Delist.ru

Автоматизация процессов непрерывного дозирования при промышленном производстве (26.11.2010)

Автор: Романов Константин Сергеевич

критериальная оценка качества дозирования в виде функционала, определяемого нескомпенсированной погрешностью регулирования, минимум которого дает оптимальное соотношение конструктивных и настроечных параметров системы дозирования

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей, позволившие выработать научный подход и методические основы разработки систем оптимального управление процессами непрерывного дозирования компонентов на основе использования наиболее эффективных с точки зрения уменьшения погрешности дозаторов с регулированием по расходу.

2. Математическая модель и методика расчета динамических процессов дозаторов непрерывного действия с регулированием по расходу при различных типах подвески весового транспортера и И- и ПИ- законах регулирования в контуре управления, исходя из принципов построения и методов описания систем, принятых в теории автоматического управления.

3. Критериальная оценка качества дозирования в виде функционала, минимум которого определяет оптимальное соотношение конструктивных и настроечных параметров системы дозирования.

4. Методы расчета и оптимизации настроечных параметров систем автоматического управления непрерывного дозирования сыпучих материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей.

Практическая ценность. Практические результаты исследований процессов непрерывного дозирования материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей заключаются в том, что они являются базой для научно-обоснованного выбора и настройки структур систем оптимального управления дозаторов непрерывного действия, позволяющих решать задачи повышения точности дозирования. Оптимальная система управления потоком сыпучего материала, позволяет обеспечить высокие качественно – точностные показатели процессов дозирования в широких пределах изменения характеристик компонентов сыпучей смеси.

Разработанные методы и рекомендации прошли апробацию и нашли практическое применения в ООО МСК «МОСТ К» г.Н. Новгород. Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных методов. Предварительный расчет показывает, что возможный экономический эффект от внедрения результатов исследований может составить 5-7%.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции «Интерстроймех-2009», 2009г.; 16-ой международной межвузовской научно-технической конференции 2010г. (г.Москва), научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г.Москва 2008-2009 г.г.) и кафедре автоматизации производственных процессов Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Публикации. Основные научные результаты диссертации изложены в 7 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения, списка использованной литературы, насчитывающего 89 наименований, и содержит 131 страниц, 48 рисунков, 2 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами совершенствования технологии и автоматизации процессов непрерывного дозирования материалов на промышленных предприятиях по производству сухих смесей, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

В настоящее время при сооружении различного рода объектов в России и за рубежом широко применяются сухие смеси. Из сухих смесей приготовляют штукатурные и кладочные растворы, бетонные смеси различного назначения с крупностью заполнителей до 20мм. Достоинством сухих смесей является неограниченный срок хранения и возможность использования в любое время по мере необходимости.

Для непрерывного производства смесей используются дозаторы непрерывного действия, которые состоят из объекта регулирования - питателя, подающего материал на ленту весового транспортера и элементов, формирующих главную отрицательную обратную связь. Дозаторы могут быть отнесены к системам автоматической стабилизации массы материала на ленте весового транспортера, за счет изменения производительности питателя, или стабилизации расхода, за счет изменения скорости ленты.

Обзор материалов, посвященных вопросам непрерывного дозирования показал, что дозаторы с регулированием по расходу обладают рядом преимуществ перед дозаторами с регулированием по массе. Регулирование по расходу обладает более высокой точностью в установившемся режиме, позволяет применять оптимальный вид управляющего воздействия с помощью изменения скорости ленты весового транспортера и, как следствие, получать равномерное истечение материала, широкий диапазон управления и возможность использовать в качестве регулирующих органов стандартные устройства общепромышленного назначения.

Большие потенциальные возможности получения высокой точности и качества дозирования привели к тому, что дозаторы этого типа являются наиболее перспективными в настоящее время и уже получили большое распространение как в России, так и за рубежом.

Однако полное использование потенциальных возможностей рассматриваемых систем не осуществимо без знаний закономерностей переходных процессов и особенностей их функционирования в динамике. Практика эксплуатации дозирующих систем показывает, что динамическая погрешность весьма значительна по величине и составляет наиболее существенную часть суммарной погрешности дозирования. Ее уменьшение остается основной задачей при исследовании различных типов дозаторов, их структурных модификаций, законов регулирования в контуре управления и параметрических характеристик.

Во второй главе проведено исследование дозаторов с регулированием по производительности и маятниковой подвеской весового транспортера.

На основании рассмотрения динамических свойств структурных элементов дозаторов с регулированием по расходу, на рис.1 приведена их достаточно общая функциональная схема, отражающая принципиальные особенности процесса дозирования не зависимо от конструктивного исполнения и технических характеристик отдельных элементов системы.

Рис. 1. Структурная схема дозатора с регулированием по расходу

уменьшается регулирующим органом РО до нуля за счет изменения скорости ленты транспортера V. В дозаторах применяются регуляторы общепромышленного назначения, что сводит задачу обеспечения высококачественного дозирования к определению их оптимальных параметров настройки.

контуре регулирования дозаторов элемента умножения и звена с переменным запаздыванием не позволяет применить для расчета системы в общем виде разработанные аналитические методы теории автоматического регулирования. Поэтому необходимо идентифицировать ряд задач, решение которых позволит полнее использовать потенциальные возможности рассматриваемых систем дозирования.

Для суждения о качестве работы дозаторов с регулированием по расходу в переходных режимах были выбраны интегральные оценки.

Для характеристики неравномерности дозирования, т.е. суммарного отклонения регулируемого параметра - производительности дозатора, от заданного значения и косвенно - времени регулирования, вводится интеграл вида:

где ?Qссып – отклонение производительности потока материала, ссыпаемого с ленты.

Не скомпенсированная ошибка регулирования оценивается при помощи линейной интегральной оценки вида:

Рассматривались переходные процессы в контуре управления дозатора с регулированием по скорости (рис.2,3), при трех различных типах весовых транспортеров. В качестве возмущающего воздействия на систему выбиралось импульсное изменение производительности питателя различной длительности tи. При tи ? ? импульс превращался в скачок.

За настроечный параметр системы принимался коэффициент усиления контура управления K.

(верхние кривые) и

J1 ? ?G (нижние кривые) от значений коэффициента быстродействия K. Кривые построены для системы дозирования с производительностью Q = 3,33 кг/с, скоростью ленты V = 0,1 м/с при 20% возмущении и длительности импульсного воздействия tи = 3 с. Сплошные кривые относятся к дозаторам с маятниковой подвеской, штрих пунктирные – с параллельной и пунктирные – с консольной.

? ?G и J1 ? ?G от значений коэффициента K На рис.3. даны зависимости J1 ? ?G для дозатора с маятниковой подвеской при различных значениях скорости ленты транспортера и длительности импульсного воздействия tи = 3 с. (пунктирные кривые) и tи = 5 с (сплошные кривые).

от значений скорости ленты транспортера

растут.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что не существует единственного оптимального значения коэффициента быстродействия системы K, который бы давал возможность не зависимо от длительности возмущения получать J1 = 0.

Исследовалась реакция системы при действии на нее скачкообразного возмущения, изменяющего массу материала на ленте от G0 до G1 за время ( прохождения скачком всей ее длины l. Очевидно, что для дозаторов с различными типами подвески весового транспортера величина ошибки дозирования определяется суммой отклонений расхода от заданного значения за все время переходного процесса

. (1) Для дозаторов с маятниковым типом подвески и И- и ПИ- регуляторами будем иметь:

для И - регулятора

для ПИ- регулятора (2)

загрузка...