Диссертация (1152206), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Работа основана на теоретических иэкспериментальных методов исследования. При разработке математическихмоделейиспользовалисьизвестныезаконымеханикиидинамики,описывающие поведение однородных частиц молотого кофе.Постановка исследований и производственных испытаний проводилась всоответствии с действующими ГОСТами, методиками планирования иобработки эксперимента. Численная и графическая обработка результатовисследований производилась с применением MatLab, LabVIEW, EDEM.Цель работы:Целью диссертационной работы является развитие и совершенствованиеметодов автоматизации и алгоритмов управления процессами дозированиямолотого кофе с учетом показателей их качества.Цель достигается за счет снижения разброса дисперсности частиц кофе поупаковкам в пределах одной партии кофе; за счет обеспечения временинахождения продукта в технологическом аппарате объемного роторного13дозатора,чтопрепятствуетвозникновениюусловийвлагопоглощения,слеживаемости при образовании застойных зон в объемных дозаторахвысушенного, молотого, вакуумированного кофе.Задачи исследования:В качестве основных задач исследования выделены следующие задачи:1.
Анализ процесса дозирования молотого обжаренного кофе как объектауправления и существующих систем управления процессами дозированиямолотого кофе.2. Исследование показателей качества (дисперсности и формы частиц)молотого кофе сорта «Арабика», разработка и апробация методов и способовавтоматического контроля этих показателей с применением интеллектуальныхтехнологий.3. Проведение экспериментальных исследований и моделированиепроцесса истечения молотого кофе из бункера по методам дискретныхэлементов.4. Разработкаматематическоймоделиуправленияпроцессомдозирования молотого кофе сорта «Арабика» из бункера объемного дозатора сучетом присущих ему внутренних связей между параметрами технологическогорежима и внешними возмущающими факторами.5.
Моделирование функционирования системы управления приводамиподачи и объемного дозатора при действии стохастических возмущений позагрузке дозатора и физико-механических свойств кофе.6. Разработкаалгоритмовуправленияпроцессомдозирования,предусматривающих учет корректирующего воздействия по промежуточнойкоординате - уровня молотого кофе в бункере на основе исследования режимовработыдозаторауправленияипроверкиасимптотическойпроизводительностьюдозатораприустойчивостидействиисистемыслучайныхвозмущений и при отсутствии перерегулирования по уровню молотого кофе вбункере.147. Создание и апробация функциональной программы имитационногомоделированиясистемыуправленияпроцессомдозированиямолотогообжаренного кофе сорта «Арабика».Научная новизна.1. Разработана математическая модель процесса истечения молотогокофе сорта «Арабика» из бункера роторного дозатора и методика определенияпараметров модели.2.
Предложен способ управления производительностью дозатора сучетом корректирующего воздействия по промежуточной координате - уровняпродукта в бункере, обеспечивающий постоянное значение отношения общегообъема бункера к объему, занимаемому застойными зонами молотого кофе.3. Доказана возможность обеспечения стабилизации работы дозатора засчет применения на нижнем уровне управления классических линейныхзаконов регулирования по каналам «скорость вращения ротора дозатора –уровень продукта» и «скорость вращения привода загрузки – уровеньпродукта».4.
Исследованы закономерности разброса размеров и формы частицмолотого кофе сорта «Арабика» с получением примеров 2D и 3D изображенийчастиц, доказывающие неправомерность применения допущений о правильнойгеометрической форме частиц при решении задач моделирования и управлениядозатором.5. Разработаныалгоритмыуправленияпроцессомдозирования,предусматривающие компенсацию стохастических возмущений по загрузкедозатора и физико-механических свойств кофе.Автор защищает: Модель процесса объемного дозирования молотогокофе и результаты его экспериментального исследования; математическоеописание процессов объемного дозирования на основе физико-механическихсвойств молотого кофе; комплекс подпрограмм labview и визуализациирежимов работы приводов подачи и роторного дозатора.Апробация работы.
Основные результаты работы и положения15диссертационнойработыдокладывалисьиобсуждалисьнанаучныхконференциях: XXVII Международная научная конференция «Математическиеметодывтехникеитехнологиях»(ММТТ-27)Тамбов 2014;XXVIМеждународная научная конференция «Математические методы в технике итехнологиях» (ММТТ-26) Вологда 2014; Научно-практической конференции«Актуальные проблемы автоматизации и управления» Челябинск 2013; XXVIМеждународная научная конференция «Математические методы в технике итехнологиях» (ММТТ-26) Нижний Новгород 2013; Международная научнопрактическая конференция «Автоматизация и управление технологическими ибизнес – процессами пищевой промышленности», 21– 23 ноября 2016 г.,МГУПП; Научная конференция с международным участием «Развитиепищевой и перерабатывающей промышленности России: кадры и наука», 11–12 апреля 2017 г., МГУПП; Международная научно-практическая конференция«Академическая наука - проблемы и достижения», 15 – 16 мая 2017, NorthCharleston, USA.
Международная научная конференция «Фундаментальные иприкладныезадачимеханики»,15–16октября2017,Москва.Общеуниверситетская студенческая конференция студентов и молодых ученых«День науки» Сборник материалов конференции, апрель 2017, Москва.Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, изних 3 в журналах, рекомендованных ВАК.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,четырех глав, основных результатов работы и выводов, списка сокращенныхслов, списка литературы и приложения; включает 61 рисунок, 10 таблиц.Основной текст изложен на 156 страницах. Библиографический списоквключает 185 наименования.16ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ ИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ1.1.
Исследование и анализ технологического процессапроизводства кофе как объекта автоматизации.Характеристика органолептических свойств наиболеераспространенных сортов кофеОсновным сырьем для производства кофе являются в основном два вида,получивших наибольшее распространение: Аравийский (С. Arabica) и Робуста(Canephora).
Они представляют собой зерна средние по размеру, неоднородныепо величине и окраске, несколько удлиненные и слегка вздутые, плоской иокруглой формы. Их цвет может быть различен: от светло-желтого сзеленоватым оттенком до синевато-зеленого с серым оттенком. Кофе продуктыделят на четыре основные группы: кофе натуральный жареный, кофенатуральный растворимый, кофейные напитки нерастворимые, кофейныенапитки растворимые.Арабика представляет 70% мирового производства кофе и считаетсялучший из-за его ароматических качеств и его мягкого вкуса, поэтому, какправило, дороже.
Содержание кофеина зерна является относительно низким, от0,9 до 1,5%.Робуста, менее вкусный и ароматный, чем арабика, который широкоиспользуется в пищевой промышленности в производстве растворимого кофе идругих более дешевых кофе. Содержит в два раза больше кофеина, чем арабика(между 2 и 3, 5%). Обычно смешивают и жарят вместе различные типы зеленыхкофе, чтобы найти хорошие вкусы и ароматы, предпочитаемые потребителями.Кофе жареный представляет собой продукт, полученный обжариваниемкофейных зерен. Такая обжарка перед применением кофе в пищу оправдываетсебя, так как в свежее обжаренном кофе полнее выражен аромат. Аромат кофе17обусловлен комплексом эфирных масел и других летучих соединений,образующихся во время обжаривания.Качество жареного кофе оценивают по органолептическим показателям:внешнему виду, степени обжарки зерен, их вкусу и аромату [144].При оценке качества кофе особое значение придают результатаморганолептической оценки напитка — кофейного экстракта.Кофенатуральный растворимый поорганолептическимпоказателямоценивают по следующим показателям: внешний вид, цвет, вкус и аромат.
Ондолженбытьввидепорошкакоричневогоцвета,однородныйпоинтенсивности. Вкус и аромат должны быть выраженными, с различнымиоттенками, свойственными натуральному кофе.В таблице 1.1 приведены характеристики типичных органолептическихсвойств некоторых наиболее распространенных торговых наименований(сортов) кофе [64, 66].Таблица 1.1.СтранаТорговоеХарактерные органолептические свойстванаименование(торговый сорт)БразилияSantos (Сантос)Слабаякислотность,средняяконсистенция, ровный сбалансированныйтерпкий вкус, часто с легкой приятнойгорчинкой и цветочным ароматомКолумбияColombia Excelso(Коломбиа Эк-сельсо)Низкая и средняя кислотность, средняя игустаяконсистенция,тонкийвкусиароматВенесуэлаCaracas (Каракас)Умеренная кислотность, слабая и средняяконсистенция, винный привкусЭквадорGalapagos (Галапагос)Средняяконсистенция,кислотность,характерныйсредняяореховыйвкус, часто цветочный аромат и фруктовоепослевкусие18ИндияArabica CherryУмеренная кислотность, средняя и густая(Арабика Черри)консистенция, сбалансированный сладкийвкус, приятный аромат, шоколадные тонаЙеменArabian Mocha(Арабиен Мокко)Высокаякислотность,густаяконсистенция, сбалансированный вкус сшоколаднымбукет,послевкусием,включающийбогатыйцитрусовые,фруктовые, винные нотыКенияKenya АА (Кения Эй)Выраженнаякислотность,густаяконсистенция, цитрусовые и фруктовыеопенки, яркий индивидуальный букет,часто — винный привкусГватемалаAntigua (Антигуа)Заметная цитрусовая кислинка, средняя игустаяконсистенция,сбалансированность.хорошаяшоколадныеипряные нотыКоста-РикаТаггаги (Таррацу)Выраженнаяприятнаяцитрусоваякислинка, средняя и слабая консистенция,насыщенный, мягкий вкус с ореховымпослевкусием, хорошо сбалансированныйаромат, фруктовые оттенки, часто —ванильные нотыМексикаAltura Mexican(Алтура Мекси-кэн)Средняя киспотность, легкая и средняяконсистенция,опенкиичастонемного—шоколадныерезковатыйвкус,придающий сорту индивидуальностьНикарагуаMaragogype NicaraguaСлабая и средняя кислотность, средняя(Марагожипконсистенция,Никарагуа)хороший ароматсбалансированныйвкус,191.2.
Технологическое операции производства кофеТехнологический процесс производства любых кофейных продуктовосуществляют на специализированных комплексах оборудования для хранения,транспортирования и подготовки кофейного сырья [5, 127].Процесс обработки жареного натурального кофе состоит из следующихосновных операций на рисунке 1.1.Прием и хранение зерно зеленого кофе (из растения), анализируетсякачества, чтобы определить, если он находится в пределах требуемыхспецификаций для обработки; затем, оно временно хранится в бункерах. Чтобыосвободить влажность зерна, она осуществляется в непрерывном движении, такчто однородность всех частиц обеспечивается. На небольших предприятияхтранспортировка зерен кофе ведётся автопогрузчиками, нории, конвейеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
