Способ автоматического управления экструдером
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к автоматизации процессов экструзионной переработки термолабильных продуктов. Оно может быть использовано в устройствах для производства экструдированных пищевых продуктов. Исходный продукт с разной начальной влажностью подают в экструдер по двум потокам через смеситель. Устанавливают влажность экструдата путем воздействия на соотношение расходов исходного продукта по двум потокам. Измеряют текущие значения диаметра жгута экструдата и площади поперечного сечения выходного отверстия матрицы, по которым определяют коэффициент вспучивания экструдата, и осуществляют дополнительную коррекцию величины давления продукта в предматричной зоне воздействием сначала на изменение площади сечения отверстия матрицы и затем на соотношение расходов исходного продукта. Способ обеспечивает повышение качества готовых продуктов (экструдатов), получаемых из термолабильного исходного сырья, за счет стабилизации давления в предматричной зоне экструдера. 1 табл. , 2 ил.
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к автоматизации процессов переработки термолабильных продуктов. Оно может быть использовано в устройствах для производства экструдированных пищевых продуктов, а также в других областях, использующих экструзию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического управления экструдером, в котором предусмотрено измерение момента вращения рабочего органа, температуры материала у выхода из экструдера в предматричной зоне с воздействием на дозирование подаваемого материала и на обороты рабочего органа, также измеряют влажность и расход исходного сырья, греющего или охлаждающего агента, расход и влажность экструдата, давление материала в предматричной зоне, мощность регулируемого привода экструдера, устанавливают частоту вращения шнека экструдера по измеренным значениям расхода и влажности исходного сырья, а также расход греющего или охлаждающего агента по температуре материала перед матрицей, корректируют режим управления по текущему значению конечной влажности экструдата, причем при отклонении конечной влажности экструдата от заданного значения в сторону увеличения корректируют режим управления на первом уровне регулирования, в соответствии с которым увеличивают частоту вращения шнека до достижения текущего значения давления материала в предматричном пространстве максимально допустимого значения, а затем в работу вступает второй уровень регулирования, в соответствии с которым увеличивают расход греющего агента до достижения текущего значения температуры максимально допустимого значения, а при отклонении конечной влажности экструдата от заданного значения в сторону уменьшения снижают частоту вращения шнека до достижения текущего значения давления материала в предматричном пространстве минимально допустимого значения - первый уровень регулирования, далее регулирование идет по второму уровню, предусматривающему уменьшение расхода греющего агента до достижения текущего значения температуры минимально допустимого значения, по данным измеренных значений расхода исходного сырья, греющего или охлаждающего агента и потребляемой мощности регулируемого привода экструдера непрерывно вычисляют величину стоимости суммарных энергетических и материальных затрат, приходящихся на единицу массы получаемого продукта, вычисляют знак ее производной по расходу исходного сырья, по которому воздействуют на расход исходного продукта в антибатной зависимости. [Авторское свидетельство РФ 2130831, кл. 6 В 29 С 47/92, 27.05.99, Бюл. 15] . Недостатком известного способа является отсутствие возможности оперативной стабилизации суммарного потока влаги, подаваемого на экструзию с исходным продуктом, так как он не предусматривает подачу продукта с различной влажностью по двум потокам. А это не обеспечивает компенсацию случайных возмущений со стороны свойств исходного продукта, в первую очередь его влажности и возможных технологических сбоев, связанных с образованием застойных зон и эффекта противодавления. Способ не предусматривает регулирование величины давления материала в предматричной зоне экструдера воздействием на живое сечение матрицы. Однопараметрическая оптимизация расхода подаваемого продукта по минимальной величине энергозатрат с учетом накладываемых ограничений на качество готового изделия является явно недостаточной, так как сдерживает число потенциально возможных управляющих воздействий, позволяющих решить задачу оптимизации большего числа факторов. Технической задачей изобретения является повышение качества готовых продуктов (экструдатов), получаемых из термолабильного исходного сырья, за счет стабилизации давления в предматричной зоне экструдера. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления экструдером, включающем измерение расходов исходного продукта, греющего или охлаждающего агента, экструдата, влажности исходного продукта и экструдата, давления и температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоту вращения рабочего органа с коррекцией давления продукта в предматричной зоне путем воздействия на частоту вращения шнека, расход греющего или охлаждающего агента и расход исходного продукта, новым является то, что исходный продукт с разной начальной влажностью подают в экструдер по двум потокам через смеситель, устанавливают влажность экструдата путем воздействия на соотношение расходов исходного продукта по двум потокам, измеряют текущие значения диаметра жгута экструдата и площади поперечного сечения выходного отверстия матрицы, по которым определяют коэффициент вспучивания экструдата, и осуществляют дополнительную коррекцию величины давления продукта в предматричной зоне воздействием сначала на изменение площади сечения отверстий матрицы и затем на соотношение расходов исходного продукта. На фиг. 1 представлена схема автоматического управления экструдером по предлагаемому способу. На фиг. 2 изображен фрагмент матрицы с регулируемым живым сечением. Схема содержит экструдер 1 с формующей головкой 2, которая снабжена устройством 3 для изменения живого сечения матрицы, регулируемый привод экструдера 4 с прибором 5, измеряющим число оборотов шнека, линии 6 и 7 подвода продукта, смеситель 8, линию 9 отвода экструдата, линию 10 подвода греющего (охлаждающего) агента, линию 11 отвода отработанного греющего (охлаждающего) агента, датчик 12, измеряющий влажность, и датчик 13, измеряющий расход исходного сырья, датчик 14 влажности экструдата, датчик 15 расхода экструдата, датчик 16 давления продукта в предматричном пространстве, датчик 17 температуры продукта перед матрицей, датчик 18 расхода греющего (охлаждающего) агента, датчик 19 геометрических параметров экструдата, датчик 20, измеряющий величину живого сечения матрицы, локальные регуляторы 21-27, алгебраический блок 28, исполнительные механизмы 29-33. Способ управления осуществляется следующим образом. Исходный продукт с разной начальной влажностью подают в экструдер по двум линиям 6 и 7 через смеситель 8, устанавливают влажность экструдата в заданном интервале значений путем воздействия на соотношение расходов исходного продукта при помощи исполнительных механизмов 29 и 30, измеряют текущие геометрические параметры жгута экструдата с помощью датчика 19 и площади поперечного сечения выходного отверстия матрицы при помощи датчика 20, по которым определяют коэффициент вспучивания экструдата по формуле (1) и стабилизируют величину давления продукта в предматричной зоне, изменяя площадь поперечного сечения выходного отверстия матрицы, которую измеряют датчиком 16.![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/43/439512.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Экструдер снабжен рубашкой для подвода теплоносителя 34 и устройством для изменения величины живого сечения матрицы 3. В качестве исходного сырья использовалась, например, крошка черствого и деформированного хлеба дарницкого (ГОСТ 266983-86) с добавлением свекольно-паточного полуфабриката (ТУ 9164-001-20680102-94). Исходный продукт подавали по двум потокам с влажностью 12
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
- обеспечить многоканальное управление с учетом ограничений по управляемым переменным, обусловленных как получением экструдатов высокого качества, так и экономической целесообразностью процесса;
- увеличить число потенциально возможных управляющих воздействий за счет использования в качестве регулируемой величины живого сечения матрицы;
- создать условия для стабилизации коэффициента вспучивания экструдата как основного показателя качества;
- снизить вероятность противодавления за счет непрерывной коррекции величины давления в предматричной зоне путем оперативного регулирования величины живого сечения матрицы;
- обеспечить снижение суммарных удельных энергозатрат на 2-3%.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3