автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация процесса дробления диэлектрических материалов высоковольтным импульсным разрядом с регистрацией его электрических параметров

ТомскаИ институт ашоютязированшг систем управлеязя я радкоэлентроиаки

На правах рукогшси

Длят слуггбмго ПОЛЬЗСВШЯЯ 8X3. 3

уда €21.7/. 0.014.1:621.315.61

КРИЭОВЯЗ вл/дада гаыга

АВТОИАТНЗЯСШ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ДИЗШСГРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ШСОЮЮЛЬТШМ ЮОТЛЬСШМ РАЗРЯДОМ С РЕГИСТРАЦИИ'! ЕГО • ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ Е1РАЮТГОВ

Специальность 05.13.07 - Авгоиатнзапня технологически*

процессов я производств (в прсшилзнностл)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учелоЯ степени кандидате! тешэтеыагс наук

Томо-~ - 1380

| Ииэ. ъф/вея

/

/

У

... -» У .

• -• /

*

Работа Bimomma в Токсксм sacmyre авткгатизЕрованннх сиотея упразднил к раетэшоктрошот.

НаучимЗ руководитель дсетор технических наук,

профессор Титов B.C.

ОрлЦГ2_Ипше оипотгавта лектор технически тук,

профессор Руйая А.И.

•кандидат технических наук,с.н.с. ТОрГуНЩСОВ В.Г.

Ведущая оргаиазахш Институт фпзвка прочности и

кмеряаловеюжпя СО АН СССР

Заспта согтоется " i/. ¿fe^^jfaj. 1990 г. ?ш заседании сапщшсгаироЕашюго совета Я 033.Сб.01 пря Томском АСУ и радпов-язктроикй, 6AIOOI, г.Тсмск, ул.Белинского, 53.

С диссертацией моено ознакомиться в библиотеке Томского института АСУ в радаоагактройкги

Автореферат разослан /. . . . . 1990 г.

УчекнЯ секретарь

сиэштлизировакного ._-—■—

совет д.т.п., профессор Ю.И.Ехлаков

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИЗТЖА РАБОТЫ

Актуальность. Решений актуальных задач автоматизации производства с учетом ускорения темпов научно-технического прогресса требует как серьезной перестройки существующей структуры отечественных средств автоматизации в области переработки минерального сырья, так я широкого внедрения техники новых поколений, принципиально новше технологий, обеспечила щит наивисшув производительность труда и эфЕюктизность производства.

Перспективными на пути повышения качества переработки минерального сырья я получения на tro основе гзделиЯ, например, керамических, являются электрофизические способы воздействия на материалы, в которых высоповольткый импульсный разряд (ВИР) служит рабочим инструментом. К таковш относится Блектроиыпульсшй (ЭИ), используюой высоковольтной импульсный разряд в твердом диэлектрическом i/лгериале.

Совершенствование процесса дробленая диэлектрических материалов ВИР с целью широкого внедрения в проиытяенность требует создания теоретических основ и технических средств автоматизации контроля и управления технологического процесса. Его особенности, обусловленные многомерность», нестационарностьв по ряду переменных, изменение!* параметров случайным образом, а также увеличение числа рабочих электродных систем для повышения производительности не позволяют оператору справиться с задачей контроля, управления технологическим процессов (ТШ п обеспечения безаварийной, надежной работы. Для создания аффективных систем управления процессом переработан минерального сырья необходима мод^..ь объекта, восстанавливаемая до экспериментальным данным, подученным г реальном масштабе вреиенн, система измерения и преобразования электрических параметров ВИР, несущих в себе основнут) информации о технологических переменных процесса. Поэтому задача автоматизации процесса дробления диэлектрических материалов ЛИР на основе регистрации его основных электрических параметров является актуальной.

Настоящая работа выполнена в соответствии с государственной программой "Новые материалы и вещества - основа создания нового поколения техники и.технологии" по тематике: 2.23.I.Í -"Исследование и разработка технологии изготовления вязкой керамики на основе стабилизированных соединений" по дриказу-распо-ряжению Мишаш-СО АН СССР № 342/1500-736 от 18.08.83 г.

Цель работы - автоматизация процесса дробления диэлектрических ! лат ер налов высоковольтным импульсгаш разрядам на основе регистрации его основных электрических параметров и создали с технических средстг и алгоритмов, реализующих пепрернлниЯ ко1ггроль в управление технологическим процессом в реальном иаг.отабо времени.

Задачи исследования:

- анализ методов и сродств автоматизации технологических процессов, пепользутапх шооковольишЯ пмпулъешй разряд:

- разработка скстеш изыероиия основных электрических параметров ВОТ и регулирования технологических перемешшх процесса дробления диэлектрических материалов;

- моделирование процесса дробления диэлектрических материалов ВИР с учетом особенностей реального объекта для создания систем контроля и управления ТП и алгоритмов ее работы;

- разработал автоматизированной систа.ш контроля и управления процессом проблгкия диэлектрических материалов ВИР иа основе регистрации его основных алактрических параметров для рошс-шя актуошюЯ задачи автоматизации 111 по переработке минерального сирм.

Методи исследований. Для решения поставленных задач применялись теория линейных и нелинейных цепей, методу систем автоматического регулирования и управления, метода математичсскоЯ статистккп, дискретной математики и т-

тенагнческого даделкроЕшш,—Экспериментальшэ исследования----------

проводились ка базе разработанной аппаратурц по методикам технических испытаний й сравнения результатов с параметрами реального ТП.

Научная и о в и э и а работа заключается в сло-дупаем:

- доказана перспективность использования основних олсктричос-ких параметров высоковольтного иилульеного разряда дяя авто. магизащга процессов дробления диэлектрических материалов;

- разработали принципы построения автоматизированных систем измерения основных плсктркчоских параметров ВИР в процессе дробления диэлектрических материалов, позволяющие осутдссг-вить шотиехеную автоматизацию ТП для улучшения ого техиико-вкономичееккх показателей;

- решена задача моделирования процесса дробления диэлсктричео-

к их материалов ВНР с учетом взаимного влияния отделки* стадий разряда на конечные энергетические показатели ТП, позволяющая создать автоматизированную систему контроля и управления процессом;

- предложены алгоритма восстановления коэффициентов модела, контроля технологических параметров я распознавания аварийных реюмоа по измеряемым в реальном тсптабе времени основным электрическим характеристикам ШГР;

- разработан автомаглзировашшй комплекс для дробленая диэлектрических материалов с набором первячют датчиков, преобразователей сигналов и истголшгтеяънш: устройств, позволяпдкй контролировать технологические показатели процесса н осуг.ес-4 тзлять управление элегстронмпульсноЯ установкой в непрерывном режиме эксплуатации.

На защиту выносятся:

- система кзиерешм основных электрически параметров ВИР и регулирования технологически переменнше при электрошпульс-пом дроблении диэлектрических материалов;

- модель процесса дробленая диачектрических [Материалов ВНР о учетом взаимного елпяшш его отдельных: стадий на эпергетяче-скне показатели, определяйте эффективность процесса;

- алгоритмы восстановления коэффициентов модели, контроля технологически?: параметров процесса а распознавания аварийных режимов;

- структура автоматизированной системы контроля н управления процессом дробления диэлектрических материалов В'<1Р на основе измерение то основных электрических параметров;

- функциональная схема автоматизированного комплекса для дроблети диэлектрических материалов с набором первичных датчиков, преобразователей сигналов и исполнительных устройств.

Практическая ценность и реализация в народной хозяйстве. В результате проведении теоретических исследований разработаны общие принципы построения автоматизированных систем управления процессом дробления диэлектрических материалов на основе измерения электрических параметров высоковольтного импульсного разряда.

Предложена модель процесса электроюлгульсного дробления с учетом взаиг.щого влияния отдельных стадий разряда на энергети-

' ческиа показатели с целью ее использования в автоматизированной , системе контроля и управления.

Теоретические и практические результаты работы внедрены на горно-обогатительном комбинате "Карелслюда" при выполнении х/д "Отработка технологии и создание экспериментального образца для электроимпульсного дробления кварца", в научно-исследовательской работе НИИ высоких напряжений при Томском политехническом институте при определении и изучении характеристик.' юзгуль^чого пробел в процесса атекгрошпульсиого разрушения некондиционного бетона, а такхе в научно-исследовательских работах в период-1987-3988 гг. в проблемной лаборатории обогащенных и активированных заполнителей Томского инженерно-строительного института при выполнении научно-технической программы "Строительство" Минвуза PCSCР. Экономический эффект от вкедре-.ния технологии электроимлульсного дробления кварца на IQK "Карелслюда" составляет 575,88 тысяч рублей в год. Долевое участие автора при этом составляет 57,5 тысяч рублей.

Результаты работы внедрены в учебный процесс и учебно-исследовательскую работу студентов и использованы при чтении спецкурса "Электрофизические метода в технологии производства строительных материалов в Томском инженерно-строительном институте.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной раб.оты докладывались и обсуждались на У регио-—нальной - научно-практической ко не)? ер еквдш _"Молодые ученые и спе-_ циалисты ускорению НПГ, г.Томск, 1986; W1 Ыегфеспубликанской конференции "Развитие технологии и повышение качества строительных материалов в ХП пятилетке", г.Киев, 1987 г.; 1У Всесоюзной научно-технической конференции "Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности", г.Николаев,1988г., на научных семинарах кафедры и института в период 1988-1990 гг.

Публикации.' По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, в том числе получено 3 авторских свидетельства и 5 положительных решений по заявкам на изобретения.1

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 137 страницах, в том числе 10 та.ягиц, 26 рисунков на 23 страницах, списка литературы из Т75 ■.•< . лваний на 13 страницах, 4 приложения, включая ui - ix -.згаши ^изультатов.

СОЛЕРЮШИЗ РАБОТУ Во введении показана актуальность работы, определены целл, основние задачи исследований, представлена научная аоэизна и практическая ценность, приведены научные положения и разработки, вынесешшз на зап-дту, краткая аниогация по главам, сведения об апробации и публикация основных результатов работа.

I. СОВРЕЖШОЕ СОСТОЯНИЕ АВТОШТИЗАЦШ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ВНСОКОВОШТСМ ШПУЛЪСНШ РАЗРЯДОМ Дальнейшее совершенствование процесса дробления диэлектрических материалов высоковольтным импульсным разрядом с цельп оптимизации режимов работы и внедрения в промышленность требует создания теоретических основ я технических средств автоматизации контроля а управления. Наличие большого количества входных и выходных переменных, вопмувдащих факторов, обусловленных изменением свойств диэлектрического материала, среда дробления ж параметров высоковольтного источника, а также увеличение числа рабочих электродных систем до десятка в одйой установке для повышения производительности не позволяют оператору справиться с задачей стабилизации в оптимальной области, регулирования выходам* переменных к обеспечения безаварийной надежной работы.

В области автоматизация управления электроимпульсных технологических процессов отсутствует комплексный подход к решению этой проблемы. Существующие способы л устройства управления ограничены в области конкретная внешних возмущений и значений параметров установки элоктроимпульсного дроблёния, Информация о ходе процесса получают в результате распознавания ситуация внодреная разряда в яидкув или твердую фазу. Тогда как эффективность ЭИ процессов определяется более широким набором технологических параметров: состоянием рабочей среды дробления, величиной меззлектродного промежутка, крупностью продукта дробления, параметрами высоковольтного источника и т.д.

Наиболее приемлеш способы контроля л управления, исполь-1 зущие в качестве входной информации параметры импульсов напряжения и тока в предпробивной и дуговой стадиях разряда на рабочих электродных системах для оперативной идентификация па-

рзмгтров иоделп объекта и реализации tJ-yicriujH контроля и управления. ш.форулцтл мэзют бить получена непосредственно в ходе процесса Э'Л дробления путем обработки статистической информации о параметрах тока а капряхсния на нагрузке. Для этого нузпо иметь !1адей1уп систему измерений и обработки, работоспо-ссбпзтз при eiícokom троено злоктрог.'лгаитгпп: помех, которые создаст электролмпулхение установки. Современный уровень развития измерительно!! п вычислительной техники позволяет аятоттизкровать процесс получения н обработки сгатисшчсско!! тчормащш в годе технологического процесса дробления диэлектрических материалов.

Создап:ыс к иастояцску грсменл штематическлс модели про-дссса дробле;гия етглег.тр;лсе";га материалов высоковольтным импульсным разрядом ориентированы па прогнозирование выходных показателей и расчет параметров источи :тка к олектродшх слстсм ва стадии проектирования технологии. В случае ОН дробления характеристики объекта могут дреГрозать во времени, вследствие чиго происходит "сторонке" модели. &ьт. создания эффективных систем управления приходится восстанавливать модель объекта на основе окспсршептальннх донных, получаемых d реальном масштабе времени.

2. иондаозшя про'.вссл. дроогаш даэлзстр.гетж

ГЛЛТЕРШОЯ ГШКОГШШШ ¡ГЛГШЕЕСРШ РЛ?Р/ЦШ

Анализ сувдсгвушях методов моделирования процессов дроб-лглия диэлектрических материалов иасоковольтиым импульсным разрядом показал, что они предназначены длт ретешм вопросов— изучения механизмов самого процесса, оптимизации его на стадии проектирования. Цель создания модели для решения задач АО" ТП - расчет певзмеряеиш: показателеfi, контроль состояния объекта, управление процессом, исследование системы управления. Построенная кодола учитывает изменения параметров в схеме высоковольтного источника, изменения свойств диэлектрического материала и еядеой среда дробления. С помощью полученной модели возмогло peraeirae как прямой задачи, то есть нахождение токов к вавряхеппй ъо всех вотпях и узлах схемы замещения, а по ним расчет зпоргоготесгсях параметров и выходных показателей ir,.o-цесса дробления, таз: и обратной - определение значений параметров сяомы за;,течения и свойств дробимого материала по переходным процессам для тока и напряжения на нагрузке п реальном

масштабе времени.

Общая схема моделирования процесса дробленая диэлектрических материалов приведена на рис Л. Моделирование процесса проводим либо численно, решая методом временных итераций систему дифференциальных уравнений, описшаших принятую схему замещения, либо задавая закои изменения кащшЕешш на нагрузке с экспериментально опре деле тми параметрами. При построения модели использован метод замены исходной схеш двумя, из которых одна используется до момента пробоя, а вторая - после пробоя с включением в схему замещения нелинейного сопротивления нагрузки. Динамические ьроцесеи в разрядной цени описываются соответственно двумя системами разностных уравнеклй.

/

л II К, Р, м = ¿.К,* с ,

ли = л ¿(и* и -и*) /IК 4 ¿0 « Л 1(11» - ¿0 А> ~Цн)/{. , л ¿е &.tир/¿г. ,

/

и.к - /С*Г, ли » 4

■А'лН,

Л

<

а

ли ■ ¡-0

+ А и*,

и* = ¿0 ,

I '¿О,

Р- Ъ + __,

» /о

1/"'° /Л' /,

и К, ".К -Ц ' 4 ЦхЛ",

I = и* /я»г ,

¿с - ¿> - I ,

^ ¿/> - ¿К -¿г - ¿о , V

где 1 - токи в ветвях схемы замещения;

и. к, и /., и„ - напряяення соответственно на емкости источника-, паразитной емкости и на нагрузке; ¿я - индуктивность разрядного контура; - индуктивность фронтового контура; -емкость высоковольтного источника; /г - зарядная индуктивность;

А» - фронтовое сопротивление; - активное сопротивление;

С* - емког"ъ нагрузки; и 'Рлг сопротивления нагрузки до и после пробоя; £ - величина менэлеягродяого промезутка; А -коэффициент, характеризующий дяэлектркче ские свойства материала. Переход к системе уравнений для дуговой стадии происходит при достижении момента пробоя нагрузки Тдр, зависящего от зарядного напряжения и величины межэлектродного промежутка ¿

где А^-,

коэффициенты уравнения.

Рцо.1." . Схема моделирования процесса дробления диэлектрических материалов высоковольтным импульсным разрядом. (Р - удельная- производительность; 3-удель-ные энергозатраты, энергия, выделившаяся в канала разряда; I - ток в кснале разряда)

Учет d модели процесса электропмпульсного дробления времени до пробоя Тпр и потерь энергии в прецпробивной стадии, зависящих от него, позволили нам получить экстремалгляй характер зависимости энерговнделения в канале разряда от величины межэлектродного промежутка, что нз противоречит результатагл эксперимента.

Проведенной анализ модели на быстродействие и точность воспроизведения реального объекта позволил сделать вывод о ее пригодности дата использования в системе автоматизированного. контроля п управления, а такие в качестве объекта при отработке алгоритмов автоматизации.

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДРОБЛЕНИЯ Д11ЭЖКТР1ИЕСКИ1 МАТЕРИАЛОВ ВЫСОКОВОЛЬТКИ МШЮНШ РАЗРЯДОМ

В процессе дробления диэлектрических материалов высоковольтным импульсным разрядом возникает проблема контроля основных технологических параметров, определящих эффективность его протекания.

К основшш контролируемым параметрам относятся;- величина маяэлектродного промежутка в рабочей камере дробления, крупность исходного продукта, постушщего в зону дробления, ресурс среда дробления, удельная производительность по отдельной электродной системе, параметры высоковольтного импульсного источника. Унификация вычислительных процедур для задач контроля параметров обеспечивается за счет использования в качестве исходного сигнала двумерных ансамблей мгновенных значений тока и напряжения/2* СО, UK(t)] в пространстве двух независимых переменных - номера реализация К и времени t . В предпробивной стадия разряда псходгшм массивом данных являются; амплитуда импульса напряжения Lima* , время его достижения ¿m¿>* и время до момента пробоя Т^. В дуговой ст&дая разряда - мгновенные значения импульса .тока и напряжения через интервал времени 4 Т я 100 не.

По результатам ассперимекталкшх исследований в качестве информационных статистических характеристик выбраны: в пред-пробивной стпдгя разряда оценка математического ояиданпя времени до пробоя Тщ, и оценка математического ожидания энергии, видел1,гоняйся в канале разряда за перЕый полупериод дуговой стадии Wk . параметр источника, входящий в систему уравнений дтш контроля величины менэлектродного промежутка Р и

средней крупности материала в зоне дробления D , выбрана амплитуда первой полуволны разрядного тока I .

3 результате анализа система уравнений для контроля £ и 2) имеет следувдий вид

( M£W*} - drldtidi Dd',

где МГТю7, Мматематическое ожидание времени до пробоя и энергии, выделившейся в канале за первый нолуперяод разрядного тока; С в dt - коэффициенты уравнения; I - максимум разрядного тока. Р ~ величина нежэлекгродного промежутка; 2) - средняя крупность материала. Погрешность прогнозирования при этом пе превшает Ъ%.

Экспериментально установлено, что производительность процесса элекгроимпульсного дробления лзшеР.но связана с энергией, выделившейся в канале за первый полупериод разрчдного тока.

P~Qt+A j Wn,

где Ot , <?з - ко?Кютекти, характеризующие тип дробимого материала. Максимальная ошибка прогнозирования производительности процесса составила 8%.

Контроль ресурса среда дробления осуществляем по коэффициенту снижения напряжения Кс на нагрузке

А'с "(¿/аП - (//not) /¿./оП,

где U, - зарядное напряжение одной ступени, Л - количество _ступеней источника, Um» - .каясимум напряжения на нагрузке. Ап-роксшярупзая зависимость

где £ - сопротивление электродной системы; £t, fa - коз#пцк~ ентн; полученная в классе лииейннх структур, обеспечивает средниэ погрешность прогнозирования 10%.

В процессе работы высоковольтного импульсного источника в составе технологической линии по злвктрокмпулызному дроблению диэлектриков происходит изменение емкости высоковольтного источника. Контроль величины емкости осуществляем по эаачегш» юштельности первого лолухкриода разрядного тока при пег.,тонком значении индуктивности разрядного Koirrypa

С к - ( 7»/lfЛ* Я'*,

где С?к - емкость высоковольтного источника, Тп - длительность первого полупериода разрядного тока, А - индуктивность рас.-

рядного контура-

Анализ процесса дробленпя диэлектрических материалов как объекта автоматизации грнводит к внводу о необходимости построения системы управления в колосе экстремальных самонастраивающиеся с подстраиваемой моделью процесса по измеряемым в реальном тасштабе времеш! зависимостям тока и напряжения на электродной системе. В качестве важнейших выходных показателей, характерпзуига процесс дробления, выбраны удельная производительность Р я уделите энергозатраты Э.

Проведенный регрессионный анализ по оценке влияния управляющее воздействий на выходные показатели подтверждает, что зависимость

-/(О

апрокспмпруется с достаточной точностью полиномом второго порядка п имеет точку перегиба прл /01ГГ1 значение которого изменяется от параметров высоковольтного источника, типа дробимого еттериала, свойств жидкости в камере дробления. А зависимости 1А

/ (С)

представляют собой уравнения прямой линии с коэффициентами, азменягдшпея в результате дрейфа тех хиэ параметров.

Цель управления монет быть сформулирована елвдугдии образом: обеспечение максимальной удельной производительности при ограничетмс энергозатратах. При наличии линейной зависимости удельной производительности Р от энергии, выделившейся в канале разряда ЙЛ;, это условие мояет быть записано IV* /71 ах (

Э'Э',

где ¡У* - заданные извне граничные значения удельных знергоза-трат.

Структурная схема для реализации самонастраивавшейся (СНС) скстремдлыюй системы управления процессом дробления диэлектрических материалов прпзедекц на ркс.2. В контур схема параллельно объекту управления Еклячепа модель объекта, обеспечгша-тжя вычислс-нлс временных зависимостей тока га яапрягешс на электродной системе, ензрготлчоекпх показателе!! разряда п выходных технологических показателей процесса (удельная производительность п удплышо энергозатраты).

П ходе процесса дробления происходит подстройка дарачэт-

о

I

I

а

—\

Hl g t s £ ô a ? ï g •îï ri m g H, u ^ S К s

; ч a «s •n £

й 0 & »

сч

С? £

¿K

ров модели объекта, нзменяпцихся за счет медленного дрейфа как неконтролируемых возмущений, так и контролируемых входных воздействий. Коррекция параметров модели осуществляем на основе регистрации электрических параметров высоковольтного импульсного разряда в реальном масштабе времени. Функционирование поискового алгоритма управления основано на задании пробных воздействий о нзиеняпдамся шагом по мере приближения показателя качества к экстремальному значении и изменении направления шагов при смене знака производной дР(и/)/Э£ на противоположный. Использование модели ОУ в системе управ лянал в данном случае целесообразно лишь при значительных технологических изменениях. Выбор поисковой СГО обусловлен наличием сложной аналитической зависимости =/((}, пмевдейся а настоящее время, но не позволяпцей учесть экстремальный характер этой завэстю™ сти и возникающую неопределенность во время функционирования объекта. Дяя предварительного определения области изменения управляющих воздействий, используя принцип аналитической»кон-Гур^ирЗвАвМсистемы управления, предложена методика построения субоптиыального регулятора. Дтя выбранной конфигурация спстекн н назначенного функционала качества

У-Мха ь * я и,)),

гцеД-лгл- полотателъно полуопределенная матрица, характеризующая качественные показатели процесса регулирования, вектор состояния схемы замещения; ¿/V -.т> -мерный вектор управления;

Я ~ £»£ - положительно определешм матрица, характеризуйся потери на у давление; Мх,(•]- операция усреднения по вектору начальных условий; управление II^ , доставляющее экстремум функционалу,записывается в виде двух уравнений

и и п(х91 + Кц(г9ии£ -Али ,

= ' С*н(л91 ¿'г -Лл ¿л) кц (к}ц ц( - Щ)]>

где Луг, Л},- - коэффициенты передачи датчика тока и блока задания тока; Кдц.Лш- коэффициенты передачи датчика напряжения и блока задания напряжения.

Решение задачи синтеза субоптнмального регулятора заключается в определении минимума заданного функционала по элементам вектор-строки К. Используя метод множителей Лаграяжа получена система нелинейных матричных уравнений

К* ~ ,

( Я + &гл 'с') д- х V/т) -*- &'/? Ух а,

где символ (к) означает оптимальнее значение переменной. Из последнем уравнения системы однозначно записывается ыгранение

4. АВТашИЗИРОВАНШЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ

диалиотичЕсжих материалов высоковольтки шпульош разрядом

.В целях дальнейшего совершенствования технологического процесса электроимпулъсного дробления и реализации принципов контроля и управления нами был разработан экспериментальный автоматизированный комплекс, функциональная схема которого приведена на рио.З. В его состав входит оборудование для формирования высоковольтных импульсных разрядов в рабочих камерах дробления, датчики для контроля за состоянием аппаратуры и технологическими переменными, преобразователи аналоговых сигналов в цифровую форму, исполнительные устройства, набор блоков управления, ЭВМ с набором периферийных устройств и интерфейсов.

Для контроля'состояния и работоспособности технологического оборудования, а такке для осуществления функций регулирования - и - стабилизации - основных технологических^показателей тгро- ~ цесса автоматизированный комплекс позволяет регистрировать основные электрические параметры высоковольтного разряда при электроимпульсном дроблении диэлектрических материалов. Для измерения параметров нредпробивной стадии - амплитуды импульса и его длительности до момента пробоя осуществляется преобразование этих параметров во временной интервал с последующим заполнением его последовательностью импульсов стабильной частоты. Ток и напряжение в дуговой стадии разряда преобразуются в параллельный шестиразрядный код с максимальной частотой дискретизации 20 мГц и синхронизацией от одного тактового генератора и с запоминанием в буферной памяти.

Программное обеспечение автоматизированного комплекса обеспечивает управление работой основных узлов электроимпульсной 'установки по командам ЭВМ и вычисление для каждого воздействующего импульса: энергии, запасенной высоковольтным источ-

для Кй.

гг* Ь

6/10К индикации

¿АСЯ и 1/^04-

ный почмг-/паюв* f

гнн / ТГ^Г

¿влсс^^угат тате* 5

ГУН 2

поете о » «"<?,V •ял/ч/ьегми*

Т ШГЛ*'

/ах

Г 9 С ¿Ни»* чи* а*сс/гв

1ГЖ

¿ам ыи г и гггят* ТА»

и<о\

ТХ.------

Г*<"ГЧ0/*Ш

г

г" &

Сл

блол рабочих кике»

•». л-»*-/

ГЛАв.ЖГМЛ

"ТТ

шо*сЬи \ "I

I I

/пел*

АЦП

"Ц7/ .

*в<> ГЛ/Лг«

ы+лтжЗь*

¿ЦП

/у*'/; А

стъ^ии

лпаМ

Ъмнг мам

и.г ¡и

С

ОР

ь

канал Э6М

И

ОЗУ

шнэ

яцпу

Ряе.З. Аетомяпгаярмчшт:» гохгиено л-л яро!япи давлокпштеакх иатаргалов высоковолмшм , импульсным разрядом

инком, дотеряпо? в процпробиной стадии г выделившейся в канале разряда за первый полупериод разряднот• "-«va, максимум» разрядного тока, напряжения и сопоотпвления дуги в момент максимума тока. Для совокушости получении экспсршенталышх "ос-шшограгм" вычисляться опеяки статистических характеристик указашшх параметров разряда.

РазработатгнА автоматизироваиш!1. ко'.шлскс позволяет осуществлять косвенный контроль основных технологических пярамет-ров и управление работо!! ocuonmix узлов технологической линии го программе от ГП\! в непрерывном регаме эксплуатация.

Использование автнтатизировашюго комплекса при дроблении диэлектрических датеркплов позволило повысить производительность процесса в целом глк за счет увеличения удельной производительности, так и обеспечения длительной, безаварийной работа, снизить удслише энергозатраты при дроблении за счет стабилизации реяамов энерговыделеняя, значительно улучшить условия труда оператора. Оцетса эффективности от автоматизации проведена на экспериментальной установке по элскгроимпульсному дроблении кварца за время ее непрерывной эксплуатации в течения 12 часов. Количественная опешеа улучшения основных показателей приведена в таблице.

Таблица

Оценка объективности использовашш гшгомагкзированного ксхялскса

Показатели 1 - % -----

Увеличение 1 за счет полысения удельно^ производительно—J производительности , 10

сти установки | за счет снитенкя времени 1 , простоев • 15

Снижение уделыых энергозатрат ( 15*20

Улучшение условий труда обслуживающего персонала

При переходе на июгоэлекгоогошо установки по элпктроим-пульсному дробление, с цель» обеспечения производительности до нескольких десятков тонн готового материала в час использование автоматизированной системы контроля и управления становится необходимым.

ЗШОТЕНИЗ

1. Предложен новый подход к автоматизации процесса дробления диэлектрических материалов высоковольтным импульсным разрядом, основанный на измерении его основных электрических параметров в реальном масштабе времени, позволивши осуществить комплексную автоматизацию технологического процесса для улучшения его технпко-экопомпческпх показателей.

2. Разработала модель процесса с учетом взаимного влияния отдельных стадий разряда, позволившая получать временные зависимости тока и напряжаши на электродной системе в произгодить оценку технологических параметров процесса с целью использования модели в структуре автоматизиротнной системы, а также в качестве объекта при отработке алгоритмов контроля и управления.

3. Предложен алгоритм построения экстремальной сагяэ настраивающейся системы управления процессом и устройство, реализующее его, использущпй поисковую стратегию и оценки технологических параметров по измеряемым в реальном каспгтабе времени электрическим характеристикам выеоковольтного импульсного разряда, позволявший обеспечить максимальную удельную производительность при ограниченных энергозатратах.

4. Получена методика аштеза субоптимального регулятора с учетом изменения начальных значений переменных процесса дробления диэлектрических материалов, основанная на принципах аналитического конструирования систем управления и позволяющая осуществить настройку параметров измерительных и управляющих устройств н.. этапе предварительного синтеза системы управления

5. Впервые решена проблема создания автоматизированного комплекса для дробления диэлектрических материалов с системой измерения основных электрических параметров высоковольтного импульсного юазряда и программным и алгстнтмическим обеспечением, позволяющим косвенно контролировать технологические показатели процесса и осуществлять управление от ЭВМ в непрерывном режиме эксплуатации.

6. Результаты экспериментальных исследований внедрены на предприятиях Карельской АССР, г.Томска. Технико-экономический эффект от внедрения разработок получен не только за счет улучшения качественных показателей получаемого материала, но и за счет автоматизации процессов контроля, обработки измерительно!'

- И) -

информации з управления.

7. Разработанные метода, модели, алгоритмы к программное обеспечение могут с успехом использоваться не только для автоматизации процессов дробления диэлектрических материалов, но е других ТП, испояьзувдих высоковольтной импульсный разряд.

Основное содержание диссертации опубликовано б'следующих работах: •

1. Кривовяз В.И. Управление процессом разрушения в электрофизических установках //Молодые ученые и специалисты ускорению ШП: Тез. докл. У регион. конф.-Томск,1986.-С.90.

2. A.c. 1426335 СССР. Способ запуска искрового разрядника. /В.И.Кривовяз, В.Н.Сафронов, А. А.Проскурин.-Заявл.09.01.37. -ВШ.

3. Каляцкий И.И., Сафронов В.Н,, Проскурин A.A., Кривовяз В. И. Автоматизированная установка для исследования электрических параметров высоковольтного пробоя диэлектриков //Приборы и техника оксперимента.-КвЗ.-й 1.43,224.

4. A.c. I5242G4 ССОР. Устройство управления электроимпульсннм процессом дробления /В.И.Кривовяз, А.А.Проскурин, А.Г.Его-ГОВ.-Заявл. 17.И.87.-ДСП.

' 5. Кривовяз В.И., Проскурин A.A. Применение ЭВМ для управления технологическим процессом олекгроимнулъсного дробления каменных материалов //Развитие технологии и повышение качества строительных, материалов в Ш пятилетке: Тез.докл. УП ------Межреспубликанской-конф.-Киев ,1987.-С.81._____________

6. Проскурин A.A., Кривовяз Б.И, Автоматизированная система регистрации электрических параметров высоковольтных импульсных разрядов /Томский инг.-строят, ин-г.-Томск,1987.-15 с. -Леп. в ЦНЖГЭИ приборостроения 23.10.87, Я ЗЭ72 пр.87.

7. A.c. 1536574 СССР. Способ управления электроимпульсным процессом получения заполнителей /В.И.Кривовяз, А.А.Проскурин, В.Н.Сафронов, Е.С.Титов, З.Г.Букреев.-Баявл. 29.06.88.-ДЗП.

8. Кривовяз Ь.И. Управление напряжением запуска генератора импульсных напряжений //Электрический разряд в жидкости и его применение в продашЕнностй: Тез. докл. 1У Всесоюзн. научн. техн. конф'.-Киев: Наук.думка, 1988.-С.II.-ДСП.

9. Кривовяз В.И., Проскурин A.A., Егоров А.Г., Сафронов В.Н. Автоматизированная система регистрации параметров высоко-вольтннх импульсных разрядов в технологических линиях дроб-

ленля тверда материалов //Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности: Тез.докл. 17 Всесовэн. научн. техн. конф.-Киев¡Наук,думка,I988.-C,25-26.-5311. ТО. Злектроигаульсная непрерывнодеЯствуговя технологическая линия получения щебня /В.И.Сафронов, В,В.Лих, Д.В.Шабанов,

B.М.Лфанасьев, А.Л.Проскурин, А.Г.Егоров. В.И.Кривовяз,

C.А.Глотов //Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности: Тез.докл. 1У Воесоюзн. научн. техн. конф.-Киев: Наук.думка, 1988.-С. 98-99.-ЛШ.

11. Электрофизическая установка с автоматической стабилизацией выходных параметров высоковольтных импульсов /З.И.Кривовяэ, B.C.Гитов, В.Н.Сафронов, А.А.Проскурин, Л.Г.Егоров //Электронная обработка материалов.-1989.-« 6,-С.75-76.

12. Положит, решение, по заявке Я 4624874. Эйектроимпульсная установка для дробления материалов /В.Н.Сафроноз, Б.И.Про-кофьэв, П.В.Зомбек, В.И.Кривовяз и др.-Заявл. 26,12.88. -ШП.

13. Положит, решение по зетвке # 4640078. Устройство управления рабочим ортаном электроимпулъсного дробления /В.И.Кривовяз я др.-Заявл. 23.01.89.-1ЕП. ...

14. Положит, решение по заявка # 4640708. Устройство управления рабочим органом электроямпульсного дробления /В.И.Кри-вовяз и гр.-Заявл. 23.01.89.-Д311.

15. Положит, решение по заявке .ц 4640079. Эдакгровшулъская дробильная камера /В.И.Кривовяз и др.-Заявл. 23.01.89.-ДШ

16. Положит, решение по заявке № 4692320. Электроиипульсная . дробильная камера /В.А.Кривых, А.А..Проскурин, А;Г.Егоров, В.М.Афанасьев, В.И.Кривовяз.-¿Заявл. 15.05.89.-ДШ.

17. Автоматизированная установка кия исследования элекгричео-' кой прочности диэлектриков /0.С.Титов, А.А.Проскурин, В.И.Кривовяз и др. //Приборы я техника экспериментов,1990. -Г' 3.-С.234.

Личный вклад. Все основные результаты, составляющие содержание диссертации, получены соискателем самостоятельно. По работам, опубликованиям в соавторстве, личий вклад состоит в следующем:

- в работах /2,7,11/ автором предложены способы и устройства управления процессом дробления диэлектрических материалов}

- в работих /3,5,9/ автору принадлежит разработка системы

намерения электрических параметров высоковольтного импульсного разряда; .

- в работах /4,10,12-16/ разработаны устройства для реализации процесса дробления и регулирования основных технологических переменных}

- в работе /5/ автор обосновал принципиально новый подход к построении автоматизированных систем управления процессами, использующими высоковольтный импульсный разряд.

Заказ 70. Тираж 80. Ротапринт ТИАСЛ'а.