Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Особенности технологического процесса первичной обработки хлопка на стадии подготовки техническихсемян для производства хлопкового масла 12
1.1 Предварительные операции по подготовке хлопка-сырца к переработке .12
1.2 Особенности джинирования и его влияние на процесс линтерования 18
1.3 Особенности процесса линтерования 20
1.3.1 Управление процессом линтерования .30
1.3.2 Влияние износа пил на процесс линтерования 32
1.4 Автоматизация контроля опушенности хлопковых семян в АСУТП джинно линтерного цеха 33
1.4.1 Использование оптических и акустических методов при автоматизации контроля опушенности 36
1.4.2 Автоматизация контроля засоренности и влажности хлопковых семян и волокна 39
1.5 Методы и устройства контроля продуктов текстильной промышленности и возможность использования их при автоматизации линтерования. 41
1.6 Цели и задачи исследований 43
ГЛАВА 2 Исследования асутп стадии линтерования с подсистемой автоматизации контроля 46
2.1 Экспериментальное исследование влияние второстепенных факторов при автоматизации контроля опушенности 46
2.1.1 Характер изменения выходного сигнала в зависимости от засоренности семян 47
2.1.2 Влияния влажности хлопковых семян на характер изменения ЭДС фо-тоэлемента 49
2.1.3 Изменение ЭДС фотоэлемента от изменения температуры 50
2.1.4 Характер изменения выходного сигнала при различных значениях механической поврежденности 51
2.1.5 Влияние срока хранения хлопковых семян на отражательную способ-ность 53
2.1.6 Количественная оценка влияния второстепенных факторов при автоматизации контроля опушенности 2.2 Теоретическое обоснование метода получения однозначной зависимости выходной величины контролирующего устройства от опушенности хлопковых семян в АСУТП 55
2.3 Реализация операции разности множеств в подсистеме автоматизации контроля линтерования при мультипликативном и смешанном типах ошибок сиг-налов .62
2.4 Выводы 64
ГЛАВА 3 Разработка системы автоматического управления линтерования как подсистемы асутп подготовки семян 65
3.1 Исключение влияния факторов, создающих дополнительные ошибки при
реализации операции разности множеств 65
3.1.1. Теоретическое обоснование размера контролируемой пробы семян .6 7
3.1.2 Влияние неравномерности пробы и скорости перемещения потока семян под окном контрольной камеры при автоматизации технологического процесса линтерованием 69
3.2 Разработка САУ линтерования как подсистемы АСУТП ДЖИННО - ЛИН-ТЕРНОГО ЦЕХА 71
3.3 Выводы 74
ГЛАВА 4 Оценка качественных и количественных характеристик применения асутп обработки семян хлопчатника и результатов её опытно - промышленных исвпытаний 76
4.1 Экспериментальные исследования средств автоматизации САУ .76
4.1.1 Экспериментальная оценка конструктивных параметров и режимов работы средств автоматизации 76
4.2 Моделирование линтера как звена САУ 82
4.2.1 Идентификация линтера как объекта управления с сосредоточенными параметрами .84
4.2.2 Экспериментальное определение передаточной функции линтера .88
4.3 Оценка целесообразности применения локальной САУ линтерованием в АСУТП джинно-линтерного цеха 95
4.4 Управляемость и наблюдаемость локальной САУ линтерованием 98
4.5 Производственные испытания локальной САУ линтерованием в составе АСУТП 103
4.6 Выводы 107
Заключение 108
Список использованной литературы 110
Список иллюстративного материала
- Особенности процесса линтерования
- Характер изменения выходного сигнала в зависимости от засоренности семян
- Теоретическое обоснование размера контролируемой пробы семян
- Оценка целесообразности применения локальной САУ линтерованием в АСУТП джинно-линтерного цеха
Введение к работе
Актуальность темы. Хлопковые семена и линт (короткое хлопковое волокно, получаемое в результате съема его с семян) являются конечным продуктом технологического процесса первичной обработки хлопка в хлопкообрабаты-вающей промышленности. Линт является ценным продуктом для производства хлопковой целлюлозы, продукции текстильной и химической отраслей промышленности. Хлопковые семена в зависимости от степени оголения подразделяются на две категории: посевные и технические. Технические семена используются, прежде всего, в пищевой и химической промышленности. В хлопкопроизводя-щих странах переработка хлопка производится в основном на местах сбора хлопка.
Одной из важнейших предпосылок эффективного функционирования производителя на рынке хлопковых семян выступает формирование качественно нового подхода к созданию хозяйственной системы с интенсификацией технологических процессов. Для Ирака это приобретает особенное значение, поскольку в настоящее время сельское хозяйство этой страны полностью уничтожено и подлежит воссозданию. Одной из основных сельскохозяйственных культур до краха экономики был хлопчатник, из которого производилось, в том числе, и растительное масло.
Создание автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) джинно-линтерного цеха всегда сталкивалось с отсутствием непрерывного автоматического контроля опушенности семян – важнейшего показателя качества процесса и, как следствие, делало невозможным автоматизацию обработки семян на заключительной стадии. В настоящее время этот показатель определяется либо субъективно визуально, органолептически, либо арбитражным методом в лаборатории при заводе, а управление ведется по субъективной оценке. Определение этого показателя вторым методом, согласно действующим ГОСТам одного из наиболее крупных производителей хлопка – Республики Узбекистан, проводится в течение длительного времени (минимум 2 часа), сопоставимым со временем нахождения на линтеровании одной партии джинированного хлопка, что при современных величинах производительности линтеров приводит к недопустимо большому выходу некондиционных семян. Поэтому разработка АСУТП джинно-линтерного цеха с применением нового метода автоматизации контроля семян является актуальной.
Автоматизацией технологического процесса первичной обработки хлопка (ПОХ) занимались отечественные и зарубежные ученые. В СССР такие работы проводились Петушковым Е.Е., который первый подробно исследовал физические свойства хлопка, Хаджиновой М.А., Холматовым М.А., Газиевой Р.Т., Са-рымсаковой А.М., а за рубежом – Мухаммадиевым Д.М., AnthonyW.S, Middle-ton R., NyangaL., MhlangaS.и другие. В РФ работы по совершенствованию про-
цесса линтерования и его автоматизации проводятся в основном учеными из центрально-азиатских республик.
Предлагаемая работа соответствовует Постановлению Правительства Российской Федерации от 4 августа 2015 года № 785 «О создании правительственной комиссии по импортозамещению» и распоряжению Правительства Российской Федерации от 4 августа 2015 года № 1492-р, по которым на возрождение хлопководства в России было выделено в том же году 500 млн. руб. Диссертация выполнялась в рамках научного направления Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова «Теория и методы построения устройств и систем управления, контроля и диагностики», утвержденным 28.09.2011 г. и договором о научно - техническом сотрудничестве между ЮРГПУ (НПИ) и Ташкентским институтом ирригации и мелиорации (Узбекистан).
Целью работы является повышение эффективности процесса производства линтерованных семян хлопчатника, заключающейся в уменьшении выхода некондиционных семян хлопчатника и сокращении расхода энергетических и природных ресурсов, путем включения в АСУТП джинно-линтерного цеха локальной системы автоматического управления (САУ) линтерованием.
Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы необходимо решить следующие основные задачи:
определить факторы и обосновать их влияние на автоматизацию технологического процесса линтрования;
разработать систему автоматизации контроля опушенности хлопковых линтерованных семян, включающую в себя формирователь потока семян, алгоритм и программное устройство, обеспечивающие исключение ошибки контроля при определении степени опушенности семян;
идентифицировать технологический объект управления - линтер;
обосновать эффективность использования САУ в составе АСУТП путем моделирования ее работы;
предложить САУ линтерования в составе АСУТП джинно-линтерного цеха на основе системы контроля опушенности;
подтвердить эффективность разработанной САУ опытно-промышленными испытаниями в процессе подотовки технических семян хлопчатника.
Методы исследования. В работе применен комплексный подход, основанный на теоретико-множественном анализе и эксперименте. При исследованиях использовались квадратичный интегральный критерий для сравнения результатов математического моделированияи статистические методы обработки экспериментальных данных.
Обоснованность и достоверность научных положений и экспериментальных исследований подтверждается корректностью теоретических исследований,
использованием аттестованного оборудования, согласованностью результатов проведенных экспериментов с теоретическими положениями и сходимостью результатов анализа разработанной АСУТП с испытанием ее на производстве.
Объектом исследования является АСУТП обработки хлопковых семян для производства хлопкового масла.
Предметом исследований является система автоматизации контроля и управления процессом обработки хлопковых семян на стадии линтерования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые экспериментально подтверждено и исследовано влияние факторов (засоренности, влажности, температуры, механической поврежденности, срока хранения), приводящих к неоднозначности автоматизацию контроля степени опушенности;
предложено и обосновано путем теоретико-множественного анализа применение метода сравнения физических свойств потока хлопковых семян с эталонным образцом, отличающегося потенциальной возможностью компенсации факторов, мешающих автоматизации контроля степени опушенности семян;
разработаны алгоритм автоматизации контроля и управления процессом линтерования и программа для его реализации, отличающиеся процедурой сравнения степени опушенности контролируемого технологического потока с эталонным образцом путем вычисления их отношения, что позволяет обеспечить функционирование САУ как подсистемы АСУТП;
на основе статистической гипотезы впервые идентифицирован линтер как объект управления с сосредоточенными параметрами и получена его передаточная функция;
Основные положения, выносимые на защиту
-
Экспериментальное подтверждение влияния второстепенных факторов на определение степени опушенности.
-
Теоретико-множественное обоснование метода сравнения для компенсации мешающих факторов при автоматизации контроля степени опушенности хлопковых семян.
-
Автоматизация контроля опушенности семян в технологическом потоке.
-
Идентификация линтера как технологического объекта управления (ТОУ).
5. Разработка САУ линтерованием в составе АСУТП джинно-линтерного цеха.
6. Оценка эффективности применения АСУТП с включением в нее локаль
ной САУ линтерованием на действующем предприятии.
Практическая значимость работы заключается:
в автоматизации контроля степени опушенности семян, позволяющей объективно оценивать состояние технологического процесса линтерования;
в разработке АСУТП джинно-линтерного цеха с включением в нее л о-кальной САУ линтерованием, что дает возможность избежать выход семян с избыточной степенью опушенности и переоголения семян и уменьшения выхо-
да некондиционной продукции в 1,5 – 2 раза.
Результаты работы:
предложена методика оценки эффективности применения САУ линтеро-ванием в составе АСУТП джинно- линтерного цеха, отличающаяся сравнением вычисленного по переходному процессу значения интегрального критерия выхода некондиционных семян с количеством обработанных семян без применения САУ.
были внедрены на опытном Багдадском хлопкообрабатывающем заводе Ферганской области Республики Узбекистан для формирования управляющего воздействия в АСУТП линтерования;
были опробованы на опытном оборудовании технического университета Аль-Фурат Аль-Аусат / Вавилонский технический институт (Ирак);
в виде моделей САУ могут быть использованы в учебном процессе для направлений 15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств и 27.03.02 - Управление качеством, направленность управление качеством в производственных технологических системах.
Апробация результатов работы Результаты работы доложены и обсуждены на 6 конференциях различного уровня, а именно, на: XII международной научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия», г. Новосибирск (2015 г.); II международной мультидисциплинарной конференции «Актуальные проблемы н ауки XXI века», г. Москва (2015 г.); международной конференции «IV Осiннi науковi читання», г . Киев (2015 г .); международной научно-практической конференции «Наука в епоху дисбалансiв», г. Киев (2016 г.); «Современные концепции научных исследований», г. Москва (2015 г.); международной конференции «Научные достижения», г. Москва, (2016г.); III и V международных научно-практических конференциях «Вопросы современной науки: проблемы, тенденции и п ерспективы» г . Москва (2016 г .); II международной научно-практической конференции «Iнновацii в соучаснiй науцi», г. Киев (2016 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 12 статей, в том числе 3 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 104 наименования, и 14 приложений. Работа изложена на 124 страницах и включает 37 рисунков, 11 таблиц.
Особенности процесса линтерования
Таким образом, проведенный краткий обзор показывает, что при хранении и подготовке хлопка-сырца к переработке проводимые операции оказывают влияние на характеристику материала, поступающего в конечном итоге на линтерование (особенно для производства хлопкового масла).
В то же время материал с различными исходными данными, поступающий в переработку на джины и далее в линтеры, где имеются свои особенности соответствующих технологических процессов, отчасти обуслoвливает и условия протекания самих этих процессов.
В свою очередь, сущностью этих процессов, определяющих степень эффективности при автоматизации и качество конечных продуктов, является взаимодействие рабочих органов джинов и линтеров с хлопковым материалом. В соответствии с целью данной работы необходимо представить линтер как технологически объект управления (ТОУ) и определить каналы, по которым целесообразно проводить управление.
Особенности процесса джинирования имеют важное значение с точки зрения формирования исходного сырья для линтерования семян, которые должны поступать в линтер с определенными показателями волокнистости (опушенности).
Хранение, подготовка хлопка-сырца к переработке и силовые воздействия, имевшие место при джинировании, оказывают впоследствии влияние на процесс линтерования. Если не принять соответствующих мер по нормализации рабочих операций в джине, то после линтерования появляются семена с повышенной опушенностью и увеличенным содержанием поврежденных, неподдающиеся в достаточной степени регулированию, что скажется по окончании процесса на снижении урожайности посевных семян, уменьшении выхода масла и на качестве остальных конечных продуктов.
Поэтому в данном разделе проводится анализ ряда особенностей процесса джинирования для того, чтобы можно было учесть их при исследовании вариантов управления линтером и возможности описания его как объекта управления.
В процессе джинирования производится отделение волокна различной длины в определенных пределах при минимальном его повреждении и максимально возможном удалении посторонних примесей (улюка, органического и неорганического сора от остальных составляющих хлопка-сырца). При этом каждый вид продукции должен быть направлен в соответствующие непрерывные потоки (см. рисунок 1.1): - волокно - на волокноочистку и последующее пакетирование его в кипы; - семена - на семяочистку с последующим линтерованием и разделением на линт и семена (технические и посевные); - волокнистые отходы и сорные примеси - на дополнительную переработку с выделением прядильного волокна.
Все эти потоки формируются при непрерывном поступлении хлопка-сырца в рабочую камеру джина, проходя последовательно шахту, питатель и сам джин. В первых двух появляется неравномерность потока хлопка-сырца, которая в конечном счете влияет на плотность массы сырцового валика. Что касается джина, то эти изменения в потоке оказывают влияние на количественные и качественные показатели выпускаемой хлопковым заводом готовой продукции и семян, поступающих далее в линтер.
Даже наиболее полное теоретическое описание процессов джинирования и линтерования, проводившееся в различное время как у нас [32, 33], так и в США [34], не дает возможности представить весь процесс как единое целое, имеются лишь результаты исследований отдельных рабочих операций – элементов процесса [34–37].
В то же время в исследованиях по подготовке хлопковых семян к операции линтерования следующей после джинирования [38] указывается зависимость объемной массы хлопковых семян от удельного давления при опушенно-сти их от 0 до 8,0%. Так, при опушенности 0,49% объемная масса с повышением удельного давления от 0 до 35,5 кПа возрастает с 612 до 635 кг/м3 (на 4%), при опушенности 2,5% – с 523 до 594 кг/м3 (на 13%), а при опушенности 7,7% – с 348 до 480 кг/м3 (на 30%), что, безусловно, оказывает влияние на количество снятого волокна и на начальные условия линтерования.
Аналитическое описание же джина как объекта регулирования в имеющемся анализе процесса не представляется возможным. Поэтому изменения состояния джинированного хлопка следует считать возмущающим воздействием при автоматизации стадии линтерования.
Следующим за джинированием процессом в технологической цепочке является линтерование – отделение коротких волокон линта от семян. В настоящее время эта операция в основном осуществляется на линтерах модели ЛП5, которые собираются в батарею и имеют единый распределительный конвейер. Принципиальная конструкция линтера приведена на рисунке 1.3 (линтер ЛП5 показан в разобранном состоянии).
Требования к длине линта [18, 21, 39] зависят от отраслей хозяйства, таких как текстильная, химическая, оборонная, пищевая и другие, для которых предназначены конечные продукты. Достигается это путем одно- и двухкратно 21 го, а в отдельных случаях трехкратного линтерования (1-й съем, 2-й съем, 3-й съем ), после которого, кроме линта, появляются посевные семена. Первые передаются на маслозаводы как сырье для них или на корм для скота. Вторые применяются в сельском хозяйстве, но при условии соответствия предъявляе мым к ним требованиям.
Характер изменения выходного сигнала в зависимости от засоренности семян
В виду изложенного выше прежде, чем разрабатывать принцип автоматизации контроля, необходимо оценить влияние физических свойств хлопковых семян на определение степени опушенности. Опыты, поставленные с этой целью, включали исследование семян с различной опушенностью при изменении засоренности, влажности, температуры, механической поврежденности и срока хранения с помощью фотодатчиков Ф-55 и универсального вольтметра В7-23 c блоком деления постоянных напряжений Я1-В13 (Приложение 7). После проведения опытов была проведена математическая обработка и на ее основе сделан вывод о значимости каждого фактора при автоматизации технологического процесса линтерования.
С другой стороны требуется выяснить, какие дополнительные погрешности возникают при применении автоматизации технологического процесса лин 47 трерования. Поэтому был проведен ряд предварительных экспериментов для обоснования принципиальной возможности автоматизации контроля и управления процессом линтерования.
Засоренность семян является одним из основных параметров, вносящим ошибку в определение степени опушенности на стадиях джинирования и лин-терования первичной обработки хлопка [12, 16, 19, 61 – 63]. И хотя ее пытаются стабилизировать на различных стадиях ПОХ [66 - 68], для выявления характера погрешности, вносимой засоренностью в работу автоматизированной системы контроля семян, была проведена серия опытов, для чего были выбраны семена одной партии (одного сорта, разновидности, влажности, температуры, срока хранения) опушенностью 7,1 %, 9,5 %, 10,6 %, 15,2 % [69].
Затем все пробы тщательно очищались (т. е. исходная засоренность всех семян равна нулю). Подготовленная проба массой 100 г искусственно засорялась, предварительно заготовленным сором и перемешивалась. Согласно ГОСТу [70] в качестве сора использовались сухие листья и коробочки хлопчатника, которые после измельчения перемешивались с семенами сорных растений, остатками насекомых и комочками земли, составлявшей 10 – 15% от всей массы сора.
Во избежание дополнительных погрешностей перед каждой серией опытов производилась настройка фотодатчика с помощью листа чистой белой бумаги, служившей эталоном. Подготовив датчик и пробу семян опушенностью 7,1% и засоренностью 1%, кювета с ней помещалась в одну из камер фотодатчика. Во вторую – испытуемая. Пробы освещались от стабилизированного источника питания и фиксировались показания контрольно-измерительных приборов. Опыт проводился с десятикратной повторностью, причем после каждого замера семена ворошились.
Завершив опыт с семенами засоренностью 1%, в пробу засыпали еще 1 г сора и повторяли опыт. Аналогично опыт проводился для семян засоренностью 3…7 %. Данные опытов по влиянию засоренности, влажности, температуры, механической поврежденности и срока хранения приведены в приложении 4
После завершения опытов с семенами опушенностью 7,1% опыт проводился на семенах с опушенностью 9,5%, 10,6% и 15,2%. Образцовой пробой служили семена опушенностью 10,6%, засоренностью 1%.
Данные опытов приведены в приложении 4 . Нумерация кривых на графике соответствует проценту засоренности в таблице приложения.
По полученным данным были построены графики зависимости ЭДС фотопреобразователя от опушенности при различных значениях засоренности, представленные на рисунке 2.1.
Номера кривых на графике соответствуют значению засоренности. Из графиков видно, что при опушенности примерно до 8 % засоренность практически не вносит погрешности в результаты контроля, и объяснить это можно тем, что средняя отражательная способность пробы хлопковых семян совпадает с отражательной способностью сора. С ростом значения опушенности до 12 % и более погрешность, вносимая засоренностью становиться более выраженной.
Из [17, 54] известно, что изменение влажности влечет за собой изменение оптических свойств хлопковых волокон в результате изменения цвета перед началом самовозгорания [17], что в свою очередь приводит к изменению отражательной способности. Как следствие, это оказывает влияние на генерируемую фото э.д.с. при фотометрическом методе контроля опушенности хлопковых семян. Для количественной оценки погрешности от изменения влажности семян были проведены опыты с дальнейшей математической обработкой.
Опыты проводились по следующей методике. Пробы семян четырех опушенностей: 7,1 %, 9,5 %, 10,6 %, 15,2 % - были высушены в термостате при температуре 40 0С для того, чтобы исходная влажность всех проб была одинаковой [71]. Во избежание погрешностей от засорения все пробы были тщательно очищены от сора [70].
Подготовленные семена укладывались в пакеты и увлажнялись до 4,8 %, 5,2%, 5,7 %, 6,2 %, 6,7 %. Для равномерного увлажнения семена выдерживались в течении 30 часов [69]. Увлажненная проба укладывалась в камеру фотодатчика и освещалась от стабилизированного источника питания, после чего фиксировались показания вольтметра. Для исключения случайных погрешностей и получения объективных данных опыт проводился с десятикратной по-вторностью при этом после каждого замера семена ворошились.
Во всех опытах образцовой пробой служили семена влажностью 4,8 % и опушенностью 10,6 %. Данные опытов приведены в приложении 4. По полученным данным были построены зависимости ЭДС фотопреобразователя от опушенности при различных значениях влажности. Графические зависимости приведены на рисунке 2.2.
Теоретическое обоснование размера контролируемой пробы семян
При автоматизации контроля опушенности необходимо предусмотреть такие режимы работы средств автоматизации, которые не вносили бы ошибки в результаты работы САУ линтерования. В настоящей главе рассматриваются средства автоматизации примененные при разработке САУ и их место в ней.
Первое, на что требуется обратить внимание – это то, что джинно-линтерые цехи являются объектами с повышенной запыленностью [84, 85], т.е. присутствует фактор третьей группы по классификации второстепенных факторов, неподлежащих контролю из п.2.2. Оптическая система для компенсации изменения освещенности описана и показана в гл. 4 при описании экспериментов.
Контроль выходящих из линтера семян оптическим преобразователем производится на некотором расстоянии от выходного лотка линтера, куда они доставляются транспортером к устройству, контролирующему отраженный изменяющийся световой поток. К чувствительному элементу подаются не все семена, а лишь часть. Для этого технологический поток, выходящий из линтера, разделяется на две части. Меньшая часть подается в бункер слоеформирователя [65], а большая – на дальнейшую обработку. Меньшая часть после прохождения под контролирующим чувствительным элементом также направляется в общий поток. В процессе контроля необходимо исключить просветы между семенами, так как в противном случае поверхность ленты транспортера будет вносить изменения в интенсивность отраженного потока и создавать дополнительную погрешность в сигнале обратной связи. На отражение также может влиять и высота, и неровность контролируемой поверхности, сформированной из потока семян. Для исключения влияния описанных факторов применялось устройство, изображенное на рисунке 3.1 [65]. 6 Рисунок 3.1 - Устройство для определения опушенности: 1-бункер, 2-планчатый барабан, 3-шкив, 4-пассик, 5-прижимной ролик, 6-транспортер, 7-измерительная камера, 8-камера с эталонной пробой, 9-оптическая система, 10-источник света в корпусе, 11-фоточувствительные элементы Здесь семена после ворошения планчатым барабаном 2 в бункере 1 попадают на транспортер 6, где уплотняются прижимным роликом 5, приводимым в синхронное вращение через шкив 3 и пассик 4 с планчатым барабаном. Транспортером они подаются под окно камеры 8, на которой установлен источник света 10 с оптической системой 9 и один из двух фоточувствительных элементов. После прохождения через суженный нижний конец бункера ворошенные и уплотненные семена образуют сплошную поверхность, примерно параллельную окну камеры, исключающую просветы между семенами. Таким образом, исключается засветка поверхности транспортера, а значит и ее влияние на отраженный световой поток. Влияние высоты потока подаваемых в камеру лин-терованных семян на отражение следует определить экспериментально.
При определении размеров пробы, поступающей под окно контрольной камеры, в работе ориентировались на массу семян, используемую для определения опушенности методом изложенном в ГОСТах [86]. Вычисление опушен-ности арбитражным методом производится по формуле Г=1"н-Г=1об; ї=і(тн тоб ) О = т - =—- -. (3.1) Поэтому при автоматизации контроля опушенности оптическим методом необходимо выбрать такой размер пробы и способ ее укладки, чтобы масса пробы соответствовала формуле (3.1), а отраженный поток соответствовал суммарному потоку, отраженному поверхностью одного семени, т. е. если ее площадь Sc, а площадь поверхности пробы Sп, то должно соблюдаться равенство: 7 5п A (SndSn= f2 ScdSc, (3.2) где Sп и Sc- площади поверхности пробы и одного семени соответственно; fi(Sn и АС$с - световые потоки, отраженные от элементарных участков поверхности и семени соответственно; п - количество семян в пробе. Если образцовая проба состоит из п семян, то согласно равенству (3.1) ее величина является постоянной О = const. Поэтому при невозможности получения информации по всей поверхности отдельного семени по отраженному потоку 2 из выражения (3.2), необходимым условием формирования достоверного сигнала об опушенности в линии обратной связи является постоянство п 1 п п , т. е.
С другой стороны, так как Фотр = (О)Фпад, где Фотр – отраженный от поверхности семян световой поток; (О) – коэффициент отражения образца семян, зависящий от опушенности, а Фпад – падающий световой поток, О = const, Фпад = const, (О) = const и, следовательно, Фотр также постоянный.
Так как семена в пробе размещены случайным порядком, то величина не должна зависеть от укладки семян при изменении их положения. Следовательно, должен быть проведен эксперимент на проверку выражения (3.3).
Связав этот вывод с равенством (3.1), которое описывает определение опушенности арбитражным химическим методом по пробе из n семян, следует, что каждое хлопковое семя имеет некоторую опушенность Оi. Выходным параметром процесса линтерования при применении этого метода считается средняя опушенность пробы, состоящей из n семян. Если при определении по двум пробам, согласно [86], расхождение в двух результатах не превышает 0,5 %, то за опушенность принимается среднее арифметическое. Очевидно, что результаты учитывают опушенность по всей поверхности каждого семени.
При оптическом методе операция случайной укладки семян соответствует взятию навески случайным образом в химическом арбитражном методе. Таким образом, формально требуется определить число семян в равенстве (3.2), которое будет достаточным для получения постоянного среднего значения величины отраженного от поверхности семян светового потока. Поскольку в формировании светового потока участвует не более половины поверхности каждого семени, ориентировочно для создания пробы в оптическом методе необходимо взять число семян не менее, чем в два раза превышающее число n в (3.2), что соответствует массе не менее 100 г.
Оценка целесообразности применения локальной САУ линтерованием в АСУТП джинно-линтерного цеха
Оценка технико-экономической эффективности в процессе обработки семян хлопчатника показала явные преимущества от применения АСУТП, включающей локальную САУ линтерованием, и возможность управлять этой стадией процесса на основе как отклонения контролируемого технологического параметра, так с использованием визуального наблюдения выходного технологического параметра управляемого объекта на дисплее АРМ оператора.
Производственные испытания проводились с целью подтверждения или опровержения результатов моделирования и ожидаемых показателей, определивших целесообразность применения локальной САУ линтерованием путем включения ее в АСУТП джинно-линтерного цеха по сравнению с существующим управлением по результатам органолептической оценки или по показателям лабораторного определения опушенности хлопковых семян.
Производственные испытания в соответствии с договором о сотрудничестве между ЮРГПУ и ТИМИ (приложение 1) проводились на Багдадском хлопкоочистительном заводе Ферганской области в течение периода переработки хлопка (урожая 2015 года с 10 марта по 20 мая 2016 года) и урожая 2016 года (с 12 октября по 30 октября 2016 года).
Разработанная локальная САУ была установлена на одном из пяти линтеров батареи линтерования. Для этого был использован аппарат марки Sawtooth (Китай). Остальные линтеры этой батареи и батарей без автоматизации являлись линтерами типа ЛП5-М. Работа велась в три смены в соответствии с организацией производственного процесса на предприятии. За время испытаний обрабатывались семена различных сортов хлопка (108Ф, Ташкент-6, Андижан 55 и др.).
Таким образом, в процессе опытно-промышленных испытаний была обеспечена возможность выполнения всех основных функций АСУТП [103]: - технического обеспечения; - программного обеспечения; - информационного обеспечения; - организационного обеспечения; - оперативного персонала и взаимодействия между ними.
Техническое обеспечение включало в себя формирователь, транспортер с установленной над ним камерой (рисунок 3.1), разделенной внутренней перегородкой с установленными на ней оптической системой (см. рисунок 4.2), двумя фоточувствительными элементами ALS с модулем вход / выход ЮМ2, имеющими возможность работы с аналоговым сигналом в диапазоне 4… 19,25 мА, выполняющем функцию программного обеспечения для вычисления отношения двух сигналов и формирования управляющего воздействия для подачи на частотно регулируемый двигатель ST.
Совокупность описанного технического и программного обеспечения выполняла функцию автоматизации контроля опушенности и может быть использована оператором для наблюдения за технологическим процессом в SCA-DA системе.
Техническое и программное обеспечение составляло САУ линтерованием как подсистему, включенную в АСУТП процесса подготовки технических хлопковых семян для производства растительного масла.
Организационное обеспечение включало профилактику всей АСУТП после летнего перерыва в работе хлопкозавода одновременно с пуском оборудования. Кроме того, испытуемая САУ подвергалась профилактике и настройке каждые 5–10 дней. Настройка отношения выходных сигналов фотоэлементов на значение, равное 1, производилась перемещением оптической системы по отношению к неподвижной части камеры по мере окончания обработки очередной партии хлопковых семян, занимавшей время 8 – 10 часов, т.е. практически одной смены.
Функции оперативного персонала выполнялись работниками самого завода (отбор проб, влючение и отключение технологического оборудования, снятие показаний с приборов, занесение результатов текущих анализов в лабораторный журнал). Для этого линтерованные семена в процессе работы отбирались с линтера, работающего в АСУТП, и с линтеров, управляемых оператором по результатам лабораторного анализа без автоматизации процесса. Семена доставлялись в лабораторию каждые 3–4 часа, то есть 2–3 раза за смену. Для линтеров без автоматического управления в лабораторию поступала проба, отобранная с четырех линтеров батареи. Из семян, как с автоматизированого линтера, так и с остальных четырех, пробы формировались методом квартования [49], для волокна – соответствующим методом [104]. Настройка отношения выходных сигналов проводилась сотрудниками ТИМИ.
Обработанные семена подвергались лабораторному анализу, на основе результатов которого сравнивались данные, полученные с линтера, оснащенно 106 го САУ, и с остальных линтеров. На основе этих данных в технико-экономическом отделе рассчитывалась экономическая эффективность от применения АСУТП. Линтерованные семена контролировались приемщиком, и некондиционные семена отправлялись на повторное линтерование, либо поступали в брак (в случае переоголения). Следует отметить, что переоголенные семена продаются хозяйствам на откорм скоту по более низкой цене, что отражается на экономической эффективности.
Экономия электроэнергии рассчитывалась по общему расходу батарей всех линтеров в сравнении с электроэнергией, потребленной автоматизированным линтером, умноженным на общее количество линтеров (5 батарей по 5 машин). Поправочным коэффициентом, принимаемым равным 1,2…13, учитывался расход электроэнергии, затраченной на предварительные операции подготовки хлопка-сырца, но забракованного на заключительной стадии – линте-ровании семян – и отправленных в брак либо на повторное линтерование. Линтер с установкой на нем локальной САУ показан на рисунке 4.19.