автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Компьютерная система управления процессом обжига кирпича в туннельной печи

<§>

' Міністерство освіти України

о

Національний технічний університет України “КПГ

/

/

Голінко Ігор Михайлович

УДК-681.5.015

КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ВИПАЛЮВАННЯ ЦЕГЛИ В ТУНЕЛЬНІЙ ПЕЧІ

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі автоматизації хімічних виробництв факульте' хімічного машинобудування Національного технічного університету Украй “КПГ.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Остапенко Юрі

Олександрович, Національний технічний університ« України “КПГ, професор кафедри автоматизаі хімічних виробництв

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший наукови

співробітник Беляев Юрій Борисович, НВ “Київський інститут автоматики”, директор ДНВ] “АІСТ”

кандидат технічних наук, доцент Ковриго Юрі Михайлович, Національний технічний університс України “КПІ”, завідувач кафедри автоматизац теплоенергетичних процесів

Провідна установа:

Захист відбудеться'

Київський державний технічний університе

будівництва і архітектури, кафедра автоматизац будівельного виробництва

. 2000 року.

годині н

засіданні спеціалізованої вченої ради К26.058.05 Українського державног університету харчових технологій за адресою: 252033, м.Київ-33, вуї Володи мирська, 68.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державног університету харчових технологій за адресою: 252033, м.Київ-33, вуї Володимирська, 68.

Автореферат розісланий

січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради кандидат технічних наук, доцент

Філоненко В.М.

ЗАГАЛЬНА характеристика роботи

Актуальність теми. Впровадження комплексної автоматизації на ;приємствах керамічної промисловості дозволяє значно підвищити якість адукції та скоротити енерговитрати на виробництві, а також поліпшити ови праці.

Одним із найбільш енергоємних процесів у виробництві керамічних робів є випалювання. Випалювання вносить завершальний вплив на якість робів. Під час протікання процесу випалювання формується кінцевий зовий склад і мікроструктура матеріалу, що випалюється. Саме від фазового іаду та мікроструктури матеріалу залежать фізико-хімічні, механічні, змінні та багато інших властивостей керамічних виробів.

На сьогоднішній день значний відсоток керамічних виробів випалюється тунельних печах (близько 90 %). Тунельні печі отримали широке зповсюдження у виробництві будівельної кераміки, вогнетривів, порцеляни, янсу і т.д. Тунельні печі відносяться до найбільш досконалих печей лікатної промисловості і дозволяють широко використовувати технічні :оби автоматизації та механізації. Проте, випалювання в тунельних печах оводиться без контролю стану виробів, контролюються та автоматично гулюються тільки параметри теплоносія печі, що пояснюється відсутністю мірювачів для контролю стану виробів під час їх руху в печі. Температурний жим тунельних печей на виробництві коригується, виходячи із кінцевого зультату випалювання виробів без достатнього наукового обгрунтування. Це изводить до зниження якості виробів, перевитрати палива і як слідство ільшення собівартості продукції.

Температурний режим більшості тунельних печей підтримується кальними засобами автоматизації. З появою комп’ютерних систем рування (КСК) розширився клас задач, які можна вирішити на сучасній мп’ютерній базі. З’явилася можливість моделювання процесів, що ютікають у керамічних виробах на різних стадіях випалювання. Це дозволяє римати температурні характеристики виробів під час випалювання, які )жуть бути закладені в основу визначення оптимального температурного жиму тунельної печі. Застосування комп’ютерної техніки дозволяє юводити адаптацію системи керування піччю до хімічного складу сировини інших факторів.

Таким чином, актуальність роботи полягає у розробці комп’ютерної стеми керування тунельною піччю, яка враховує параметри керамічних іробів у визначенні температури теплоносія печі. Це дозволить формувати ітимальний температурний режим тунельної печі за температурними раметрами керамічних виробів, що покращить якість продукції та зменшить бівартість виробів. Враховуючи широке застосування тунельних печей у дівельній промисловості, в роботі розглядається тунельна піч для іпалювання будівельної цегли.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробк дослідження комп’ютерної системи керування процесом випалювання цеп тунельній печі, що дозволить зменшити собівартість та підвищить як готової продукції. Для досягнення поставленої мети потрібно виріш наступні задачі:

- розробити алгоритм, який дозволяє визначати температ} параметрами виробів за параметрами тунельної печі, контролюються;

- розробити математичну модель процесу випалювання у тунельній і та досліди ти вплив основних факторів на процес випалювання;

- розробити систему керування температурним режимом з< випалювання, що формує оптимальний температурний рея теплоносія за температурним станом цегляних виробів, та алгоритмі забезпечення для неї.

Методи дослідження. В роботі використовуються меті математичного моделювання, чисельні методи розв’язку диференціали рівнянь в частинних похідних. При розробці алгоритмів керування застосої методи синтезу цифрових систем керування і методи теорії оптимізації.

Наукова новизна результатів полягає у розробці математичі моделей та алгоритмів, що використовуються в системі керуваї температурним режимом підзони випалювання тунельної печі. Від відом розроблені моделі та алгоритми відрізняються більш повним врахувані особливостей процесу випалювання кераміки. В роботі отримані насту наукові результати:

- запропоновано алгоритм визначення температурних парамеї кераміки, який дозволяє розраховувати температурний стан цегляї виробів під час їх руху за параметрами тунельної печі, контролюються в масштабі реального часу;

- отримано математичну модель підзони випалювання, яка врахо теплообмін випроміненням та розподілення температур в просторі;

- проведено розробку та дослідження алгоритмічного забезпечення ) системи керування температурним режимом підзони випалюваї тунельної печі, яка дозволяє усунути недоліки існуючих сисі керування.

Практичне значення отриманих результатів. Запропонована систе керування та алгоритмічне забезпечення може застосовуватися для керуваь тунельною піччю та тунельною сушаркою (з незначною доробкою) виробництві будь-яких керамічних виробів. Запропоновані алгоритми мода бути корисними для розробників КСК високотемпературними процесами неможливо проводити вимірювання температурних параметрів виробів під 1 їх руху, наприклад, в металургійній промисловості для автоматизації прохідн печей.

Результати роботи використовуються у навчальному проц Національного технічного університету України “КПІ” факультету хімічно

з

иинобудування кафедри автоматизації хімічних виробництв та передані на ювадження ЗАТ “Оленівський завод керамічних виробів”, що підтверджено ами використання результатів.

Особистий внесок здобувана. Особисто автору належать наступні ■еріали дисертаційної роботи:

- запропоновано алгоритм визначення температурних параметрів кераміки для системи керування та досліджено вплив температури теплоносія печі на температурний стан будівельних виробів;

- отримано адекватну математичну модель підзони випалювання тунельної печі та досліджено вплив основних каналів збурення та регулювання на температурний режим підзони випалювання;

- досліджено вплив статичної нелінійності виконуючого пристрою в системі стабілізації температури газового простору підзони випалювання тунельної печі та дано рекомендації щодо її компенсації;

- розроблено супервізорну систему керування температурою кераміки в тунельній печі та проведено імітаційне моделювання системи керування. Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати

ліджень роботи доповідалися та обговорювалися на: 5-й Українській іференції з автоматичного керування “Автоматика-98”, м. Київ, травень >8 р.; Міжнародній конференції “Актуальні проблеми вимірювальної ніки” (“Вимірювання 98”), м. Київ, вересень 1998 р.; 5-й Міжнародній 'ково-технічній конференції “Контроль і управління в складних системах” /СС-99), м. Вінниця, лютий 1999 р.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано: 3 статі курналі “Автоматизація виробничих процесів” НВК “Київський інститут оматики”, стаття в журналі “Наукові вісті НТТУ КГЇЇ” Національного нічного університету України “КГП”

Структура та об’єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, ирьох розділів, основних висновків, загальним обсягом 135 сторінок; іючає 41 рисунків, 5 таблиць, додатки, список використаних джерел (148 іменувань).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи, )рмульована мета і задачі роботи. Визначена наукова новизна та практична ність отриманих результатів, а також відомості про апробацію та кількість ілікацій за матеріалами дисертації.

У першому розділі проведено аналіз процесу випалювання виробів в іельній печі як об’єкта керування, розглянуто фізико-хімічні основи іалювання керамічних виробів. Описано особливості технології іалювання керамічних виробів в тунельних печах на прикладі виробництва (івельної цегли. Проведено аналіз існуючих систем керування іпературним режимом тунельних печей та показано їх недоліки.

Сформульовано задачі дослідження для розробки КСК, яка дозволяє усун} недоліки існуючих систем керування тунельними печами.

У другому розділі вирішується задача розробки алгоритму визначен температурних параметрів кераміки. Алгоритм дозволяє розраховувати масштабі реального часу КСК температурний стан садки будівельної цегли, і рухається на вагонетках під час випалювання за параметрами печі, і контролюються. Проведено аналіз процесу випалювання садки цеглян виробів у газовому просторі підзони випалювання та отримано математич модель прогріву цегляних виробів. У моделі садка цегляних виробів, і переміщається під час випалювання, розглядається у вигляді керамічної стін з просторовим розподіленням температури Т%(хі,х2,1) за координатами хі і рис.1. Координата х, характеризує прогрів цегляних виробів за найменші геометричним розміром - товщиною цегли і визначає швидкість прогрі виробів, х2 враховує переміщення садки з виробами під час випалювання.

/-1 -шалідзона випалювання.

/-та ліД'зоиа випалювання.

І «і ад

)+] -шапідзона випалювання.

1 1 XI ‘ Sz г к .. ... ог. .. /

т

ІІХ1 І / 07, * Иг \

\ / ... + 1 ) \Тг(хі,хі,0 [

і 0 ТА) ах2 .. . . ь. хг

Рис. 1. Розрахункова схема для моделювання теплового прогріву цегли.

Для елементарного об’єму Н?сіх1 сЬс2 розглянуто баланс теплових потоків 0і22-> Огз, (224 та отримана модель теплового прогріву керамічних виробів, и випалюються:

Г<%г(*г.*2.0 ^Тг(хьх2,і) дТг(х х,х2,і)

а С1/ а2, 7

Щхьх2,і)

«1

х,=0

(

дхх

= 0;

хі-&2

т2{хь0,()=т;{хь04

Фізична суть констант, що використовуються в (1), наведена на рис.1, значення та деталізацію можна знайти в дисертаційні роботі. Модель тепловог

югріву керамічних виробів (1) включає в себе диференціальне рівняння наміки в частинних похідних для керамічної стінки з граничними умовами, іаємодія димових газів з керамічними виробами в робочій частині підзони палювання проходить за рахунок теплообміну випроміненням з приведеним ефіцієнтом «[, через що граничні умови для керамічної стінки описуються лінійними залежностями.

Щоб отримати алгоритм визначення температурних параметрів раміки для КСК, неперервну математичну модель теплового прогріву рамічних виробів (1) представлено в дискретному вигляді, оскільки КСК є іфровою і оперує з дискретними величинами. Для дискретизації моделі (1), її :перервні координати записано в дискретному вигляді, а похідні замінено інченними різницями:

'Г2[5„52^ + і] = а, 7^адЛ]+«2№, -1Л,А]+2>[5І +1,«2,*]) +

+ «з Г2[ЗД -1,4

Ту [0,52, к +1] + а4 Г24[0,32,к + \] = ТУ [і,52,& +1] + а4 Т*[к +1];

7г[/У2,Л'2Ди] = 7г[/У2-1,Л2>4 (2)

Г^Л,М = ФіЛЛ + 1І

_ СІ7 ^^7 а 7 ^^7

а1=1-2—^----------аг-~~Ы\ а3 =——дг; а4~ —-—

Л*і Дг2 де* Дг2 X,

т 5і,52,А’ та лХ],4Х2,дґ - поточні номери кроку дискретизації та величини >оку дискретизації по координатам х{,х2,1 відповідно. Система рівнянь (2) зедставляє рекурентний алгоритм визначення температурних параметрів ¡раміки.

Із (2) видно, що для розрахунку температурних параметрів керамічних іробів під час їх переміщення в підзоні випалювання необхідно мати значення :мператури газового простору в даній підзоні випалювання Т„[к+\ ], значення :мпературного поля керамічних виробів у попередній підзоні випалювання г [5ьЛ^,А’+1], швидкість руху садки з цеглою 1У2 та приведений коефіцієнт :пловіддачі а Дані параметри безпосередньо контролюються (7^[Л+1], \У2 ),

5о аналітично розраховуються (77*[Л\,Лг,/-+1 ], а>).

У розділі наведено результати експериментального дослідження :мпературного режиму підзони випалювання із застосуванням методу ісових характеристик. Експериментальне дослідження проведено для 5-ї ідзони випалювання тунельної печі конструкції інституту крагропроектбудіндустрія, яка використовується для випалювання /дівельної цегли ЗАТ “Оленівський завод керамічних виробів”. За азультатами експерименту розраховані необхідні параметри, а завдяки цьому і зефіцієнти для алгоритму.

Робота наведеного алгоритму імітувалася на ЕОМ. Дослідження оказали, що зміна температури в газовому просторі підзони випалювання

найбільше впливає на температурний профіль за товщиною керамічної стін на виході з підзони випалювання, Результати роботи алгоритму визначен температурних параметрів кераміки порівнювалися з експериментальниі даними. Отримано задовільне збігання розрахованих та експериментальн значень температури садки цегляних виробів.

У даному розділі розглянуто алгоритм розв’язку нелінійних граничн умов з застосуванням методу “половинного” перетину, який дозвол розв’язувати нелінійні залежності що використовуються в (2).

Третій розділ присвячений моделюванню процесу випалювання цеглі тунельній печі. На основі аналізу процесу випалювання цегли в тунельній пс отримана математична модель температурного режиму підзони випалюван як типової ланки для тунельної печі, виходячи з того, що витрата природно газу на групі пальників кожної підзони випалювання підтримується власні контуром керування і кожна підзона випалювання виступає як окремий об’є керування. Розрахункова схема для моделювання теплового режиму в підзс випалювання представлена на рис.2.

Рис.2. Розрахункова схема для моделювання теплового режиму в підзоні випалювання; а) - для газового простору, б) - для садки цегляних виробів, в) - для теплоізолюючої стінки.

Математичну модель підзони випалювання зведено до трьох основних намічних елементів з наступними припущеннями:

- газовий простір підзони випалювання розглядається як зосереджена акумулююча ємкість з температурою 7’6(/), так як у газовому просторі проходить енергійне перемішування димових газів з примусовою циркуляцією рис.2, а);

- садка цегляних виробів розглядається як керамічна стінка з просторовим розподіленням температури Тг(х\,х2,і) за координатами хх і х2 рис.2, б); координата хх характеризує прогрів цегляних виробів за найменшим геометричним розміром - товщиною цегли і визначає швидкість прогріву виробів; враховує переміщення садки з виробами під час випалювання;

- пічна теплоізолююча стінка, враховуючи поступову зміну температури стінки за товщиною, розглядається як елемент з просторовим розподіленням температури Тт(хз,0 вздовж координати х} рис.2, в). Розглянувши баланс теплових потоків Оь, Ою ()і, <20, От Ота * &4> 0.ми

і а для кожного динамічного елементу, отримана модель теплового режиму цзони випалювання:

'„Ь)-сй Ср{,)Тя{,Уах Н^\т^)-т^хг,()]с{х2 -

0

~аг Рт + Л +ЦьІа)Сь(і)=сй

дхх

дТг(хі,у2,р

= «і

т*(0-т2\хих2л

хх=0_

дхх

= 0:

Т'г (хі ,0, /) - Т2 /);

Щ(х,,^2,0_______д%(хх,х2,і) ]у дТг(хих2,і) ,

ді

дхх

дх-,

дТт(х3,і) — ---------------

-к

дхі

дТ„,(х3,і)

х, =0

' х3 - 0

дх.

= «з

*3 -$т

^т(Х3’0\х Ті

13 кУт

Фізична суть констант, що використовуються в (3), наведена на рис.2, значення та деталізацію можна знайти в дисертаційні роботі. Моде температурного режиму підзони випалювання (3) включає в себе рівняй динаміки для газового простору, керамічної та пічної стінок з граничит умовами для двох останніх динамічних елементів. Взаємодія димових газії робочій частині підзони випалювання проходить за рахунок теплообмі випроміненням з приведеними коефіцієнтами а, і а2 для керамічної теплоїзолюючої стінок відповідно, через що граничні умови для дан елементів описуються нелінійними залежностями.

Для дослідження температурного режиму підзони випалювання на ЕО

і використання її в рамках КСК розроблений дискретний аналог математичі моделі (3), в якому неперервні координати записані в дискретній формі, похід змінних параметрів замінені скінченними різницями, а інтеграли - сумами: гДА+і] = Ггй-ц1Д/+аі2Д/С„М-а134ГОДА]+а14Д/+

+ахьМ+аі(^Оь]к\\

'ФіАМ\Ьап АД]+Я2з№і -1Л. *]+£[$ +1Л,*])+

+Я24^1ЛЧ*];

Г2[о,5'2,А+і]+а21^[о>5'2Л+і] = Г2[і,52,А+і]+ап^[А+і];

Тг .0, А'+1]=Ґг [5’,, ¿V, ,к+і\ гм[^^+і]=«з4?т[5)^]+«з5№-и]+7;[^з+и]);

Т„[аРтМ^<ЬгГ1аРт -\к]+а33Т,;

аа^тМ аа-±Т,Н

си « сг « я

ах,-

14* ТГ ~ГПІ~>"Р ”1) тг / г ¿1 І’’ ~”10 т т

с« & Р% с& ё §=о Р& сг ?

(Х\ Сіу ^^7 ^7 ^7

02!=-!—і; ^2=1-2-^-^--^^; а23=-^-Д/; ^=-¿-¿1-

л? щ £*2 Щ 2

а7Дї, 1 05.Д& , .а., а„.

а„=——%,=-------------—--; <%,=-----2—; аи= 1-2—а,5=—

К Д*з Де]

тут ^, & 1 ¿з, ^ та ьхь ьХі, й - поточні номери кроку дискретизації ' величини кроку дискретизації за координатами х,,х2,х3>! відповідн Коефіцієнти агц-ац дискретної моделі (2) залежать від температур динамічні елементів моделі, тобто для розрахунку на ЕОМ температурного режю підзони випалювання на наступному кроці дискретного часу к+1 за відомі температурним режимом на даному кроці, необхідно перерахувати коефіцієн'

і-а^. Розрахунок коефіцієнтів ап-ац на кожному кроці дискретного часу ізволяє збільшити крок дискретизації часу >/. Нелінійні граничні умови ізв’язуються методом “половинного” перетину.

Дослідження температурного режиму підзони випалювання за мовними каналами збурення та регулювання показали, що найбільші урення на температурний режим підзони випалювання вносить температура імових газів 7’гх(І) з наступної підзони випалювання та температурний стан :рамічних виробів 7г'(х\,Ь/) з попередньої підзони випалювання відносно 'ху садки з виробами.

Проведена перевірка моделі температурного режиму підзони шалювання на адекватність.

У розділі наведено методику отримання частотних характеристик :мпературного режиму підзони випалювання та отримано АФХ і АЧХ дзони випалювання по каналу регулювання.

У четвертому розділі розглянута система керування температурним гжимом підзони випалювання, яка є типовою ланкою для системи керування >ною випалювання тунельної печі. Із проведеного аналізу діючих систем їрування можна зробити висновок, що в існуючих системах керування не заховується температурний стан керамічних виробів при формуванні гмперагури газового простору підзони випалювання. Відсутність контролю ього параметру приводить до погіршення якості керамічних виробів, наслідок зміни температурного режиму виробів в результаті температурних Зурень в попередніх підзонах випалювання, зміни хімічного складу глини і д. Щоб усунути недоліки діючих систем керування температурним режимом ідзони випалювання запропонована супервізорна система керування рис.З. истема керування містить контур стабілізації температури газового простору а контур керування температурою кераміки.

Контур керування температурою кераміки.

’ис.З. Структурна схема системи керування температурним режимом підзони випалювання.

Для системи керування розглянуті методи компенсації статичної іелінійності витратної характеристики виконуючого пристрою. Дано

рекомендації щодо компенсації статичної нелінійності клапану витрати пали підзони випалювання.

Дослідження контура стабілізації температури газового просто] показали цілком задовільну якість підтримки температури теплоносія 7’8(/) газовому просторі підзони випалювання. Регулятор температури газової простору добре відпрацьовує завдання 7Й°(0 по каналам регулювання • збурення, компенсує статичну нелінійність виконуючого пристрою шляхс зміни витрати природного газу Оь(0

У розділі обгрунтовано вибір визначальних точок керамічної стіні Тг(хіЛ,0, Що характеризують термомеханічний стан виробів під ч< випалювання. Для керамічних виробів, температура яких визначаєтьі системою диференціальних рівнянь (1), отримані необхідні умої оптимального керування температурою керамічних виробів, використовую1; варіаційний метод (отримана система рівнянь із застосуванням спряжені змінної А(г1,х2,/^ з граничними умовами):

Розроблено алгоритм керування температурою керамічних виробі Ті(хьх2,1), який дозволяє отримати оптимальний температурний режиі теплоносія в підзоні випалювання, що мінімізує середньоквадратичн відхилення температури критичних точок керамічної стінки Тг(хьЬ,(), ві

тут Т(хі) - необхідне розподілення температурного профілю керамічної стінкі на виході з підзони випалювання (визначається технологією випалювання длі конкретної підзони випалювання); tf - час перехідного процесу; Тятт, Тятах мінімальна та максимальна температура газового простору підзош випалювання відповідно (визначається при мінімальній та максимальнії витраті природного газу, що йде на спалювання у підзоні випалювання). Щос врахувати нелінійні граничні умови для стабілізації температури критичню

йі(хьх2,?) ^2я(х1,х2,і) дл(хьх2,/)

-----——+а -----------------------------------—-+ ЦГ - -= 0.

ск.

1 ,/іУг 2 заданого: / = — | / 17^ (х1, - 7^^)] <іхх Ж ->

^ л л

заданого:

‘00

за наявністю обмежень на керування: Т'™' < Т^і) < 7^тач ;

—> тш;

(б

и

>чок керамічної стінки (1) в алгоритмі керування температурою кераміки ікористаиин метод градієнту. Отриманий дискретний аналог системи рівнянь

О для спряженої змінної, що використовується в алгоритмі:

^[^1 > $2’ = А +1]-

+ + \,Х2,к + і])-Л,Ф',,+ ),к 4-і]

фі52>і]==-^Ц^±і1_;

>-и4ф,Я2,к] }{Мг,Б2,к] =х[ы2 -и2,£ + і}

(7)

ґ \ 'а7 \¥7 ,

2—-Й/+— д/ — 1 ^ щ дх2

, а7 . \У7 , л а.дг, , 1

Ь2 = ~ а/;Л3 = -¿-л ґ,Ь4 = 4-!~Ьй5=—. лг, ЛХ2 >^а2 IV.

Схема алгоритму керування температурою кераміки з застосуванням задієнтного методу представлена на рис.4. Алгоритм керування гмпературою кераміки реалізується за такою послідовністю дій:

1. В момент технологічного пуску тунельної печі в КСК закладаються дані та розраховуються константи, які потрібні для функціонування алгоритму (блок 1).

2. Вимірюється температура газового простору підзони випалювання Т? [Аг] (блок 2).

3. Розв’язується система рівнянь (1) на N кроків дискретного часу вперед з моменту вимірювання температури 7„ [к\ (визначається траєкторія температурного поля керамічної стінки /■/[Л'ь.УгД] на N кроків вперед) та визначається значення для критерію:

1 Л' 2

[,Уі, М1, А]- 7[5’, ]) лх, д/. В оперативній пам’яті (ОП)

^ *=03,=0

КСК запам’ятовується значення траєкторій температур То^2,к]=Тгт,Д, 7’,.[Я*]=7ИЯВД (блок 3 - 5, 8).

4. Використовуючи значення температур Тг[0,Бък] і Т7\_3\,Иь,к], що

запам’ятовані в ОП КСК (7’0К?Л], розв’язується дискретна

система спряжених рівнянь (7) у зворотному часі та визначаються спряжені змінні Х[о,52Д] (блок 6, 9, 15).

5. Розраховується варіація керування температурою газового простору підзони випалювання за формулою:

5 /г [к\ = -4е ^ ,«.2ТІ[к]^у л[0,52, к] (блок 7).

Х2 52=0

6. Розраховується керування температурою газового простору підзони випалювання: Т°[к\~Т[к]+5Т[к] (блок 10).

7. Проводиться діагностування сигналу керування Т°\к\ в облас

допустимого керування та приймається необхідне рішення (блок 11-14).

8. Переходимо до пункту 3, якщо значення критерію І>ІЗЗД (блокіб).

В результаті проведених досліджень системи керування температурни режимом підзони випалювання отримані перехідні характеристики, з яки:

[дно, що алгоритм керування температурою кераміки добре відпрацьовує ііну завдання температурного прогріву цегляних виробів, що дозволяє рувати температурою газового простору підзони випалювання за .рамеграми стану цегляних виробів. Проведено аналіз необхідного об’єму геративної пам’яті КСК, на якій реалізується алгоритм керування мпературою кераміки. Дано рекомендації щодо апаратної реалізації КСК :гляним заводом.

ОСНОВНІвисновки

Проведено аналіз процесу випалювання цегли в тунельній печі як об’єкта керування та моделювання, визначено основні параметри та методи впливу на процес випалювання.

Розроблено алгоритм визначення температурних параметрів кераміки. Алгоритм враховує теплообмін випроміненням та дозволяє розрахувати в рамках КСК температурний стан садки будівельної цегли за параметрами печі, що контролюються. Робота алгоритму імітувалася на ЕОМ, розрахунки порівнювалися з експериментальними даними. Отримано задовільне збігання розрахункових та експериментальних даних.

Отримано динамічну модель температурного режиму підзони випалювання, яка є типовою ланкою зони випалювання тунельної печі. Модель включає три динамічні елементи: один зосереджений - газовий простір та два з розподіленими параметрами - керамічні вироби та теплоізолююча стінка. Основні теплові потоки тут визначаються через теплообмін випроміненням, через що отримана модель - нелінійна.

Отримано дискретний аналог динамічної моделі температурного режиму підзони випалювання для дослідження на ЕОМ, що дозволяє моделювати перехідні процеси в підзоні випалювання за основними каналам збурення та регулювання. Для врахування нелінійних залежностей динамічної моделі її дискретний аналог передбачає розрахунок числових значень коефіцієнтів перед змінними параметрами на кожному кроці дискретного часу, що дозволяє збільшити крок дискретизації і значно зекономити час розрахунків у масштабі реального часу КСК. Адекватність моделі підтверджується експериментом.

Проведено аналіз діючих систем керування процесом випалювання в тунельних печах. Запропоновано супервізорну систему керування температурним режимом підзони випалювання, яка є типовою для керування зоною випалювання печі, що дозволяє усунути недоліки діючих систем керування. Розроблено алгоритмічне забезпечення для системи керування, що дозволяє формувати оптимальний температурний режим теплоносія в підзоні випалювання за температурним станом керамічних виробів. Імітаційне дослідження на ЕОМ системи керування температурним режимом підзони випалювання підтвердили її працездатність і ефективність.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ

1. Голінко І.М., Остапенко Ю.О. Компенсація інерційності та статичн нелінійності виконуючих пристроїв // Автоматизація виробничих процесі -Київ: 1998. №1, с.27-31.

2. Голінко І.М., Остапенко Ю.О. Супервізорна система управління компенсатором локального регулятора // Автоматизація виробничі процесів. -Київ: 1998. №2, с.73-77.

3. Голінко І.М., Остапенко Ю.О. Алгоритмічне визначення температурні: параметрів випалювання кераміки в тунельній печі // Наукові вісті НТУ КПІ. -Київ: 1999. №2, с.145-149.

4. Голінко 1.М., Остапенко Ю.О. Моделювання динамічного режиму підзон випалювання // Автоматизація виробничих процесів. -Київ: 1999. №2, c.3f 43.

АНОТАЦІЯ

Голінко Ігор Михайлович. Комп’ютерна система керування процесо: випалювання цегли в тунельній печі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів - Національнії] технічний університет України “КПІ”, Київ 1999.

Дисертацію присвячено розробці комп’ютерної системи керуванн: процесом випалювання цегли в тунельній печі. На основі аналізу діючи: систем керування температурним режимом тунельних печей встановлено, що і даний момент системи керування не враховують температурний стаї керамічних виробів при формуванні температури газового простору тунельно печі через неможливість їх вимірювання. Розроблено алгоритмічні забезпечення для контуру керування температурним режимом підзоні випалювання, яке дозволяє розрахувати температурний стан виробів т< враховувати параметри виробів при формуванні температурного режиму підзони випалювання. Проведено дослідження розробленої системи керування які підтвердили її працездатність та ефективність.

Ключові слова: керамічні вироби, тунельна піч, підзона випалювання, процес, математична модель, алгоритм, автоматизація, система керування.

АННОТАЦИЯ

Голинко Игорь Михайлович. Компьютерная система управления процессом обжига кирпича в туннельной печи. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов -Национальный технический университет Украины “КПИ”, Киев 1999.

Диссертация посвящена разработке компьютерной системе управления фоцессом обжига кирпича в туннельной печи. На основе анализа (ействующих систем управления туннельными печами установлено, что в ¡анный момент системы управления процессом обжига в туннельных печах не ■читывают температурное состояние керамических изделий при формировании температуры теплоносителя нз-за невозможности измерения емпературы изделий движущихся на вагонетках. Указанный недостаток 7риводит к невозможности коррекции температурного режима туннельных течей при изменении химического состава сырья, при изменении схемы садки 1зделий на вагонетке, при переходе на обжиг изделий иных размеров и т.д., гго в свою очередь приводит к ухудшению качества изделий, перерасходу топлива и т.п.

Для контроля температурного состояния керамических изделий разработан алгоритм определения температурных параметров керамики, который позволяет рассчитывать температурное состояние строительного кирпича по контролируемым параметрам туннельной печи. Алгоритм учитывает распределение температуры в садке кирпича и теплообмен излучением. Проведено экспериментальное исследование динамического режима температур для теплоносителя и садки строительного кирпича в подзоне обжига туннельной печи. Результаты экспериментальных данных и рассчитанных с помощью алгоритма практически совпадают.

Проведено исследования динамических свойств теплоносителя в процессе обжига строительного кирпича с помощью разработанной математической модели подзоны обжига. Математическая модель

температурного режима подзоны обжига учитывает распределение

температуры в садке керамических изделий и теплоизолирующей стенке печи, также учтен теплообмен излучением, который является доминирующим при высокотемпературном теплообмене. В результате исследования математической модели на ЭВМ получены переходные характеристики температуры теплоносителя по основным каналам возмущения и регулирования, что дает возможность учесть влияние этих каналов при разработке системы управления. Проверена адекватность математической модели подзоны обжига.

Для устранения недостатков существующих систем управления

процессом обжига керамических изделий предложена супервизорная система управления подзоной обжига как типовое звено для зоны обжига туннельной печи. Разработан алгоритм управления температурой керамики, который совместно с алгоритм определения температурных параметров керамики используется в системе управления. Разработанное алгоритмическое обеспечение для контура управления температурным режимом подзоны обжига позволяет рассчитать температурное состояние изделий и учесть его при формировании температурного режима подзоны обжига. Предложенная типовая система управления подзоной обжига позволяет устранить недостатки

существующих систем управления процессом обжига в туннельной печ улучшить качество выпускаемых керамических изделий и повысить техник экономические показатели печи. Проведенные исследования систем управления подтвердили ее работоспособность и эффективность.

Ключевые слова: керамические изделия, туннельная печь, подзона обжига, процесс, математическая модель, алгоритм, автоматизация, система управления.

ABSTRACT

Golinko Igor Michajlovich. The Computer Control System of the bumir bricks process in the tunnel furnace. - The Manuscript.

The thesis is presented for a master’s degree by the field of specializatic

05.13.07 - The automation of the technological processes - The National Technic; University of Ukraine “KPI”, Kyiv 1999.

The thesis devotes to elaboration the Computer Control System of the burnin bricks process in the tunnel furnace. By analyzing the control systems of th temperature regime in the tunnel furnace working nowadays was established that the did not take into consideration the temperature condition of ceramic products durin the forming the gas space temperature in the tunnel furnace because of impossible c it’s measurement. The developed algorithmical supplying for the control circuit of th burning subzone temperature regime allows to calculate the products’ temperatur condition and take into consideration products’ parameters during forming th burning subzone temperature regime. The effectiveness of this Control System ha confirmed by the researches which were made.

Key words: ceramic products, tunnel furnace, burning subzone, process mathematical model, algorithm, automation, control system.