РАЗРАБОТКА  УСТРОЙСТВА  АВТОМАТИЧЕСКОГО  СБОРА  И  ПРОГРАММЫ  ОБРАБОТКИ  ДАННЫХ  ПРОЦЕССА  ВЫПАРИВАНИЯ  ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ  СОКОВ  В  ВАКУУМЕ 

Емельянов  Константин  Александрович

аспирант  каф.  АСИС,  ФГОУ  ВПО  «Госуниверситет  —  УНПК»,  г.  Орёл

E-mail:  konstantin.emelyanov@gmail.com

Работа  выполнена  при  поддержке  гранта  Минобрнауки  №  14.740.11.0513  2010  г.

Разработана  малогабаритная  вакуум  выпарная  установка  для  концентрирования  плодово-ягодных  соков  [1].  Отсутствие  комплекса  технических  средств  автоматизированного  сбора  данных,  снижают  эффективность  работы  выпарной  установки.  Комплекс  должен  включать  в  себя  измерение  параметров:  температур  в  камере  испарителя  и  рабочей  жидкости;  давлений  в  системе  и  камере  испарителя;  уровня  пенообразования  в  испарителе;  массы  выпаренной  влаги;  затраченной  электроэнергии.  Визуальный  контроль  параметров  снижает  производительность  процесса  выпаривания,  отвлекает  оператора  от  выполнения  основных  обязанностей,  сопряжен  с  созданием  аварийных  ситуаций.  Комплекс  технических  средств  реализован  в  программно-аппаратном  решении,  состоящим  из  измерительных  преобразователей,  автоматического  устройства  сбора  и  программы  ЭВМ  обработки  данных. 

С  целью  повышения  эффективности  выпаривания  плодово-ягодных  соков  в  вакууме  [2]  разработаны  структурная  схема  и  устройство  автоматического  сбора  данных,  а  так  же  проведены  его  испытания  при  выпаривании  сока  из  мандаринов.

Для  оперативного  снятия  параметров  процесса  низкотемпературного  удаления  влаги  в  вакууме  и  обработки  данных,  необходимо  снабдить  установку  системой  сбора  и  предварительной  обработки  информацией,  а  в  частности  микроЭВМ.  Благодаря  микроЭВМ,  технологические  процессы  установки  проходят  в  автономном  режиме,  облегчая  труд  дежурному  оператору.  Устранение  недостатков  и  неточностей  снятия  оперативных  показаний  с  датчиков  оператором,  позволяет  полностью  исключить  человеческий  фактор  содействию  ошибке.

В  ходе  выполнения  работ  по  проекту  поставлена  задача  разработки  компактного  устройства,  выполняющего  функции  по  сбору  данных  со  всех  датчиков,  используемых  на  установке  в  автоматическом  режиме.  Сбор  измерительной  информации  может  осуществляться  на  месте,  непосредственно  на  самой  установке,  что  исключает  погрешность  и  неточность  получения  информации,  вследствие  наведения  внешних  магнитных  полей  и  частот,  а  также  эффекта  «длинных  проводов».

Структурная  схема,  устройства  автоматического  сбора  и  обработки  данных  показана  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Структурная  схема  устройства  автоматического  сбора  данных

Описание  блоков:

ДТ1,  ДТ2  –предназначены  для  снятия  показаний  температур  в  рубашке  и  камере  испарителя  вакуум-выпарной  установки,  используются  внешние  датчики  ДТС-024  с  аналоговым  выходом.

О  –  оптопара,  используется  для  регистрации  уровня  пены  внутри  камеры  испарителя.

ДВ  –  позволяет  измерять  массу  поступающего  в  сборник  конденсата.  Используется  одноточечный  датчик  Мерадат  К-10-А,  для  измерения  малых  нагрузок.

ДД1,  ДД2  –  осуществляют  фиксацию  показаний  давления  (разряжения)  в  камере  испарителя  и  сборнике  конденсата.  В  камере  испарителя  используется  врезной  датчик  давления  DMP331  с  кремниевым  пьезорезистивным  сенсором.  В  сборнике  конденсата  используется  преобразователь  манометрический  термопарный  ПМТ-2.

Дисплей  –  жидко-кристаллический  дисплей,  предназначенный  для  отображения  буквенно-символьной  информации  об  измеряемых  величинах.  Используется  четырех  строчный,  16-ти  символьный  монохромный  дисплей  MTC-16400X.

УВИ  –  необходимо  для  установки  или  коррекции  работы  изделия.

ПИ-USB  –  преобразователь  интерфейса  RS232-USB,  предназначен  для  подключения  и  согласования  устройства  по  шине  «USB»  к  внешним  вычислительным  машинам  и  устройствам  регистрации.

БП  –  блок  питания  датчиков,  микроконтроллера,  дисплея.

УС  –  узлы  согласования  сигналов,  получаемых  с  датчиков.

Микроконтроллер  (МК)  –  многофункциональное  устройство,  предназначенное  для  приема  и  обработки  поступающих  на  него  измеряемых  величин,  а  так  же  для  преобразования  информации  в  машинный  код,  с  целью  дальнейших  машинных  преобразований.  По  количеству  портов  ввода-вывода  и  необходимой  функциональности  был  выбран  микроконтроллер  Atmega32-16PU.  Микропрограмма  в  МК  инициализирует  порты  ввода/вывода,  осуществляет  опрос  всех  подключенных  датчиков  к  аналогово-цифровым  входам,  обрабатывает  получаемую  информацию  с  датчиков,  передавая  актуальные  значения  параметров  на  дисплей.  При  обращении  с  внешней  ЭВМ  к  портам  ввода/вывода  МК  по  интерфейсу  RS232-USB  осуществляется  обмен  данными  между  устройствами.  Счетчик  электроэнергии  по  интерфейсу  RS485-USB  подключен  к  ЭВМ.  Для  хранения  данных  процесса  удаления  влаги  в  вакууме  используются  программные  и  вычислительные  мощности  ЭВМ.  Разработана  программа  ЭВМ  [3],  осуществляющая  сбор,  хранение  и  графическое  представление  информации  о  ходе  проведения  эксперимента,  опрашивающая  устройство  автоматического  сбора  данных  и  анализирующая  получаемую  информацию.

Проведены  испытания  устройства  автоматического  сбора  данных  при  выпаривании  сока  из  мандаринов.  В  камеру  испарителя  было  загружено  40  литров  сока.  Начальное  давление  в  вакуумной  системе  было  установлено  в  1*10^-1  мм.  рт.  ст.,  после  чего  был  включен  нагрев  испарителя.  Опрос  датчиков  производился  каждые  30  секунд.  В  процессе  нагрева  камеры  испарителя  и  последующего  закипании  сока  давление  в  камере  испарителя  повышалось  в  течении  20  минут  (рисунок  2).  После  чего  начался  процесс  конденсации,  со  скоростью  60  грамм  за  30  секунд  (рисунок  3).  Спустя  60  минут  выпаривания,  скорость  конденсации  стала  уменьшаться,  а  давление  в  камере  испарителя  выровнялось  до  значения  4*10^-2  мм.  рт.  ст.  Процесс  выпаривания  занял  95  минут. 

Рисунок  2.  Показания  с  датчика  давления  установленного  в  камере  испарителя

Таким  образом,  разработано  устройство  автоматического  сбора  данных  при  выпаривании  плодово-ягодных  соков  в  вакууме.  Проведены  испытания  устройства  при  удалении  влаги  из  сока  мандаринов. 

Рисунок  3.  Скорость  поступления  конденсата  в  приемник

Испытания  аппаратной  части  комплекса  технических  средств  устройства  автоматизированного  сбора  данных  проводились  совместно  с  обработкой  информации  программной  частью.  Визуализация  показаний  измерительных  преобразователей  и  автоматизация  устройства  сбора  данных  повысили  эффективность  процесса  удаления  влаги  в  вакууме,  исключив  человеческий  фактор. 

Список  литературы:

1. Патент  РФ  №  2276314.  Устройство  для  удаления  влаги  в  вакууме  /  Емельянов  А.А.,  Емельянов  К.А.,  Морозов  Я.А.,  Бюл.  №  13,  2006.

2.Патент  РФ  №  2328170.  Способ  удаления  влаги  в  вакууме  /  Емельянов  А.А.,  Емельянов  К.А.,  Долженков  В.В.,  Золотарев  А.Г.,  Бюл.  №  19,  2008.

3.Свидетельство  о  государственной  регистрации  программы  для  ЭВМ  «Автоматизированная  система  сбора  и  представления  данных  процесса  низкотемпературного  удаления  влаги  в  вакууме»  /  К.А.  Емельянов.  –  RU  №  2011615036,  зарегистрировано  в  Реестре  программ  для  ЭВМ  28  июня  2011.