автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Интенсификация процессов производства керамических плиток

Московский ордена Ленина- и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

ДО ТХИ ЛОАН

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТОК

ч

Специальность 05.13.16—Применение вычиблитеЛьнон техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева на кафедре кибернетики химико-технологических процессов.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент В. П. Плютто.

Научный консультант,— главный технолог ПК «Гончар», В. В. Бабаева.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор М. А. Вердиян; кандидат технических наук, доцент И. А. Макаров. • •

Ведущая организация — Производственный кооператив «Гончар» (г.

ванного совета Д 053.34.08 в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева по адресу: 125190 Москва, А-190, Миусская пл., дом 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан 1992 г.

Защита состоится

Ученый секретарь специализированного совета

Д. А. БОБРОВ

ОР!л'ДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Рост потребности народного хозяйство п керамических изделиях требует - наряду с покышегшем э/йюктибности иопользоваш1я производственного оборудования - необходимости соблюдения оптимальных технологически и технико-экономических требований на производства.

Наличие возмущений, таких как неопределенный характер изма-некия состава поступающих сырьевых компонентов, случайное измене-ннэ технического состояния технологического оборудования, изменение технологических характеристик полупродуктов и.т.п. существенно влияют на эффективность функционирования производства и создают дополнительные трудности при проведении производства по их оптимальному режиму.

В настоящее время очевидно, что решение указанных выше проблем может Сыть осуществлено только на основе использовашхя современной техники, методов математического моделирования и планирования работы технологических аппаратов и производств.

В связи с этим разработка новых числены^ алгоритмов расчета, оптимизации и управлешгя технологическими процессами при налички возмущенга, а такие применение математических методов для планирования работа производства являются актуальными.

Цель работ!!: интенсификация процессов керамического производства. Для этого необходимо :

- проведение анализа технологических процессов керамического производства для выявления узких мест, определяющих производительность -и качество готоеой продукции;

- разработка численных алгоритмов автоматизированного расчета заданной сырьевой смеси в условиях колебаний химического состава сырьевых компонентов;

- разработка числешшх алгоритмов для решения задачи составлеш1я оптимального календарного плана работы периодических аппаратов и производств;

- исследование функционирования процесса обжигп керамических плиток на поточно-конвейерных линиях с целью получения математической модели, описывающей зависимости между характеристиками входных и выходных параметров в керамическом производстве;

- разработка алгоритма управления температурным ректом оокнга 1"7>акических плиток на поточно-конвейерных линиях.

Научная новизна. Разработан и реализован обобщенный алгоритм автоматизированного расчета сырьевой смоси керамического производства в условиях постоянного изменения химического состава сырьевых компонентов и в условиях неопределенной информации об изменении этих величин.

Предложена полная классификация задач составления расписаний работы одно- и много-продуктовых периодических производств с параллельными аппаратами, учитывающая характеристики аппаратов, критерии оптимизации и серийность производства. Формализованы математические модели задач составления расписаний работы этих производств.

Разработана стратегия постепенного улучшения решения поставленных задач, основанная на сочетании эвристического метода и локального поиска для решения возникающих задач.

Предложена сетевая модель в виде сети Петри для параллельно-работающих периодических аппаратов с целью логического управления ими.

Разработан алгоритм управления температурным режимом обжига керамических плиток с использованием математической модели при изменении химического состава, начальной влажности и давления прессования плиток.

Практическая ценность работа. Проведенные в работе исследования позволяет повысить эффективность функционирования керамических производств.

Создан обобщенный алгоритм автоматизированного расчета сырьевой смеси керамического производства с учетом колебания химического состава сырьевых компонентов.

Разработаны эвристический алгоритм решения задачи составления расписания работы периодических мельниц для получения шликера и численный алгоритм решения задачи календарного планирования керамического производства при получении различных видов глазурей.

Разработан алгоритм управления температурным режимом обжига керамических плиток в роликовых конвейерных печах.

Внедрение разработанных алгоритмов управления и контроля производства молит повысить на 15-30 % производительность керамического производства. . Ожидаемый экономический эффект составляет 210 тыс. руб/год (по уровню цен на 1.06.1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научных ра-

боты.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Работа изложена на-7, '-Гетр. машинописного текста, со-дергмт /7 рзгсунков, ¿1_таблиц. Список использованной литературы включает уУ наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

В первой главе рассмотрены характерше особенности керамического производства. Выявлены основные технологические процессы и оборудование, ограничивающие производительность производства в целом и определяйте качество готовой продукции. Такими процесса;«! являются процесс получения керамического шликера и процесс обкига керамических плиток. Изложены основные достижения в стране и за рубежом в области моделирования, оптимизации и управления каядам отдельным технологическим процессом и керамическим производством в целом.

Анализируя современное состояние производств керамических плиток, следует отметить, что производство представляет собой системы непрерывного или полунепрерывного типа, характеризующиеся наличием больного числа разнотипных энергоемких аппаратов. Однако, степзнь автоматизации, применение вычислительной техники в керамическом производстве значительно отстает от других отраслей.

Проведен подробный анализ опубликованных работ, посвященных календарному плакированию работы оборудования,управлению процессом получения сырьевой смеси, температурным режимом обжига керамических плиток на поточно-конвейерных линиях.

На основе проведенного литературного обзора и анализа конкретных технологических ситуаций на практике сформулированы задачи, которые необходимо решить в настоящей диссертационной работе.

Глава 2. Автоматизированное управление процессом приготовления сырьовой смеси.

Керамические изделия производят из смеси пластичных и ото-щающих компонентов сырья. Несмотря на различные технологии приготовления сырьевой смеси, процессы ее подготовки однотипны и представляют собой многокомпонентное смешивание. Важной задачей при управлении этим процессом является дозирование компонентов с делью получения смеси заданного состава. Сложность проце 'а сме-нения в керамическом производстве заключается в том, то при смешении исходных компонентов, каждый из них содергаи большое количество оксидов в определенных соотношениях. Необходо' полу-

чить смэсь, имеющую заданную концентрацию каждого оксвда. Б условиях постояного колебания состава и свойств исходных компонентов свсевремонное изменение соотношнил этих компонентов является залогом выпуска качественной продукции. Для этой цели, разработана автоматизированная система расчета сырьевой смеси с любым числом сырьевых компонентов. В основе этой системы лежит численный алгоритм расчета шихтовой смеси керамической массы или глазури, который охватывает самые разнообразные случаи на керамических заводах по способу задания состава требуемой сырьевой смеси, по числу и виду сырьевых компонентов, а также по характеру исходной информации об их составе.

Во всех случаях, сформулированная задача представлена в виде задачи решения системы линейных алгебраических уравнений(СЛАУ) в трех вариантах( когда число уравнений m больше, равно и меньше число переменных п ).

Для расчета шихтовой смеси:

N IU0 -Р., _

V--------J. А . х = b 1=1 .М

3=1 100 ( 1 )

N

S = 1

3=1

где N - число компонентов; М - число оксидов, входящих в исходные компонента ; A^j - содержание 1-го оксида в J-ом сырьевом компоненте (1=Г7¥ ; 3=Г7К); bj - содержание 1-го оксида в шихтовой смеси; Xj - доля J-го сырьевого компонента, входяцегося ь шихтовую смесь; Р^ - потеря 3-го компонента при прокаливании (ппп). При этом m - М + 1 ; п = N.

Для керамических производств типичен случай, когда m>n. лигда исходная.задача сводится к задаче оптимшзшаш:

F(X) = Д ßl . ( Д А1Г Xj - tj)2

F(x) -> min l=l"7n; 3=i7rn )

x = { x, , x2 ,.. . , xn}

где F(x) - критерий оптимизации; fb - коэффициент значимости 1-го уравнения.

Предложенная выше методика использована и для решения задачи расчета смеси полупродуктов. В случае, когда имеются только диапазоны изменения состава сырьевых компонентов, для учета влияния внешних возмущений на их химический состав .проведены имитчцигч'Н'у.!

-s-

ноделгроваккз с целью пзнсхэнзм на::болзо вероятного состава сырьевых вдлгснептоа я расчет сырьевой смоси с ¡лжш.чйлыщп отклонением от задшшого состава. В результате этого ;.:о::сно дать рекомендации с допустимом диапазоне ¡:згзт;эпнй долой исходных компскен-гов. Дли всех случаев предложен оСсбдешгый численный алгоритм расчета сарьсзой с:.юси ( р::с.1).

РазработашгыЗ комплекс программ расчета реализован на яэрсо-налышх компьшзрах типа IBM PC в среде Quick-Basic 4.5.

С применением разработанного коютлзкса програ:,?.» проведены расчеты для различиях практических случаев

Исходное данные

т

Рлава_3. Разработка численных алгоритмов для решения задач

составления расписания работы параллельных периодических аппаратов в керамическом 1фоизводстве.

В этой глазе рассмотрена проблема оргашзации работы параллельных периодических аппаратов и производств. В керамическом производстве используются периодические шаровые мелышцы для измельчения сырьсшх компонентов при получении шекера и различных видов глазурчй. Эти пэдсиотега представляют собой одно- и кного-продуктоиге производства соотве?отпешю(р1:с.2а,б).1 Для нях сформулированы задачи составления оптимального календарного плакирования

П=П,

"V

~Г

спз

к1_ (3=1, Г,1)

.. т.

а.Схема получения б. Схема получения глазурей

шликера 3=1,т

Рис.2. Структурная схема подсистем измельчения сырьевых смесей

Для однопродуктовых производств, в которых работает и параллельных периодических аппаратов, эта задача возникает, когда одновременно возмохаго обслуживать только ограютенное число аша-ратов К, причем 1< Е1 < т. В случае, когда одновременно число ггшаратов, которые готовы к обслуживанию, больше Н, то возникает простой оборудования. На рис.3 приведен временной цикл работы каждого периодического аппарата. В общем случае Т^, р^ разные для каждого аппарата. * Д Д

3

Ркн

-гЧ—

Гр1 4+1 ак+1 к+1

т1

Т,., время начала, пйодожителыюсть к-го рабочего цикла 1-го аппарата; рс - продолжите-ность обслуживания 1-го > аппарата (загрузка, разгрузка продукта, очистка) Рис.3. Временной цикл работы одного периодического агшарата.

Итак необходимо выпускать п порций продукта на ш параллельных периодических аппаратах однопродуктового производства. Математически эта задача имеет вид: 1 < Н <п Для ч = 1~Тн если 1(ч) = 1 ; т!; = М-Ш ч +

если 1(4) 1 1

•■а

тк г

+ 1'

1(4)

гдэ l(q) ~ J (г) ; l(q) - Кг) 1

,Длл q = (П ГУ]п :

если Uq> = 1 то ïilî(q) TRliq)

если l(q) -f 1 го ï!!l;q) " xr (4)

где I(q) - i(r) ; l(q) = l(rj +1

1 (<]) - I (q) 4 1

rj . maxi e}j4j; rn.1n( T*q_(iM ,>;... ¡Т^Ьр1^

где iq - номер аппарата, на котором оОрпботпнз q-я порция продукта (,q= î"7n); 1 - помер технологического цикла 1-го аппарата, на котором обработана q-я иор.угя продукта; А = i i,, JL^""

1 ..... in ) - последовательность i:c*:epon япл-фатсв, на которых

оорзбогрнп очередная iiojv-m продукта 1 = TTïh <q= ГТп); _

момент начала Uq)-ro технологического 'цикла на l(q) аппарате; âl(nj" !-'сл*оп'г готовности l(q)-ro аппарата на l(q)-CM технологическом ¡c«tv8 к сСслугсгЕэжв; - мем-знт загеркопяя q-c:î порции продукта.

В качестве критерия оптимизации выбран кр..тер:й ¡.■инжизацпнц Еремзш пнпус.-:а всего требуемого количества псрцвЯ продукта, что ooc-Tî-sTCTByoT максямэднзв производительности всего комплекса млсссзаготсвителыгого цеха (M?.il ! :

t = --> !?,ln (э)

n { A )

Для решения поста?пенней задачи, ь робота предложен эвристический метод, состояний в том, что на осново опроса специалистов формфуются некоторые эвристические правила, позволяющие с их помощью составить алгоритш решения. В случае, когда р(1) псс-тояны для всех 1=Г7п и одновременно возможно обслуживать один аппарат, предлагаются следующие эвристические праЕила. Первое -как только аппарат освобождается, то он сразу загружается. Второе - если одновременно несколько аппаратов готово к обслуживанию, то обслуживать тот аппарат, у которого время одного рабочего цикла t(i) меньше. На основе этих эвристических правил составлен алгоритм расчета требуемого времени для получения п порций продукта на всех аппаратах.

Для [жогопродуктового производства, когда на m параллельных периодических аппаратах выпускают п различных видов продуктов, задача составления расписания работы аппаратов сильно усложняется. Необходимо учитывать характеристики аппаратов, критерий оптимизации, серийность производства. На таблице I представлена клас-

сифпкацкя задач составления расписания работы 1а!огспродуктоп:;л. периодических производств. При этом к - затраты па переналадку ,]-го аппарата при переходе от выпуска 1-го продукта на 1:-й продукт. В качестве критерия оптимизации кэз:ет служить общэо время выпуска всех п требуе!.:ых продуктов ( Какеэрап) или сугаларког время запаздывания на заказы всех продуктов (ГсгсИпевз). Рассмотрэна такке серийность производства, когда для каждого 1-го продукта требуется получить п^ порций (п^> 1).

Таблица I. Классифжация задач составлен;;.! расписаний работы многопродуктовых периодических производств

Характеристики аппаратов Критерий оптимизации Серийность производства

задача I Аппараты идентичны е^ = о 1.И Kakespan ni = 1 Гц > I

Tardiness U, = 1 n^ > !

задача 2 Аппараты кеиндзнтичны 6^ = 0 Макезрап П1 = ' rij > I

Tardiness ni =1 nj > 1 -

задача 3 Аппараты неиндентичны в3 i 0 l,k Makespan ni =1 nj > 1

Tardiness n1 = 1 nt ■> 1 -

В работе сформулированы 'математические модели для кахутсй 'группы задач Задача 1 :

Makespan = шах { >' nb. >----> min

J-ТТш keifj к к ( Nj)

tb n 111 = 0 ; У_N.. - N {ь)

J J . 3=1,m J

Nj = ( if,..., 1^,..., i-'j.j } ; N - i 1,2,... ,n }

Задача 2 : !N4

T

-> min

»axujoijcui ■- шал i. > iJ-i- ъ J i -

3=Пт q-1 . 3 lJ.J { Mj } .

N.. П N! =■ 0 ; iLN, -- N = t 1 ,2,... ,n> CD

•> J .1--Г.1Г1 •>

Задача 3 : iN^I

T-l = i] n 1 • 1 1 f i.'" 1 (Л=ГПп>

-Э-

II, = iif,

ilskescan = пах { 7, )--—> rcin

J=i.P -1 { Kj ) (g)

...,j-!.....is, }; N.. П nl = 0 ; U IK --- П

'J "j ' J 3 3-ГТЕ J

г до Uj - после доеэтзлькость позарез проектов, вппуекгекпх ка J-см аппарате; t j - ерзкл обработки iq-ro проекта на j-ом

аппарата в q-см порядка.

Ео всех задачах, критерий Tardiness имеет слэдугдпй е:;д: п

jp.rdlnesa - £ rax'' Ш, (I.-D. )> -> min (10)

1=1 11 { )

где Т1 - номзкт окончания выпуска 1-го продукта; Dj '- требуэшЗ

срок получения 1-го продукта по зЕкозу.

Сфор'лудпроЕРШШЗ стае задачи молю представать в виде задач лияойнэго и л: нэ.ишейшгс целочисленного nporpswcipos^mfl, всохя цоло'п'слеппул переменную х^ : првиям&ат зкачешта единицы, когда 1-й продукт выпускается на j-см аппарате, плаче пряшэгаот нулевое зкачс-пие ( см. в дпсоертащт ).

Для рес5!шл постшкешлх задач, в работе разработан обобщенный чпслзякЛ алгоритм (рис.4). Предлргэшшй алгоритм использует в качестве начального прмькгегам резеюю, полученное эвристически* методом Graham, который дает хороша результат'для задачи 1. Для дальнейшего улучшения были разработаны различные процедуры локального поиска.

В 1969 году Graham впервые предлогам эвристическое правило: сортировать продукты по порядку уменьшения их времени обработки т.е. t^y____>, t^n; затем последовательно назначать про-

дукты тому аппарату, который быстрее других осЕобоидается. Пред-лзк91пшй нами комбшшревашшй алгоритм вкгачает г; себя следующие этапы:

I-Я этап: определение начального решения эвристическим методом

Grahm. В результате чего получены наборы продуктов, выпускаемых

на J-ом аппарате N^ ,и соотвзтствешга время окончания обработки

на каждом аппарате т.,, а такте значение Макезрап-» max Тн = Тп.

. . 3 3=ТТш i л

Аппарат с индексом.'Н' называется критически« аппаратом.

II-й :.;тап: дальнейшее улучшение начального ремешя процедура?«! локального поиска. 13 процедуре Removing последовательно осуществляется исключение очередного продукта с критического аппарата Н и iro№ тенпо этого продукта в список продуктов, выпускаемых на

-f 0-

spyrcii а:;лг:патс ,до тох пор, пока мшеш» КзКеарзп умзшлюется. В процедуре Replacing pacuacsmia по кра»ераа L'alcaspan коаот сать более сгапи путе:.; последовательно взаимною парного обмена кес-тс:.:л продуктов критического елиарата Р и продукте::, выпускаемых из дгругих ышератрх, до тох пор, пока значзпю liakespan осе уш-пьлается.

Для решения задач i i; г достаточно использовать эти прэцзду-ры, а для роаения з^дпс! 3 оапхим.коо расписание зависит не только от того какие продукт;! Ешцскаятог. на каждом аппарате, но и с" очередности кздека эти.?, продуктов. Для учета этого трзбою-Н:;я в особцекюм алгоритме дополнительно пклвчэна процедура упорядочения продуктов г.и л i^inu'jjcKcv. аппарате Ft ( Procedure Extended Search ). В атой процздуро г.оз-.здоБстелпю ь:оияп'гся маета соседних продуктов на текущей крлтнческо:.: аппг-рате Р. , до тех пор, пека значение ¡fakospan '/¡ианьзаетса. Ег,а:п:освлзь между npcife/ijpa'a представлена в рис.4.

Г

Мсход'710 пагеше

Т~

i'pono ¡< «из Graha'::

'J Прсян аура. Extended Search

Нпопе.пува Пе.г.оу1гя

zznnzz=nr

Процедура ^Rsplaclry^

Локальш1Л_поиск_1

Рис.4. Обобщенная блок-схема численного алгоритма решения.

Предложенные модели л разработанные алгорит?.щ были использованы для решения задач" составления расписания работы комплекса параллельных, периодических шаровых мельниц массо-заготоьитедьнзго цехя керамического 1троизводства. Составлены расписания работы 7 мельниц для получения шликера и 3 мельниц для получения 10 видов глазурей. Пэлучетше расписания изображены в виде графика Гантта ( см. з Диссертации, ).

С целью сравнения эф£ектвности работы разработанного обоб-

жилого nj;rop:ïi;.:a с плгср;:* •.»:', Огз'г'л, ггрсподгнэ

бзль^со количество вч-ыслпгольпгг ;коп'т.:::.;оптоз п оценен процент

:.\Т®зкия ягачсш критерия ( <ij, ) :

а, = (fspp - Пт'-б)/Гзвр . 100 (:;) (П )

Ка таблтло 2 пр;:дстс:;л"л:а результпты средня л для трзх

задач. I: ка:--;."':- задача рассмотрено тр:-: кокспнйцкк дзниих и дл::

кеглей ксмбкпсцпя пссовдшю БС! вариантов расчетл. Тогда сроднвз

50

г>г:ачР!П!о составляет: а„_ = у, а„ /50 ОТ) (12)

Времени сбрботги и врзмтап кэрснзлздск пцбрзны раннсирно слу-тчЛэтн образом в заданных интерпалах (см. таб.2).

рг\.мя оорабогял продуктов t U переналадок числи продуктов ü число анлар-.тоз m и гю- цс'хт.с;,; %

задача I 10 3 9,9!

t^ 11 СЮ,2U0 ! j - 0 20 5 I0.T2

50 б 5,05

задача 2 t,ft 11 СО, 200 J 4: - 0 10 3 14,13

2С; 6 19,-26

30 б 22,17

задача 3 tjÊ [100,200] Э^П 50,25^ 10 3 10,79

20 • 6 16,14

30 б 18,54

Комплекс программ рзализоЕзн на персональном компьютере типа IBM PC в среде Turbo-Pascal 5.5.

С целью логического управления работой систсмн m параллельных периодических аппаратов предложена сетевая модель в виде сети Готри ( рис.5). Построенная таким обрезом сеть Петри ягляется расширенно,! и имеет гатимэльиуэ размерность, в i данном случае, правило управления обслуживанием m карзлголько-рэботагещх аггаара-тов( конкурируете аппаратов) ярляотся геиенпам задачи состаата-ния расписания работы этих аппаратов, получением в предыдущей Ч-.УТИ работы.

-в-

I i R<m

JTjJ

I-----{.>,---------J

Рис.5. Петри-сетевая модель логического управления периодическими мельницами

Гг'г.п 4. Автс^атизирсьанпое управление тепловым процессом на поточно-коигеЕэряоЗ яг-as: производства керамических плиток.

Из дейсхзущих ксраггичеисп: заводах процесс получения кора-илчэгашх шикск осуществляет;.-;! на поточно-конвейерных лспШПХЛ). Плитки прессуют па авгомагазировзтшх прессах, потом они проходят предварительную суску и затем обгглг. Процесс обжига керамических платок, осудествлаюте&ся в коивегерких роликовых, печах является зззераакцсг старей производства. Этот процесс в значительной ссополп опродзллот качество готовой продукции. Как обгэкт управ-хсвкя, кснвейзрйая печь представляет собой слоашй объект с расп-родзлешж-а. параметрам:! л вначитег'заа запаздыванием. Оспошш.\гл nepoüf.siuíii, опродедяядг-а качества готовых плиток, являются: Еодопсгдоцоппо, прочность, размерность и впаилий вид шшток. йз инк oíü3ü9H28jíj показателем является водопоглосонко. На процесс оЗгзгга шгаэт маопи» пэремояяио - такие, кок ланче екай состав, начальная влажность, давление прессования платок и другие. Компенсация этих зоздуззшЯ оеущзствляется путем соответствующего измаяакия цэдачи гпзи е горелгж, что спределязт температурный peui'í пичя. Сломгость печи, как объекта управления, не позволяет получить хорсаеэ качество регулирования при использовании традиционных систем регулирования. С целью преодоления этой трудности в работе предложена система управления по математической модели. Для этого иояользовзна зависимость водопоглоления от возмущений и температуры, лежащая в основе математической модели процесса обжига :

d w L.exp(a + b. At)

el т [ A + t.L.e.¡tp(a + b. At)J¿

При дискретизации получено

, А • л ь.е(2,3*-а) (2.3.b.At,.1 ) <2,З.Ь.А^)

—-— = -+ 2L,--«(е 1+1 - е 1 )

W í(PU) uí 2,3.kt .b

1 2,3. (a + b. Atj) (+ £ Ai .L. e 1

г'(риГ' . ' ' л

L ----- I Í(PU) = 2,57 + (LgP. IgU)4 ;

I(PU)

где

Í(PU) = 0,45 + Lg(500/P). Ig(17,5/U) ; a - f(PU) . t ¿tl+1 ~ ¿tl

л - —'jo _f (pu'í—;—п oc т-rrfs » к+ -

Т27ПИГГ+ТГ557шт ' ntt" -2д1

CH02,: b = í(0SiO2' СЛ12°з' Cr0' °R(V °Ре203'111111 >

р

где Я - водопоглоп;енне, Р - давление прессования (кгс/см ); и -относительная влажность (%); Ат - продолжительность выдержки по секциям печи (мин.); I - температура обкига ( °С ); М - относительное значение температуры, = 1; - ^ ( - принятая температура начала спекания, равная 800°С); Л,Ь,а - коэффициенты.

При этом температурная кривая нагрева плиток представлена рядом участков с постоянными скоростями нагрева к^. ( в °С/мин).

Величина коэффициентов Ь и а зависит от химического состава масс и моиет быть рассчитана следующим образом: Ь = { 0,01 + ехр[ (0,84-0,18Са)Са-3,31 .ехр( (Рен-5)/(0,17Ге)). ехр!3,!5-1,6/(Ма+К)-(0,01Ре+0,12). (шш-1 )-0,12А1+ +(0,02Ре-0,04(На+К)-0,95)Б1/А1] ; а - с - Ь.170 + [0,39-0,026(На+К))(На+К) ;

Где Са,Ре,Ма+К,А1 и - содержание в массе соответственно СаО, Ре203, Ма20+К20, А1203 и И02(Ж) ; ппп - потери при прокаливании; с - экспериментальная константа.

Для определения значения коэффициентов и проверки адекватности модели, на заводе " Гончар " были проведет. 12 серия экспериментов, результаты которых представлены в таблице 3. Затем проведен расчет значений водопоглощенкя по математической модели. Сравнение экспериментальных и расчетных значений позволяет делать вывод об адекватности модели.

Таблица 3. Экспериментальные и расчетные результаты

И' и % р кгс см2 г(±) в секциях сушилки и печи ■ VI3 1уРас

1 2 3 А . Ь 6 7 а 9 10

1 3 4,' 70 90 110 240 280 350 600 780 970 980 780 620 1 310 18,47 17,45 17,19 18,36 17,45 17,08

4 5 ■ 7 8 10 11 5 70 90 110 200 290 390 600 850 1010 1005 735 580 520 18,93 17,10 15,75 18,81 17,10 15,73

6 , ь 70 90 110 250 290 325 420 910 990 875 630 420 330 17,41 16,71 16,67 17,85 17,21 15,89

70 110 200 220 290 390 '100 530 780 970 980 700 710 540 480 17.70 16.71 17,91 16,71

1<0 зои 540 780 1005 980 550 490 16,67 16,67

Нпли-ше адекватной модели обеспечило возможность расчета темпчп'.турного режима для заданного значения водопоглощения при

различных возмущениях, что позволяет компенсировать возмущения еще до отклонения водопоглоцения от заданного значения путем соответствующего изменения задания регуляторам температуры в каждой секциз печи.

Зормальзо задача управления температурным режимам обжига плиток икает следуЕЩй вид:

( с, Т(1), Т(2),..., T(n)> = Arg { min 1К -И3- )

(С.Т)

где Т(1) - значаше температуры но дликэ пачк; W3" - заданное значение водопоглощения платок на выходе печи.

Для решакая этой задачи предложен алгоритм управления температурным рошвдом oöaura плиток в роальном времени ( рис.6), который включает следущда задачи: коректировк& значения параметров модели при расхоздошш мевду расчетным и фактическим значениями водопоглощения; расчет управлящах воздействий при регулировании температуры по длинэ печи обгага с целью стабилизации еодопог-лощешя готовых плиток на требу екогл уроБНа (К3, = 17 2)

Рис.6. Блок-схема алгоритма on-line управлетш температурным режимом обжига керамических плиток По этому алгоритму обеспечивается управление температурным режимом не только по ее масималъному значению, но и по длине • почи. что особенно важно при высоких температурах (рис. '().

Для проверки работоспособности разработанного алгорнтха бялз проведено нотационное моделкрозапвэ сг.стега с учете« случайных изменений воз:.;уцений на вхо„'п-их поремзшах : химическая состав, начальная влажность к давление прессования плиток, с цельз определения температурного рэзпимэ, обеспечпзшцзго заданное значение водопоглощення. Исследовано более 50 вариантов различных ксглбина-ций возмущений, пять из которых показано на рис. 8.

Т

1250 1000 750 500

<°С)

к зоны

0-

4

б

8

10

Т

1250 1000 750 500

>

<°С)

Рис.7. Результаты корректирования температурного рза:има обжга плиок

1- Экспериментальный рсгим

( VÏ = 17,70 %)

2- КорректипоЕзнкый режим по Г„ ( U « 17,02)

О 2 4 6 8 10

Рис.8. Результаты имитационного моделирования - 70<Р<120 кгс/см , 3<U<5,5 % V - 17 %

гзах

корректированный режим по зонам С * = 17,0 %)

1- Р=105,75

2- Р=77,15

3- Р-82,73

4- РИ 09,73

5- Р=131,52

U=5,18îS; Ï&H 8,482 L'=4,25% ; W®= 17,683 U=4,m;ïï^=16,19% U-2,60%;ff17,4 8? 11=4,62% ; W =16,12%

Разработанные алгоритм управления температурным режимом реализованы на персональном компьютере в среде Turbo-Pascal 5.5.

выводу

1. Проведен литературный анализ состояния современного керамического производства. Выявлены узкие мести, определяющие производительность и качество готовой продукции.

2. Разработан реализован обобщенный алгоритм автоматизированного расчета сырьевой смеси керамического производства при изменении химического состава сырьевых компонентов в условиях неопределенней информации об изменении этих величин.

о. Предложена классификация задач составления расписания работы периодических аппаратов одно- и много-продуктовых производств. Составлены математические модели'этих задач.

4. Рззработан и реализован численный алгоритм решения задачи доставления расписания работы периодических мельниц для получения '

-¿<5. шликера и глазури в керамическом производстве.

5. Разработан и реализован комбинированный алгоритм решения задач составления расписали работы периодических аппаратов многопродуктового производства. Использованы разработанные числошше алгоритмы для решения задач календарного планирования при получении различных видов глазурей.

6. С целью логического управления предложена сетевая модель в виде сети Петри для параллэльно-работаюцих периодических аппаратов. Правилом управления обслуживанием конкурирующих аппаратов служит оптимальное расписание, полученное в задачах календарного планирования.

7. Разработана и опробована математическая модель для управления температурным режшом обжига керамических плиток.

8. Разработан алгоритм управления темпера туршм режимы обжига керамичесгои плиток при изменении химического состава сырьевых компонентов, начальной влажности и давления прессования плиток.

9. Проведено имитационное моделирование управления температурным режимом сушки и оох:ига керамических плиток в условиях изменений их начальной влажности и давления прессования.

10. Вг.едре1ше разработанных алгоритмов управления и контроля производства может повысить на 15-50 % производительность керамического завода "Гончар". Ожидаемый экономический аффект составляет 210 тыс. руб./год (по уровнв цен на 01.06.1991 г.).

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. До Тхи Лоан, Плютто В.П., Бабаева В.В. Проблемы автоматизации производства керамических материалов// Стекло и керамика. М., 1390, Н 12, с,. 13-14.

2. Плютто В.П., Фам К.Б., До Тхи. Лоан, Бабаева В.В. Планирование работы периодических шаровых мельниц в непрерывном керамическом заводе.// Стекло и керамика. М., 1991, N 10, с. 1Ь-17'.

3. Плютто В.П., До Тхи Лоан, Фам К.В., Бабаева В.В. Обобщенный алгоритм расчета сырьевой смеси в керамическом производстве// Стекло и керамика. М., 1992, N 3, с. 17-20.

/