Исследование влагометрической информационно-измерительной подсистемы сушки зерна в потоке

Цель работы состоит в исследовании влагометрической информационно-измерительной подсистемы АСУТП сушки зерна в потоке.

Датчик влажности влагометрической подсистемы зерна (ВПЗ) устанавливался в зоне охлаждения шахтной зерносушилки. Пробы зерна для измерения влажности в лабораторных условиях образцовым методом (Лаб) брались на выходе шахт сушилки. За образцовый метод принят метод определения влажности в соответствии с ГОСТ 13 586.5−93. Результаты измерения влажности сведены в табл. 1.

Таблица 1. Результаты измерения влажности во времени.

Для выборки? W гипотеза о том, что результаты наблюдений принадлежат нормальному распределению, проверяется при помощи двух составных критериев.

Критерий 1. Вычисляют отношение:

(1).

где S* - смещенная оценка среднего квадратического отклонения:

(2).

— среднее арифметическое результатов наблюдений:

(3).

— количество наблюдений.

Результаты наблюдений можно считать распределенными нормально, если:

< < (4).

где — квантили распределения; q1 — заранее выбранный уровень значимости критерия.

Вычисляем: d = 0,7798. Выбрав уровень значимости q1 = 0,05 при n = 46, находим d0.05 = 0.8508; d0.95 =0.7496. Поскольку 0.7496<0.7798<0.8508, то критерий 1 выполняется.

Критерий 2. Можно считать, что результаты наблюдений принадлежат нормальному распределению, если не более 2 разностей превысили значение где — верхняя квантиль распределения нормированной функции Лапласа, отвечающая вероятности P/2; S — оценка среднего квадратического отклонения результата наблюдения:

(5).

Принимаем уровень значимости q2=0.02. Для n=42 и q2=0.02 находим Р=0,99 и =2,6. Отсюда, =2,6*0,2777=0,722. Разность не превышает не одно значение, из данных табл. 1. Следовательно, критерий 2 выполняется.

Таким образом, гипотеза о нормальности распределения полученных данных согласуется с данными наблюдений.

Для определения вероятности отклонения показаний влагометрической подсистемы, не превышающих + 0.5 (%) от среднего арифметического (), определим вероятность заданного отклонения нормально распределенной случайной величины по абсолютной величине в соответствии с формулой:

(6).

где P (Х) — вероятность, Ф (Х) — функция Лапласа, — среднеквадратическое отклонение нормального распределения:

(7).

Вероятность отклонения (7), Р (Х 0.5) = 0,94.

Все параметры технологического процесса сушки зерна, такие как температура агента сушки, температура нагрева зерна, влажность зерна, период срабатывания затворов с периодичностью 1 секунда передаются по линии связи на компьютер в лаборатории и сохраняются в протоколе технологического процесса. Это позволяет делать выводы о соблюдении технологии сушки зерна оператором зерносушилки. Применение влагометрической подсистемы при сушке различных культур на шахтной зерносушилке позволило оператору оперативно управлять температурой агента сушки, что видно из рис. 1.

зерносушилка квадратический влагометрический.

Рис. 1. График процесса сушки на зерносушилке

Экономический эффект (Эсум) от использования влагометрической подсистемы для зерносушилок и влагомера определяется двумя составляющими:

Эсум = Эп + Эо, (8).

где Эп — прямой экономический эффект, полученный в результате экономии расхода топлива, Эо — опосредованный экономический эффект, обусловленный получением продукта сушки заданного качества.

Отметим, что составляющая Эо, в ряде случаев, значительно превышает Эп. В 2007 году, в сравнении с 2006 годом, когда зерносушилка не была оборудована приборами, экономия топлива составила не менее 30%.

Из рис. 1 видно, что зависимость:

W = f (t), (9).

где t — время, W — влажность зерна сдвинута во времени по отношению к зависимости:

Tас = f (t), (10).

где Тас — температура агента сушки, что обусловлено более высокой инерционностью зависимости (9). Снижение температуры агента сушки по средствам прикрытия форсунки горелки (линейные участки графика T= - к (t) + Тас в интервале значений Тас = 100+ 5 С до 40 + 10 С) при Т ас<=90 С приводит к дискретному режиму работы топки. Дискретный режим не является предпочтительным, а является следствием конкретных условий проведения процесса. При непрерывном режиме колебательный характер зависимости (10) сохранится, однако при этом можно достигнуть минимальной амплитуды разброса Тас при максимально возможном периоде, что обусловит дополнительный прямой экономический эффект.

Автоматизированная система контроля и управления процессом сушки зерна, оборудованная согласно, обеспечивает, с одной стороны, прямую экономию топлива, с другой стороны, своевременность принятия мер по поддержанию режима сушки в заданном температурном интервале, при этом влажность зерна поддерживается близко к целевому значению (7%), что хорошо иллюстрируется графиком на рис. 1. Именно этот фактор обеспечивает Эо процесса сушки с заданными характеристиками качества зерна на выходе — основную составляющую экономического эффекта. Расчет определения Эо по методике Заказчика (в этой статье не приводится) показал, что окупаемость влагометрической подсистемы достигается при сушке не более 5 тыс. тонн зерна. При трехсменной загрузке зерносушилки это составляет не более 7 суток.

Испытания опытного образца влагометрической подсистемы показали, что вероятность абсолютной погрешности (не превышающей + 0.5 (%)) составляет 0.94.

Точность показаний влагометрической подсистемы позволяет создать систему контроля и управления технологическим процессом сушки зерна, работающую в ручном, автоматизированном и автоматическом режимах.