Delist.ru

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДИСКРЕТНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ (30.05.2011)

Автор: Каменев Владимир Васильевич

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, тории вероятностей и математической статистики, а также методов математического и физического моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов связного циклического дозирования и смешивания компонентов цементобетонных смесей.

Научная новизна работы заключается в разработке:

критерия оценки качества функционирования системы управления технологическим процессом связного дискретного дозирования компонентов цементобетонной смеси с учетом статистических характеристик изменения доз дозируемых компонентов;

математической модели оптимизации качественного состава цементобетонных смесей, учитывающей случайный характер ограничений в области возможных изменений качественных характеристик смесей и их вероятностную меру выхода за пределы допустимой области в зависимости от заданных ошибок дозирования;

математической модели системы управления связным многокомпонентным циклическим дозированием составляющих цементобетонной смеси;

метода и опытного образца прибора для определения в процессе циклического смешивания консистенции бетонной смеси.

Основные положения, выносимые на защиту.

Результаты анализа технологии и технических средств для связного циклического дозирования и смешивания компонентов цементобетонных смесей, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки систем автоматического управления режимами производства цементобетонной смеси на основе современных методов и средств автоматизации.

Математическая модель управления качеством цементобетонных смесей в процессе связного многокомпонентного циклического дозирования с использованием критериев и условно-вероятностных ограничений на область изменения качества смесей.

Закон управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности циклического дозирования, позволяющий на каждом этапе дозирования осуществлять прогнозирование величины результирующей массы смеси Vp, с целью снижения ее вариации.

Метод и опытный образец прибора для определения в процессе циклического смешивания консистенции бетонной смеси.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов приготовления цементобетонных смесей заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, критериев качественной оценки и параметров настройки системы управления связным цикличным дозированием, позволяющих уменьшить погрешности дозирования и решить тем самым задачу повышения качественных характеристик цементобетонных смесей. Предложенный метод определения в процессе смешивания консистенции бетонной смеси позволяет оптимизировать время перемешивания компонентов и производительность бетоносмесительной установки. Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась на бетонном ЗАО «Союз-Лес» (г. Москва).

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работ докладывались и получили одобрение на Международном симпозиуме «Проблемы современного бетона и железобетона» (Минск, 2007); Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, 2007); Всероссийской научно-технической конференции журнала «Строительные материалы» «ДОР-СМ: Материалы для дорожного строительства» (Москва, 2009), 4-й Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, 2010); 69-ой Научно-методической и научно-исследовательской конференции «Пути развития строительства автомобильных дорог с использованием цементобетона» (Москва, 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Современные научные исследования в дорожном и строительном производстве» (Пермь, 2011); научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г. Москва, 2007-2011), на кафедре «Автоматизации производственных процессов» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета.

Публикации. Основные научные результаты работы изложены в двенадцати опубликованных статьях и в одном патенте.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 84 наименования, и содержит 185 страниц текста, 59 иллюстраций, 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулиро-вана цель исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, дан краткий обзор содержания диссертации по главам.

Первая глава посвящена анализу технологических схем производства цементобетонных смесей, технических средств дозирования их компонентов, результаты которого позволяют выявить их потенциальные возможности в части использования в структуре технологических линий цементобетонных заводов и установок. Сформулированы основные задачи технологического и технического совершенствования процессов производства цементобетонных смесей при внедрении методов и средств автоматизации дозирования. Даже при правильном выборе параметров элементов системы управления дозированием (датчика, усилителя, исполнительного механизма, весового устройства) и при высокой статической точности отдельно взятых элементов, такие системы управления загрузкой весовой емкости, образуя в комплексе дозатор циклического действия, в динамическом режиме взвешивания имеют низкую точность и не отвечают требованиям дозирования компонентов смеси.

Основным источником динамической и статической ошибок системы является неравномерность поступления материала в весовой бункер, определяемая особенностями конструкций, принципом действия и технологическими характеристиками питателей загрузочного устройства. Связанный с этим слишком большой разброс статистических параметров потока делает невозможным объективную оценку и прогнозирование динамического состояния системы. Возможные методы компенсации возникающих при этом погрешностей дозирования теряют свою эффективность.

В состав цементобетонной смеси входят компоненты, характеризующиеся различными физико-механическими свойствами, которые существенно влияют на характер подачи данного компонента питателем. Характер движения материала в свою очередь влияет на погрешность взвешивания.

Максимальной неравномерностью поступления обладает цемент, отклонение расхода которого от номинального может достигать 80%, а погрешность дозирования от неравномерного поступления может достигать в отдельных случаях 5…7 %. Высокой степенью неравномерности истечения обладает также песок, отклонение расхода которого от номинального может достигать 20…30 % (в отдельных случаях – 80 %), а погрешность дозирования 2…4 % (в отдельных случаях 10…15 %). Меньшей степенью неравномерности истечения обладают гравий и щебень, отклонение расхода от номинального достигает 7…10 %, погрешность дозирования при этом достигает 2…4 %.

Приведённые выше данные показывают, что к факторам, влияющим на точность технологического процесса дозирования относятся: колебательный характер движения весовой системы в переходном режиме взвешивания; неравномерный характер поступления материала из питателя; транспортное запаздывание материала в вертикальной плоскости. Общая погрешность технологического процесса автоматического циклического дозирования может достигать 5…9 %, что значительно превышает нормативные требования.

Поэтому создание высокоэффективных технологических решений и системы циклического дозирования, способной работать в сложных условиях дозировочного отделения при высокой точности взвешивания является актуальной задачей. Необходима разработка теоретической базы для анализа и синтеза дозирующих систем циклического действия для цементобетонных смесей с погрешностью дозирования, не превышающей допустимых значений.

Получение сыпучих смесей со свойствами, отвечающими предъявляемым к ним требованиям, должно быть обеспечено не только высокими метрологическими характеристиками систем дозирования, но и эффективно и надежно работающим смесительным оборудованием. Качество смешивания устанавливается равномерностью распределения компонентов между собой и зависит от относительной скорости рабочих органов смесителя, объема приготавливаемого материала и продолжительности процесса. Оптимизация столь многофакторного технологического процесса возможна только на основе автоматизированного управления.

Во второй главе разрабатывается модель процесса циклического дозирования, отражающая механизм образования погрешностей, вызванных изменением свойств дозируемого материала.

Объективную картину процесса циклического дозирования можно получить только на основе его математической модели, связывающей воедино характер загрузки сыпучего материала, поступающего в весовой бункер, и динамику весовой системы. Особенностью дозаторов циклического действия для сыпучих материалов является то, что источником энергии, приводящим их в движение, и источником возникающих погрешностей является кинетическая энергия потока материала.

Модель движения весовой системы, как колебательного звена с переменными коэффициентами, описывается в терминах, принятых в теории автоматического управления следующим выражением:

в окончательном виде уравнение движения бункера будет:

- коэффициент динамики, учитывающий свойства дозируемого материала.

Сумма внешних сил представляется в виде традиционного сочетания демпфирующей силы, пропорциональной скорости изменения x и жесткости силоизмерителя С. Первая из этих сил представляется слабой нелинейностью в форме степенной зависимости:

- положительный малый коэффициент.

- степени скорости.

Величина динамического давления потока при загрузке весового бункера, может быть оценена, исходя из выражения:

- отношение сечения питателя к приведенному сечению бункера.

Колебательный переходный процесс весовой системы (рис. 1) является основной причиной, приводящей к большим погрешностям дозирования. К значительным погрешностям дозирования приводят отклонения расхода питателя с длительностью 0,6…2 с при относительном изменении расхода на 10…40 %.

На действующих заводах по производству цементобетонных смесей, как правило, используются циклические дозаторы с гравитационными питателями. Данные питатели, обладая такими достоинствами, как простота конструкций, отсутствие специального, громоздкого привода, имеют недостаток в том, что истечение гравия, песка и цемента в весовой бункер дозатора происходит неравномерно, приводя к возникновению погрешностей дозирования (рис.2)

Расчетная погрешность дозирования, зависящая от величины зоны нечувствительности и запаздывания исполнительного механизма питателя, находится в пределах 0,2…2,0 %.

Рис.1. Переходные характеристики дозирования

а) дозирование жидкости б) дозирование цемента

загрузка...