АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ТА ПЕРСПЕКТИВ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТУНЕЛЬНИХ ВАФЕЛЬНИХ ПЕЧЕЙ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.70(2).2025.348015Ключові слова:
система автоматизації, тунельна піч, випікання вафель, об’єкт керування, вимірювання температури, імпульсне регулюванняАнотація
У статті проведено огляд та аналіз останніх публікацій в галузі автоматизації промислових технологій випікання вафель. За результатами цього аналізу проведено узагальнення характеристик відомих систем автоматизації та визначено перспективні напрями їх досліджень. Особливу увагу приділено аналізу тунельної печі як об’єкта керування. Встановлено, що температура є основною вихідною величиною при регулюванні процесу випікання вафель у тунельній печі. Також виділено характерні особливості систем регулювання температури у печах, зокрема значна інерційність теплових процесів, а також промислових первинних вимірювальних перетворювачів температури.
В статті виконано аналіз відомих методів вимірювання температури у тунельних печах: контактного методу із застосуванням термопар, безконтактного методу з застосуванням інфрачервоних пірометрів а також комбінованого методу, який поєднує названі методи. Розглянуто переваги та недоліки кожного методу, зокрема відзначено, що інфрачервоні пірометри забезпечують прийнятну для промисловості точність вимірювання температури на поверхні випікаючих плит, а додатковий сигнал про температуру в камері випікання від термопари є хорошою проміжною точкою, що додає системі стійкості та зменшує коливні процеси.
Основну увагу приділено розгляду різних систем регулювання температури в тунельній печі. Зокрема, проаналізовано такі технічні рішення, як багатопальникова газова система та електричний нагрів із матричним керуванням елементами. Встановлено, що система імпульсного регулювання потужності полум’я має переваги перед неперервною. Основними перевагами імпульсного регулювання є економічність застосовуваних елементів та спрощене технічне обслуговування такої системи. Серед методів електричного нагріву найбільш ефективним рішенням, яке не потребує істотних конструктивних змін тунельної печі, є застосування резистивних нагрівачів із безпосереднім монтажем на поверхні плити для випікання. Використання електричної енергії дає можливість зменшити кількість ресурсів для реалізації керування нагрівом індивідуальних сегментів печі.
Посилання
A sustainable food system for the European Union. Berlin: SAPEA, 2020. DOI: 10.26356/sustainablefood.
C. Mbow, C. Rosenzweig, L. G. Barioni, T. Benton, et al., "Chapter 5: Food Security". IPCC SRCCL 2019. [Online]. Available: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2019/08/2f.-Chapter-5_FINAL.pdf.
F. Gordon, Climate Change Policies after the 2015 Paris Agreement. L'Europe en Formation. 2016, vol. 380, no. 2. P. 13. [Online]. Available: https://doi.org/10.3917/eufor.380.0013.
Global GHG emissions by sector 1990-2023 |Statista. Statista. [Online]. Available:https://www.statista.com/statistics/1423179/globalghg-emissions-by-sector-annual/
U. Köklü, M. Yıldız, & M. Karataş, "Investigation of the effects of wafer-baking plates on thermal distribution, wafer thickness, and wafer color distribution," Applied Sciences, vol. 15, no. 1, 466, 2025. DOI: 10.3390/app15010466
Gosselin, R. E. (1984). Baking plate for baking machine. U.S. Patent No. 4,438,685. United States Patent and Trademark Office.
P. Scheckel, Home Energy Diet: How to Save Money by Making Your House Energy-Smart. New Society Publishers, Limited, 2005
M. Carzino, G. Stanescu, M. Errera, “Finned wafer baking plates for heat transfer and distribution”, Seatific Engineering Research Journal, vol. 2, no. 2, pp. 80-89. DOI: 10.14744/seatific.2022.0007.
A. Asthana, S. Mukherjee, & E. Purlis, “Waste heat recovery from industrial baking ovens”, Energy Procedia, vol. 123, pp. 321–328, 2017. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.07.259.
A. Asthana, S. Mukherjee, & E. Purlis, “Achieving operational excellence for industrial baking ovens”, Energy Procedia, vol. 161, pp. 395–402, 2019. DOI: 10.1016/j.egypro.2019.02.100.
F. Pask, P. Lake, A. Yang, H. Tokos, & J. Sadhukhan, “Industrial oven improvement for energy reduction and enhanced process performance”, Clean Technologies and Environmental Policy, vol. 19, pp. 215–224, 2017. DOI: 10.1007/s10098-016-1206-z.
J. Steinbach, L. Jadachowski, A. Kugi, & A. Steinböck, “Optimal design of baking plates for an inductive wafer baking oven”, in Proceedings of the COMSOL Conference 2023. COMSOL.
J. Steinbach, L. Jadachowski, A. Steinböck, & A. Kugi, “Modeling and Optimization of an Inductive Oven with Continuous Product Flow”, IFACPapersOnLine, vol. 55, no. 27, pp. 184–189, 2022. DOI: 10.1016/j.ifacol.2022.10.509.
E. C. Ogu, J. Ekundayo, O. Olumide, “Temperature control system”, BSc thesis, School of Science and Technology, Babcock University, 2011.
Temperature measurement. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Temperature_measurement.
Moulded Wafers - Hebenstreit. URL: https://www.hebenstreit.de/en/products/flat-wafers/moulded-wafers (date of access: 15.09.2024).
Franz Haas, SWAKT-Eco Automatic Wafer Baking Oven | Bühler Group. Bühler Group | Innovations for a better world. URL: https://www.buhlergroup.com/global/en/products/franz_haas_swakt-ecowaferbakingoven.html.
I. Brao, “Analysis of the issues of promising directions of development of non-contact thermometry”, Measurement Techniques and Metrology, is. 75, pp. 40-44, 2014.
K. Kroner, M. Wicker, “Regulation of air/gas ratio in industrial heating systems”, vol. 55, pp. 263–269, 2006.
K. Warwick, “Neural network-based control systems in food processing”, in IEE Colloquium on Automation and Control in Food Processing, 3 April 1992, London, UK, 4/1-4/5.
Controlling furnace power using pulsed combustion. Industrial heating and ventilation equipment | Promgazservice. URL: https://www.promgas.com.ua/uk/pulse-firing-ua/
R. Van Dinter, B. Tekinerdogan, C. Catal, “Predictive Maintenance using Digital Twins: A Systematic Literature Review”, Information and Software Technology, vol. 15, pp. 107008, 2022. DOI:10.1016/j.infsof.2022.107008
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Столярський Я.В., Химко О.М.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
