Построить оптимизационную модель настройки фотоэлектронного сортировщика

Построить оптимизационную модель настройки фотоэлектронного
сортировщика
Фотосепарация – технология сортировки любых сыпучих материалов, основанная
на анализе продукта по цвету. Фотосепараторы – уникальное инновационное
оборудование, предназначенное для электронно-оптической сортировки сыпучих
продуктов по цвету, позволяющие добиваться чистоты продукта на выходе. Применение
фотосепараторов на производстве существенно повышает качество сортируемого
продукта, придает конечной продукции высокие потребительские свойства.
Однако,
существует
проблема
оптимизации
настройки
параметров
фотосепараторов для различных сыпучих материалов по различным признакам с целью
улучшения чистоты продукта на выходе.
Потенциальные потребители – изготовители, настройщики, операторы фотоэлектронных
сортировщиков.
В настоящее время настройка фотосепараторов осуществляется вручную на основе
анализе продукта только по цвету (визуальный контроль продукции). Однако,
производительность фотосепаратора, качество и скорость сортировки во многом зависят
от продукта сортировки, его физических свойств и физических свойств засорителя.
Возникает необходимость учета таких параметров продукта и засорителя как цвет,
физические размеры зерновки, удельный вес, аэродинамические свойства, плотность. Эти
параметры должны учитываться оператором при настройке фотосепаратора на сортировку
продукта и, в той или иной степени, отображаться в меню настройки аппарата. Поскольку
число параметров сортировки увеличивается, возрастают требования к качеству продукта
на выходе, возникла необходимость построения имитационной модели фотоэлектронного
сортировщика с целью определения в компьютерном эксперименте оптимальных
настроечных параметров фотосепаратора, влияющих на качество продукта на выходе.
Цель предлагаемого проекта состоит в автоматизации подбора оптимальных
многочисленных параметров настройки фотосепаратора с помощью методов
имитационного моделирования и обработки изображений.
Актуальность решения задачи по разработке модели настройки фотоэлектронного
сортировщика связана с оптимизацией технологических процессов на производстве. А
именно:
Для семеноводческих хозяйств:
1. Подготовка семенного материала согласно ГОСТам Российской Федерации;
2. Увеличение процента выхода семенного материала.
Для сельхозпроизводителей:
1. Подготовка семенного материал высокого качества для собственного использования;
2. Отделение трудноотделимых примесей с минимальными потерями (овсюг, пелюшка,
гречишка татарская и т.д.);
3. Отделение вредных примесей с минимальными потерями (головня, спорынья, зерно с
черным зародышем и. т.д.);
4. Сокращение технологической схемы очистки зерна.
Для сельхозпереработчиков:
1. Получение визуально привлекательного конечного продукта (чистого, однородного, без
примесей);
2. Возможность использования в процессе производства исходного сырья более низкого
качества с сохранением нужной сортности готового продукта.
Технология фотосепарации находит широкое применение не только в пищевых отраслях:
при очистке зерна, круп, орехов, семян, бобовых и многих других продуктов, но и на
промышленных предприятиях при сортировке бытовых отходов, минералов, стекла,
солей, пластмассы. Минералы и элементы в переработке руд выдвигают высокие
требования перед сортировочным процессом. Сортировка минералов может
1
производиться по разным критериям – по цвету, форме, структуре, химическому составу.
Распознавание цвета имеет большое значение в переработке минералов, драгоценных
камней, руд и ценных металлов.
Качество результатов проекта зависит от корректности поставленной научноисследовательской проблемы, адекватной формализации задач, непротиворечивости
построенных алгоритмических схем функционирования системы сортировки продукта,
обоснованности полученных оптимальных параметров настройки фотоэлектронного
сортировщика.
Принципиально фотосепараторы разных производителей не отличаются по своему
строению, поскольку в основе построения любого фотосепаратора лежат законы физики
падения тела, которое обследуется в процессе своего падения, и, в случае, когда тело
признано электроникой негодным, оно при помощи воздушной струи меняет траекторию
своего падения, отделяясь таким образом от основной массы годного продукта. Попадая в
зону обследования, каждая зерновка осматривается датчиками отдельно – именно такой
детальный анализ позволяет фотосепараторам выйти в лидеры по качеству сортировки
(чистоты продукта). Поэтому во избежание наслоения продукта (а это неизменно приведет
к ухудшению качества сортировки), очень важно правильно подобрать режим подачи
зерновок и обеспечить их движение в один слой с одинаковой скоростью и на равном
удалении друг от друга. Очевидно, что зерновка более легкого продукта сортировки будет
поступать в зону обследования медленней, и наоборот, более тяжелый продукт будет
падать быстрей, что влияет на производительность и обязательно учитывается оператором
при настройке аппарата.
Зачастую засоритель отличается от годного продукта по форме и весу. Из-за этого
происходит наложение продукта на засоритель в зоне осмотра, что ведет к потере годного
продукта, либо к повышению отхода в годном продукте, а это в свою очередь влияет на
производительность аппарата в целом.
Важнейшим фактором, влияющим на производительность аппарата, является
степень засоренности основного продукта. Чем больше засорителя присутствует в
исходном продукте, тем меньше производительность фотосепаратора. Это объясняется
необходимостью «обработать» признанные негодными зерновки, удалить их из основного
продукта. Поскольку фотосепаратор удаляет негодное зерно, изменяя траекторию его
падения при помощи воздушной струи, необходимо учитывать механические свойства
основного инструмента для этого – эжекторов. Прецизионные, рассчитанные на
миллиарды срабатываний, эжекторы как любой механизм имеют свою физическую
границу срабатываний за определенный промежуток времени. Иными словами, если
засоренность исходного продукта очень большая, то компьютер будет посылать на
эжектор сигнал за сигналом, что приведет к наложению сигналов друг на друга – эжектор
просто не будет успевать закрываться, выстреливая по всем зерновкам в поле действия. В
таких случаях, возникает необходимость замедлить работу вибраторов, уменьшая поток
продукта и снижая производительность аппарата.
Каждый аппарат имеет свой предел производительности, прежде всего,
обусловленный вышеупомянутыми факторами и физическими размерами машины. На
данный момент производители выпускают фотосепараторы, самые производительные из
которых способны работать на скорости до 20 тонн в час, однако, необходимо понимать,
что это – верхняя граница производительности, на продукте с малым процентным
содержанием засорителей. Зачастую такое маркетинговое решение производителей
приводит к непониманию со стороны покупателей, которые при эксплуатации аппарата
сталкиваются с реальной производительностью, намного ниже декларированной
производителем. Поэтому производительности аппаратов должна быть максимально
приближенной к реальной. Очень сложно (а иногда и невозможно) назвать точную
производительность, не видя продукта, поэтому образцы сортировки продукта для выбора
аппарата очень важны.
2
В настоящее время настройка фотосепараторов осуществляется вручную на основе
анализе продукта только по цвету (визуальный контроль продукции). Однако,
производительность фотосепаратора, качество и скорость сортировки во многом зависят
от продукта сортировки, его физических свойств и физических свойств засорителя.
Возникает необходимость учета таких параметров продукта и засорителя как цвет,
физические размеры зерновки, удельный вес, аэродинамические свойства, плотность. Эти
параметры должны учитываться оператором при настройке фотосепаратора на сортировку
продукта и, в той или иной степени, отображаться в меню настройки аппарата.
Имитационная модель настройки фотоэлектронного сортировщика должна
воспроизводить технологии сортировки различных сыпучих материалов, имитировать
сортировку продукта по различным качественным параметрам, осуществлять
автоматический поиск оптимальных значений настаиваемых параметров сортировки,
обеспечивающих высокую чистоту продукта и производительность фотосепаратора.
Принципиальная схема фотосепаратора
3