Control program for the dosing system of dry bulk feed components

S. Yu. Bulatov; Булатов Сергей Юрьевич; V. N. Nechaev; Нечаев Владимир Николаевич; A. N. Pronin; Пронин Алексей Николаевич; O. A. Tareeva; Тареева Оксана Александровна; A. E. Shamin; Шамин Анатолий Евгеньевич

doi:10.31857/S2500208224010187

Программа управления системой дозирования сухих сыпучих компонентов комбикорма

Авторы: Булатов С.Ю.¹, Нечаев В.Н.¹, Пронин А.Н.¹, Тареева О.А.¹, Шамин А.Е.¹
Учреждения:
1. Нижегородский государственный инженерно-экономический университет
Выпуск: № 1 (2024)
Страницы: 82-88
Раздел: Процессы и машины агроинженерных систем
URL: https://snv63.ru/2500-2082/article/view/659406
DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224010187
ID: 659406

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Развитие интенсивных технологий ведения сельского хозяйства невозможно без внедрения современных методов. Проблема производства комбикормов может быть решена не только разработкой новых машин и оборудования, но и внедрением современных систем управления. В статье проанализированы существующие системы управления дозаторами. Выявлено, что практически все программы предназначены для работы в ограниченных условиях, некоторые из них не учитывают ряд факторов, влияющих на точность подачи материала. Поэтому предложена программа управления двухшнековым дозатором. Чтобы ее разработать отталкивались от технологического процесса дозирования. Учитывали возможность управления двумя шнеками: сначала включается большой шнек (привод от асинхронного электродвигателя) и подает основную часть, затем он выключается и включается второй малый шнек (привод от асинхронного или шагового электродвигателя), который досыпает оставшуюся часть. При этом сигналы о количестве материала передаются от датчиков взвешивания (тензометрические). Предлагаемая программа управления двухшнековым дозатором разработана для ПЛК TM241C24R на языке программирования Structured Text (ST), одном из языков стандарта IEC61131-3, в среде EcoStruxure Machine Expert. Управление выведено на жидкокристаллический дисплей. На главном экране отображается основная информация: параметры электродвигателя, рецепт и показания взвешивающих датчиков. Программа позволяет работать с дозаторами в нескольких режимах. В автоматическом каждый дозатор подает только один компонент. В режиме ручного управления запуск и остановка дозаторов осуществляется оператором с панели управления. При этом возможно задавать частоту вращения вала дозатора. В режиме дозирования двумя шнеками подается один компонент. Предложенная программа поможет повысить точность дозирования в автоматическом режиме.

Ключевые слова

дозатор, дозирование, параметры, программа управления, сыпучие компоненты, точность дозирования

Полный текст

Поддержание и развитие отрасли животноводства вносит ощутимый вклад в обеспечение продовольственной безопасности страны. Для достижения высоких показателей реализуются технологии интенсивного ведения производства, где важна сбалансированность кормов. [6] Комбикорма, произведенные в России, по качественным показателям не уступают импортным. [1] Качество комбикормов зависит от точности введения необходимых компонентов, что обеспечивается соответствующим оборудованием – дозаторами. [19, 20] Для повышения точности дозирования внедряют программы для их управления. [3]

При решении узкоспециализированных задач иногда применяют смешанные способы управления дозаторами. Например, в изобретении RU 64018 U1 дозирование реализуется механическо-электрическим способом за счет замыкания контактов эксцентриком. Масса выданного материала задается через количество доз на пульте управления. [8] При патентном поиске найдены устройства и способы управления дозаторами, применяемые в Советском Союзе.

Интенсивное развитие промышленной электроники, разработка унифицированных ПЛК, периферийных устройств и исполнительных механизмов позволили существенно улучшить показатели систем управления: увеличилась гибкость АСУ ТП; уменьшились размеры и стоимость; возросло количество контролируемых и управляемых параметров и другое. В Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова на базе микроконтроллера STM32F303VCT6 предложена программа, управляющая работой электропривода ленточного весового дозатора по системе ШИП-ДПТ. Программа регулирует пропускную способность ленточного конвейера из-за изменения частоты вращения вала электродвигателя, получает сигналы от весовых датчиков и датчика скорости ленты. [12] Сама система управления конвейерного весового дозатора основана на двухконтурном управлении, один из которых контролирует пропускную способность конвейера, второй – частоту вращения вала электродвигателя. Программа по первому контуру сравнивает заданную пропускную способность с фактической и корректирует частоту вращения вала электродвигателя по второму контуру. [9] Слабая сторона программы – управление работой одним электродвигателем. Несоответствие блока самонастройки и корректирующего фильтра динамически изменяемым параметрам дозирующих устройств усложняет адаптацию системы управления при подаче двух потоков материалов. Данный недостаток устранен в изобретении RU 59276 U1 из-за введения в систему двух контуров управления. Разомкнутый контур отвечает за стабилизацию текущего соотношения двух потоков материалов, а замкнутый стабилизирует интегральное соотношение потоков. [7] Разработчикам из холдинговой компании «Сибирский цемент» и Кемеровского технологического института пищевой промышленности удалось улучшить качество цементного композита созданием программы управления весовыми дозаторами. Блоки управления и дозирования системы выстроены по теории вейвлет-преобразований. Обработка сигналов от датчиков скорости и веса происходит на базе алгоритма вейвлет-поиска соответствия. [18] Некоторые исследователи в производстве фтористого водорода предлагают управлять асинхронным электродвигателем, применяя ST-метод (с помощью переключающей таблицы), отмечая его преимущество перед векторным управлением с ориентацией по полю. Авторы считают, что это повышает качественные показатели готового продукта и надежность оборудования. [10] При этом оценка работоспособности программ управления может осуществляться с помощью компьютерного моделирования. А.Г. Бурцев, Е.В. Матюнина при оценке системы автоматического управления производительностью ленточного дозатора карбида кремния показали, что при воздействии весового датчика в интервале от минус 20 до 20%, регулятор системы управления в автоматическом режиме способен корректировать пропускную способность конвейера. При этом время перехода составляет 0,6 сек., а перерегулирование – 20%. [4] Д.А. Шестов, Д.В. Шилин предложили программу настройки работы весового ленточного дозатора, разработанную в среде Matlab. Авторы заявляют, что с помощью программы можно смоделировать подачу дозируемого материала на ленту, оценить динамические параметры дозатора и асинхронного электродвигателя, который выступает в качестве привода. Отличительная особенность программы – возможность настройки не только классических регуляторов управления асинхронным двигателем, но и интеллектуальных алгоритмов. [15] Исследователи из Сибирского федерального университета при разработке строительного 3Д-принтера сделали вывод, что непрерывные регуляторы уступают нейро-нечетким, обладающим способностью обучения и цифровизации. [5] Для управления весовыми дозаторами предложена программа «ТAURAS-FENIX» (ЗАО «Таурас-Феникс»), которая принимает сигналы со взвешивающих устройств (AD-105C) и управляет приводами шаговых дозаторов (шаговые электродвигатели). Также программа помогает проводить диагностику неисправностей системы управления дозатора и контролировать его работоспособность. [11] Минусы – возможность управления только шаговыми электродвигателями, так как такой вид дороже асинхронных. Кроме программ непосредственного управления дозаторами разработаны вспомогательные, например, колеровочная Tinter для автоматических дозаторов (обслуживающая программа). С ее помощью из баз данных оператор выбирает наименование продукта, размер тары, в которую насыпают материал, формирует команды работы дозатора, осуществляет заполнение колерантами, корректирует цвет. [17] Известны программы определения координат расположения дозатора и объекта, в который подается дозируемый материал. [13, 14]

Анализ программ и систем управления показал, что практически все они предназначены для работы в ограниченных условиях, некоторые не учитывают факторы, влияющие на точность подачи материала, например, высоту его падения. [2] Чтобы повысить точность дозирования компонентов комбикорма, нами разработан двухшнековый дозатор, для управления рабочим процессом которого необходима соответствующая программа.

Цель исследования – составить программу управления дозатором сухих сыпучих компонентов комбикорма.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

При разработке программы управления учитывали технологический процесс дозирования. Особенность предлагаемого дозатора – наличие двух шнеков. Большой предназначен для подачи основной массы материала, он вращается с помощью асинхронного двигателя. Оставшаяся масса подается вторым шнеком. По диаметру он значительно меньше первого. В его задачи входит досыпать оставшуюся от заданной массы часть с необходимой точностью. Привод второго шнека может быть осуществлен как асинхронным, так и шаговым электродвигателем. Поэтому программу составляли с возможностью управления двумя шнеками: сначала включается большой и подает основную часть, далее он выключается и включается второй малый, досыпающий остальную часть. Сигналы о количестве материала подаются от датчиков взвешивания (тензометрические).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Предлагаемая программа разработана для ПЛК TM241C24R на языке программирования Structured Text (ST), одном из языков стандарта IEC61131-3, в среде EcoStruxure Machine Expert. [16] Управление выведено на жидкокристаллический дисплей. На главном экране отображаются: параметры электродвигателя, рецепт и показания взвешивающих датчиков (рис. 1).

Рис. 1. Главный экран меню управления.

В автоматическом режиме работой дозаторов управляет программа, включая и отключая дозатор, изменяя частоту вращения вала рабочего органа. В данном режиме каждый дозатор подает только один компонент. При этом предварительно вводят данные, характеризующие работу дозаторов. В меню выбора рецептов указываются общая масса навески, доля компонентов в ней (кг или %) (рис. 2).

Рис. 2. Меню выбора рецепта.

В меню выбора технологических параметров: частота вращения вала дозатора – основная и в режиме досыпки; переключение частоты вращения вала с основной на частоту вращения досыпки; масса, при которой останавливается дозатор (рис. 3). Дополнительно вводят параметры работы частотного преобразователя, управляющего электродвигателем: номинальный и тепловой ток двигателя, его номинальная мощность, частота вращения вала, время разгона и торможения (рис. 4).

Рис. 3. Меню выбора технологических параметров.

Рис. 4. Меню настройки частотного преобразователя.

Оператор запускает и останавливает дозаторы с панели управления. При этом возможно задавать частоту вращения вала дозатора (рис. 5). Данный режим предназначен для выгрузки оставшегося в бункере материала при обслуживании оборудования.

Рис. 5. Меню управления дозаторами в ручном режиме.

При дозировании одного компонента двумя шнеками в соответствующем окне задается его масса в процентном соотношении, которая должна быть подана первым дозатором, остальная часть – вторым. Режим позволяет более точно вносить компоненты, минимизируя погрешность дозирования.

При возникновении ошибок информация о них автоматически записывается в журнал. Указывается наименование ошибки и время. В случае аварийной ситуации на экране появляется оповещение.

Выводы. Предложенная программа управления системой дозирования компонентов комбикорма поможет повысить точность дозирования в автоматическом режиме.