ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА

ENERGY SAVING AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR THE PROCESS OF AERATION OF GRAIN

Пиляев C.H., к.т.н., доцент Афоничев Д.Н., д.т.н., профессор ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»

г. Воронеж, Россия Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script DOI: 10Л2737/16226

Аннотация: Предложена система автоматического управления

процессом вентиляцией зерна на основе нечёткой логики, алгоритм работы которой в режиме сушки заключается в следующем. Если влажность зерна велика (идёт активная отдача влаги), увеличивается подача воздуха с соответствующим повышением его температуры. Таким образом, происходит интенсификация процесса сушки, позволяющая снизить затраты электрической энергии.

Summary: The proposed system of automatic control of the process, ventilation of grain based on fuzzy logic algorithm, in which the drying mode is as follows. If grain moisture is high (goes from active-giving moisture), increases the supply of air with a corresponding increase in its temperature. Thus, there is intensification of the drying process, allowing to reduce the cost of electrical energy.

Ключевые слова: нечёткая логика, автоматизация, вентиляция, зерно, электроэнергия.

Keywords: fuzzy logic, automation, ventilation, grain, electricity.

Для обеспечения длительного и эффективного хранения зерна его влажность должна находиться в заданных пределах. Ежегодно на предприятиях переработки зерна сушке подвергается до 70...90 % всего заготовляемого продукта, поэтому особо актуальной является проблема снижения энергоёмкости зерносушения путём использования низкотемпературной сушки в активно вентилируемых бункерах. Активное вентилирование принудительное продувание массы зерна холодным или подогретым воздухом. Этот способ является наиболее эффективным видом долговременного хранения зерна. Вентилирование насыпи тёплым воздухом с низкой относительной влажностью позволяет подсушить зерно и ускоряет процесс послеуборочного дозревания, повышая энергию прорастания, всхожесть и улучшая хлебопекарные качества зерна. С другой стороны, активное вентилирование позволяет предотвратить и ликвидировать самосогревание зерна, а также охладить его до температуры, обеспечивающей его длительное хранение. Охлаждение и подсушивание зерна создают в насыпи условия, неблагоприятные для развития вредителей и микроорганизмов. Являясь высокомеханизированным, а в некоторых случаях и автоматизированным процессом обработки, активное вентилирование относят к числу наиболее производительных и эффективных способов обработки зерна, как в технологическом, так и экономическом отношениях. Это обусловило широкое распространение активно вентилируемых бункеров в нашей стране.

Вентилируемый бункер представляет собой вертикальный цилиндр с конусообразным дном. Внутри цилиндра по центру установлена воздухораспределительная труба, в которую через электрокалорифер подаётся воздух от вентилятора. Типичная система автоматического управления влажностью и температурой зерна большинства серийно выпускаемых устройств активного вентилирования зерна [1,2] выглядит следующим образом (рисунок 1).

Функциональная схема типовой системы управления активно вентилируемым бункером

Рисунок 1 - Функциональная схема типовой системы управления активно вентилируемым бункером

Основной регулируемой величиной является влажность воздуха на выходе бункера F2 и реализуется двухпозиционный релейный закон регулирования, то есть при достижении влажности воздуха значения равновесной влажности выключаются вентилятор и калорифер, при повышении влажности от заданного значения вентилятор и калорифер включаются. Датчик влажности воздуха F2 на входе в бункер используется для отключения калорифера, если эта влажность ниже заданной величины. Датчик температуры зерна используется только для предотвращения самосогревания зерна: если температура зерна выше заданного значения, то включается вентилятор. Как правило, подобные системы реализуются на базе релейной техники.

Основными недостатками таких систем управления является достаточно низкая точность регулирования [3], обусловленная тем, что равновесная влажность зерна определяется не только относительной влажностью воздуха, но и другими факторами: температурой воздуха, температурой зерна и т.д. Это приводит к излишней продолжительности сушки зерна, а следовательно, к перерасходу электроэнергии.

В работе [4] предлагается более совершенная система автоматического управления, основанная на регулировании именно равновесной влажности зерна, но её недостатком является излишняя громоздкость, большое количество вычислительных модулей и индивидуальной настройки на каждый объект управления.

В данном случае, более пригодной по сравнению с традиционными системами регулирования и более простой, чем предложенная в [4], с позиции экономии электроэнергии, может быть система управления на основе нечёткой логики [5, 6, 7]. На рисунке 2 приведена функциональная схема предлагаемой системы автоматического регулирования на основе нечёткой логики.

Функциональная схема системы автоматического управления бункером активного вентилирования зерна на базе нечёткой логике

Рисунок 2 - Функциональная схема системы автоматического управления бункером активного вентилирования зерна на базе нечёткой логике

На приводной асинхронный электродвигатель приточного вентилятора подаётся напряжение с преобразователя частоты, тем самым позволяя изменять

142

частоту вращения вентилятора, а, следовательно, и его производительность в значительных пределах с минимальными потерями энергии. Температуру нагревательного элемента калорифера, а следовательно и температуру воздуха на входе бункера можно изменять с помощью тиристорного регулятора напряжения. Для задания частоты вращения двигателя вентилятора и температуры калорифера используется программируемый логический контроллер, к которому подключены все датчики.

Таким образом, выходными величинами системы управления бункером активного вентилирования зерна являются две лингвистические переменные: «Частота» - частота питающего напряжения двигателя вентилятора / и «Напряжение» - напряжение питания нагревательного элемента калорифера U.

В режиме сушки зерна в качестве входных величин системы управления примем следующие лингвистические переменные: «Влажность зерна на входе» - F1, «Влажность зерна на выходе» Рг и «Температура воздуха на входе» Т.

Алгоритм работы системы в режиме сушки заключается в следующем. Если влажность зерна велика (идёт активная отдача влаги), увеличивается подача воздуха с соответствующим повышением его температуры. Таким образом, происходит интенсификация процесса сушки, позволяющая снизить затраты электрической энергии. С помощью контроллера можно автоматизировать и все остальные процессы сушки зерна: загрузку и выгрузку бункера.

Список литературы

  • 1. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов [Текст] / И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. - М.: КолосС, 2004. - 344 с.
  • 2. Основы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами [Текст]: учебное пособие / С.Н. Пиляев, П.О. Гуков, Д.Н. Афоничев, Р.М. Панов. - Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I, 2013. - 177 с.

3. Васильев А.Н. Электротехнология и управление при интенсификации сушки зерна активным вентилированием [Текст] / А.Н. Васильев. - Ростов-на-Дону: Терра-Принт, 2008. - 240 с.

4. Васильев А.Н. Проблемы оптимального управления сушкой зерна активным вентилированием [Текст] / А.Н. Васильев // 1 -я международная научно- практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)». - Москва:

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина, 2002. - С. 80-83.

  • 5. Гостев В.И. Нечёткие регуляторы в системах автоматического управления [Текст] / В.И. Гостев. - Киев: Радюаматор, 2008. - 972 с.
  • 6. Пиляев С.Н. Энергосберегающая система автоматического управления воздушной завесой печи [Текст] / С.Н. Пиляев, Д.Н. Афоничев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сб. научн. тр. по матер, междунар. зочн. научно-практич. конф. - 2014. - № 5. - 4.3(10-3). Междунар. научно-техн. конф. «Техника и технологии - мост в будущее» / Воронежская государственная лесотехническая академия. - Воронеж, 2014. - С. 261-265.
  • 7. Пиляев С.Н. Совершенствование системы автоматического управления воздушной завесой печи [Текст] / С.Н. Пиляев, Д.Н. Афоничев // Инновационное развитие техники пищевых технологий: матер, междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 85-летию Воронежского государственного университета инженерный технологий. - Воронеж: Воронежский государственный университет инженерный технологий, 2015. - С. 306-310.

УДК 371.134

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >