XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Основной задачей автоматизации технологического процесса является передача приборам и различным автоматическим устройствам функции, которые ранее выполнял человек. Тем не менее, стоит отметить, что автоматизированная система, в отличие от автоматической, требует наличие человека (оператора) на рабочем месте, в основном для того, чтобы он следил за технологическим процессом, и, когда необходимо, регулировал его. На каждом предприятии основные технологические линии являются уникальными, специально разработанными для существующего технологического процесса, обеспечивающие его непрерывность и полный цикл. Однако, уже хорошо работающий технологический процесс всегда можно улучшить, то есть, модернизировать. Поэтому, одной из важнейших задач предприятия является повышения уровня автоматизации производственного процесса. Ведь это значительно снизит расходы на заработную плату, а также увеличит скорость и объемы производства.

Цель исследования

В данной научной статье рассмотрим автоматизацию управления элеватором. Элеватор – это высокомеханизированное сооружение для приёма, очистки, сушки, хранения и отгрузки зерна. Более подробно рассмотрим функции приема, сушки и хранения сырья.

Материал и методы исследования

Автоматизированные пункты приема зерна — это полный комплекс усовершенствованной техники, автомобильные весы, высокотехнологичные бункеры для загрузки и выгрузки зерновых культур, здания и сооружения, оснащенные специальным оборудованием, работающих в единой и слаженной системе.

Сушка зерна – это важный технологический этап, который завершает обработку зерна и доводит его до необходимой влажности, обычно это – 14%. Но, стоить отметить, что эта цифра может меняться, так как при разных технологических процессах необходима разная влажность зерна.

Любое растительное сырьё после сбора будет иметь повышенный процент влажности. Поэтому сушка – обязательный технологический процесс, который предстоит совершить. И так как этот процесс основной и часто используемый, необходимо чтобы технология сушки зерна выполнялась по всем технологическим стандартам, чтобы по ее итогам произошло минимальное «травмирование» зерна, а также сырьё получило физиологическое дозревание и улучшение качества, если это возможно. В процессе сушки работники пытаются сделать так, чтобы в зерносушилке находилось зерно от одного поставщика и одного сорта. Ведь каждое зерно имеет свои различия:

- размер;

- пожароопасность;

- абразивность.

Любая сушка будет хорошо работать для одного сорта, но со своими недостатками для другого. И поэтому, необходимо найти ту самую «золотую середину», при которой будет происходить минимальное ухудшение зерна. Правильный процесс сушки должен происходить так, чтобы понижение влажности происходило от центра (ядра) зёрнышка к его оболочке. Сушка должны идти плавно и постепенно, при постоянной проверке влажности с помощью датчика, который установлен внутри зерносушилки. Ведь если вовремя не остановить сушку или повысить температуры, может произойти обгорание оболочек зерён. Большинство зерносушилок на заводах работают на смеси топочных газов с воздухом. При такой смеси процесс происходит наиболее продуктивно и экономично, КПД становится выше, а расход топлива снижается. В данной конструкции есть свой недостаток - увеличивается риск возникновения пожара, поэтому топки необходимо тщательно контролировать при использовании, ни в коем случае не допускать попадание искр из топки в сушильную камеру.

В процессе сушки существуют три правила, чтобы зерно:

- прогревалось равномерно;

- не перегревалось;

- не пригорало.

Значительное влияние на хранение зерна в амбаре осуществляют внешние факторы, прежде всего, температура и кислород. Микроорганизмы и насекомые активно развиваются в среде, в которой превышены допустимые нормы влажности. Поэтому стоит в совершенстве организовать режимы хранения зерна, чтобы в помещении постоянно поддерживать выбранные условия.

Проведя анализ существующих систем управления элеватором, можно сделать вывод, что они не достаточно автоматизированы, и что участие оператора АСУ в процессе работы можно значительно уменьшить. Ключевым устройством, которое решит эту проблему, является программируемый логический контроллер, настраиваемый на удаленную работу.

Одно из главных преимуществ состоит в том, что функции ПЛК реализуются программно, то есть их можно адаптировать к любой другой среде и системе автоматизации, и что самое главное, не надо будет никуда ходить и ничего доставать. Сейчас это особенно важно, ведь во многих протекающих на предприятии технологических процессах очень опасно. Присутствуют и огромные температуры, и выбросы вредных и ядовитых веществ. Для человека, который не обучен и не приспособлен к данной тематике, может все плохо кончиться.

Сравнив некоторые средства автоматизации между собой, были выбраны следующие датчики:

- Индуктивные датчики М12

- Цифровая термоподвеска ТУР-01

- Датчик влажности FIZEPR-SW100.10.х

В качестве бесконтактных датчиков положения были выбраны индуктивные датчики М12, поскольку необходимо срабатывание датчика на металлический предмет (задвижки и перекидные клапана). Они выгодные, и соответственно, часто используемые в данной среде.

Термоподвеска ТУР-01 предназначена для непрерывного измерения температуры и уровня сыпучих сред в элеваторах, а также напольных зернохранилищах. Прибор может устанавливаться на вновь построенные элеваторы и прочие технологические емкости в составе систем автоматизированного управления. Она одновременно с измерением температуры продукта, выполняет функции уровнемера, и благодаря этому, определяет текущий уровень сыпучей среды.  Стоит отметить, что измерение уровня осуществляется не косвенным методом, а производится по ёмкостному принципу (что является общепринятым в мировой практике уровнеметрии). Поэтому именно этот датчик отлично подходит в зерновом элеваторном комплексе, и преимущественно, в данной системе управления.

Датчик влажности FIZEPR-SW100.10.х выгодно отличается от стандартных микроволновых влагомеров широтой применения. Датчик точно измеряет влажность в диапазоне до 100% у продуктов мелких и крупных фракций (более 5 см). Его погрешность и точность измерения нас полностью устраивает, поэтому для данной выпускной квалификационной работы мы выбираем именно его. Рассмотрим подробно его свойства, а также преимущества и недостатки. Прибор относится к семейству приборов, использующих микроволновые и радиоволновые методы. В отличие от высокочастотных микроволновых датчиков, FIZEPR-SW100.10.х работает на пониженной частоте в метровом диапазоне. Это улучшает его возможности в исследовании крупнофракционных (5 и более см) и сильно неоднородных сред. Выбранный датчик отличается высокой надежностью. Материал устойчив к коррозии и механическим воздействиям. Может устанавливаться в сушилки с температурой до 200°С. При необходимости, возможна адаптация конструкции под специальные условия производства.

Данный процесс реализован на структурной схеме, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема

Также ПЛК более гибки и надежны. Они могут легко перенастраиваться, как и в реальном времени, так и по Интернету. Идет меньший расход времени на обнаружение ошибки, нежели у аналогов. Да и ценовые показатели очень дипломатичны. Применение ПЛК обеспечивает высокую надежность и просто обслуживание той или иной системы управления.

Для более быстрого освоения и понимания принципа работы программы оператором АСУ, была создана схема, показанная на рисунке 2. А также описание алгоритма функционирования, приведенное ниже.

Рисунок 2 - схема алгоритма функционирования программы

Описание алгоритма:

Оператор устанавливает количество тонн зернa;

Опрос датчика влажности;

Влажность выше допустимой:

- Если ДА, то включить зерносушилку;

- Если НЕТ, то выполнить следующие действия:

Выключить зерносушилку;

Открыть задвижку №1;

Зерно подходит по всем параметрам для силосa №1:

- Если ДА, то открыть клапан №1;

- Если НЕТ, то открыть клапан №2;

Конец.

Программа написана с помощью языка CoDeSys, который используется в программировании микроконтроллеров.

На рисунке 3 представлена имитационная модель программы, в которой заданы случайные значение. Программа делает такой вывод, что показатели не устраивают для силоса №1, и открыт клапан №2. То есть, зерно высыпается в силос №2.

Рисунок 3 – имитационная модель программы

На рисунке 4 выполнена и показана визуализация нашей работающей программы, которая способствует облегчению работы оператора АСУ.

Рисунок 4 – Визуализация работающей программы

Заключение

Основным результатом данной работы является разработанная система автоматического управления элеваторным комплексом. Основным преимуществом от внедрения разработанной системы является высокая скорость и точность измеряемых параметров, а также простота использования. Неоспоримым достоинством системы является открытость, благодаря чему ее можно постоянно усовершенствовать.

Интересным потенциальным направлением для дальнейшей модернизации системы является автоматизация и добавление в программу остальных функций элеватора - это очистка и отгрузка зерна.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Бином, 2016. ­704 с.

М.П. Кульчавеня. Основы программирования ПЛК. 2012. 158 с.

А.К. Попов. Элементы теории автоматического управления. 2017. 329 с.

Ю. Н. Петренко, С. О. Новиков. Программное управление технологическими комплексами. 2019. 369 с.

В.Ю. Шишмарев. Основы автоматизации технологических процессов. 2021. 368 с.

Код для цитирования: Скопировать