Новый стандарт на дозаторы: новые проблемы

Комбикорма №7, 2000

Авторы: Владимир Зяблицев, Николай Починчук, Анатолий Пахоменко

Одним из процессов, определяющих технологическую эффективность производства комбикормов, является дозирование, поскольку без точного ввода компонентов невозможно получить комбикорма высокого качества.

Сейчас в странах СНГ сложился устойчивый рынок кормовых добавок, без которых невозможно производство полнорационных комбикормов. И если при использовании премиксов все понимают, что их необходимо вводить на специально подготовленных линиях с пределами дозирования 50-100 кг, то белково-витаминные добавки и концентраты вводят, как правило, на существующих линиях комбикормовых предприятий.

Процент ввода средних- и макрокомпонентов биологически активных веществ в полнорационные комбикорма колеблется в пределах 0,5% - 10%. Гранулометрический состав сырья часто требует их ввода на линиях дозирования предварительных смесей зернового, гранулированного сырья и шротов, оснащенных дозаторами большой вместимости (например, АД-ЗОООГК, ЮДК-2500, 16ДК-1000). Поскольку динамический диапазон дозатора составляет 10-100% от НПД, то дозирование микродобавок по существу лежит ниже НмПД дозатора. Очевидным решением проблемы ввода малых компонентов на линиях предварительных смесей зерновых было бы оснащение этих линий дозаторами микрокомпонентов. Однако из-за большого объема реконструкции существующих производств и финансовых трудностей такой путь приемлем только для вновь строящихся предприятий. Но укажите, где в последние пять лет построен новый комбикормовый завод?..

Альтернативным решением может быть реконструкция существующих дозаторов для расширения области их применения в диапазонах, лежащих ниже НмПД, и повышения точности дозирования малых доз. Переделка дозатора в 2-3 раза дешевле, чем реконструкция технологической линии, но требует значительных интеллектуальных затрат разработчиков. Сразу отметим следующий факт: переделка дозатора на значения доз, ниже разрешенных Правилами организации и ведения технологических процессов производства продукции комбикормовой промышленности, является по существу изготовлением нового средства измерения единичного производства. Это требует испытаний на определение типа средства измерения: метрологической аттестации и государственной поверки, которые выполняются в заявительном порядке по инициативе владельца средства измерений.

Фирмы, предлагающие выполнение работ по переделке дозатора, как правило, замалчивают этот важный с точки зрения сертификации дозатора (как средства измерения с измененными характеристиками) вопрос. В лучшем случае стараются доказать, что это не переделка дозатора, а модернизация и "болтающийся" в тяге дозатора тензодатчик не изменяет конструкцию и принцип действия дозатора.

Суть вопроса вот в чем. С 1 июля 1999 г. вступил в силу ГОСТ 10223-97 на дозаторы весовые дискретного действия, составленный в соответствии с рекомендациями МОЗМ. При этом ранее действовавшие ГОСТ 24619-81 и методические рекомендации МИ 1540-91 утратили силу. По ГОСТ 24619-81 класс точности дозатора определялся по погрешности дозирования, приведенной к 0,5 НПД. Так, для дозатора ДК-1000Т погрешность одиночного дозирования не должна превышать 0,4% от 500 кг, то есть ±2 кг. Но эта же погрешность по новому ГОСТ 10223-97 на нижнем значении диапазона дозирования 5% от НПД (50 кг) составит 4%, поскольку в качестве погрешности дозирования используется отклонение действительного значения массы дозы относительно среднего значения (определение метрологических параметров дозатора взяты из ГОСТ 10223-97, раздел 3). Для того, чтобы была получена относительная погрешность 0,4% по новому ГОСТ, абсолютная погрешность дозирования должна быть не более ± 200 г, что в 10 (десять!!) раз меньше, чем-по ГОСТ 24619-81. Процесс дозирования одного компонента в современных дозаторах имеет, как минимум, три фазы: регистрация веса Р1 перед набором дозы; набор дозы; регистрация веса Р2 после набора дозы и результат дозирования Dw=P2-P1.

Процесс дозирования принципиально отличается от процесса взвешивания, прежде всего, наличием фазы "набор дозы", что подразумевает управление питателями (механизмами подачи материала в грузоприемное устройство) с таким расчетом, чтобы полученный после завершения (!) набора дозы результат Dw незначительно отличался от заданного значения дозы Dz.

Управление набором дозы осуществляется на основе прогнозной оценки конечного результата Dw. Эта оценка имеет ряд дополнительных динамических и случайных погрешностей, которые никак, кроме как расчетным путем (алгоритмически), учесть нельзя. Источниками дополнительных погрешностей являются: 1 - всевозможные запаздывания материала в падающем столбе, сигналов в измерительных каналах, команд системы управления о прекращении набора дозы, фактического прекра-щения подачи материала питателями и др.; 2 - нестабильность запаздываний; 3 - неравномерность поступления материала в питатели и подачи его питателями; 4 - внешние воздействия на весоизмерительное устройство - механические вибрации, колебания аэродинамических сил и т. д. Перечисленные источники погрешностей в основном не устраняемы, по крайней мере до такой степени, чтобы создаваемые ими погрешности были пренебрежимо малы. До определенного уровня погрешности можно уменьшить на этапе проектирования или реконструкции технологического оборудования, а до необходимого - за счет искусства разработчиков системы управления.

Введение в действие нового ГОСТ 10223-97 усложнило жизнь разработчиков дозаторов сразу в нескольких аспектах.

Первое: практически неприемлемыми стали рычажные весоизмерительные устройства; существенно повысились требования к качеству работы питателей - производительность их должна быть адекватна минимальным дозам компонентов, питатели должны обеспечивать более равномерную, чем обычно, подачу материалов и минимальную высоту падающего столба и т. д.; системы аспириро-вания дозаторов должны проектироваться совершенно иначе, чем ранее, - с ограничением уровня аэродинамических воздействий на грузоприемные устройства и т. д.

Второе: повысились требования к программно-алгоритмическому обеспечению систем управления дозаторами, в особенности многокомпонентными.

Третье: повысились требования к временным параметрам систем управления.

Поясним это на типовом примере. Компонент дозируется односкоростным питателем за 10 с; во время набора дозы за каждые 0,04 с происходит приращение массы компонента на 0,4% от заданной дозы. Поскольку по Правилам и по ГОСТ 10223-97 погрешность Dw-Dz не должна превышать 0,4% от Dz, то система управления должна "поймать" момент окончания набора дозы с вносимой случайной погрешностью не более 0,01-0,015 с. На практике встречаются ситуации, в которых колебания времени реакции системы приходится ограничивать величиной 5 мс и менее. Для разработчиков вышеизложенное сводится к следующему требованию: частота обновления результатов в весоизмерительном канале дозатора и темп работы системы реального времени должны быть не менее 100-200 Гц. Это весьма существенно сужает номенклатуру аппаратных средств, пригодных для использования в системах управления дозаторами.

Четвертое: существенно повысились требования к точности работы весоизмерительных каналов многокомпонентных дозаторов. Поясним это на следующем примере. Допустим, весоизмерительный канал дозатора имеет количество поверочных делений Ne=5000, а минимальная разрешенная доза Dz_min=0,1 P_max, где P_max - наибольшие пределы взвешивания (НПВ) и дозирования (НПД).

Относительная погрешность измерения результата дозирования Dw при Dz=Dz_min:

В лучшем случае D(Р2-Р1) = Ц`2е, где e=P_max/Ne - цена поверочного деления. С учетом этого:

Пятое: государственные приемочные испытания и метрологическая аттестация дозаторов. При расширении диапазона дозирования для малых значений доз наряду с техническими проблемами возникает ряд задач, связанных с метрологическим обеспечением вновь созданного (реконструированного) дозатора, как изделия единичного производства: проведение сертификационных испытаний для утверждения типа средства измерения.

Работы по метрологической аттестации (госповерке) многокомпонентных дозаторов весьма наукоемки и трудоемки не только из-за специфики процессов дозирования, но и в связи с недостаточным методическим обеспечением проведения испытаний для определения типа средства измерений. В этом случае разработчик дозатора с улучшенными характеристиками сталкивается с определенными проблемами: разработкой программы испытаний многокомпонентного дозатора; разработкой и апробацией проекта методики поверки; аттестацией методики госповерки.

Введение нового стандарта 10223-97 отменило все ранее действующие методические материалы (рекомендации) по поверке дозаторов, не создав новые, поскольку четыре вновь введенных определения метрологических характеристик дозаторов не могут заменить наработанного годами методического материала.

ЗАО "ЭЛТИКОН" (г. Москва) и НПФ "ЭЛТИКОН" (г. Минск), разработав и успешно реализовав проект реконструкции автоматического дозатора АД-500-2К с 10-кратным уменьшением НмПД и погрешности дозирования на линии производства премиксов Пуховичского комбината хлебопродуктов, практически вынуждены были в дополнение к ГОСТ 10223-97 выполнить нормирование и методическое обоснование использования метрологических характеристик многокомпонентных дозаторов на основе ГОСТ 8.009-84 и определений, приведенных в ГОСТ 1022 3-97. Данная работа включала:

Несомненно, важным остается вопрос о приведении в соответствие положений Правил организации и ведения технологических процессов производства продукции комбикормовой промышленности и требований ГОСТ 10223-97. Какому классу по точности дозирования должны удовлетворять многокомпонентные дозаторы для дозирования компонентов комбикорма: 0,5; 1; 2; 2,5 или 4? Как и каким образом получать и обрабатывать результаты наблюдений? Как присваивать класс точности дозаторам? Где найти типовые методики проверки дозаторов?

Эти вопросы остаются, отчасти, открытыми.

© ЭЛТИКОН, 2000 г.