автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов в протяженных пневмопроводах

004610628

ГЕМАТУДИНОВ Ринат Арифулаевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОТЯЖЕННЫХ ПНЕВМОПРОВОДАХ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 ОПТ ?010

Москва 2010

004610628

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

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Марсов Вадим Израилевич Официальные оппонента: Доктор технических наук, профессор

Суэтина Татьяна Александровна Кандидат технических наук, профессор Тихонов Анатолий Федорович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Комплексный научно-исследовательский институт РАН (КНИИ РАН), г. Грозный

Защита состоится «

» 2010 г. в часов на заседании 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

Автореферат разослан «/У» 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент ^[ц^' Михайлова Н.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие и повышение эффективности многих отраслей промышленности в условиях переработки и потребления больших объемов сыпучих материалов связано с внедрением в технологические циклы производства пневматического транспорта значительной протяженности. В практике промышленного производства на долю пневматического транспорта приходится до 30% объема всех транспортных работ.

В отличие от механических видами транспортирования сыпучих материалов, пневмотранспорт уменьшает трудоемкость операций, сокращает размер производственных площадей для внутризаводского транспорта, повышает безопасность и гигиеничность производства.

На промышленных предприятиях обеспечение безаварийного функционирования протяженного трубопроводного пневматического транспорта неразрывно связано с организацией автоматизированных систем управления пневмотранспортными потоками. Для построения таких систем необходимо рассмотреть вопросы идентификации их структуры и модельного представления движения пневмотранспортного потока на основе анализа его динамики.

Существующие принципы организации автоматизированных систем управления пневмотранспортированием ориентированы, как правило, на выполнение пусковых операций и операций дискретного переключения элементов, изменяющих режимные параметры отдельных компонентов системы.

Особенностью процессов пневматического транспортирования сыпучих материалов на значительные расстояния в промышленном производстве, является сложность выдерживания режима устойчивого транспортирования аэросмеси в отсутствие систем автоматического управления, что зачастую приводит к аварийным режимам завала массопровода.

Для повышения надежности и достижения максимальной эффективности процессов пневмотранспортирования на значительные расстояния необходимо использовать новые методы и средства автоматизации, ориентируясь на разработку комплексных систем управления по нескольким параметрам.

Поэтому решение задачи управления процессами устойчивого пневмотранспортирования сыпучих материалов на значительные расстояния в промышленном производстве с использованием комплексных систем управления по нескольким параметрам является актуальным.

Целью работы является управление процессами устойчивого пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов в протяженных массопроводах с использованием комплексных систем управления по нескольким параметрам для достижения максимальной эффективности пневмотранспортных установок и исключения аварийных

режимов завала массоопровода при случайном характере изменения параметров аэросмеси.

Для достижения поставленной цели:

• выполнен анализ задач автоматизированного управления процессами пневмотранспортирования сыпучих материалов промышленного производства, методов и средств их автоматизации;

• разработана комплексная многопараметрическая модель пневмотранспортной установки, учитывающая особенности процессов транспортирования аэросмеси в протяженном массопроводе;

• выбран метод многоканального оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования аэросмеси, ориентированный на достижение максимальной эффективности технологического процесса;

• определено влияние изменения параметров настройки автоматической системы на качественные характеристики процесса пневмотранспортирования;

• разработана многоконтурная иерархическая система управления процессами пневмотранспортирования, максимизирующая использование энргетических показателей установки и повышающая равномерность потока аэросмеси;

• 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 является определение закономерностей оптимального автоматического управления процессами непрерывного устойчивого пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов в протяженных массопроводах.

Разработана иерархическая многопараметрическая модель пневмотранспортной установки, с учетом особенностей процессов транспортирования аэросмеси в протяженном массопроводе

Решена задача многопараметрического управления потоком аэросмеси в протяженном трубопроводе пневмосистемы, определены методы и вид процессов управления.

Решена задача повышения качественных характеристик автоматизированной системы управления пневмотранспортированием промышленных сыпучих материалов, которая обеспечивает равномерность потока аэросмеси, высокую степень стабилизации его плотности и исключение аварийных режимов завала массоопровода.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Научные и методические положения по разработке комплексных систем управления по нескольким параметрам процессами устойчивого пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов в протяженных массопроводах, на основе современных методов и средств автоматизации.

2. Многопараметрическая модель пневмотранспортной установки, учитывающая особенности процессов загрузки и транспортирования азросмеси в протяженном массопроводе;

3. Метод и система многоканального оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования аэросмеси в протяженных массопроводах, ориентированных на достижение максимальной эффективности использования энергетических показателей пневмотранспортной установки, повышающения равномерности потока аэросмеси и исключения аварийных ситуаций завала трубопроводов.

Практическая ценность. Практические результаты исследований пневмотранспортирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях заключаются в том, что они являются базой для научно-обоснованного выбора и настройки систем многоканального оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования аэросмеси в протяженных массопроводах, позволяющих решать задачи исключения нештатных ситуаций и повышения технико-экономических показателей пневмотранспортных установок.

Практическую ценность работы составляет новая самонастраивающаяся система многоканального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования аэросмеси в протяженных массопроводах, которая позволяет обеспечить высокую эффективность использования энергетических показателей пневмотранспортной установки, повышение равномерности потока аэросмеси и исключения аварийных ситуаций завала массопроводов.

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 и получили одобрение на: // 30-ой Московской международной выставки «Образование и карьера - XXI век» (г. Москва Гостинный двор 2009 г.), научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г. Москва 2008-2010 г.г.) и кафедре автоматизации производственных процессов Московского

автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Публикации. Основные научные результаты диссертации изложены в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения, списка использованной литературы, насчитывающего 93 наименований, и содержит 157 страниц, 66 рисунков, 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами технологии и автоматизации промышленных пневмотранспортных установок, а также процессов

пневмотранспортирования сыпучих материалов, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

Основные наиболее перспективные тенденции развития пневматического транспорта промышленных сыпучих материалов на значительные расстояния, связаны с оптимизацией параметров аэросмеси обеспечивающей снижение удельных энергетических затрат на тонну перемещаемого продукта и безаварийность режимов транспортирования.

Перемещение аэросмеси в плотной фазе со скоростью 1,5-5 м/с дает возможность сокращать абразивный износ элементов установки, транспортировать чувствительные к истиранию продукты, снижать общие энергетические затраты, ликвидировать расслоение подаваемой смеси и применять фильтрующие установки с малой поверхностью фильтра, что предотвращает распыление порошкообразного материала и загрязнение атмосферы.

Эффективность пневмотранспортных установок связана, в первую очередь, с организацией оптимального режима устойчивого транспортирования материала при котором уменьшается возможность выпадения частиц из потока.

Функционирование пневмотранспортных установок, как правило, обеспечивается, системами автоматизации, определяющих запуск, останов и поддержание непрерывности режима работы. Все эти промежуточные операции производятся в заданной последовательности автоматически, а механизмы и агрегаты сблокированы с целью устранения возможности забивания трубопровода и переполнения камер и бункеров. Наряду с такими схемами обслуживающей автоматики, т.е. системами жизнеобеспечения технологического процесса, пневмотранспортные установки снабжаются простейшими системами контроля и стабилизации отдельных параметров, технически реализуемых с помощью релейно-контактных схем или

пропорциональных регулирующих устройств. Однако практически отсутствуют более сложные системы автоматического управления и оптимизации режимных параметров пневмотранспортных установок, обеспечивающих транспортирование аэросмеси на значительные расстояния. Именно поэтому необходимо, в первую очередь, предложить методы и способы управления процессом наиболее эффективного и экономически выгодного транспортирования сыпучих материалов в плотной фазе, разработать модели управления, адаптированные к особенностям технологического процесса.

Наиболее рациональная структура пневмотранспорта сыпучих промышленных материалов включает в себя протяженный материалопровод с камерным питателем. Это наиболее эффективное оборудование для транспортирования сыпучего материала на значительные расстояния, а также для подачи измельченных продуктов (при высоких давлениях и концентрациях материаловоздушной смеси) в промышленные комплексы.

В соответствии с вышесказанным в работе были поставлены следующие основные задачи исследований автоматических систем управления процессом непрерывного транспортирования промышленных сыпучих материалов: разработка математической модели пневмотранспортной установки с протяженным массопроводом, разработка САР (системы автоматического регулирования), обеспечивающую транспортирование аэросмеси в плотной фазе с минимумом энергозатрат и исключением аварийных ситуаций завала массопровода, выбор критериев и параметров настройки САР, экспериментальная проверка результатов исследования, полученных теоретическим путем.

Во второй главе рассмотрены используемые в настоящее время математические модели процессов пневмотракспортирования аэросмеси. Предложена новая модель управления процессами устойчивого пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов в протяженных массопроводах по нескольким параметрам.

Выбор методов автоматизации процессов пневмотранспортирования опирался на модель, отображающую интегральные представления о перемещении неразрывного потока в плотной фазе и связывающую между собой основные характеристики дисперсной среды (расход, плотность, массу перемещаемого материала) и аэродинамические силы, создаваемые загрузочным устройством.

Представление пневмотранспортной установки, как объекта управления, позволяет во многом упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические свойства.

Система соотношений описывающих состояние пневмотранспортной установки ПТУ, была получена, исходя из многоканальной связи ее переменных (рис.1).

Л 1Рс=р N

ПТУ -► V

0.П ( ъ >

Рис.1. Пневмотранспортная установка как объект управления: Рг давление создаваемое камерным питателем на аэросмесь, поступающую в пневмопровод; Л- мощность установки; Оп -производительность загрузочного устройства; <2„- производительность аэратора, подающего воздух в пневмопровод, для аэрирования потока материала, с целью изменения его плотности р; Рг давление на разгрузочном конце пневмопровода;

Уравнения связи параметров модели пневмотранспортной установки, выглядят следующим образом:

Л т " т рЗп1 " Система определяющих уравнений физики процесса позволяет построить структуру, отображающую основные взаимосвязи переменных пневмотранспортной установки (рис. 2).

Рис.2. Функциональная схема пневмотранспортной установки: ЗУ- загрузочное устройство; ИМ- исполнительный механизм; ПП- пневмопровод; АЭ- аэратор; 3- заслонка аэратора;/,Бл.,- длина и сечение массопровода;А;-сила

сопротивления перемещению аэросмеси. Выбор способа управления исходит из того, что для подержания постоянного расхода в пневмопроводе <2п=рг5п при постоянной движущей

активной силе Fg, перемещающей материал в пневмопроводе, необходимо выдерживать v = const и р = const , а р-считать внешним возмущением.

Структура автоматического управления (рис. 3) с отрицательными обратными связями формируется за счет включения регуляторов АР¡, АР2 в контур стабилизации давления в пневмопроводе и скорости перемещения аэросмеси.

ЗУ Qu ПП

им

АР,

U

Л dt

АР,

ИМ

-* 3

Fc

АЭ

Рис. 3. Функциональная схема пневмотранспортной установки: ЗУ- загрузочное устройство; ИМ- исполнительный механизм; ПП- пневмопровод;

АЭ- аэратор; 3- заслонка аэратора; АРь АРг - автоматические регуляторы

Структура содержит два практически не связанных отдельных контура, так как Рп, в процессе регулирования будет компенсировать первым контуром системы. Это позволяет применить индивидуальные методики расчета для каждого из контуров системы регулирования.

Структурная схема контуров управления дана на рис. 4

Первый контур представляет собой стандартную линейную систему уравнения, в которой необходимо минимизировать ошибку р.

Второй контур системы, включает в себя нелинейную обратную связь, изменяющую значение скорости V до его заданного значения V, за счет изменения расхода <9« аэратора плотности аэросмеси р.

Рис.4. Структурная схема регулирования по каналам: а. ?Я3-Д б. Р„.-у,

В третьей главе произведена оптимизация пневмосистемы по каналу стабилизации давления в масоопроводе с использованием интегральных оценок.

Контур стабилизации разности давлений Р„ (рис. 3) , включает в себя массопровод, как объект регулирования, загрузочное устройство в виде камерного питателя, производительность которого изменяется с изменением давления на входе Р,.

Выбор качественных критериев оценки динамических процессов пневмотранспортировония, связан, в первую очередь, с необходимостью исключить аварийную ситуацию завала массопровода. Квадратичная и линейная интегральные оценки, позволяют оценить неравномерность переходного процесса, время регулирования и технологическую ошибку регулирования по окончанию динамического процесса. Их минимизация обеспечивает оптимизацию параметров системы.

Для системы автоматического регулирования на рис.За передаточные функции в разомкнутом Иг(р) и замкнутом состояни по ошибке Ф(р), будут иметь вид:

к

Ф{Р) =

_1__ ТХп^+(Т?+2Тг£Гпп)8ъ + (2Тг4 + Тпп)8> + 5

1+ (Гг2 + 2Гг^,л)53 + {2ТГ4 + Тпп )82 + 8 + К '

Тв Т„„ - постоянная времени гидропривода и массопровода. В общем виде, получим

Ф{р) = —5-П-1-2—_

„ I „ р' I Л С* I я О I

где-

0)

а05 + (¡¡Б + Й25 + я35 + а Качественные характеристики системы в переходном процессе могут быть улучшены введением форсирующего элемента, использую в контуре обратной связи регулятор АР/. Тогда передаточные функция системы в разомкнутом и замкнутом состоянии примут вид:

К(ТфВ+1)

1

5(7/5 +1)(Гш5 + 1)

Т2ГТПЛ8< + (Г/ + 2Гг Гпд)53 + (2Гг# + Гдл )52 + 5

(2)

' 1 + Ш(р) Г/Глл54 + (7? + 2 7у^лл)53 + (27><?+Глп) + (ЯГ, +1)5 + К Общая формула представления Ф(5) соответствует (1) Квадратичная интегральная оценка качественных показателей динамических процессов в пневмосистеме по каналу стабилизации давления в массопроводе будет:

2 2 [д4 а^а^-а^а,)-^^ а4[аз(а,а2-а0а^)-а,\\

На рис. 5 даны интегральные оценки, построенные по выражению (3)

Г-О.С

(3)

II \1 1

4 \ / .....Г \

е \ л

а еглж е.г г *

Рис.5. Интегральные кривые для пневмотранспортной установки с интегральной обратной связью Квадратичные оценки для такой системы с введением форсирующего звена рассчитываются по выражению:

_ 1 ¡а, ^ а^а^-а.а^-а^а, { (Ь,-а3У(а,а2-а0Д3) 1 + ^

+ 1((>2-"2>

+ {Ь2 - аг)2-3--

а3 (а,а2 ~ааа,)~ а, а, а3 (о,а2 - о0а3) - а, я,

а,

На рис.6 даны интегральные оценки, построенные по выражению (4). л

ий (*г ач 1Г ;(г 1С (а и.'И и и («и и

Рис.6. Интегральные кривые для пневмотранспортной установки с пропорционально-интегральной обратной связью Из графиков (рис.5,6),видно, что качественные интегральные оценки носят параболический характер и имеют точку минимума. Характер кривых показывает, что переходный процесс в системе с увеличением коэффициента усиления К будет меняться от апериодического до колебательного. Минимум оценки увеличивается с увеличением постоянной времени ТПп-Линейные интегральные оценки J^ = Ук представляют собой параболы.

Введение интегрирующего звена, ликвидируя статическую ошибку, существенно уменьшает быстродействие системы и ухудшает принятые показатели качества в переходном процессе. Наилучшие динамические свойства достигаются введением форсирующего звена в контур управления линейной системы:

Полученные квадратичные интегральные оценки могут быть связаны с традиционными количественными показателями качества динамических процессов, такими, как время регулирования, колебательность, вид переходного процесса..

Уравнение (2) запишется в безразмерной форме:

(54+Л53+Л52+15 + 1)г = (54+^3+В,5, + С5> , (5)

где Л, В, I., В - нормированные коэффициенты .

Квадратичные оценки, с учетом (5), записанные в нормированном виде

21 А(ВС-А)-1?

решение задачи выбора параметров настройки системы регулирования по каналу стабилизации давления в массопроводе в пространство обобщенных коэффициентов (рис.7).

Рис.7. Интегральные кривые и корневые характеристики на плоскости

нормированных коэффициентов Интегральные оценки, нанесенные на диаграмму в пространстве обобщенных параметров системы, позволяют найти область лучшего качества и количественно оценить качественные показатели процесса дробления.

В четвертой главе выбран метод поддержания экстремума N мощности ПТУ и произведен расчет системы экстремального регулирования пневмотранспортной установки с определением значений качественных параметров управления.

Оптимизация управления по отдельным каналам еще не гарантирует эффективного функционирования пневмотранспортной установки в целом. Необходимо согласование работы отдельных каналов на основе критерия более высокого уровня. Таким критерием может служить мощность установки, затрачиваемая на перемещение материала от питателя до конца аэрожелоба. Для осуществления наиболее эффективного энергетического режима работы пневмосистемы использована модель - аналог процесса

движения аэросмеси в трубопроводе. Структура модели объекта подобна структуре реального объекта. Модель настраивается непрерывно на максимальную мощность пневмосистемы, а получаемая при этом величина оптимального перепада давления в массопроводе служит заданием для

изменения давления на входе камерного питателя Р„.

График мощности пневмосистемы представлен на рис.8.

Рис.8. Графики зависимостей =Д/>Т) и М~ЛРТ): (2 - расход аэросмеси, Рп - давление, создаваемое в трубопроводе

На рис.9, дана структура СЭР поддержания максимального значения мощности пневмотранспортной установки. В СЭР отсутствует экстремальная статическая характеристика в явном виде. Поэтому ее приходиться формировать искусственным методом перемножения параметров, процесса транспортирования аэросмеси в блоке БУ. Сигнал нагрузки пневмопровода (ПП), получаемый за счет перемножения сигналов давления в массопроводе Рп и расхода аэросмеси подается на экстремальный регулятор ЭР, который через исполнительный механизм (ИМ), отыскивает максимум полезной мощности пневмотранспортной установки путем изменения Р„ Величина Р„ используется для изменения настройки загрузочного устройства ?3.

Рис.9. Структура СЭР поддержания максимального значения мощности пневмотранспортной установки Применение самонастраивающейся системы экстремального регулирования процессов пневмотранспортирования, позволяет поддерживать нагрузку массопровода на максимально возможном уровне. Для управления движением системы к экстремуму выбран принцип запоминания экстремума, отличающийся простотой реализации и высокой помехоустойчивостью.

Аналитический расчет динамического и установившегося процессов в СЭР эффективной мощности загрузки массопровода, дал возможность определить вид фазовой траектории переходного процесса и параметры предельного цикла.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов пневмотранспортирования

Целью экспериментальных исследований являлась качественная оценка процессов в отдельных контурах управления и эффективности управления с использованием глобального критерия в виде мощности загрузки массопровода.

Оптимизация пневмосистемы по каналу стабилизации давления в массопроводе с использованием интегральных оценок показала, что в системе регулирования для определения качественных показателей (времени регулирования и величины перерегулирования) , с точностью, достаточной для практического использования, можно воспользоваться нормированной диаграммой четвертого порядка, а методика анализа результатов моделирования включает в себя обращение к диаграмме^

Результаты моделирования системы представлены на рис.10.

* о /ТЧ""'

/ \у

/ tfHt.fr [ / ■ 1 "1

/Тч«". * ИЧ. /¡Ч^ю ,

—„1.-Х..........л^ь^«».— / " 7

--X. / (,«И1 I

Рис. 10. Переходные процессы системы регулирования производительности пневмотранспортной установки

Моделирование экстремальной системы пневмотранспортирования производилось на основе структурной схемы рис.9.

В момент, когда производительность материалопровода начинает падать из-за увеличения нагрузки и падения скорости V, системой достигается максимум Ы, а затем происходит увеличение скорости V и

Рис.11. Динамические процессы в СЭР:

Анализ полученных результатов позволяет отметить одно важное свойство модели объекта регулирования, делающее применение системы экстремального регулирования при пневмотранспортировании перспективным, а именно, ее самовыравнивающие свойства по отношению к изменению нагрузок. Моделирование СЭР эффективной мощности нагружения массопровода показало работоспособность и эффективность системы, а так же самовыравнивающие свойства объекта, что еще больше увеличивает надежность функционирования системы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Актуальность повышения эффективности процессов пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов с использованием протяженных массопроводов связана с внедрением оптимального многопараметрического управления, устраняющего аварийные режимы завала массопровода и снижающего энергетические потери на перемещение аэросмеси.

2. Колебания нагрузки в массопроводе вызывают динамические процессы, которые не обладают свойством самовыравнивания и приводят к неустойчивому режиму транспортирования и завалам массбопровода. Эффективное пневмотранспортирование связано с организацией режима устойчивого транспортирования, за счет использования оптимальных по быстродействию автоматических систем управления, исключающих возможность выпадения частиц из потока.

3. Разработана комплексная многопараметрическая модель пневмотранспортной установки, учитывающая особенности процессов транспортирования аэросмеси в протяженном массопроводе.

4. Выбран метод многоканального оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования аэросмеси, ориентированный на достижение максимальной эффективности технологического процесса.

5 Разработана многоконтурная иерархическая система управления процессами пневмотранспортирования, максимизирующая использование энргетических показателей установки и повышающая равномерность потока аэросмеси.

6. Разработаны критериальные функции оценки качественных характеристик процесса пневмотранспортирования аэросмеси в виде интегральных оценок. Линейная интегральная оценка фиксирует значение суммарной технологической ошибки динамического процесса в массопроводе. Квадратичная интегральная оценка позволяет оптимизировать процесс пневмотранспортирования по таким показателям качества, как нескомпенсированная погрешности и время регулирования.

7. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанных систем оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях.

Основные результаты диссертации изложены в работах

1. Гематудинов, P.A. Выбор метода автоматизации пневмотранспортирования / P.A. Гематудинов, В.И. Марсов, Р.В. Ковалев// Механизация строительства. - 2009.- №12. - С. 16-17

2. Гематудинов, P.A. Системы автоматического непрерывно-переодического дозирования / P.A. Гематудинов, Е. И. Бокарев, М.Ю. Абдулханова//Механизация строительства,- 2010.- №1. - С. 17-19

3. Гематудинов, P.A.. Интегрированные системы автоматизации промышленных предприятий / М.Ю. Абдулханова, P.A. Гематудинов, М.Э. Чантиева //Вестник МАДИ,- 2010.- № 22. - С. 103-108

4. Гематудинов, P.A. Особенности управления процессами пневмотранспортирования тонкодисперсных материалов / P.A. Гематудинов,

B.А. Воробьев, Р.В. Ковалев // Строительный вестник российской инженерной академии. Труды секции «Строительство» РИА,- 2009,- №10.-

C.267-268

5. Гематудинов, P.A. Методы и средства измерения параметров пневмотранспортных потоков / Р.А Гематудинов, Р.В. Ковалев // Сб. науч. тр. «Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности, строительстве и образовании». - М.-. МАДИ, 2008.- С.110-113

6. Гематудинов, P.A. Особенности загрузочных устройств пневмотранспорта / P.A. Гематудинов, Р.В. Ковалев // Сб. науч. тр. «Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности, строительстве и образовании». - М.: МАДИ, 2008.- С.60-64

7. Гематудинов, P.A. Обоснование системы управления процессом пневмотранспортирования / P.A. Гематудинов, В.И. Марсов, Р.В. Ковалев, Н.В. Михайлова// Сб. науч. тр. «Новые технологии производства и управления в промышленности и образовании». - М.: МАДИ, 2009.- С.24-27

8. Гематудинов, P.A. Программное обеспечение для создания операторского интерфейса / P.A. Гематудинов, М.Щ. Минцаев // Сб. науч. тр. «Методы прикладной информатики в автомобильно - дорожном комплексе». - М.: МАДИ, 2007.- С.82-85

9. Гематудинов, P.A. Оптимальное управление процессами пневмотранспортирования сыпучих и дисперсных строительных материалов // Сб. науч. тр. 68-й научно-методической и научно-исследовательской конференции. - М.: МАДИ, 2010

10. Гематудинов P.A. Автоматизированная система управления технологическим процессом производства бетона // Е.В. Марсов, , М.Ш. Минцаев. // Сб. науч. тр. «Принцы построения и особенности использование систем автоматизации в промышленности и строительстве». - М.: МГАКХиС, 2010,- С.137-142

Подписано в печать 15 сентября 2010 г Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 32

ТехПолиграфЦентр Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел.: 8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВНАИЯ

ТОНКО ДИСПЕРСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1 .Технологические схемы пневмотранспортирования сыпучих и тонкодисперсных материалов.

1.2. Пневматический транспорт на промышленных предприятиях за рубежом.

1.3. Характер потоков воздух - сыпучий материал.

1.4.Устройство пневмотранспортных установок.

1.5. Классификация пневмотранспортного оборудования.

1.6. Выводы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ.

2.1. Математические модели статической.оптимизации процессов пневмотранспортирования.

2.2. Линеаризованная модель пневмосистемы.

2.3. Динамическая структура пневмосистемы.

2.4. Линейные модели пневмосистемы.

2.5. Частотные характеристики пневмосистемы.

2.6 .Уравнение линейных систем с распределенными. параметрами.

2.7.Анализ моделей пневмотранспорта.

2.8. Модель пневмотранспортной установки и системы автоматического управления ее параметрами.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3 ОПТИМИЗАЦИЯ ПНЕВМОСИСТЕМЫ ПО КАНАЛУ СТАБИЛИЗАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В МАССОПРОВОДЕ.

3.1. Определение интегральных оценок.

3.2. Метод нормированных диаграмм.

3.3. Нормированная форма записи интегральных оценок для систем. четвертого порядка.

3.4. Построение пространственной F - диаграммы.

3.5. Синтез структуры параметров контура Ар - регулирования.

3.6 Синтез структурных схем пневмотранспортирования методом нормированных диаграмм.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. СИСТЕМЫ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.

4.1. Уравнения движения инерционных объектов экстремального регулирования.

4.2.Функциональная схема СЭР адаптивной модели пневмртранспортной установки.

4.3. Процессы в экстремальной системе.

4.4. Переходный процесс в экстремальной системе.

4.5. Установившиеся процессы в СЭР.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ САР.

ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ.

5.1. Моделирование переходных процессов линейных систем.

5.2. Экспериментальные исследования СЭР.

Выводы к главе 5.

Развитие и повышение эффективности многих отраслей промышленности в условиях переработки и потребления больших объемов сыпучих материалов связано с внедрением в технологические циклы производства пневматического транспорта значительной протяженности. В практике промышленного производства на долю пневматического транспорта приходится до 30% объема всех транспортных работ.

В отличие от механических видами транспортирования сыпучих материалов, пневмотранспорт уменьшает трудоемкость операций, сокращает размер производственных площадей для внутризаводского транспорта, повышает безопасность и гигиеничность производства.

На промышленных предприятиях обеспечение безаварийного функционирования протяженного трубопроводного пневматического транспорта неразрывно связано с организацией автоматизированных систем управления пневмотранс-портными потоками. Для построения таких систем необходимо рассмотреть вопросы идентификации их структуры и модельного представления движения пневмотранспортного потока на основе анализа его динамики.

Существующие принципы организации автоматизированных систем управления пневмотранспортированием ориентированы, как правило, на выполнение пусковых операций и операций дискретного переключения элементов, изменяющих режимные параметры отдельных компонентов системы.

Особенностью процессов пневматического транспортирования сыпучих материалов на значительные расстояния в промышленном производстве, является сложность выдерживания режима устойчивого транспортирования аэросмеси в отсутствие систем автоматического управления, что зачастую приводит к аварийным режимам завала массопровода.

Для повышения надежности и достижения максимальной эффективности процессов пневмотранспортирования на значительные расстояния необходимо использовать новые методы и средства автоматизации, ориентируясь на разработку комплексных систем управления по нескольким параметрам.

Поэтому решение задачи управления процессами устойчивого пнев-мотранспортирования сыпучих материалов на значительные расстояния в промышленном производстве с использованием комплексных систем управления по нескольким параметрам является актуальным.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Актуальность повышения эффективности процессов пневмотранспортирования промышленных сыпучих материалов, протяженных массопроводах связана с внедрением оптимального многопараметрического управления пнев-мотранспортными установками, устраняющего аварийные режимы завала мас-сопровода и снижающего энергетические потери на перемещение аэросмеси.

2. Колебания нагрузки в массопроводе вызывают динамические процессы, которые не обладают свойством' самовыравнивания и приводят к неустойчивому режиму транспортирования и завалам трубопровода. Эффективное пневмотранспортирование связано с организацией режима устойчивого транспортирования, за счет использования оптимальных по быстродействию автоматических систем управления, исключающих возможность выпадения частиц из. потока.

3. Разработана комплексная многопараметрическая модель пневмотранспортной установки, учитывающая особенности процессов транспортирования аэросмеси в протяженном массопроводе;

4. Выбран метод многоканального оптимального управления процессами устойчивого* пневмотранспортированияv аэросмеси, ориентированный на достижение максимальной эффективности технологического процесса;

5.Разработана многоконтурная иерархическая система управления процессами пневмотранспортирования, максимизирующая использование энрге-тических показателей установки и повышающая равномерность потока аэросмеси;

6.Разработаны критериальные функции оценки качественных характеристик процесса пневмотранспортирования аэросмеси в виде интегральных оценок. Линейная интегральная оценка фиксирует значение суммарной технологической ошибки динамического процесса в массопроводе. Квадратичная интегральная оценка позволяет оптимизировать процесс пневмотранспортирования

150 по таким показателям качества, как нескомпенсированная погрешность и время регулирования.

7. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанных систем оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях.

1. Смолдырев А. Е. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. Металлургиздат, 1959.

2. Смолдырев А. Е. Трубопроводный транспорт (основы расчета). Гос-гортехиздат, 1961.

3. Калинушкин М.П., Коппель М.А., Серяков B.C., Шапунов М.М. Пнев-мотранспортное оборудование. Справочник. Л.: Машиностроение, 1986.

4. Малевич И.П., Серяков B.C., Мишин А.В. Транспортировка и складирование порошкообразных материалов. -М.: Стройиздат, 1984.

5. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. Основы расчета. М.: Недра, 1980.

6. Эсман В. Критерии принятия решения при выборе системы пневмотранспорта фирмы «Бюллер-Миаг» //Ауфберайтунгс техник. - ФРГ, 1984. -№8.

7. Redeker A. Fordern und Heben, 1960, № 10, S. 755-759.

8. Coal piping trend. Can. Cas Journ, 1962, v. 55, № 3, p. 7; W h i 11 e 1 s e у С. Oil Gas Journ., 1962, v. 60, № 8, p. 123.

9. Alt peter W. Stahl u. Eisen, 1961, H. 15, S. 1006-1013; Energie und Technik, aug., 1962, S. 279.

10. Iron and Steel Engineer, 1961, v. 38, № 3, p. 107-112.

11. Б а б а д ж а н А. А. и др. Цветные металлы, 1958, № 3, с. 38-46.

12. Шрейбер К. Я., Кузнецов Ю. А. Бюлл. ЦИИН ЦМ, 1959, № 5, с. 29-32.

13. Zimnawoda Н. W., Bauer F. Giesserei, 1963, Н. 3, 50, s. 65-67.

14. Транспорт сыпучих и пылевидных материалов. БТИ Гипроцветмета,

15. И. Kuhnt Н. Hebezeuge u. Fordermittel, 1962, Н. 2, S. 37-41.

16. The Transportation of solids in Steel pipelines. The Colorado school of Mines Research Fourdation, USA, 1963.

17. Пат. 4502819 США, МКИВ 65 G 53/66, 1985.

18. А.с. 1133199 СССР, МКИ В 65 G 53/58, 1985.

19. Пат. 59-48219 Японии, МКИ В 65 G 53/04, 1985.

20. Пат. 4482275 США, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

21. Пат. 59-17700 Японии, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

22. Пат. 2440888 ФРГ, МКИ В 65 G 53/60, 1978.

23. Пат. 2721899 ФРГ, МКИ В 65 G 53/60, 1982.

24. Пат. 4490077 США, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

25. Пат. 59-48221 Японии, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

26. Пат. 60-39607 Японии, МКИ В 65 G 53/04, 1985.

27. Пат. 2562046 Франции, МКИ В 65 G 53/28, 1985.

28. Пат. 3323739, ФРГ, МКИ В 65 G 53/58, 1985.

29. Пат. 643513 Швейцарии, МКИ В 65 G 53/04, 1984.

30. Пат. 4420279 США, МКИ В 65 G 53/66, 1983.

31. Пат. 2626411 ФРГ, МКИ В 65 G 53/12, 1985.

32. Пат. 4515503 США, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

33. Пат. 3332261 Франции, МКИ В 65 G 53/16, 1985.

34. А.с. 1081096 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

35. А.с. 1106766 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

36. Пат. 4501518 США, МКИ В 65 G 53/28, 1985.

37. Пат. 3230315 ФРГ, МКИ В 65 G 53/12, 1986.

38. Пат. 5402820 США, МКИ В 65 G 53/48, 1985.

39. Пат. 58-445678 Японии, МКИ В 65 G 53/16, 1983.

40. А.с. 831693 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1981.

41. А.с. 1071553 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

42. Пат. 4381897 США, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

43. Пат. 3309210 КАНАДА, МКИ В 65 G 53/16, 1984.

44. Пат. 4475849 США, МКИ В 65 G 53/40,1985.

45. Пат. 3219813 Франции, МКИ В 65 G 53/22, 1985.

46. Пат. 60-39608 Японии, МКИВ 65 G 53/66, 1985.

47. Пат. 4529336 США, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

48. Пат. 4473327 США, МКИВ 65 G 53/48, 1984.

49. Пат. 3303927 Германия, МКИ В 65 G 53/48, 1997.

50. Пат. 4615647 США, МКИВ 65 G 53/48, 1995.

51. А.с. 1134503 СССР, МКИВ 65 G 53/48,.1985.

52. А.с. 1122156 СССР, МКИ В 65 G 53/48, 1985.

53. Пат. 3444816 Японии, МКИВ 65 G 53/48, 1985.

54. Пат. 4500228 США, МКИВ 65 G 53/48, 1995.

55. Пат. 4183702 США, МКИВ 65 G 53/48, 1990.

56. Пат. 4480947 Германия, МКИ В 65 G 53/66, 1994.

57. Пат. 3319076 Германия , МКИВ 65 G 53/12, 1996.

58. Пат. 4184793 США, МКИ В 65 G 53/48, 1990.

59. А.с. 1255765 СССР, МКИВ 65 G 53/14, 1986.

60. А.с. 1283197 СССР, МКИВ 65 G 53/14, 1986.

61. Транспортировка и складирование порошкообразных строительных материалов/ И.П. Малевич, B.C. Серяков, А.В. Мишин. -М.: Стройиздат, 1984. -184 с.

62. Клячко М.С., Одельский Э.Х., Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов. -Мн.: Наука и техника, 1983. 216 с.

63. Справочник по аспирационным и пневмотранспортным установкам / М.П. Володин, М.Г. Касторных, А.И. Кривошеин. -М.: Колос, 1984 288 с.

64. Островский Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности. Л.: Химия, 1984— 104 с.

65. Воробьев В.А., Суэтина Т.А. Информационное обеспечение процесса пневмотранспорта и хранения цемента //Науч. тр./ Моск. Автомоб.-дорожн. Инт, 1992. С. 4-8.

66. Воробьев В.А., Суэтина Т.А. Автоматизация пневмотранспортирования цемента в строительстве на базе микропроцессорных информационно-измерительных систем: Учебное пособие / МАДИ. -М., 1993. 87 с.

67. Суэтина Т.А. Моделирование процессов технологии строительных материалов и изделий с использованием ЭВМ. -М.: МИКХИС, 1992. 33 с.

68. Бушуев С.Д., Михайлов B.C. Автоматика и автоматизация производственных процессов. —М.: Высшая школа, 1990. — 256 с.

69. Суэтина Т.А. Измерение уровня тонкодисперсного сыпучего материала. -М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1988. 40 с.

70. Вотлохин Б.З. Приборы для измерения сыпучих материалов. -М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1999. -47 с.

71. Спиваковский А.О., Смолдырев А.Е., Зубакин Ю.С. Автоматизация трубопроводного транспорта в горной промышленности. М.: Недра, 1972. — 344 с.

72. Адаптивные системы автоматического управления // Под ред. В.Б. Яковлева. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 204 с.

73. В. А. Воробьев, Т. А. Суэтина. Автоматизация пневмотранспортирования цемента в строительстве на базе микропроцессорных информационно-измерительных систем.

74. М. В. Кузнецов, В. И. Марсов. Выбор статически достоверного интервала оценки ошибок измерений непрерывного процесса транспортирования. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. -М. МАДИ. 1999.

75. М. В. Кузнецов, А. А. Кальгин. Автоматизация процесса транспортирования- сыпучих материалов. // Автоматизация технологических процессов в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

76. М.В.Кузнецов. Проблемы автоматизации процессов пневмотранспортирования. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

77. М. В. Кузнецов, С. Е. Солодников, Е. В. Марсова. Автоматическое транспортирование мелкодисперсных строительных материалов. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

78. М. В. Кузнецов, С. Е. Солодников. Моделирование автоматической системы пневмотранспортирования тонкодисперсных материалов. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

79. Адаптивные системы автоматического управления // Под ред. В.Б. Яковлева. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. с.204.

80. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Структурная динамическая схема модели пневмотранспортной установки //Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2003, с. 30-34.

81. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Задачи автоматизированного управления пневмотранспорта сыпучих материалов //Юбилейная научно-техническая конференция аспирантов и студентов МИКХиС.-М.:2004, с. 104-106. •

82. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Автоматизация экологически безопасного пневматического транспорта сыпучих материалов //Труды международной научно-практической конференции «Экология: оборазование, наука, промышленность и здоровье» Белгород, 2004, с.78-81

83. Вентцель Е.С. Теория вероятностей М.: «Физматгиз»,1962, с.386

84. Траксел Д. Синтез систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989, 759 с.

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

86. Фельдбаум А.А. Электрические системы автоматического регулирования. Оборонгиз. 1957. -539 с.

87. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами. М.: «Энергоатомиздат», 1986, 396 с.

88. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. -М.:Наука, 1978, 309с.

89. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами.-М.: Энергоатомиздат, 1986, 463 с.

90. Крут, Г. К Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции / Г. Крут, Ю.А. Сосулин, В.А. Фатуев В. А. М.: Наука, 1977. -208 с.

91. Дьяконов, В.П. Simulink 4 : Специальный справочник / В.П. Дьяконов. -СПб: Питер, 2002. 528с.

92. Дьяконов, В.П. Математические пакеты расширения MATLAB : Специальный справочник / В.П. Дьяконов. СПб: Питер, 2001.- 480с.

93. Минцаев, М.Ш. Компьютерный лабораторный практикум по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления», Часть 1 / Минцаев М.Ш., Абдулханова М.Ю., Марсов В.И., Марсова Е.В // Методическое пособие.- М. :МАДИ (ГТУ), 2007 г.