Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ • • 4
Глава І. ОШЮАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОТРУБОК СПОСОБОМ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ВЫТЯГИВАНИЯ; СВДСТВА И СШТЕШ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1. Описание технологического процесса 12
1.2- Средства и системы автоматизации 17
1.3. Выводы 19
Глава 2. ЖСЛВДОВАНИЯ ЛИНИИ ТОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВЫТШКИ СТЕК» ЛОТРУБОК КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАІШ
2*1. Выбор параметров управления 21
2.2. Вывод уравнений объекта 33
2.3« Экспериментальные исследования линии вытяжки. 52
2.4. Выводы • 78
Глава Зф ВЫБОР РАЦШНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СИЗТЕШ УПРАВЛЕНИЯ;
МЕТОДЫ И СРВДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
3.1. Структура системы автоматического управления. 81
3*2. Средства и методы измерения выбранных пара- 8 метров управления
3.3. Выводы . 118
Глава 4. СШТЕМА АВТОМАТЖИТОВАНШГО УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ РАЗМЕРАМИ СТЮОТРШЖ
4.1. Общие сведения 120
4.2. Алгоритмы управления и их техническая реализация. • 124
4.3. Оценка технико-экономической эффективности... 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 149
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Расчеты критериев соответствия X и А для экспериментальных и теоретических переходных функций диамет ра стек лотру бк и 157
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет устройства измерения давления воздуха, подаваемого на раздув стеклотрубок. 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты промышленного внедрения результатов ра боты 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 4» Расчет фактической экономической эффектив ности от внедрения системы 177
Введение к работе
Современное стекольное производство представлявт собой сложный комплекс разнородных структурных единиц, объединенных целью переработки сырья в стеклянные изделия: трубы, листы, емкости и др. Основными производственными единицами стекольных цехов являются отделения подготовки шихтн, стекловаренные печи и участки выработки изделий из жидкой стекломассы.
Значительный удельный вес среди номенклатуры выпускаемых изделий стекольных цехов имеют стеклотрубки и капилляры, потребность в которых в нашей стране растет из года в год. Они находят широкое применение в приборостроении, медицинской, радио - и электротехнической промншленностях благодаря хорошим диэлектрическим, механическим л другим физико-химическим свойствам стекла, дешевизне и относительной простоте изготовления.
Основным способом производства трубок в настоящее время является способ горизонтального вытягивания / способ Даннера / / I / , которым вырабатывают более SQ% всех отеклотрубок. По сравнению с другими способами выработки стеклотрубок производительность данного способа в несколько раз выше,он не требует сложного технологического оборудования и позволяет вытягивать трубки широкой номенклатуры / от 2 до 60 мм диаметром, с толщиной стенки от 0,2 до 5 ш/.
Б настоящее время большинство отечественных предприятий, выпускающих стеклотрубки, оснащено механизированными линиями вытяжки, позволяющими облегчить труд оперативного технологического персонала. Однако, управление процессом выработки ведется в условиях неполной информации о параметрах процесса и параметрах качества вырабатываемой стеклотрубки. Как правило,у операторов отсутствует информация о таких параметрах процесса как давление воздуха, подаваемого на раздув трубки, окорость вытягивания,тем-шратура стекломассы в зоне формования и т.п. О толщине стенки и наружном диаметре стеклотрубки, являющимися основными параметрами, определяющими качество стеклотрубск, оператор судит лишь по периодическим ручным замерам микрометром и ютангенцирсулем уже готовых, отрезанных трубок спустя минуту и более после того, как отеклотрубка уже сформировалась.
Естественно,что управление процессом в таких условиях не может быть эффективным и в основном зависит от опыта и интуиции оператора.
В связи с этим задача разработки автоматизированных систем управления технологическим процессом выработки, обеспечивающих повышение качества поддержания геометрических размеров формуемых трубок, является весьма актуальной.
Известно, что для разработки эффективных автоматизированных систем управления необходима идентификация объекта управления, а для обеспечения возможности их практической реализации - наличие измерительных устройств параметров процесса и регулирующих органов, воздействующих на него.
Анализ литературных источников / 2 - 41 / показывает, что несмотря на существование большого разнообразия методов и способов измерения диаметра и толпнны стенки стеклотрубок до последнего времени конкретные приборы измерения этих величин отсутствуют, а устройства для измерения отдельных параметров процесса формования в роде случаев хотя и имеются, но мало приспособлены к условиям технологического процесса выработки стеклотрубок / 42 / Описание динамики данного процесса, необходимое для создания эффективной системы управления, до настоящего времени отсутствует. Имеются лишь единичные сообщения, в которых линия вытяжки рассмат ривается в виде статической табличной модели / 43 / или описывается линейными уравнениями регрессии / 44 /.
Учитывая недостаточность данных по вопросам исследования и анализа линии вытяжки с позиций управления; малую приспособленность и отсутствие ряда устройств контроля параметров процесса становится очевидной необходимость рассмотрения этих вопросов с целью разработки эффективных систем управления процессом выработки стеклотрубок.
Однако, следует учитывать некоторые специфические особенности, присущие стекольному производству. В энергетике, металлургии, тяжелом машиностроении и в ряде других отраслей промышленности в настоящее время функционирует множество автоматических и автоматизированных систем управления различной сложности.Ик широкое,по-всеместное распространение в этих отраслях промышленности в большей или меньшей степени устранило психологический барьер "боязни" автоматизации, позволило накопить опыт и повысить квалификацию контингента работников, связанных о эксплуатацией и оболуживани-. ем систем и средств автоматизации. Стекольное же производство,несмотря на более двух-тысячелетнее развитие, значительно отстало в использовании достижений теории управления и, по-прежнему, в своем большинстве остается традиционно "ручным" производством. Если механизация стекольного производства, начавшаяся в средине пятидесятых годов, уже достигла определенных успехов, то использование средств и систем автоматизации до наотоящз-го времени не приобрело достаточно широкого распространения. В связи с этим большинство стекольных предприятий не располагают достаточным опытом работы и эффективной эксплуатации относительно сложных систем автоматизации и.как психологически,так и по наличию квалифицированных специалистов,мало подготовлены к их вне дрению.
Линия горизонтальной вытяжки стеклотрубок / как показано ниже» гл.2./ является колебательным объектом с запаздыванием и переменными коэффициентами, находящимся в условиях детерминированных и стохастических возмущений. Управление такими объектами линейными автоматическими системами, как правило малоэффективно / 45; 46 /. Применение других типов систем / нелинейных,оптимальных, цифровых и т.п./ позволяет успешно оправляться с подобными задачами управления / 46 /. Однако, такие системы по сравнению с линейными значительно сложнее / 47; 48 /, что,учитывая специфику стекольного производства, ставит под сомнение их жизнеспособность в ближайшем будущем. Поэтому весьма актуальной является задача разработки относительно простой /в техническом исполнении и обслуживании/ системы управления, позволяющей на достаточно сложном с позиций управления объекте получить требуемое качество регулирования геометрических размеров производимых стеклотрубок.
В овязи с изложенным целью настояавй работы явилась разработка системы автоматизированного управления, обеспечивающей уменьшение дисперсии колебаний геометрических размеров поперечного сечения цилиндрических стеклотрубок выбранного типоразмера, вырабатываемых на линиях горизонтальной вытяжки.
Научная новизна. В представленной работе осуществлены исследования и анализ линии горизонтальной вытяжки стеклотрубок с позиций теории автоматического управления. В работе:
- установлено,что механизированная линия горизонтальной вытяжки стеклотрубок является двухмерным объектом с перекрестными связями, коэффициенты передач которых являются функциями управляющих параметров;
- показано,что замена обычно используемого параметра управления - "толщина стенки" стеклотрубки, на параметр - "площадь поперечного сечения", позволяет представить сбьектвболее простом для целей управления виде: отпадает необходимость учета перекрестной, связи влияния давления воздуха раздува на толщину отевки трубки;
- впервые выведены уравнения динамики линии вытяжки. Экспериментальная проверка этих уравнений указывает на возможность описания динамики процессов вытяжки выведенными дифференциальными уравнениями;
- установлено,что основные колебания геометрических размеров стеклотрубок обусловлены: а/ транспортированием стеклотрубки от зоны формования до места ее отрезки; б/ действием инерционных оил, пропорциональных площади поперечного сечения стеклотрубки;
- предложены способы управления, позволяющие уменьшить амплитуду этих колебаний: а/ применением двухконтурной системы управления диаметром; б/ введением в контур регулирования диаметра дополнительного звена запаздывания так, чтобы суммарное запаздывание составляло половину периода подавляемых колебаний.
Практическая ценность выполненной работы:
предложен способ автоматизированного управления геометрическими размерами стеклотрубок, не требующий информации о толщине стенки, приборы измерения которой до настоятзго времени отсутствуют;...
для повышения точности измерения отклонений давления воздуха, подаваемого внутрь формуемой трубки, приведены формулы расчета и разработано устройство, базирующееся на серийно выпускаемых приборах измерения давления;
разработано устройство, позволяющее получать информацию,не обходимую для определения скорости вытягивания, обеспечивающей требуемую толщину стенки стеклотрубки;
разработана и практически реализована система автоматизированного управления, обеспечивающая уменьшение дисперсии колебаний геометрических размеров поперечного сечения цилиндрических стеклотрубок в 1,5-3,5 раза по сравнению с ручным управлением.
Внедрение результатов работы. Разработанная система автоматизированного управления внедрена в 1981 году на линии вытяжки №1 печи № б ПО "Термоприбор" /г.Клин/ и линии вытяжки печи № 4 завода "Дружная Горка" /Ленинградская обл./.
Результаты работы частично использованы в принятых к реализации проектах АСУ ТП для технологических линий выработки Саранского ПО "Светотехника" и Полтавского завода газоразрядных ламп.
Годовой экономический эффект по результатам функционирования системы в 1982 году на заводе "Дружная Горка" на печи № 4 составил 27,6 тыс.руб., срок окупаемости - 0,3 года.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на: научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Автоматизация производства и управления", Институт автоматики, Киев, 1978 г.; Всесоюзном семинаре "Автоматизация процессов производства строительных материалов", /шифр СА80-228/, РДЭНТП, Киев, 1980 г.
Публикации. Основное содержание диссертации освещено в 7 опубликованных работах и одном авторском свидетельстве СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы и приложений: содержит 49 рисунков, 6 таблиц. Основной текст изложен на 186 страницах машинописного текста.
Содержание работы. В первой главе даны краткое описание технологическою процесса механизированной горизонтальной вытяжки отеклотрубок, обзор существующих методов и средств измерения диаметра и толщины стенки отеклотрубок в процессе выработки, систем автоматизации управления, сформулированы задачи диссертации.
Вторая глава посвящена выбору параметров управления, теоретическим и экспериментальным исследованиям лиши вытяжки с позиций управления. Показано, что линия вытяжки как объект управления является взаимосвязанным, колебательным объектом с переменными коэффициентами; исследованы основные источники колебаний диаметра. Адекватность результатов экспериментов теоретически выведенным уравнением указывает на возможность описания линии вытяжки линейными дифференциальными уравнениями.а также на правильность физических представлений о природе имеющихся колебаний геометрических размеров отеклотрубок, Проведено моделирование линии вытяжки как объекта управления.
Б третьей главе на основании анализа возможных способов управления геометрическими размерами отеклотрубок осуществлен выбор структуры системы управления, рассмотрены методы и средства измерения отдельных параметров процесса вытяжки, необходимых для практической реализации конкретной системы управления. Показано, в частности,что оистема управления диаметром отеклотрубки должна быть двухконтурной и включать в свой состав в качестве корректирующего устройства звено запаздывания. Для обеспечения возможности практической реализации системы управления предлагается использовать для измерения давления воздуха, подаваемого на раздув трубки, диаметра и площади поперечного сечения стекло-трубки разработанные устройства, базирующиеся на использовании стандартных средств.
В четвертой главе описывается соответственно система авто матизированного управления геометрическими разнерши стеклотру-бок в процессе выработки, некоторые особеннооти ее построения, техническая реализация. Приведены алгоритмы управления, исследована точность работы системы и ее эффективность•
Представленная работа выполнена в Киевском институте автоматики имени ХХУ съезда КПСС.
