Системи контролю за процесом зберігання зернової маси

Виробництво зерна має бути пов’язане з підвищенням його якості, одним із головних показників якої є вологість. За цим показником визначають початок збирання, встановлюють режими обмолоту, сушіння та зберігання зерна. Оперативний контроль вологості зерна потрібен на всіх етапах технологічного циклу виробництва цього продукту. Збирання врожаю зерна проводять на стадії технологічної стиглості, коли його вологість досягає 18–25%, але синтез поживних речовин ще не завершений. Повна фізіологічна зрілість зерна, за якої найповніше розкриваються його біологічні й насіннєві якості, настає значно пізніше, в період його зберігання.

Як відомо, процеси синтезу дозрівання зерна йдуть із виділенням енергії (тепла), що призводить до зростання вологості зернової маси й навколишнього повітря. Це, у свою чергу, може спричинити самозігрівання (прілість) у результаті неконтрольованого збільшення температури, що врешті-решт призведе до втрати насіннєвих і поживних якостей зернової маси. Тому зберігання зерна — особливо відповідальний період у технологічному циклі зерновиробництва, що потребує постійного оперативного контролю вологості й температури зернової маси, а також контролю цих показників у приміщенні сховища.

На сьогодні більшість сховищ обладнано примітивними системами оперативного контролю температури в різних точках зберігання обсягу зернової маси. Так, використовуючи інформацію про температуру зерна, оператор за потреби включає систему вентиляції в сховищі та систему продування зернової маси сухим повітрям. Таким чином унеможливлюється самозаймання зерна.

Процес самозігрівання зерна на початковій стадії його розвитку досить тривалий і характеризується низькою швидкістю збільшення температури. З підвищенням температури швидкість зростання температури насипу різко збільшується, і, відповідно, скорочується час, відведений для вжиття заходів щодо недопущення загоряння зернової маси.

Контроль температури зерна — найефективніший і цілком доступний практичний спосіб відстеження результатів біохімічних процесів, що перебігають у зерновому насипі під час зберігання в зерносховищах. Температура зернового насипу дає змогу судити про його стан у процесі зберігання. Сьогодні на українському ринку пропонують широкий вибір відповідних систем контролю. В цій статті розглянемо особливості деяких із них.

Компанія «ТЕМІКС» пропонує для зерносховищ будь-якого типу систему контролю температури ІТУ-3. Вона забезпечує надійний контроль температури зерна на зберіганні. Система ІТУ-3 призначена як для установлення на нові зерносховища, так і для заміни релейних систем термометрії, котрі були встановлені раніше на елеваторах. Причому встановлювати її можна як на великогабаритних елеваторах, так і на невеликих зерносховищах.

Упровадження системи контролю температури ІТУ-3 (система термометрії) дає змогу: знизити втрати від псування й сушіння зерна та мінімізувати операційні витрати на його зберігання. Система контролю температури ІТУ-3 призначена для роботи з термопідвісками (температурними кабелями) типу ТП-1М, що наразі експлуатуються на багатьох зерносховищах, або з сучасними підвісками ТП-ДМ, ТП-ДН, ТП-ДС і ТП-01М виробництва компанії ТОВ ІВК «ТЕМІКС» та інших виробників, таких як OPI INTEGRIS, SafeGrain, BOONE та ін. Система ІТУ-3 виготовлена із сучасних електронних компонентів, що значно підвищує надійність експлуатації та збільшує термін її служби, порівняно з релейними системами.

Система ІТУ-3 має всі відповідні сертифікати та внесена до Державного реєстру засобів вимірювальної техніки України. Власне, це набір сучасних технічних засобів для організації контролю температури в зерносховищах. Всі елементи ІТУ-3 розроблені таким чином, щоб забезпечити можливість оптимально монтувати систему контролю температури для зерносховища будь-якого типу та розміру.

Загальний вигляд системи ІТУ-3 представлено на поданій структурній схемі, а її конкретне виконання визначається обраним способом вимірювання (ручний або автоматизований), кількістю зернових силосів, розмірами елеватора (зерносховища), а також типом термопідвісок. Температура в зерновому насипі вимірюється за допомогою датчиків температури, розміщених у порожнині термопідвісок.

За ручного способу вимірювання температура відображається на екрані модуля індикації температури МІТ-2 (працює з термопідвіски ТП-ДМ, ТП-ДН або ТП-ДС) або переносного вимірювального приладу ПВП-1М (працює з термопідвісками ТП-1М або ТП-01М). МІТ-2 і ПВП-1М підключаються безпосередньо до термопідвіски або — для термопідвісок ТП-ДМ — через блок живлення і комутації БПК-2 і БПК-2-24. За автоматизованого способу вимірювання температура відображається на персональному комп’ютері (ПК) за допомогою програмного забезпечення ВО ОВК «Термометрія». Виміряні температури в цифровому вигляді за допомогою блоків вимірювання БІТ-12Д, БІТ-12Д-24, БІТ-12М або БІТ-400ТП передаються на ПК.

Простішу структуру має система термометрії ТСС-01. Використання такої системи оптимальне за невеликої кількості датчиків температури (не більше як 40 у всіх силосах), що відповідає невеликому елеватору або малогабаритному зерносховищу. Виміряні значення температури зерна виводяться на рідкокристалічне табло цифрового блоку індикації, який підключається до термопідвіски за допомогою спеціального роз’єму. У цифровому блоці індикації температури використовується автономне живлення від чотирьох стандартних елементів типу АА, що гарантує безпеку та ефективність експлуатації. Система ТСС-01 забезпечує вимірювання температури в діапазоні -55…+125°С із допустимою похибкою ±0,5%. Термопідвіски типу ТП, кількість датчиків — максимум 32 шт. Система працює за температури навколишнього середовища в межах -40… +125°С та не більше як 80% вологості.

Система автоматизованого контролю температури СКТ-02. Розробники цієї системи врахували низку нюансів, що випливають із практики, в результаті чого їхня система вимірює температуру за всією висотою насипу зернової маси з розбивкою на окремі зони та відсіки. Це дає змогу своєчасно виявляти вогнища самозігрівання ще на початковій стадії, щоб запобігти зниженню якості зернопродуктів і уникнути аварійних ситуацій.

З огляду на низьку теплопровідність зернової маси, а також на те, що датчики на термопідвісках розташовані на відстані 3–5 м один від одного, в разі підвищення температури в осередку самозігрівання на 10°С температура в зоні датчика змінюється аж через добу приблизно на 0,06–0,1°С. Система фіксує цю зміну в усіх точках контролю за заданий інтервал (24 год) і видає попереджувальний сигнал про факт виникнення вогнища самозаймання та місце його розташування. В процесі діагностики враховується зміна температури навколишнього середовища, що підвищує ймовірність виявлення вогнищ самозігрівання. За підвищення температури в будь-якій точці контролю понад 35°С система вмикає аварійну сигналізацію із зазначенням зони вогнища. 

Система складається із частини з датчиками та контролерної шафи. Датчикова частина складається з термопідвісок ТПЦ-01 або термоштанги ТШ-1 і маршрутизаторів адреси. Сумарна кількість контрольних точок (датчиків) — до 6000 шт. Контролерна шафа призначена для збирання інформації з датчиків, обробки результатів вимірювань і візуального відображення виявлених вогнищ самозігрівання і зафіксованих температур.

Термоштанга ТШ-1 призначена для багатоточкового вимірювання температури зерна в зерносховищах. Має від двох до восьми точок контролю залежно від виконання. Конструктивно термоштанга розбірна й складається з трьох частин завдовжки 1,5 м, що збираються в потрібну довжину до 6 м. Штанга виконана з поліпропіленової труби діаметром 1,0". Уздовж труби на рівній відстані один від одного розташовані термодатчики типу ТМ. На нижньому кінці штанги розміщено спіральний бур, на верхньому кінці якого — головка для підключення сигнального кабелю.

Система СКТ-02 — це сучасна цифрова система контролю температури зернових продуктів, виконана з використанням датчиків DS1820 із протоколом 1-Wire, що дає змогу до мінімуму скоротити кількість з’єднань із датчиками. Два дроти об’єднують у магістраль датчики термопідвісок одного силосу. Використання маршрутизаторів адрес допомагає скоротити кількість з’єднань із контролерною шафою — так само за допомогою двох дротів. Завдяки високій роздільній здатності й точності трактів вимірювання температури своєчасно виявляються осередки самозігрівання зерна, що дає змогу вдвічі скоротити втрати зернопродуктів.

Система температурного моніторингу GRAINWATCH відрізняється від своїх аналогів тим, що вона модульна за своєю архітектурою і ґрунтується на базі даних, яка підключається до периферійних датчиків на силосній конструкції. Також вона може підключатися як до персонального комп’ютера, так і до системи SCADA. Систему GRAIN-WATCH легко встановити й пристосувати до конструкції будь-якої системи. GRAIN-WATCH надішле сигнал про «гарячі точки  в сховищі та вчасно повідомить про небажану біологічну активність швидше, ніж будь-яка інша система. Основними її елементами є термопідвіси, електронні блоки та системи відображення температури на екрані. Термопідвіси розроблені таким чином, щоб зробити систему температурного моніторингу гнучкішою, ніж будь-яка інша подібна система.

«Розумна» система з використанням мережевих компонентів дає можливість складати системи з будь-якою кількістю термопідвісок. Унікальна дво- або тридротова кабельна система максимально спрощує установку. Сигнальний блок GW-AB обслуговує до 64 сенсорних ліній! Програмне забезпечення GRAIN WATCH не потребує спеціальної підготовки. Воно дає можливість створювати повну картину комплексу сховищ і відображати температурний рівень усередині кожного силосу.

Система термо-вологометрії від компанії CEPRA. Технологія зберігання зернових культур і продуктів їхньої переробки потребує контролю температури матеріалу з похибкою не більше як 1°C на кожні 1,5 м шару насипу. Фірма пропонує систему, котра має у своєму складі такі елементи.

Термопідвіси. Складається з гладкої і гнучкої трубки малого діаметра, що дає змогу знизити вплив тяги на дах силосу. Калібровані датчики, встановлені в кабелі, вимірюють температуру на різних рівнях. Простота утримання й за потреби повторного монтажу кабелю з датчиками (навіть у разі заповненого силосу) полегшує ремонт, повірку та калібрування.

Термопідвіси з датчиками вологості. Складаються з гладкої і гнучкої трубки з каліброваними датчиками, які вимірюють температуру та вологість зерна, що зберігається. Виготовляються з необмеженою кількістю датчиків, які встановлюються на відстані один від одного відповідно до потреби клієнта.

Блок опитування термопідвісок. Блоки опитування (електронні щитки), як правило, розташовані в центрі силосу з доступом до галереї. Просте підключення і за потреби їхня заміна дають змогу без проблем зробити будь-який тип ремонту.

Система автоматичної вентиляції силосів. Реалізує автоматичне керування вентиляторами, призначеними для кожного силосу залежно від умов навколишнього середовища та від виду зернового матеріалу на зберіганні.

Датчик вологості. Вимірює відносну вологість і температуру повітря між зерном і дахом силосу. Керує запуском і зупинкою дахових екстракторів, що запобігає утворенню конденсату на стінах і стелі силосу.

Метеостанція. Вимірює відносну вологість і температуру зовнішнього повітря. Керує роботою вентиляторів — вони підключаються тільки тоді, коли умови навколишнього середовища сприятливі для вентиляції силосів.

Релейний модуль. Електронна шафа з контактами, куди підключаються сигнали вентиляторів для автоматичного запуску/ зупинки, згідно з обраними параметрами. Може також використовуватися для передачі сигналу тривоги у використовувану систему ПЛК або SCADA-системи.

Система управління. Показує температуру зерна всередині силосу відповідно до потреб і згідно з особливостями кожної установки.

Портативний зчитувач. Ідеально придатний для невеликих установок із невеликою кількістю датчиків. Виводить показники температури на дисплей цифрового модуля або за технологією Bluetooth, формує графіки на основі історії попередніх показників температури.

Ручний зчитувач. Призначений для малих і середніх установок, де недоцільно використовувати ПК. Він складається з блока із LCD-дисплеєм і цифровою клавіатурою, щоб вибрати потрібний термопідвіс і силос. Також передбачена можливість підключення принтера.

Програмне забезпечення. Розроблене для тих, хто робить акцент на високій якості збереження свого зерна. Дає змогу вести контроль із декількох комп’ютерів, проводити введення/ виведення інформації і повний огляд усієї установки у співвідношенні поточної температури з історією зареєстрованих показників.

Наразі на ринку елеваторної продукції можна придбати комплексні автоматизовані системи управління (АСУ) з абсолютно всіма технологічними параметрами процесу збереження зерна. Прикладом такої системи є АСУ Simple-scada. Це сучасна надійна цифрова система, яка у своєму складі не має жодного аналогового датчика. Всі процеси повністю автоматизовані й керуються віддалено за допомогою високотехнологічних елементів автоматики (https://simplescada. com/archives/portfolio-items/ elevators-management).

Основний керуючий ПЛК-Modicon M251 + дев’ять проміжних станцій збору даних на кожному поверсі і в додаткових суміжних будівлях. На об’єкті близько 100 виконавчих механізмів, понад 120 можливих маршрутів руху зерна. Основні можливості: запуск і зупинка маршрутів у автоматичному режимі, контроль стану датчиків, місцевих пультів управління, струмових навантажень механізмів, відвантажень із поточних ваг. Звісно, такі АСУ дороговартісні, вони потребують складного монтажу, задіяння спеціалістів зі знанням певного програмного забезпечення, але ж і їхня швидкодія та надійність експлуатації не викликають сумніву.

М. Федотова, канд. техн. наук, асистент

С. Осадчий, д-р техн. наук, професор

Д. Трушаков, канд. техн. наук, доцент,

Центральноукраїнський національний технічний університет,

Кафедра автоматизації виробничих процесів

Журнал «Пропозиція», №11, 2020 р.