Автоматизация процессов послеуборочной обработки зерна

Обновлено: 18.09.2024

Обобщенная технологическая схема послеуборочной обработки зерна имеет вид (рис. 4.4, стр. 320). Послеуборочная обработка зерна необходима, так как поступающий из-под комбайнов зерновой ворох наряду с зерном содержит сорные и соломистые примеси, а влажность зерна превышает допустимую (14 %) и достигает 30 % и более. Наибольшее распространение получили зерноочистительно-сушильные комплексы ЗС, техническая схема которого приведена на рис. 4.5, стр. 321. Комплекс состоит из зерноочистительного и сушильного отделений, связанных между собой зернопроводами. Зерно из кузова автомобиля с помощью автомобилеподъемника выгружают в завальную яму, откуда загрузочной норией оно транспортируется в машину предварительной очистки, а затем – нориями в шахты сушилки. Из сушилки высушенное зерно подается с помощью нории в охладительные колонки для охлаждения наружным воздухом, а затем норией направляется на ветрорешетные машины для дальнейшей очистки и транспортерами на триерные блоки для сортирования. Очищенные семена и отходы поступают в соответствующие секции блока бункеров.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА

Активное вентилирование – продувание массы зерна холодным или подогретым воздухом – необходимо для временного хранения (консервирования) влажного зерна. Активное вентилирование, кроме консервации, предупреждает самосогревание, охлаждает и подсушивает зерновые насыпи. В основе сушки вентилированием лежит зависимость равновесной влажности зерна ω от относительной влажности воздуха (рис. 4.6, стр. 322). Зерно увлажняется при относительной влажности воздуха выше равновесной и подсушивается при влажности воздуха ниже равновесной.

Вентилируемый бункер имеет цилиндрическую форму и выполнен из штампованных перфорированных секций. Внутри бункера находится воздухораспределительная труба. Зерно с помощью нории загружается между внутренним и внешним цилиндрами. Разгружается бункер самотеком через люк.

Автоматизация БАВ зерна предусматривает автоматическое управление загрузкой бункеров, воздухораспределением в бункере, температурой и влажностью зерна и продуваемого воздуха (рис. 4.7, стр. 324).

При включении привода M1 нории контактом KM1.2 подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM2. Включается привод M2 лебедки на подъем заглушки. Заглушка передвигается вверх, пока не разомкнутся контакты конечного выключателя SQ1 датчика уровня. Окончание загрузки и отключение нории вызывает замыкание контакта KM1.3 в цепи катушки магнитного пускателя KM3 реверсивного привода лебедки. Заглушка опускается вниз, пока датчик положения SQ2 не коснется зерна.

При помощи кнопок SB3, SB4 можно дистанционно управлять электроприводом M2 вручную, при этом тумблер SA должен быть разомкнут. Переключатели SA1 и SA2 могут быть установлены в 2 положения: С – сушка и К – консервация при Р ручном и А автоматическом управлении.

Датчики уровня SL1 и SL2 своими контактами контролируют верхний и нижний уровень зерна в бункере. Когда уровень зерна достигает максимума, размыкается контакт SL1, отключается пускатель KM1, включатся реле времени KT1 и через него – магнитный пускатель KM4 электропривода вентилятора.

Влажность воздуха на входе в слой зерна и выходе из него контролируется влагомерами с контактными датчиками SM1 и SM2. Если влажность зерна повышенная, то замыкаются контакты SM1 и срабатывает реле KV1. Через время, нужное для продувания слоя зерна, реле времени КТ размыкается. Процесс сушки продолжается до тех пор, пока до установленного значения не снизится вынос влаги из зерна. Тогда размыкаются контакты SM1, отключается реле KV1 и привод вентилятора KM4. Одновременно включается звонок, сигнализирующий об окончании процесса сушки.

Калорифер включается только при работающем вентиляторе, когда высокая влажность воздуха на входе в зерно. В этом случае замыкаются контакты датчика SM2, и реле KV2 включает магнитный пускатель KM5 калорифера. Отключается калорифер автоматически в результате размыкания контактов датчика SM2 при снижении влажности окружающего воздуха.

В режиме консервации управление ведется по температуре зерна, которая контролируется датчиком температуры SK, который через магнитный пускатель KM4 управляет вентилятором.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ

Процесс сушки включает 2 периода. При удалении поверхностной влаги (1-й период) сушка происходит с постоянной скоростью, которая определяется подводом к материалу энергии от внешних источников. Удаление сорбционной влаги (2-й период) происходит с уменьшающейся скоростью, так как процесс сушки в этом случае характеризуется перемещением влаги внутри зерен. На скорость сушки в первую очередь влияет скорость поступления влаги из глубины зерен к поверхности испарения.

При конвективном способе сушка зерна осуществляется смесью воздуха с топочными газами или нагретым воздухом (агентом сушки). Агент сушки проходит по межзерновому пространству массы зерна. При этом происходит нагрев зерна, поглощение влаги и вынос ее из зерновой массы.

Интенсивность сушки зерна зависит от температуры, относительной влажности и скорость агента сушки (от удельной подачи агента сушки в зерновую массу).

С увеличением температуры воздуха относительная влажность воздуха уменьшается, а влагопоглотительная способность увеличивается. Поэтому повышение температуры воздуха (агента сушки) позволяет ускорить процесс сушки зерна. При сушке зерна важно знать его термоустойчивость, т.е. способность к сохранению в процессе сушки семенных и продовольственных свойств при той или иной температуре зерна. Необходим контроль предельно допустимой температуры нагрева зерна. Основные параметры, характеризующие режим работы зерносушилок: температура агента сушки, температура нагрева зерна и продолжительность сушки. Следует также учитывать скорость агента сушки в зерновой массе.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОЧИЧТКИ И СОРТИРОВКИ ЗЕРНОВОЙ МАССЫ

Очистку и сортировку зерновой массы в потоке осуществляют в процессе предварительного и окончательного сепарирования на воздушно-решетной машине.

Зерновая масса из приемного бункера питателем подается в воздушный канал 1-й аспирации, где воздушным потоком отделяются и выводятся из машины легкие примеси. Затем зерновая масса поступает на решетный сепаратор из четырех колеблющихся решет, расположенных попарно одно над другим и под некоторым углом к горизонту. Верхние решета сортировальные – проходные, т.е. зерно основной культуры через них просеивается, а крупные примеси скатываются (идут сходом) и удаляются из машины. Нижние решета (подвесные) выделяют из потока мелкие примеси, также удаляемые из машины, а зерно основной культуры идет сходом, проходит через воздушный канал 2-й аспирации, освобождается от оставшихся мелких примесей и очищенное зерно покидает машину.

Качество работы зерноочистительной воздушно-решетной машины определяют по следующим контролируемым и управляемым параметрам: производительности машин по чистому зерну qк, чистоте выходного зерна ψк, содержанию зерна в отходах аспирации За и содержанию зерна в крупных примесях Зп.

Управляющими входными воздействиями являются: подача зерна в машину qн, скорость воздушного потока в каналах аспирации v и частота колебания решет w. Чистота ψн, влажность ω и натуральный вес j поступающего зерна представляют собой возмущающие воздействия.

Чистота ψк зерна в основном зависит от подачи зерна qн и чистоты поступающего в машину зерна ψн, а производительность qк – от подачи qн.

Технологические требования к сушке зерна различных культур представлены в таблице.

Изучена возможность решения задач автоматизации технологических процессов зерносушильного производства на основе разработки системы автоматического управления технологическим процессом сушки зерна с использованием ЭВМ в замкнутых контурах управления и создания децентрализованных систем управления на базе микроЭВМ, обеспечивающих более высокую эффективность и надежность функционирования по сравнению с централизованными.

Перед аграрно-промышленным комплексом Российской Федерации в настоящее время стоят слож­ные задачи по совершенствованию управления производством, повышению его качества и эффективности, обеспечению широкого применения автоматизированных систем управления, построенных на базе микро- и миниЭВМ. В современных условиях производства зерна весьма актуальными являются вопросы увеличения производительности труда, снижения себестоимости продукции, экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов, интенсификации использования технологического оборудования для послеуборочной обработки комбайнового вороха [1].

Одно из направлений решения этой важнейшей задачи — автоматизация контроля и управления тех­нологическими процессами на базе современной вычислительной техники.

Одним из основных факторов повышения качества зерна и семян является сушка — обязательный этап технологического процесса сельскохозяйственного производства в условиях зон повышенного увлажне­ния. Зерновой материал, высушенный до кондиционной влажности, длительно и безопасно хранится, что равноценно дополнительному производству и сохранению продукции, позволяет использовать часть посев­ных площадей под другие культуры и дает значительный экономический эффект в масштабах страны.

Успешное решение задач автоматизации технологических процессов зерносушильного производства представляется возможным на основе использования ЭВМ в замкнутых контурах управления, что подтвер­ждается опытом эксплуатации подобных систем. В последнее время в связи с развитием элементной базы вычислительной техники появилась тенденция создания децентрализованных систем управления на базе микроЭВМ, обеспечивающих более высокую эффективность и надежность функционирования по сравнению с централизованными.

Наиболее целесообразным является применение микроЭВМ при автоматизации сравнительно не­больших технологических объектов периодического действия. Применение децентрализованных систем управления для автоматизации процессов сушки в камерах непрерывного и периодического действия позво­лит развивать создаваемые системы управления как по сложности реализуемых законов управления для каждого объекта, так и по количеству уровней управления.

Разработка системы управления для технологического процесса сушки зерновых материалов включа­ет несколько этапов.

Целью первого этапа является исследование технологического процесса как объекта автоматизации, определение принципов построения системы управления. Основные задачи первого этапа: анализ техноло­гического процесса и существующих систем управления, выявление их особенностей и недостатков; форми­рование цели создания и функций системы управления, выбор состава комплекса технических средств; со­вершенствование и разработка методов управления нестационарными объектами и систем автоматического контроля и управления отдельными технологическими параметрами.

При решении указанных задач следует учитывать, что интенсификация сушки зерновых материалов в камерах периодического действия, направленная на повышение эффективности действующих и проекти­руемых систем управления в сушильных камерах, приводит к усложнению технологических процессов сушки как объектов управления [2].

Получившие широкое распространение релейные и линейные системы автоматического регулирова­ния не могут обеспечить заданного качества и надежности управления из-за отсутствия необходимой апри­орной информации об объекте [1]. Поэтому в предлагаемых нами системах автоматизированного управления (САУ) в качестве регуляторов влажности, температуры (для позонных зерносушилок и экспозиции) исполь­зуются бесконтактные логические устройства на основе тиристоров и симисторов [2]. В связи с этим для улучшения качества управления в системах управления процессом сушки зерна целесообразно использо­вать адаптивные системы управления, позволяющие приспосабливаться к изменяющимся условиям за счет получения, обработки и анализа с помощью адаптивного управляющего устройства недостающей информа­ции об управляемом процессе [3].

Используя адаптивные системы, можно решать широкий круг задач, в который входят не только зада­чи регулирования, но также и задачи нахождения оптимальных условий работы системы в целом, управле­ния объектами при параметрических возмущениях и при наличии помех.

Появляется все больше работ по использованию адаптивных систем управления и адаптивных регу­ляторов для объектов управления в различных отраслях промышленности, что позволяет надеяться на рас­ширение сферы их применения. Этому способствуют постоянное совершенствование структуры адаптивных систем управления, используемых методов идентификации [4], и применение новых типов управляющих мини- и микроЭВМ. Одним из наиболее перспективных является класс адаптивных систем с идентификато­ром, которые позволяют управлять разнообразными технологическими объектами в условиях их нестацио­нарности, зашумленности, быстроизменяемости, неизмеряемости, ненаблюдаемости, неидентифицируемо­сти или трудноформализируемости отдельных параметров состояния [4].

В настоящее время на зернообрабатывающих предприятиях намечается два направления, решающих одну общую задачу — создание систем автоматического управления.

Интенсификация режимов сушки зерна и повышение требований к качеству высушиваемых материа­лов приводят к необходимости оснащения зерносушильных установок новыми контролирующими приборами и системами автоматического управления, позволяющими решить вопросы контроля и управления процес­сами сушки в камерах периодического действия.

К настоящему времени изучены особенности сушильных камер периодического действия как объектов автоматического управления, однако созданные системы автоматического регулирования температуры и психрометрической разности сушильного агента не имеют коррекции режимов по параметрам высушиваемо­го материала (по средней текущей влажности и температуре), что не позволяет осуществить комплексную автоматизацию процесса сушки. Эти системы не реализуют отрицательные обратные связи по параметрам состояния процесса (т.е. текущим параметрам высушиваемого материала) и, по сути, являются стабилизи­рующими системами автоматического регулирования, позволяющими автоматически поддерживать заданные параметры агента сушки на входе в определенных диапазонах значений. Созданы система и приборы для из­мерения средней текущей влажности зернового материала во время камерной сушки, однако она нуждается в совершенствовании, особенно при использовании в рамках АСУ ТП. Основой для создания автоматизирован­ных систем служит система контроля, обеспечивающая полную наблюдаемость объектов управления.

Существующая в настоящее время система контроля процесса сушки реализована на локальных средствах автоматизации, в которой многие важные с точки зрения управления процессами параметры либо не изменяются, либо изменяются со значительными ошибками и большими временными запаздываниями. Это не позволяет объективно и оперативно оценивать состояние процессов, что в конечном счете ухудшает качество управления ими.

Кроме того, существующая система, в принципе, не может обеспечить выполнение следующих функций:

  • оперативную диагностику состояния оборудования;
  • автоматическую сигнализацию о нарушениях технологического режима;
  • оперативный расчет технико-экономических показателей работы отделений приема и подготовки к сушке;
  • документирование технологической и технико-экономической информации.

Указанные обстоятельства обуславливают актуальность работы, направленной на разработку систе­мы управления на базе микроЭВМ технологическим процессом сушки зерна в зерносушилках сельскохозяй­ственного назначения с камерами периодического и непрерывного действия.

Результаты исследований, проведенных в рамках первого этапа, изложены в настоящей работе. В последующих статьях предполагается опубликовать результаты, полученные при реализации задачи по­строения системы централизованного контроля, разработки структуры комплекса технических средств, а также ее информационного, алгоритмического и программного обеспечения (второй этап). Следующий (тре­тий) этап был посвящен разработке алгоритмического обеспечения системы управления технологическим процессом сушки зерна и решению задач, связанных с разработкой адаптивной системы автоматического управления и созданием программного обеспечения системы управления технологическим процессом, по­зволяющих более полно удовлетворять системе принципов [7], обеспечивающих эффективность, интенсив­ность и оптимальность исследуемого технологического процесса.

Выводы

  1. В условиях многомерности, нелинейности, многоконтурности и многосвязности технологического процесса сушки зерна система автоматического управления зерносушилками должна иметь адаптивную не­линейную структуру.
  2. Системы автоматического управления для малых сушилок периодического действия должны обла­дать отличительными особенностями по сравнению с автоматизированными системами управления, пред­назначенными для больших зерносушилок непрерывного действия.
  3. Системы управления процессом сушки зерна должна быть основана не на релейных элементах с большими временами запаздывания и низкой надежностью, а на современных безынерционных бесконтакт­ных логических элементах повышенной точности и надежности.

Литература

Манасян С.К., Цугленок В.Н., Манасян Г.С., Куликов Н.Н., КрасГАУ


Введение…………………………………………………………6
1. Характеристика хозяйства………………………………………8
1.1 Географическое расположение климатические
условия…………………………………………………………..8
1.2 Производственно-хозяйственные показатели…………………8
1.3 Сведения о постройках………………………………………….9
2. Характеристика объекта автоматизации………………………10
3. Расчет параметров колонковой сушилки……………………..12
3.1 Общие предпосылки…………………………………………. 12
3.2 Методические основы………………………………………….12
3.3 Общие исходные данные………………………………………16
3.4 Расчет цикла с подогревом отработавшей смеси……………16
4. Проектирование электрооборудования……………..………. 23
4.1 Подсчет электрических нагрузок и определение
расчетной мощности на вводе………………………………. 23
4.2 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры……………24
4.3 Выбор автоматических выключателей………………………..26
4.4 Выбор типов электропроводок………………………………..27
5. Разработка схемы автоматизации зерносушилки…………….31
5.1 Составление и описание алгоритма управления……………..33
5.2 Разработка принципиальной схемы автоматического управления, контроля и сигнализации………………………..33
6. Разработка принципиальной схемы силовой сети и схемы
и схемы управления………….…………………………………34
7. Выбор управляющих устройств и элементов
принципиальной схемы………………………………………..37
8. Расчет надежности системы управления установкой………..38
9. Разработка щита управления…………………………………..41
10. Монтаж наладка и эксплуатация разработанной системы… 41
11.Безопасность и экологичность проекта………………………..44
11.1 Основные требования безопасности при монтаже
и эксплуатации электрооборудования объекта……………..44
11.2 Расчет эффективности зануления……………………………46
11.3 Меры безопасности при эксплуатации теплогенераторов…47
11.4 Расчет молниезащиты………………………………………..49
11.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных экологически неблагоприятных ситуациях…………………49
12.Экономическое обоснование проекта…………………………53
12.1 Натурально технико-экономические показатели……………53
12.2 Расчетные стоимостные показатели…………………………54
12.3 Критерии эффективности вариантов технических
решений……………………………………………………….58 Заключение…………………………………………………………62
Список литературы……….……………………………………..64
Пояснительная записка содержит 105 страниц печатного текста, в том числе 5 иллюстраций, 11 таблиц, 4 приложения, 8 листов чертежей.
Ключевые слова: зерносушилка, зерно, система автоматического регулирования (САР), температура, теплоноситель, влажность.
САР сушки обеспечивает стабилизацию режима сушки, практически, исключая снижение качества семенного и продовольственного зерна. При этом повышается производительность сушилки на 20%, снижаются затраты труда, энергоемкость процесса и в целом производственные издержки.
В дипломном проекте сделан расчет силовых проводок, произведен расчет и выбор исполнительных устройств разработанной системы, разработана система автоматического регулирования процесса сушки зерна.


Размер файла: 132,9 Кбайт
Фаил: (.rar)
-------------------
Обратите внимание , что преподаватели часто переставляют варианты и меняют исходные данные!
Если вы хотите, чтобы работа точно соответствовала, смотрите исходные данные. Если их нет, обратитесь к продавцу или к нам в тех. поддержку.
Имейте ввиду, что согласно гарантии возврата средств, мы не возвращаем деньги если вариант окажется не тот.
-------------------


Ворох зерновых культур, поступающий с поля от комбайнов на пункты послеуборочной обработки, представляет собой смесь полноценного, мелкого, щуплого и поврежденного зерна основной культуры, семян различных культурных и сорных растений, а также примесей органического (стебли, колоски, соцветия и листья культурных растений и сорных трав) и минерального (песок, комочки почвы, камушки и т.п.) происхождения. Мелкие, щуплые и поврежденные зерна основной культуры, а также зерна других культурных растений в зерновом ворохе составляют зерновую примесь, а остальные - сорную примесь. Засоренность зернового вороха сорными и зерновыми примесями во многом зависит от почвенно-климатических условий, уровня агротехники, спелости хлебов, а также от качества работы зерноуборочных комбайнов. Поэтому степень и характер засоренности свежеубранного зерна в различных природно-климатических зонах, в пределах одной зоны, даже в одних и тех же хозяйствах, но на различных полях и в разные годы значительно колеблются. При этом содержание семян основной культуры в ворохе составляет 85…98%, а засоренность достигает 1…25%.

В зерновом ворохе при прямом комбайнировании, которое начинают при средней влажности зерна 17…18%, содержится значительное количество зерен с влажностью 24…27%. Особенно велика влажность мелких, щуплых и дробленых зерен основной культуры, семян и соцветий сорных растений, а зеленые части растений практически содержат 50…80% воды. Поэтому в насыпи неочищенного вороха основное зерно заметно увлажняется. Более влажные компоненты зернового вороха энергично дышат, вследствие чего создаются благоприятные условия для развития плесневых грибов, бактерий, насекомых. В результате размножения в зерновой насыпи микрофлоры образуется тепло, которое повышает температуру зерновой массы. В свою очередь, повышение температуры зерновой массы усиливает интенсивность ее дыхания. В таких условиях в зерновом ворохе начинает происходить саморегулирующийся процесс повышения температуры (самосогревание). Предельная температура, которую достигает зерновая масса при самосогревании, составляет 55…65ºС. Процесс самосогревания скоротечен, и температурный максимум может быть достигнут в течение 2…4 суток, практически завершающийся полной утратой семенных, продовольственных, кормовых и технических качеств зерна.

В связи с этим зерновой ворох, доставленный от комбайнов, необходимо:

- сразу же очистить от посторонних примесей. Даже кратковременная задержка с очисткой вороха снижает качество зерна и увеличивает в последующем объем работы. Содержание сорных примесей для пшеницы и ржи допускается не более 5%, для прочих зерновых - 8%, для риса - 10%, а содержание зерновых примесей не более 15%;

- осуществить сушку. Влажность продовольственного зерна не должна превышать 16…19%;

- зерно должно иметь нормальный запах и цвет, зараженность амбарными вредителями не допускается.

Сортовая чистота семян зерновых культур I и II классов должна быть 98…99%, всхожесть - 90…95% (для твердой пшеницы II класса - не меньше 87%), количество обрушенных семян - 0,5…1%, влажность семян - 14…17%.

2. Основные способы разделения зерновых смесей

Способы очистки и соответствующие сепарирующие органы машин подбирают в соответствии и учетом физико-механических свойств семян, сорных растений и примесей. Применяются следующие способы.

1. Разделение семян по линейным размерам. Любое семя неправильной формы имеет длину l, ширину b, толщину δ

Разделение зерна по толщине осуществляют на решетах с продолговатыми отверстиями.

Разделение зерна по ширине осуществляют на решетах с круглыми отверстиями.

Разделение зерна по длине осуществляют при помощи цилиндрического триера (вращающегося цилиндра с ячейками внутри)

2. Разделение зерновой смеси воздушным потоком. Основано на различии в массе и аэродинамических свойствах семян и примесей.

На тело, помещенное в вертикальном воздушном потоке (канале), действуют сила тяжести G и сила сопротивления воздушному потоку R. Если G > R, то тело падает. При R> G тело движется вверх. Если G = R, тело находится во взвешенном состоянии, оно неподвижно относительно стенок канала. Скорость вертикального воздушного потока, при которой тело находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания , или критической скоростью данного тела.

Смесь зерна можно разделить воздушным потоком только в том случае, если критические скорости семян и примесей различны. Значение можно определять по формуле

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Kn - коэффициент парусности, c-1.

4. Разделение семян состоянию поверхности (гладкая, шероховатая, покрыты пушком). Семена смешивают с порошком, содержащим железо и удерживающимся на шероховатой поверхности семян, и пропускают через электромагнитную очистительную машину, магнитный барабан которой притягивает порошок и вместе с ним шероховатые семена.

5. Разделение семян по форме (длинные, шарообразные, трехгранные). Поэтому коэффициент трения при движении таких семян по наклонной поверхности различен. С учетом этого созданы для разделения семян устройства, имеющие наклонные фрикционные поверхности: горки, винтовые сепараторы, фрикционные триеры.

6. Разделение семян по упругим свойствам. Разделение происходит на отражательной поверхности.

7. Разделение семян по цвету (темный-светлый). Используют фотоэлемент: светлые зерна возбуждают в фотоэлементе электрический ток, открывающий клапаны на их пути.

3. Классификация и система зерноочистительных машин

Зерноочистительные машины, предназначенные для очистки и сортирования зерна и семян, классифицируются:

Читайте также: