Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние и основные направления развития техники и технологии процесса экструдирования 10
1.1 Технология экструдирования и ее применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве 10
1.2 Структура шнековых прессующих механизмов и особенности конструкции их рабочих органов 18
1.3 Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований процесса экструзии 35
1.4 Современные методы решения задач управления сложными технологическими объектами 41
1.5 Цель и задачи исследования , 45
2 Математическое моделирование процесса экструдирования материалов растительного происхождения 47
2.1 Движение материала в канале шнека 48
2.2 Движение материала в кольцевых полостях шнекового прессующего механизма 63
2.3 Движение материала в цилиндрических фильерах матрицы 67
2.4 Уравнения внутренней характеристики . 70
2.5 Моделирование процесса экструзии в условиях отжима жидкой фазы из прессуемого материала 76
2.6 Комплекс параметров эффекта процесса экструдирования 77
2.6.1 Производительность шнекового пресса-экструдера 77
2.6.2 Мощность сил полезного сопротивления шнекового прессующего механизма 78
2.6.3 Параметры эффекта, оценивающие нагрузки на рабочие органы прессующего механизма 78
2.6.4 Параметры эффекта, оценивающие качество вырабатываемого продукта 79
2.6.5 Коэффициент полезного действия прессующего механизма 80
2.7 Алгоритмизация 80
2.8 Выводы по главе 83
3 Методика экспериментальных исследований процесса экструдирования 84
3.1 Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях 84
3.2 Материалы, применяемые при исследованиях 88
3.3 Описание тензометрической системы измерения давления в шнековом прессующем механизме 89
3.3.1 Методикатензометрических измерений 89
3.3.2 Расчет нормальных напряжений в материале по осевым усилиям во фланцах 93
3.4 Методика проведения эксперимента. Отбор и обработка результатов 94
3.4.1 Измерение температуры экструдируемого материала 96
3.4.2 Измерение угловой скорости шнека 96
3.4.3 Определение мощности сил полезного сопротивления в шнековом прессующем механизме 97
3.4.4 Измерение производительности экструдера 97
3.5 Анализ образцов и оценка качества процесса 97
3.6 Методика вычислительного эксперимента 98
3.7 Выводы по главе 101
4 Экспериментальные исследования по идентификации и верификации математической модели процесса экструдирования 102
4.1 Экспериментальные исследования по идентификации математической модели 102
4.2 Экспериментальные исследования по верификации математической модели 108
4.3 Обоснование оптимальных параметров процесса экструдирования комбикормов методом вычислительного эксперимента 112
4.3.1 Построение рабочих характеристик процесса экструдирования 112
4.3.2 Оптимизация режима процесса экструдирования комбикормов 117
4.4 Выводы по главе 119
5 Реализация результатов исследования 120
5.1 Постановка задачи управления одношнековым прессом-экструдером 120
5.2 Разработка программного обеспечения для моделирования и оптимизации процесса экструдирования растительных материалов в одношнековых механизмах ...125
5.3 Экономическое обоснование разработки 135
5.4 Выводы по пятой главе 142
Общие выводы по работе , „.143
Список использованных источников 145
Приложения 162
- Технология экструдирования и ее применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве
- Движение материала в кольцевых полостях шнекового прессующего механизма
- Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях
- Построение рабочих характеристик процесса экструдирования
Введение к работе
Актуальность темы. В современных социально-экономических условиях особое значение приобретает повышение эффективности работы перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса. Важную роль в этом процессе играет повышение качества управления технологическими объектами сложной структуры, в том числе путем применения методов математического моделирования при проектировании и эксплуатации оборудования.
Одними из самых энергоемких технологических объектов пищевой промышленности являются одношнековые прессующие механизмы, которые в последнее время стали активно использоваться при экструдировании материалов растительного происхождения (биополимеров). Особенностью прессов-экструдеров является сложность и разнообразие процессов обработки биополимеров.
Вместе с тем, существующие теории процесса экструдирования не позволяют прогнозировать его технико-экономические характеристики и качество вырабатываемого продукта. В связи с этим важной представляется оптимизация режимов процесса экструдирования и систем управления с целью ресурсосбережения и обеспечения необходимого качества полуфабриката.
Таким образом, необходимость создания эффективных систем управления технологическими объектами сложной структуры в пищевой промышленности и недостаточная разработанность теории процесса экструдирования делают данную научно-исследовательскую работу актуальной.
Работа выполнена в рамках темы «Совершенствование биотехнических систем пищевых производств и кормоприготовления», включенной в тематический план НИР Оренбургского государственного университета на 2000-2004 гг. Номер госрегистрации темы: 01.960.005780.
Цель работы: Повышение эффективности процесса экструдирования материалов растительного происхождения.
Задачи исследования.
Рассмотреть современное состояние и основные направления развития теории процесса экструдирования. .
Сформировать математическую модель процесса экструдирования и провести ее алгоритмизацию.
Предложить методики экспериментального исследования для идентификации и верификации математической модели.
Разработать программные средства для расчета и оптимизации процесса экструдирования на основе современных информационных технологий и экономически обосновать эффективность разработки.
Создать эффективный алгоритм управления одношнековым экструде-ром.
Объект исследований: Процесс экструдирования материалов растительного происхождения в одношнековых прессах-экструдерах.
Предмет исследования: Параметрический синтез процесса экструдирования.
Методы исследования: методы инженерной реологии, методы системного исследования, методы математической статистики и моделирования, численные методы решения нелинейных уравнений, методы теории автоматического управления, методика программирования на основе современных информационных технологий, методы тензометрических исследований.
Научная новизна:
Создана математическая модель процесса экструдирования материалов растительного происхождения с учетом особенностей режима теплого экструдирования, а также в условиях отжима жидкой фазы из прессуемого материала. Данная модель показала достаточную адекватность результатам эксперимента;
На основе экспериментальных исследований процесса экструдирования идентифицированы внешние величины математической модели;
3. На основе расчета оптимального режима процесса экструдирования разработан алгоритм управления одношнековым экструдером. Практическую ценность имеют:
Разработанное оригинальное программное обеспечение, защищенное свидетельствами РОСПАТЕНТА об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002611226 и № 2003610998, которое позволяет проводить математическое моделирование и оптимизацию процесса экструдирования;
Данные об оптимальных режимах экструдирования растительных материалов и конструктивных параметрах экструдера;
3. Эффективный алгоритм управления одношнековым экструдером.
Достоверность полученных результатов базируется на нижеследующем:
теоретические исследования проведены с использованием разработанной математической модели, в основу которой положены общепринятые научные положения; экспериментальные исследования выполнены на специально созданных установках и на промышленном оборудовании, которые позволили реализовать, и контролировать исследуемый процесс экструдирования; при исследованиях использовались стандартные методики, соответствующие действующим стандартам РФ; исследования проводились с применением тензометрии и аналого-цифрового преобразователя АЦП LC-212F; обработка результатов исследований выполнялась на персональном компьютере с применением стандартных, а также специально разработанных программ.
Реализация результатов диссертационной работы:
Определены оптимальные конструктивные и режимные параметры, которые используются при модернизации пресса-экструдера ПЭШ-30/4 для экструдирования материалов растительного происхождения на ОАО «Оренбургский станкозавод»; оптимальные режимные параметры отжима растительного масла были приняты техническим советом ОАО «Оренбургский маслоэкстракцион-ный завод» для использования в технологическом процессе маслоэкстракцион-ного производства предприятия. Разработанное программное обеспечение ис-
пользуется в курсовом и дипломном проектировании при подготовке студентов по специальности 170600 - «Машины и аппараты пищевых производств» ГОУ ВПО Оренбургский государственный университет.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены, обсуждены и одобрены на: региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2002); региональной научно-практической конференции «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, 2002); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности на современном этапе» (Мелеуз, 2003); всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты компьютерной интеграции машиностроительного производства» (Оренбург, 2003); всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация сложных биотехнологических систем» (Оренбург, 2003); региональной научно-практической конференции (с международным участием) «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, 2003); II международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 6 статей, 3 тезисов докладов на научных конференциях, получены 2 свидетельства РОСПАТЕНТА об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников (178 источников, из них 17 на иностранном языке), приложений и содержит 161 страницы текста, в том числе 40 рисунков.
На защиту выносятся:
Математическая модель процесса экструдирования материалов растительного происхождения;
Результаты экспериментальных исследований процесса экструдирования по идентификации математической модели;
Программный комплекс для расчета и оптимизации параметров эффекта технологического объекта;
Алгоритм управления одношнековым экструдером.
Технология экструдирования и ее применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве
Шнековая экструзионная техника, в настоящее время является наиболее перспективной в производстве продуктов питания и кормов для живот-ных[ 1,...,7]. С ее помощью перерабатывают белки, полисахариды, смеси белков и полисахаридов, цельно смолотое зерно, вторичное сырье мясной и рыбной промышленности.
Интерес к переработке растительного сырья с помощью термопластической экструзии обусловлен двумя основными причинами: во-первых, большим объемом и разнообразием продукции, производимой с помощью этой технологии, и, во-вторых, экономическим эффектом, который дает производство экструзионных продуктов. Высокий экономический эффект производства такого типа продуктов обусловлен прежде всего тем, что один экструдер может заменить целый комплекс машин, необходимых для производства кормов (в частности, составлять композиции из нескольких компонентов, перемешивать, сжимать, нагревать, варить, стерилизовать, формовать практически одновременно) [8,9,10]. Его использование позволяет сделать процесс непрерывным, легко контролируемым, универсальным по перерабатываемым полуфабрикатам и конечным продуктам.
Экструзией называется процесс переработки продуктов в экструдере путем размягчения или пластификации и придания им нужной формы в поперечном сечении путем продавливания через экструзионную головку, сечение которой соответствует конфигурации изделия [11,12].
Характерной особенностью экструдеров является то, что их коэффициент теплопередачи достаточно высок и даже в случае переработки вязких материалов возможен гомогенный теплообмен в течение короткого промежутка времени (в пределах 30 с), поэтому экструдеры можно считать теплообменниками с хорошими параметрами. Многие продукты питания чувствительны к нагреву, поэтому подвергать их тепловой обработке необходимо быстро. Используя экструдеры, можно осуществлять высокотемпературную обработку в течение короткого промежутка времени - в частности, проводить стерилизацию вязких материалов, что ранее было трудноосуществимым [12,13].
Экструдеры позволяют получать очень высокие давления. Несложно осуществлять экструдирование с давлением сжатия 10 МПа. При таком высоком давлении в экструдере возникают большие силы сдвига, благодаря чему появляется возможность, например, формовать волокнистую структуру из белков растительного происхождения, что невозможно в условиях традиционной технологии тепловой обработки [10]. Высокое давление значительно сокращает время варки. Кроме того, на выходе из формующего устройства давление резко падает до атмосферного, это вызывает разбухание продукта, позволяющее осуществлять формовку вязких материалов. Перегретый пар буквально взрывает выдавленный материал [8,10,13,14,15].
Впервые метод экструзионной обработки был применен в 1797 году в Англии при производстве бесшовных жестяных труб. Эта технология, позволившая изготовить трубы с использованием давления и применения кольцевых насадок, получила широкое распространение. По этому же принципу вскоре были сделаны другие изделия: кирпич, мыло, пленки, искусственные волокна, кабельные изделия и т.д. [16].
Первый известный шнековый экструдер был создан в Англии фирмой «Follows & Bate» в 1869 г. для изготовления колбас [17,18]. Первый патент на экструзионную машину с архимедовым винтом был выдан М. Грею в 1879 г. [19]. Одним из первых промышленных шнековых экструдеров, предназначенных для переработки термопластичных материалов, был сконструирован Паулем Трестером в 1935 г. [20]. Процессы экструзии классифицируют на три группы: холодное формование (холодная экструзия), тепловая обработка и формование при низком давлении (теплая экструзия), тепловая обработка и формование при высоком давлении (горячая экструзия) [8,14,21,...,24].
При холодной экструзии происходят только структурно-механические изменения в материале вследствие медленного его перемещения под давлением и формование этого продукта с образованием заданных форм. Экструдируемый материал обладает повышенной пластичностью и низкой вязкостью. При холодной экструзии массовая доля влаги в сырье составляет от 30 до 60 %. Температура продукта в процессе холодной экструзии влияет на его свойства незначительно и составляет на выходе из экструдера от 20 до 60 С при давлении до 6 МПа. Холодная экструзия применяется в основном при производстве макарон и кондитерских изделий [23,...,28].
При теплой и варочной экструзии исходное сырье имеет влажность 20 ... 30 %. Температура продукта на выходе из экструдера составляет оъЮ до НО С, давление экструдирования также возрастает и становится равным 8 ... 14 МПа. Высокие давление и температура приводят не только к структурно-механическому, но и к химическому преобразованию продукта. При теплой экструзии крахмалосодержащего сырья происходит так же, как и при горячей экструзии, желатинизация крахмала. Однако вспучивания с образованием пористой структуры на выходе из экструдера не происходит. Это связано с тем, что температуры недостаточно для резкого превращения воды в пар. Получаемый экструдат отличается небольшой плотностью, незначительным увеличением в объеме, пластичностью, а также ячеистым строением. Иногда экструдату необходима дополнительная обработка - подсушивание, обжаривание, фрити-рование [6,15,23].
Движение материала в кольцевых полостях шнекового прессующего механизма
Внедрение прогрессивных технологий в производство требует обработки большого количества информации, что влечет за собой широкую автоматизацию управления на базе современной вычислительной техники. Наиболее легко удается осуществить автоматизацию непрерывных технологических процессов. Весь непрерывный технологический процесс проходит ряд этапов, реализуемых соответствующими агрегатами. Управление каждым из агрегатов осуществляется локальным электронным регулятором, который связан управляемым агрегатом каналами связи. Всем процессом управляет центральная ЭВМ.
Все эти практические управленческие задачи основаны на использовании текущего воздействия на систему и работают на уровне простого регулятора. При регулировании тех или иных величин следует учитывать, что на диапазон их изменений накладываются определенные ограничения, как и на диапазон изменений других параметров системы.
Однако в процессе управления сложными системами необходимо исследовать объективные закономерности саморегулирования и использовать их для реализации научно-обоснованного управления. Поэтому управление сложными системами должно предусматривать адаптацию управляющей системы к реальным условиям. Здесь важную роль играют управляющие модели, включающие контур самонастройки системы, который с учетом имеющейся информации и опыта задает управление более низким уровнем системы [133,...,136]. При этом задачи автоматизированного управления решаются на информационном уровне, что позволяет рассматривать сложные системы не в динамике, а статически.
Наиболее эффективным аппаратом для решения перечисленных задач является математическое моделирование [137].
Широкое применение получили методы имитационного моделирования, основанные на глубоком изучении объекта. Применение этих методов предполагает, что основные закономерности объекта может указать сам исследователь. Имитационное моделирование опирается на использование физических моделей [138,...,141].
Имитационное моделирование пригодно для простых, понятных объектов, легко поддающихся описанию, не допускающих разночтения свойств. При решении ряда практических задач требуется привлечение новых методов и моделей, позволяющих изучать внутренние закономерности процесса, характеризуемого большим набором параметров. Исследованию этих проблем посвящены работы Ивахненко А.Г., Браверманна Э.М., Шеннона Р. и др.
Широкое распространение получили статистические методы анализа технологических объектов, наиболее простым является корреляционно-регрессионный анализ.
Областью эффективного применения многомерного статистического анализа могут служить задачи управления объектами различной физической природы. В работах [142,...,146] были рассмотрены вопросы оптимального управления технологическими процессами в пищевой промышленности, і
В рамках теории оптимального управления сложными системами существует множество различных задач. Эти задачи связаны с проектированием новейших технологий, оптимизацией процесса конструирования нового оборудования, выбором оптимальных режимов процесса эксплуатации, выявлением внутренних параметров процесса и связей между параметрами, формированием новых качественных характеристик объекта, прогнозированием и планированием свойств того или иного процесса, определением условий функционирования сложной системы и внешних воздействий, исследованием устойчивости и т.д. [147,148].
Существует, по крайней мере, два подхода к решению поставленных задач. Первый из них заключается в построении общей теории автоматизации управления сложными объектами исследуемой отрасли, в разработке специальной методики решения задач управления. Однако большое разнообразие объектов исследования может привести к тому, что общая теория распадется на отдельные теории и методики решения задач для конкретных процессов, что приведет к разработке методов слабо связанных друг с другом, либо потребует создания новой специальной теории, позволяющей применять ее к конкретным процессам.
Другой подход заключается в оптимальной организации имеющихся методов, которые позволяют решить практически любую задачу управления небольшим количеством достаточно универсальных методов для широкого класса задач и, одновременно, учитывающих специфику различных объектов управления.
Решение этих задач наиболее эффективно может быть достигнуто на основе системного подхода, в соответствии с которым для определенного множества задач имеется множество методов. Такой подход можно рассматривать как принципиально новое направление в решении задач автоматизации управления технологическими процессами. Примеры таких подходов рассмотрены в работах Глушкова В.М., Крона Г., Абдрашитова Р.Т. [149].
Таким образом, актуальность разработки и использования методов математического моделирования при решении задач управления сложными технологическими объектами не вызывает сомнения.
Экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях
С целью идентификации и верификации математической модели, предложенной во второй главе необходимо провести ряд экспериментальных исследований, которые были реализованы в несколько этапов: разработка экспериментальной установки для исследования процесса экструдирования материалов растительного происхождения на одношнековых прессах-экструдерах; подготовка оборудования и измерительной аппаратуры; проведение опытов и анализ результатов; реализация методики экспериментального определения внутреннего давления в прессуемом материале; проведение вычислительного экспери-мента и обработка полученных данных.
Влияние кинематических и технологических параметров процесса экструдирования на энергоемкость, производительность и качество прессования выявлялось методами математического моделирования. Полученные данные обрабатывали на ЭВМ.
Экспериментальные исследования проводились на кафедре «Машины и аппараты химических и пищевых производств» Оренбургского государственного университета.
В основу экспериментальной установки по изучению процесса прессования комбикормов был взят малогабаритный пресс-экструдер ПЭШ 30/4, выпускаемый ОАО «Орстан», предназначенный для изготовления макаронных изделий и вспученных экструдатов. Техническая характеристика и геометрические параметры пресса приведены в таблице 3.1.
Пресс имеет сменный шнек, на конце которого укреплена насадка типа «торпедо» с шестью продольными канавками прямоугольного сечения, выполняющая функции компрессионного затвора. Привод шнека осуществляется от асинхронного двигателя посредством клиноременной передачи через редуктор. Для изменения угловой скорости вращения шнека имеется комплект сменных шкивов клиноременной передачи. Головка пресса позволяет устанавливать матрицы различной конструкции. Внешний вид экспериментальной установки с измерительной аппаратурой показан на рисунке 3.1.
Принцип работы установки, следующий: электродвигатель, установленный в станине 1, посредством ременной передачи приводит во вращение быстроходный вал редуктора 2, с тихоходного вала движение передается муфтой на рабочий орган - шнек, расположенный в цилиндрическом корпусе 4, который заканчивается формующей головкой 5. Питание экструдера осуществляется через смеситель с питающей воронкой 3, соединенный непосредственно с шнеко-вым корпусом, расположенным на станине 1 с электроприводом.
Запуск и остановка пресса осуществляется с помощью пульта управления 6. Для регистрации показаний датчиков использован компьютер 7, получающий сигналы от АЦП LC-212F 8. Угловая скорость шнека измеряется тахометром 9. Для измерения мощности, расходуемой на прессование, применяли ваттметр 10 марки Д 539 (ГОСТ 8476-93) с нагрузочным трансформатором тока УТТ-5М (ГОСТ 51974-73). Контроль температуры велся в зоне формующей головки цифровым мультиметром М838 11, имеющим термопару типа «К». Взвешивание исходных компонентов и анализируемых образцов производилось на лабораторных рычажных весах ГОСТ 19491-74. Время отбора проб фиксировалось механическим секундомером ГОСТ 5072-72. Для прессования комбикорма использовали две сменных фильеры цилиндрического сечения диаметром: 0,011; 0,008 м и длиной 0,1 м. В основу экспериментальной установки по изучению процесса прессования подсолнечника был взят малогабаритный пресс-экструдер ПЭШ-30/4, модернизированный для получения растительного масла и жмыхов. Геометрические параметры пресса приведены в (таблице 3.2). Модуль АЦП LC-212F предназначен для электротензометрии. Он работает с мостовыми и полумостовыми схемами соединения тензодатчиков с сопротивлением от 100 до 1000 Ом при проведении статических и динамических измерений. Модуль работает совместно с персональным компьютером и подключается через LPT порт. 3.2 Материалы, применяемые при исследованиях Для экспериментального исследования процесса экструдирования комбикормов был взят рассыпной комбикорм ПК 4-17 ОСТ 8-20-77, вырабатываемый Оренбургским комбикормовым заводом. Процесс экструдирования комбикормов велся при трех значениях влажности: 24; 28 и 32 %. Влажность контролировали по ГОСТ 14849-69. Для экспериментального исследования процесса экструдирования масличного сырья был взят подсолнечник средней масличности ГОСТ 22391-89, соответствующий 1 классу, используемый в технологическом процессе на ОАО «Оренбургский маслоэкстракционный завод». Процесс прессования исходного сырья велся при фиксированном значении влажности: W = 6,4 %. 3.3 Описание тензометрической системы измерения давления в шнеко-вом прессующем механизме
Построение рабочих характеристик процесса экструдирования
Для процесса экструдирования комбикормов можно выделить две основные группы задач: оптимизация конструктивных параметров при проектировании и оптимизация технологического процесса при эксплуатации. Для каждого класса задач можно построить различные системы управления [168].
Решение этих задач можно проводить на информационном уровне, располагая адекватной математической моделью. Приведенные в главе 2 уравнения внутренней характеристики шнекового прессующего механизма совместно с зависимостями, определяющими параметры эффекта, дают возможность рассмотреть задачу нахождения ряда рациональных конструктивных параметров пресса ПЭШ-30/4. Оценить влияние конструктивных параметров пресса-экструдера на параметры качества можно с помощью вычислительного эксперимента, методика которого представлена в главе 4. Задача оптимизации конструктивных параметров пресса-экструдера ПЭШ-30/4 была рассмотрена в работах Т.М. Зубковой [101] и Д.М. Мусиенко [124]. Осуществляя параметрический синтез технологического объекта, можно подобрать конструктивные параметры для определенной рецептуры экструди-руемого комбикорма, или же подобрать рецептуру комбикорма для оптимального экструдирования на имеющейся конструкции. Рассмотрим задачу управления прессом-экструдером ПЭШ-30-4 на этапе эксплуатации. На технологический процесс большое влияние оказывает материал, который подвергается экструзии, в основном это биополимеры. Реологические свойства материала характеризуются коэффициентом консистенции материала и индексом течения, характеризующим отклонение свойств данного материала от свойств ньютоновской жидкости. На данный процесс также оказывает влияние влажность прессуемого материала W, угловая скорость шнека со, множество его конструктивных параметров к, и как следствие этих факторов температура, создаваемая в экстру-дере, которая влияет на качество конечного продукта и степень его готовности [169,170,171]. Полагая конструкцию оптимальной, для обеспечения эффективного протекания процесса экструдирования необходимо определить оптимальную влажность материала W и угловую скорость со, которые принимаем в качестве управляющих параметров процесса. Эффективность процесса экструдирования удобно оценивать при помощи комплекса параметров эффекта, которые рассматриваются в качестве выходных параметров системы. Возмущением в данной системе управления будем считать изменение реологических свойств материала в процессе экструдирования, которое определяется его исходной влажностью. Модель системы управления представим следующим образом: Задачу управления одношнековым экструдером можно рассматривать как задачу поддержания параметров эффекта процесса в оптимальной области параметров эффекта. На основании математической модели, описанной в главе 2, и результатов экспериментальных исследований, приведенных в главе 4, для пресса-экструдера ПЭШ 30/4 с параметрами, представленными в таблице 3.1 была построена система управления процессом экструдирования комбикормов. Основными элементами схемы являются: исполнительный механизм дозатора воды (ИМ1), исполнительный механизм регулятора оборотов (ИМ2), регулирующие органы 1-го и 2-го параметров (РОЇ, Р02), датчики управляющих воздействий для 1-го и 2-го параметров (Д1, Д2), блок оптимизации, являющийся системой настройки. Блок оптимизации предполагает вычисление адекватных управляющих воздействий для поддержания параметров эффекта в оптимальной области параметров эффекта процесса экструдирования. На примере решения задачи оптимизации режимных параметров процесса экструдирования комбикормов (глава 4) был разработан алгоритм управления, схема которого представлена на рисунке 5.3. На первоначальном этапе определяется область ограничений параметров эффекта в соответствии с технологическим заданием. Далее рассчитывается оптимальный режим экструдирования, что предполагает использование программных средств, описанных в главе 3. Для обеспечения непрерывного процесса экструдирования оптимальная угловая скорость со выбирается по результатам моделирования и оптимизации режимных параметров. В соответствии с рисунком 4.14 таких значений два: со = 13 рад/с (линия 7) и со = 15 рад/с (линия 8). После выхода экструдера на режим определяем действительные значения производительности Q, мощности сил полезного сопротивления N, давления в прессуемом материале Т\ в соответствии с методикой, описанной в главе 3. Рассчитываем коэффициент полезного действия процесса 77. Проверяем, оптимален ли процесс: принадлежит ли точка (Q,if) оптимальной области параметров эффекта (рисунок 4.14). Если процесс оптимален, то он продолжается без изменений. Если процесс не оптимален, то определяется адекватное управляющее воздействие возвращающее параметры эффекта в оптимальную область. При выборе адекватного управляющего воздействия необходимо провести анализ оптимальной области параметров эффекта. В нашем случае (рисунок 4.14) при анализе оптимальной области параметров эффекта был установлен следующий критерий выбора управляющего воздействия. Рассматривая линии 7 и 8 (оптимальные значения угловой скорости), определяем, что выход за нижнюю границу оптимальной области обусловлен увеличением относительной влажности прессуемого материала, а выход за другие границы - уменьшением влажности. Таким образом, сравнивая действительное значение к.п.д. процесса 77 с нижней границей оптимальной области (Лопт)- принимается решение о выборе адекватного управляющего воздействия (рисунок 5.2), Величину управляющего воздействия вычислить не составит труда. Следует отметить, что для каждой рецептуры комбикорма и набора конструктивных параметров вид оптимальной области будет различным. Разработка программного обеспечения для моделирования и оптимизации процесса экструдирования материалов растительного происхождения в одношнековых механизмах Программное обеспечение для моделирования и оптимизации процесса экструдирования материалов растительного происхождения в одношнековых механизмах было разработано в программной среде Borland Delphi 5.5, являющейся системой визуального проектирования прикладных программ для Windows [172].
