УДК 004.942

Введение. Хлебоприёмное предприятие (далее – ХПП) является важным звеном в структуре заготовительной и перерабатывающей отрасли народного хозяйства Украины. Данная отрасль народного хозяйства  занимает весомую долю в национальном валовом продукте. Эффективное управление предприятием базируется на системе оптимального управления технологическими процессами [1]. На современном этапе хранение зернопродуктов в силосах имеет большое значение, однако сложность обнаружения очагов самосогревания, связанных с порчей зерномассы, создало проблему повышения эффективности управления системой хранения зерна [2].

Анализ последних достижений и публикаций. Существуют системы управления хранением зерна на ХПП [3]. Составными частями АСУ ХПП являются подсистемы – локальные системы автоматизации процессов хранения и переработки зерна [4]. Одной из основной систем АСУ является система управления  хранением зерновой массы в силосах элеватора. В практике работы элеваторов управление процессом хранения зерна осуществляется путем периодического измерения температуры в различных слоях зерновой насыпи при закладке и в процессе хранения [5]. Для эффективного управления ХПП внедряются специализированные АСУ. Возникает проблема усовершенствования методов, используемых при построении данных АСУ.

Постановка задачи. Повышение эффективности системы управления за счёт внедрения новых методов управления и использования современных компьютерных технологий при построении АСУ ХПП.

Основная часть. Технологические участки ХПП представляет собой сложную систему [6]. Многостадийность, наличие параллельных участков и рециклов, большие объёмы информации обуславливают необходимость применения современных средств вычислительной техники для оперативного управления данным предприятием. Однако макросостояние системы однозначно определяется заданием входных переменных технологического процесса, с которым связаны его выходные координаты. Сформулируем задачу управления следующим образом: найти и постоянно поддерживать такие управляющие воздействия, которые бы обеспечивали достижение максимального (или минимального) значения целевой функции, зависящего от вектора управляющих и возмущающих воздействий. Целевой функцией при ведении процесса может быть один из ряда технико-экономических показателей, а именно прибыль, количество производимой товарной продукции, затраты на производство, себестоимость и т.д. Математическая формулировка задачи оптимального управления следующая. Нужно найти

где – область допустимых значений вектора , а звёздочкой отмечены оптимальные значения переменных технологических процессов.

Силосы принадлежат к основному обору­дованию технологического процесса на ХПП. Силос предназначен для хранения зерновой массы. Зерновая масса помещается в силос пар­тиями по мере поступления на ХПП; период хранения определяется необходимостью отгрузки зерновой массы либо её состоянием, определяемой в процессе хранения. Сложность проблемы определяется тем, что зерновая масса поступает в силос неоднородной по качественному составу, с различной исходной температурой, провести измерение температуры возможно только в ограниченном объёме, т.к. тепло- и температуропроводности зерновой массы очень невелики, что не даёт полноты картины распределения температурного поля в зерновой массе. Такая неполнота измерительной информации о ходе процесса затрудняет регулирование продолжительности нахождения зерновой массы в силосе и определение момента применения оздоровительных мероприятий (подработка, активное вентилирование, перемещение). Снижение периода хранения вследствие активных оздоровительных мероприятий приводит к увеличению издержек производства, возможна порча сырья вследствие дробления зерна при частом перемещении. Слишком длительное хранение может привести к порче сырья вследствие негативных медленно идущих процессов самосогревания зерновой массы, что может привести к прямым убыткам. В настоящее время температуру зерновой массы определяют системами термометрии, а момент начала оздоровительных мероприятий устанавливается оператором в основном по данным термометрии, при этом используются некоторые эвристические правила и приемы. Однако практика показывает, что такое управление процессом недостаточно эффективно.

Предложен метод определения очагов самосогревания с помощь анализа состава газовой среды межзернового пространства [7]. В зерновую массу помещают вертикальные перфорированные трубки. Анализируют состав воздуха в трубках. Определяют положение очага самосогревания по наличию критического уровня концентрации характеристических газов, образующихся при хранении. Определяют силоса, в котором выявлены очаги самосогревания. Для остановки процесса самосогревания подают инертный газ в те трубки силосов, в которых выявлены очаги самосогревания. При этом определяются координаты очага, что позволяет резко снизить затраты на управление, подавая инертный газ в ближайший канал.

Рис. 1 Продольное сечение силоса

Исследование проводилось на металлическом силосе высотой L=21 м  и радиусом R=7 м.  По внутренней поверхности силоса в зерновую массу помещены вертикальные перфорированные трубки (рис. 1). Анализировали состав воздуха в трубках. Определяли положение очага самосогревания по наличию критического уровня концентрации характеристических газов, образующихся при хранении. Для остановки процесса самосогревания подавали инертный газ в те трубки силосов, в которых выявлены очаги самосогревания. Фактическое распределение концентрации определялось в 28 точках, расположенных в семи поперечных сечениях силоса при  и в четырех точках по радиусу каждого из сечений . Алгоритмы оце­нивания и управления соответствовали реальным промышлен­ным условиям. Измерения концентрации производили с помощью газоанализатора.

При построении математической модели предполагалось, что потерями характеристических газов через основания силоса можно пренебречь, а через его стенки отсутствуют.

В этих предположениях моделью является уравнение в част­ных производных

С краевыми условиями

где       – концентрация диффундирующего газа в зерновой массе, ;

– концентрация диффундирующего газа в окружающей среде (воздухе), ;

– коэффициент диффузии, ;

– коэффициент массоотдачи, ;

– плотность потока массы, .

Введём относительные переменные

где        – пространственное распределение потока массы в i-зоне;

 – скорость выделения газа в i-зоне силоса.

Подставляя (2)–(7) и перенося управляющее воздействие  из краевого условия в уравнение, получим:

Тогда измерительная система описывается выражениями

где  – ошибки измерений.

Решенная задача интегрируется в АСУ ХПП на нижнем уровне – уровне управления технологическими процессами. Существуют разные АСУ хранения зерна на ХПП [6]. Однако в существующих АСУ подсистемы автоматизации управления являются локальными, не связанными между собой. На Херсонском комбинате хлебопродуктов (ХКХП) разрабатывается интегрированная система, которая включает в себя новую подсистему для эффективного управления производственными задачами – управление хранением зерновой массы на основе анализа газов межзернового пространства [8].

АСУ построена на базе структурированной кабельной системы (СКС), которая соответствует международному стандарту ISO. На рис. 2 представлена топология СКС АСУ ХКХП. На топологии видно, что основные технологические участки АСУ ХКХП соединены оптоволоконным кабелем.

Вычислительная среда построена на базе доменной сети Microsoft Windows. В сети функционирует 4 сервера под управлением Windows 2008 Server/Advanced Server и 104 рабочих мест пользователей, включая рабочие места двух удалённых филиалов.

АСУ документирована с использованием регламентов, инструкций. Пользователи получают доступ к системе АСУ с использованием паролей. Для исключения человеческого фактора на учётные данные, значения переменных технологических процессов вводятся в систему через интерфейсы ввода-вывода (параллельные, последовательные порты ввода-вывода, специализированные платы управления).

Доступ к информации осуществляется как в обычном – сетевом режиме, так и в терминальном. В качестве терминального сервера используется Citrix MetaFrame 1.8. Терминальный режим доступа переносит вычисления с локального процессора на центральный процессор сервера приложений, ускоряя доступ к данным и выполнение вычислений. В АСУ ХКХП используется несколько серверов, объединённых в «ферму» – набор серверов для терминального доступа к данным через опубликованные приложения – заранее настроенные программы, которые должны выполняться в АСУ. Опубликованные приложения работают в локальных окнах прозрачно для пользователя, т.е. нет внешних определителей того, выполняется ли приложение на локальном процессоре или на процессоре сервера приложений. Там, где это возможно, выполнено отображение локальных портов ввода-вывода, к которым подключены внешние устройства, на порты ввода-вывода сервера приложений так, что приложения, выполняющиеся на процессоре сервера, получают доступ к устройствам, подключенных локально.

Выводы. Предложен метод и построена математическая модель системы управления хранением зерна на ХПП с помощью анализа газовой среды межзернового пространства. Система интегрируется в разрабатываемую АСУ ХПП. В АСУ ХПП применяется терминальный режим доступа к информации и вычислениям. Совокупность рассмотренных методов и компьютерных технологий сокращает не только время на принятие решений при управлении ХПП, но и повышает их эффективность. Дополнительными преимуществами метода являются возможность формирования локализованных управлений с использованием каналов системы анализа газовой среды в силосах и минимизация затрат на управление в системе, отказываясь от общей аэрации силоса.

1.                  Боуманс Г. Эффективная обработка и хранение зерна/Пер. с англ. В.И. Дашевского. – М.: Агропромиздат, 1991.

2.                  Вальков В.М., Вершин В.Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. – Л.: "Политехника", 1991.

3.                  Соколов В.А. Автоматизация технологический процессов пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат, 1991.

4.                  Просяник  А.В., Соснин  К.В., Клабуков В.Ф., Мельниченко П.И. От локальных задач автоматизации к интегрированной АСУ комбината хлебопродуктов. // Хранение и переработка зерна, № 4, 2002 г.

5.                  Сергунов В.С. Дистанционный контроль температуры зерна при хранении. – М.: Агропромиздат, 1987.

6.                  Поливода В.В. Повышение эффективности управления в задаче хранения зерновой массы на ОАО «Херсонский комбинат хлебопродуктов» // ХІІІ Міжнародна конференція з автоматичного управління (Автоматика–2006). Тези доповідей. УНІВЕРСУМ–Вінниця, 2006.

7.                  Патент України №22769 на корисну модель. Спосіб контролю зернової маси при зберіганні/Винахідник: Поливода Владислав Володимирович; власник: Херсонський національний технічний університет. – № заявки u 206 13618, дата подання заявки 22.12.2006; дата публікації 25.04.2007, Бюл. №5. 

8.                  Поливода В.В. Разработка системы управления технологическими процессами хранения зерна // Проблеми інформаційних технологій. – 2008. – №1 (003).