Способ эффективного хранения сахарной свеклы на кагатных полях, система контроля непрерывных динамических измерений беспроводного типа Российский патент 2024 года по МПК G05B13/00 

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано сахарными заводами и свеклосеющими хозяйствами, а также другими сельскохозяйственными и агропромышленными холдингами и компаниями.

Использование сахарной свеклы на промышленные цели для получения сахара связано с хранением корнеплодов продолжительностью 60-160 дней и более на кагатных полях, данный способ хранения является менее затратным и часто повседневно применяется. При хранении свёклы в кагатах она дышит, потребляя сахарозу и кислород воздуха и выделяя углекислый газ и тепло. При попадании в кагат земли, ботвы условия отвода тепла и углекислого газа ухудшаются, возникают очаги с повышенной температурой, в которых интенсивно развиваются микроорганизмы, вызывающих гниение корнеплодов, деятельность которых является одной из причин потерь свеклы Болезни корней свеклы во время хранения характеризуются общим названием - кагатная гниль. Потери от кагатной гнили могут быть весьма значительными: на отдельных сахарных заводах потери составляли до 30%. При количестве смеси гнилой массы 8-10% и больше заводы часто совсем не получают кристаллического сахара.

Известен способ хранения сахарной свеклы, предусматривающий обработку корнеплодов препаратами консервирующего, антисептического и ростингибирующего действия (Сапронов Н.М., Бердников А.С., Косулин Г.С. Хранение сахарной свеклы современных гибридов с применением полифункциональных консервантов // Сахар. - 2011. - №8. - С. 26-28).

Известен способ хранения сахарной свеклы в кагатах, включающий обработку сахарной свеклы при ее укладке на хранение водным раствором хлорида натрия, предварительно обработанным в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов (пат. РФ №2056723).

Известен способ обработки сахарной свеклы против кагатной гнили препаратом РастСтим, представляющим собой биологически активную сумму нейтральных изопреноидов из высушенной и измельченной древесной зелени пихты (пат. РФ №2261601). Способ предусматривает двойную обработку: растений сахарной свеклы до уборки и корнеплодов перед закладной на хранение, что приводит к увеличению затрат.

Недостатками вышеизложенных способов является необходимость встраивания в технологический процесс производства сахара этапа обработки корнеплодов, что может быть сложно реализуемо на части предприятий и ведет к повышению себестоимости производства сахара.

Известен способ замораживания и хранения сахарной свеклы в замороженном состоянии. При уборке сахарную свеклу укладывают в кагаты, с наступлением морозов их разваливают и свеклу разбрасывают, сравнительно тонким слоем, по площадке. После того, как корнеплоды полностью проморозятся, их снова собирают в кагаты и укрывают теплоизоляционным материалом, для хранения и последующего использования свеклы в сахарном производстве (Халемский М.З. Хранение сахарной свеклы./ Пищевая промышленность, М. 1964, 373с).

Известен также способ замораживания и хранения сахарной свеклы в кагатах и буртах, включающий их формирование, подвод наружного воздуха посредством решетчатых или перфорированных воздуховодов для вентилирования и замораживания и укрытия кагата или бурта теплоизоляционным материалом перед сезонным повышением температуры (пат. СССР №1428280).

Данными способами, при их общей трудоемкости, можно пользоваться в районах с суровым климатом. В районах с более мягким климатом применение этих способов мало применимо.

Известно устройство для осуществления активной вентиляции кагатов сахарной свеклы, где свекла, уложенная на земляное или бетонное основание, вентилируется нагнетанием наружного воздуха в кагат вентиляторами по перфорированным воздуховодам, расположенным горизонтально в основании кагата, поперек его продольной оси с двух сторон. (Хелемский М.З. «Хранение сахарной свеклы», М., Пищевая промышленность. 1964 г.).

Известно устройство активного вентилирования кагата сахарной свеклы, содержащее горизонтально расположенные в основании кагата, поперек его продольной оси с двух сторон, перфорированные вентиляционные каналы с вентиляторами, торец каждого вентиляционного канала оборудован наконечником в форме полого усеченного конуса, наружное меньшее основание которого закрыто перфорированной пластиной, а на ½ части конической поверхности наконечника, ориентированной вниз, выполнены сквозные отверстия (пат. РФ №2580354).

Недостатками описанных способов является необходимость в кагат дополнительного оборудования, повышающего общее энергопотребление, трудоемкого в монтаже и демонтаже.

Общим недостатком описанных способов хранения является отсутствие контроля параметров хранения корнеплодов на кагатном поле.

В качестве прототипа выбрано устройство для измерения вертикального профиля температур в буртах при компостировании органических отходов, представляющее собой прямой стержень из коррозионно-стойкого материала с низкой теплопроводностью, содержащее последовательно расположенные полые цилиндрические сегменты, соединительные втулки, датчики измерения температур, соединенные гибким электрическим проводом, проходящим внутри сегментов и втулок, сообщающиеся по протоколу 1-wire с контроллером-логгером, который заключен в корпус держателя, и при помощи разъема считывающее, сохраняющее на съемный носитель информации, обрабатывающее и отображающее в режиме реального времени на графическом дисплее данные от датчиков измерения температур, каждый из которых имеет уникальный цифровой код, заключен в корпус с тремя выводами и размещен в центральной части внутренних продольных каналов соединительных втулок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, соединяющих между собой корпус держателя, полые последовательно расположенные сегменты первый длиной 350 мм, второй длиной 350 мм, третий длиной 300 мм и конусообразный наконечник.

Недостатками прототипа является то, что в связи с отсутствием датчика влажности возможно проводить контроль лишь одного параметра хранения (температуры), также в приведенных аналогах не учитывается вопрос разности лежкости различных сортов сахарной свеклы, при хранении на одном кагатном поле.

Техническая результат данного изобретения заключается в оптимизация процесса хранения сырья при производстве сахара.

Технический результат достигается тем, что при заполнении кагата сахарной свеклой с шагом не менее 1 метр по глубине залегания свеклы, и по протяженности не менее 5 метров, устанавливают измерительные устройства Систему контроля непрерывных динамических измерений беспроводного типа (собственной разработки), способное производить замеры и отправлять информацию на Персональный Компьютер (ПК) или Планшетный компьютер, так же мобильное устройство (сотовый телефон или Планшет с Операционной системой Андройд, IOS), беспроводное измерительное устройство способно фиксировать уровень влажности по шкале от 0 до 100%, а также температуры, от -15 до +75°С) при этом сетка установки беспроводных датчиков масштабируется в зависимости от площади хранения с интервалом 5 – 10 метров. Данный подход позволит получать информацию о вертикальных, так и горизонтальных профилях температуры и влажности в кагате, и одновременно с этим, вести учёт месторасположения поступающих партий корнеплодов, в соответствии сортностью. По мере производства, соотнося информацию

Программный комплекс в режиме реального времени отображает оператору данные о температуре и влажности на разной глубине бурта (в зависимости от расположения беспроводного измерительного датчика по горизонтали или вертикали) и расположении на конкретном участке кагатного поля партий каждого сорта, обладающего своей лежкостью, программный комплекс составляют карту состояния корнеплодов, на основании которой программный комплекс определяют очередность использования сырья, где приоритет отдается тем корнеплодам, применительно к которым высок риск утраты.

Разработанный беспроводной датчик предназначен для оперативного разно уровневого мониторинга условий хранения различных продуктов сельского хозяйства в кагатах, насыпях или буртах. Может быть использован в сельскохозяйственной отрасли и научно- исследовательской деятельности, а также на различных производствах, как сельскохозяйственной, так и технической промышленности, в медицине, и машиностроении. Беспроводное измерительное устройство оперативного разно уровневого мониторинга позволяет получать информацию о вертикальных и/или горизонтальных слоях условий хранения корнеплодов различных сельскохозяйственных культур, в частности, о позиционировании, температуре и влажности, также позволяющее дистанционно передавать информацию на пульт оператора, состоянии той или иной позиции, подключаясь друг к другу образуя единую сеть с низким энергопотреблением, в режиме реального времени.

Дополнительно техническим результатом является расширение арсенала технических контрольно-измерительных средств, предназначенных для гидро- и термо- метрии.

Заявленное устройство для измерения вертикальных и/или горизонтальных слоев температуры и влажности воздуха в буртах при хранении корнеплодов сельскохозяйственных культур представляет собой программно-аппаратный комплекс оперативного разно уровневого мониторинга беспроводной контрольно-измерительной системы температуры и влажности воздуха, предназначенного для использования при хранении корнеплодов и иных культур, нуждающихся в непрерывном мониторинге.

Система контроля непрерывных динамических измерений (СКНДИ) беспроводного типа разработана на основе построения топологии ячеистой сети, используя микроконтроллер с низким энергопотреблением и телеметрию, в составе которой входит группа датчиков температур и влажности, позволяет нескольким устройствам связываться друг с другом в одной беспроводной сети. Используется сетевой протокол, построенный на основе протоколов таких как Bluetooth Low Energy, Bluetooth Mesh и/или Mesh Network по Wi-Fi. Используя картографическую систему, устройство сбора данных устанавливается в зависимости от установленной схемы (выбранной оператором) или же в хаотичном порядке. Датчики подключаются автоматически, формируя масштаб карты позиционирования и их установки. Программное обеспечение СКНДИ Системы контроля непрерывных динамических измерений взаимодействует программным комплексом, используя беспроводной протокол передачи данных. При этом оператор может отслеживать изменения показаний, полученных с устройств на ПК или Мобильном устройстве, а также получает информацию о температуре и влажности измеряемого объекта в режиме реального времени о вертикальном или горизонтальном слоях, те участки, которые выходят за рамки по установленным параметрам температуры и влажности подсвечиваются разной световой или иной индикацией, сигнализируя при этом оператору об отклонениях показаний в той или иной точке замера.

Схема выполнения СКНДИ:

1 – герметичный корпус; 2 – аккумуляторная батарея (Li-ion или Li-po, так же возможна установка батарее формата АА и ААА и иных, устройство может работать от любых портативных источников электрического питания постоянного тока); 3 – модуль связи; 4 – блок датчика влажности; 5 – блок датчика температуры; 6 – блок питания/зарядки; 7 – разъем зарядки/прошивки устройства; 8 – модуль индикации состояния устройства.

Целью изобретения является оптимизация процесса хранения корнеплодов сахарной свеклы в кагате или бурте для этого, при заполнении кагата сахарной свеклой с определенным шагом устанавливают измерительные устройства, позволяющие получать информацию о вертикальных профилях температуры и влажности в кагате, и одновременно с этим ведут учёт месторасположения поступающих партий корнеплодов, в соответствии сортностью. Ведя мониторинг данных с установленных устройств и сопоставляя информацию о расположении на конкретном участке кагатного поля партий каждого сорта, обладающего своей лежкостью, составляют карту состояния корнеплодов, для выбора очередности отбора сырья, используемого в производстве сахара, отдавая приоритет тем корнеплодам, применительно к которым высок риск утраты. 1 з.п. ф-лы.

1. Система контроля непрерывных динамических измерений (СКНДИ) беспроводного типа, предназначенная для разноуровневого мониторинга в режиме реального времени при хранении корнеплодов и иных сельскохозяйственных культур, нуждающихся в непрерывном мониторинге по глубине залегания не менее 1 метр и на протяженности не менее 5 метров с использованием измерительных устройств и программно-аппаратного комплекса разноуровневого мониторинга беспроводной контрольно-измерительной системы, включающей мониторинг изменения температуры в диапазоне от -15°С до +75°С и изменение уровня влажности по шкале от 0 до 100%, составление карты хранения основано на основе построения топологии ячеистой сети, используя микроконтроллер с низким энергопотреблением и телеметрию, в состав которой входит группа датчиков температур и влажности, осуществляя беспроводную связь между несколькими устройствами, отличающаяся тем, что взаимодействует с программным комплексом, используя беспроводной протокол передачи данных на основе протоколов, таких как Bluetooth Low Energy, Bluetooth Mesh и/или Mesh Network по Wi-Fi, оператор отслеживает изменения показаний, полученных с устройств системы мониторинга, получает информацию о температуре и влажности измеряемого объекта в режиме реального времени о вертикальном или горизонтальном слоях, участки, выходящие за рамки по установленным параметрам, подсвечиваются разной световой или иной индикацией, сигнализируя об отклонениях показаний в точке замера.

2. Система контроля непрерывных динамических измерений (СКНДИ) беспроводного типа по п. 1, в которой устройство сбора данных устанавливается в зависимости от установленной схемы (выбранной оператором) или же в хаотичном порядке.