Разработка методов и систем автоматического контроля при производстве вин, насыщенных диоксидом углерода

Обзор методов контроля и управления технологических процессов производства вин, насыщенных диоксидом углерода 10.

Контроль уровня жидкостей в технологических резервуарах 10.

Контроль расхода жидкостей 16.

Анализ радиофизических параметров технологических жидкостей 24.

Характеристика радиофизических методов измерений 24 Электрофизические параметры технологических жидкостей 27.

Анализ технологических объектов и выбор методов контроля уровня 32.

Анализ технологических объектов и выбор методов контроля расхода 34.

Разработка радиофизических методов контроля уровня жидкостей в технологических резервуарах 39.

2.1. Методы построения уровнемеров жидкостей39.

2.1.1. Корреляционный метод3 9.

2.1.2. Методы измерений на основе отрезков длинных линий45.

2.2. Методы построения инвариантных уровнемеров61.

2.2.1. Время-частотный метод и конструкции датчиков64.

2.2.2. Время-амплитудный метод и конструкции датчиков72.

2.2.3. Фазо-частотный метод и конструкции датчиков78.

2.2.4. Методы измерений с применением тестовых сигналов84.

Глава 3. Радиофизические методы контроля расхода жидкостей96.

3.1. Резонансные методы96.

3.1.1. Конструкция П-образных волноводных резонаторов98.

3.1.2. Применение одно — торцевых волноводных резонаторов105.

3.2. Доплеровский метод109.

3.2.1. Частотный метод111.

3.2.2. Фазо — частотный метод120.

3.3. Корреляционный метод127.

3.4.

Косвенный метод определения расхода по изменению.

Глава 4.

4.1.

4.2.

4.2.1.

4.3.

4.4.

5.

6. 7. уровня жидкости в резервуаре.

Применение радиоволновых датчиков уровня и расхода в системах автоматического процесса производства вин, насыщенных диоксидом углерода.

Первичная обработка информации.

Применение программируемых микропроцессорных модульных систем для контроля и регулирования расхода и уровня.

Программное обеспечение автоматических систем контроля.

Разработка автоматических систем контроля и регулирования уровня и расхода бродильной смеси.

Применение радиоволновых датчиков и программируемых микропроцессорных модулей в автоматизированных системах управления процесса производства вин, насыщенных диоксидом углерода.

Заключение

.

Приложения.

Одной из основных задач, стоящих при автоматизации технологического процесса, является достижение заданного режима, для обеспечения требуемого качества продукта.

Процесс автоматизации при производстве вин, насыщенных диоксидом углерода в непрерывном потоке заключается в обеспечении постоянства потоков, соблюдении заданных значений давления, температуры, измерения количественных параметров (расход и уровень) при перекачке и закачке в резервуары и постоянный контроль за другими технологическими параметрами, поскольку ставится задача получения готового продукта, характеризующего высокими показателями качества.

Технологическое оборудование для производства вин, насыщенных диоксидом углерода в непрерывном потоке оснащается приборами и средствами автоматизации, позволяющими наиболее полно удовлетворять требованиям технологии и безопасности обслуживания, а также существенно облегчает работу персонала.

Управление процессом осуществляется в едином потоке с автоматическим регулированием и контролем технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность оборудования при высоком качестве получаемого продукта.

Актуальность проблемы. При автоматизации процесса производства вин, насыщенных диоксидом углерода (шампанского, игристых вин), важное место занимает контроль технологических параметров: уровень вещества в емкости, расход вещества, перемещаемого по трубопроводам.

Применяемые в настоящее время средства контроля запасов технологических жидкостей в резервуарах с поплавковыми, кондуктометрическим и иными известными датчиками уровня, не отвечают требованиям современного производства. Поэтому необходимо разработать новые методы определения уровня и расхода технологических веществ, в процессе производства шампанского, игристых вин и др.

Проведенный анализ показал, что, отсутствуют эффективные технические решения для бесконтактного контроля уровня и расхода. Поэтому могут быть применены методы, основанные на принципе взаимодействия электромагнитных волн высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов частот с контролируемыми объектами.

Целью работы является разработка конструкции датчиков и автоматических систем контроля в процессе производства вин, насыщенных диоксидом углерода.

Основные задачи исследования:

• Анализ радиофизических методов и разработка на их основе средств для контроля уровня жидкостей в технологических емкостях производства вин, насыщенных диоксидом углерода;

• Выбор радиофизических методов и средств контроля расхода жидкостей в технологических трубопроводах;

• Разработка систем автоматического контроля и регулирования технологических параметров при производстве вин, насыщенных диоксидом углерода;

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы технической электродинамики, теории радиоволнового метода измерения неэлектрических величин, теории инвариантности измерительных устройств и имитационного моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан корреляционный метод контроля уровня жидкостей, основанный на возбуждении электромагнитных колебаний в объеме технологического резервуара в фиксированном диапазоне частот.

2. Предложен способ автоматического контроля уровня жидкостей в резервуарах, основанный на возбуждении электромагнитных колебаний в объеме технологической емкости в фиксированном диапазоне частот (корреляционный метод), в отрезках длинной линии (частотный, рефлектометрический методы).

3. Разработаны новые технические решения построения инвариантных двухканальных уровнемеров жидкостей, с отрезками длинных линий (частотный, амплитудный, фазо — частотный методы). Предложены структурные схемы инвариантных уровнемеров.

4. Разработан метод контроля расхода жидкостей в технологических трубопроводах: резонансный метод (с применением волноводных резонаторов с упругими торцевыми стенками) — доплеровские методы (частотный, фазо — частотный), корреляционный метод. Разработан косвенный метод определения расхода по изменению уровня жидкости в технологической емкости. Для реализации этих методов разработаны соответствующие схемы расходомеров жидкостей.

5. Предложены системы автоматического контроля технологических параметров при производстве вин, насыщенных диоксидом углерода, на основе современных микропроцессорных технологий и программного обеспечения, реализующих функции аппаратно-программного интерфейса между технологическим процессом и управляющей вычислительной машиной.

Практическая ценность работы: разработаны эффективные методы автоматической системы контроля, которые позволяют измерить уровень и расход при производстве вин, насыщенных диоксидом углерода. Предложенные методы автоматической системы контроля этих параметров могут найти применение и в других отраслях пищевой промышленности.

Реализация результатов диссертационной работы. Разработанные в диссертации методы и автоматические системы контроля технологических параметров внедрены на Крымском винзаводе.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Приборостроение — 97», на конференциях профессорско — преподавательского состава Московского государственного института пищевой промышленности. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ по Госбюджетной теме (код ГАСНТИ: 65.01.81) «Разработка научных основ радиофизических методов контроля и управления технологических процессов пищевых производств». По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе получено три положительных решения на выдачу патентов России на изобретение.

9. Результаты работы могут быть использованы при разработке современных эффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами при производстве шампанского и игристых вин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведен анализ электрофизических характеристик различных типов технологических жидкостей, на основании которого развиты методы контроля, применимые при автоматизации процесса производства вин, насыщенных диоксидом углерода.

2. Исследованы резонансный, импульсный, частотные методы контроля, позволившие разработать конструкции радиофизических уровнемеров, а также уровнемеров построенных на принципах инвариантности к электрофизическим параметрам контролируемых жидкостей.

3. Предложены устройства, основанные на резонансном, доплеровском и корреляционном методах для бесконтактного измерения расхода технологических жидкостей, характеризующихся высокой чувствительностью и точностью.

4. Предложен метод определения расхода жидкостей, основанный на измерении уровня в производственных резервуарах, связанных с технологическими трубопроводами.

5. Разработаны динамические программно-имитационные модели автоматических систем контроля и регулирования уровня и расхода вин, насыщенных диоксидом углерода, позволяющие проводить их отладку в имитационном режиме с учетом требований реального технологического процесса и используемого технологического оборудования.

6. Разработана система автоматического контроля и регулирования уровня участка непрерывной шампанизации вина на базе программируемых микропроцессорных модульных систем.

7. Разработана система автоматического контроля и регулирования расхода участка непрерывной шампанизации вина на базе программируемых микропроцессорных модульных систем.

8. Рассмотрены варианты размещения радиофизических датчиков на реальном технологическом оборудовании, участка непрерывной шампанизации.