Автоматическая система контроля температуры зерна с термореле на микроконтроллере в сушильном барабанном агрегате

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТарГУ имени М.Х. Дулати, Тараз

Автоматическая система контроля температуры зерна с термореле на микроконтроллере в сушильном барабанном агрегате

Крыкбаев М.М., Ахметова С.О.

Урожай пшеницы, собранный в Казахстане из-за высокой влажности вызывает проблемы с транспортировкой и хранением. Чтобы зерно хорошо хранилось, его влажность не должна превышать -14-15%. Климатические условия в Северных и Западных регионах Казахстана таковы, что, даже при хорошей погоде, влажность собранного зерна составляет 16-18%. При неблагоприятных погодных условиях влажность зерна достигает 25-30 процентов. Ежегодные потери по оценкам специалистов составляют более 10% урожая зерна вследствие низкой вместимости зернохранилищ или проблем, связанных с транспортировкой и обработкой. Чтобы довести влажность зерновой продукции до требуемых значений влажности 14-15%, необходимо осуществлять ее сушку.

Сушильные барабанные агрегаты являются одними из самых широко применяемых. Они предназначены для сушки урожая различных культур: зерна, семян крупяных и зернобобовых культур, подсолнечника, - с исходной влажностью до 35%. Барабанные зерносушилки применяются давно, с течением времени они значительно усовершенствовались - в части самой технологии сушки, используемых материалов, автоматизации - и сейчас являются очень эффективным, мобильным технологичным сушильным оборудованием, пользующимся заслуженным спросом. По требованиям агротехники на длительное хранение засыпают зерно влажностью до 14%. С увеличением влажности возрастает интенсивность дыхания зерна, увеличивается выделение тепла и происходит самосогревание массы.

Влажность свежеубранного зерна нередко составляет 20 - 30%. Такое зерно необходимо в короткий срок высушить, довести его влажность до кондиционной. Более влажное зерно сушат в барабанных зерносушилках. В зерносушилках сушка происходит конвективно-контактным способом в подвижном слое зерна. В него нагнетают горячую газовоздушную смесь - теплоноситель (агент сушки). Высушиваемое зерно перемещают с небольшой скоростью в потоке теплоносителя. Зерносушилка должна обеспечить определенный и постоянный режим сушки, регулируемый температурой теплоносителя, толщиной слоя зерна и скоростью движения теплоносителя сквозь слой зерна. Температуру теплоносителя и нагрева зерна выбирают в зависимости от культуры и первоначальной влажности зерна.

В барабанной зерносушилке зерно движется вдоль вращающегося барабана в потоке теплоносителя с начальной температурой для сушки продовольственного зерна 160 - 180°, семян 80 - 140°; нагрев продовольственной пшеницы до 55°, семян до 48°.Влажность зерна за один пропуск через барабанную зерносушилку можно снизить с 25 до 17%.

Одним из важных этапов совершенствования процесса сушки в барабанных зерносушилках является автоматизация функции контроля температуры зерна с применением современных микроконтроллеров. Необходимость в данном устройстве возникла при решении задачи контроля и стабилизации температуры зерна на одном из предприятий по обработке и хранению зерна. Современный рынок электронных комплектующих предлагает широкий ассортимент датчиков температуры. Основные отличия между ними состоят в диапазоне измеряемой температуры, напряжении питания, области применения, габаритных размерах, способах преобразования температуры, интерфейсом для взаимодействия с пользовательской управляющей системой. На текущий момент одним из самых популярных температурных датчиков является датчик температуры типа TCN75-5 фирмы "Microchip".

Термодатчики повсеместно используются в различных областях электроники. Это термометры, пожарные датчики сигнализации, мониторинг температуры электронной аппаратуры - усилители, источники питания, различные преобразователи, температурная защита электронных приборов, контроль технологических процессов и т.д. Используются как аналоговые, так и цифровые датчики. Преимущество цифровых датчиков в том, что исключается дополнительная погрешность измерительного канала, т.е. данные с датчика снимаются уже в "готовом" виде, возможность объединения нескольких датчиков в сеть для многозонного измерения, что упрощает коммутацию. Использование в качестве интерфейса стандартной шины «i2c» существенно упрощает стыковку с остальной аппаратурой.

В описываемой конструкции простого термореле использован недорогой цифровой датчик температуры фирмы "Microchip" типа TCN75-5,0. Малые размеры, низкая стоимость и легкость использования делают TCN75 идеальным для встраивания в различные устройства автоматики. Термометр предназначен для работы в диапазоне температур от -55 до +125 градусов, имеет дискретность 0,5 градуса, точность измерения при напряжении питания 5,0 вольт 1 градус, что идеально подходит для указанных целей. Термореле включает реле при снижении температуры ниже 40 градусов и выключает при температуре выше 55 градусов (срабатывает реле в цепи магнитного пускателя электрокаллорифера, имеется возможность изменения температуры). Принципиальная схема изображена на рисунке 1. В качестве управляющего микроконтроллера использован широко распространенный тип PIC16F84A. Светодиодный индикатор LED1 предназначен для индикации работы устройства (сигнализирует при работе). Реле Р1 должно быть рассчитано на напряжение срабатывания 12 вольт и иметь контакты, рассчитанные на коммутацию нагрузки в виде промежуточного реле в цепи магнитного пускателя электрокаллорифера. Узел на схеме рисунке 1, обозначенный как "1", можно поставить временно для контроля температуры и работоспособности устройства после изготовления. На жидко- кристаллическом индикаторе(ЖКИ). На индикаторе будет посередине отображена температура в пределах от 0 градуса до +125 градусов.

барабанный зерносушилка температура микроконтроллер

Рис. 1. Принципиальная схема термореле с цифровым датчиком температуры

Преимущество цифровых датчиков в том, что исключается дополнительная погрешность измерительного канала, т.е. данные с датчика снимаются уже в "готовом" виде, возможность объединения нескольких датчиков в сеть для многозонного измерения, что упрощает коммутацию. Использование в качестве интерфейса стандартной шины существенно упрощает стыковку с остальной аппаратурой.

Питание термометра может осуществляться от батарей или от сети с использованием адаптера. Выходное напряжение адаптера должно находиться в пределах 6 - 15В при токе нагрузки 100мА. Питание от сети тоже возможно, для этого есть специальный разъем. При питании от сети термометр включен постоянно. При питании термометра от сети он все время находится во включенном состоянии. Терморегулятор собран из доступных деталей. При разработке основным критерием, была хорошая повторяемость устройства. Собран терморегулятор на микрочиповском контролере. Терморегулятор имеет два режима работы. Режим нагрева, и режим охлаждения. Режим нагрева включается, когда установленная температура включения имеет значение ниже, чем выключения. А режим охлаждения включается, когда значение температуры выключения меньше включения. Терморегулятор выставляют на максимально возможную температуру для данной установленной мощности, при достижении заданного значения температуры зерна терморегулятор с помощью последовательно коммутирующей цепочки состоящей из промежуточного реле и магнитного пускателя отключает электрокаллорифер, при снижений значения температуры электрокаллорифер включается вновь.

С точки зрения надежности регулятор снабжен автоматической системой сохранения данных, что избавляет пользователя заботиться о сохранения установок в памяти. В регуляторе встроена интеллектуальная система аварийного контроля данных в постоянной памяти, а также система контроля данных в оперативной памяти. В процессе работы регулятор проверяет данные на соответствие параметрам технической документации и при возникновении ситуации, при которой температура зерна оказывается критической или падает в недопустимую область, останавливает работу системы и производит перезагрузку данных. Настоящая функция позволяет предупредить выход из строя и предотвратить работу оборудования в аварийном режиме. Функция контроля среды позволяет контролировать исправность системы отопления или охлаждения по динамическим параметрам. Контроль по времени выхода оборудования на режим и отклонение параметра регулируемой температуры выше допустимых пределов. Контроль повреждения датчика температуры и контроль выхода температуры среды за пределы индикации регулятора. В регулятор встроена функция аварийного рестарта установок или аварийного входа в меню настройки.

С промышленной точки зрения разработка автоматизированной системы регулирования температуры теплоносителя в сушилке облегчит труд оперативного персонала, способствует интенсификации процесса сушки и повысит качество сушки зерна пшеницы, что является важнейшим критерием эффективности процесса сушки.

Автоматический контроль над основными параметрами зерносушилки как температура зерна высвободит количество обслуживающего персонала. Благодаря использованию электрокаллорифера вместо обычно употребляемых топочных блоков на жидком и твердом топливе улучшаться условия труда и сократятся выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду.

Литература

1. Крыкбаев М.М. Совершенствование процессов сушки зернистых материалов в сушильных барабанных агрегатах: Автореф.дис...канд.техн. наук.- Алматы, 2010.-18с.

2. Смирнов А.Д.Архитектура вычислительных систем: Радио и связь.- Москва,1990 г.

3. Каган Б.М.Электронно-вычислительные машины и системы: Радио и связь. - Москва, 1991г.

Размещено на Allbest.ru