Дослідження та вдосконалення комп'ютерно-інтегрованої системи керування процесом сушіння зерна в шахтній зерносушарці

Abstract

Актуальність теми. У багатьох галузях сільського господарства і промислового виробництва доводиться стикатися із необхідністю зниження вологовмісту різних продуктів і матеріалів. Відносно сільського господарства, переробної та харчової галузей це пов’язано із загальною задачею підвищення збереженості зернової, плодоовочевої та іншої сільськогосподарської продукції, для чого в останні десятиріччя були створені численні технології сушіння різних продуктів (зниження вологості зернових та олійних культур, доведення сушених овочів і фруктів до такої вологості, коли цукор, що міститься у них, починає відігравати роль консерванту). При чому ці технології знаходять все більш широкого використання, спостерігається формування сушильної галузі промисловості та сільського господарства [1]. При будь-якому масштабі використання сушильних технологій принциповою є реалізація ряду техніко-економічних параметрів, таких як мінімально можлива енергоємність процесу, максимальна однорідність сушіння, мінімальний час виходу на заданий рівень вологості. Ці параметри можуть бути забезпечені грамотним підходом до вибору базових фізичних процесів, що підходять до даної конкретної ситуації зневоднення продукції, відповідних їм технологій сушіння і, відповідно, за рахунок обладнання, завдяки якому вказані процеси можуть бути реалізовані [5]. Основною задачею сушіння зернових і олійних культур є зниження вологості продукту до значень, при яких його можна безпечно закласти на тривале зберігання без побоювань виникнення осередків саморозігрівання. Однак сушіння – це не тільки спосіб зниження вологості зерна. При правильно підібраному режимі сушіння відбувається фізіологічне дозрівання зерна та покращення його якості. У процесі неправильного сушіння при нагріванні зерна більше допустимої температури відбувається погіршення його якості, знижується схожість і енергія пророщування у насіннєвому зерні, збільшується кількість тріщин у зернобобових культур та рису, знижуються хлібопекарські властивості муки, отриманої з такого зерна. Наприклад, у кукурудзи у результаті сушіння при високій температурі повністю втрачається схожість, але повністю зберігається кормова цінність. У пересушеній кукурудзі погано відокремлюється крохмаль. Під час сушіння пшениці при високій температурі відбувається "закалювання" зерна, що утруднює його розмелювання [26]. Велику небезпеку для зерна являють плісняві гриби, бактерії, шкідливі домішки і патогенні мікроорганізми, що переносяться шкідниками хлібних злаків – комахами, гризунами, птахами. Пліснява добре розвивається у теплому і вологому зерні. Коли комахи і пліснява знаходять сприятливе середовище і починають розмножуватися у зерновій масі, вони самі виділяють тепло і вологу, які є побічними продуктами їх живлення і дихання. Виділені тепло і волога підвищують вологість і температуру навколишнього зерна, зони псування зерна збільшуються, які часто називають "осередками саморозігрівання". Токсини, що утворюються у процесі пліснявіння, пошкоджені комахами і пліснявою зернівки, забруднення і запахи від шкідників зерна обумовлюють зниження його кормової якості, тварини відмовляються споживати таке зерно. Обробка і транспортування пліснявілого і пошкодженого зерна негативно впливають на безпечність праці і здоров’я працівників. Ураження зерна грибками можливе і у полі, і при зберіганні. Боротьба із мікотоксинами – загальносвітова проблема, оскільки у структурі втрат зерна на долю мікотоксинів припадає 25% [7]. Одночасно з існуючими зазначеними факторами ризику зберігання зерна і зниження вартості зернової сировини відбувається значне подорожчання енергоносіїв, що призводить до збільшення вартості процесу сушіння. Іншими словами, підвищуються вимоги до ретельного дотримання технологічних параметрів сушіння із одночасною економією енергоносіїв. Тому дослідження, спрямовані на енергетичне вдосконалення технології сушіння зерна, підвищення ефективності використання електроенергії, обґрунтування раціональних параметрів та режимів роботи електрообладнання, є актуальними і своєчасними. Об’єктом дослідження є процес сушіння зерна у шахтній прямоточній зерносушарці. Предметом досліджень є залежності енергозатрат на процес сушіння від режиму і параметрів роботи зерносушарки. Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає у підвищенні продуктивності роботи шахтної зерносушарки та якості вихідної продукції шляхом вдосконалення технологічного процесу сушіння, зокрема покращення температурного режиму сушіння. Для досягнення цієї мети сформульовані такі задачі: – дослідження особливостей сучасних систем автоматизації процесів керування температурним режимом сушіння зерна у шахтних зерносушарках; – розробка функціональної схеми системи керування шахтною зерносушаркою і алгоритму її роботи; – розробка і дослідження імітаційної моделі об’єкта автоматизації із використанням програмного пакету MatLAB; – обґрунтування вибору алгоритму керування, комплексу технічних засобів автоматизації, визначення показників якості роботи системи керування; – розробка схем системи автоматизації та системи дистанційного керування та контролю сушіння зерна в потоці на основі Scada Trace Mode. Методи досліджень ґрунтуються на основних положеннях теорії сушіння, тепло- і масопереносу, математичного моделювання з використанням комп’ютерних технологій.