Устройство для автоматического управления процессом сушки зерна Советский патент 1983 года по МПК G05B15/02 

Изобретение относится к области р гулирования процессов сушки и может быть использовано в сельском хозяйстве при сушке зерна и других культур, а также в химической промышлен ности для управления сушильньлми про цессами. Известно устройство для автоматического регулирования процесса сушки по косвенному параметру, содержа щее датчик для измерения перепада температуры теплоносителя в слое зерна и электронный блок для регули рования влажности зерна 1 . Недостатком этого устройства является низкая точность процесса регулирования. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является система регулирования влажности зер на, состоящая из двух датчиков измерения температуры теплоносителя до и после сушки, регулятора и исполнительных механизмов. Регулирование осуществляется стабилизацией температуры теплоносителя и изменением длительности сушки 2. Недостатками известной системы являются невозможность текущего кон роля и регулирования температуры зерна в разрезе всей сушилки, так как перепад температуры теплоносите ля измеряется в одной точке только на выходе. Это влечет за собой пере грев зерна, недопустимый особенно д семян. Применяя подобный регулятор, нельзя получить высокую точность ре гулирования, поскольку определение влажности зерна только на выходе су шилки не позволяет использовать эффективные алгоритмы управления с ко пенсацией исходной влажности зерна и с использованием информации о ход процесса на промежуточных этапах сушки. Целью изобретения является повышение точности поддержания заданной влажности высушиваемого зерна. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик входной температуры теплонос теля, датчик выходной температуры теплоносителя, исполнительный механизм загрузки зерна, механизм регулирования температуры входного пото ка теплоносителя и блок формирования управляющих воздействий, первый и второй выходы которого соединены соответственно с исполнительным механизмом загрузки зерна и механизмом регулирования температуры входнего потока теплоносителя, а первый и второй входы - соответственно с выходами датчиков входной и выходной температуры теплоносителя, введены N датчиков (N - 1, 2, 3...) входной и выходной температуры тепл ;носителя, расположенных вдоль траектории движения зерна, а блок формирования управляющих воздействий содержит измерительный преобразователь, узел задания влажности, узел задания температуры, две группы сумматоров, узел вычисления влажности зерна, узел выделения максимальной температуры, схему сравнения и узел умножения, причем входы измерительного преобразователя соединены соответственно с первы1«1 и вторым входами блока формирования управлякнтдих воздействий, первая и вторая группы выходов измерительного преобразователя соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров первой и второй групп, выходы сумматоров первой группы соединены со входами узла вычисления влажности зерна и группой входов у-зла умножения, первый и второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом узла задания влажности,выходом узла вычисления влажности и первым выходом блока формирования управляющих воздействий, выходы сумматоров вдгорой группы соединены со входами узла выделения, максимальной температуры и группой входов схемы сравнения, первый и второй входы и выход которой соединены соответственно с выходом узла задания температуры, выходом узла выделения максимальной температуры и со вторым выходом блока формирования управляющих воздействий. Благодаря использованию электронного блока управления и расположению дополнительных датчиков входной и выходной температуры теплоносителя вдоль траектории движения зерна, осуществляется непрерывный контроль за распределением температур в разных точках (сечениях) сушилки, повышается точность поддержания требуемой влажности зерна и предотвращается его перегрев. Кроме датчика измерения температуры входного потока теплоносителя в систему введены дополнительно N датчиков, которые расположены вдоль сушилки по траектории движения зер- на в выходящем из сушилки потоке теплоносителя . Использование множества датчиков дает возможность определить распределение температуры зерна пр длине сушилки, а на основании расчета падения температуры теплоносителя в разных сечениях сушилки также и распределение влажности зерна. Однако температура входящего потока теплоносителя по длине сушилки неодинакова, что влечет за собой дополнительную погрешность в.вычислении падения температуры при использовании только одного датчика входной температуры теплоносителя.. С целью увеличения точности расчета целесообразно увеличение количества датчи ков, измеряющих температуру входящего потока теплоносителя и расположенных анс1логично им во входящем потоке. Таким образом, в устройстве используется N пар датчиков, при помощи которых измеряется абсолютная температура входящего и выходящего потоков теплоносителя в разрезах сушилки Т , , Tfj , а также рассчитываются падения температу ры теплоносителя по разрезам Т, ....,., TN . На .основании этих данных может быть рассчитано распре деление температуры зерна по длине сушилки .и влажность зерна на выходе сушилки как некоторые функц11и от распределения абсолютного значения и падения температуры теплоносителя по длине сушилки т (т, Т2,...;гц (1) 2. Т, T2,...,Tf, (2) где Т, - температура зерна в i -ом разрезе сушилки, Ъ - влажность зерн.а на выходе из сушилки. Вид функции и соответствующие ко эффициенты определяются при изучени сушилки в стадии разработки системы управления, в частности в качестве (1) и (2) могут быть использованы регрессионные уравнения. Благодаря использованию информа ции во многих сечениях сушилки дина мика изменения параметров может быт выражена линейной зависимостью параметров отдельных сечений в виде выражения типа У л AU + В/ (3) где у - вектор параметров (температуры или влажности зерна) А - матрица размерности п «п коэффициентов взаимного вл НИН параметров сечений U - вектор управляющих воздействий;В - матрица П 2. С целью достижения максимальной производительности сгу1шлки целесоо разно проведение сушки при максимал но допустимой температуре зерна, п которой отсутствует опасность его .перегрева, и требуемой влажности зерна на выходе сушилки. Это позволяет реализовать ство для автоматического управления процессом суижи двухка.нальным, при этом задача канала регулирования температуры зерна состоит в поддер жании максимально допустимой для данной культуры и технологии темпе ра,туры теплоносителя, .а задача кан ла регулирования влажности - подде жание заданной влажности зерна на выходе сушилки при существующей температуре теплоносителя. Использование автономных каналов регулирования значительно упрощает структуру регулятора. На фиг. 1 схематично показано предлагаемое устройство; на (|гиг. 2схема блока формирова«ия управляющих воздействий. . Устройство содержит блок 1 формирования управляющих воздействий ко входу которого подключены датчик 2 выходной температуры теплоносителя 3 и датчики 4 входной температуры теплоносителя 5. Датчики расположены в сушилке 6 так, чтобы обеспечивалось измерение распределения температур с заданной точностью, а также контроль параметров зерна в зоне наивысших температур. К выходу блока 1 подсоединены исполнительный механизм 7 загрузки зерна и исполнительный механизм 8 регулирования тем пературы входного потока теплоносителя . Блок формирования управляющих воздействий (фиг. 2).содержит каналы регулирования влажности и температуры зерна, а также общую часть первичной обработки сигналов с датчиков температуры. В состав устройств пер вичной обработки входят групповой измерительный преобразователь (ГИП) 9, ко входам которого подключены 2п датчиков 2 и 4 температуры. Канал регулирования влажности со- , держит первую группу сумматоров 10, узел 11 вычисления влажности зерна, узел 12 умножения и узел 13 задания влажности. Канал регулирования температуры ., содержит вторую группу сумматоров ll/ узел 15 выделения максимальной.температуры, схему 16 сравнения и узел 17 аадания температуры. I, . . Устройство работает следующим образом. Оператор с помощью узлой 13 и 17 задания задает необходимые значения влажности и температуры зерна. С помощью ряда датчиков 2 и 4 определяется абсолютная температура теплоносителя в точках их расположения. Преобразователь 9 преобразовывает параметры датчиков в код. Канал регулирования влажности зерна работает следухзщим образом. .2 N значений температуры теплоносителя с выхода преобразователя 9 преббразовываются в сумматорах 10 в м значений падения температуры теплоноси,теля (TI ,..... .Tf,) . Рассчитанные падения температуры подаются на вход узла 11 вычисления 1злажности зерна для ;определения влажности зерна на выходе сушилки. Вычисление осуик ствляется согласно формуле (2), напри мер, по линейному уравнению lt1 ,(t)....thnTji), (41 где hj - постоянные коэффициенты, оп ределенные на стадии изуче ния сушилки как объекта автоматического регулирования Найденное значение Z , заданное значение Z влажности зерна вместе со значениями падений температуры Т ,Т,, отобршхающих текущее состояние-сушилки как объекта регул рования, подаются на входузла 12, который на основании решения системы уравнений (3) , (4) и (5) , где C(t) 7,-2 (t) рассчитывает управляющее воздействие и (t) в виде UitbLoZo+LeJ B()..Lf,,(6 где LO . .. . L V, - весовые коэффици. енты. Найденное узлом 12 управляющее воздействие подается на исполнитель ный механизм 7. регулирования производительности . .Работа канала регулирования температуры теплоносителя происходит аналогичным образом. По сигналам с выхода преобразователя 9 сумматорами 14 рассчитывается средняя температура теплоносителя в сечениях сушилки, а узлом 15 рассчитывается те пература зерна в наиболее опасной зоне - с наивысшей температурой. Сх ма 16 сравнивает заданное задатчико 17 значение температуры зерна с действительным с выхода узла 15 и . вырабатывает управляющее воздействи которое подается на механизм 8 регу лирования температуры. Таким образом, дополнительное подключение N датчиков выходной и входной температур теплоносителя, расположенных вдоль траекторий движения зерна, к электронному блоку управления в состав которого входят групповой измерительный преобразователь, масштабирующие сумматоры, многовходовые преобразователи и задатчики и регуляторы влажности и температуры зерна, дает возможность определять влажность зерна в любом сечении сушилки, 1спользовать эффективные алгоритмы контроля и регулирования, учитывающие исходную влажность и временное распределение параметров движущегося зерна, что недоступно для регуляторов с определением влажности только на выходе сугаилки, и компенсировать ошибки определения, влажности из-за изменения температуры входящего потока теплоносителя по всей длине пути следования зерна. Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в следующем:повышается точность поддержания заданной влажности высушиваемого зерна, тем самым уменьшаются нецелевые расходы на пересушку , повышается качество высушенного зерна, так как исключение пересушки обеспечивает лучшую сохранность его, улучшает биологические характеристики, что очень важно для семян, продовольственного и фуражного зерна, применение электронных блоков регулирования позволяет существенно улучшить точность регулирования, обеспечивает возможность управления одним регулирующим блоком несколькими сушилками. Проведенные на работающей сушилке испытания подтвердили правильность реализованных решений, т.е. использование шестнадцати датчиков для сушилки СЭШ-16 дало возможность проследить за динамикой сушки по всей ее длине и избежать перегрева зерна. Иэ менение температуры входящего теплоносителя вдоль высоты сушилки составляет не менее , а пренебрежение этим влечет за собой ошибку в определении влажности порядка 20-40%.

X - /z

910.)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ЗЕРНА, содержащее датчик входной температуры теплоносителя, датчик выходной температуры теплоносителя, исполнительный механизм загрузки зерна, механизм регулирования температуры входного потока теплоносителя и блок формирования управляющих воздействий, первый и второй выходы которого соединены соответственно с исполнительным механизмом загрузки зерна и механизмом регулирования температуры входного потока теплоносителя, а первый и второй входы соответственно с выходами датчиков входной и выходной температуры теплоносителя , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьаиения точное- ти поддержания заданной влажности высушиваемого зерна, в него введены N датчиков (N 1,2,3...) входной и выходной температуры теплоносителя, расположенных вдоль траектории движения зерна, а блок формирования управляющих воздействий содержит измерительный преобразователь, узел задания влажности,, узел задания температуры, две группы сумматоров, узел вычисления влажности зерна, узел выделения максимальной температуры, схему сравнения и узел умножений, причем входы измерительного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока фор мирования управляквдих воздействий, первая и вторая группы выходов измерительного преобразователя соединены соответственно с первыми и вторы(Л ми входами сумматоров первой и второй групп, выходы сумматоров первой группы соединены с входами узла вы- числения влажности зерна и группой входов узла умножения, первый и второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом узла задания влажности, выходом узла вычисления влажности и первым выходом блока формирования управляющих воздействий, выхода сумматоров второй группы соединены с входами узла выо со деления максимальной температуры и группой входов схемы сравнения, первый и второй входы и выход которой соединены соответственно с выходом узла задания температуры, выходом узла выделения максимальной температуры и с вторым выходом блока формирования управляющих воздействий.