автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов циклического дозирования компонентов асфальтобетонной смеси в комбинированном режиме грубого взвешивания и досыпки

На правах рукописи

САФРОНОВ ВАХТАНГ ДАВИДОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ В КОМБИНИРОВАННОМ РЕЖИМЕ ГРУБОГО ВЗВЕШИВАНИЯ И ДОСЫПКИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (Государственном техническом университете)

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор

Марсов Вадим Израилевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Васьковский Анатолий Михайлович

Кандидат технических наук, Захаров Ярослав Владимирович

Ведущая организация: ООО «НГПД Энергетики и электрификации» (ЭНЕРГОТЕХ) г.Москва

Защита состоится «27» июня 2005г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.05 в Московском автомобильно-дорожном институте (Государственном техническом университете), по адресу: г. Москва, Ленинградский просп., д.64, ауд. 113

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института

Автореферат разослан « (Л&Х^ 2005г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Михайлова Н.В.

20ОЧ-Ч

2ЬЪШ1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Качество строительных смесей является основным фактором, определяющим объем и качество выпускаемой продукции Среди причин, затрудняющих производство строительных смесей с заданными свойствами, основными являются ошибки дозирования сырьевых компонентов. Погрешности циклического дозирования носят случайный характер и обусловлены, в основном неравномерностью истечения материала из расходного бункера и высокой колебательностью весовых механизмов под действием падающего материала Для устранения этих факторов необходимо совершенствование конструкций и систем управления дозаторами Однако, несмотря на многочисленные меры, предпринятые в этом направлении, погрешность современных автоматических дозаторов составляет в лучшем случае ± 2-3%.

Решение этой задачи для дозаторов циклического действия возможно только с введением режима "точного" взвешивания, который, однако, значительно увеличивает время приготовления одного замеса Необходима объективная оценка возможности получения заданной точности дозирования компонентов асфальтобетонной смеси при совместном использовании режимов "грубого" и "точного" взвешивания для заданной производительности установки и существующих ограничениях на время приготовления одного замеса.

Отдельные попытки внедрения такой технологии на смесительных установках с дозаторами, оснашеннкми гравитационными питателями не оправдали себя. Замена этих питателей питателями с подвижным рабочим органом и принудительной непрерывной подачей материала также не дали ощутимого эффекта Причины этого связаны с неучетом специфики технологии циклического дозирования при подаче компонентов на смешивание, с использованием таких питателей, когда начинает проявляться ряд факторов, существенно изменяющих метрологические характеристики системы Это в первую очередь - выбег рабочего органа питателя после каждого выключения дозатора и переменная плотность материала, с изменением которых приходится считаться в каждом цикле дозирования. Отсутствие корректировки режима циклического дозирования с учетом реально действующих возмущений не позволяет использовать в полной мере потенциальные возможности такой технологии и делает аюуальным решение задачи повышения эффективности влияния операций циклического дозирования на качество асфальтобетонных смесей.

Цель работы. Разработка и исследование автоматического управления процессом циклического дозирования при принудительной, непрерывной и растянутой во времени подаче сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси

Для достижения поставленной цели'

• выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами циклического дозирования компонентов асфальтобетонных смесей, методов и средств их автоматизации,

• разработана модель циклического процесса дозирования с учетом факторов определяющих погрешности, вызванные неравномерностью поступления материала в весовой бункер, переменной плотностью материала и выбегом рабочего органа питателя после выключения дозатора,

• исследованы закономерности истечения сыпучих компонентов из накопительного бункера и свойств питателей их подачи в измерительную емкость,

• разработана методика и построена номограмма для определения режимов работы питающих устройств в зависимости от требуемой погрешности и производительности циклических дозаторов сыпучих компонентов;

• решена задача измерения плотности потока материала с помощью резонансного высокочастотного метода,

• разработана методика коррекции заданного значения дозируемой массы с учетом динамики поступления материала из питателя и выбега рабочего органа питателя,

• разработана система автоматической стабилизации скорости рабочего органа питателя;

• выполнена экспериментальная проверка полученных результатов

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, математической статистики и моделирования

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматизации процессов циклического дозирования при непрерывной, принудительной и растянутой во времени подаче сыпучих компонентов асфальтобетонных смесей в режимах «грубого» и «точного» взвешивания

Научная новизна работы заключается в разработке

• математической модели циклического процесса дозирования с учетом факторов определяющих погрешности, вызванные неравномерностью поступления материала в весовой бункер, изменением плотности материала и выбегом рабочего органа питателя,

• автоматической системы циклического дозирования с двухстадийной загрузкой весового бункера с изменяющимися в зависимости от величины дозы порогом грубой массы и досыпкой в режиме «точного» взвешивания,

• методики определения погрешностей дозаторов циклического действия с использованием режимов «грубого» и «точною» взвешивания при ограничениях на производительность и время цикла отмеривания дозы,

• статистической методики оценки качественных характеристик питателей;

• методики коррекции заданного значения дозируемой массы с учетом динамики поступления материала из пита геля и выбега его рабочего органа

Основные положения, выносимые на защиту

] Комплекс теоретических и практических методов автоматизации циклического дозирования с непрерывной, принудительной и растянутой по времени подачей сыпучих составляющих асфальтобетонных смесей.

2 Математическое описание автоматического процесса управления циклическим дозированием с учетом погрешностей, вызванных внешними возмущениями

3 Результаты применения технологии двухстадийной загрузки весового бункера для производства асфальтобетонных смесей и смесей другого назначения

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов циклического дозирования сыпучих компонентов асфальтобетонных смесей заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора параметров настройки и способов уменьшения погрешностей дозирования, вызванных особенностями загрузки весового бункера Это позволяет уменьшить погрешности дозирования компонентов асфальтобетонной смеси и тем самым повысить ее качество

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на межвузовской научно-технической конференции «Интерстроймех-2005»(г Тюмень, 2005 г), научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г Москва, 2004-2005 г), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ (ГТУ).

Публикации. Основные научные результаты работы изложены в шести опубликованных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 71 наименование, и содержит 135 страниц текста, 39 иллюстраций, 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБО Г Ы

Первая глава посвящена анализу технологических схем производства асфальтобетонных смесей, техническим средствам дозирования компонентов, результаты которого позволяют выявить их потенциальные возможности в части использования в структуре циклического дозирования асфальтосмесительных установок Сформулированы основные задачи технологического и технического совершенствования процессов производства асфальтобетонных смесей при внедрении методов и средств автоматизации дозирования

Даже при правильном выборе параметров звеньев системы управления (датчика, усилителя, исполнительного механизма) и высокой точности отдельного взятого звена такие системы управления в комплексе с циклическим дозатором в динамическом режиме взвешивания имеют низкую точность и не отвечают требованиям дозирования компонентов смеси

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

Основным источником динамической и статической ошибок системы является неравномерность поступления материала в весовой бункер, определяемая особенностями конструкций, принципом действия и технологическими характеристиками питателей загрузочного устройства Связанный с этим слишком большой разброс статистических параметров потока делает невозможным объективную оценку и прогнозирование динамического состояния системы Возможные методы компенсации возникающих при этом погрешностей дозирования теряют свою эффективность

В состав асфальтобетонной смеси входят компоненты, характеризующиеся различными физико-механическими свойствами, которые существенно влияют на характер подачи данного компонента питателем Характер же движения материала влияет в свою очередь на погрешность взвешивания

Максимальной неравномерностью поступления обладает минеральный порошок, отклонение расхода которого от номинального может достигать 80%, расчетная погрешность дозирования от неравномерности поступления минерального порошка может достигать 13%, в отдельных случаях погрешность может достигать 5-7%

Высокой степенью неравномерности истечения обладает также песок, отклонение расхода которого от номинального может достигать 20-30%, а отдельных случаях - 80% Погрешность дозирования от неравномерности истечения песка может достшагь 2-4%, в

отдельных случаях -10-15% Меньшей степенью неравномерности истечения обладают гравий и щебень, отклонение расхода которых от номинального достигает 7-10%, погрешность дозирования при этом достигает 2-4%

К значительным погрешностям дотирования приводят максимальные отклонения расхода питателя, длительность которых 0,6-2 с при относительном изменение расхода на 10-40%.

Таким образом к факторам, влияющим на точность технологического процесса дозирования относятся- колебательный характер движения весовой системы в переходном режиме взвешивания, неравномерный характер поступления материала из питателя, транспортное запаздывание материала в вертикальной плоскости

Общая погрешность технологического процесса автоматического циклического дозирования может достигать 5-9%, что значительно превышает нормативные требования

Необходима разработка теоретической базы для синтеза и анализа дозирующих систем циклического действия для асфальтобетонных смесей с погрешностью дозирования, не превышающей допустимых значений.

Во второй главе разрабатывается модель процесса циклического дозирования, отражающая механизм образования погрешностей, вызванных выбегом рабочего органа питателя и изменением плотности материала

Структура отдельных элементов дозирующей системы с учетом их динамических свойств и особенностей замыкания главной обратной связи системы управления циклического дозирования представлена на рис. 1.

Объект регулирования - питатель представлен на структурной схеме своим линеаризованным уравнением.

Д£ = АГЛДА + К,Д/ + АГ„ДК , где Л(?,Д V - отклонение производительности питателя и скорости его рабочего органа в динамическом режиме, Ак,Ау - изменение толщины слоя и насыпной массы материала, Ки, Кг, Ку - постоянные коэффициенты

Математическую модель рабочего органа питателя (в качестве примера на рис 1 представлен ленточный питатель сыпучих материалов, однако, питатели минерального порошка сохраняют все его особенности как динамическою звена системы циклического дозирования) непрерывного действия представляет собой звено постоянного запаздывания с передаточной функцией: = е~ре.

а.

Рис 1 Дозатор циклического действия с принудительным питателем а-функциональная схема; б-функциональная схема с учетом выбега и столба падающего материала, в-структурная схема

В момент остановки рабочего органа питателя, когда доза отмерена, за счет момента его инерции в весовую емкость ссыпается некоторое добавочное количество материала, при этом погонная нагрузка питателя скачкообразно уменьшается примерно на 8-10% В структурной схеме (рис 1) дополнительная масса материала, при выбеге рабочего органа питателя учитывается функциональной связью <2„ыГ1 = /(£>#)• Одновременно с этим в весовой бункер попадает неучтенная масса материала в падающем столбе представленная на схеме звеном запаздывания IV = е

Дозатор циклического действия представляет собой систему с отрицательной обратной связью, замыкание которой можно зафиксировать через нелинейный элемент с нестандартной статической характеристикой и переменной зоной нечувствительности

Измерения показывают, что время выбега рабочего органа питателя лежит в пределах 0,2-0,6 с и существенно влияет на величину погрешности дозирования Влияние выбега рабочего органа питателя на погрешность дозирования может быть скорректировано соответствующей настройкой задатчика массы дозы с учетом момента выключения дозатора Время опережения выключения дозатора должно быть для каждой дозы индивидуальным, настроенным с учетом переменных характеристик потока материала и дозатора

С увеличением плотности потока материала увеличивается время выбега рабочего органа питателя. Условием управления дозированием с учетом динамики поступления материала в виде изменяющегося расхода питателя является

о,~аф + к&„( 0, (1)

где 0,,Оф- заданная и фактически отдозированная массы материала, К\ - коэффициент, учитывающий время выбега рабочего органа питателя

С учетом плотности р материала питателя формируется динамическая величина массы ДО - К2р , определяющая погрешность дозирования от выбега

01 =Оф + К'2р.

Скорость рабочего органа питателя в процессе дозирования будет существенно зависеть от изменения дозируемой массы

Необходимо определить оптимальные параметры настройки привода следящей системы стабилизации скорости рабочего органа питателя, которая включает в себя объект регулирования - привод (инерционное звено первого порядка), тахогенератор, датчик и вторичный прибор, элемент умножения

В качестве управляющего прибора в дозаторе используется регулятор типа РПИ-Б, который посредством бесконтактного тирис горного пускателя или контактного пускателя управляет асинхронным двигателем

При учете зоны нечувствительности регулятора и инерционности исполнительного механизма его передаточная функция будет

Р.

Г р р

-МР),

где Кр =

'од 1С

е(Р) Р(ТимР + П коэффициент передачи регулятора, Тт

постоянная времени

исполнительного механизма, ц(Р) коэффициент гармонической линеаризации нелинейности.

Применяя для расчёта системы метод гармонического баланса, получим'

I»-

2 Т. • Тт

я Гж/+71

-КТ, ■К.

п

эд

Это неравенство позволяем осущеовлять выбор передаточного числа редуктора из условия отсутствия автоколебаний

Для улучшения степени стабилизации скорости рабочего органа питателя можно ввести дополнительные обратные связи, рассматриваемые в двух вариантах а) линейная по скорости иос = к ис рр¡1б) не линейная с квадратичной зависимостью от скорости (рис 2) Граница устойчивости системы находится из выражения

з^2ж3ъ{г1Т2п%- ¡Щ- т,т2 а % У + (т1 + т2 У п %

64 с2к23к24

линатая часть

Ф)

м.

(Т,р+!)(Т3р+0

*"РА

немт

йгйи

Второемнейная часть

"Гас

Р

*-рА

Рис 2 Структурная схема - системы с обратными связями

Введение обратной связи расширяет область устойчивости и увеличивает эффективность своего действия при изменениях коэффициента кос

В момент остановки дозатора величина погонной нагрузки рабочего органа скачкообразно уменьшается, что указывают на наличие систематической погрешности дозирования в зависимости от величины заданной дозы и точки настройки дозатора

-100%

Преобразование этой формулы дает

Г г. \

я

систи

иастр |

(1 - к)- 100% (2)

Таким образом, систематическая погрешность является функцией отношения масс настройки к заданной дозе и поправочного коэффициента системы Чем ближе поправочный коэффициент системы к единице, тем меньше величина систематической погрешности, а вблизи точки настройки систематическая погрешность дозирования практически равна нулю Таким образом, синтезированная структура системы циклического дозирования позволяет эффективно влиять на снижение погрешностей дозирования, учитывая изменение плотности материала дозируемых компонентов и время выбега рабочего органа питателя после отключения дозатора

В третьей главе исследованы режимы загрузки весового бункера, произведен сравнительный анализ питателей сыпучих компонентов на основе статистических характеристик неразрывного потока материала

Динамическая ошибка дозирования возникает из-за воздействия на систему различных случайных возмущений Очевидно, что подход к исследованию систем дозирования должен быть основан на знании закономерностей изменения этих возмущений.

С целью выявления статистической картины истечения сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси была проведена запись сигнала с датчика, который измерял момент от силы тяжести массы материала, подаваемого питателем

Запись процесса истечения сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси производилась на асфальтос месите л ьной установке ДС-118-4, оборудованной типовым расходным бункером и весовым автоматическим дозатором СБ-72Л

С достаточной степенью точности можно считать, что изменение массы материала, подаваемого из бункера питателем, представляет собой последовательность скачков со случайным периодом следования Распределение плотности вероятности амплитуд скачков изменения массы сыпучего материала, подаваемою из накопительного бункера, близко к

нормальном) На рисЗ приведены результаты испытаний питателя минерального порошка в виде интегральных кривых распределения абсолютной погрешности дозирования Д На рис 4 изображены графические зависимости среднеквадратической погрешности а от изменения значений настроечных параметров К и Л ленточного питателя при испытаниях его на песке Очевидно, что изменение высоты слоя материала на ленте питателя оказывает более сильное влияние на изменение а, чем изменение скорости V

минерального порошка 1 - 6,5 т/час; 2-9-11 т/час; 3 - 14-18 т/час, 4 - 24-26 т/час, 5 - 38-40 т/час

2 К«** Vm ах

8 6 к г

О л ло зо fa so io го so зо Too

Рис 4 Зависимость среднеквадратической погрешности от производительности питателя при

подаче песка

Одной из основных причин высокой погрешности дозирования - одностадийное взвешивание без разделения этого процесса на грубое и точное взвешивание, при котором

основная часть материала дозируется в режиме (рубого взвешивания (большая порция за короткое время) и оставшаяся - в режиме точного взвешивания или досыпки (малая порция за длительное время)

Для определения режимов работы питающих устройств дозаторов циклического действия в зависимости от требуемой точности и производительности построена номограмма, позволяющая находить требуемые производительности Q-, и 0т> питателя при дозировании сыпучих материалов в зависимости от следующих величин Д, п, Gq, где Q, -производительность питателя в режиме "точного" взвешивания, Q.v - производительность питателя в режиме "грубого взвешивания", Л - допустимая погрешность дозирования, п -количество последовательно подаваемых фракций, Пч - масса материала, подаваемая в режиме "точного"' взвешивания

Общий цикл дозирования, исходя из требований, предъявляемых к производительности дозаторов, принимался равным 35 с и 45 с Номограмма (рис. 5) построена для смесителя емкостью 750 л

в режиме «грубого» погрешность дозирования

взвешивания

Рис 5 Номограмма определения режимов дотирования

Задача измерения плотности потока решена с помошью резонансного высокочастотного метода Формирование электромагнитных полей со свойствами инвариантности часто ш

й) = ^ ( где р - плотность материала) к форме распределения контролируемой

т]ар +1

движущейся среды осуществляется с помощью датчика в виде длинной линии, охватывающей контролируемый объем (рис б)

Рис.6 блок-схема измерителя плотности материала:

1- датчик, 2- генератор; 3 - делитель частоты, 4- преобразователь частоты в напряжение

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований процессов циклического дозирования с непрерывной подачей сыпучих компонентов асфальтобетонных смесей

Первый этап экспериментальных исследований был связан с определением погрешностей дозирования при различных сочетания скорости ленты транспортера V и высоты слоя материала на ленте h. В результате исследований был определен оптимальный режим работы питателя, обеспечивающий минимальную погрешность дозирования

В качестве критерия выбора оптимального сочетания скорости ленты весового транспортера и высоты слоя материала на ленте принималось минимальное значение среднеарифметической погрешности, а при двух и более сочетаниях с одинаковой среднеарифметической погрешностью за оптимальное принималось сочетание, об^печивающге меньшее среднеквадраяческое отклонение погрешности дозирования при наилучшем сочетании скорости ленты транспортера и высоты слоя материала на ленте В качестве контрольных точек измерения погрешностей принимались дозы 100,200, 300, 400, 450 кг Результаты экспериментов пошали, что оптимальное сочетание Кий соответствует скорости ленты транспортера 0,1 м/с при высоте слоя щебня - 5-20 мм и высоте слоя песка -200 мм

Дальнейшие исследования проводились при оптимальном сочетании скорости ленты транспортера и высоты слоя материала.

Разрабо генная методика автоматической коррекции погрешностей циклического дозирования сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси использует эффект среднего по нескольким экспериментам. Качество процесса, оцениваемое по величине погрешности повышается Можно существенно улучшить результат, если воспользоваться оперативной информацией о свойствах компонента в цикле набора заданной дозы

Непрерывные измерения плотности материала в цикле дозирования позволяют рассчитывать текущее значение систематической погрешности дозирования, по нему определять поправочный коэффициент К и корректировать заданное значение дозы Динамическая погрешность дозирования, связанная с выбегом рабочего органа питателя станет еще меньше

На рис 7 даны результаты статистического анализа погрешностей дозирования расхода с учетом коррекции заданной дозы, при учете влажности материала и выбега рабочего органа питателя при остановке дозатора

Сравнение расчетной система гической и экспериментальной погрешностей дозирования для дозаторов показало их практическое совпадение, подтверждая тем самым возможность коррекции заданной величины дозы с учетом систематической погрешности дозирования в функции значения настройки и величины заданной дозы

Рис 7 Статистические распределения погрешностей дозирования с учетом коррекции

1 Исследование циклических дозаторов, применяемых на асфальтосмесительных установках периодического действия для отмеривания сыпучих компонентов, показало, что при установленных по ГОСТу ограничениях на время одного замеса и заданных показателях производительности установок обеспечить заданную погрешность измерений удается с вероятностью не выше 70-80% Необходим перевод дозаторов сыпучих компонентов в режим точного взвешивания, по алгоритму двухстадийной загрузки весового бункера с

Ля> цепенпхг Л'Щеьам ¿лл Л»Л>/ л-6га, т-азЦ,

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

изменяющимся в зависимости от величины дозы порогом грубой массы и досыпкой в режиме точного взвешивания

2 Предложена функциональная структура дозатора циклического действия с регулируемой подачей материала в режиме «грубого» и «точного» взвешивания, адекватная процедуре реального механизма образования ошибок в процессе дозирования Синтезированная структура является рабочим инструментом оценки свойств системы циклического дозирования, учитывающей изменение плотности материала и время выбега рабочего органа питателя после отключения дозатора.

3 Разработана методика и построена номограмма для определения режимов работы питающих устройств в зависимости от требуемой погрешности и производительности циклических дозаторов сыпучих материалов

4 Разработана методика прогнозирования изменения расхода при выбеге рабочего органа питателя, с учетом динамики поступления материала и введением переменного опережения отключения дозатора

5 Разработана методика стабилизации скорости рабочего органа питателя с использованием линейных и нелинейных обратных связей

6 В результате экспериментальных исследований получено оптимальное сочетание скорости ленты весового транспортера маятниковой подвески ленточного питателя и высоты слоя материала на ленте, обеспечивающих минимальную погрешность дозирования.

7 Решена задача измерения плотности потока с помощью резонансного высокочастотного метода, обладающего, в отличие от существующих экспресс-методов, высоким быстродействием и точностью измерения, не внося механических возмущений в поток движущегося материала

8 Экспериментальные исследования подтвердили результаты, полученные теоретическим путем.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 В И Абдулханова Н И Бокарев, В Д Мдивани Определение режимов дозирования при непрерывно-циклической подаче компонентов асфальтобетонных смесей // Электронные системы управления на транспорте и строительстве Сб науч тр. - М МАДИ 2003, с 39-43

2 ЕИ Бокарев, В Д Мдивани Оценка систематической погрешности дозаторов непрерывного действия// Электронные системы управления на транспорте и строительстве Сб. науч тр -М МАДИ 2003, с. 18-21

3 АА.Кальгин, Е.И.Бокарев, В.Д.Мдивани. Разработка системы дозирования с учетом влажности заполнителей// Электронные системы управления на транспорте и строительстве Сб науч тр - М МАДИ 2003, с 59-62

В Д Мдивани, И Ю Ларкин, В И Марсов Определение режимов автоматического циклического дозирования сыпучих составляющих строительных смесей //Механизация и автоматизация строительства и строительной индустрии Сб науч. тр. - М. МГСУ 2004, с. 91-95.

В Д Мдивани, А Ф Тихонов, В И.Марсов. Автоматическое регулирования однородности дозируемых компонентов бетонной смеси. Сб науч тр Секции «Строительство» РИА Вып. 1,2005, с 151-156

В Д Мдивани, А Ф Тихонов Системы измерений параметров технологических процессов в строительство// «Интерстроймех-2005» Сборник докладов международной научно-технической конференции -Тюмень, 2005, с 24-27

i

t«.

с

г

4

V

КОПИ-ЦЕНТР св. 7: 07: 10429 Тираж 100 экз. Тел. 185-79-54 г. Москва, ул. Енисейская д. 36

/ /1 ^ Л ^

РНБ Русский фонд

2007-4 54

* У-V *ч

УТЛ

09 ИЮН 2005

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДОЗИРОВАНИЯ

СЫПУЧИХ КОМПОНЕНТОВ НА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ЗАВОДАХ

1.1. Назначение и классификация асфальтосмесительных установок

1.2. Состав и свойства асфальтобетонных смесей

1.3. Весовые автоматические дозаторы дискретного действия для сыпучих материалов

1.4. Методы и системы управления циклическим дозированием в строительстве

1.5. Технологические характеристики дозируемых материалов

1.6. Основные технологические схемы циклического дозирования

1.7. Математическое описание процесса циклического дозирования

1.8. Влияние реактивного динамического давления потока на погрешности дозирования

1.9 Влияние характера загрузки весовой емкости на погрешность дозирования 53 1.10.Влияние нечувствительности и запаздывания исполнительного механизма выпускного затвора весового бункера

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПИТАТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ

КОМПОНЕНТОВ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

2.1. Динамическая структура циклического дозатора

2.2. Учет выбега весового транспортера и динамики поступления материала в весовой бункер

2.3. Стабилизация скорости ленты весового транспортера

2.4. Учет нелинейности в системе стабилизации оборотов привода ленты весового транспортера

2.5. Система стабилизации скорости рабочего органа питателя

2.6. Оценка систематической погрешности и наличия величины массы в столбе падающего материала

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ДОЗИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ

СМЕСИ В РЕЖИМЕ ГРУБОГО И ТОЧНОГО ВЗВЕШИВАНИЯ

3.1. Режимы загрузки весового бункера дозатора

3.2. Исследование характера истечения сыпучих материалов

3.3. Методика экспериментальных исследований

3.4.Питатели сыпучих компонентов асфальтобетонной смеси

3.5. Питатели минерального порошка непрерывного действия

3.6.Номограмма определения режимов дозирования минерального порошка

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ

4.1 .Задачи экспериментальных исследований

4.2. Оценка систематической погрешности дозирования

4.3. Экспериментальные исследования дозаторов с учетом систематической погрешности

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Развитие строительного комплекса РФ предполагает увеличение заводского изготовления асфальтобетонных смесей, поэтому проблема повышения эффективности действующего оборудования путем выявления скрытых резервов и совершенствования существующей технологии приобретает в настоящее время важное значение как один из путей увеличения производительности труда и улучшения качества продукции.

В схеме завода по производству асфальтобетонных смесей смесительные установки, объединяющие дозировочное и смесительное оборудование, играют важнейшую роль, так как здесь закладываются основы качества строительных смесей. Производительность и точность дозировочного оборудования оказывает существенное влияние на эффективность работы всего завода.

Общие технологические требования к процессу дозирования составляющих в производстве асфальтобетонной смеси, а также требования к средствам автоматизации для измерения и дозирования массы сформулированы в результате научных исследования И.Н.Ахвердова, Ю.М.Баженова, В.А.Баумана, Г.И.Горчакова, А.Е.Денисова, Г.Г.Зеличенка, А.Г.Комара, К.М.Королева, Л.А.Малининой, В.В.Михайлова, В.А.Огиевича, И.Г.Совалова, Ю.Г.Хаютина, С.В.Шестоперова и др.

Вопросам технологии и автоматизации приготовления бетонной смеси посвящены труды И.С.Вайнштока, В.А.Воробьева, А.А.Богданова, А.Э.Гордона, Р.С.Тиллеса, Л.И.Никулина, В.А.Дорфа.

Созданием весодозировочного оборудования и систем управления дозированием, а также вопросам технологии дозирования занимаются ВНИИСтройдормаш, ВНИИжелезобетон, ЦНИИОМТП, НИКИМП и ряд других организаций и институтов. Усилиями этих организаций разработан и налажен серийный выпуск дозаторов и устройств управления к ним для технологического процесса производства асфальтобетонной смеси.

Результаты обследования асфальтобетонных заводов 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 циклического дозирования. Причинами такого положения являются: недостаточная изученность объектов контроля и управления; отсутствие научно обоснованных методов и рекомендаций, направленных на повышение точности циклических дозаторов в автоматическом режиме взвешивания.

Основной парк дозаторных установок циклического действия АБЗ составляют серийно выпускающиеся дозаторы тонкодисперсных материалов, дозаторы заполнителей АВДИ-1200 и дозаторы жидкости АВДЖ425/1200 с рычажной весовой системой и циферблатным указателем. Выпуск рычажных дозаторов в РФ и за рубежом не сокращается.

В промышленности по производству асфальтобетонных смесей насчитывается свыше 4000 предприятий общей мощностью более 125 млн.м3 асфальтобетона в год, большинство этих предприятий нуждается в совершенствовании циклической технологии дозирования, а ряд и в повышении эффективности автоматизации смесительных узлов.

К настоящему времени по вопросу автоматического управления циклическим дозированием имеется ряд разработок, однако, практические достижения при использовании автоматических систем управления вряд ли могут считаться удовлетворительными, так как точность дозирования этих систем в условиях динамических воздействий падающего материала в бункер дозатора остается низкой.

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 комплексе с циклическим дозатором в динамическом режиме взвешивания имеют низкую точность и не отвечают требованиям дозирования компонентов смеси.

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

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследование циклических дозаторов, применяемых на асфальтосмесительных установках периодического действия для отмеривания сыпучих компонентов, показало, что при установленных по ГОСТу ограничениях на время одного замеса и заданных показателях производительности установок обеспечить заданную погрешность измерений удается с вероятностью не выше 70-80%. Необходим перевод дозаторов сыпучих компонентов в режим точного взвешивания, по алгоритму двухстадийной загрузки весового бункера с изменяющимся в зависимости от величины дозы порогом грубой массы и досыпкой в режиме точного взвешивания.

2. Предложена функциональная структура дозатора циклического действия с регулируемой подачей материала в режиме «грубого» и «точного» взвешивания, адекватная процедуре реального механизма образования ошибок в процессе дозирования. Синтезированная структура является рабочим инструментом оценки свойств системы циклического дозирования, учитывающей изменение плотности материала и время выбега рабочего органа питателя после отключения дозатора.

3. Разработана методика и построена номограмма для определения режимов работы питающих устройств в зависимости от требуемой погрешности и производительности циклических дозаторов сыпучих материалов.

4. Разработана методика прогнозирования изменения расхода при выбеге рабочего органа питателя, с учетом динамики поступления материала и введением переменного опережения отключения дозатора.

5. Разработана методика стабилизации скорости рабочего органа питателя с использованием линейных и нелинейных обратных связей.

6. В результате экспериментальных исследований получено оптимальное сочетание скорости ленты весового транспортера маятниковой подвески и высоты слоя материала на ленте, обеспечивающих минимальную погрешность дозирования.

7. Решена задача измерения плотности потока с помощью резонансного высокочастотного метода, обладающего в отличие от существующих экспресс-методов высоким быстродействием и точностью измерения, не внося механических возмущений в поток движущегося материала

8. .Экспериментальные исследования подтвердили результаты, полученные теоретическим путем.

1. Абуталиев Ф.Б., Барский Р.Г., Умирбеков Д.А. Вопросы синтеза системы управления группой объектов / Вопросы кибернетики. Труды АН Узб.ССР, Ташкент, 1981. С.29-34.

2. Абуталиев Ф.Б., Барский Р.Г., Умирбеков Д.А. Выбор оптимальной системы управления дискретным дозированием многокомпонентных смесей / Вопросы кибернетики Труды АН Узб.ССР, Ташкент, 1983. С.56-59.

3. Автоматизация процессов дозирования в металлургии. Под ред. J1.A. Шиловича. -М.: Металлургия, 1977, 401 с.

4. АгалецкийП.Н. Динамические измерения механических виличин "Метрология и измерительная техника". Т.2, ВИНИТИ, М., 1972. С. 16-17.

5. Агрба Н.З. Система автоматизированного связного управления дозированием бетонной смеси максимальной производительности с изменяющейся структурой. -М., 1990. -20 с. МАДИ.

6. Агрегированный комплекс средств измерения и дозирования, Всесоюзное НТС. Одесса 1981. Тез.докл. -М. 1981. -20 с.

7. Автоматизированные технологические комплексы дозировочно-смесительных и химических производств: Сб.науч.тр./ Киев. 1987. -12 с.

8. Автоматизированный растворно-бетонный узел. М.Гос ИНТИ, 1970.9 с.

9. Алексеев Г.Ф. Методы и средства контроля точности весовых дозирующих устройств непрерывного действия. М. ЦНИИ ГЭИ приборостроения, 1977. -45 с.

10. АСУ процессами дозирования. -JI.: Машиностроение. (А.А. Денисов и др.), 1985. -23 с.

11. Бау М.М. Отечественные и зарубежные весовые автоматические дозаторы заполнителей бетона и цемента. М.: ЦНИИТИ Строймаш, 1973, 52 с.

12. Бау М.М. Весовые автоматические дозаторы непрерывного действия. М.: ЦНИИТИ Строймаш, 1977, 48 с.

13. Барский Р.Г., Битеев Ш.В., Душимов Ю.Г. Автоматизация технологических процессов приготовления бетона. Алматы: Гыдым, 1991. С.136.

14. Барский Р.Г. Критерии эффективности при синтезе оптимальных алгоритмов управления многокомпонентным связным дозированием// Известия ВУЗов. Сер.Строительство и архитектура. №3. 1981, с. 86-92.

15. Видинеев Б.Д. Дозаторы непрерывного действия. -М.: Энергия. 1978. -183 с.

16. Вахламов В.А., Костров В.П. Исследование режимов загрузки весового бункера циклического дозатора. Труды ГИСИ. Горький, 1978, вып. 68, с. 3-10.

17. Вахламов В.А., Костров В.П. Система автоматического управления дозаторами циклического действия с сельсином в качестве датчика массы. Труды ГИСИ. Горький, 1978, вып. 60, с. 23-26.

18. Вентцель B.C. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. С.576

19. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: 1971.

20. Вентцель Е.С., Овчаров J1.0. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 364 с.

21. Воронов А.А. Основы ТАУ. М.: Наука, 1988. -48 с.

22. Гросман Н.Ч., Шнырев Г.Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. -М.: Машиностроение, 1988, 292 с.

23. Гордон А.Э. Микропроцессорные системы автоматизации управления бетоносмесительных заводов ЖБИ. -М.: ВНИИЭСМ. 1986. -12 с.

24. Горенко И.Г. Двухуровневое управление процессами приготовления смеси в производстве строительных материалов. JL, 1998. - 19 с.

25. Гросман Н.Я., Шнырев Г.Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. -М.: Машиностроение, 1988. -292 с.

26. Григорьев А.Н. Устройство для снижения погрешности дозирования сыпучих материалов на базе инерционных алгоритмов: Автореф. Диссертациии на соиск. Учент. Степ. Канд.техн. наук. Одесса, 1985. -16 с.

27. Деревякин Н.А. Современное оборудование для подачи материалов. -М.: ЦНИТИхимнефтемаш, 1988.

28. Денисов А.А., Колесников Д.Н. теория больших систем управления. Л.: Энергоиздат, 1982. 284 с.

29. Десов А.Е. Автоматическое регулирование жесткости и подвижности бетонной смеси. -М.: Стройиздат, 1969.

30. ЗЬКарпин Е.Б. Расчет и конструирование весоизмерительных механизмов и дозаторов. М.: Машгиз, 1963, 241 с.

31. Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования масс. М.: Машиностроение, 1979, 411 с.

32. Костров В.П. Совершенствование цикличной технологии дозирования компонентов бетонной смеси. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -М., 1980, 182 с.

33. Марсова Е.В., Клименко А.С. Системотехническое проектирование дозирующих устройств. Ж: "Строительство", Новосибирск №7, 1995.

34. Масленникова Г.Н., Бученкова А.Ф. Сырьевые материалы и расет массы высоковольтного фарфора. М.: Информэлектро, 1979, 48 с.

35. Маврин К.А. Исследования и создание дозировочного оборудования дискретного действия для сыпучих составляющих бетонной смеси. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -М., 1974, 173 с.

36. Марсов В.И., Славуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. -J1.: Стройиздат, 1975, 393 с.

37. Марсова Е.В., Абдулахнова М.Ю. Автоматизированная система обработки информации и управления связными параллельными процессами.// Комплексные система автоматизированного управления . Сб.науч.тр. МАДИ,1998.

38. Марсова Е.В., Воробьев В.А. Новое поколение дозирующих устройств непрерывного действия. Ж.: "Строительство" №1, Новосибирск,1999.

39. Метод рекомендации по внедрению САУ дозировочно-смесительного оборудования. -Киев: НИИСП, 1982.

40. Месарович, Д.Мако, И. Такахара. Теория иерархических многоуровневых систем. М. "Мир", 1973.

41. Мееров М.В. Системы многосвязного регулирования. -М.:, Наука. 1967. -341 с.

42. Мордкович Б.И. Системы питания технологических линий химических производств. -М.: Химия, 1976. -172 с.

43. Михайлович B.C., Кукса К.И. Методы последовательной оптимизации. -М.: Наука, 1983, -207 с.

44. Немеровский А.С. Интеграторы измерительных приборов. Гос.изд., Стандартов. -М. 1970. -341 с.

45. Никольский И.П. Исследование технологии дозирования сыпучих материалов ленточными дозаторами циклического действия. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1971, 192 с.

46. Новиков А.Н. Асфальтосмесительные установки. М.: Высш. шк., 1987.-207 с.

47. Петров Е.Б. Автоматизация процесса дискретного дозирования сыпучих компонентов стекольной шихты. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Киев, 1975, 177 с.

48. Попов Е.П. Теория линейных САР и управления. -М.: 1989. -301 с .

49. Поляков В.И. Автоматизация дозирования и учета расхода компонентов смеси. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Воронеж, 1994. -17 с.

50. Петров Б.Н., Емельянов С.В., Уланов Г.М. Оптимизация и инвариантность в системах автоматического регулирования с переменной структурой // Труды 2 международного конгресса ИФАК по автоматическому управлению АН СССР, 1963.

51. Первозванский А.А. математические модели в управлении производством. -М.: Наука, 1975. -616 с.

52. Полунов Ю.Л. Цифровые измерительно-управляющие устройства тензометрических весов и дозаторов. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -151 с.

53. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов. -М.: Химия, 1978. -173 с.

54. Сигуа Р.Г., Гаприндашвили М.Т. Вопросы автоматического дозирования компонентов агломерационной шихты. ВНТС М., 1974, с. 18 -19.

55. Сергеев В.А. Контроль приготовления бетонорастворных смесей с заданным В/Ц. -Л.: 1988. -19с.

56. Силаев А.Б. Система оперативного управления технологическим процессом связного дискретного дозирования компонентов бетонной смеси. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. -Калинин.: 1984. -19 с.

57. Славуцкий В.А. Исследование автоматических весовых дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. -М.: 1974. -19с.

58. Скрипка О.В. Применение связного многокомпонентного дискретного дозирования в технологическом процессе приготовления бетонных смесей. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук -М.: 1981. ЦНИИОМТП. -18 с.

59. Солодовников В.В. Статистическая динамика линейных систем автоматического управления. -М.: Физматгиз, №960. -556 с.

60. Титов М.А. Исследование и создание комплекса оборудования непрерывного действия для бетонных смесей. ВНИИСтройдормаш. -М.: Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук 1974, -22 с.

61. Тихонов В.Е. Основы теории систем. -М.: 1976. -72 с.

62. Товбин Л.И. Регуляторы ленточных дозаторов с консольными грузоприемными устройствами. "Механизация и автоматизация производства". №5, 1968. -12-15 с.

63. Трахтенберг В.Д. Исследование автоматических весовых дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук -М.: 1974. -19 с.

64. Утеуш Э.В., Утеуш З.В. Введение в кибернетическое моделирование. -М.: Энергия. 1971. -218 с.

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

66. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Оборонгиз. 1957. -539 с.

67. Цирлин A.M. оптимальное управление технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1986. -396 с.

68. Шорон О.Е. Адаптивная система САУ приготовления бетонных смесей. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. КИСИ. Киев. 1988. -16 с.

69. Шуляк J1.A. Влияние колебаний весовой системы на точность дозирования. Энергетическое строительство, 1979, №5, с. 12 15.