СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СМЕШИВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A23N17/00 

Изобретение относится к комбикормовой промышленности, а именно к автоматизации процессов получения комбикормов, и может быть использовано при смешивании сыпучих и вязких продуктов, например зерен злаковых, фосфотидов, жиров и др.

Известен способ автоматического управления процессом смешивания сыпучих продуктов, предусматривающий измерение расхода исходных компонентов, готовой смеси, частоты вращения рабочего вала смесителя [Щеблыкин В.В., Чабала А.П., Трофимов В.Е. Система автоматизированной стабилизации подачи продукта. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института комбикормовой промышленности (ВНИИКП), выпуск 20, 1982].

Недостатками известного способа являются значительные удельные энергозатраты, невозможность регулирования и поддержания однородности получаемой смеси в заданных пределах и, как следствие, недостаточно равномерное распределение компонентов в получаемой смеси и значительная продолжительность процесса смешивания.

Технической задачей изобретения является повышение однородности готовой смеси и повышение эффективности процесса за счет автоматического поддержания оптимальных режимов смешивания сыпучих и жидких компонентов.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления процессом смешивания, предусматривающем измерение расхода исходных компонентов, готовой смеси, частоты вращения рабочего вала смесителя, новым является то, что сыпучие и жидкие компоненты подают в смеситель по отдельным потокам, осуществляют обогрев корпуса смесителя паром, дополнительно измеряют расход, температуру и влажность сыпучих и жидких компонентов, а также готовой смеси, расход пара на обогрев корпуса смесителя, величину крутящего момента и частоту вращения рабочего вала, по измеренным значениям расхода, температуры и влажности сыпучих и жидких компонентов устанавливают частоту вращения рабочего вала и расход пара на обогрев корпуса смесителя, по величине крутящего момента и температуре готовой смеси определяют среднюю вязкость смеси, по которой корректируют расход пара на обогрев корпуса смесителя, а по текущим значениям расхода и влажности готовой смеси корректируют производительность смесителя воздействием на частоту вращения рабочего вала, в зависимости от которой устанавливают расход сыпучих компонентов с непрерывной стабилизацией соотношения расходов сыпучих и жидких компонентов воздействием на расход последних.

На чертеже представлена схема предлагаемого способа автоматического управления процессом смешивания.

Схема содержит смеситель 1, рабочий вал с перемешивающими лопастями 2, паровую камеру 3, привод 4, линии: 5 подачи сыпучих компонентов в камеру смешивания, 6 подачи жидких компонентов, 7 подвода греющего пара, 8 отвода готовой смеси из камеры смешивания, датчики 9-12 соответственно расхода сыпучих компонентов, расхода жидких компонентов, расхода готовой смеси, расхода греющего пара, датчики 13, 14 и 15 соответственно температуры сыпучих компонентов, жидких компонентов и готовой смеси, датчики 16 и 18 соответственно влажности сыпучих компонентов и готовой смеси, датчик 17 содержания сухих веществ в жидких компонентах, датчик 19 определения крутящего момента, датчик 20 частоты вращения рабочего вала, регуляторы 21 - 24, микропроцессор 25, исполнительные механизмы 26 - 29, (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м - входные каналы управления, н, о, п, р - выходные каналы управления).

Способ управления осуществляется следующим образом.

По информации датчиков 9, 13, 16 и 10, 14, 17 о массовых и тепловых потоках, вносимых сыпучими и жидкими компонентами в смеситель 1 соответственно по линиям 5 и 6, микропроцессор 25 устанавливает задание локальным регуляторам 23 и 24. При этом локальный регулятор 23 вырабатывает сигнал отклонения текущего значения частоты вращения рабочего вала 2, измеряемого датчиком 20, от заданного и посредством исполнительного механизма 28 устанавливает заданный режим работы регулируемого привода 4, а следовательно, и заданную частоту вращения рабочего вала 2 смесителя 1, а локальный регулятор 24 вырабатывает сигнал отклонения текущего значения расхода пара на обогрев корпуса смесителя в линии 7, измеряемого датчиком 12, от заданного и посредством исполнительного механизма 29 устанавливает режим подачи пара в паровую рубашку 3 на обогрев корпуса смесителя 1.

Микропроцессор 25 по текущим значениям крутящего момента рабочего вала 2 и температуры готовой смеси, соответственно измеряемым с помощью датчиков 19 и 15, непрерывно определяет среднюю вязкость смеси по формулам:

где R - универсальная газовая постоянная (R = 8320 Дж/(кмоль•град); Е - энергия активации для всех молекул, заключенных в 1 моле, Дж/кмоль; А - постоянная, характеризующая данную жидкость; T - температура готовой смеси, К

где К- постоянный коэффициент; m - масса вращающегося рабочего органа, кг; N - градиент скорости ротора, с^-1 [Рогов И.А., Горбатов А.В. Новые физические методы обработки мясопродуктов. Пищевая пром-сть, 1966. - 302 с.].

По рассчитанной средней вязкости смеси микропроцессор 25 осуществляет коррекцию расхода пара в паровую камеру 3 по линии 7 на обогрев корпуса смесителя 1. Причем при отклонении текущего значения средней вязкости смеси от заданного значения в сторону увеличения микропроцессор 25 корректирует задание локальному регулятору 24 на увеличение расхода пара на обогрев корпуса смесителя, а при отклонении текущего значения средней вязкости смеси от заданного значения в сторону уменьшения корректирует задание локальному регулятору 24 на уменьшение расхода пара в линии 7.

По информации датчиков 11 и 18 о текущих значениях расхода и влажности готовой смеси микропроцессор 25 контролирует фактическую производительность смесителя. Если фактическая производительность не соответствует заданному интервалу значений, то микропроцессор 25 осуществляет коррекцию расхода сыпучих компонентов в линии 5 с помощью исполнительного механизма 26 путем изменения задания локальному регулятору 21 и непрерывно стабилизирует соотношение расходов сыпучих и жидких компонентов воздействием на расход жидких компонентов, подаваемых по линии 6, с помощью исполнительного механизма 27 путем коррекции задания локальному регулятору 22.

Рассмотрим пример осуществления способа автоматического управления процессом смешивания комбикормов на смесителе Б2-КСН в условиях Воронежского экспериментального комбикормового завода.

Техническая характеристика смесителя - Б2-КСН:
Производительность, кг/ч - 1000
Мощность электропривода, кВт - 4
Продолжительность смешивания, мин - 10
Габаритные размеры, мм - 2300•750•1650
Масса, кг - 660
Удельный расход электроэнергии, кВт•ч/кг - 14,4
Пусть расход сыпучих и жидких компонентов, подаваемых в смеситель с температурой 20^oС соответственно по линиям 5 и 6, составляет, например, 920 и 80 кг/ч. Начальная влажность сыпучих компонентов - 14%, а содержание сухих веществ в жидких компонентах - 17%. Информация об этих входных параметрах (расходах, температурах и влажностях) с датчиков 9, 13, 16 и 10, 14, 17 передается в макропроцессор 25, который устанавливает задание локальному регулятору 23 на частоту вращения рабочего вала 2 смесителя 1, например, 48 об/мин и локальному регулятору 24 для установления режима подачи пара в паровую рубашку 3 на обогрев корпуса смесителя 1 по линии 7, например, 62 кг/ч. При этом величина крутящего момента для этих параметров должна составлять, например, 81,25 кН•м при температуре готовой смеси, например, 42^oС, что соответствует средней вязкости смеси, например, 210 Па•с.

Микропроцессор 25 непрерывно определяет текущие значения крутящего момента рабочего вала 2 и температуры готовой смеси, соответственно измеряемых с помощью датчиков 19 и 15, по которым вычисляет текущее значение средней вязкости смеси и сравнивает с заданной. По рассогласованию текущего и заданного значений средней вязкости смеси микропроцессор 25 осуществляет коррекцию расхода пара в линии 7 на обогрев корпуса смесителя 1. Причем при отклонении текущего значения средней вязкости смеси от заданного значения в сторону увеличения, например, 320 Па•с микропроцессор 25 корректирует задание локальному регулятору 24 на увеличение расхода пара на обогрев корпуса смесителя 1, например, 84 кг/ч, а при отклонении текущего значения средней вязкости смеси от заданного значения в сторону уменьшения, например, 179 Па•с корректирует задание локальному регулятору 24 на уменьшение расхода пара в линии 7, например, 46 кг/ч. По информации датчиков 11 и 18 о текущих значениях расхода и влажности готовой смеси микропроцессор 25 измеряет фактическую производительность смесителя. Если фактическая производительность не соответствует заданному значению, например, 1000 кг/ч, то микропроцессор 25 осуществляет коррекцию расхода сыпучих компонентов в линии 5 с помощью исполнительного механизма 26 путем изменения задания локальному регулятору 21 и непрерывно стабилизирует соотношение расходов сыпучих и жидких компонентов, например, 11,5:1,0 воздействием на расход жидких компонентов, подаваемых по линии 6, с помощью исполнительного механизма 27 путем коррекции задания локальному регулятору 22. При этом устанавливается новое соотношение расходов сыпучих и жидких компонентов соответственно 900 и 78,26 кг/ч с учетом начальной влажности.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления процессом смешивания по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:
- оптимизация процесса смешивания различного по своему гранулометрическому составу и физико-механическим свойствам сыпучих и жидких компонентов за счет поддержания рационального характера движения;
- расширение области применения смесителя за счет достигнутой универсализации способа автоматического управления с учетом особенностей физико-механических свойств исходных компонентов;
- получение однородных многокомпонентных смесей благодаря решению проблемы регулирования вязкости смеси за счет нагрева корпуса смесителя паром;
- более высокая точность поддержания технологических параметров за счет ограничений, накладываемых на управляемые переменные, обусловленных энергетической целесообразностью и технологическими требованиями к качеству готовой смеси;
- оптимальность коррекции режима смешивания сыпучих и жидких компонентов путем оперативного использования входной информации, позволяющей снизить инерционность управления.

Способ включает измерение расхода исходных компонентов, готовой смеси, частоты вращения рабочего вала смесителя. Сыпучие и жидкие компоненты подают в смеситель по отдельным потокам. Осуществляют обогрев корпуса смесителя паром. Дополнительно измеряют расход, температуру и влажность сыпучих и жидких компонентов, а также готовой смеси, расход пара на обогрев корпуса смесителя, величину крутящего момента и частоту вращения рабочего вала. По измеренным значениям расхода, температуры и влажности сыпучих и жидких компонентов устанавливают частоту вращения рабочего вала и расход пара на обогрев корпуса смесителя. По величине крутящего момента и температуре готовой смеси определяют среднюю вязкость смеси, по которой корректируют расход пара на обогрев корпуса смесителя. По текущим значениям расхода и влажности готовой смеси корректируют производительность смесителя воздействием на частоту вращения рабочего вала, в зависимости от которой устанавливают расход сыпучих компонентов с непрерывной стабилизацией соотношения расходов сыпучих и жидких компонентов воздействием на расход последних. Повышается однородность смеси и эффективность процесса. 1 ил.

Способ автоматического управления процессом смешивания, предусматривающий измерение расхода исходных компонентов, готовой смеси, частоты вращения рабочего вала смесителя, отличающийся тем, что сыпучие и жидкие компоненты подают в смеситель по отдельным потокам, осуществляют обогрев корпуса смесителя паром, дополнительно измеряют расход, температуру и влажность сыпучих и жидких компонентов, а также готовой смеси, расход пара на обогрев корпуса смесителя, величину крутящего момента и частоту вращения рабочего вала, по измеренным значениям расхода, температуры и влажности сыпучих и жидких компонентов устанавливают частоту вращения рабочего вала и расход пара на обогрев корпуса смесителя, по величине крутящего момента и температуре готовой смеси определяют среднюю вязкость смеси, по которой корректируют расход пара на обогрев корпуса смесителя, а по текущим значениям расхода и влажности готовой смеси корректируют производительность смесителя воздействием на частоту вращения рабочего вала, в зависимости от которой устанавливают расход сыпучих компонентов с непрерывной стабилизацией соотношения расходов сыпучих и жидких компонентов воздействием на расход последних.