Delist.ru

Автоматизация технологических процессов пневмодозирования сыпучих строительных материалов с использованием управляемых пневмопитателей (30.05.2013)

Автор: Тан Цзюэй

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения ряда теоретических положений диссертации в промышленное производство строительных смесей,

Методы исследования

Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и математического моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом диссертации является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов

устойчивого пневмодозирования сыпучих материалов пневмопитателями различных конструкций с использованием систем стабилизации и оптимальных по быстродействию автоматических систем регулирования.

Научная новизна работы заключается в разработке:

критериальных функций оценки и требований к математическим моделям пневмопитателей, как объектов управления процессами дозирования сыпучих материалов и методов их автоматизации;

математической модели системы пневмодозирования со струйным питателем, как объектов управления процессами дозирования сыпучих материалов;

математической модели системы пневмодозирования с пневмовинтовым питателем, как объектов управления процессами дозирования сыпучих материалов;

методов автоматического управления и оптимизации параметров пневмопитателей, структурно и функционально адаптированных к условиям обеспечения режимных параметров пневмодозирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

результаты анализа технологии и технических средств обеспечения процессов пневмодозирования сыпучих материалов со струйным и пневмовинтовым питателями, для получения потока материала с постоянной производительностью, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки моделей, критериальных функций и систем автоматизации, ориентированных на оптимизацию процессов пневмодозипования;

математические модели, как объекты автоматизированного управления процессов пневмодозирования сыпучих материалов со струйным и пневмовинтовым питателями, учитывающие физико-механические характеристики сыпучего материала, поступающего на пневмодозирование, и структуры систем автоматического управления и оптимизации параметров процессов пневмодозирования.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации управления процессом пневмодозирования сыпучих материалов со струйными и пневмовинтовыми питателями, заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, методов и средств автоматизации, критериев оценки и параметров настройки систем управления получением материальных потоков сыпучего материала с постоянной производительностью.

Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась на бетонном заводе ЗАО «Союз-Лес» (г. Москва).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции «Интерстроймех-2013»,2013г., научно-методических конференциях МАДИ (Москва 2012-2013 г.г.) и кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ.

Публикации. Основные научные результаты диссертации изложены в 7 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения, списка использованной литературы, насчитывающего 93 наименований, и содержит 141 страниц, 48 рисунков, 7 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 пневмотранспортирования сыпучих материалов, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

Несмотря на существующий определенный опыт реализации автоматизированных систем управления пневмотранспортированием, все они, фактически, являются разомкнутыми. Необходимо определить возможности выполнять одновременно с транспортированием и операции дозирования за счет использования систем стабилизации и оптимального управления с определенной структурой и функциональным наполнением. Наиболее реальными объектами для такого анализа служат пневмопитатели различных конструкций. Подача сыпучих материалов, и в первую очередь цемента и порошка, на бетонных и асфальтобетонных заводах производится, как правило, шнековыми, барабанными и реже ленточными питателями, которые используются в качестве объемных дозаторов. Требования к точности дозирования при этом к ним не предъявляются. Использование пневмодозирования при всех его преимуществах, требует отбора только таких способов и устройств пневмотранспорта, которые могут обеспечить погрешность дозирования, заданную техническим регламентом.

Основные тенденции развития пневматического транспорта сыпучих материалов, связаны с обеспечением оптимальных параметров газоматериальной смеси и решением задачи снижения удельных энергетических затрат на тонну перемещаемого материала. Однако использованию пневмопитателей для операций пневмодозирования практически не уделяется внимания. Исключение составляют аэрационные питатели, которые из-за их неудовлетворительных метрологических характеристик не нашли широкого применения, в качестве дозаторов сыпучих материалов.

Надежность и экономичность работы пневмотранспортных установок зависит от выдерживания постоянной производительности при оптимальной скорости транспортирования. Её завышение приводит к увеличению расхода энергии, интенсивному износу материалопровода, а уменьшение скорости ниже критической - к возникновению аварийного режима. Поэтому при отсутствии автоматического регулирования предусматриваются дополнительные запасы расхода воздуха и давления для обеспечения устойчивого транспортирования, что приводит к заранее спланированному перерасходу электроэнергии и колебаниям производительности пневмотранспортной системы.

Процессы пневмотранспортирования сыпучих материалов являются многосвязными с большим числом переменных параметров. При анализе работы пневмотранспортных установок приходится использовать разноплановые характеристики воздушной среды, транспортируемого потока материала и самого материалопровода. Эффективное пневмодозирование связано, в первую очередь, с организацией оптимального режима устойчивого транспортирования материала с постоянной производительностью.

Рабочие режимы пневмотранспортных установок, как правило, обеспечиваются, системами автоматизации, определяющих запуск, останов и поддержание безаварийного режима транспортирования. Однако практически отсутствуют более сложные системы автоматического управления и оптимизации режимных параметров пневмотранспортных установок, которые могли бы обеспечить не только режим устойчивого транспортирования, но и дозирования сыпучих материалов.

Широкое внедрение средств микропроцессорной техники на заводах строительных материалов и изделий, создает объективные предпосылки для разработки автоматических систем управления процессами пневмодозирования сыпучих материалов на основе новейших методов и средств автоматизации.

Представление пневмотранспортной установки, как объекта управления, позволяет во многом упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические характеристики.

В ряде исследований были предложены модели пневмотранспортирования сыпучих материалов, которые могут служить исходным материалом для разработки математической модели пневмосистемы как системы пневмодозирования. Однако назначение рассмотренных моделей – это статическая оптимизация процесса пневмотранспортирования с целью оптимального согласования параметров потока в массопроводе или управление потоком материала в протяженном пневмопроводе. Эти модели оказываются мало пригодными для динамического описания пневмонасосов, как объектов автоматического регулирования. Требуется новый подход к синтезу модели пневмотранспортной установки учитывающий, в первую очередь, принципы и методы расчетов теории автоматического управления. Существуют объективные предпосылки для создания автоматических систем управления процессами пневмодозирования сыпучих строительных материалов на основе новейших методов и средств автоматизации.

Во второй главе разработаны функциональная схема и математические модель системы пневмодозирования со струйным питателем, методы и средства контроля ее параметров.

Процессы пневмодозирования сыпучих строительных материалов относятся к классу многосвязных с большим числом переменных параметров. Формирование расчетной модели системы, учитывающей все физические особенности процесса пневмотранспортирования, может привести к большой и практически неприемлемой размерности модели. Вынужденное усечение числа входных и выходных переменных приведет к заведомо неполной априорной информации о структуре и функциональных связях объекта. Сформированные на описанных принципах модели мало пригодны для оперативного управления процессами пневмодозирования сыпучих материалов. Требуется иной подход к формированию модели процесса, учитывающей, в первую очередь, принципы и методы расчетов и проектирования, принятых в теории автоматического управления Система соотношений описывающих состояние пневмодозирующей установки (ПДУ), может быть получена исходя из многоканальной связи ее переменных (рис 1)

Рис.1. Пневмодозирующая установки как объект управления:

P2- давление создаваемое камерным питателем на аэросмесь, поступающую в пневмопровод; N- мощность установки; Qn – производительность загрузочного устройства;Qв- производительность компрессора, подающего воздух в пневмопровод, для аэрирования потока материала, P1- давление на разгрузочном конце пневмопровода

Для описания пневмодозирующей установки разработана модель и выбраны способы стабилизации и оптимального управления автоматическими системами пневмодозирования.

, с помощью разложения ее в ряд Тейлора при малых приращениях переменных x и P в окрестностях точки номинального режима, связывает переменные в приращениях:

Переписав выражение (1), получим:

представлена уравнением (2) вместе с коэффициентом в виде частных производных.

, получим

,– площадь

поперечного сечения материалопровода.

загрузка...