С.В. Артемова, П.А. Подхватилин

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Мониторинг влажности пастообразных материалов

с применением интеллектуального датчика

Большое влияние на качественные показатели конечного продукта оказывает соблюдение технологического режима сушки пастообразных материалов в многосекционных сушильных установках вальцеленточного типа. В связи с этим, возникает необходимость непрерывного и оперативного мониторинга основных режимных параметров процесса сушки.

Известно несколько способов контроля влажности пастообразных материалов. Наименьшую погрешность дает способ измерения влажности пастообразных материалов анализатором влажности (влагомером) HR83 фирмы MettlerToledo. Анализ влажности с помощью экспресс-анализаторов влажности основан на термогравиметрическом методе нагревании образца и взвешивании полученного после испарения влаги остатка. С этой целью такие анализаторы влажности оснащены встроенными высокоточными весами. Применение в качестве нагревательного элемента галогеновой лампы позволяет сократить время анализа до 10-15 минут. Достоинством способа является определение влажности с точностью до 0,001% , а также компактность измерителя, дающая возможность использования данного способа измерения в лабораториях. Недостатком способа является невозможность в процессе сушки материала определять его влажность. Необходимо взять образец, и в лабораторных условиях определить его влажность. Этот недостаток ограничивает применения способа для управления процессом сушки движущегося материала в реальном времени.

Известен СВЧ способ измерения влажности пастообразных материалов влагомером MICRORADAR113 AN, предназначенным для непрерывного измерения влажности в транспортных потоках. Принцип действия влагомера основан на измерении величины поглощения микроволновой  энергии влажным материалом и преобразовании этой величины в цифровой код с использованием современной микропроцессорной техники. Достоинством способа является работа в условиях агрессивных сред и нестабильных по мощности потоков, низкая погрешность измерения - до 2%. Недостатком является невозможность его применения из-за наличия металлокорда в пластинчатом конвейере вальцеленточной сушильной установки.

Прототипом способа контроля влажности, используемого в интеллектуальном датчике влажности (ИДВ), является способ бесконтактного контроля влажности в реальном режиме времени с использованием инфракрасных влагомеров, например ММ710, в которых реализована прогрессивная проверенная оптическая технология измерения влажности и процентного содержания органических веществ в сочетании с микропроцессорным управлением. Достоинством способа является работа в реальном режиме времени и точное, бесконтактное измерение влажности, а также наличие возможности объединить несколько измерителей в сеть для дальнейшего управления процессом сушки. Недостатком применения способа в сильно запыленной среде, характерной для данной сушильной установки является низкая помехозащищенность рабочей зоны измерительного прибора, которая снижает диапазон и точность оценки влажности движущегося материала.

Задачей мониторинга является оперативная оценка в реальном времени влажности движущегося пастообразного материала в процессе его сушки для управления этим процессом с целью обеспечения качества высушиваемого материала [1]. Контроль влажности предлагается осуществлять с использованием интеллектуального датчика влажности [2].

Основой технического обеспечения ИДВ является микроконтроллер MSP430 фирмы Texas Instruments. В устройстве используются датчики влажности и температуры SH15 фирмы Sensirion. Для хранения необходимой информации применяется постоянная память DataFlash. В состав программного обеспечения ИДВ входят: модуль опроса датчиков, модуль расчета влажности материала, базы знаний и данных. В качестве математического обеспечения микропроцессорной системы используются нейросетевые модели косвенного измерения влажности пастообразного материала в процессе сушки.

Важной задачей при разработке централизованной системы мониторинга комплекса сушильных установок, распределенных по цехам предприятия, является создание беспроводной сети передачи данных. Для организации сети используется открытый стандарт беспроводной связи спецификации ZigBee Pro Feature Set.

Мониторинг влажности пастообразного материала дает возможность выпуска высококачественной продукции за счет непрерывного контроля технологических параметров процесса сушки в реальном времени [3]. Особенностью этой системы является то, что косвенные измерения относительной влажности пастообразного материала проводятся не на выходе сушильной установки, а в камерах, оказывающих наибольшее влияние на процесс сушки. В этом случае оператор, контролируя относительную влажность материала, может оперативно изменять настройки сушильной установки и на выходе вальцеленточной сушильной установке получать партию материала с требуемым качеством.

Литература

1. Патент № 2444725. Способ оценки влажности пастообразного материала в процессе его сушки в вальце-ленточной сушильной установке, 10.03.2012. Авторы: Артемова С.В., Грибков А.Н., Брянкин К.В., Назаров А.С.

2. Артемова С.В. Система мониторинга процесса сушки с интеллектуальными датчиками влажности / Артемова С.В., Грибков А.Н. // Датчики и системы, № 3, 2009, С.27–30.

3. Артемова С.В. Информационная система мониторинга влажности материалов в процессе сушки / Артемова С.В., Грибков А.Н., Ерышов А.Е. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, № 7, 2009, С.46–50.