Система автоматичного управління піччю для виробництва хлібопекарських та кондитерських виробів

Реферат: Система автоматичного управління піччю для виробництва хлібопекарських та кондитерських виробів, яка передбачає регулювання температури в печі, де забезпечують компенсування контрольованих збурень за рахунок введення каскадної системи автоматичного регулювання, причому реалізує керування температурою з використанням моделі розігріву для кожної температурної зони, з врахуванням обмежень швидкості зміни температури, через забезпечення багатопараметричного впливу на теплові потоки печі. UA 107723 U (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ ПІЧЧЮ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ТА КОНДИТЕРСЬКИХ ВИРОБІВ UA 107723 U UA 107723 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до систем автоматичного регулювання, зокрема до автоматичного регулювання температурою печі для випічки хліба, борошняних та кондитерських виробів. Відомі різноманітні способи автоматичного управління піччю, які відрізняються кількістю регульованих параметрів та методами керування. Так, відома корисна модель [патент UA79307U, МПК (2013.01) А21В 1/00 Спосіб автоматичного керування процесом випічки хліба /Левінський В. М., Кирилов К. О.; Номер заявки: u 2012 07355; опубл. 25.04.2013, Бюл.№8], де для компенсації перехресних зв'язків, які впливають на сусідні канали керування, вводять корегуючі зв'язки, які забезпечують автономність контурів регулювання один від одного. Недоліком існуючої корисної моделі є використання зворотного зв'язку, а також використання компенсаторами лінійної залежності, без врахування динамічних особливостей печі, як об'єкта керування. Відома корисна модель [патент UA92208U, МПК (2014.01) А21В 1/00 Спосіб автоматичного управління випічкою хліба / Сібірченко О. С, Воінова С. О.; Номер заявки: u 2014 00534; опубл. 11.08.2014, Бюл. № 15], де недолік полягає в тому, що фактично неможливо відділити температуру і вологість по зонах, оскільки камери печі пов'язані між собою потоком тепла та відбором рециркулюючого повітря. Окрім того, зміна вологості чинить мультиплікативний, а не адитивний вплив на зміну температури в камері, через що її вплив не можна оцінювати прямим додавання зі зміною температури. Відома корисна модель [патент UA92208U, МПК (2014.01) А21В 1/00 Спосіб автоматичного керування процесом випічки хліба / Ківалов Ю. Г., Світий І. М.; Номер заявки: U200913008; опубл. 10.06.2010, Бюл. № 11], що передбачає регулювання температури в усіх трьох зонах випічки хліба в печі, регулювання температури в кожній зоні печі передбачає інваріантність кожного каналу регулювання температури один від одного. Недоліком є те, що це значно ускладнюється процес налагодження і керування, в той час, як задача зменшення динамічної та статичної похибки керування залишається нерозв'язаною, оскільки маємо справу з системами із зворотним зв'язком. Ті ж самі недоліки має корисна модель [UA34308U, МПК (2006) А21В 1/00 Спосіб автоматичного керування процесом випічки хліба / Мітєва А. В.; Номер заявки: U200802052; опубл. 11.08.2008, Бюл. №15]. Найближчим технічним рішенням і обраним за прототип є корисна модель [UA62992u, МПК (2011.01) А21В 1/00 Спосіб автоматичного управління піччю для виробництва хлібопекарних та кондитерських виробів / Миронова О. В., Світий І. М.; Номер заявки: u201101939, опубл. 26.09.2011, Бюл. № 18, 2011 p.]. Недоліком корисної моделі є використання поруч із каскадною системою автоматичного регулювання оцінок контуру зворотного зв'язку, а саме температури контрольного батону, яка зв'язана з тим же розрідженням у топці та кількістю пари, що подається в зону випікання, складними динамічними залежностями, що включають процеси джерела ресурсу, каналу передачі до місця витрати та самого процесу перетворення енергії. В основу корисної моделі покладено задачу підвищення якості регулювання температур та динамічної точності, за рахунок упереджувальної реакції пристрою керування на збурення. Поставлена задача вирішується в запропонованій корисній моделі тим, що система автоматичного управління піччю для виробництва хлібопекарських та кондитерських виробів, яка передбачає регулювання температури в печі, де забезпечують компенсування контрольованих збурень за рахунок введення каскадної системи автоматичного регулювання. Згідно корисної моделі, система реалізує керування температурою з використанням моделі розігріву для кожної температурної зони, з врахуванням обмежень швидкості зміни температури, через забезпечення багатопараметричного впливу на теплові потоки печі. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. У запропонованій системі корисний ефект отримується за рахунок багатопараметричного керування, що реалізує адитивний та мультиплікативний вплив на характер зміни теплового потоку, внаслідок чого температурний профіль нагріву ефективно використовує ресурси печі та забезпечує, регламентовану технологією, продуктивність виробничого потоку. На кресленні представлена структурно-параметрична схема системи автоматичного управління піччю, яка реалізується наступним чином. Керованими координатами в пропонованому способі є температура в зонах пекарної камери T1, T2 збуренням виступає маса Mi , швидкість подачі n  Mi /  i 1 тістових заготовок у піч та витрата пари на парозволоження  , що в подальшому спричинює зміну парціального тиску пари в печі  . Управлінням є витрата топкових газів в канал обігріву, витрата палива на горілочний 1 UA 107723 U пристрій. Згідно до технічного завдання, відома маса тістової заготовки Mi , кількість заготовок n , що одночасно подаються в піч та швидкість конвеєра n  Mi /  , які при сталій потужності i 1 5 горілочного пристрою, дозволяють визначити ступінь відкриття заслінок обігріву температурних зон печі. Відповідно до прийнятої корисної моделі, збільшення температури печі реалізується через збільшення кількості топкового газу, що розраховується як інтегрована величина циклу роботи горілочного пристрою: Q   fdt, t 0 10 2 де d f dt  0, f ~ , , де f - функціонал продуктивності горілочного пристрою,  - парціальний тиск пари в циркулюючому повітрі печі,  - час роботи горілочного пристрою. Частка тепла, що припадає на Q , де R - загальний аеродинамічний опір, який R спричинюють заслінки в каналах обігріву, що обґрунтовує необхідність врахування зв'язків між каналами обігріву. Ступінь відкриття заслінок через опір R дозволяє розрахувати, в керуючій системі, параметри функціоналу f горілочного пристрою, що змінює початкову температуру цільової температурної зони T0i на величину теплових втрат, через розрахунок часу роботи горілочного пристрою, що спричинює збільшення температури гріючих газів Tg , за парціального кожну температурну зону печі 15 20 25 30 qi ~ тиску пари  циркулюючого повітря, яка створена кількістю пари  та регламентується технологією цільового продукту. Обмеження динамічних похибок встановлення температури печі: T ~ q  q t, де q - похибка передачі кількості теплоти до камери печі, q - продуктивність каналу обігріву при положенні заслінки  , t - помилка в розрахунках часу роботи горілочного пристрою. При зміні наповнення печі збільшується кількість вивільненої вологи з тістової заготовки, в наслідок чого, змінюється втрата тепла, яку компенсують збільшенням часу роботи горілочного пристрою на час, що забезпечує втрату функціоналом продуктивності горілочного пристрою. Помилка підтримання температури обмежується, встановленим, попередньо до завантаження печі, положенням заслінок  . Якщо при встановленні температури відповідної температурної зони, для підтримки заданого її значення, при швидкості завантаження n  Mi /  не вистачає теплового потоку або він i 1 є надлишковим, то коригують ступінь відкриття заслінки  , виходячи з апріорі відомої маси тістових заготовок Mi . Для коригування з проміжного каскаду горілочного пристрою оцінюється температура топкових газів Tg , що входить до функціоналу f . 35 40 45 Зміна положення заслінки  будь-якого каналу обігріву спричинює перерахунок вагових коефіцієнтів використання теплового потоку топки, з урахуванням збереження заданої швидкості наростання температури, при обмеженні, по потужності, горілочного пристрою, що відповідає функціональній залежності сигналу керування і вказує на доступність реалізації запропонованої корисної моделі. Прикладом виробничої системи, за корисною моделлю, виступає регулювання часткою тунельної або тупикової хлібопекарської печі, де керування здійснюється на дві зони розігріву, з використанням однієї топкової камери, а регулювання заслінок відбувається вручну, на підставі експертних оцінок та експериментальної випічки окремих видів продукції. Технічний результат полягає у формуванні багатозонного керування тепловими потоками, яке функціонально гарантує формування необхідних характеристик середовища в області експлуатації дозволених температур печі, завдяки чому підвищується динамічна точність регулювання. 2 UA 107723 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Система автоматичного управління піччю для виробництва хлібопекарських та кондитерських виробів, яка передбачає регулювання температури в печі, де забезпечують компенсування контрольованих збурень за рахунок введення каскадної системи автоматичного регулювання, яка відрізняється тим, що реалізує керування температурою з використанням моделі розігріву для кожної температурної зони, з врахуванням обмежень швидкості зміни температури, через забезпечення багатопараметричного впливу на теплові потоки печі. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3