РОЗДІЛ 2
СТВОРЕННЯ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАГУВАННЯ ЦУКРУ З БУРЯКА НА ОСНОВІ
ПОВНОГО ФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Аналіз технологічного процесу екстрагування цукру з буряка
Аналіз розвитку харчових виробництв як об’єктів керування показує, що для них
характерні такі тенденції: у всіх підгалузях харчової промисловості
спостерігається неухильне зростання одиничної потужності технологічних
агрегатів [31]; підвищуються вимоги до якості ведення технологічних процесів у
зв’язку з необхідністю збільшення кількості і якості вихідної продукції,
забезпечення економії енергетичних ресурсів і захист навколишнього середовища;
зростає степінь взаємозв’язків окремих агрегатів і ускладнюється керування
об’єктом в цілому.
Одночасно проявляються особливості харчових виробництв, характерні для
більшості підгалузей [32]: зміна технологічних показників якості сировини
залежно від тривалості термінів його зберігання і транспортування, району
вирощування і погодних умов протягом року; це ж саме стосується показників
якості палива і допоміжних матеріалів; підвищене зношення технологічного
обладнання у зв’язку з неперервністю і інтенсивністю режимів його роботи;
необхідність оперативного коректування технологічного регламенту ведення
процесу залежно від показників якості сировини, допоміжних матеріалів і стану
обладнання.
В міру розвитку вказаних тенденцій і прояву особливостей харчового виробництва
зростають вимоги до застосовуваних систем контролю і керування окремими
технологічними агрегатами [27, 79]; залучаються в сферу дії централізованого
керування виробництвами все нові і нові агрегати і технологічні ділянки,
оскільки оптимізація роботи одного агрегату і установки не гарантує
максимального економічного ефекту виробництва в цілому. Поточний і масовий
характер більшості харчових виробництв вимагає приділяти особливу увагу
питанням забезпечення ритмічності виробництва, яка загалом забезпечується
стабілізацією технологічного процесу у поздовжньому напрямку, його коректування
в цілому і на окремих ділянках при зміні параметрів вхідних сировинних
потоків.
Для повного уявлення про стан технологічного процесу необхідно знати всі
змінні, однак розмірність цих векторів для реальних систем настільки велика, що
значно переважає можливість технічних засобів і людини-оператора з обробки
інформації. Крім цього, частина змінних взагалі не вимірюється, в тому числі у
зв’язку з неможливістю технічного вирішення такої задачі. Тому використовується
тільки частина (інколи незначна) з перерахованих вище змінних.
Похилі екстрактори, в яких відбувається процес екстрагування цукру з буряка, як
технологічна система, функціонують в умовах значної кількості випадкових
факторів, джерелом яких є вплив зовнішнього середовища, а також зміни, які
відбуваються всередині системи.
Для екстрактора як об’єкта керування, характерна наявність великої кількості
зв’язків з середовищем, які визначають його стан в будь-який момент часу [13].
Із сукупності параметрів, які характеризують екстрактор як об’єкт керування,
можна виділити такі параметри, залежно від їх характеру і частки участі в
процесі:
Сукупність спостережних вхідних сигналів, які утворюють вектор вхідних змінних
– X;
Сукупність спостережних вихідних сигналів, які утворюють вектор вихідних
змінних – Y.
Такий розподіл до певної міри має умовний характер, оскільки, наприклад,
витрата певної речовини може застосовуватися як складова вектора вхідних
змінних або належати групі збурень, якщо вона цілеспрямовано не змінюється.
До складу X входять цілеспрямовано змінювані керуючі дії U і контрольовані
збурення W. Останні змінюються випадковим чином з невідомих причин.
Екстрактор, як об’єкт керування, має проміжні змінні, які утворюють вектор
режимних параметрів Z.
Крім керуючих дій U і збурень W екстрактор підлягає дії неспостережних впливів
x, які мають випадковий характер.
Внаслідок цього дії оператора, який встановлює залежність між X та Y, також
стають випадковими.
На рис.2.1 наведена структурна схема причинно-наслідкових зв’язків, які діють
на екстрактор, як об’єкт керування.
Рис.2.1. Структурна схема причинно-наслідкових зв’язків в екстракторі.
Аналіз взаємозв’язків параметрів процесу дає змогу побудувати узагальнену
структуру статичної моделі похилого екстрактора. На основі вивчення аналітичних
і емпіричних залежностей [13, 53, 65, 67], які описують процес екстрагування
цукру з буряка, аналізу технологічного регламенту [47] і апріорної інформації,
отриманої від спеціалістів-технологів, технологічних і конструктивних
особливостей були визначені основні параметри процесу, які ввійшли до складу
векторів вхідних X і вихідних Y змінних.
Для ранжування вхідних і вихідних змінних за мірою важливості для удосконалення
процесу екстракції цукру з буряка за рахунок забезпечення максимуму коефіцієнта
використання дифузійного потоку був застосований метод парних порівнянь [75],
який дає змогу знижувати спотворення суб’єктивного характеру порівняно з широко
застосовуваним методом визначення коефіцієнта конкордації і ранжування
загального списку об’єктів і, як наслідок, отримати більший степінь
об’єктивності оцінки переваг.
Після опитування 9 експертів-технологів двох цукрових заводів (Радехівського і
Горохівського) і статистичної обробки їхніх поглядів на параметри процесу
екстракції були отримані статистичні характеристики.
Результати опитування експертів наведені в таблицях 2.1-2.4.
Коефіцієнт узгодженості визначається за формулою:
, (2.1)
де , (2.2)
де m – число експертів;
n – число об’єктів;
г – число на перетині і-того рядка і j-того с
- Київ+380960830922