17 | 01 | 2018

Навчальний посібник Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування (частина 4)

Навчальний посібник Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування (частина 4)

6.3. АВТОМАТИЗАЦІЯ ОБЛІКУ, КОНТРОЛЮ І СОРТУВАННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ПРОДУКЦІЇ В СХОВИЩАХ

Контроль і облік сільськогосподарської продукції дозволяють вчасно виявити й усунути всі недоліки виробництва і цим сприяти підвищенню якості і збільшенню кількості сільськогосподарської продукції.

Продукцію, що поступає в сховище і ту, що відпускається з нього, обов'язково обліковують і реєструють у спеціальній відомості і передають дані в пам'ять ЕОМ. Продукцію зважують на залізничних чи автомобільних вагах, які встановлюють безпосередньо при в'їзді на територію сховища.

Якість збереження сільськогосподарської продукції контролюють візуально на місцях по відібраних зразках та хімічними методами в лабораторіях господарств і районних центральних лабораторій. Результати аналізів фіксують у спеціальних журналах і повідомляють керівникам і агротехнічним службам господарств.

За допомогою технічних засобів автоматики контролюють мікроклімат у сховищах, температуру і вологість збереженого продукту, очищають його і сортують перед закладкою на збереження і перед надходженням до споживача чи на посів.

Зерно і зернопродукти на збереження закладають попередньо очищеними, просушеними й охолодженими до 10°С і нижче до температур, при яких усі життєві функції живих компонентів зернової маси загальмовуються. Для успішного збереження зерна в складах необхідно періодично контролювати вологість і температуру зернової маси.

Вологість контролюють у лабораторних умовах шляхом перевірки проб насіння, узятих з окремих місць сховища, а температуру – за показниками датчиків температури, які встановлюють у визначені місця зернової маси, що зберігається. Для насіневого зерна не можна допускати зниження температури до – 2°С і нижче, тому що через наявність вільної вологи і її замерзання порушується цілість насіння і знижується схожість. За показниками датчиків температури виявляють вогнища самозігрівання зернової продукції і гнилі в овочесховищах.

Самозігрівання вологої зернової маси виникає внаслідок біохімічних процесів, що протікають у ній, і поганої теплопровідності. При цьому температура в ділянці насипу, що самозігрівається, піднімається до 55...65°С, а іноді до 70...750 С, що веде до втрати посівних, технологічних, харчових і фуражних якостей зернових продуктів.

Самозігрівання виникає в невентильованих місцях, в яких знаходиться зерно з підвищеною вологістю, особливо свіжозібране, з великою фізіологічною активністю.

Процес самозігрівання зернових продуктів і гниття картоплі й овочів супроводжується не тільки підвищенням температури, але і збільшенням виділення вологи. Унаслідок цього вогнища самозігрівання і гниття можна виявляти не тільки датчиками температури, але і по збільшенню показань датчиків відносної вологості повітря, що закладаються в масу продукції, що зберігається.

Сортування сільськогосподарської продукції. Оскільки питання очищення і сортування зернових культур і продуктів їхні переробки розглядаються в курсі «Машини та обладнання в агропромисловому комплексі», то тут розглянемо нові принципи автоматичного сортування сільськогосподарської продукції по її оптичних властивостях, що характеризує ступінь зрілості й інші якості плодів томатів і яблук, бульб картоплі, коренеплодів, а також листя тютюну.

Сортування Картоплі за розмірами, відділення грудок землі, каменів, бульб уражених гнилизною і фітозеленню є дуже важливою післязбиральною операцією та операцією при закладанні її на збереження. Необхідність сортування картоплі перед посадкою викликана тим, що в процесі збереження до 15...20% бульб насіневої картоплі уражається різними гнилями, основна частина з яких складає суха гниль.

Витрати ручної праці на відділення бульб, що загнили, перед посадкою складають 20...30% загальних трудозатрат на виробництво картоплі, а посадка несортованої картоплі приводить до недобору 15...20% врожаю.

Для сортування картоплі розроблені оптичні, радіоізотопні і температурні методи виявлення бульб, що загнили, і бульб уражених фітозеленню, а також грудок ґрунту і каменів.

Розглянемо принцип роботи оптичної установки для автоматичного сортування бульб картоплі (рис. 6.5), що використовує спектральні характеристики коефіцієнтів відбиття. Спектральні характеристики коефіцієнтів відбиття здорових і хворих бульб, як і грудок ґрунту і каменів, мають великі розходження на визначених довжинах хвиль. З бункера-живильника 3 бульби картоплі 4 надходять на роликовий транспортер, що поштучно виставляє і, обертаючи, переміщує їх у зону оптичного огляду.

Відбитий від бульби оптичний потік інфрачервоного випромінювання 5 проходить через об'єктив 6 і аналізатор зображення 7 на дільник випромінювання 8. З дільника випромінювань оптичний потік, розділений на два канали, надходить через конденсори 9 і фільтри 10 до фотоприймачів 11. Аналізатор зображення дозволяє по черзі оглядати (сканувати) поверхню бульби.

Від фотоприймачів сигнали, пропорційні коефіцієнтам відображення оптичного потоку від поверхні бульби на двох довжинах хвиль (0,95 мкм і 1,25 мкм), надходять на електронний блок обробки 12. Електронний блок віднімає ці сигнали. У результаті на виході блоку 12 з'являється сигнал, що передається на виконавчий механізм 13 тільки від ушкодженої бульби чи грудок ґрунту і каменів.

Рисунок. 6.5. Схема установки для автоматичного сортування бульб картоплі: 1 – електропривод; 2 – транспортер-вистроювач; 2 – бункер-живильник; 4 – бульби картоплі; 5 – оптичні випромінювачі; 6 – об'єктив 7 – аналізатор зображення; 8 – дільник випромінювання; 9 – конденсатори; 10 – оптичні фільтри; 11 – фотоприймачі; 12 – блок обробки інформації; 13 – виконавчий механізм; 14 – заслінка; 15 і 16 – ємності для відходів і здорових бульб

У цьому випадку електромеханічний виконавчий механізм 13 повертає заслінку 14 і направляє гнилу бульбу чи сторонні тіла в ємність 15 для відходів.

При огляді здорової бульби різниця сигналів від обох фотоелементів позитивна, виконавчий елемент 13 не спрацьовує, а бульба вільно падає в ємність 16. Час передачі бульби з зони огляду в ємності погоджується з часом проходження сигналу і спрацьовування механізму 13 так, щоб останній відкидав пошкоджену бульбу при проходженні його повз заслінку 14. Продуктивність сучасної установки – до 6 штук бульб у секунду, або близько 2 т/год, похибка в роботі 5...10% в залежності від забруднення поверхні, а на мокрих бульбах похибка доходить до 30%.

Сортування Плодів томатів проводять за розмірами і зрілістю, а також відокремлюють плоди, уражені хворобами. За розмірами плоди томатів сортують на механічних калібрувальних машинах.

При поділі за зрілістю і відділенні хворих плодів заміряють пружність і твердість шкірочки плодів чи їх оптичні відбивні властивості.

На рисунку 6.6 а, показаний принцип поділу плодів томатів на 3 фракції по зрілості, а точніше, по забарвленню їхньої поверхні. Плід 1 у вільному падінні пролітає через центр фотометричної камери 3, де він опромінюється освітлювачами 2 видимого випромінювання. Відбиті від плоду промені, багаторазово переломлюючись на внутрішній, пофарбованій в білий колір поверхні камери, попадають на світлочутливі фотоелементи 4.

Рисунок 6.6. Схеми автоматичного сортування плодів томатів (а) і яблук (б) за оптичними спектральними характеристиками: 1 – плід; 2 – освітлювачі; 3 – фотометрична камера; 4 – фотоелементи; 5 – підсилювально-перетворювальний пристрій; 6 – виконавчий механізм; 7 – заслінка; 8 – привод скануючих пристроїв

При відсутності плоду потоки видимого випромінювання від джерел освітлення, спрямовані назустріч один одному, створюють незначну освітленість у камері.

При перетинанні плодом світлового потоку фотоелементи 4 сприймають відбитий потік визначеного спектра, що залежить від зрілості (кольору) плоду 2. Сигнал з фотоелементів додається і подається на підсилювально-перетворювальний пристрій 5, що за допомогою виконавчого механізму 6 із заслінкою 7 розділяє плоди на три фракції – І, II і III (зелені, бурі і червоні).

Для сортування Плодів яблук, що мають пошкоджену поверхню від механічних ударів чи плями на шкірці від хвороб використовуються скануючі пристрої (рис. 6.6, б). У скануючій системі видиме випромінювання від освітлювача 2, керованого за допомогою електропривода 5, поелементно освітлює поверхня плоду. Відбитий промінь сприймається фотоелементом 4 і направляється в підсилювально-перетворювальний пристрій 5. Значення вихідного сигналу u(t) фотоелемента залежить від стану поверхні і змінюється в часі за формою, показаної на нижній частині рисунка 6.6 б.

З виходу пристрою 5 до виконавчого механізму установки, що сортує, надходить сигнал, пропорційний площі ушкодження SП.

Цю же сортуючу установку можна використовувати для поділу овочів і плодів за розміром, переналагодивши підсилювально-перетворювальний пристрій на обчислення суми, пропорційної площі SМ перетину об'єкта.

Розроблений метод і схема сортування Листів тютюну по кольору на три товарних сорти.

Ручне сортування листів тютюну малопродуктивне і часто необ'єктивне, що приводить до значного зниження якості тютюнової сировини.

Для автоматичного сортування листів тютюну на три товарних сорти запропоновано використовувати відбивні властивості листів тютюну і їхні колірні характеристики в так званій стандартній калориметричній системі RGB (перші букви англійських слів червоний, зелений і голубий). Останній показник тісно зв'язаний з характеристикою гатунку листів: до першого гатунку відносять жовті листи із вмістом темної зелені до 20 % площі листа, до другого – із вмістом темної зелені до 50% і до третього – вище 50%. Закупівельна ціна першого гатунку в 4...5 разів вище ціни нижчого гатунку тютюну.

Пристрій, що сортує листя, визначає відсоток темної зелені на площі листа тютюну, а в залежності від цього відсотка листи розділяють на три гатунки.

Принцип дії пристрою, що сортує листя тютюну, розглянемо за рисунком 6.7. Лист тютюну 4 надходить на транспортер 2 із подаючого пристрою 5. Транспортер за допомогою електропривода 1 переносить лист у зону сканування. Оптичний потік випромінювача 5, відбиваючи від листа, проходить через об'єктив 6, отвір скануючого диска 7 і конденсор 8 на світлорозподіляючу оптику 9 з дихроічними дзеркалами. В оптику 9 потік відбитого випромінювання розділяється на два канали, у яких за допомогою фільтрів 10 виділяються ділянки спектрів G і R. Оптичні сигнали, пропорційні значенням G і R, сприймаються фотоелементами 11 і передаються у формі напруг Ur і Ug на електронний блок аналізу 12. В електронному блоці напруги Ur, і Ug порівнюються з опорними напругами UОП, що визначають границю поділу між колірними характеристиками R і G. Обчислювальний пристрій 19 разом з логічними елементами «І» 17 і 18 визначає значення темно-зеленої площі Sg і жовтої площі Sr листа й обчислює відсоток темно-зеленої площі К.

Рис. 6.7. Схеми розпізнаваючого пристрою (а) і електронного блоку (б) автоматичного сортування листів тютюну на три товарних гатунки:

1 – електропривід транспортера; 2 – транспортер; 3 – пристрій, що подає листя тютюну; 4 – листя тютюну; 5 – освітлювач; 6 – об’єктив; 7 – скануючий диск з електроприводом; 8 – конденсатор; 9 – світлорозподілююча оптика з дихронічними дзеркалами; 10 – коригувальні фільтри; 11 – фотоелементи; 12 – електронний блок аналізу; 13 – пневматичні виконавчі механізми; 14 – компресор; 25, 16 – підсилювачі-компаратори; 17, 18 – логічні елементи «І»; 19 – обчислювальний пристрій; 20, 21, 22 – компаратори; 23, 24, 25 – реле виконавчих механізмів; 26 – блок індикації; I, II, III – ємності для прийому листів тютюну відповідного гатунку; ГТІ – генератор тактових імпульсів

Генератор тактових імпульсів ГТІ включає в роботу логічні елементи тільки при потраплянні листа тютюну в поле об'єктива і скидає результати обчислення при відході листа тютюну з поля об'єктива.

Вихідний сигнал з обчислювального пристрою надходить на компаратори 20, 21 і 22, що розділяють його на три канали відповідно до визначеного сорту листа. З компараторів сигнали проходять на індикатор 26, що визначає кількість листів по сортах, і на реле 23, 24 і 25. Листи першого гатунку вільно направляються в ємність І, а листи другого і третього гатунку за допомогою реле 24 і 25 і пневматичних клапанів 13 — у ємності ІІ і III. Живлення пневмоклапанів здійснюється від повітряного компресора 14.

Експериментальний зразок пристрою показав похибку сортування 4,5% і продуктивність до 10 листів у секунду, чи 65 кг/годину. Аналогічний пристрій використовують для сортування розсади на задану кількість груп в залежності від сумарної площі листів.

Електричні способи сортування Сільськогосподарської продукції і матеріалів основані на тому, що їх електричні параметри (електропровідність, діелектрична проникність, поляризованість і ін.) залежать від складу і структури будови, стиглості і зрілості, біофізичних і біохімічних властивостей, шорсткості поверхні, щільності, життєздатності і інших властивостей матеріалу, що сепарується.

Принцип дії таких сепаруючих пристроїв розглянемо на прикладі діелектричних сепараторів, що засосовуються в сільському господарстві для виділення біологічно цінного насіння, очищення насіння від важковідокремлюванного карантинного насіння смітних рослин і для калібрування насіння (по розмірах, по однотипності посівних і харчових властивостей і тощо).

РисУнок. 6.8. Функціональна схема діелектричного сепаратора насіння:

1 – автотрансформатор; 2 – бункери; 3 – барабан; 4 – щітка; 5 – кільця; 6 – обмотка

На рисунку 6.8 показана функціональна схема діелектричного сепаратора насіння. На циліндричному барабані 3 Біфілярно намотана в один шар двопровідна ізольована обмотка. До несполучених між собою проводів обмотки від автотрансформатора 1 Через кільця 5 І газосвітний трансформатор (усередині барабана) подається напруга 0,5...0,7 кВ промислової частоти 50 Гц. Значення напруги встановлюють відповідно до виду насіння, що сепарується (злакові, овочеві боби, олійні, квіткові і інші культури). Насіння з бункера 2, Потрапляючи на обмотку 6, Притягуються до неї, а потім під дією сили тяжіння і відцентрових сил відриваються з нижньої частини барабана і потрапляють в різні секції приймального бункера залежно від їх властивостей. Щітки 4 Служать для видалення з обмоток прилиплої дрібної і легкої смітної домішки і пилу.

Таким чином виділяється фракція насіння (зазвичай перша по напряму обертання барабана), що має кращі посівні якості. З такої фракції виходить вища врожайність (на 15...20 %), знижуються норми висіву майже в 2 рази, спостерігається раніше одночасне дозрівання урожаю з підвищеною на 10...15 % стандартністю продукції.

Електричні, оптичні, теплові і акустичні властивості сільськогосподарської продукції використовують також при створенні нових приладів контролю зрілості кавунів, посівних якостей насіння, вмісту жиру і білка в молоці, свіжості яєць, вгодованості тварин, тощо.