Диссертация (1152206), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Но при процессе дозирования возникает проблемы состабильностью подачи молотого кофе в дозирующий механизм и возможностиконтроля образующихся при этом сводов. В связи с этим проблематрадиционного объемного способа дозирования молотого кофе заключается виспользовании устаревших методов и систем преобразования управляющихсигналов контроллеров в управляющие воздействия в виде переменногоколичества молотого кофе. Поступающие при этом сигналы в технологическийаппарат объемного дозатора, не соответствуют по своему техническому уровнюи метрологическому обеспечению современному состоянию измерительной иуправляющей техники.
Особая проблема возникает при дозировании молотого7кофе разных по частицам фракций. При заданной плотности молотого кофе наэтапе его автоматического дозирования в упаковку возникают трудностиравномерного распределения частиц по объему и форме упаковки, если кофеотличаетсяразнымиразмерамичастицфракций.Такженедостаточнотеоретических и экспериментальных исследований по физико-механическимсвойствам молотого кофе, автоматизации контроля его показателей качества.Практически нет исследований по истечению молотого обжаренного кофе изаппаратов объемного дозирования, что затрудняет обеспечить качество готовойпродукции упакованного молотого кофе, сводит к минимуму экономию,повышение производительности труда, обеспечение высококачественноговедения технологического процесса дозирования.Совершенствование, автоматизация и оптимизация технологическихпроцессов дозирования сыпучих материалов определяются за счет повышениякачества управления ими.
Системы управления дозированием сыпучихматериалов используются на этапах управления ходом технологическихпроцессов, для регламентации подачи исходного сырья кофе в технологическиеаппараты, для дозирования количества готовой продукции молотого кофе приее фасовке, при подготовке к выполнению операций аналитического контроля,и в других случаях. Применение автоматических объемных роторных дозаторовв качестве объектов автоматизации и создание на их основе - системавтоматическогорегулированияпараметровтехнологическихпроцессовпроизводства молотого обжаренного кофе с использованием интеллектуальныхтехнологий позволяет решить данную проблему.В этой связи представляется необходимым исследование и анализобъекта автоматизации, существующих и необходимых методов контроляпоказателей качества исследуемой продукции и разработка на основеполученныхрезультатовсистемыуправленияпроцессомобъемногодозирования молотого обжаренного кофе с учетом определения в потокефизико-механических свойств.8Контроль процесса объемного дозирования производства кофе имеетбольшое значение, так как от него зависит стабильность качественныххарактеристик продукта.
Поэтому тема настоящей диссертационной работы,направленная на решение этих вопросов, актуальна. Она позволяет решитьзадачи, связанные с решением проблемы создания автоматизированнойсистемы контроля в потоке основных показателей качества молотого кофе спомощью разработанных методов и математических моделей, адекватноотражающих, происходящие в аппаратах роторных дозаторов процессыдозирования сыпучих материалов.
Такие разработки повысят эффективностьработы аппарата, позволят разработать новые перспективные конструкции этихаппаратов, разработать системы мониторинга процессов дозирования сыпучихматериалов с использованием современных интеллектуальных технологий:искусственных нейронных сетей (ИНС) и систем компьютерного зрения (СКЗ).Создание такой системы позволит: непрерывно, в потоке контролироватьэффективность процесса дозирования молотого кофе, а также непрерывноопределять основные показатели его качества в течение всего технологическогопроцесса; что обеспечит стабильность производства кофе; существенноуменьшит уровень брака, снизит потери рабочего времени, сырья и энергии,повысит качество готовой продукции.Проведенный обзор и анализ работ посвященных этой проблеме выявил,что к настоящему времени физико-механические свойства молотого кофе и егозакономерности движения и истечения были изучены и представлены вработах: В.
Соколовского «Статика сыпучей среды» (1954), Г. К. Клейна«Строительная механика сыпучих тел» (1956), Р. Л. Зенкова «Механиканасыпных грунтов» (1964) , Г. А. Гениева «Основы динамики сыпучей среды»(1958)[131, 43, 65]. Закономерностями движения и истечения сыпучихматериалов из емкостей, а также борьбы со сводообразованием занималисьтакие значительные ученные как Э.
В. Дженике [57, 163-165], Р. Л. Зенкова [64]и другие[28, 35, 89, 149].Определение физико-механические свойства молотогокофе и гранулометрический состав кофе CENICAFE занимались Ricardo Alonso9Guevara - Barreto [158]; José Jaime Castaño - Castrillón [168,169]. Также важноотметить научные работы Jesús Gadea Sáinz «Проблемы гранулометрическихсостав строительных материалов 2011г.» и работы «Проблемы дозированиястроительных материалов 2014г.» в университете Бургоса – Испания [167, 166]и другие как J.L. Amorós, G. Mallol, E. Sánchez, J.
García [162].Исследования в области дозирования сыпучих материалов проводились в1970-1980-х годах на Украине и в России Ю.В. Виденеева [36-38] и Е.БКарпина [1, 72].Развитие вычислительной техники и появление профессиональногоматематического программного обеспечения как Matlab, LabView, позволилиреализовать интересное исследование по компьютерному моделированиюпроцесса дозирования. Такие работы как («Оптимизация процесса весовогодозированиясыпучихматериалов»),проведенныев2007годувПриднепровской государственной академии строительства и архитектуры (г.Днепропетровск, Украина) [53], Ramirez Mercedez, Fabricio Garelli, ArielDominguez, Modesto Angulo «Имитационная модель и алгоритм контроляуровня материала в бункере» в Аргентине в 2009 г [178].Крометогобылозащищенонесколькодиссертацийвобластиматематического моделирования процесса дозирования сыпучих материалов,такие работы как Давиденко П.Н.
в 2005 г [55]; Колбасин А.М [75] «Автоматизациятехнологическогопроцессауправленияпроизводствоммногокомпонентных сыпучих бетонных смесей с учетом ошибок дозирования»:диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 2007 г.Однако ключевые задачи математического моделирования управленияпроцессом дозирования молотого кофе остаются нерешенными. Также, донастоящего времени не предложено никакой теоретически обоснованнойметодики расчета и управления режимами процесса дозирования с цельюоптимизации этого процесса.Однимбункеровизнаправленийобъемныхдозаторовповышенияявляетсятехнологическойустановкавнадежностиихполостях10сводоразрушающих устройств, параметры и режимы, работы которых должнысоответствовать физико-механическим свойствам порошковых материалов,такие как молотый кофе, и конструктивным параметрам самих бункеров.Одним из перспективных направлений развития автоматизации процессовпищевой промышленности является применение аппарата искусственныхнейронныхсетей(ИНС),являющегосяважнымразделомтеорииискусственного интеллекта.
ИНС способны решать широкий круг задачраспознавания образов, идентификации, прогнозирования и оптимизацииуправлениясложнымиобъектами.ВобщетеоретическомпланеИНСисследовались в работах зарубежных ученых: Д. Хебба, Ф.Розенблатта,М.Минского, Дж. Холфидса, У.С. Мак - Коллака, У. Питтса, К.Э. Шеннона,Дж.М. Маккарти, Дж. Фон Неймана и др. Существенный вклад в решениенаучных и практических аспектов ИНС вносят отечественные ученые: В.В.Круглов, В.В.
Борисов, Г.К. Вороновский, К.В. Махотило, С.Н. Петрашев, С.А.Сергеев, С.В. Фомин, А.А. Фролов, В.Л. Дунин-барковский и др., а в пищевойпромышленности – М.М.Благовещенская, О.Н. Лимбах, Е.В. Роденков, В.В.Садовой, В.А. Самылина, А.Г. Храмцов, А.В. Шаверин и др.В настоящей работе был учтен и проработан опыт предыдущихисследований и были приняты во внимание все рекомендации, приводимыеавторами перечисленных ранее трудов.Анализ опубликованных научных работ в области ИНС свидетельствует оперспективности исследований по этой тематике, необходимости развитияэтого направления, а так же малочисленности данных исследований в областипищевой промышленности.
Изучение отечественной и зарубежной литературыуказывает на необходимость углубленного исследований в рассматриваемойобласти и применения новых подходов к использованию ИНС для построениявиртуальных датчиков контроля показателей качества пищевых продуктов. Всвязи с чем, представляется своевременным и актуальным проведениекомплексных исследований, направленных на автоматизацию контроля уровнямолотого обжаренного кофе с применением интеллектуальных технологий;11разработку виртуального датчика уровня этих сыпучих масс бункере на основенейросетевых алгоритмов; исследование возможности интеграции такогодатчика в систему управления технологическим процессом дозирования.Проведенные исследования показали возможность успешного решенияпоставленныхзадачавтоматизациипроцессадозированиямолотогообжаренного кофе масс за счет внедрения в производственный процессспециальноразработанногопрограммно-аппаратногокомплекса(ПАК)виртуального датчика, построенного на основе искусственной нейронной сети(ИНС), приемлемого по стоимости для любого пищевого предприятия.Создание и внедрение виртуального датчика уровня с использованиеминтеллектуальных технологийи современных математических методовпозволяет оптимизировать управление технологическими режимами линиидозирования кофе, непрерывно получать данные об уровне этих масс в бункередозатора в течение всего технологического процесса в режиме реальноговремени, существенно уменьшить уровень брака, снизить потери рабочеговремени, сырья и энергии, повысить качество готовой продукции.
Решение этойпроблемы позволит построить эффективную систему регулирования иуправления технологическими процессами дозирования молотого кофе.Исходяизвышеизложенного,«Математическоеиалгоритмическоетехнологическимпроцессомтемадиссертационнойобеспечениеобъемногосистемыдозированияприработыуправленияпроизводствемолотого обжаренного кофе» является актуальным направлением развитияпищевой промышленности, имеющей важное народнохозяйственное значение,а также актуальной научно- технической задачей специальности 05.13.06 –Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами(впищевойпромышленности).Диссертациясоответствуетпаспортуспециальности 05.13.06, а именно пунктам: «2.Автоматизация контроля ииспытаний»,«9.Методыэффективнойорганизациииведенияспециализированного информационного и программного обеспечения АСУТП,АСУП и др., включая базы и банки данных и методы их оптимизации»12«12.Методы контроля, обеспечения достоверности, защиты и резервированияинформационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП и др.»,«15.Теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решенияприкладных задач при построении АСУ широкого назначения».Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО МГУПП понаправлению «Автоматизация и управление технологическими процессами ипроизводствами в пищевой промышленности».Объектом исследования является объемный стаканчиковый дозатор влиниипопроизводствупищевыхпродуктов,анализаиобработкипакетированного продукта.Предметная область исследований и разработок являются совокупностьтеоретических, методологических и практических задач, связанных с созданиемпрограммно-аппаратного комплекса автоматизированной системы дозированияпищевых продуктов, а также методы контроля показателей качества молотогообжаренного кофе в процессе дозирования.Общая методика исследований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
