Delist.ru

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЯМИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА КОМПОНЕНТОВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ (30.05.2011)

Автор: ЧЖОУ Ши Мо

Разработка рекомендаций по выбору и проектированию технических и программных средств управления.

Методы исследования: В диссертации использованы методы автоматизации управления, теории алгоритмов и системотехники.

Экспериментальные разработки базируются на теории планировании эксперимента, имитационном моделировании.

Научная новизна:

Новизна работы состоит в целенаправленном анализе рассматриваемых технологий, теоретическом обосновании принципов сортировки строительного щебня по дополнительным признакам, связанным с формой зерна. Научную новизну представляют также математическое моделирование предлагаемых технологий, формирование и анализ структуры автоматизированной системы, обоснование алгоритмов управления.

На защиту выносятся:

Анализ технологий сортировки щебня.

Математические модели рассматриваемых технологий как объектов управления.

Структура автоматизированной системы управления и составляющих подсистем.

Алгоритмы классификации щебня по форме зерна

Рекомендации по выбору и проектированию технических и программных средств управления.

Достоверность результатов обеспечивается применением современных математических методов, а также положительными результатами моделирования, экспериментов и внедрения на производстве.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Результаты применения разработанных алгоритмов с реализацией их на базовом электронном блоке ADAM-5000 подтверждают возможность и эффективность разработанных методов и средств автоматизации для промышленности стройматериалов. Материалы диссертации используются также в учебном процессе в МАДИ.

Апробация результатов. Положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Транспортное образование: опыт, проблемы, перспективы» (Москва, 2009 г.), 67 — 69-й научно-исследовательских конференциях МАДИ (2009 – 2011 гг.), на заседаниях кафедры АСУ МАДИ.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 6 печатных работах.

Объем работы и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного текста, общих выводов, списка использованных источников (106 наименований) и приложений. Общий объем: 112 страниц, 44 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, цели, задачи и методы исследований.

В главе 1 производится анализ предшествовавших исследований по рассматриваемым и смежным вопросам. Показано, что технологии каменных строительных материалов, и в первую очередь — дробление и сортировка — с точки зрения задач их модернизации и автоматизации исследованы далеко не достаточно. В значительной мере это связано с тем, что эти технологии охватывают широкий спектр операций как по характеру, так и по масштабам производства — от высокопроизводительных стационарных заводов до малых, разнообразных по составу и назначению передвижных установок.

В исследованиях сотрудников МАДИ, ВНИИСтройдормаша, СОЮЗДорнии и др. организаций предложены математические модели, касающиеся оптимизации энергозатрат и усилий дробления, а также оценки эффективности и качества сортировки.

Дробление — это первая основная составляющая технологии. Главными агрегатами в ней являются дробилки разнообразных конструкций, различающиеся способами воздействия на измельчаемый материал, куски которого подвергаются сжатию, излому, скалыванию, истиранию —в соответствии с применяемыми типами дробилок.

В основу выбора конкретного оборудования могут быть положены многие факторы — такие, как свойства обрабатываемых материалов, требования производительности, масштабы и объем производства, сроки исполнения заказов. Оборудование поставляется отдельными агрегатами и специализированными технологическими комплексами, однако такому принципу комплектации при всей его заманчивости, свойствен ряд существенных недостатков.

Прежде всего, это — не вполне удовлетворительная эксплуатационная гибкость, сложность приспособления к условиям свободного рынка, при котором заказы могут быть достаточно разнообразными по составу и объему.

При работе на полную мощность масштабный комплекс способен вырабатывать большой объем продукта с широким диапазоном свойств, значительная часть которых может, однако, оказаться не нужной конкретному заказчику. Кроме того, бoльшая часть продукта используется не сразу, нуждается в долгосрочном складировании, что снижает эффективность производства в целом. Крупный комплекс небезупречен и с точки зрения надежности: неисправность какого-либо из агрегатов способна нарушить работоспособность всей технологической цепи.

Режимом работы агрегатов в значительной мере определяется регламентированный размер зерен, и, кроме того, такой не менее важный показатель, как их форма, на которую влияют и структурные свойства горной породы.

Другой важнейший класс технологий — сортировка каменных материалов после их дробления. Получаемый в результате измельчения дробленый продукт представляется множеством кусков — «зерен» разнообразных размеров и форм; неоднородная смесь нуждается в сортировке — разделении на товарные «фракции» по размеру — выделении кусков требуемой крупности. Основной промышленный способ сортировки — грохочение, осуществляемое посредством грохотов разных форм и конструкций, с колосниками — ситами, с ячейками определенных размеров. Основные расчетные параметры грохотов — это линейные размеры, углы наклона, амплитуда и частота колебаний сит.

Из-за неправильной формы кусков очевидна неопределенность операции — зависимость от механических и фрикционных свойств материала, конструкции грохота и колосников, массы, случайной ориентации кусков.

Оборудование предприятий отличается большим разнообразием: полный комплект должен обеспечивать такие операции, как прием и очистку породы, двух- и/или трехступенчатое дробление, сортировку, отгрузку готового продукта, складирование невостребованной части и отходов. Эффективность работ находится в непосредственной зависимости от организации как производства в целом, так и каждого из его участков. Очевидно, что задача оптимизации производства может решаться лишь при условии оптимизации всех технологических агрегатов, что неизбежно связано с автоматизацией. В расширенном понимании качество щебня, помимо зернового состава, определяется формой зерен, механической прочностью, долговечностью, содержанием различных примесей.

В то же время следует отметить, что работы по автоматизации процессов сортировки строительных материалов практически отсутствуют. В ряде отраслей сообщается о применении электронных методов контроля крупности частиц на основе на обработки телевизионных изображений, имеются сведения об использовании оптических и радиоизотопных методов для определения гранулометрического состава и т. п., но всё это, скорее, благие намерения.

Характер сооружений, набор строительных материалов и организация технологий во все времена находились в непосредственной зависимости от природных, транспортных и прочих условий, специфических для конкретного региона. Опыт дорожного строительства свидетельствует, что организация крупномасштабных предприятий целесообразна для сосредоточенных регионов с более-менее равномерным рельефом. И наоборот, при разнообразном рельефе и обширных территориях производство строительных материалов и изделий следует распределять по малым предприятиям, приближенным к потребителям продукции и источникам сырья (карьерам). Централизованному принципу при всей его технологической универсальности и видимой экономичности свойствен ряд существенных недостатков, таких как неудовлетворительная эксплуатационная гибкость, сложность приспособления к условиям свободного рынка, при котором заказы на материал могут быть небольшими по объему, но достаточно разнообразными.

Для большинства регионов Китая (равно как и для обширных восточных областей России) нередко оказывается целесообразным создание по регионам малых и средних предприятий, распределенных по объектам строительства и специализированных по конкретным видам изделий. Требуемое технологическое оборудование доставляется по предприятиям при их формировании — отдельными агрегатами и специализированными комплексами, легко ремонтируется и при необходимости заменяется. Эффективность производства возрастает при снижении второстепенных расходов. Существенный эффект получается за счет сокращения простоев оборудования, снижения транспортных и складских расходов. Помимо прочих достоинств, предприятия малого и среднего масштаба более гибки и доступны для автоматизации и приспособляемости к изменяющимся требованиям рыночной экономики.

Работы по оптимизации и автоматизации процессов сортировки дробленого материала крайне немногочисленны, в основном не соответствуют современному уровню науки и не обеспечивают требований стройиндустрии.

В главе 2 обосновываются математические модели процессов, сопряженных с исследуемыми технологиями. Процесс сортировки принято оценивать двумя показателями: производительностью, то есть количеством поступающего исходного материала в единицу времени, и эффективностью — отношением массы материала, прошедшей сквозь отверстия сита, к массе данной крупности, содержащейся в исходном материале. В основу классической теории положено определение вероятности прохождения зерна сферической формы через отверстия просеивающей поверхности. Если положить, что зерно диаметром d падает вертикально на просеивающую поверхность с квадратными отверстиями, то частоту (апостериорную вероятность) Р его прохождения можно определить по отношению числа прошедших зерен к их общему количеству:

Р = т / п . (1)

При толщине стенок сита, равной а, вероятность прохождения зерна диаметром d через ячейку определяется выражением:

P = (l – d)2/(l + a)2 = (1 – d / l)2 ·l2 / (l + a)2 . (2)

Отношение общей площади отверстий («световой поверхности») к полной площади сита характеризуется величиной ? = l2 / (l + a)2, то есть P = ?·(l – d / l)2.

Для сравнения вероятностей прохождения зерна через прямоугольное и квадратное отверстия в литературе рекомендуется зависимость:

? = РL / РQ = ((c – 1) / c)·(d / (l – d)) + 1 , (3)

загрузка...