АКТУАЛЬНІ ЗАДАЧІ СИСТЕМ ВОЛОГОМЕТРІЇ ТА ТЕРМОМЕТРІЇ НА ПІДПРИЄМСТВАХ АГРОПРОМИСЛОВОГО КОМПЛЕКСУ ТА ІНТЕГРАЦІЇ ЇХ В асу ЕЛЕВАТОРОМ

Актуальні задачі систем вологометрії та термометрії на підприємствах агропромислового комплексу та інтеграції їх в АСУ елеватором

В даній статті розглядаються актуальні задачі систем вологометрії та термометрії, виходячи із 30- літнього досвіду розробок і впроваджень Державного науково-виробничого підприємства «Ельдорадо» (ДНВП «Ельдорадо»).  ДНВП «Ельдорадо» створено згідно програми конверсії СРСР, на базі науково-технічного потенціалу ВНДПІ «Океанмаш».

ВОЛОГОМЕТРІЯ

Після завершення розробки [1], згідно до технічного завдання Карлівського машинобудівельного заводу, та дослідної експлуатації [2] системи контроля і управління процесом сушіння зерна, яка включає в себе вологомір зерна в потоці, наше підприємство перейшло до серійного виробництва цієї системи. На цей час впроваджено близько 400 систем, більш детально див. [3]. Системи впроваджувались як на зерносушарках, які знаходяться в експлуатації десятки років, з метою їх модернізації, так і на нових зерносушарках. Модернізації підлягали як вітчизняні  зерносушарки ДСП-32, ДСП-50, УПЗ-1А, так і імпортні зерносушарки виробництва США, Франції, Італії, Аргентини, Туреччини, Польщі, Німеччини, Швеції та ін.

Однак, досвід промислового впровадження показав, що позитивний ефект від впровадження в більшості випадків не забезпечується  в повному обсязі тільки встановленням системи контролю управління процесом сушки зерна. Технічні проблеми пов’язані в основному з технічним станом зерносушарок, які притаманні старим сушаркам.

Перша, яка має місце, проблема – затвори випуску зерна із зерносушарки. Внаслідок зносу механізмів приводів, або невірного їх регулювання, затвори відкриваються не на повну амплітуду. В результаті, збільшується нерівномірність швидкості руху зерна і, відповідно, нерівномірність сушіння по шару зерна в шахті сушарки.  Правильна робота затворів підвищує ефективність роботи сушарки. Після заміни приводів затворів на сушарці ДСП-32, в ряді випадків, фахівці підприємств — замовників відмічають суттєве підвищення однорідності вихідного зерна, як по температурі, так і по вологості. Як результат – розходження між показниками поточного вологоміра і результатами аналізу методом СЄШ-3М не перевищує 0,3 % .

Друга проблема  із затворами характерна для сушарок ДСП-50 до 2005 року випуску та пов’язана із конструктивним прорахунком в розмірах затворної рами. Фаза решітки затворної рами відносно нерухомої решітки не однакова по довжині затвору, що приводить до різної швидкості зерна по шару шахти, особливо при неповній амплітуді переміщення затворної рами. На практиці спостерігалась майже дворазова різниця в об’ємах вихідного зерна по першому і по другому конусам при різниці по вологості до 5% і по температурі до 15° С. Вирішення проблеми – збільшення до максимуму амплітуди переміщення затворної рами і вирівнювання фази решітки за довжиною затворної рами.

Наступна проблема також пов’язана з конструктивною особливістю сушарки ДСП-50, а саме з лінійним розташуванням підвідних і відвідних повітряних коробів в зоні охолодження. При неповному відкриті заслінок проводів повітря, які забирають повітря із зони охолодження, зерно, що рухається поблизу відвідних повітряних коробів, не встигає охолонути. Як наслідок, температура зерна на виході суттєво перевищує температуру навколишнього середовища, а вологомір зерна в потоці, який вимірює температуру найбільш нагрітого зерна, неправильно коректує свої показання.

На практиці, при досліджені причини суттєвого і непостійного розходження  показань вологоміра з лабораторними аналізами було виявлено наступне. При температурі навколишнього середовища 10°С, середня температура зерна на виході із сушарки складала 25°С, а показання датчика температури вологоміра склало 40°С. Зерно з такою температурою, після його закладки в елеватор, потребує послідующого охолодження, що обумовлено погіршенням його якості і додаткових витрат енергії. Після відкриття заслінок температура зерна на виході знизилась до 12 … 15°С, що дозволяє виключити його додаткове охолодження.

В результаті робіт по впровадженю системи контролю і управління процесом сушіння зерна розробки і виробництва ДНВП «Ельдорадо», на Карлівському машинобудівельному заводі в сушарках, що випускаються з 2006 року, в зоні охолодження встановлюються секції з шахтним розташуванням підвідних і відвідних коробів. Аналогічна ситуація склалася з пропозиціями внесення змін до конструкції сушарок інших виробників і неодноразово виникала за результатами впровадження системи контролю і управління сушіння зерна.

Суттєвим фактором, який погіршує рівномірність руху зерна в шахті по шару, є наявність повітряних «напівкоробів», які необхідно демонтувати, що, між іншим, вже зроблено на переважній більшості сушарок ДСП-32.

Дуже сприятливо впливає на якість сушіння попереднє очищення зерна, особливо кукурудзи, від таких грубих домішок, як бадилля та качани. При очищені знижується вірогідність локального зависання зерна, а отже і його перегріву, зменшується нерівномірність сушіння по шару та збільшується інтервал між зупинками зерносушарки для її зачищення.

Найбільш важлива по значенню проблема, яка лежить як в технічній, так і організаційно-методологічній площині, це відбір проб для лабораторного аналізу. Необхідно відмітити, що наявність вологоміра зерна в потоці на сушарці повністю не відміняє необхідність проведення лабораторного аналізу вологості та виконує не дискретний, а безперервний контроль вологості зерна в потоці. Це дозволяє зменшити частоту відбору проб до мінімуму, необхідного для визначення середньої вологості зерна за зміну, з можливістю своєчасного впливу на хід технологічного процесу сушіння зерна. На відміну від лабораторного аналізу, який вимірює вміст маси вологи, вологомір в потоці вимірює об`ємний вміст вологи, і в деяких випадках потребує додаткового калібрування по результатам лабораторних аналізів.

Як показала практика експлуатації вологомірів зерна в потоці, найбільший вплив на систематичну похибку вимірювань надає щільність зерна, яка залежить від погодних умов конкретного сезону. Саме тому перед початком сушіння кожної культурі нового врожаю необхідно визначити систематичну похибку вологоміра зерна в потоці і занести відповідну поправку в його показання. В подальшому в процесі сушіння шляхом лабораторного аналізу виконується контроль за кінцевим результатом процесу сушіння  – досягнення заданого значення вологості зерна.
Багаторічний досвід експлуатації вологомірів замовниками показує, що в деяких випадках експлуатація вологомірів забезпечує задовільний результат на протязі декількох років, без будь-якого обслуговування з боку постачальника.

Вищеописані технічні проблеми безпосередньо впливають на точність лабораторного аналізу, так як чим більша неоднорідність по вологості вихідного зерна, тим більша може бути різниця між реальною середньою вологістю і вологістю проби, навіть відібраної суворо за методикою, не кажучи вже про проби, які відібрані з порушенням методики. Згідно методиці, пробу необхідно відбирати однаковими невеликими порціями рівномірно по всій масі зерна, що виходить із зерносушарки.

Через різноманітність конструкції пристрою відводу зерна з під сушарки, який часто не відповідає стандартному проєкту, далеко не завжди існує технічна можливість відбору проб за методикою. Але навіть при наявності такої можливості залишається ще людський фактор.

Кардинальним способом вирішення цих та інших проблем може бути автоматичний або автоматизований відбір проб. На жаль, на цей час нам не відомі реально працюючі, прості та надійні технічні рішення, які можна було б прив’язати до будь-якої конструкції. Тим не менш, рік від року інтерес до автоматизованого або автоматичного режиму сушіння зерна в цілому зростає. На цей час ДНВП «Ельдорадо» розробило та випробувало ряд алгоритмів, з використанням ПІД-регуляторів і емпіричних моделей знань для автоматизованого режиму сушіння зерна [4,5,6 ]. Ключовим технічним засобом реалізації автоматизованого режиму сушіння зерна є вологомір зерна в потоці, який дозволяє безпосередньо, а не опосередковано, як на деяких імпортних сушарках, визначати поточну вологість, з використанням поточного значення вологості в зворотному зв’язку, для формування управляючих сигналів на виконавчі механізми сушарки.

Інтеграція автоматизованої системи сушіння зерна до загальної АСУ ТП підприємства виконується за допомогою стандартних інтерфейсів та протоколів обміну в поєднанні підсистем управління переміщення зерна в зерносушарці з підсистемою переміщення зерна на елеваторі (маршрути) в єдину систему руху зерна [7], та з безпосереднім зв’язком з бухгалтерською підсистемою «Облік руху зерна». [8]

     Висновки:

1. Необхідність формалізації технологічного процесу сушіння зерна, як передумови його автоматизації, висуває більш жорсткі вимоги до повторюваності технічних та технологічних характеристик сушарок, реалізація яких забезпечує синергетичний ефект з суттєвим покращенням результатів сушіння зерна, обумовлених не тільки за рахунок зменшення впливу та помилок оператора, але і виявлення та усунення недоліків та помилок розробників зерносушарок та безпосереднього зв’язку підсистеми контролю і управління сушіння зерна з іншими підсистемами інтегрованої системі управління елеватором.
2. Наявність надійного, серійнопридатного [9] вологоміра зерна в потоці, з технічними характеристиками, які відповідають технологічним вимогам сушіння зерна, дозволяє уже сьогодні реалізувати автоматизований режим сушіння зерна.

ТЕРМОМЕТРІЯ

Асоціація НВП «Ельдорадо» 30 років на ринку розробки та впровадження систем термометрії елеваторів. Якщо на початку 90-х років найбільш актуальними  були питання модернізації морально застарілих систем термометрії елеваторів, то на початок 2000-х склалася ситуація, коли ряд новостворених підприємств, з власними розробками,  склали конкуренцію державному монополісту часів СРСР Житомирському ВО «Промавтоматика», яке під дією цих та інших факторів припинило виробництво термопідвісок та систем термометрії. При цьому, до електричної складової систем термометрії, розробники якої перейшли на більш сучасну імпортну комплектацію, не виникало ніяких проблемних питань. Принципово інша ситуація склалась з конструкцією термопідвіски та матеріалами, які при цьому використовуються.

Ключова альтернатива термопідвіскам виробництва Житомирського ПО «Промавтоматика» зберіглась за Бердянським кабельним заводом, який на певний час фактично став монополістом з виробництва кабель-тросу з пластиковою оболонкою — конструктивної основи термопідвіски. Проте, вже на початку 2010-х ряд підприємств вийшли на ринок з аналогічною продукцією. При цьому, в зв’язку з значним зниженням ціни термопідвісок, для замовника вирішальним критерієм при виборі термопідвісок стала ціна. Якість термопідвісок, беручі до уваги зовнішню схожість термопідвісок в пластиковій оболонці різних виробників, замовником вважалась аналогічною. Але це не так. Оболонка термопідвісок, які вироблялись за часів СРСР, була металевою, тому по факту повністю відповідала вимогам вибухобезпеки. Саме тому термопідвіска повинна відповідати вимогам вибухобезпеки кабельної продукції щодо «іскри тертя», в процесі завантаження/вивантаження елеватора та розрядів статичної електрики. При цьому, необхідно розрізняти сертифікацію на вибухобезпеку електричної частини термометрії та термопідвіски в пластиковій оболонці, яка по суті є кабельною продукцією, виготовленою за спеціальним замовленням, з урахуванням експлуатації в умовах тертя та, як наслідок цього, накопиченням електростатичних зарядів.

Потрапивши в нові економічні умови, за яких основним критерієм вибору термопідвісок стала ціна, замовники, як правило, почали надавати перевагу найбільш дешевому варіанту. Це, в свою чергу, привело до того, що виробники термопідвісок, керуючись виключно комерційною вигодою, металеву оболонку термопідвісок замінили на пластикову, з невстановленими антистатичними характеристиками, які, як правило, не відповідають вимогам вибухобезпеки [10]. Таким чином, найбільш суттєвою відмінністю термопідвісок різних виробників є в відповідності чи невідповідності вимогам вибухобезпеки. За зовнішнім виглядом визначити це не можливо. Найбільш простий і доступний спосіб визначити відповідність термопідвіски вимогам вибухобезпеки за допомогою звичайного тестера. Для кабель — тросу в пластиковій оболонці, що виготовляється на одному із кабельних заводів, згідно технічного завдання та патенту ДНВП «Ельдорадо» [10], який відповідає вимогам вибухобезпеки — погонний опір оболонки на 1 метр не перевищує 1 кОм. Чим менше опір, тим краще. Для термопідвісок, які не відповідають вимогам вибухобезпеки, погонний опір оболонки термопідвіски на один метр, складає сотні  МОм і навіть більше, що є причиною того, що на термопідвісках при операціях завантаження/вивантаження накопичується значний електричний потенціал, що призводить час від часу до розряду статичної електрики, при довженні блискавки розряду від декількох міліметрів до декількох сантиметрів, що при наявності вибухонебезпечної суміші пилу і газу може бути причиною вибуху. Беручі ці обставини до уваги, значно частіші випадки вибухів на елеваторах, в порівняні з часом, коли термопідвіски були виключно металевій оболонці, асоціація НВП «Ельдорадо» постійно при розробці і впроваджені систем термометрії дотримується вимог до вибухобезпеки. Нами, з урахуванням технологічних можливостей вітчизняного виробництва, розроблені декілька варіантів термопідвісок, чотири з яких запатентовано і отримані відповідні свідоцтва [11,12,13,14].

Найбільш жорсткі вимоги до вибухобезпеки, відповідно до нормативних документів, є для елеваторів шроту. Саме тому найбільш доцільними, у цьому випадку, є термопідвіски у металевій оболонці, які є антистатичними за визначенням. На сьогодні, майже на всіх елеваторах шроту встановлені термопідвіски з металевою оболонкою нашого виробництва, серед яких, слід згадати, Пологівський ОЭЗ, на якому в 2008р. виконана заміна системи термометрії з термопідвісками в пластиковій оболонці, з невстановленими антистатичними характеристиками, виробництва ТОВ «ТЕМІКС» м. Миколаїв, на систему термометрії з термопідвісками в металевій оболонці, виробництва ДНВП «Ельдорадо», а також Дніпропетровській, Кіровоградський, Донецький та інші ОЭЗ та елеватори, де виникла аналогічна ситуація. Останнім часом виявлені випадки підробок таких термопідвісок, які підпадають під дію наших патентів, що може призвести до непередбачених наслідків, із з’ясуванням авторських прав.

На завершення слід відмітити,  ДНВП «Ельдорадо» маючі 30 років досвіду розробок та впровадження систем термометрії, з урахуванням специфіки експлуатації, має технічні рішення по системам термометрії, які виходять за рамки цієї статті, наприклад [15].

Висновок: Найбільш актуальним питанням для виробників та замовників систем термометрії є відповідність матеріалів, з яких виготовляються термопідвиски, вимоги вибухобезпеки в умовах «іскри тертя» та в процесі завантаження/розвантаження елеватора, а також розрядів статичної електрики.

ЛІТЕРАТУРА

1. «Влагомер зерна в потоке, мал золотник, да дорог» Просянык А. В., канд. техн. наук, Клабуков В.Ф., Соснин К.В., ГНПП «Эльдорадо» г. Днепропетровск // Хранение и переработка зерна № 8 март 2002 стр. 44-46.
2. «Влагометрическая подсистема зерна в потоке (результаты опытной эксплуатации)» Просянык А. В., канд. техн. наук, Клабуков В.Ф., Соснин К.В., ГНПП «Эльдорадо» г. Днепропетровск //Хранение и переработка зерна № 10, 2003 г. стр.44-46.
3. DNVPELDORADO.COM
4. «СИСТЕМА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ КЕРУВАННІ СУШІННЯМ ЗЕРНА» Автореферат СОСНІН Костянтин Володимирович.
5. Реалізація автоматичного режиму сушіння зерна. Просяник А.В., к.т.н., Ткаченко С.М., к.т.н. та ін. ДНВП «Ельдорадо», м. Дніпро // Хранение и переработка зерна № 5(202) май 2016 г. стр. 32-38
6. «Зниження енерговитрат сушіння зерна (результати дослідної експлуатації)» Просяник А.В., к.т.н., Размахнин О.Д., к.т.н. та ін. ДНВП «Ельдорадо», м. Дніпро // Хранение и переработка зерна, №3 (211), март 2017 г., с.18-22.
7. Автоматизация перемещения зерна – оселок интегрированной АСУ Просянык А.В., к.т.н. директор ГНПП «Эльдорадо» г. Днепропетровск, Соснин К.В., инженер, Ткаченко С.Н. к.т.н., доцент НГУ, г. Днепропетровск // Хранение и переработка зерна, февраль № 2(80) 2006 г. (стр. 39-40).
8. «Характеристика АРМ в інтегрованій АСУП зберігання та переробки зерна.» Просяник А.В., к.т.н., Мельниченко П.И., інженер, Просяник М.А., студентка НГУ, м. Дніпропетровськ. // Хранение и переработка зерна № 3(129) март 2010 стр.58-60.
9. «Сушіння зерна. Коротко про головне.» Просянык А. В., кандидат технічних наук, Ткаченко С.М., кандидат технічних наук, Просяник М.А. аспірант НГУ, ДНВП «Ельдорадо» (м. Дніпропетровськ) // Хранение и переработка зерна № 10(175) октябрь 2013 стр. 28-30.
10. «Основные варианты выбора системы термометрии элеватора» Просянык А. В., канд. техн. наук, Соснин К.В., ГНПП «Эльдорадо», г. Днепропетровск // «Хранение и переработка зерна» № 3 березень 2008 стр. 29-30
11. Патент № 129343. Термопідвіска полегшена.
12. Патент № 129164. Термопідвіска антистатична полегшена.
13. Патент № 120103. Термопідвіска.
14. Патент № 124281. Термопідвіска.
15. «Практична термометрія в зерносховищах з пласкою і похилою підлогами» Просяник А.В., кандидат технічних наук, Хом`як В.С., ДНВП «Ельдорадо», м. Дніпропетровськ // «Хранение и переработка зерна» № 4 березень 2003 р. ст.43-45.

Просяник А.В., к.т.н., директор; Клабуков В.Ф., гол. конструктор,

ДНВП «Ельдорадо», м. Дніпро

Джерело http://hipzmag.com/tehnologii/aktualni-zadachi-sistem-vologometriyi-ta-termometriyi-na-pidpriyemstvah-agropromislovogo-kompleksu-ta-integratsiyi-yih-v-asu-elevatorom/