Дослідження і розробка автоматизованої системи керування температурою в зерносушарці з використанням комплексу технічних засобів Arduino

Abstract

Актуальність теми. Для забезпечення надійного зберігання зерна і запобігання зниження його якісних та кількісних показників (як за кількістю, так за і якістю) здійснюють комплекс технологічних заходів для підготовки зернової маси до тривалого зберігання. Він полягає у: 1) підготовці току та зерносховищ до приймання зерна нового врожаю; 2) безпомилковому визначенні якісних показників зерна, що транспортується від польових комбайнів; 3) забезпеченні його очищення, сушіння або охолодження; 4) здійсненні хімічного консервування (якщо є така необхідність); 5) організації боротьби із хворобами і шкідниками; 6) контролі за якістю виконання технологічних процесів та зберігання. Процес сушіння є основною технологічною операцією з доведення зерна та насіння до стійкого стану. Тільки після того, як із зібраної свіжої зернової маси видалено весь надлишок вологи і зерно доведено до сухої кондиції, можна розраховувати на подальшу тривалу збереженість продукції. Сушіння сировини полягає у видаленні з неї будь-якої рідини, наслідком чого є збільшення відносного вмісту сухої частини. Відомо, що у висушеній масі зерна всі живі компоненти, за виключенням комах і шкідників, перебувають в анабіотичному стані. Зберігання зерна в сухому стані є основним засобом підтримання високої життєдіяльності насіння в зернових партіях будь-якої культури, а також забезпечення високих продовольчих якісних показників зерна протягом тривалого терміну зберігання. Існуючі способи сушіння зерна враховують його сорбційні та інші властивості. Якщо розглядати зерно як об'єкт сушіння – воно являє собою живий організм із капілярно-пористою структурою. Плодові оболонки насіння пронизані капілярами, тому вони проникні для водяної пари. Оболонки насіння і алейроновий шар, навпаки, є відносно мало-проникними для пари води і за неправильного режиму сушіння можуть бути причиною здуття зерна, спричиненого затримкою видалення вологи, яка накопичилась всередині ендосперму. Крім того, зародок містить альбуміни – дуже чутливі до температури водорозчинні білки. Наприклад, білки зародка пшениці при температурі, що перевищує 41–42°С, денатурують, тобто таке насіння втрачає схожість. Білкам клейковини характерна вища термостійкість, однак температура нагрівання нормальної клейковини пшениці не повинна перевищувати 50оС, міцної – 45оС, а слабкої за пружністю клейковини сильної пшениці – 55°С. Сушіння являє собою складний технологічний тепломасообмінний процес, який повинен забезпечити збереженість усіх властивостей речовин у зерні, що можливо за умови дотримання оптимальних параметрів цього процесу. Термодинамічні та теплофізичні властивості зерна (наприклад, теплоємність, теплопровідність) постійно змінюються під час сушіння. Тому виникає потреба у суворому дотриманні рекомендованих параметрів і режимів сушіння насіння кожної культури залежно від його вологості та цільового призначення. Трьома основними способами, що використовуються для сушіння (зневоднення) зерна у сільськогосподарському виробництві, є: 1) теплове (у тому числі вакуумне); 2) сорбційне (контактне); 3) механічне (відтискання, центрифугування). Серед багатьох способів теплового сушіння, які відрізняються способом передачі теплоти зерну, найбільшого поширення набув конвективний, коли теплота до зерна передається конвекцією за допомогою теплоносія, котрий вбирає вологу та видаляється в атмосферне середовище. На цьому принципі заснована робота шахтних, барабанних, рециркуляційних, стрічкових та інші типів зерносушарок. Найбільша частина енерговитрат на виробництво зерна концентрується на стадіях післязбиральної обробки зерна, яка включає очищення, сушіння і зберігання. Затрати енергії на доведення зерна до кондиційного за вологістю стану складають до 70% від загальних витрат. Тому дослідження, спрямовані на вдосконалення та підвищення енергоефективності технології сушіння зерна, обґрунтування раціональних параметрів та режимів роботи електрообладнання зерносушарок, 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 керування та контролю сушіння зерна в потоці. Методи досліджень ґрунтуються на основних положеннях теорії сушіння, тепло- і масопереносу, математичного моделювання з використанням комп’ютерних технологій.