АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА

Лекция 10-1

ТЕМА 3

 

1. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА

 

В соответствии с принятой технологией весь урожай зерновых, бобовых, масличных культур и семян трав после комбайновой уборки подлежит очистке, а около 60 % убранного урожая необхо­димо подвергать искусственной сушке.

Необходимость в послеуборочной обработке зерна (очистке, сортировании и сушке) вызвана тем, что поступающий из-под ком­байнов зерновой ворох наряду с зерном содержит 20...30 % сорных и до 5 % соломистых примесей, а влажность зерна в зависимости от климатических условий значительно отличается от допустимой (14 %) и иногда достигает 30 % и более.

Для послеуборочной очистки и искусственной сушки зерна ис­пользуют стационарные зерноочистительно-сушильные пункты. Для этих пунктов предназначены зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ и очистительно-сушильные комплексы (типа КЗС) про­изводительностью 10…100 т/ч и вентилируемые бункера вмести­мостью до 100т. Для очистки и сортирования зернового вороха используют воздухорешетные и триерные машины, а сушат зерно в зерносушилках шахтного, камерного и барабанного типов и в ус­тановках активного вентилирования. Каждый агрегат и комплекс, помимо указанных машин, содержит набор транспортеров и но­рий, зернопроводы и накопительные емкости, устройства для взвешивания, загрузки и разгрузки автотранспорта, воздушные циклоны, щиты и пульты управления машинами. Все машины со­гласованы по производительности и объединены в единую поточ­ную линию, обслуживаемую одним-двумя операторами.

Объединение машин в поточную линию и их автоматизация позволили повысить производительность труда в 7…10 раз и сни­зить себестоимость обработки зерна в 2…3 раза по сравнению с использованием этих же машин в разрозненном виде.

Зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ предназначены для районов с относительно сухим климатом, в которых влажность зерна из-под комбайна не превышает 18 %. КЗС используют в ув­лаженных зонах, в которых влажность зерна при уборке превыша­ет 18 %.

В хозяйствах, расположенных в зонах с уборочной влажностью зерна 18…20 %, на комплексах устанавливают бункера активного вентилирования (БВ-12,5, БВ-25, БВ-50) вместимостью 12,5...50 т. В зонах с избыточной влажностью на комплексах КЗС с индексом Ш устанавливают шахтные зерносушилки типа СЗШ производи­тельностью 8…16 т/ч, а с индексом Б — барабанные зерносушилки типа СЗПБ производительностью 2, 4 и 8 т/ч на сушке продоволь­ственного зерна.

Для слаженной работы поточных линий агрегаты и комплексы хорошо электрифицированы и автоматизированы. Агрегаты типа ЗАВ имеют от 6 до 16 электродвигателей суммарной установлен­ной мощностью от 16 до 47 кВт, а комплексы типа КЗС — от 22 до 34 электродвигателей суммарной мощностью от 65 до 150 кВт.

Из средств автоматики на агрегатах и комплексах широко ис­пользуют приборы контроля и регулирования технологических параметров: датчики уровня сыпучих материалов, температуры нагрева теплоносителя на входе и выходе зерносушилки, температуры зерна в сушилках и бункерах активного вентилирования; влагомеры для измерения относительной влажности воздуха и влажности зерна; расходомеры зерна; приборы контроля пламени в топке; различные реле; электромагнитные клапаны; конечные выключатели и т. п.

На основе этих средств разработаны пульты и станции автома­тического управления агрегатами и комплексами послеуборочной обработки зерна, которые автоматически обеспечивают:

- последовательность пуска машин поточной линии в направлении, обратном направлению потока зерна, начиная с машины, ус­тановленной в конце линии;

- остановку всех машин, предшествующих по потоку зерна лю­бой остановившейся машине в линии;

- возможность ручного включения и отключения любой машины при наладке без соблюдения технологических блокировок;

- включение аспирационной системы перед пуском машин и от­ключение всех машин при останове аспирационной системы;

- программный розжиг топки и контроль ее работы;

- контроль температуры теплоносителя и нагрева зерна;

- защиту электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузок;

- работу разгрузочных устройств шахт и охладительных колонок сушилки;

- световую сигнализацию о включении и отключении всех двига­телей машин и механизмов, о предельных уровнях зерна в сушил­ках и технологических емкостях и об отклонении температуры теплоносителя от заданного значения. Кроме световой, имеется аварий но предупредительная звуковая сигнализация, которая срабатывает при аварийном останове какой-либо машины, пере­полнении технологических емкостей и при погасании пламени в топке. В схемах автоматики предусмотрены кнопочные посты для аварийного одновременного останова при необходимости всех ра­ботающих машин.

 

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА

Технологические и электрические схемы автоматизации рас­смотрим на примере автоматизации наиболее широко распростра­ненного зерноочистительно-сушильного комплекса KЗC – 20Ш. Автоматизация других агрегатов и комплексов выполнена аналогично.

Комплекс КЗС – 20Ш предназначен для послеуборочной обра­ботки зерновых, зернобобовых и крупяных культур. Комплекс со­стоит из зерноочистительного и сушильного отделений (рисунок 1).

Рисунок 1 – Технологическая схема комплекса K3C – 20Ш:

1 – триерные блоки; 2 - передаточные транспортеры; 3 - аспирационная система;

4 - воздушно-решетные машины; 5, 7, 9, 11, 13, 15 - нории; 6 – машина первичной очистки; 8, 14 - охладительные колонки; 10, 12 - шахты; 16 – автомобилеподъёмник;

17 - завальная яма; 18, 20, 21, 22 - блок бункеров; 19 - транспортер отходов

 

Зерноочистительное отделение включает в себя завальную яму 17, автомобилеподъёмник 16, загрузочную двух поточную норию 5, машину первичной очистки зерна 6, воздушно-решетные машины 4, триерный блок 1, централизованную аспирационную систему 3, передаточные транспортеры 2, транспортер отходов 19, комплект зернопроводов и блок бункеров: очищенного зерна 22, отходов 21, фуража 20 и резервный 18. Все машины и пульты управления смонтированы на блоке бункеров, которые одновременно служат несущей конструкцией и емкостями для промежуточного хране­ния обрабатываемого зерна. Сушильное отделение имеет сушилку СЗШ-16 с двумя шахтами 10, 12, пять норий 7, 9, 11, 13, 15 охла­дительные колонки 8, 14 и станцию управления. Очистительное и сушильное отделения технологически связаны между собой зер­нопроводами.

Технологией и электрической схемой управления предусматри­вается возможность работы комплекса по семи различным вариантам: параллельно или последовательно, с участием в работе всех или отдельных машин. Зерно из кузова автомобиля с помощью автомобилеподъёмника 16 выгружают в завальную яму 17, откуда загрузочной норией 5 оно транспортируется в машину предвари­тельной очистки 6, а затем нориями 11 и 13 - в шахты сушилки 10 и 12. Из сушилки высушенное зерно подается с помощью норий 9 и 15 в охладительные колонки 8 и 14 для охлаждения наружным воздухом, а затем норией 7 направляется на воздушно-решетные машины 4 для дальнейшей очистки и транспортерами 2 на триер­ные блоки 1 для сортирования.

Очищенные семена и отходы поступают в соответствующие секции блока бункеров. Зерносушилка СЗШ-16 имеет две шахты. При влажности зерна до 20 % поток зерна разделяется и одновре­менно проходит через обе шахты. При влажности свыше 20% весь поток проходит обе шахты последовательно. При параллельной работе шахт зерно нориями 11 и 13 равномерно и одновременно распределяется по двум шахтам. Высушенное и охлажденное зер­но норией 7 подается в резервный бункер 18, откуда самотеком поступает во вторую ветвь загрузочной нории 5.

При последовательной работе шахт зерно из машины первич­ной очистки 6 норией 13 направляется в шахту 12. Просушенное зерно разгрузочной кареткой выгружается в норию 15 и переме­щается в охладительную колонку 14. Охлажденное зерно шлюзо­вым затвором выгружается из колонки 14 и направляется норией 11 в шахту 10 сушилки. После сушки во второй шахте зерно нори­ей 9 подается в охладительную колонку 8, откуда через шлюзовой затвор порционно выгружается норией 7 в резервный бункер 18, а затем загрузочной норией 5 подается на очистку.

В воздушных каналах от зерна отделяются легкие примеси и по системе воздуховодов выносятся в осадочную камеру централизо­ванной аспирационной системы 3, где примеси выводятся в сек­цию отходов, а очищенный воздух вентилятором выбрасывается наружу.

В воздушно-решетных машинах зерновая смесь делится на три фракции: очищенные семена, фуражное зерно и отходы. Очищен­ные семена передаточными транспортерами 2 подаются на триер­ные блоки 1, где они дополнительно очищаются от длинных и ко­ротких примесей, не отделившихся в воздушно-решетных маши­нах.

В зависимости от назначения и степени засоренности зерна триерные блоки настраивают на параллельную или последова­тельную работу цилиндров. Чистые семена и фракции очистки си­стемой зернопроводов направляются в соответствующие бункера.

Принципиальная электрическая схема управления очиститель­ным отделением комплекса КЗС-20Ш показана на рисунке 2 - . В зависимости от количества и засоренности зерновой массы уста­навливают соответствующее положение переключателей SA1 и SA2, которыми задается режим работы оборудования по семи различным вариантам: при переводе переключателя SA1 в положение 3 возможна работа всех машин предварительной, воздушно-ре­шетной и триерной очистки, а также отдельная работа первой или второй линии машин в зависимости от включения переключателя SA2 (положение 1 или 2). Если переключатель SA1 находится в положении 1, то возможна работа машин в вышеуказанных трех вариантах, но без триерных блоков. Когда переключатель SA1 в положении 2, работает также машина предварительной очистки.

Для предотвращения завала зерна при пуске и останове машин последовательность пуска электроприводов машин противопо­ложна движению зерна, а последовательность остановки совпада­ет с потоком зерна. В качестве примера рассмотрим работу схемы при включении машин по основному варианту, когда включаются все машины.

Сначала включают автоматы QF…QF5, переключа­тель SA1 ставят в положение 3, a SA2 в положение 2 и кнопкой SB 19 подают предупредительный звуковой сигнал НА о пуске ма­шины, а затем кнопкой SB2 включают в работу электропривод M1 (мощностью 14 кВт) централизованной аспирационной системы 3 (см. рисунок 1). После этого кнопками SB4 (см. рисунок 2) и SB6 вклю­чают электроприводы М2 и МЗ (мощностью по 2,2 кВт) двух бло­ков триеров 1. Передаточные транспортеры 2 и воздушно-решет­ные машины 4 работают от электроприводов соответственно М4, М5 (по 1,5 кВт) и М6, М7 (по 1,1 кВт). Их включают кнопками SB8, SB 12 и SB 10, SB 14 после замыкания блок-контактов КМ2:2 и КМ3:2 в цепях магнитных пускателей КМ4…КМ7. Только после этого можно включить кнопкой SB16 через блок-контакты КМ6:2 или КМ7:2 электроприводы М8 (3 кВт) нории 7, М9 (1,1 кВт) ма­шины предварительной очистки 6 и М10 (1,5 кВт) транспортера отходов 19, а затем кнопкой SB18 – электропривод М11 (4 кВт) загрузочной нории 5. Автоматы заслонки нории АЗН1 и A3Н2 от­крываются автоматически от блок-контактов КМ11:2.

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема дистанционного управления и сигнализации очистительно-сушильного комплекса КЗС-20Ш

 

Останавливают машины в обратной последовательности, на­жимая кнопки «Стоп» SB17…SB1. В случае переполнения бунке­ров 18, 20, 21 и 22 переключаются контакты датчиков уровня SL1…SL4 и включается звуковой сигнал НА, а соответствующие сигнальные лампы HL1L.ML14 гаснут.

 

 

3.ОПТИМИЗАЦИЯ АУ ОЧИСТИТЕЛЬНЫМИ И

СОРТИРОВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ

 

Установлено, что существующая система автоматического кон­троля и дистанционного управления машинами не полностью удовлетворяет требованиям послеуборочной обработки зерна на агрегатах и комплексах и имеет существенные резервы. Оптимиза­ция САУ всеми технологическими процессами позволит повысить производительность машин на 20…25%, снизить простой машин в 4...5 раз, уменьшить затраты труда в 2...3 раза и обеспечить заданное качество обработанного зерна. Этого можно достичь лишь при применении совокупности автоматических устройств, объединенных в оптимальную систему автоматизированного управления ТП всего послеуборочного комплекса.

Цель оптимизации автоматического управления зерноочисти­тельной машиной состоит в получении максимальной производи­тельности q_K при заданном значении чистоты ψ_К обработанного зерна.

На рисунке 3, а представлена зерноочистительная воздушно-решетная машина как объект автоматического управления.

Рисунок 3 - Модель (а) зерноочистительной воздушно-решетной машины

и его структурная схема (б) как объекта автоматического управления

 

Каче­ство работы машины определяют по следующим контролируемым и управляемым параметрам: производительности машин по чис­тому зерну q_K, чистоте выходного зерна ψ_К, содержанию зерна в отходах аспирации З_а и содержанию зерна в крупных примесях З_П. Управляющими входными воздействиями являются: подача зерна в машину q_н, скорость воздушного потока в каналах аспирации v и частота колебания решет ω. Чистота ψ_Н, влажность w и натурный вес j поступающего зерна представляют собой возмущающие воз­действия.

Поскольку чистота ψ_К зерна после воздушно-решетной маши­ны в основном зависит от его подачи q_н и чистоты поступающего в машину зерна ψ_Н, а производительность q_K – от подачи q_H, то структурную схему зерноочистительной машины как объекта оп­тимального управления можно представить тремя апериодически­ми звеньями первого порядка с запаздыванием (рисунок 3, б).

Постоянные времени Т₁, Т₂, Т₃ и времени чистого запаздыва­ния τ₁, τ₂ и τ₃ близки между собой. Для воздушно-решетных машин вторичной очистки комплекса типа КЗС τ₁ ≈ τ₂ ≈ τ₃ = 40…60 с, Т₁ ≈ Т₂ ≈ Т₃ = 30…50 с. Коэффициенты усиления k₁ и k₂ зависят от настройки машины и внешних возмущающих воздействий.

Для получения хорошей чистоты очистки следует регулировать загрузку машины q_н с погрешностью не более ±5 % заданного зна­чения.

Для высокопроизводительных зерноочистительных машин с целью получения высококачественной очистки экономически це­лесообразно использовать следующие автоматические СУ опти­мальным процессом очистки зерна: СУ чистотой ψ_К для блока под­севных решет; СУ содержанием зерна З_а в отходах каждого канала аспирации и СУ содержанием зерна З_П для блока решет, отделяю­щего крупные примеси. Пока наиболее сложной и практически нерешенной в техническом отношении задачей является разработ­ка датчиков чистоты сортировки и датчиков содержания зерна в каналах аспирации и в крупных примесях.

 

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗЕРНОСУШИЛОК

 

В СХ используют шахтные, ба­рабанные и камерные зерносушилки. Это наиболее ответственные объекты автоматизации зерноочистительно-сушильного комплек­са, на которые приходится 85 % всех контролируемых и управляе­мых операций на комплексе.

Шахтные зерносушилки типа СЗШ (рисунок 4) имеют две сушиль­ные камеры, два надсушильных бункера 6, две загрузочные нории 7 влажного зерна, две нории сухого зерна 8, разгрузочные устройства 3, две охладительные колонки 9 со шлюзовыми затворами. Тепло­носитель из топки 2 по трубопроводу 1 подается в сушильные каме­ры 4 и 5. Пространство между шахтами используется в качестве диффузора 12, в центральную часть которого снизу подводится теп­лоноситель. Отработанный теплоноситель отводится с боковых сто­рон с помощью вентиляторов 13. Внутри камеры размещены пяти­гранные коробы 11. Одной стороной каждый короб упирается в глухую стенку, в другой его стороне выполнено открытое окно.

Рисунок 4 - Технологическая схема зерносушилки типа СЗШ

1 - трубопровод; 2 - топка; 3 - разгрузочное устройство; 4, 5 - сушильные камеры;

6 – надсушильный бункер; 7, 8 - нории; 9 - охладительная колонка; 10 - шахты;

11 - короба; 12 - диффузоры; 13 - вентиляторы

Теплоноситель из топки поступает в открытые окна через под­водящий диффузор, из них проникает в зерновой слой и поглоща­ет влагу, а затем отводится через другой ряд коробов в отводящие диффузоры и вентиляторами 13 выбрасывается наружу.

Влажное зерно после первичной очистки подается в засыпные ковши норий 7, которые поднимают его и через надсушильные бункера 6 заполняют шахты 10 сушилки. Необходимый уровень зерна в сушилке контролируется датчиками минимального и мак­симального уровня, которые установлены в надсушильных бунке­рах 6. Датчики уровня управляют работой порционного разгрузоч­ного устройства: при достижении минимального уровня останавливается электродвигатель разгрузочных кареток, при достижении максимального уровня электродвигатель разгрузочных кареток включается снова. Излишек зерна из надсушильного бункера 6 по зерносливам возвращается в завальную яму. В нижней части шахт в патрубках установлены датчики температуры для дистанционно­го измерения температуры нагрева зерна в потоке.

Высушенное зерно нориями 8 поднимается и сбрасывается в лот­ковые расходомеры, откуда попадает в охладительные колонки 9. Охладительные колонки выполнены из двух коаксиально распо­ложенных цилиндров. К малому внутреннему цилиндру сверху присоединен всасывающий патрубок вентилятора, при помощи которого отводится отработанный воздух. Зерно располагается между перфорированными стенками внутреннего и внешнего ци­линдров и охлаждается благодаря просасыванию воздуха через его слой. Нижняя часть колонки заканчивается конусом, под которым расположен шлюзовой затвор для периодической порционной разгрузки колонки.

Исполнительный механизм шлюзового затвора управляется от датчиков уровня зерна, контролирующих верхний и нижний допу­стимый уровень зерна в верхней части колонки. При максималь­ном уровне зерна шлюзовой затвор открывается, при минималь­ном — закрывается. Охлажденное зерно подается норией на дальнейшую очистку.

Технологическая схема теплогенератора зерносушилки типа СЗШ показана на рисунке 5. Система подачи топлива состоит из топливного бака 18, насоса 17, манометра 1, сливного крана 15, дросселя 20, золотника 19, форсунки 4, газодувки 11 и трубопро­водов 16 подачи топлива. Камера сгорания 7 топки имеет экран 5 и кожух 6 из углеродистой стали. В передней части смесительной камеры 9 («улитки») установлен предохранительный клапан 10, предотвращающий взрыв топки от внезапного воспламенения па­ров топлива.

Жидкое топливо к форсунке 4 поступает с помощью шестерен­ного насоса 17. Подачей топлива управляют дистанционно по­средством золотника 19, а давление впрыска устанавливают дрос­селем 20. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается к форсунке ротационной газодувкой 11 через краны 12 и 13. Дутье­вой вентилятор 14 подает в топки воздух (до 9 тыс. м³/ч).

При пуске топки включают электродвигатели вентиляторов топки и топливный насос 17. С помощью трансформатора и высо­ковольтной свечи зажигания 8 воспламеняется пламя в топке, на­личие которого контролируется специальным фотодатчиком. Если топливо не воспламеняется, то через 15 с вентилятор топки и топливный насос отключаются.

При работе топки в смесительную камеру 9 поступают топоч­ные газы, а по кольцевым зазорам между стенками камеры сгорания, экраном 5 и кожухом 6 —наружный воздух. Для лучшего смешивания газов с воздухом установлен отражатель 8.

 

Рисунок 5 - Технологическая схема теплогенератора зерносушилки типа СЗШ:

1 - манометр; 2 - трансформатор; 3 - предохранитель; 4 - форсунка; 5 - экран; 6 - кожух;

7 - камера сгорания; 8 - отражатель; 9 - смесительная камера; 10 - предохранительный кла­пан; 11 - газодувка; 12, 13 - краны; 14 - дутьевой вентилятор; 15 - сливной кран; 16 - трубопровод; 17 - насос; 18 - топливный бак; 19 - золотник; 20 - дроссель

Стационарные барабанные зерносушилки типа СЗСБ производи­тельностью от 2 до 8 т/ч используют для сушки продовольственно­го зерна, семян трав, а также для приготовления белково-вита­минной травяной муки. Эти зерносушилки включают также в со­став комплексов типа КЗС для послеуборочной обработки зерна.

Технологическая схема зерносушилок СЗСБ (рисунок 6) состоит из топки 1, загрузочной камеры 8, сушильного барабана 4 с подъем­ными лопатками 5, разгрузочной камеры 7, элеватора 9, охлади­тельной колонки 10 со шнеком 12. Механизм сушильного бараба­на включается в работу электродвигателем мощностью 7,5 кВт че­рез двухступенчатый редуктор и приводные ремни. Зерно в су­шильный барабан должно поступать равномерным и беспрерывным потоком. Оно подается в барабан по винтовым дорож­кам, избыточное зерно направляется через клапан 13 в прием­ный бункер.

Под воздействием теплоносителя и лопаток 5 зерно перемеща­ется вдоль барабана и высыпается в разгрузочную камеру 7. Из ка­меры 7 зерно через шлюзовой затвор 8 направляется элеватором 9 в охладительную колонку 10. В охладительной колонке зерно пе­реметается сверху вниз и при помощи вентилятора 11 продувает­ся наружным воздухом и охлаждается. В верхней части колонки расположен горизонтальный шнек 12 для подачи и разравнивания зерна. Излишнее зерно при загрузке колонки попадает в зернослив 14, на конце которого закреплен клапан 15 с контактным датчиком. От контактного датчика и датчика верхнего уровня зер­на включается шлюзовой затвор 16, который выпускает порцию зерна. Выпуск зерна прекращается в момент срабатывания датчи­ка минимального уровня, установленного в верхней части охлади­тельной колонки.

 

 

Рисунок 6 - Технологическая схема зерносушилок СЗСБ

1 - топка; 2 - выпускная труба; 3, 7, 8 - камеры; 4 - сушильный барабан; 5 - лопатки;

6, 11 - вентиляторы; 9 - элеватор; 10 - охладительная колонка; 12 - шнек;

13,15 - клапаны; 14 - зернослив; 16 - затвор

 

Теплоноситель готовят в топке 1, сжигая жидкое топливо (ке­росин или смесь 75 % керосина и 25 % моторного топлива) и на­гревая топочными газами воздух, подаваемый в топку. Побочные газы удаляются через трубу 2, отработанный теплоноситель выбра­сывается в атмосферу вентилятором 6.

Принципиальная электрическая схема управления двумя бара­банными зерносушилками, входящими в комплекс КЗС-20Б, по­казана на рисунке 7.

Она состоит из цепей дистанционного пус­ка и останова агрегатов, управления топкой, световой и звуковой сигнализации. Автоматами QF1 и QF2 и переключателем SA1 вы­бирают заданный вариант работы оборудования: работа только первой или второй зерносушилки или их совместная работа (по­ложение переключателя SA1 будет соответственно в 1, 2 или 3). Перед пуском зерносушилки включают автоматы SA1 и SA2, пода­ющие напряжение в схему управления, и кнопкой SB2 включают магнитный пускатель КМ 16. Блок-контакты КМ 16:3 через реле KV3 включают предупредительный звуковой сигнал НА, который после пуска агрегатов отключают кнопкой SB21 через реле KV1…KV3.

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема

управления бара­банными зерносушилками

 

Рассмотрим работу технологической (см. рисунок 6) и электри­ческой (рисунок 7) схем при пуске первой зерносушилки. Кнопками SB4 и SB6 включаются электродвигатели M1 (мощность 10 кВт) вентилятора 6 сушильного барабана 4 и М2 (4 кВт) топки 1. От блок-контактов КМ2:3 срабатывает реле выдержки времени КТ1, которое через 150 с своим контактом КТ1:1 включает трансформа­тор зажигания TV1 и электромагнитный клапан УА1 подачи топ­лива. При появлении пламени в топке срабатывает фотореле KV5, которое контактами KV5 включает реле KV4. Последнее становит­ся на самоподпитку через свой контакт KV4 и отключает реле KT1.

Если в течение 15 с в топке пламя при пуске не возникает, то реле КТ1 через 165 с после пуска шунтирует цепь R и этим вызы­вает срабатывание реле KV5, а затем реле KV4. Реле KV4 одним контактом отключает реле времени КТ1, а вторым контактом разрывает одну из двух цепей питания магнитного пускателя КМ2. Реле КT1, расшунтируя цепь R, отключает фотореле KV5, а после­днее разрывает цепь питания сначала KV4, а затем КМ2, и венти­лятор топки выключается. Блок-контакты КМ2:3 снимают напря­жение с автомата контроля пламени и включают через контакты реле KV1:2 звуковой сигнал НА. Аналогичным образом действует схема при погасании пламени в топке по любым причинам. По­вторный пуск оператором возможен только после устранения причин погасания пламени.

При успешном пуске топки кнопками SB12 и SB14 включают магнитные пускатели KM5 и КМ6 электродвигателей М5 (7,5 кВт) сушильного барабана 4 и М6 (5,5 кВт) вентилятора 11 охладитель­ной колонки 10.

Магнитные пускатели КМ13…КМ15 с помощью кнопок SB16…SB20 включают соответственно электроприводы двухпоточных норий: М13 - охладительных колонок, М14 - разгрузки су­шилок и М15 - промежуточных норий. Мощность каждого электродвигателя нории равна 2,2 кВт. Только после включения разгру­зочной нории сушилок можно кнопкой SB8 включить электро­привод М3 разгрузочного устройства 8 сушилки.

Аналогичным образом включаются и отключаются электродви­гатели М7…М12 второй зерносушилки. Электроприводом М4 раз­грузочного устройства 16 охладительной колонки 10 можно управ­лять вручную при помощи кнопок SB9 и SB 10 или автоматически при помощи датчиков уровня зерна SL2 (переключатель SA2 во втором случае ставят в положение 2). Нижний и верхний уровни зерна в охладительной колонке контролируются датчиками уров­ня SL1 и SL2. Если уровень зерна достигнет предельного нижнего значения, то размыкаются контакты SL1 и разгрузка охладительной колонки прекращается. Когда зерно достигает предельного верхнего уровня, то замыкаются контакты вначале SL1, а затем SL 2 и начинается разгрузка колонки.

Зерносушилку останавливает оператор, поочередно отключая оборудование в последовательности, обратной пуску, при помощи кнопок «Стоп» SB19…SB1. В экстренных случаях одновременно все машины останавливают кнопкой SB или SB1.

 

 

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА

Активное вентилирование — продувание массы зерна холодным или подогретым воздухом — наиболее эффективный прием вре­менного хранения (консервирования) влажного зерна. Влажное зерно очень быстро портится при хранении. Из-за увеличенной интенсивности дыхания при повышенной влажности и температу­ре зерно самосогревается, поражается плесневыми грибками, микроорганизмами и быстро теряет семенные и продовольствен­ные качества. Активное вентилирование, кроме консервации, предупреждает самосогревание, охлаждает и подсушивает зерно­вые насыпи.

Круглосугочное вентилирование необходимо, если влажность зерна была выше 20%, а относительная влажность воздуха не пре­вышала 90%. В дождливую погоду проводят периодическое вен­тилирование зерна подогретым воздухом в течение 1,5 ч через 4…6ч.

Для активного вентилирования зерна атмосферным воздухом используют вентилируемые бункера. Вентилируемый бункер име­ет цилиндрическую форму и выполнен из штампованных перфо­рированных секций. Внутри бункера находится воздухораспреде­лительная труба (рисунок 8).

Рисунок 8 - Схемы бункера активного вентилирования (а),

управления поршнем-заглуш­кой (б) и

зависимость равновесной влажности зерна w от относительной влажности воздуха φ (в):

1 - вентилятор; 2 - электрокалорифер; 3 - бункер; 4 – воздухораспределительная

труба; 5 - поршень-заглушка; 6 - датчик; 7 - трос; 8 - электропривод; 9 – люк

 

Несколько бункеров объединяют в группы. Зерно засыпают между внутренним и внешним цилинд­рами. В основе сушки вентилированием лежит зависимость так называемой равновесной влажности зерна w от относительной влажности воздуха φ (рисунок 8, в). Из-за гигроскопических свойств зерно увлажняется при относительной влажности воздуха выше равновесной и подсушивается при влажности воздуха ниже равно­весной. Для уменьшения относительной влажности воздуха его подогревают, на каждый градус нагрева воздуха его относительная влажность снижается примерно на 5%. Обычно воздух при сушке подогревают на 10…12°С.

Автоматизация бункеров активного вентилирования зерна пре­дусматривает автоматическое управление загрузкой бункеров, воздухораспределением в бункере, температурой и влажностью зерна и продуваемого воздуха. Нория загружает зерно в бункер 3, в кото­ром происходит вертикальное и радиальное воздухораспределение (рисунок 8, а). В центре бункера установлена перфорированная воздухораспредели-тельная труба 4, а внутри нее от электропривода 8 перемещается поршень-заглушка 5. Разгружается бункер самоте­ком через люк 9. Вентилятор 1 прогоняет воздух через электрока­лорифер 2 и подает его в массу зерна.

Автоматическая СУ воздухораспределением (рисунок 8, б) воз­действует на электропривод М, который устанавливает поршень-заглушку в требуемое положение следующим образом. Сигнал на перемещение поршня-заглушки подается от блок-контактов КМ1:1 при пуске загрузочной нории. Блок-контакты КМ1:1 по­дают питание на катушку КМВ и двигатель М, и тот передвигает поршень вверх, пока не разомкнутся контакты конечного выклю­чателя SQ1. Окончание загрузки и отключение нории вызывает замыкание блок-контакта КМ1:2 в цепи включения катушки KMН реверсивного пускателя привода заглушки. Теперь заглушка опускается до тех пор, пока датчик 6 (рисунок 8, а) положения не коснется зерна и, разомкнув контакты SQ2 (рисунок 8, б), не отклю­чит катушку KMН. При помощи кнопок SB1 и SB2 можно дистан­ционно управлять электроприводом 8 (рисунок 8, а) и связанной с ним тросом 7 заглушкой.

Схема управления загрузкой, температурой и влажностью зерна бункеров активного вентилирования показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Электрическая схема бункера активного вентилиро­вания зерна

 

Переключатели SA1 и SA2 могут быть установлены в два положения: С—сушка и К — консервация при ручном Р и автоматическом А управлении. Датчики уровня SL1 и SL2 контролируют верхний и нижний уровень зерна в бункере. Норию загрузки пускают кноп­кой SB2, в результате чего магнитный пускатель КМ1 подает пита­ние на электропривод M1.

Когда уровень зерна в бункере достигает максимального значе­ния, размыкается контакт SL1, из цепи тока выводится пускатель KM1, который своими блок-контактами КМ1:3 включает реле времени КТ и магнитный пускатель КМ2 электропривода М2 вен­тилятора (переключатели SA1 и SA2 находятся в положениях соот­ветственно С и А).

Влажность воздуха на входе в слой зерна и выходе из него кон­тролируют влагомерами с контактными датчиками В1 и В2, кото­рые замыкаются при повышенной относительной влажности воз­духа соответственно на входе и выходе бункера. Если влажность зерна повышенная, то выносимая воздухом влага замыкает кон­такты В2, в результате чего срабатывает реле KV2, которое контак­тами К2 включает пускатель КМ2 электропривода вентилятора. Процесс сушки продолжается независимо от положения контак­тов КТ до тех пор, пока до установленного значения не снизится вынос влаги из зерна. Тогда размыкаются контакты В2, отключа­ется реле КV2 и лишается питания пускатель КV2 электропривода М2 вентилятора 1. Одновременно размыкающие контакты КМ2:2 включают звонок НА, сигнализирующий об окончании процесса сушки.

Если при включении вентилятора М2 влажность воздуха на вы­ходе ниже равновесной, то выноса влаги не будет. В этом случае вентилятор М2 отключается контактами реле времени КT с выдерж­кой времени, достаточной для выноса влаги из зерна к датчику В2.

Электронагревательные элементы ЕК калорифера включаются только при работающем вентиляторе, когда высока влажность воздуха на входе в зерно. В этом случае замыкаются контакты В1 влагомера и реле KV1 включает магнитный пускатель КМЗ калори­фера. Отключается калорифер автоматически в результате размы­кания контактов В1 при снижении влажности окружающего воз­духа.

Чтобы задать режим консервации (хранения) зерна, переклю­чатель SA1 ставят в положение К. В этом случае управление ведет­ся по температуре зерна, которая контролируется датчиком темпе­ратуры SK. Когда температура зерна достигает максимально допу­стимого значения, замыкаются контакты SK и магнитный пуска­тель КМ2 включает вентилятор. При этом, чтобы снизить (до 65 %) относительную влажность воздуха, его пропускают через электрокалорифер. Вручную оборудованием бункера управляют кнопками SB1…SB6, предварительно установив в положение Р переключатель SA2.

Сушка зерна является весьма энергоемким процессом — на каждую 1 т высушенного зерна затрачивается до 10 кг жидкого топлива. Для сокращения энергозатрат предложено несколько ме­тодов интенсификации процесса сушки. Наиболее эффективно вентилирование семян так называемым электроактивированным воздухом, содержащим до 10 мг озона и ионоводорода в 1 м³ теп­лоносителя. Генерация ионов озона производится в высоковольт­ном электрическом поле с затратой мощности 50…70 Вт на 1 г озо­на.

Благодаря высоким влагосорбционным свойствам озона и протонирования время сушки и затраты энергии сокращаются в 1,5…1,8 раза по сравнению с сушкой семян подогретым воздухом той же температуры.

 

6.ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕРНОСУШИЛОК КАК ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Режим сушки. В зерноочистительных и сушильных пунктах ав­томатизация технологических процессов неполная. Рассмотрен­ные схемы автоматизации зерноочистительно-сушильных комп­лексов обеспечивают дистанционное управление (пуск и останов) и автоблокировку в поточных линиях, защиту от аварийных и не­нормальных режимов работы установок и предупредительную сигнализацию, контроль температуры теплоносителя и зерна, из­мерение предельных значений уровня в емкостях и влажности зерна на входе и выходе сушилки, а также регулирование темпера­туры теплоносителя на входе в сушилку.

Для получения продовольственного и семенного зерна высоко­го качества параметры процесса сушки необходимо выбирать с учетом как биофизических свойств зерна (вида и типа зерновой культуры, начальной его влажности и температуры), так и техно­логических показателей процесса сушки (начальной и конечной температуры и влажности теплоносителя, загрузки и экспозиции сушки зерна в сушилке и др.).

Только с учетом указанных факторов можно обеспечить опти­мальное автоматическое управление процессом сушки зерна по температуре и влажности. Как показывает практика, при ручном управлении процессом сушки температура теплоносителя (агента сушки) колеблется в пределе 15…20°С, температура нагрева зер­на — 5…7 °С, а влажность зерна — 4…6 % от требуемых значений. Из-за инерционности изменения параметров управления опера­тор не в состоянии стабилизировать управляемые параметры на заданных уровнях, что вызывает нарушение процесса сушки, а производительность поточных линий не превышает 70 % номи­нальной. Например, при заниженной температуре теплоносителя производительность сушилки резко падает и увеличиваются удельные затраты энергии на сушку. При повышенной темпера­туре клейковина (белок) зерна подвергается денатурации, что приводит к ухудшению качества продовольственного и особенно семенного зерна. В связи с этим семенное зерно сушат при более низкой температуре, чем продовольственное.

Для сушки продовольственного зерна температура теплоноси­теля должна быть не более ±150 °С, семян злаковых культур — 70, бобовых — 45 °С соответственно.

Отклонение температуры теплоносителя от номинального зна­чения должно быть не более ±5 °С, съем влаги за один проход че­рез зерносушилку не должен превышать 6 % для злаковых и 3…4 % для бобовых культур, кукурузы, риса, проса и гречихи. Температу­ра зерна, вышедшего из охладительных колонок, не должна пре­вышать температуру наружного воздуха более чем на 10…15 °С.

Математическая модель зерносушилок в значительной степени облегчает определение управляющих и управляемых величин, учет влияний возмущающих воздействий и выбор структуры и типа ре­гулятора.

Поскольку температура нагрева θ и влажность w зерна на вы­ходе из зерносушилки зависят от температуры θ_Т, расхода L и относительной влажности φ подаваемого в сушилку теплоноси­теля, начальной температуры θ_Т0 и исходной влажности w₀ зер­на, скорости v движения и времени t пребывания зерна в сушильной камере, а также от конструктивных параметров К су­шилки:

θ, w = ψ (θ_Т, L, φ, θ_Т0, w₀, v, t, K),

то для определения взаимосвязей между ними необходимо иссле­довать математическую модель сушильной камеры (рисунок 10).

 

 

Рисунок 10 - Модели для шахтной (а) и барабанной (б) зерносушилок

как объектов управления температурой и влажностью

 

Аналитически определить взаимосвязи между указанными ве­личинами по модели весьма трудно из-за нелинейности зависимо­стей между параметрами, рассредоточен-ности и разных их значе­ний по всему объему сушильной камеры, а также из-за разных физико-химических свойств и форм связи влаги зерна. Остается единственный путь — экспериментальное определение передаточ­ных функций сушилки.

Экспериментальные исследования показали, что наиболее сильная корреляционная связь в шахтных сушилках наблюдается между начальной w₀ и конечной w влажностью зерна, скоростью движения v и конечной влажностью w зерна, начальной θ_Т0, и ко­нечной θ_Т, температурами теплоносителя, начальной θ₀, и конеч­ной θ температурами зерна.

В шахтной зерносушилке выходными управляемыми параметра­ми являются температура θ и влажность w зерна на выходе, а вход­ными управляющими параметрами — температура θ_Т0 теплоноси­теля и скорость движения v зерна через шахту. Начальные темпе­ратура θ₀ и влажность w₀ зерна на входе в сушилку с точки зрения автоматического управления являются мешающими воздействия­ми. Между остальными параметрами связь (последнее уравнение) слабая — с коэф­фициентом взаимной корреляции менее 0,4, поэтому они в моде­ли рисунка 10, а не показаны, т.е. ими пренебрегают.

В барабанной зерносушилке скорость передвижения зерна по ба­рабану весьма неравномерна, вследствие этого за входные пара­метры приняты производительность сушилок q и время t пребыва­ния зерна в сушилке. За выходной параметр влажности удобнее принять влагосъем в сушилке за один проход: ∆w = w₀ — w, где w₀ и w — влажность зерна на входе и выходе сушилки (рисунок 10, б).

Между указанными на моделях параметрами существуют пря­мые связи (связь температуры на выходе и входе, влажности зерна на выходе и входе сушилки) и перекрестные. Они определяются для зерносушилок передаточными функциями.

Другими словами, САУ должна оптимизировать процесс сушки систем по двум-трем управляе­мым параметрам: θ, w (∆w), θ_Т — при помощи изменения входных величин (температуры теплоносителя θ_Т, скорости v или произво­дительности q и времени t прохождения зерна через сушилку), по отклонению управляемых параметров и с учетом возмущающих воздействий θ₀ и w₀.

 

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ПРОДУКЦИИ

 

Сыпучие грузы взвешивают на платформенных рычажных и тензометрических весах.

В СХ производстве наиболее распростране­ны стационарные платформенные весы, грузоприемный механизм которых состоит из четырех поперечных рычагов, передающих усилие на коромысло или тягу циферблатного указательного уст­ройства. Некоторые из этих весов могут регистрировать результа­ты взвешивания. На одной оси со стрелкой циферблатного указа­теля весов этого типа смонтирован барабан, имеющий 13 кодиру­ющих дорожек. На каждой дорожке барабана в определенном по­рядке расположены отверстия, образующие цифровой код, соответствующий углу поворота стрелки. Двенадцать дорожек образу­ют код массы, тринадцатая служит для контроля успокоения подвижной системы весов. Считывание кода с барабана осуществля­ется фотодиодами, расположенными против каждой из дорожек и освещаемыми специальным источником света через отверстия в барабане. Положение, когда фотодиод освещен, соответствует 1, когда не освещен — 0. Таким образом, определенной схемой раз­мещения отверстий на барабане записан циклический код чисел десятичной системы от 0 до 1000. Результат взвешивания считывается оператором со шкалы, фиксируется на бумажной ленте и мо­жет быть передан на пункт централизованного учета.

Широко распространены весы с тензометрическими силоизмерителями. Платформа таких весов опирается на тензодатчики, пре­образующие давление груза в электрический сигнал, который пос­ле усиления может быть передан на значительное расстояние.

Переносные тензометрические весы представляют систему из четырех силоизмерителей, размещаемых на ровной твердой пло­щадке. Весы следует периодически тарировать по эталонному гру­зу. Если силоизмерительные элементы установлены правильно и отсутствуют горизонтальные составляющие усилия, то ошибка из­мерения не превышает 2 %.

Взвешивание сыпучих грузов в стационарных условиях осуще­ствляется также с помощью ленточных весов, представляющих со­бой одно из звеньев транспортной системы. Т.о. пост­роены системы взвешивания овощей, зерна, корнеклубнеплодов и т.д.

На предприятиях по переработке и хранению зерна применяют ковшовые и автоматические порционные весы. Ковшовые весы представляют собой обычные рычажные весы порционного дей­ствия с емкостью ковша от 5 до 100 кг. Автоматические порцион­ные весы-дозаторы имеют бункер, заполняемый питателем.

Для дозаторов дискретного действия характерна динамическая погрешность, вызванная тем, что после отключения питателя в дозатор поступает часть материала, находящаяся в воздухе. Имен­но поэтому перед окончанием цикла питатель переключается на пониженную скорость (режим досыпки).

Следует учитывать также динамическую перегрузку, связанную с динамическим усилием падающего материала. В зависимости от способа контроля массы возможно старт-стопное, аналоговое или цифровое управлением ИМ питателей дозаторов.

Старт-стопное управление (рисунок 11) реализуется с помощью путевых выключателей SQ1 и SQ2, фиксирующих положение стрелки в определенных точках циферблатного указателя.

При подаче сигнала «Пуск» двигатель М питателя начинает ра­ботать в режиме номинальной скорости и материал интенсивно заполняет бункер дозатора. Когда укрепленный на стрелке цифер­блатного указателя флажок войдет в паз бесконтактного выключателя SQ1, вырабатывается сигнал, переводящий двигатель питате­ля М на пониженную скорость. Теперь интенсивность подачи уменьшается и точность дозирования увеличивается. При входе флажка в паз бесконтактного выключателя SQ2 питатель отключа­ется.

Рисунок 11 - Функциональная схема (а) и временная диаграмма (б)

старт-стопного управления дозатором дискретного действия:

1 - питатель; 2 - бункер; п – число импульсов, соответствующее углу поворота стрелки выключателей SQ1 и SQ2; t — текущее время

 

Аналоговое управление (рисунок 12, а) осуществляется за счет пре­образования угла поворота стрелки в аналоговый сигнал. В каче­стве преобразователя может быть использована пара сельсин-дат­чик (ВС) — сельсин-приемник (BE), работающая в трансформа­торном режиме. Требуемая доза задается изменением углового по­ложения ротора сельсина-датчика ВС, а контроль массы материала, поступающего в весовой бункер, — значением разности между вы­ходным напряжением U_C сельсина BE и опорным напряжением U₀, которое повышается фоточувствительным усилителем (ФЧУ) и подается на релейные элементы Э1 и Э2. Релейный элемент Э1 настраивают на перевод питателя в режим пониженной скорости, а Э2 — на отключение питателя.

Рисунок 12 - Функциональные схемы управления дозатором дискретного действия:

а — аналоговая; б — дискретная: 1 – питатель; 2 - бункер

Цифровое управление (рисунок 12, б) обеспечивается преобразова­нием угла поворота стрелки в цифровой код. Датчики SQ1 и SQ2 автогенераторного типа с помощью зубчатого диска выдают пос­ледовательность импульсов, число которых соответствует углу по­ворота стрелки. Импульсы поступают сначала в формирователь ФИ, а затем в счетчик С. После отсчета п импульсов питатель 1 переводится на пониженную скорость, а после отсчета еще m им­пульсов — останавливается.

Преимущества схемы цифрового управления — отсчет импуль­сов; отсутствие погрешности в измерениях из-за налипания мате­риала на стенки бункера 2/

Дальнейшее усовершенствование порционных весов — много­компонентные весовые дозаторы, представляющие собой то же весовое устройство, но приспособленное для последовательного взвешивания в одном бункере нескольких компонентов какой-либо смеси (например, комбикорма).

 

 

Контрольные вопросы и задания

 

1. Какие процессы послеуборочной обработки зерна механизируют и автома­тизируют?

2. Расскажите об автоматизации очистки и сортировки зерна.

3. По ка­ким параметрам следует оптимизировать очистку и сортировку зерна?

4. Как осу­ществляют автоматизацию шахтных и барабанных сушилок?

5. Для чего предназ­начены бункеры активного вентилирования зерна? Перечислите параметры их ав­томатизации.

6. Как работает теплогенератор сушилок?

7. Охарактеризуйте зерно­сушилку как объект автоматизации.

8. Перечислите способы автоматизации взве­шивания продукции и регистрации их веса.