Delist.ru

Автоматизация подбора фракционного состава фильтрующих материалов для промышленных предприятий (25.11.2010)

Автор: Чантиева Милана Энбековна

Рис. 3. К выводу выражения (10)

В этом случае, проводимость между двумя сферическими включениями в однородной эффективной среде может быть записана как:

где G0- удельная проводимость материала матрицы, dS(?) - элемент поверхности сферического включения, L(?) - длина дуги от поверхности одной сферы до другой, ? - координата в диполярной системе координат.

Используя расчётную схему (рис. 3) было получено выражения для проводимости между двумя сферическими включениями:

Используя (10) методом «противопоставлений» можно составить систему уравнений для узловых потенциалов, учитывая тот факт, что узловой определитель, составленный из коэффициентов системы уравнений (которые представляют собой проводимости), симметричен относительно главной диагонали.

По разработанной математической модели была написана программа «CritConc» нахождения обобщенной электропроводности ППК позволяющая вычислять значения критической концентрации. На рис. 4 представлена полученная при моделировании зависимость сопротивления ППК от концентрации выгорающих добавок по реализации программы «CritConc». Как видно критическая объёмная концентрация составила 0,148.

Рис. 4. Зависимость сопротивления ППК от Vкон.

Используя полученные значения критических концентраций, на основании (7), были получены зависимости пористости ППК от объёмной концентрации выгорающих добавок. На рис. 5. приведены экспериментальная и модельная среднестатистические концентрационные зависимости пористости ППК в докритической и послекритичеких областях при использовании заполнителя крупностью 0,01-0,16.

Как видно из зависимостей в докритической области по мере увеличения концентрации выгорающих добавок пористость плавно растёт. При объёмной концентрации примерно равной 15% наступает перколяционный переход, и пористость резко возрастает. В дальнейшем пористость продолжает возрастать и начинает стабилизироваться при объёмной концентрации около 27%. Увеличение объёмной концентрации свыше 30% приводит к резкому падению прочности ППК и поэтому не рассматривается.

Сравнение экспериментальных и модельных зависимостей показало, что максимальное расхождение между ними не превышает 7…10%, что позволяет сделать вывод, что разработанная модель практически адекватна реальной ППК.

Рис. 5 Экспериментальная модельная зависимости пористости ППК от объёмной концентрации выгорающих добавок

Используя данные об объемных критических концентрациях, полученных в ходе моделирования, была выявлена зависимость значений критических концентраций от фракционного состава выгорающих добавок в диапазоне размеров частиц заполнителя от 0,01 до 0,16 мм (рис. 6), а также была получена аналитическая зависимость этой связи (11).

Рис. 6 Зависимость критической объёмной концентрации от фракционного состава выгорающих добавок

В третьей главе на основе анализа состояния автоматизации процесса дискретного дозирования на действующих отечественных заводах по производству керамики с позиции соответствия фактической точности дозирования требованиям ГОСТа и СНиПа, сделан вывод о том, что фактическая точность дозирования не соответствует нормативным требованиям. В то время как для достижения заданной пористости проницаемой керамики необходимо точно соблюдать рецептуру смеси.

В связи с изложенным, в диссертационной работе решение проблемы повышения точности дискретного дозирования составляющих ППК осуществляется путем введения в управление процессом дозирования поэтапной коррекции доз компонентов, с целью обеспечения постоянства заданного соотношения между массами компонентов, составляющих смесь. Для этого проводились теоретические исследования по разработке математических основ управления дозами компонентов для оптимизации управления процессом связного многокомпонентного дозирования.

При разработке математической модели предполагалось, что управление связным дозированием n – компонентной смеси осуществляется с использованием максимума корректирующих связей.

Предположим, что очередность Gi дозирования компонентов ППК Xi, (i=1,n) задана как

и проведено m этапов дозирования. Отдозированные на этих этапах массы компонентов Хi, (i=1,m) приняли соответствующие значения Xi(Ui) (i=1,m). Тогда состояние системы перед проведением очередного j -–го этапа будет представлено совокупностью выходных значений Vi (i=1,m).

, при которой должен быть достигнут минимум суммарной дисперсии R (4).

Критерий, минимизирующий значение R для общего случая, имеет вид:

при ограничении

- допустимая погрешность нормированной массыVj, определяемой относительно Vpj.

Дополнительно вводится уравнение материального баланса перед проведением j – го этапа дозирования:

, (i = 1,n) - суммарная масса, которую предполагается получить в результате дозирования компонентов Xj, Xj+1, …, Xn c j – го по n - й этапы.

Уравнение оптимизации для достижения минимума (13) по параметру Ui при фиксированной Gi = G1 (12) имеет вид:

для случая, когда выполняется условие ограничения (14):

будет равна

- из условия нормировки.

и из (19) можно определить Vpj, в результате чего получим

Таким образом, закон управления дозами компонентов, полученный на основе математической модели, описывающей состояние системы на каждом этапе дозирования и учитывающий ограничения на допустимые погрешности дозирования ППК запишется в виде:

где: X1(U1) - измеренная масса отдозированного компонента, Uj - уставка следующего компонента, ?i - погрешность дозирования i-го компонента, Vi - текущая масса смеси ППК.

Отличительной особенностью разработанного закона управления является то, что на каждом этапе дозирования осуществляется прогнозирование величины результирующей массы смеси Vp, с целью снижения ее вариации.

В четвертой главе описывается техническая реализация автоматической системы подбора фракционного состава выгорающих добавок ППК и результаты её экспериментальной проверки

На основе результатов теоретических исследований, описанных в главах 2 и 3, реализован комплекс технических средств управления расчётом фракционного состава и дозированием компонентов ППК, причём на основании разработанного закона управления дозами компонентов (21), дозируются не только выгорающие добавки, но и все компоненты керамической смеси. Структурная схема комплекса технических средств расчёта и дозирования представлена на рис. 7.

В качестве весоизмерительных датчиков использованы силоизмерительные тензорезисторные датчики производства компании «Scaime». Основу комплекса составляет 14-слотовое шасси промышленного компьютера, внутри которого устанавливаются центральная процессорная плата, контроллер монитора SVGA, платы интерфейсов и цифрового ввода вывода. К центральной процессорной плате подключены дисководы, мышь и промышленная клавиатура. Монитор обычного исполнения устанавливается в универсальный комплект и подключается к контроллеру монитора. Необходимое количество модулей аналогового ввода подключается к плате последовательных интерфейсов.

Применение модулей аналогового ввода типа ADAM 4017 фирмы Advantech, имеющих интерфейс RS 485, позволяет размещать их на расстоянии до 1200 м от комплекса технических средств, т.е. рядом с весоизмерительными устройствами, и тем самым максимально снизить погрешности, возникающие в низковольтной измерительной цепи «датчик – преобразователь».

Рис. 7 Структурная схема комплекса технических средств расчёта и дозирования.

На первом этапе работы системы оператору предлагается осуществить ввод исходных данных: требуемая пористость ППК, минимальный размер задерживаемых фильтром частиц, а также исходная пористость чистой керамики и исходная пористость полукокса бурых углей подвергнутых обжигу при температуре 1050 оС. Два последних параметра определяются экспериментальным путём в лаборатории. Ввод осуществляется при помощи окна представленного на рис. 8.

Рис. 8 Окно ввода исходных данных

После нажатия на кнопку ОК происходит расчёт объёмной концентрации и фракционного состава полукокса. Причём модулем «CritConc» осуществляется вычисление значения критической концентрации в зависимости от фракционного состава, а по выражению (8) рассчитывается требуемая объёмная концентрация полукокса.

загрузка...