сушарки, регулювання температури сушильного агента на вході в сушарку шляхом зміни витрат палива на горіння в топці, регулювання розрідження в топці шляхом зміни продуктивності димососа, регулювання розрідження в конусі сушарки шляхом зміни продуктивності витяжного вентилятора, який відрізняється тим, що U МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 3 призводить до перевитрат палива на сушку. Результатом цього є низька динамічна точність системи управління, що призводить до зниження якості і збільшення собівартості готового продукту. Відомий також спосіб автоматичного управління процесом розпилювального сушіння шляхом вимірювання температури свіжого й відпрацьованого сушильного агента, вологості початкової суспензії, стабілізації температури свіжого сушильного агента зміною подачі теплоносія й температури відпрацьованого сушильного агента зміною витрати початкової суспензії, причому завдання на стабілізацію зазначених параметрів визначають за критерієм оптимальності [Авторське свідоцтво №1296805, МПК F26 В25/22, 1987]. Тут з метою підвищення точності керування й забезпечення вибухобезпечних умов проведення процесу сушіння, додатково визначають концентрацію пилу у відпрацьованому сушильному агенті та гранично припустиме значення температури останнього залежно від вологості початкової суспензії. В якості критерію оптимальності при цьому приймають відхилення вказаних величин від своїх граничних значень. Такий спосіб не компенсує взаємні зв’язки між контурами керування і вплив природних збурювань, що постійно діють на об’єкт управління в реальних умовах експлуатації, а також регулює температуру сушильного агенту на виході з сушарки за рахунок зміни витрат екстракту, що не дозволяє зменшити енергоємність сушарки, це, в свою чергу, призводить до перевитрат палива на сушку. Результатом цього є низька динамічна точність системи управління, що призводить до зниження якості і збільшення собівартості готового продукту. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб автоматичного управління процесом розпилювального сушіння шляхом вимірювання температури сушильного агенту на вході в сушарку, вимірювання температури сушильного агенту на виході з сушарки, вимірювання температури продукту перед розпилюванням, вимірювання розрідження в топці та в конусі сушарки, регулювання температури сушильного агенту на вході в сушарку шляхом зміни витрати палива на горіння в топці, регулювання температури сушильного агенту на виході з сушарки шляхом зміни витрати продукту на розпилювання, регулювання розрідження в топці шляхом зміни продуктивності димососа, регулювання розрідження в конусі сушарки шляхом зміни продуктивності витяжного вентилятора [Патент на корисну модель №26107, МПК F26 В25/22, 2006]. Тут з метою підвищення точності керування додатково вимірюють витрату палива на горіння в топці і пропорційно сумі результату цього вимірювання, його інтегралу та диференціалу одночасно змінюють витрату екстракту кави на розпилювання в сушарці і продуктивність витяжного вентилятора сушарки, а пропорційно здобутому вимірюванням значенню температури екстракту кави перед розпилюванням змінюють витрату вказаного екстракту кави. 30456 4 Недоліками даного способу є відсутність гарантуючого управління, яке підтримує температуру сушильного агенту на вході в сушарку і температуру сушильного агенту на виході з сушарки поблизу їх граничних значень, відповідних більш ефективним режимам роботи сушарки. Даний спосіб не враховує вологість продукту перед розпилюванням, що призводить до зниження динамічної точності системи регулювання і в результаті до зниження якості готової продукції, регулювання температури сушильного агенту на виході з сушарки реалізується за рахунок зміни витрат екстракту, що не дозволяє зменшити енергоємність сушарки, це, в свою чергу, призводить до перевитрат палива на сушку. В основу корисної моделі покладена задача підвищення якості розчинної кави і зменшення витрат палива шляхом підтримування температур сушильного агенту на вході та на виході з сушарки поблизу їх граничних значень, розрідження в топці та в сушарці на заданих значеннях з одночасним підвищенням динамічної точності системи управління. Поставлена задача вирішена в способі автоматичного управління процесом сушіння екстракту кави в розпилювальній сушарці, що передбачає вимірювання температури сушильного агенту на вході в сушарку, вимірювання температури сушильного агенту на виході з сушарки, вимірювання температури продукту перед розпилюванням, вимірювання розрідження в топці та в конусі сушарки, регулювання температури сушильного агенту на вході в сушарку шляхом зміни витрат палива на горіння в топці, регулювання температури сушильного агенту на виході з сушарки шляхом зміни витрат сушильного агенту на вході в сушарку, регулювання розрідження в топці шляхом зміни продуктивності димососу, регулювання розрідження в конусі сушарки шляхом зміни продуктивності витяжного вентилятору, додатково вимірюють вологість продукту перед розпилюванням, підтримують температуру сушильного агенту на вході в сушарку і температуру сушильного агенту на виході з сушарки поблизу їх граничних значень, вводять корегуючи зв’язки. Використання запропонованої структури системи автоматичного управління дає можливість додатковим вимірюванням вологості продукту перед розпилюванням компенсувати зовнішні збурювання, що постійно діють на об’єкт управління в реальних умовах експлуатації, введенням корегуючих зв’язків забезпечити незалежність між собою каналів регулювання температури сушильного агенту на вході в сушарку, температури сушильного агенту на виході з сушарки і розрідження в конусі сушарки, введенням блоків розрахунку, що гарантують задані значення температури сушильного агенту на вході в сушарку і температури сушильного агенту на виході з сушарки, і блоків розрахунку статистичних оцінок реалізувати гарантуюче 5 30456 управління, що забезпечує найбільш ефективні режими роботи сушарки. На Фіг.1 приведена блок-схема запропонованого способу автоматичного управління, який реалізується наступним чином. Поточну температуру сушильного агенту на вході в сушарку, яка представляє собою об’єкт управління ОУ, вимірюють за допомогою датчика температури 1. Вихідний сигнал датчика 1 віднімають в суматорі 2 від заданого допустимого здд Tca1 значення , сигналу блоку розрахунку 3, гарантуючого задане значення цієї температури. Отриманий сигнал розбалансу e1 направляють в блок розрахунку статистичних оцінок 4, який виробляє сигнал оцінки середньоквадратичного відхилення температури сушильного агенту на ) s Tca1 вході в сушарку та сигнал оцінки середньоквадратичного відхилення її похідної ) ) ) s × s × s Tca1 Tca1 . Сигнали і Tca1 направляють в блок T здд 3, отримуючи сигнал ca1 . Сигнал e1 направляють в суматор 5. Отриманий сигнал розбалансу e2 направляють в регулятор 6, що за допомогою виконавчого механізму 7 та регулюючого органу 8 виробляє сигнал управління U1, який змінює витрати палива на горіння в топці пропорційно сумі значень e2, інтегралу та диференціалу від e2. Зміна витрат палива змінює температуру димових газів на виході топки, що в результаті теплообміну в поверхневому калорифері призводить до відповідної зміни температури сушильного агенту Тса1 на вході в сушарку (повітря, що направляють в зону сушіння сушарки крізь калорифер). Для підтримки процесу горіння в топці регулюють розрідження РТ шляхом зміни продуктивності димососа по сигналу датчика розрідження 9. При цьому вихідний сигнал датчика 9 віднімають в суматорі 10 від сигналу задатчика розрідження 11 і здобутий сигнал розбалансу eРт направляють в регулятор розрідження 12. Регулятор 12 виробляє сигнал управління UPт, який за допомогою частотного перетворювача 13 змінює пропорційно значенню eРт продуктивність димососу топки. Поточну температуру сушильного агенту на виході з сушарки вимірюють за допомогою датчика температури 14. Вихідний сигнал датчика 14 віднімають в суматорі 15 від заданого допустимого здд Tса2 значення , сигналу блоку розрахунку 16, гарантуючого задане значення цієї температури. Отриманий сигнал розбалансу e3 направляють в блок розрахунку статистичних оцінок 17, який виробляє сигнал оцінки середньоквадратичного відхилення температури сушильного агенту на ) s Tca2 вході в сушарку та сигнал оцінки середньоквадратичного відхилення її похідної ) ) ) s × s × s Tca2 Tca2 . Сигнали і Tca2 направляють в блок 16, отримуючи сигнал здд Tca2 . Сигнал e3 6 направляють в суматор 18. Отриманий сигнал розбалансу e4 направляють в регулятор 19, що за допомогою виконавчого механізму 20 та регулюючого органу 21 виробляє сигнал управління U2, який змінює витрати сушильного агенту на вході в сушарку пропорційно сумі значень e4, інтегралу та диференціалу від e4. Вказані зміни витрат сушильного агенту на вході в сушарку змінюють поточне значення температури сушильного агенту на виході з сушарки, забезпечуючи потрібну якість готового продукту. Поточне значення розрідження Рр в конусі сушарки вимірюють за допомогою датчика 22, вихідний сигнал якого, отримуючи сигнал розбалансу e5, віднімають в суматорі 23 від заданого задатчиком 24. Отриманий сигнал e5 направляють в регулятор 25, що за допомогою частотного перетворювача 26 виробляє сигнал управління U3 і змінює продуктивність витяжного вентилятора сушарки пропорційно сумі значень e5, інтегралу та диференціалу від є5. Відхилення температури сушильного агента Тса1 на вході в сушарку впливають на величину температури сушильного агента Тса2 на виході з сушарки, відхилення температури сушильного агента Тса2 на виході з сушарки впливають на величину температури сушильного агента Тса1 на вході в сушарку та на глибину розрідження Рр в сушарці, що пов’язано з тепломасообмінними процесами в ОУ. Вказані впливи негативно відбиваються на параметрах перехідних процесів регулювання, що викликає зниження якості готового продукту і відповідні економічні втрати. З метою усунення вказаних недоліків запропонований спосіб передбачає вимірювання витрат палива на горіння в топці за допомогою датчика 27, вимірювання витрат сушильного агенту на вході в сушарку за допомогою датчика 28 з одночасною корекцією, реалізованою блоками 29, 30 і 31, значення сигналу розбалансу e2 регулятору 6, e4 - регулятору 19 та e5 - регулятору 25. Сигнали корекції при цьому встановлюють на рівнях, пропорційних значенню витрат палива та витрат сушильного агенту так, щоб усувати вплив контуру управління Тса1 на контур управління температурою Тса2, вплив контуру управління Тса2 на контур управління температурою Tca1 та на контур управління розрідженням Рр. Для зменшення впливу збурень ОУ: температури екстракту перед розпилюванням Те і вологості екстракту перед розпилюванням We, в розробленому способі передбачено вимірювання температури Те за допомогою датчика 32, вимірювання вологості We за допомогою датчика 33 з подальшою корекцією в блоках 34 і 35 сигналу розбалансу e4 - регулятору 19 пропорційно поточному значенню Те і We. Результати комп’ютерного моделювання підтвердили те, що запропонований спосіб автоматичного управління в умовах реально діючих внутрішніх та зовнішніх збурювань забезпечує найбільш ефективні режими роботи сушарки, високу динамічну точність стабілізації параметрів технологічного процесу і таким чином 7 забезпечує високу якість готового продукту при мінімальній собівартості. 30456 8