Delist.ru

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗНЫМ МНОГОКОМПОНЕНТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПО КРИТЕРИЮ КАЧЕСТВА (19.09.2011)

Автор: Шляфер Виталий Леонидович

критериальной функция оценки и оптимизации системы управления технологическим процессом связного циклического дозирования компонентов бетонной смеси с учетом случайного характера изменения доз дозируемых компонентов;

математической модели системы управления связным многокомпонентным циклическим дозированием составляющих бетонной смеси с учетом качественных параметров рецепта;

структуры, функционального наполнения и методов оптимизации системы управления качественными характеристиками дозаторов как элементов системы связного многокомпонентного циклического дозирования

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения процессов связного циклического дозирования компонентов бетонных смесей, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки систем автоматизированного управления режимами связного многокомпонентного циклического дозирования бетонных смесей по критерию качества, заданного рецептом, на основе современных методов и средств автоматизации.

2. математическая модель и критериальная функция оценки и оптимизации процесса связного многокомпонентного циклического дозирования составляющих смеси при случайном характере изменения доз компонентов с учетом качественных параметров рецепта;

3. структура и функциональное наполнение системы управления, методы оптимизации качественных характеристик дозаторов как элементов системы связного многокомпонентного циклического дозирования;

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов приготовления бетонных смесей заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, критериев оценки и параметров настройки системы управления связным цикличным дозированием, позволяющим уменьшить погрешности долевого содержания компонентов в готовой смеси и решить тем самым задачу повышения её качественных характеристик. Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась на бетонном ЗАО «Союз-Лес» (г. Москва).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Всероссийской научно-практической конференции. – Бийск: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. – 2010г., Всерос. науч.-практ. конф. г. Пермь. 2011г.,научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г. Москва, 2007-2011г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ (ГТУ).

Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 11 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 83 наименования, и содержит 139 страниц текста, 50 иллюстраций, 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу технологических схем производства бетонных смесей, техническим средствам, методам и средствам автоматизации дозирования компонентов, результаты которого позволяют выявить их потенциальные возможности в части использования в структурах циклического промышленного приготовления бетонных смесей.

Дозирование составляющих является основной технологической операцией при приготовлении бетонных смесей. Качество конечного продукта в этих производствах в большой степени зависит от выдерживания заданного по рецепту соотношения между исходными компонентами, т.е. от качества работы дозировочного оборудования. Поэтому, независимо от типа и принципа действия дозаторов циклического действия, преследуется основная задача – повышение их точности, т.е. уменьшение погрешности дозирования в режиме автоматического управления.

Можно принципиально изменить содержание и цель системы автоматического управления процессом дозирования, если рассматривать дозатор как элемент системы многокомпонентного дозирования с переходом к ее новой организации с новым уровнем сложности. Это направление преследует своей целью повышение точности дозирования компонентов бетонных смесей за счет придания новых свойств системам автоматического управления, переходом к управлению связным многокомпонентным дозированием. Преимущество систем связного дозирования в отличие от классических систем несвязного дозирования, состоит в уменьшении погрешностей долевых содержаний компонентов в готовой смеси не за счет улучшения метрологических характеристик весодозирующих устройств, а за счет взаимокомпенсации ошибок дозирования отдельных дозаторов.

Однако к настоящему времени решались в основном лишь локальные задачи автоматизации дозаторов отдельных компонентов, что давало возможности учесть взаимовлияния ошибок дозирования и характера их изменения на качество смеси. Все это не позволяет использовать в полной мере потенциальные возможности циклической технологии приготовления бетонных смесей и требует проведения специальных научных исследований.

Анализ современных установок и заводов по производству бетонных смесей показал их достаточно высокий уровень автоматизации за счет использования средств вычислительной техники и развитой системы сбора и преобразования информации. Использование средств вычислительной техники изменило саму концепцию создания систем автоматизации технологических процессов, делая упор на максимальную интеграцию технологии, технических средств и управления и позволяя реализовать алгоритмы управления высокой степени сложности в реальном масштабе времени. Акцент с качественных характеристик отдельных устройств переносится на качественные характеристики всей системы в целом, меняя не только структуру системы управления, но и сам характер взаимодействия отдельных технологических устройств. Начинает проявляться принцип связного, комплексного управления, качественно изменяющий подход к оценке свойств системы и методам ее синтеза на основе положений теории управления.

В силу указанных причин появились новые возможности вскрыть недоиспользованный потенциал целого класса дозирующих систем циклического действия.

i при заданной уставке Ui., значение которой используется для коррекции доз компонентов, дозируемых на следующих этапах.

В общем случае наличие корректирующих связей по выбранному параметру выражается функциональной связью:

- уставка задатчика дозатора компонента Xi,

Закон управления дозами компонентов зависит от принятого способа коррекции доз.

При связном дозировании по схеме с «ведущим» дозатором коррекция осуществляется, исходя из условия:

?i = Xi0/Xj0; i = 1,n; j = 1,n; i ? j (2)

где Xi0 - заданная масса «ведущего» компонента; Xj0 - заданные массы «ведомых» компонентов смеси.

Если отдозированная масса «ведущего» компонента Xi0 не равна заданной, то для соблюдения условия (2) закон управления, по которому будут скорректированы дозы «ведомых» компонентов запишется как

где X1(U1) - отдозированная масса «ведущего» компонента; U1= X1 - уставка задатчика «ведущего» дозатора; Ui+1, (i = 1, n-1) - скорректированные уставки задатчиков «ведомых» дозаторов.

Если условие, связывающее массы компонентов смеси, задано в виде

?i = X(i-1)0/Xi0; i = 2,n, (4)

то после дозирования компонента Xi-1 уставка задатчика дозатора компонента Хi, дозируемого на j+1 этапе, определится из соотношения

- коэффициенты долевого содержания компонентов смеси; Uj+1 - уставка задатчика дозатора компонента Хi, дозируемого на j+1-м этапе.

Рассмотренные виды управления связным многокомпонентным дозированием основаны на частных вариантах коррекции массовых соотношений доз дозируемых компонентов, количество которых практически не ограничено. Однако предлагаемые методы коррекции не связаны с глобальным критерием функционирования всех переделов бетоносмесительной установки – качеством готовой смеси.

Именно поэтому, повышение эффективности принципа связного циклического дозирования, требует решения ряда задач по разработке и исследованию алгоритмов и законов управления процессом дозирования, улучшающих качество готовой смеси за счет повышения точности соблюдения заданной рецептуры смеси.

Во второй главе разработаны процедура расчета рецепта с учетом качественных характеристик исходных материалов и математические зависимостей процессов связного дозирования от принятого закона управления.

При использовании стандартных характеристик материалов удобоукладываемость бетонной смеси определяется значительным числом характеристик исходных материалов, влияющих на формирование рецепта БС и на изменение границ его существования..

Так, изменения среднего размера зерна и его среднего квадратического отклонения, влияющие на подвижность бетонной смеси даны на рис. 1.

Условная удельная поверхность, определяемая гранулометрическим составом крупного заполнителя и рассчитанная, исходя из шарообразной формы зерен по результатам рассева, показана на рис. 2.

Изменение насыпной плотности в сухом, влажном состоянии и истинной плотности крупного заполнителя, а также изменение пустотности представлено на рис.3,4. Как видно, изменение удельной поверхности песка обратно пропорционально изменению модуля крупности (рис. 5,6,7). Данное обстоятельство вполне объяснимо зависимостью удельной поверхности песка от его крупности.

Указанные факторы, относящие к качественным характеристикам исходных материалов, показывают изменение подвижности в широком диапазоне (рис. 8).

Очевидно, что при расчете рецепта необходимо учитывать случайный характер изменения качественных характеристик исходных материалов бетонной смеси, которые могут повлиять на выход рецепта из области ограниченной допустимыми значениями качественных характеристик.

загрузка...