Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОЗАТОРОВ-ИНТЕГРАТОРОВ РАСХОДА 18
1.1. Технологические схемы дозирования многокомпонентных смесей
1.2. Особенности использования дозаторов-интеграторов расхода в циклических схемах дозирования 24
1.3. Грузоприемные устройства и измерительные схемы дозаторов-интеграторов расхода 28
1.4. Технологические особенности применения дозаторов без накопительной емкости 32
1.5. Дозирующие системы непрерывного действия 41
1.6. Системотехническое проектирование дозаторов непрерывного действия "' 47
1.7. Принципы классификации систем непрерывно-циклического дозирования 50
1.8. Понятие функциональной иерархии и структурной сложности системы 53
1.9. Выбор основных направлений исследований систем непрерывно-циклического дозирования 58
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОУРОВНЕВЫХ НЕПРЕРЫВНО- ЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДОЗИРОВАНИЯ С ЗАМКНУТЫМИ СХЕМАМИ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА 64
2.1 Задачи исследования 64
2.2 Структура системы непрерывно-циклического дозирования с нелинейной схемой измерений 68
2.3 Оценка технологических свойств системы непрерывно-циклического дозирования 71
2.4 Выбор оптимального значения зоны нечувствительности релейного элемента 79
2.5 Нелинейные измерительные схемы в отсутствие автоколебаний .80
2.6 Оценка влияния случайного входного сигнала .83
2.7 Абсолютная устойчивость нелинейных систем измерений 89
2.8 Критерии оценки процессов непрерывного дозирования .90
2.9 Определение интегральных оценок 95
2.10 Интегральные оценки линейной системы интегрирования расхода .98
2.11 Коррекция системы слежения дозаторов- интеграторов расхода 103
2.12 Введение форсирования в закон управления 107
2.13 Оптимизация параметров дозирующих систем по нормированной диаграмме Вышнеградского 107
2.14 Нелинейная замкнутая схема измерений с дополнительным потен-циометрическим датчиком
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 126
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНО-ЦИКЛИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ С РАЗОМКНУТЫМИ СХЕМАМИ ИЗМЕРЕНИЙ 128
3.1 Системы с разомкнутыми схемами измерений 128
3.2 Питатели непрерывного действия 131
3.3 Свойства весовых транспортеров, как элементов систем непрерывно-циклического дозирования 135
3.4 Измерительные свойства весовых транспортеров при стандартных возмущениях
3.5 Модельная схема определения технологических ошибок дозирования
3.6 Математическая модель определения технологической ошибки дозирования
3.7 Оценка измерительных свойств разомкнутой схемы дозирования при действии периодического сигнала 154
3.8 Измерительные свойства систем непрерывно-циклического дозирования при случайном входном сигнале 156
3.9 Система измерений с использованием корректирующего сигнала ошибки 160
3.10 Корректирующие связи систем непрерывно-циклического дозирования 162
3.11 Система с "жесткой" обратной связью 164
3.12 Введение интегральной обратной связи 168
3.13 Структурная схема с пропорционально-интегральной обратной связью 171
3.14 Метод нормированных диаграмм 173
3.15 Нормированная запись интегральных оценок систем третьего порядка 174
3.16 Синтез дозаторов с интегральной и интегрально-пропорциональной корректирующими связями по F-диаграмме 177
3.17 Оптимизация параметров систем дозирования с учетом частотных свойств входного сигнала 182
3.18 Проектирование систем непрерывно-циклического дозирования с разомкнутой схемой измерений 186
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 188
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ СВЯЗНОГО НЕПРЕРЫВНО- ЦИКЛИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ 191
4.1 Технологические показатели оптимизации состава смеси 191
4.2 Задача оптимизации состава смеси 196
4.3 Детерминированные ограничения области оптимизации состава смеси 198
4.4 Случайные ограничения области оптимизации состава смеси 200
4.5 Математическая модель статической оптимизации состава смеси .2(2
4.6 Критерии оптимизации состава строительных смесей 204
4.7 Связное дозирование многокомпонентных смесей 209
4.8 Многоуровневые системы управления 211
4.9 Механизм образования иерархических систем .215
4.10 Отличительные особенности систем связного дозирования 217
4.11 Определение длины условно-постоянного интервала 222
4.12 Модель управления связным непрерывным дозированием 225
4.13 Особенности модели управления связным непрерывным дозированием 232
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4 238
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ НЕ ПРЕРЫВНО-ЦИКЛИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ 240
5.1 Задачи моделирования 240
5.2 Цифро-аналоговый комплекс моделирования 242
5.3 Моделирование дозаторов-интеграторов расхода с замкнутой системой измерения 245
5.4 Моделирование разомкнутых систем измерения расхода .250
5.5 Моделирование дозаторов-интеграторов расхода с корректирующими связями 252
5.6 Взаимосвязь задач связного дозирования 260
5.7 Экспериментальные исследования связной системы дозирования .265
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5 270
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 272
ЛИТЕРАТУРА 276
ПРИЛОЖЕНИЯ 288
- Технологические схемы дозирования многокомпонентных смесей
- Структура системы непрерывно-циклического дозирования с нелинейной схемой измерений
- Системы с разомкнутыми схемами измерений
Введение к работе
Снижение затрат и повышение качества выпускаемой продукции путем выявления скрытых резервов и совершенствования существующих технологий является одной из основных задач развития общественного производства.
Современные условия выполнения строительных работ, быстро меняющиеся конъюнктура рынка и требования заказчиков к ассортименту и качеству готовой продукции, вызывают необходимость повышения гибкости и приспосабливаемости смесительных узлов и установок к изменениям технологических условий производства.
Среди причин, затрудняющих производство строительных смесей с заданными свойствами основными являются ошибки дозирования сырьевых компонентов, которые носят случайный характер и обусловлены, в основном неравномерностью истечения материала из расходного бункера и высокой колебательностью весовых механизмов под действием падающего материала. С целью устранения этих факторов необходимо усовершенствовать конструкции и системы управления дозаторами. Однако, не смотря на многочисленные меры, предпринятые в этом направлении, погрешность современных автоматических дозаторов, в лучшем случае - ± 2-3 %.
Решение вопросов качества и ассортимента готовой продукции того или иного производства неразрывно связано с переходом на непрерывность и поточность, поэтому процессы непрерывного дозирования, состоящие в обеспечении заданного расхода различных материалов, находят все более широкое распространение на предприятиях строительного производства.
Использование непрерывного дозирования обеспечивает переход на более прогрессивные методы ведения технологических процессов, создавая предпосылки для их полной автоматизации.
Основными технологическими элементами непрерывного или непрерывно-циклического производства в строительстве являются дозаторы непрерывного действия, которые позволяют интенсифицировать технологию массоприготовления как с малой частотой изменения состава конечного продукта, так и процессы, связанные с выдачей определенной порции материала. Дозаторы непрерывного действия выгодно отличаются от порционных периодического действия лучшими характеристиками по массе, габаритам, гибкостью приспособления к меняющимся условиям производства, возможностям автоматизации и управления с использованием современных микроэлектронных и микропроцессорных средств вычислительной техники.
Последнее обстоятельство является решающим при разработке систем дозирования с совершенно иными принципами измерения расхода.
Применение средств вычислительной техники позволяет: повысить технико-экономический эффект от внедрения непрерывной технологии и получить качественную продукцию в соответствии с действующими технологическими условиями; реализовать гибкую, быстро приспосабливающуюся к меняющимся условиям производства систему автоматизации всего производственного цикла приготовления смеси, начиная с подачи исходных материалов в расходные бункеры и кончая выдачей готовой продукции; использовать при автоматизации возможности алгоритмического и программного обеспечения, повышенного быстродействия при переработке больших объемов информации наиболее современных микроэлектронных и микропроцессорных средств автоматического контроля, учета, регулирования и управления; применить для дозирования компонентов смеси дозаторы непрерывного действия различных модификаций и системы дозирования различной конфигурации с широким спектром изменения основных технологических показателей; учесть специфику производства строительных работ и в первую очередь процессов смесеприготовления в части рационального уровня автоматизации, частоты смены и количества рецептур смеси, мобильности и пр; обеспечить максимальную гибкость и универсальность технологических решений, позволяющих сопрягать процесс непрерывного приготовления смесей с различными схемами организации производства строительных работ; обеспечить крупноблочную компоновку смесительных установок, значительно сокращая сроки монтажа-демонтажа и время передислокации установок на новое место эксплуатации; обеспечить максимально возможную унификацию как технологических решения, так и основного оборудования, аппаратуры, приборов и средств автоматизации; кардинально изменить содержание процессов управления, переместив многие технические аспекты реализации от локальных устройств автоматики в среду программного и алгоритмического обеспечения; разрабатывать наряду с дозаторами непрерывного действия классической, стандартной организации дозаторы с нетрадиционными системами измерений.
В имеющихся к настоящему времени разработках по проблеме непрерывного дозирования ставилась, как правило, задача уменьшения динамической ошибки дозаторов как систем стабилизации расхода. Экспериментальное определение метрологических характеристик по имеющимся методикам и нормативным документам давало апостериорную, оценку относящуюся к действующим устройствам. В то же время модельная, технологическая оценка точности дозирования опиралась на косвенные показатели качества или функционал оптимальности. Относительность таких оценок приводила к сравнительным методам исследований. Мерой качества выступала не реальная, а измеренная ошибка дозирования, поиск активных механизмов уменьшения которой и явился основной целью исследований. Анализу и синтезу подлежали системы автоматического регулирования расхода, что диктовало методы и приемы исследований. В этом отношении был достигнут теоретический и физический предел дальнейшего конструктивного и функционального совершенствования дозаторов классической организации.
Дозаторы непрерывного действия, как правило, рассчитаны на высокую производительность, представляя собой достаточно сложную силовую систему автоматической стабилизации расхода, что делает их использование в установках малой и средней производительности экономически не рациональными. Изменение экономических реалий и уход со сцены крупномасштабных строительных проектов, делает все более проблематичным использование мощных высокопроизводительных непрерывных дозирующих устройств в технологических схемах производства строительных смесей. Непрерывно-циклическая схема приготовления смесей, объективно прогрессивнее циклической. Поэтому, необходимо предложить принципиально новые методы непрерывного измерения составляющих строительных смесей, обеспечивающих сохранение преимуществ дозаторов - регуляторов расхода и в то же время, позволяющих существенно изменить их конструктивное исполнение, используя новейшие тенденции сокращения физической структуры за счет переноса части ее функций в вычислительную среду.
В 70-х годах для смесительных установок невысокой производительности, работающих в непрерывно-циклическом режиме, были опробованы экспериментальные образцы дозаторов-интеграторов расхода типа СБ, применяемые для выдачи сыпучих составляющих бетонной смеси и имеющих компенсационную схему измерений с механическим интегратором расхода.
Использование в процессах смесеприготовления этих дозаторов связано со стремлением упростить традиционные структуры непрерывных дозаторов стабилизации расхода, избавившись от дорогостоящей, достаточно сложной в эксплуатации системы автоматики, с одновременным уменьшением габаритных размеров смесительной установки, повышением ее мобильности и ряда других экономических показателей. Появляется возможность совместить в питающем устройстве непрерывный принцип подачи материала с одновременной фиксацией его количества с помощью компактных электромеханических или электронных интеграторов расхода.
Еще более просты в конструктивном отношении разомкнутые схемы измерения расхода с "жесткими" силоизмерителями. В новых экономических условиях, когда основным показателем применимости технических устройств, является сокращение затрат на выпуск готовой продукции, дозаторы-интеграторы расхода такого типа оказываются по сравнению с остальными дозаторами непрерывного и периодического действия по этому показателю вне конкуренции. И у них большие перспективы использования как в непрерывных, так и в циклически - непрерывных схемах дозирования, если удастся решить вопрос кардинального улучшения их метрологических характеристик.
В последнее время появился ряд существенно новых факторов, расширяющих возможности снижения погрешностей дозаторов-интеграторов расхода, связанных как с изменением отношения в строительном производстве к предварительной подготовке и хранению сырьевых компонентов (уменьшение слеживаемости, увеличение сыпучести), так и с существенным изменением технической базы управляющей подсистемы и средств измерений.
Средства вычислительной техники определяют новые направления организации процессов смесеобразования, трансформируя сам подход к решению проблемы, вскрывая потенциальные возможности улучшения метрологических характеристик дозаторов-интеграторов расхода путем варьирования структурных схем измерений и разработки новых алгоритмов управления на базе ПЭВМ. Появляются предпосылки создания систем многокомпонентного дозирования, позволяющих повышать качество готовой смеси, не изменяя метрологических характеристик дозирующей аппаратуры.
Несмотря на применение в строительстве широкой гаммы дозаторов непрерывного действия, использование наиболее простых в конструктивном отношении дозаторов-интеграторов расхода с разомкнутыми или замкнутыми системами измерений, до настоящего времени, практически отсутствовало. - II -
Причин здесь несколько, но главная состоит в том, что без контура управления производительностью питателя при неравномерном, пульсирующем характере истечения материала, вызванном частым его зависанием и обрушением, существенно ухудшает качество дозирования. Системы дозирования такого типа практически не использовались, и априори считалось, что они должны обладать худшими метрологическими характеристиками, чем системы с автоматической стабилизацией расхода. К тому же для последних разработана довольно стройная теория расчета, опирающаяся на известные методы автоматического управления, оптимизации, теории систем.
Необходим тщательный анализ новых систем непрерывно-циклического дозирования, исследование их потенциальных возможностей в части улучшения метрологических характеристик, границ применимости на материалах с различными физико-механическими свойствами, при реализации процессов многокомпонентного дозирования и на основании этого создание стройной теории синтеза такого типа дозирующих устройств в едином контексте технологии и управления.
Актуальность проблемы. Дозирование - технологическая операция большинства процессов производства строительных материалов и изделий, является одним из главных качествообразующих факторов формирования строительных смесей.
Новые тенденции технического и технологического перевооружения в строительной отрасли в изменившейся экономической ситуации, ужесточение технических условий и норм на выпуск готового продукта диктуют принятие только таких проектных решений, которые обеспечат существенное улучшение наиболее значимых показателей производства.
Традиционные технологии циклического и непрерывного дозирования являются отражением экономических, технологических и технических реалий предыдущего столетия. Был достигнут предел их технического совершенствования, не позволяющий кардинально изменить свойства этих систем, приблизить их технико-экономические показатели к новейшим, все более ужесточающимся требованиям производства.
Возможность перехода к более прогрессивным и экономически целесообразным методам автоматизированного управления связана с изменением технической базы строительного производства и комплектованием его новейшими средствами измерительной микропроцессорной техники. Это позволяет вовлечь ряд теоретических положений и идей концептуального характера в сферу практических приложений, предложить новые, нетрадиционные проектные решения, принципиально изменить сам подход к решению проблемы за счет многовариантного автоматизированного проектирования дозирующих систем. Именно поэтому назрела необходимость в проектировании смешанной схемы непрерывно-циклического дозирования, интегрирующей в себе оба технологических принципа производства строительных смесей. Отдельные, фрагментарные попытки опытного внедрения такой технологии на смесительных установках не дали ощутимого эффекта. Одной из причин этого является отсутствие комплексного подхода к специфическим особенностям проектирования дозаторов, как части системы автоматического формирования строительных смесей.
Необходима разработка новой концепции и методологических основ автоматизированного проектирования систем многокомпонентного непрерывно - циклического дозирования в едином контексте проблемы интеграции технологии, технических средств дозирования, измерений и управления. Важнейшим в концептуальном плане становится комплексный подход к решению этой проблемы в рамках единой методологии проектирования иерархических систем. Прикладной интерес представляет реализация на основе предлагаемой методологии проектирования наиболее простых в конструктивном отношении дозаторов - интеграторов расхода на «жестких» силоизмерителях с разомкнутыми схемами измерений, пригодных - ІЗ - для решения широкого спектра задач производства многокомпонентных смесей в строительстве и других отраслях хозяйства.
Объект и предмет исследования. Процессы и системы непрерывно-циклического дозирования компонентов строительных материалов; методология системотехнического синтеза иерархических систем автоматизации непрерывно-циклических процессов дозирования и ее программная реализация.
Методологические основы и методы исследования. Теоретические и расчетно-аналитические исследования базировались на фундаментальных положениях автоматизированного проектирования технических систем, теории автоматического управления, теории систем, теории вероятностей и других областях науки. Экспериментальные исследования опирались на цифро-аналоговые методы моделирования и обработку результатов на ПЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы
Впервые проведен системотехнический анализ специфических особенностей технологических процессов циклического и непрерывного производства строительных смесей в целях определения принципов оптимального автоматизированного проектирования структуры и функционального наполнения автоматизированной технологии многокомпонентного непрерывно-циклического дозирования.
Созданы научно-методические основы проектирования и практические методы построения автоматизированных систем непрерывно-циклического многокомпонентного дозирования в едином контексте проблемы интеграции технологии, технических средств дозирования, измерений и управления.
Используя концепцию построения многоуровневых иерархических систем, разработана при принятых функциях оценки классификационная схема проектирования дозирующих устройств непрерывно-циклического действия в виде упорядоченной последовательности качественно совершенствующихся структур. Классификация носит прогностический характер, позволяя определять место действующих систем в ряду подобных, оценивать потенциальные возможности и стратегию улучшения при проектировании их качественных характеристик, образовывая структуры с новыми свойствами.
Синтезирована модельная структура адекватного отображения реальной процедуры возникновения и накопления случайных погрешностей непрерывного и непрерывно- циклического процессов дозирования, которая впервые реализует практический механизм оценки и коррекции качественных характеристик строительных смесей, позволяя проектировать структуры различного конструктивного исполнения.
Разработаны и практически реализованы методы автоматизированного проектирования оптимальных качественных характеристик систем непрерывно-циклического дозирования с замкнутыми схемами измерений.
Разработаны принципы и механизм формирования статистической математической модели проектирования непрерывно-циклического способа дозирования с учетом случайного характера изменения погрешностей и выбранной критериальной функции.
Разработан механизм проектирования и практической реализации принципа связного многокомпонентного непрерывно-циклического дозирования с использованием дозаторов с разомкнутой схемой измерения расхода.
Практическая ценность и внедрение результатов исследования Практическую ценность работы составляют спроектированные на предложенных принципах новые автоматизированные системы непрерывно-циклического дозирования, методы расчета конструктивных и настроечных параметров вновь проектируемых и находящихся в эксплуатации систем. Автоматизированная технология непрерывно-циклического дозирования, включающая в себя технические средства дозирования, измерений и управления, имеет практическую направленность и предназначена для использования в установках по производству строительных смесей. Дозирующие системы различного конструктивного исполнения с различными модификациями измерительных систем позволяют эффективно решать задачи автоматизации процессов дозирования по новой технологии, обеспечивая реализацию принципиально новых способов повышения качества и существенного улучшения технико-экономических показателей смесительных установок. Незначительные потенциальные возможности снижения погрешностей у систем дозирования с замкнутыми схемами измерений потребовали проектирования новой структуры с улучшенными метрологическими характеристиками (патент РФ № 2098774). Принципиально изменена концепция применения средств вычислительной техники не только для реализации алгоритмов управления, но и для воспроизведения физических элементов системы, что позволило при проектировании повысить степень адаптации, встраиваемости дозаторов в автоматизированный комплекс, сузить границы физической структуры за счет расширения алгоритмической и программной структур, эффективно менять свойства систем без их перепроектирования и трудоемкой переналадки. Спроектирована оптимальная структура системы дозирования с коррекцией измеренного значения массы материала на основе простейших дозаторов-интеграторов расхода с весовыми транспортерами маятникового типа «жесткой» подвески, обеспечивающая минимальное значение погрешностей измерений. Предложен эффективный способ ослабления влияния амплитудных значений возмущающих воздействий введением местной корректирующей обратной связи по выходному сигналу транспортера, повышающий точность измерений отдозированной массы материала. Спроектирована автоматизированная система связного управления процессами непрерывно-циклического многокомпонентного дозирования при использовании простейших разомкнутых схем измерения расхода, существенно улучшающая качественные характеристики строительных смесей.
Внедрение результатов исследований в виде методик и программных продуктов использовалось в составе средств автоматизации процессов многокомпонентного дозирования в МП «БЕТАВ», фирме «САНКО», АОЗТ «Наш дом», Моршанском производственно-строительном управлении. Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методов и технических средств, а также практическими результатами внедрения теоретических положений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: Всероссийской конференции «Электротехнические системы транспортных средств и роботизированных производств» (г. Суздаль, 1995г.), 57-ой научно-технической конференции «Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» (г. Самара, 2000г.), 3-ей научно-практической конференции молодых ученых «Строительство -формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва, 2000г.), международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. С.-Петербург, 2000г.), международном научно-техническом совещании «Совершенствование качества в строительном комплексе» (г. Брянск, 1999г.), 54-ой научно-технической конференции молодых ученых (г. С.-Петербург, 2000г.), международной научно-технической конференции «Итоги строительной наука» (г. Владимир, 2000г.), международной научно-практической конференции «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в строительстве» (г. Белгород, 2000г.), 53-57-ой научно-технических конференциях МАДИ, кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ, кафедре автоматизации инженерно-строительных технологий МГСУ.
Технологические схемы дозирования многокомпонентных смесей
Во многих отраслях промышленности процесс приготовления смесей связан с дозированием исходных компонентов. Причем дозирование для таких технологических процессов, как производство строительных смесей является одной их основных операций.
Наряду с общими требованиями, предъявляемыми к современному дозировочному оборудованию как системам измерения массы, имеют место требования, учитывающие специфические свойства самого технологического процесса. Это отражается на особенностях конструктивного исполнения различных функциональных схем дозирования, а решаемый при этом круг задач связан с расчетом и проектированием отдельных узлов и элементов дозаторов. Поэтому при проектировании элементов дозирующих устройств и технологических переделов, использующих системы дозирования, первую очередь, обращается вниманием на обоснование типов питающих устройств и систем регулирования, исходя из физико-механических свойств дозируемого материала и специфики ведения технологического процесса с целью обеспечения необходимой точности, производительности, постоянства расхода по параметру и т.д. Так, например, при приготовлении бетонных смесей руководствуются требованием ГОСТа 7673-61 "Смеси бетонные заводского приготовления" и СНИП, которые предписывают дозирование составляющих бетонной смеси с погрешностью по массе ±2% для цемента и воды, и ±3% для песка и щебня. Те же самые требования предъявляются к асфальтобетонным и керамическим смесям. Изучение стандартов передовых европейских государств и США показывают, что во всех этих странах принято весовое дозирование, а требования к точности дозирования составляющих строительных смесей, в основном, аналогичны отечественным.
В существующих технологических линиях приготовления бетонных смесей один комплект дозировочного оборудования предназначен, как правило, для обслуживания двух бетоносмесителей. Время приготовления смеси в циклических бетоносмесителях лимитируется соответствующими стандартами. Для смесителей с принудительным перемешиванием число замесов в час должно быть не менее 32; для гравитационных смесителей в зависимости от жесткости бетонной смеси- соответственно не менее 30-36, то есть дозаторы должны обеспечивать не менее 80 взвешиваний в час, а время цикла дозирования не должно превышать 45 с. На асфальтобетонных заводах время приготовления одного замеса составляет в установках периодического действия 45-60 с. Продолжительность смешивания для установок непрерывного действия - 90 с.
Все дозаторы, используемые в строительной отрасли, могут быть отнесены к двум большим классам систем управления - дискретного и непрерывного действия с линейными или нелинейными системами управления. Дозаторы первого типа называются циклическими и служат для порционного отвешивания заданной дозы (рис. 1.1.а), и включают в себя, как правило, бункер 3 и питающее устройство 1 с приводом, весовой механизм 2, выполняющий роль интегратора расхода, и циферблатный указатель массы 4.
При включении дозатора материал через впускной затвор начинает поступать в накопительную емкость, при этом стрелка циферблатного указателя отклоняется. По достижении стрелкой заданного значения дозируемой массы материала, срабатывает система отсечки и подача материала в весовую емкость прекращается. Вместо стрелочной индикации может быть использована цифровая индикация массы.
Структура системы непрерывно-циклического дозирования с нелинейной схемой измерений
Дозаторы с замкнутыми схемами при использовании всех своих потенциальных возможностей улучшения метрологических характеристик могут только приблизиться к дозаторам с разомкнутыми схемами измерений. Связано это с тем, что следящий контур измерения массы вынесен за пределы основного контура преобразования производительности питателя „в массу материала G на ленте транспортера. Специфика системы кроется в динамических свойствах весового транспортера, модельное представление которого дает два элемента: преобразователь производительности и колебательное звено, учитывающее "нежесткость" подвески транспортера с передаточными функциями соответственно Wem(S)n WK(S). Вид передаточной функции Wlim (S) к тому же зависит от типа подвески весового транспортера. Необходимо исследовать возможности замкнутых систем измерения в части улучшения точностных характеристик, проанализировать варианты построения их измерительного контура и рекомендовать реальные методы повышения эффективности. Связано это с тем, что до настоящего времени опытные образцы отечественных дозаторов-интеграторов расхода имеют релейную систему измерений. Система конструктивно достаточно проста, содержит простые и надежные силовые элементы. Наличие варьируемой при необходимости зоны нечувствительности нелинейного элемента, образованного двумя контактными датчиками дискретного действия, обеспечивает беспрепятственное прохождение высокочастотной составляющей возмущения через систему, исключая частые включения привода контура измерений. Система реагирует только на спонтанные возмущения достаточно большой амплитуды, приводя в действия механизм компенсации изменений массы на ленте, игнорируя перемещения транспортера в пределах зоны нечувствительности релейного элемента. Предполагается, что высокочастотная составляющая не вносит существенного вклада в общую ошибку дозирования, а резкие изменения насыпной массы будут эффективно скомпенсированы за счет высокого быстродействия следящего контура. К тому же в передвижных смесительных установках, работающих в полевых условиях и не снабженных микропроцессорными управляющими устройствами, применение дозаторов-интеграторов расхода с простыми механическими интеграторами наиболее целесообразно. Таким образом, необходимо решить двоякую задачу: дать надежные рекомендации в части выявления потенциальных возможностей повышения метрологических характеристик систем непрерывно-циклического дозирования и определить возможные границы такого совершенствования за счет оптимизации параметров настройки.
Дозирующие системы представляют собой единый комплекс, объединяющий в себе элемент подачи сыпучего материала (питатель), весовой транспортер и измерительную систему. Многокомпонентные системы приобретают свойство управляемости, и в них могут быть использованы регулирующие алгоритмы.
То или иное состояние системы полностью зависит от физико-механических характеристик компонентов строительных смесей, т.е. характера подачи питателем материала на весовой транспортер.
Анализ процессов истечения сыпучих компонентов строительных смесей [65, 93, ПО] показывает, что входная производительность питателя x(t) представляет собой сложную функцию в виде медленно меняющейся составляющей х случайного сигнала хсл, на которую наложены стандартные возмущения представленные скачком или импульсом х . Таким
Так, данные стендовых испытаний в виде записи на осциллограммы процессов истечения цемента и заполнителей, произведенные во
Процесс истечения цемента носит интенсивный характер со случайным законом распределения амплитуды, длительности и скважности импульсов. При этом длительность и скважность импульсов, как правило, больше времени нахождения материала на ленте весового транспортера. Такой характер истечения цемента, по видимому, обусловлен явлением его обрушения в расходных бункерах.
Системы с разомкнутыми схемами измерений
Рассмотренные ранее системы были построены по классической схеме систем с обратной связью. Их динамические свойства и соответственно точность измерений определяются единственным параметром настройки -коэффициентом усиления и не могут быть улучшены до желаемых пределов. То есть существует теоретический предел совершенствования их свойств.
Можно предложить более простую, разомкнутую систему непрерывно-циклического дозирования со схемой измерения расхода, основанную на принципе прямого интегрирования массы материала на ленте весового транспортера.
Разомкнутая схема измерений использует информацию о среднем значении массы на ленте и является наиболее простой из всех возможных структур дозаторов непрерывного действия. Имеет смысл рассмотреть вариант с "жесткой" подвеской транспортера, т.е. дозаторы с тензометрическими, магнитоупругими, индуктивными и т.п. силоизмерительными элементами. Это позволяет исключить дополнительную динамическую ошибку, вносимую колебательными свойствами подвески. Система измерений приближается к структуре с минимально возможным набором элементов, не подлежащей дальнейшему упрощению.
Она представляет собой всего одно сложное динамическое звено в виде весового транспортера, передаточная функция которого зависит от типа транспортера.
Определение массы материала, выданного дозатором, осуществляется двумя способами. В первом случае отсечка заданного количества материала G,, подаваемого питателем на ленту весового транспортера, производится повремени tom в соответствии с соотношением G3 = Q„(t)dt; по второму - более точному, осуществляется непрерывное измерение массы и скорости перемещения ленты. Сигналы, пропорциональные массе материала на ленте транспортера и скорости ее перемещения предварительно перемножаются и подаются на вход интегрирующего устройства, выходной сигнал которого, пропорциональный суммарной массе прошедшего через транспортер материала, фиксируется индикатором. Задача дозирования в обоих случаях сводится к интегрированию массы материала и прекращению процесса интегрирования по достижению заданного значения массы.
Структурная схема измерительной системы дозатора дана на рис.3.1. Входной величиной схемы является производительность питателя 0„, а выходной - масса Gy материала, прошедшего через дозатор. Промежуточные величины в структурной схеме следующие: G(t) -масса материала, находящегося на ленте транспортера, M{t) - момент от силы тяжести массы материала. Характер истечения материала из бункера зависит как от его физико-механических характеристик (влажность, склонность к зависанию, текучесть и т.д.) так и от типа питающего устройства. В самом общем виде выходная производительность питателя x{t) представляет собой сложную функцию в виде медленно меняющейся составляющей х, на которую наложены стандартные возмущения, промоделированные случайным сигналом х". Стандартные возмущения представлены скачком или импульсом х .
Похожие диссертации на Автоматизированное проектирование систем непрерывно-циклического дозирования строительных материалов
