EA004529B1

EA004529B1 - Способ и устройство для оптимизации управления процессом, а также контроля за процессом в установке для изготовления макаронных изделий

Info

Publication number: EA004529B1
Application number: EA200101137A
Authority: EA
Inventors: Вернер Зайлер; Ханс Тоблер; Франц Густер; Марсель Брювилер; Мукул Агарвал
Original assignee: Бюлер Аг
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2004-06-24
Also published as: ATE275260T1; CN1345408A; AU3141600A; PL351350A1; BR0009818A; TR200103110T2; SK14262001A3; CN1126931C; EP1173720A1; JP2002542810A; HUP0200874A2; BR0009818B1; CZ20013416A3; HUP0200874A3; US7069255B1; DE50007625D1; EA200101137A1; MXPA01010959A; DE19919206A1; WO2000066963A1

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству для оптимизации управления процессом, а также контроля за процессом в установке для изготовления макаронных изделий, в частности коротких и длинных макаронных изделий. Поставленная задача состоит в том, чтобы достичь улучшенного регулирования сушки и снижения выхода бракованной продукции. Решение задачи осуществляется с помощью регулирования климата сушилки с применением работающего в режиме реального времени датчика (9) и «умных» программных технологий.

Description

Изобретение относится к способу оптимизации управления процессом, а также контроля за процессом в установке для изготовления макаронных изделий, в частности коротких и длинных макаронных изделий, а также к устройству для осуществления способа.

Промышленное изготовление макаронных изделий осуществляется уже со сравнительно высоким уровнем автоматизации. Это касается, например, частичных процессов прессования заготовок макаронных изделий, а также сушки и охлаждения макаронных изделий. Так, в ЕР-А0129892 В1 описаны установка и способ сушки длинных макаронных изделий в непрерывном режиме с управляемыми нагревом, увлажнением, сушкой и охлаждением макаронных изделий. В турбосистеме задают температурновременной режим. В ЕР-А-0540699 В1 описан идущий дальше способ регулирования влажности продуктов, с тем чтобы избежать ломки макаронных изделий после сушки и при упаковывании. Регулируют температуру и влажность воздуха. При этом в конечной зоне сушки еще в теплом состоянии макаронных изделий происходит повторная поверхностная добавка воды, и температуру макаронных изделий непосредственно после добавки воды уменьшают ниже 60°С. Аналогичное решение с использованием суммарного значения (Αν) раскрыто в ЕР-А0322053 В1.

Автоматизированные прессы для изготовления сырых макаронных изделий описаны, например, в ЕР-А-0426766 В1 в виде тестомешалки, содержащей два рабочих вала, которые попеременно снабжены месильными шнеками и срезающими элементами, или в ΌΕ 4417357 А1.

Технологический цикл и частично параметры способа имеются в распоряжении в качестве управляющих данных. Устройства управления установкой обеспечивают управление циклом в соответствии с выбранными процессами и визуализацию состояния установки. Что касается датчиков, то известны, например, датчики температуры и влажности, датчики частоты вращения или датчики давления. Однако изза разного качества сырья, износа машины или отклонений у датчиков невозможно произвести оптимизацию в реальном времени. Известные проблемы заключаются в сырье (колебания качества и влажности муки, крупы и т.п.), климате помещения, колебаниях влажности сырого теста и условиях сушки, также в сочетании с квалификацией обслуживающего персонала, непостоянных свойствах машины и т.п.

Также проблематичными являются измерения в реальном времени во влажно-горячем климате сушилки и на разных продуктах.

В ΌΕ 4433593 А1 описан способ регулирования экструдера, причем с помощью опытных данных или экспериментальных знаний составляют заданные значения регулирования, регулирующие величины которого зависят от каче ства продукта. Посредством этих заданных значений оптимизируют и стабилизируют рабочую точку и создают интегрированный в устройство управления машины регулятор. Этот регулятор может быть выполнен в виде нечеткого регулятора, регулирующего процесс. После ввода и запоминания полученных данных автоматически адаптируют регулирование для специфичных объектов регулирования и генерируют специфичные регуляторы. Последнее происходит с использованием генераторов кодов, интегрированных в регулируемое окружение.

Для реализации способа между соплом и острием шнека экструдера установлен встроенный датчик вязкости.

В ΌΕ 19734711 С1 описан регулятор с дискретными по времени динамическими нечеткими регулирующими звеньями, у которых целенаправленно вводят нелинейности для нужной регулировочной характеристики.

В ΌΕ 19618900 А1 описан способ управления и регулирования термообработки материала в виде полотна, в частности текстильного полотна, которое обрабатывают потоком газообразной обрабатывающей среды. На основе знаний специалиста индивидуально задают стратегию регулирования, преобразуемую посредством известного нечеткого регулятора (ΡιιζζνКсд1сг). При этом определяют параметры процесса, например температуру материала на входе и выходе сушилки, температуры окружающего воздуха, а также влажность материала на входе и выходе, и эти параметры служат вводными данными для нечеткого регулятора (Ριιζζν-ΚοβΙοΓ). Выходные данные нечеткого регулятора служат для управления скоростью движения материала.

Аналогичный способ описан в ΌΕ 4435808 А1. Здесь в процессе сушки прессованной крошки ее влагосодержание определяют посредством измерения массы. Определяемое посредством измерения массы влагосодержание крошки вместе с другими параметрами, такими как значения температуры или количество прессованной крошки, подают на входы нечеткого блока (Ειιζζν-Είπΐιοίΐ). Выходной сигнал нечеткого блока (Ειιζζν-Είπΐιοίΐ) используют в качестве регулирующего сигнала для сушки крошки с учетом изменяющегося влагосодержания.

В И8-А-5619614 раскрыто управление с помощью нечеткой логики (ΕιιζζνЕощкЦсисгипд) стиральной машиной с монетным механизмом и сушилкой для белья с монетным механизмом для прачечной самообслуживания, причем управляют рабочими параметрами процессов стирки и сушки.

В основе изобретения лежит задача создания способа оптимизации управления отдельными частичными процессами в установке для изготовления макаронных изделий, в частности коротких и длинных макаронных изделий и т. п., который обеспечивал бы улучшенное регулиро вание прессования и сушки, а также контроля за процессами с помощью умных программных технологий. В частности, должны быть достигнуты более простая настройка регулятора и уменьшение выхода бракованной продукции. Решение задачи осуществляется посредством признаков п.1 формулы изобретения.

Решение этой задачи осуществляется посредством признаков п.1 формулы изобретения с помощью умных программных технологий, например виртуального датчика (называемого также софт-датчик) влажности конечного продукта с регулированием количества дозируемой воды в прессе. Возможно поддержание влажности конечного продукта в допустимых пределах. До сих пор было невозможно получить информацию о состоянии продукта в сушилке. С помощью работающих в реальном времени датчиков в сушилке для измерения влажности продукта и/или измерения потери массы можно к тому же регулировать климатическую характеристику и характеристику влажности продукта.

Изобретение исходит из того, что отдельные частичные процессы зависят друг от друга и точечная оптимизация является малоэффективной. Основанием служат взаимодействия между свойствами продукта и характеристикой машины. При этом посредством статистических и умных программных технологий создают модели между параметрами процесса (настройки машины, сырье, рецептуры) и свойствами продукта (например, влагосодержание, цвет, вязкость).

Умные программные технологии (называемые также софт-компьютинг) включают в себя такие технологии, как экспертные системы, нейронные сети, нечеткую логику и генетические алгоритмы (эволюционное алгоритмы). Они описаны, например, в статье Бой Сотрийпд ίη бег Аи1ота1юп, Р. Аиег, Е1ек1гоп1к 34/1998.

За счет комбинации этих технологий (например, №иго-Еи/ху) возникают гибридные модели, которые могут учитывать как уже имеющиеся экспертные знания (например, с нечеткими регуляторами), так и экспериментальные данные (которые, например, создаются посредством статистического планирования испытаний и процессных испытаний и моделируются в нейронных сетях). Кроме того, эти модели комбинируют с традиционными аналитическими методами (например, основанными на физических моделях или регрессионном анализе) и также называют гибридом.

В частности, появляются также новые методы, которые обеспечивают автоматическое генерирование модели (например, автоматическое генерирование структуры и параметров нейронных сетей посредством, например, генетических алгоритмов или автоматическое генерирование нечетких регуляторов по данным процесса). Это упрощает адаптивное согласование модели в реальном времени.

С помощью этих моделей возможна оптимизация в отношении свойств продукта, параметров процесса и затрат (затраты на сырье, эксплуатационные расходы). В частности, за счет этого можно лучше регулировать также нелинейные системы.

Другая задача состоит в создании устройства для осуществления способа.

Результатом является устройство адаптивного регулирования для изготовления макаронных изделий в отношении прессования заготовок макаронных изделий и их сушки/охлаждения, причем установка может эксплуатироваться независимо от персонала. Устройства адаптивного регулирования простых процессов, правда, известны, однако, их нельзя перенести на подобные комплексные процессы.

Могут использоваться уже имеющиеся датчики.

Также известные электропневматические устройства регулирования климата в сушилках могут быть заменены электромеханическими и самообучающимися регуляторами.

Дополнительно должен быть достигнут плавный переход от сушилки/охладителя к климату помещения посредством принятия во внимание климата помещения, с тем чтобы минимизировать напряжения в продукте и, тем самым, коробление и ломку макаронных изделий.

Посредством регулирования в реальном времени нарушения процесса автоматически компенсируются за счет воспроизводимого непосредственного или виртуального измерения влажности продукта в реальном времени. Благодаря измерению климата помещения и согласованию климата сушилки в отдельных зонах конечный продукт можно стабилизировать, в частности возможно также уменьшение частоты ломки конечного продукта на пути к приемному устройству.

Регулирование в реальном времени обеспечивает долгосрочное поддержание постоянными критериев конечного качества продуктов во время производства и при возникновении нарушений процесса. Происходит, в частности, регулирование относящихся к продукту регулируемых величин (например, влажности продукта). Каждая регулируемая величина должна быть измерена, а помеховые величины - уменьшены. При стабилизации конечного продукта климат помещения должен быть включен в управление климатом отдельных зон сушилки в реальном времени, при необходимости также в вентиляцию продукта. Макаронный пресс может быть использован также в качестве виртуального датчика свойств продукта, таких как влажность и консистенция теста.

Оператор автоматически задает первые данные рецептурных значений, необходимых для получения специфичных нужных свойств продукта. При этом по заданным данным продукта генерируют стартовые рецептурные значения. С помощью обучающих данных, экспертных знаний и физических особенностей по заданным данным продукта происходят моделирование и расчет рецептурных значений. При смене продукта происходит сравнение, достаточно ли схожи рецептурные значения заданных данных продукта.

Последующая оптимизация рецептуры поддерживается при точной регулировке первых рецептурных данных, а посредством диагноза можно обнаружить и различить крупные ошибки, причем оператор должен получать указания, какие ошибки ему следует контролировать и устранять.

При оптимизации рецептуры оптимизируют начальные значения при запуске процесса и моделируют взаимосвязи между отклонением целевой величины и изменением настраиваемой величины. Оператор может настраивать целевые критерии до нужного значения, а новые настраиваемые величины могут быть автоматически настроены. Возможны также ручные настройки.

Изобретение более подробно описано ниже на примере выполнения с помощью чертежей, на которых изображают на фиг. 1: схематичный процесс в устройстве для прессования макаронных изделий;

на фиг. 2: схематичный процесс в сушилке/охладителе.

Из дозатора 1, в котором дозируют и смешивают крупу и/или муку, а также воду и добавки, сырье подают в тестомешалку 2, например согласно ЕР-А-0426766 В1, где происходят интенсивные смешивание и замес сырья в сырое тесто.

По окончании процесса смешивания и замеса сырое тесто достигает прессующего шнека 3 тестомешалки 2, с помощью которой изготавливают заготовки макаронных изделий. При изготовлении длинных макаронных изделий присоединен диффузор 4.

После этого заготовки макаронных изделий с влагосодержанием около 30% попадают в вибросушилку 5, а затем в предварительную сушилку 6 и окончательную сушилку 7 и охладитель 8, в которых осуществляют процесс сушки согласно ЕР-А-129892 и/или ЕР-А540699. Макаронные изделия покидают охладитель с обычной влажностью продукта 11-13%, преимущественно 12,5%. В заключение, сухие макаронные изделия обычным образом режут и упаковывают.

В отдельных секциях сушилок 5-7 и в охладителе 8 влажность продукта и потери массы макаронных изделий непрерывно определяют работающими в реальном времени датчиками 9. Такой работающий в реальном времени датчик 9 может быть установлен также в прессующем шнеке 3 или диффузоре 4.

С помощью результирующего регулирования климата можно поддерживать влажность продукта близко к оптимальным 12,5% и, в конце концов, заметно снизить выход бракованной продукции при постоянном качестве макаронных изделий.

Перечень ссылочных позиций

- дозатор

- тестомешалка

- прессующий шнек

- диффузор

- вибросушилка

- предварительная сушилка

- окончательная сушилка

- охладитель

- работающий в реальном времени датчик

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ оптимизации управления процессом, а также контроля за процессом изготовления макаронных изделий, в частности изготовления длинных или коротких макаронных изделий, при котором сырье интенсивно месят в смесителе/мешалке, и заготовки макаронных изделий, покидающие прессующий шнек (3) в виде влажно-пластичных тестовых жгутов, направляют до окончательной сушки через поразному нагретые и/или влажные климатические зоны сушилки, а затем охлаждают и стабилизируют по форме с окончательной влажностью менее 14%, при этом осуществляют автоматическое, самоконтролирующееся регулирование качества продукта посредством программных технологий и работающих в реальном времени датчиков во время процесса изготовления макаронных изделий, отличающийся тем, что контроль за процессом осуществляют на всех этапах способа посредством измерения влажности продукта и/или потери массы макаронных изделий в реальном времени и между параметрами процесса и свойствами продукта создают модели посредством статистических и программных технологий, включающих по меньшей мере одно из следующих средств: нейронные сети, нечеткие системы, экспертные системы, аналитические модели при этом осуществляют ввод первых данных рецептурных значений для специфичных свойств продукта в качестве целевой величины, оптимизируют начальные значения при запуске процесса, моделируют взаимосвязи между отклонением целевой величины и изменением настраиваемой величины, представляющей климатическую характеристику в сушилке, и регулируют указанную климатическую характеристику в соответствии с моделированной взаимосвязью.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируют заданную оптимальную характеристику влажности продукта или характеристику сушки.

Ί
3. Способ по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что для моделирования, оптимизации и регулирования используют гибридные модели.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для гибридных моделей используют комбинации приведенных в п.1 технологий.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для моделирования, оптимизации и регулирования используют генетические алгоритмы или другие алгоритмы оптимизации.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместо работающих в реальном времени датчиков используют виртуальные датчики.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что макаронный пресс используют в качестве виртуального датчика свойств продукта, таких как влажность и консистенция теста.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что ввод первых данных рецептурных значений осуществляют при разработке новых продуктов.

Фиг. 1
9. Устройство для оптимизации управления процессом, а также контроля за процессом, в частности для изготовления длинных или коротких макаронных изделий, содержащее дозатор (1), тестомешалку (2), прессующий шнек (3), а также сушилку/охладитель (5, 6, 7, 8), при этом в прессующем шнеке (3), а также сушилке (5, 6, 7) и охладителе (8) установлены работающие в реальном времени датчики (9) для регистрации потери массы и влажности макаронных изделий, причем предусмотрен диффузор (4) по меньшей мере с одним, работающим в реальном времени датчиком (9), отличающееся тем, что работающие в реальном времени датчики связаны со средством управления устройством.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средство управления устройством является средством регулирования в реальном времени для автоматической коррекции управления производственным процессом.