автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов непрерывного дозирования при промышленном производстве сухих смесей

004617937

На правах рукописи

РОМАНОВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ СУХИХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 п с!/ ущ

Москва 2010

004617937

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ)

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор

Марсов Вадим Израилевич Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт строительного механизированного инструмента (ВНИИСМИ).

диссертационного совета Д 212.126.05 в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ), по адресу: г. Москва, Ленинградский просп., д.64. ауд.42

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Либенко Александр Владимирович Кандидат технических наук, профессор Горюнов Игорь Иванович

Защита состоится

часов на заседании

Автореферат разослан « 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Во многих отраслях промышленности: в строительной, химической, металлургической и других, процесс приготовления конечного продукта производства связан с дозированием исходных компонентов. Причем, дозирование для таких технологических процессов, как производство сухих смесей, является одной из основных операций. Качество конечного продукта в этих производствах в основном зависит от правильности соотношения между исходными компонентами, т.е. от качества работы дозировочного оборудования. Среди причин, затрудняющих производство сухих строительных смесей с заданными свойствами, являются ошибки дозирования сырьевых компонентов.

Результаты обследования заводов по производству сухих смесей показывают, что уровень технологии и автоматизации значительного числа смесительных узлов еще низок, проектные разработки автоматизации, часто, не находят широкого практического применения из-за низкой точности и малой надежности систем автоматического дозирования.

Причиной такого положения является отсутствие научно обоснованных методов и рекомендаций, направленных на повышение точности дозаторов в автоматическом режиме, недоучет возможностей непрерывного дозирования.

Возможность перехода к более прогрессивным и экономически целесообразным методам автоматизированного управления процессами непрерывного дозирования связана с изменением технической базы промышленного производства сухих смесей и комплектованием его новейшими средствами дозирования. На первый план выходит решение задачи выбора наиболее эффективной структуры дозатора как, непрерывной системы регулирования расхода и в первую очередь способа управления за счет изменения скорости ленты и типа весового транспортера

Поэтому выбор высокоэффективных технологических решений при разработке систем непрерывного дозирования компонентов на заводах по производству сухих смесей, способных работать в сложных условиях дозировочного отделения и обеспечиваъ высокие метрологические характеристики процесса дозирования, является актуальной задачей.

Цель работы. Оптимальное автоматизированное управление процессами непрерывного дозирования компонентов при промышленном производстве сухих смесей с целью повышения их эффективности и снижения погрешности дозирования, за счет выбора наиболее эффективной структуры дозаторов кж систем регулирования расхода

Для достижения поставленной цели:

• выполнен анализ литературных источников по проблеме автоматизированного управления процессами дозирования компонентов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей, методов и средств их автоматизации;

• разработана модель и методика расчета динамических процессов автоматических весовых дозаторах с регулированием по рхходу при помощи изменения скорости ленты весового транспортера;

• разработаны методики расчета структур дозирования для различных типов подвески весового транспортера в случае И- и ПИ- законов регулирования в контуре управления;

• для оценки качества дозирования предложена критериальная оценка в виде функционала оптимальности, минимум которого дает оптимальное соотношение конструктивных и настроечных параметров системы дозирования;

• выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Методы исследований. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и математического моделирования

Научная новизна. Основным научным результатом работы является определение закономерностей оптимального управления процессами непрерывного дозирования на промышленных предприятиях по производству сухих смесей с использованием дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу при помощи изменения скорости ленты весового транспортера

Разработаны:

- математическая модель дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу, исходя из не традиционных методов описания систем, принятых в теории управления;

- методика расчета динамических процессов автоматических весовых дозаторах с регулированием по расходу, при различных типах подвески весового транспортера и И- и ПИ-законах регулирования в контуре управления;

- методика расчета динамических процессов дозаторов при ступенчатом возмущающем воздействии, которая распространена на случай импульсного возмущения;

- критериальная оценка качества дозирования в виде функционала, определяемого нескомпенсированной погрешностью регулирования, минимум которого дает оптимальное соотношение конструктивных и настроечных параметров системы дозирования

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей, позволившие выработать научный подход и методические основы разработки систем оптимального управление процессами непрерывного дозирования компонентов на основе использования наиболее эффективных с точки зрения уменьшения погрешности дозаторов с регулированием по расходу.

2. Математическая модель и методика расчета динамических процессов дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу при различных типах подвески весового

транспортера и И- и ПИ- законах регулирования в контуре управления, исходя из принципов построения и методов описания систем, принятых в теории автоматического управления.

3. Критериальная оценка качества дозирования в виде функционала, минимум которого определяет оптимальное соотношение конструктивных и настроечных параметров системы дозирования.

4. Методы расчета и оптимизации настроечных параметров систем автоматического управления непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей.

Практическая ценность. Практические результаты исследований процессов непрерывного дозирования материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей заключаются в том, что они являются базой для научно-обоснованного выбора и настройки структур систем оптимального управления дозаторов непрерывного действия, позволяющих решать задачи повышения точности дозирования. Оптимальная система управления потоком сыпучего материала, позволяет обеспечить высокие качественно - точностные показатели процессов дозирования в широких пределах изменения характеристик компонентов сыпучей смеси.

Разработанные методы и рекомендации прошли апробацию и нашли практическое применения в ООО МСК «МОСТ К» г.Н. Новгород. Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных методов. Предварительный расчет показывает, что возможный экономический эффект от внедрения результатов исследований может составить 5-7%.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции «Интерстроймех-2009», 2009г.; 16-ой международной межвузовской научно-технической конференции 2010г. (г.Москва), научно-методических конференцияхМАДИ (ГТУ) (г.Москва 2008-2009 г.г.) и кафедре автоматизации производственных процессов Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Публикации. Основные научные результаты диссертации изложены в 7 печатных

работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения, списка использованной литературы, насчитывающего 89 наименований, и содержит 131 страниц, 48 рисунков, 2 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами совершенствования технологии и автоматизации процессов непрерывного дозирования

материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

В настоящее время при сооружении различного рода объектов в России и за рубежом широко применяются сухие смеси. Из сухих смесей приготовляют штукатурные и кладочные растворы, бетонные смеси различного назначения с крупностью заполнителей до 20мм. Достоинством сухих смесей является неограниченный срок хранения и возможность использования в любое время по мере необходимости.

Для непрерывного производства смесей используются дозаторы непрерывного действия, которые состоят из объекта регулирования - питателя, подающего материал на ленту весового транспортера и элементов, формирующих главную отрицательную обратную связь. Дозаторы могут бьггь отнесены к системам автоматической стабилизации массы материала на ленте весового транспортера, за счет изменения производительности питателя, или стабилизации расхода, за счет изменения скорости ленты.

Обзор материалов, посвященных вопросам непрерывного дозирования показал, что дозаторы с регулированием по расходу обладают рядом преимуществ перед дозаторами с регулированием по массе. Регулирование по расходу обладает более высокой точностью в установившемся режиме, позволяет применять оптимальный вид управляющего воздействия с помощью изменения скорости ленты весового транспортера и, как следствие, получать равномерное истечение материала, широкий диапазон управления и возможность использовать в качестве регулирующих органов стандартные устройства общепромышленного назнгнения.

Большие потенциальные возможности получения высокой точности и качества дозирования привели к тому, что дозаторы этого типа являются наиболее перспективными в настоящее время и уже получили большое распространение как в России, так и за рубежом.

Однако полное использование потенциальных возможностей рассматриваемых систем не осуществимо без знаний закономерностей переходных процессов и особенностей их функционирования в динамике. Практика эксплуатации дозирующих систем показывает, что динамическая погрешность весьма значительна по величине и составляет наиболее существенную часть суммарной погрешности дозирования. Ее уменьшение остается основной задачей при исследовании различных типов дозаторов, их структурных модификаций, законов регулирования в контуре управления и параметрических характеристик.

Во второй главе проведено исследование дозаторов с регулированием по производительности и маятниковой подвеской весового транспортера.

На основании рассмотрения динамических свойств структурных элементов дозаторов с регулированием по расходу, на рис.1 приведена их достаточно общая функциональная схема, отражающая принципиальные особенности процесса дозирования не зависимо от конструктивного исполнения и технических характеристик отдельных элементов системы.

6

I-----------------------1

Рис. 1. Структурная схема дозатора с регулированием по расходу

В схеме дозатора силоизмеритель Д измеряет момент от массы материала М. Сигнал с выхода силоизмерителя подается на элемент умножения ЭУ, куда также поступает сигнал от датчика скорости- тахогенератора ТГ. В элементе сравнения производится вычитание сигналов

ЭУ и задатчика 3. Возникающий сигнал рассогласования Л(/) уменьшается регулирующим органом РО до нуля за счет изменения скорости ленты транспортера V. В дозаторах применяются регуляторы общепромышленного назначения, что сводит задачу обеспечения высококачественного дозирования к определению их оптимальных параметров настройки.

Наличие в контуре регулирования дозаторов элемента умножения и звена с переменным запаздыванием не позволяет применить для расчета системы в общем виде разработанные аналитические методы теории автоматического регулирования. Поэтому необходимо идентифицировать ряд задач, решение которых позволит полнее использовать потенциальные возможности рассматриваемых систем дозирования.

Для суждения о качестве работы дозаторов с регулированием по расходу в переходных режимах были выбраны интегральные оценки.

Для характеристики неравномерности дозирования, т.е. суммарного отклонения регулируемого параметра - производительности дозатора, от заданного значения и косвенно -времени регулирования, вводится интеграл вида:

где А&хьп, - отклонение производительности потока материала, ссыпаемого с ленты.

Не скомпенсированная ошибка регулирования оценивается при помощи линейной интегральной оценки вида:

•Л = |А2ссып

л

Рассматривались переходные процессы в контуре управления дозатора с регулированием по скорости (рис.2,3), при трех различных типах весовых транспортеров. В качестве возмущающего воздействия на систему выбиралось импульсное изменение производительности питателя различной длительности г„. При ^ -» со импульс превращался в скачок.

За настроечный параметр системы принимался коэффициент усиления контура управления К.

На рис.2 представлены зависимости J] г | Д(/| (верхние кривые) и

А з дв (нижние кривые) от значений коэффициента быстродействия К. Кривые построены для системы дозирования с производительностью (? = 3,33 кг/с, скоростью ленты У= 0,1 м/с при 20% возмущении и длительности импульсного воздействия /„ = 3 с. Сплошные кривые относятся к дозаторам с маятниковой подвеской, штрих пунктирные - с параллельной и пунктирные - с консольной.

Рис. 2. Зависимости J^=AG^lJ¡ = &G от значений коэффициента К

На рис.3, даны зависимости J] = ДО для дозатора с маятниковой подвеской при различных значениях скорости ленты транспортера и длительности импульсного воздействия <„ = 3 с. (пунктирные кривые) и /„ = 5 с (сплошные кривые).

Рис. 3. Зависимости Л = АО от значений скорости ленты транспортера

Анализ процессов в системе (рис.2,3) показал, что существует область значений коэффициента быстродействия К, в которой интегральные оценки и 3[ достаточно малы; эта область сужается с увеличением скорости ленты транспортера и длительности действия возмущения; интегральная оценка 3^ равна нулю при определенном значении К и зависит от начальной скорости ленты (производительности дозатора) и длительности возмущения /„; с увеличением скорости ленты и длительности действия возмущения 3^ и 3'^ растут.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что не существует единственного оптимального значения коэффициента быстродействия системы К, который бы давал возможность не зависимо от длительности возмущения получать .Д = 0.

Исследовалась реакция системы при действии на нее скачкообразного возмущения, изменяющего массу материала на ленте от йц до С\ за время т прохождения скачком всей ее длины I. Очевидно, что для дозаторов с различными типами подвески весового транспортера величина ошибки дозирования определяется суммой отклонений расхода от заданного значения за все время переходного процесса

ОО г 00

р==¡ьо^т. о

О О г

9

Для дозаторов с маятниковым типом подвески и И- и ПИ- регуляторами будем иметь: для И - регулятора

'т-

2

для ПИ- регулятора

F = —

К в, К '2 3 2 3

ТиК | 1 / I К вхК 2 3

(2)

Взяв частные производные от функционала F по К, приравнив результат к нулю и разрешив его относительно К, получим: для И- регулятора

к =

(2аО0-ЬО20-\) 12С0' (1 -аО0)

для ПИ - регулятора

(3)

(2аО0-ЬО20-1)

Ти

Гвп

(1 -аО0)

Из этих условий следует, что в дозаторах с переменной скоростью ленты нельзя ни при каких постоянных значениях настроечных параметров полностью скомпенсировать

динамическую ошибку дозирования от действия скачка с массой С^, а задача оптимизации,

сводится к выбору параметров К и Г„, обеспечивающих минимум ошибки дозирования с учетом статистического характера подачи материала.

График изменения величины ошибки дозирования в функции массы материала при нескольких значениях коэффициента передачи приведен на рис.4.

При изменении 01 в большую или меньшую сторону от математического ожидания Оа = 31,5 кг, ошибка возрастает. Однако, необходимо учитывать не только величину ошибки, а также то, как часто она появляется в процессе дозирования, т.е. вероятность ее появления. На этом же графике дано распределение плотности вероятности величины массы материала в потоке транспортера Дй\).

Очевидно, что величиной, характеризующей динамическую точность системы, будет площадь, ограниченная кривой произведения модуля ошибки дозирования на плотность

вероятности величины массы С] (рис.4).

Рис. 4. К определению функционала оптимальности

Подсчитывая площади, ограниченные кривыми, получающимися в результате перемножения ДОО на |ДС0|, находим значение коэффициента К, которому соответствует минимальная площадь и достигается минимум динамической ошибки дозирования.

Так как замена \FfG0i величиной Р\й\) не изменит условия минимума Ф(К,Т„), то функционал оптимальности системы примет вид:

С0+Зст

Ф(К,Ти)= | ^(С,)2/^,)^! шт. (4)

С0-3(7

В главе 3 исследованы динамические процессы дозаторов с плоскопараллельной и консольной подвесками весового транспортера для определения оптимальных параметров настройки системы.

Для дозаторов с плоскопараллельной подвеской весового транспортера выражения^

для И - регулятора

п I Г\ г\

о о

dt + V0,

для Ш- регулятора

V(t)=kl j GQV0-V(txf)v(t)d+G0)

л 0 0 Л 'л л

*0 0

определяют функциональную связь между параметрами V(jI'),Vq,Gq)1,K,Tu,G1 , которые дают решение в виде закона изменения массы материала на ленте транспортера, если закон изменения скорости ленты: V(f) = VQ + Bt.

С учетом (1) определяется динамическая ошибка дозирования по массе, которая будет равна сумме отклонении расхода от заданного значения за все время переходного процесса соответственно для И- и ПИ- регуляторов :

f = 9SL_9l + Y<L-Y<LÇ<L r-G0 G' I TuV° TuV°G° 2 2 IK IK G, ' 2 2 IK IK G, '

Условия отсутствия динамической ошибки дозирования для И- и ПИ- регуляторов принимают вид:

V

юх

Tu ia

На рис.5 даны переходные процессы в системе при изменении параметра К

Рис. 5. Переходные процессы в системе при изменении К

Если уменьшить значение коэффициента передачи К , например, до величины К = 0,002, то это вызовет появление положительной динамической ошибки дозирования. Аналогичная картина наблюдается также и в случае ПИ закона регулирования, где параметром, влияющим на динамическую ошибку дозирования, является соотношение К/Т п.

Для дозаторов с консольной подвеской весового транспортера методика расчета технологической ошибки дозирования и функционала оптимальности системы остается такой же, как для дозаторов с маятниковым типом транспортера, но с другим законом изменения его скорости ленты'-

V(t) = V0+^-t + Bt2

Динамические ошибки дозирования будут иметь вид:

для И - регулятора

2 G V 1 F /2 /2 I2 К G1 К 3 1 3 0

для ПИ- регулятора (5)

2 1 ОК 1 /2 12

1г Ти К К 3 1 3 0

Так как способ подвески весового транспортера не меняет статистических свойств питателя минимум динамической ошибки дозирования будет определяться из условия минимума функционала Ф: для И -регулятора

4

К2 ЪК К2 3 К К2 9

для ПИ - регулятора @

TuV2 | ¡2G0VJu (2У02С0Ти2 [ /2 F0G0rM)j | У2С\Ти2 д | Г ^

К2 3 К К2 3 К К2 9

Оптимальные значения параметра К, будут: днИраутца

к= ЗУ0 (2G0a -1 - G20b) , l2G0 (1 -G0a)

диПИ-регулятора

AT = ЗГ0 (2G0a-l-G206) 7Yi l2G0 (1 -G0a)

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований процессов дозирования в дозаторах с управлением по расходу. Необходимо было экспериментально подтвердить возможность введения ряда допущений при аналитическом описании дозаторов (вид закона изменения скорости, понятие импульсного возмущения, безынерционность привода скорости ленты весового транспортера).

Результаты моделирования характеристик изменения величин AQ(t), V(t), Mit) при возмущении hi = (3/2)Ао для К — 0,019. показали следующее.

Рис. 6. Реакция системы на импульсное воздействие различной длительности.

Рис. 7. Изменение величин !-'(/), Д£?('Х М/) при К — Л"опг и наличии инерционности в контуре

регулирования: а - Г„р = 1 с; б - 7^= 2 с; в - Гпр= 3 с; г - Тщ = 5 с.

Скорость ленты весового транспортера на интервале времени от 0 до т меняется по закону близкому к параболическому, что обосновывает правомочность введенного при аналитических расчетах допущений.

Характеристики (рис.6) иллюстрируют применимость метода суперпозиции при действии на систему импульсного воздействия, представленного в виде двух скачков противоположных знаков, сдвинутых на величину длины импульса. При моделировании было проверено влияние различных значений инерционности на характер динамики САР. Из характеристик (рис.7.а, б, в) видно, что влияние инерционности привода на вид переходных процессов существенно сказывается только при Т„Р > Зс.

Сравнение результатов экспериментальных исследований дозатора с пропорционально-интегральным регулятором с результатами аналитического расчета показали их хорошую сходимость (рис.8).

а)

б)

m м/с

0.1 0.09 0.08 0.07

\

t. с

AO(t), кг/с

2 4 6 8

\

\

\

10 12 14 16 18 20 22

h с

M(t), кгм

21

/

t. с

Рис. 8. Изменение величин V(t), &.Q{t), и M(t): а - эксперимент; б - расчет

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Наиболее перспективными в части повышения эффективности и снижения погрешности дозирования, гибкости приспособления к меняющимся условиям промышленного производства являются системы оптимального управления процессами непрерывного дозирования компонентов на предприятиях по производству сухих смесей, за счет выбора наиболее эффективной структуры дозатора, как системы регулирования расхода.

2. Автоматические весовые дозаторы с регулированием расхода по скорости ленты весового транспортера обладают, в сравнении с другими типами дозаторов непрерывного действия, наименьшей погрешностью дозирования, обеспечивают наибольшую равномерность процесса управления расходом сыпучих материалов и значительный диапазон изменений регулируемой величины. Однако полное использование потенциальных возможностей рассматриваемых систем осуществимо только на основе знания закономерностей их динамических процессов, которые подчиняются совершенно другим закономерностям и методам описания систем, принятых в теории автоматического управления.

3. Разработаны математические модели и аналитическая методика расчета динамических процессов в автоматических весовых дозаторах с регулированием по расходу при различных типах подвески весового транспортера, использовании интегрального и пропорционально-интегрального законов регулирования.

4. Для оценки качества дозирования использовалась не скомпенсированная погрешность регулирования, минимум которой определяет соотношение настроечных и конструктивных параметров системы. Однако, вследствие зависимости погрешности от величины скачкообразного возмущения, невозможно обеспечить ее равенство нулю ни при каких постоянных знаниях настроечных параметров. Поэтому необходимо выбирать настроечные параметры системы по разработанной методике, исходя из минимума более сложного функционала.

5. Для учета влияния статистических свойств истечения материала из питателя на ошибку дозирования введен функционал оптимальности, минимизация которого определяет наилучшую точность, качество дозирования и дает возможность выбирать настроечные параметры системы для плоскопараллельной, маятниковой и консольной подвесок при применении интегрального и пропорционально-интегрального законов регулирования.

б.Экспериментальная проверка полученных результатов подтвердила эффективность разработанных систем оптимального управления процессами непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях.

Основные результаты диссертации изложены в работах

1. Романов К.С. Исследование дозаторов с маятниковой подвеской весового транспортера / Абдулханова М.Ю., Романов К.С., Бокарев Е.И// Строительный вестник российской инженерной академии. Тр.секции «Строительство» РИА. - М.: РИА, вып. 11, 2010 г. С.253-255

2. Романов К.С. / Романов К.С., Бокарев Е.И., // Оптимизация непрерывных систем дозирования сыпучих материалов // Строительный вестник российской инженерной академии. Тр.секции «Строительство» РИА. -М.: РИА, вып. И, 2010 г. С.250-252

3. Романов К.С. Оценка динамических свойств дозаторов непрерывного действия с управлением по расходу. / Романов К.С., Бокарев Е.И., Асгариан Али.// Журнал Механизация строительства, -М.: вып. 8 , 2010, С.76-77

4. Романов К.С. Автоматизированное управление дозированием и укладкой бетонной. Подъемно-транспортные, строительные, путевые машины и РТК. Материалы 16-ой международной межвузовской научно-технической конференции - Москва : МГТУ им.Баумана, 2010-137с.

5. Романов К.С. Автоматические дозаторы непрерывно-периодического действия. / Романов К.С., Бокарев Е.И., Марсов В.И.// Сб. науч. тр.- М.: МГАКХиС, 2010, с. 61-66

6. Романов К.С. Динамические режимы дозаторов с маятниковой подвеской весового транспортера/ Романов К.С.//Сб. науч. тр.-М.: МГАКХиС, 2010, с. 115-122

7. Романов К.С. Оптимизация непрерывных систем дозирования сыпучих материалов. / Романов К.С.// Сб. науч. тр.- М.: МГАКХиС, 2010, с. 122-127

Подписано в печать 24 ноября 2010 г. Формат 60x84x16 Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №1 Типография «Зорбанан-Ца» Россия, 125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, д.64 Тел.: 8-926-724-79-21

ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ сухих смесей.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ сухих смесей.:.

1.1. Технологические схемы производства сухих смесей.

1.2. Приготовление бетонных смесей в смесительных установках.

1.3. Дозаторы в периодических схемах дозирования.

1.4. Дозирующие системы непрерывного действия.

1.5. Применение дозаторов непрерывного действия в схемах периодического дозирования.

1.6. Грузоприемные весоизмерительные устройства.

1.7. Свойства весовых транспортеров, как элементов систем непрерывного дозирования.

1.8. Измерительные свойства весовых транспортеров при стандартных возмущениях.

1.9.Технологические требования к дозаторам непрерывного действия.

1.10. Постановка задачи и методика исследования дозаторов с регулированием по расходу.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЗАТОРОВ С МАЯТНИКОВЫМ ТРАНСПОРТЕРОМ И УПРАВЛЕНИЕМ ПО СКОРОСТИ ЛЕНТЫ.

2.1. Структура дозаторов с регулированием по производительности.

2.2. Исследование структурной схемы с регулированием по расходу с различными типами весовых транспортеров.

2.3. Особенности замыкания системы управления расходом.

2.4. Исследование дозаторов с маятниковой подвеской весового транспортера.~

2.5. Функционал оптимальности системы дозирования.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ИСЛЕДОВАНИЕ ДОЗАТОРОВ С ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ И КОНСОЛЬНОЙ ПОДВЕСКАМИ

ВЕСОВОГО ТРАНСПОРТЕРА.

3.1. Дозаторы с плоскопараллельной подвеской.

3.2. Определение динамической ошибки дозирования.

3.3. Реакция системы на импульсное воздействие.

3.4. Переходные процессы в системе дозирования.

3.5. Динамические процессы в дозаторах консольной подвеской весового транспортера.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДОЗАТОРОВ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО РАСХОДУ.

4.1. Задачи исследования.

4.2. Схема моделирования дозатора с маятниковой подвеской

4.3. Блок-схема алгоритма переменного запаздывания.

4.4. Моделирование дозатора с плоскопараллельной подвеской.

4.5. Моделирование динамических процессов.

4.6. Расчет функционала оптимальности.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

Во многих отраслях промышленности: в строительной, химической, металлургической и других, процесс приготовления конечного продукта производства связан с дозированием исходных компонентов. Причем, дозирование для таких технологических процессов, как производство сухих смесей, является одной из основных операций. Осуществляется эта операция с помощью автоматических дозаторов.

Качество конечного продукта в этих производствах в основном зависит от правильности соотношения между исходными компонентами, т.е. от качества работы дозировочного оборудования. Среди причин, затрудняющих производство сухих строительных смесей с заданными свойствами, являются ошибки дозирования сырьевых компонентов.

Результаты обследования заводов по производству сухих смесей показывают, что уровень технологии и автоматизации значительного числа смесительных узлов еще низок, проектные разработки автоматизации, часто, не находят широкого практического применения из-за низкой точности и малой надежности систем автоматического дозирования.

Причинами такого положения являются:

- недостаточная изученность объектов контроля и управления;

- отсутствие научно обоснованных методов и рекомендаций, направленных .на повышение точности дозаторов в автоматическом режиме взвешивания.

При анализе существующих систем автоматического дозирования, выполненных по структуре «датчик массы-усилитель-исполнительный механизм», а также на основании лабораторных исследований и заводских испытаний систем с такой структурой выяснено, что даже при правильном выборе параметров звеньев системы управления (датчика, усилителя, исполнительного механизма) и высокой точности отдельного взятого звена такие системы управления в динамическом режиме взвешивания имеют зачастую низкую точность и не отвечают требованиям дозирования компонентов смеси. Возможность перехода к более прогрессивным и экономически целесообразным методам автоматизированного управления связана с изменением технической базы строительного производства и комплектованием его новейшими средствами микропроцессорной техники, а ужесточение технических условий и норм на выпуск готового продукта диктуют принятие только таких решений, которые обеспечат существенное улучшение наиболее значимых показателей производства.

Поэтому создание высокоэффективных технологических решений и систем дозирования, способной работать в сложных условиях дозировочного отделения при высокой точности взвешивания, является актуальной задачей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Наиболее перспективными в части повышения эффективности и снижения погрешности дозирования, гибкости приспособления к меняющимся условиям производства являются системы оптимального управления процессами непрерывного дозирования компонентов на предприятиях по производству сыпучих смесей, за счет выбора наиболее эффективной структуры дозатора, как системы регулирования расхода.

2. Автоматические' весовые дозаторы с регулированием расхода по скорости ленты весового транспортера обладают, в сравнении с другими типами дозаторов непрерывного действия, наименьшей погрешностью дозирования, обеспечивают наибольшую равномерность процесса управления расходом сыпучих материалов и значительный диапазон изменений регулируемой величины. Однако полное использование потенциальных возможностей рассматриваемых систем осуществимо только на основе знания закономерностей их динамических процессов, которые подчиняются совершенно другим закономерностям и методам описания систем, принятых в теории автоматического управления.

3. Разработана математическая модель и аналитическая методика расчета динамических процессов в автоматических весовых дозаторах с регулированием по расходу для различных типов подвесок весового транспортера в случае использования интегрального и пропорционально-интегрального законов регулирования при ступенчатом и импульсном возмущающих воздействиях.

4. Для оценки качества дозирования использовалась не скомпенсированная погрешность регулирования, минимум которой определяет соотношение настроечных и конструктивных параметров системы. Однако, вследствие зависимости не скомпенсированной погрешности регулирования от величины скачкообразного возмущения, невозможно обеспечить ее равенство нулю ни при каких постоянных величинах знаний настроечных параметров. Поэтому необходимо выбирать настроечные параметры системы по разработанной методике, исходя из минимума более сложного функционала.

5. Для учета влияния статистических свойств истечения материала из питателя на ошибку регулирования введен функционал, минимизация которого определяет наилучшую точность, качество дозирования и дает возможность выбирать настроечные параметры системы для плоскопараллельной, маятниковой и консольной подвесок при применении интегрального и пропорционально-интегрального законов регулирования.

6. Экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанных систем оптимального управления процессами непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях.

1. Комар А.Г. Строительные материалы. М.: Высшая школа, 1992,584 с.

2. Рыбьев И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты). М. Высшая школа, 1988,31с.

3. Рульнов A.A. Основы построения АСУ ТП в строительной, индустрии.-М.: МИПр, 1989, 64с.

4. Гусаков A.A. Системотехника строительства. М.: Стройиздат, 1993, 368с.

5. Системотехника строительства (энциклопедический словарь). М.: Фонд «Новое тысячелетие», 1999,432 с.

6. Синенко С. А. Информационная технология проектирования организации строительного производства. М.: НТО «Системотехника и информатика», 1992,258 с.

7. Гинзбург A.B. Автоматизация проектирования организационной надежности строительства. М.: СИП РИА, 1999,156 с.

8. Нагинская B.C. Основы и методы автоматизированного проектирования промышленных зданий. М.: МГСУ, 2000,180 с.

9. Дудников Е.Г., Левин A.A. Промышленные автоматизированные системы управления. М.: Энергия, 1989,192 с.

10. Тихонов А.Ф., Королев K.M. Автоматизированные бетоносмесительные установки и заводы. М.: Высшая школа, 1990, 192с.

11. Справочник проектировщика АСУ ИП (под ред. Г.Л. Смиляского). -М.: Машиностроение, 1993,528 с.

12. Бушуев С.Д., • Михайлов B.C. Автоматик^ -и автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1990,256 с.

13. Левин М.В., Аронзон В. Л. Автоматизированное управление процессами дозировки и смешения в химико-металлургическом производстве. В сб. тр. 5-го Всемирного конгресса ИФАК, т. 3, ч. 36, Франция, 1982, с. 1-8

14. Гельфанд Я.Е. Управление цементным производством с использованием вычислительной техники. Л.: Стройиздат, 1983,176 с.15. . Безбородое В.А., Белан В.И., Мешков П.И., Нерадовский Е.Г.,

15. Петухов С. А. Сухие смеси в современном строительстве. Новосибирск, 1998,94 с. ,

16. Еремин Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. М.: Высшая школа, 1986,220 с.

17. Зенков П.Л. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1984, 312с.

18. Лисовский Г.А. Разработка метода поэтапного управления процессом многокомпонентного дозирования при оценке качества по минимаксному критерию. Афтореф. Канд. дис. г. Ташкент, АН УзССР, НПО «Кибернетика», 1990,23 с.

19. Богданова И.В., Егоров Г.Б. Оперативный контроль качества материалов цементного производства. Л.: Стройиздат, 1989,184 с.

20. Битеев Ш.Б., Барский Р.Г. Управление процессами дискретного дозирования. г. Аматы.: РИК, 1985,316 с.

21. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных технологических процессов. М.: Высшая школа, 1991,400с.

22. Проконович В.Г. Пневматическая гомогенизация сухих сыльевых смесей и некоторые ее закономерности. Труды Гипроцемента - Л.: Стройиздат, 1989, вып. 36, с. 33-49

23. Гельфанд Я.Е., Яковис Л.М., Дороганич С.К., Комова М.Л. Управление технологическими процессами приготовления многокомпонентных смесей. Л.: Стройиздат 1988,288 с.

24. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1981,192 с.

25. Барский Р.Г. Вероятностные модели систем управления дозированием. М.: МАДИ, 1989, 87 с.

26. Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. М.:

27. Машиностроение, 1983,215 с.

28. Зедгинидзе И.Г. Математическое планирование эксперимента для исследования и оптимизации свойств смесей. Тбилиси.: Мецнисреба, 1990,178 с.

29. Lacey P.M. Trans. Inst. Chem. Eng., 34,105, (1966).

30. Donald M.B., Roseman B. Brit. Chem. Eng.6 7, 749,1962.

31. Буров Ю.С. Технология строительных материалов и изделий. М.: Стройиздат, 1982,464 с.

32. Силенок СМ.Г. Механическое оборудование предприятий строительной индустрии. М.: Стройиздат, 1983,314 с.

33. Элинзон М.П. Производство искусственных пористых заполнителей.-М.: Стройиздат, 1987,244 с.

34. Рульнов A.A., Беркут А.И. Моделирование технологических процессов в производстве строительных материалов. М.: ВЗИСИ, 1991, 84 с.

35. Иванец В.Н., Моисеенко В.И., Лукьянов П.И. К методике определения интенсивности продольного перемешивания сыпучих материалов в проточных аппаратах. Химия и технология топлив и масел, 1978, №10, с. 41-44

36. Рульнов A.A., Марсова Е.В. Автоматизация непрерывного процесса смесеобразования на основе дозаторов-интеграторов расхода. Изв. Вузов «Строительство», 2000, №7, с. 29-31

37. Рульнов A.A., Марсова Е.В. Непрерывно-циклическое дозирование сыпучих материалов. Строительные материалы, технологии и оборудование XXI века, 2000, №5, с 4-6

38. Каталымов A.B., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л.: Химия, 1990,240 с.

39. Виденеев Ю.А. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов. М.: Энергия, 1984,120 с.

40. Тихонов А.Ф., Марсова Е.В. Некоторые аспекты синтеза структур автоматического управления сложными технологическими системами. В сб. «Автоматизация инженерно-строительных технологий, машин и оборудования». - М.; МГСУ, 1999, с. 23-25

41. Тихонов А.Ф., Марсова E.Bi Непрерывно-дискретные модели управления технологическими процессами. В сб. «Автоматизация-технологических процессов и производств в строительстве». - М.: МГСУ, 2000, с. 54-57

42. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. -М.: Наука, 1982, 462 с.

43. Справочник по теории автоматического управления (под ред. Красовского A.A.). М.: Наука, 1987, 712с.

44. Williams I.C., Rahman М.А. Powder Technology., 5 , 305 (1982).

45. Вентцель E.G. Теория вероятностей.-М.: Высшая школа, 2001, 575с.

46. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1988,112с.

47. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1978, 832 с.

48. Фельдбаум A.A., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления. М.: Наука, 1981, 744 с.

49. Честнат Г. Техника больших систем. М.: Энергия, 1989, 785 с.

50. Айзерман М.А., Башкиров П.В., Бромберг П.В. Основы автоматического регулирования. Теория. М.: Наука, 1974, 817с.

51. Траксел Д. Синтез систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1979, 759 с.

52. Цыпкин ЯЗ. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1978,309с.

53. Девятов Б.Н. Теория переходных процессов в технологических аппаратах с точки зрения задач управления. Новосибирск: Наука, 1984,323 с.

54. Цирлин А.М. Оптимальное управление технологическими процессами.-М.: Энергоатомиздат, 1986,400 с.64: Райбман H.G. Оптимальное управление технологическими процессами;-М.: Наука, 1985,440с.

55. Липатов: Л.Н. Типовые: технологические процессы: как объекты,: управления. -М:: Химия, 1983,320 с.

56. Анисимов И.В., Бодров В.И., Покровский В.Б. Математическое: моделирование и оптимизация ректификационных установок. М:: Химия, 1985, 216с. '

57. Ротач В Л. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1983,440 с.

58. Тимофеев В.А. Математические основы технической кибернетики. -Пенза, ППИ, 1983,288 с.

59. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1988,208 с.

60. Бойчук Л.М. Оптимальные системы автоматического регулирования. -Киев, Наукова дужка, 1985,182 с.79.- Пугачев А.В. Контроль и автоматизация переработки сыпучих материалов. М.: Энергоатомиздат, 1989, 152 с. .

61. Копелович А.П. Интегральные методы расчета при выборе автоматических регуляторов. М.: Металлургиздат, 1960, 196 с.

62. Ротач В.Я. Расчет настройки промышленных систем регулирования. М.: Л.: Госэнергоиздат, 1961, 344 с.

63. Гинзбург И.Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов. Л.: Стройиздат, 1985, 256с.

64. Барский P.F. Основы теории и построения систем автоматизированного управления; процессами. многокомпонентного дозирования строительных смесей.- М.: МАДИ. 1988, 47 с.

65. Круг Е.К., Александриди Т.М., Дилигенский С.Н. Цифровые регуляторы: М.-JI.: Энергия, 1986, 504 с.

66. Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые приборы, преобразовательная техника. Актуальные проблемы и задачи, 1983, с. 5-13

67. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1978, 418с.

68. Сарбатов Р:С., Безаев В.Г. Опыт эксплуатации регулятора, минимизирующего потери в асинхронном двигателе. Электротехническая промышленность, сер. Электропривод, 1987, №4, с, 23-24

69. Сарбатов Р:С., Безаев В.Г. Асинхронный промышленный электропривод с экстремальным управлением. — Электротехническая промышленность, сер. Электропривод, 1987, №12, с. 141-146

70. Прангишвили И.В., Стецюра Г.Г. Микропроцессорные системы. М.: Наука, 1990,237 с.

71. Рульнов A.A., Горюнов И:И., Захаров Я.В. Повышение качества работы тарельчатых питателей; В сб. «Автоматизация технологических процессов, строительных машин и оборудования». - М.: МГСУ, 1999,• с. 23-26 .

72. Тихонов А.Ф., Захаров Я.В. Непрерывно-дискретные модели, управления- технологическими процессами. В сб. «Автоматизация; технологических процессов и производств». - М.: МГСУ, 2000, с. 51-53

73. Рульнов A.A., Тихонов А.Ф., Захаров Я.В'. Статистические: критерии оценки качества сухих строительных смесей. В сб. «Автоматизацияинженерно-строительных технологий», посвященном 80-летию МИСИ-МГСУ. М.: МГСУ, 2001, с. 85-88

74. Захаров Я.В. Повышение эффективности приготовления сухих строительных смесей. Тез. докл. 6-й Московской межвуз. науч.-техн. конф. «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины». М.:МГАВТ,2002,с. 89

75. Захаров Я.В. Повышение эффективности производства сыпучих строительных материалов. Материалы науч.-техн. конф. по итогам работ МГСУ в 2001/2002 уч. г. - М.: МГСУ, 2002, с. 12

76. Рульнов A.A., Беркут А.И., Захаров Я.В. Управление организацией производства строительных смесей на основе системно-информационного подхода. Строительные материалы, технологии и оборудование XXI века, 2002, № 6, с. 12