Способ автоматического управления процессом разваривания крахмалсодержащего сырья

(19) П 1) 1) 4 С 12 С 7/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Всесоюзный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт автоматизации пищевой промышленности Научно-производственного объединенияПищепромавтоматика"(56) Авторское свидетельство СССР И 1449574, кл, С 12 С 7/04, 1986,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАЗВАРИВАНИЯ КРАХМАЛСОДЕРЖАЦЕГО СЫРЬЯ(57) ИзоЬретение относится к автоматическому управлению технологичесИзобретение относится к автоматическому управлению технологическимпроцессом разваривания крахмалсодержащего сырья при производстве спиртаили кормов,Цель изобретения - улучшение качества раэваривания, снижение потерьсырья и затрат тепла.На фиг1 изображена установканепрерывного разваривания крахмалсодержащего сырья с основными узламиавтоматической системы управления,реализующей предлагаемый способ; нафиг, 2 - дополнительная подсистемастаЬилизации расхода пара в КГОП;на фиг, 3 - структурная схема инвариантной системы регулирования темпера 2ким процессом разваривания крахмал- содержащего сырья при производстве спирта или кормов, Целью изобретения является улучшение качества разваривания, снижение потерь сырья и затрат тепла, СпосоЬ включает определение оптимальной температуры разваривания в зависимости от рассчитанной теоретической оптимальной температуры с учетом сигналов, пропорциональных температуре раэвариваемой массы до и после контактной головки острого пара и расходу массы после контактной головки вторичного пара. Изобретение обеспечивает снижение потерь сырья на 0;05 дал из 1 т крахмала и уменьшение затрат пара на 10"ь.1 з,п. ф-лы, 3 ил. туры разваривания (для системы, изображенной на фиг, 1),Установка непрерывного развариваниякрахмалсодержащего сырья состоит изагрегата 1 измельчения и сепарирования сырья (зерна), смесителя 2, контактной головки 3 вторичного пара(КГВП), промежуточного сборника 4,насоса 5 замеса, насоса 6 подваренной массы, контактной головки 7 острого пара, трубчатого разварника 8, вы- фдерживателя 9, паросепаратора 10.Автоматическая система управления,реализующая данный способ состоит изконтура стабилизации расхода сырьяхода и исполнительного устройства 13, датчика 14 расхода муки, контура регулирования расхода воды в смеситель, состоящего из регулятора 15 расхода, датчика 16 расхода и исполнительного устройства 17, контура стабилизации температуры массы после КГВП, состоящего иэ регулятора 18 температуры, датчика 19 температуры и исполнитель ного устройства 20, контура стабилизации уровня в промежуточном сборнике, состоящего из регулятора 21 уровня, датчика 22 уровня и исполнительного устройства 23, датчика 24 расхода массы в КГОП, датчика 25 температуры массы перед КГОП, датчика 26 температуры массы после КГОП, блока модели 27 для расчета температуры разваривания; регулятора 28 температуры массы после 20 КГОП, динамических компенсаторов 29 и 30, сумматора 31, исполнительного устройства 32.Дополнительная подсистема стабилизации расхода пара в КГОП включает в 25 свой состав датчик 33, регулятор 34 расхода острого пара и блок модели 35 для расчета задания по расходу острого пара в КГОП (в статике).На структурной схеме инвариантов системы регулирования температуры раз. варивания (фиг. 3) изображены пере- даточные функции (в скобках указаны условные обозначения):объекта (КГОП) - по каналам "расход Г массы - температура 9 после35 КГОП" (Ущ); "температура 9 массы перед КГОП - температура О после КГОП" (Ио) и расход Ч острого пара - "температура О после КГОП" (Ио) 1 Регуля 40 тора - по каналу Ч (И); динамических компенсаторов - по каналу Р - ц(Ы,) и по каналу 9-9 (И).Вход регулятора 11 расхода соединен с датчиком 12 расхода, а выход - 45 с исполнительным устройством 13. Выход датчика 14 расхода муки подан на один иэ входов блока модели 27 для расчета температуры варки. Вход регулятора 15 расхода воды в смеситель соединен с датчиком 16 расхода, а вы 50 ход - с исполнительным устройством 17. В камеру задания регулятора 15 расхода воды подан один из выходов блока модели 27, другой выход блока модели 27 соединен с камерой задания регулятора 28 температуры массы после КГОП. Для формирования выходных сигналов блока модели 27 на него(помимо сигнала от датчика 14 расхода муки) подана информация относительно видаперерабатываемого сырья, объема Ч массы в КГОП, трубчатом раэварнике и выдерживателе, минимально возможном (жетаемом) значениикоэффициента Й ф отношения расходаниНводы и расхода муки, степениизмельченности сырья после агрегата измельчения. Вход регулятора 18 температуры соединен с датчиком 19 температурыпосле КГВП, а выход - с исполнительным устройством 20. Вход регулятора21 уровня соединен с датчиком 22 уровня в промежуточном сборнике 4, а выход - с исполнительным устройством 23Датчик 24 расхода массы соединен свходом динамического компенсатора 29.Датчик 25 температуры массы до КГОПсоединен с входом динамического компенсатора 30. Датчик 26 температурымассы после КГОП соединен с входомрегулятора 28 температуры, Выходырегулятора 28 температуры и динамических компенсаторов 29 и 30 соединены с сумматором 31, выход которогоподан на исполнительное устройство 32,В дополнительной подсистеме стабилизации расхода пара в КГОП выходблока модели 27, на которой подансигнал 9 1, соединен с входом блокамодели 35, другие входы которого соединены с датчиками 24 расхода и 25температуры массы перед КГОП, с датчиком 33 расхода лара в КГОП; в модель 35 подана также информация о теплосодержании (энтальпии) 1 острогопара. Выход блока модели 35 соединенс одними из входов сумматора 31. Насуммутор 31 подан также выход регулятора 28 температуры массы после КГОП.Выход сумматора 31 подан в камеру задания регулятора 34 расхода пара,вход которого соединен с датчиком 33расхода острого пара в КГОП, а выходс исполнительным устройством 32.Данные способ осуществляется следующим образом,1В качестве. целевой функции 2 управления установкой раэваривания принятысуммарные затраты на процесс разваривания, складывающиеся из затрат, связанных с потерями сырья 2, и затрат2, на теплоэнергию, т.е.2 с+2 т (1)с другой стороны,2=2(,т,Ю)5152878т,е, для каждого 1-го вида сырья существует зависимость (2)При конкретной степени измельченности=сопя (см, выше) а продолжи)5тельность разваривания Т равнаЧТ=-, - (3)Р,где Ч - объем массы в КГОП, трубчатомразварнике и выдерживателе;Р, - расход массы из смесителя 2,Иэ материального баланса смесителя 2 видно, что1 м+ 1 м 1 )(4)где с 1=С/Р=совпис.Так как конструктивный параметрЧ=сопзс, то из выражений (3) и (4)следует, чтоТ=(Р,) (5)Таким образом, с учетом взаимосвяэей (2) - (5), целевая функция (2)имеет вид(0 Рм) ги требует, чтобы в оптимальном режимеобеспечивалось 252=мин. (7)0для каждого текущего Р,.для определения значений 0 , которые доставляют минимум целевой функции Е, воспользуемся математическоймоделью:Ч бОТ = О."=о(Т ) (8)т фР(1+с 1, ) Ы ,где с 1" - минимально допустимое по 35техническим соображениямзначение коэффициента Йсоотношения для -го сырья;объемный вес муки;Ц - функция, связывающая температуру 6 раэваривания-го вида сырья с длительностью разваривания.функция ц может быть заложена вблок модели 27 в табличной форме либо 45(после несложного пересчета) в видеграфика, может использоваться такжеее формульная аппроксимация,Для определения задания С на расход воды в смеситель 2 в блоке модели 27 используют соотношение1(9) Регулятор 11 стаЬилизирует на заданном уровне расход Р сырья (зерна)в установку разваривания, этим обеспечивается равномерная нагрузка агрегата 1 измельчения и сепарированиясырья, Расход Р муки в смеситель 2,отличный от расхода Р.на величинуотсепарированного количества недостаточно измельченного сырья, измеряется датчиком 14 расхода, соответствующий сигнал подается в блок модели 27,Регулятор 15 расхода воды стабилизирует расход воды С в смеситель 2.Полученный в смесителе 2 замесподается насосом 5 в КГВП 3, где оннагревается вторичным паром, Регулятор 18 температуры управляет этим на"гревом, стабилизируя температуру массыпосле КГВП,Температура 6, массы после КГВПизменяется в достаточно широком диапазоне в зависимости от расхода замеса Р, расхода и энтальпии вторичного пара, следовательно, так же изменяется температура 6 массы передКГОП, Для КГОП, рассматриваемой какуправляемый объект, изменение 60температуры массы на входе являетсявозмущением,Регулятор 21 уровня управляет расходом подогретой массы в КГОП по уровню массы в промежуточном сборнике 4,т,е, обеспечивает продольную стабилизацию продуктового потока в установкес начала процесса (совместно с регулятором 11 расхода) воздействием настокСледствием этого является то,что при изменении нагрузки Р на установку (переходе на другую производительность) или при изменении продуктового потока Р, до промежуточного сборника 4 по другим причинам изменяетсярасход Р массы в КГОП, ИзменениеЬРрасхода подогретой массы в КГОП является для нее вторым возмущением.Каждое из указанных возмущений приводит к изменению температуры 0 раз 15 На выходе Ьлока модели 27 получают задание по температуре 0 =6 разва 11 ривания, которое обеспечивает оптимальный по критерию (2), (7) режим раэваривания, Это задание поступает в камеру задания регулятора 28 температуры разваривания, основное назначение которого состоит в том, чтоЬы обеспечить поддержание текущей температуры 6, равной заданию 0(с точностью до Р ), несмотря на возмущения,поступающие в КГОП по расходу Р итемпературе 0 массы,Возмущения возникают следующим оЬразом, 1528789варивания, то есть температуры послеКГОП, которая в соответствии с предыдущим должна Ьыть иРестко стаЬилизирована в окрестности задания 0 о =6".Щ5Для компенсации возмущений служитинвариантная система регулирования,которую образуют датчик 24 расхода,датчики 25 и 26 температуры, регулятор28 температуры разваривания, компенсаторы 29 и 30, сумматор 31 и исполнительное устройство 32.Из структурной схемы, приведеннойна фиг. 3, следует, что относительновозмущений ЬЕ 2 и Ь 0 могут быть записаны передаточные функции1 к, -,у2 Ы (10)1+Но Ир,лИк Ио-Ио 2(11),оф 2 1+И оИр20 Условия инвариантности температуры9 после КГОП от этих возмущений имеют(13)Следовательно, для того чтобы температура 0 после КГОП не зависела от возмущений 6 Р и ЬОоР передаточные функции динамических компенсаторов 29 ЗО и 30 должны иметь вид соответственной фо1 оа11 о(15)35В случае включения динамических компенсаторов 29 и 30 на вход регулятора 28 (на фиг. 3 регулятор 28 переместится и включится между сумматором 31 и объектом 7, соответственно изме нится и фиг, 1) передаточные функции указанных динамических компенсаторов примут вид:Я 01"й45о. И (17)2 1 Ро ИРПусть расход Р увеличится, а температура Юо уменьшится. Оба возмуще 50 ния ЬР и - ЬЮР, если не предпринять специальных мер, приведут к уменьшению текущей температуры 0 после КГОП. Для того чтобы этого не произошло сигналы от датчика 24 расхода иФ55 датчика 25 температуры поступают надинамические компенсаторы 29 и 30, где умножаются на соответствующие передаточные функции (14) и (15). Бла-. годаря этому, как видно из формул (1 О) и (11), передаточные функции ИЬ 1:Р и ИЬ 0 обращаются в нули, что означает независимость температуры 0 разваривания от возмущений ЬГ 2 и 682, т,е. поддержание О = 0Дополнительная подсистема стабилизации расхода пара в КГОП раЬотает следующим оЬразом (фиг, 2).Формируются выходные сигналы блока млели 27. Рассчитанное значение 0(31 =9 поступает в блок модели 35. Сюда же подается информация о текущих значениях расхода и температуры В 2 массы перед КГОП, расхода Ч острого пара в КГОП, а также информация о тепло- содержании (энтальпии) 1 острого пара. В блоке модели 35 вычисляется задайние Ч на необходимый в статике (т,е. в установившемся режиме) расход пара в КГОП, У Г 2 С(6"-В,)где С - удельная теплоемкость развариваемой массы,выхода блока модели 35 сигнал Чь) подается на сумматор 31, куда подаются также выхо.;ные сигналы от динамических компенсаторов 29 и 30, а также от регулятора 28 температуры разваривания. Таким оЬразом, выходной сигнал сумматора 31 складывается из четырех составляющих:Ч =К (Ч )+К(Р 2)+К (6)Ко(0)1 ъ)(19)где К-Ко - соответствующие функции;р В(УВ выражении (19) первое слагаемое отражает треЬования, накладываемые статикой процесса; второе и третье слагаемые обеспечивают компенсацию соответствующих динамических возмущений; четвертое слагаемое обеспечивает дополнительную стабилизацию температуры 0 разваривания путем регулирования по отклонению, если первых трех слагаемых для этого недостаточно ивозникает ь 3 ФЮ.Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения базируется на том, что при его использовании система автоматического управления установкой непрерывного разваривания обеспечивает снижение потерь сырья (которое при пересчете в целевой продукт оЬеспечивает увеличение выхода спирта ориентировочно на 0,059 152878дал из тонны крахмала) и уменьшениезатрат пара (на 104),Формула изобретения51, Способ автоматического управления процессом разваривания крахмал- содержащего сырья в установке, включающей агрегат измельчения и сепарирования, смеситель, две контактные головки, трубчатый разварник, выдержи- ватель, паросепаратор и насосы, предусматривающий измерение расходов муки и воды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 15 что, с целью улучшения качества разваривания, снижения потерь сырья и затрат тепла, измеряют температуру массы до и после контактной головки острого пара (КГОП) и расход массы после 2 О контактной головки вторичного пара (КГВП) и определяют теоретическую оп" тимальную температуру разваривания крахмалсодержащего сырья в зависимости от вида сырья, расхода муки в сме ситель, коэффициента соотношения расходов муки и воды, объемов массы в КГОП, трубчатом раэварнике и выдерживателе и степени измельченности, сравнивают с текущей температурой развари.зО вания и определяют фактическую оптимальную температуру разваривания пуОтем суммирования сигналов пропорциональных результату сравнения текущей температуры массы после КГОП с теоретической оптимальной температурой разваривания массы и текущей температуре развариваемой массы до КГОП с учетом расхода массы после КГВП.2, Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что оптимальную температуру разваривания определяют по формулео п(Ь,7 601 й/Ч1 фй имЭФ1 Гм(1+6 )Ы где 9 = 6 - оптимальная температураораэваривания, С;д - вид перерабатываемогосырья;Ч - функция;Т - продолжительность раэваривания, мин;Ч - объемы массы в КГОП,трубчатом разварнике ивыдерживателе, мз;Ум - расход муки, т/ч;О- минимально возможное значение коэффициента соотношения расходов воды имуки в смеситель;Ф - объемный вес муки, мз/т.й1528789 Составитель А.Тровинактор М.Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Корол 16/23 Зака а Т ССС ИИП Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагаринар осударственного комитет 113035, Москва, 501а по иэобреж 35 Раув Подписное ниям и открытиям иая наб., д. 4/5