Введение к работе
Актуальность темы. Общие тенденции интенсификации современных производств направлены на повышение качества готовой продукции, снижение энергоемкости и повышение производительности установок В основе большинства технологических процессов лежат операции дозирования, от точного осуществления которых существенно зависит качество продукции Наряду с правильной аппаратурной организацией процесса дозирования, важную роль играют алгоритмы управления процессами дозирования
Наиболее остро проблема обеспечения точности дозирования возникает при организации управления процессами непрерывно-поточного дозирования двух и более потоков сыпучих материалов в заданном текущем и интегральном соотношениях. Выполнение данных условий является необходимым при проведении процессов дозирования в ряде важных отраслей промышленности: химической, пищевой, цементной, стекольной, строительной и др
В стекольной промышленности непрерывно-поточное дозирование присутствует на стадии приготовления шихты - исходного сырья для производства стекла Завершающей стадией этого процесса является непрерывное добавление к массе шихты, движущейся по конвейеру, определенного количества стекольного боя (СБ) в заданном соотношении
Необходимое в современных условиях качество стекла (ГОСТІ 11-2001 "Стекло листовое Технические условия") предъявляет высокие требования к составу и однородности шихты Заданной точности дозирования шихты и СБ добиваются стабилизацией соотношения по суммарному количеству шихты и СБ попадающему в стекловаренную печь, а улучшения однородности смеси "Шихта СБ" — текущим соотношением между ними Стабилизация текущего соотношения влияет на улучшение перемешивания шихты и СБ, что способствует более быстрому протеканию процессов стекловарения, облегчает плавку шихты и, соответственно, требует подачи
4 меньшего количества топлива для расплава стекольной массы и тем самым
снижает энергоемкость процесса Из литературных источников известно,
что расход природного газа сокращается до 4,4%
Существующие алгоритмы управления непрерывно-поточными до-заторамИі применяемые в производстве стекла имеют ряд существенных функциональных ограничений, наиболее негативными из которых являются, дозирование без компенсации интегральной или текущей ошибки соотношения подаваемых материалов, дозирование СБ исходя из заранее заданной дозы шихты, проходящей по конвейеру, что применимо только для ряда производств; дозирование материалов без учета изменения их свойств, что оказывает существенное влияние на качество работы стандартных систем управления непрерывно-поточными дозаторами
Таким образом, актуальность работы состоит в повышении качества шихты и снижении энергоемкости процесса стекловарения за счет разработки адаптивных алгоритмов управления процессами непрерывно-поточного дозирования Применение адаптивных систем в таких процессах позволит учесть недостаток информации об условиях последующей эксплуатации оборудования, изменения свойств исходного сырья и характеристик объекта в процессе эксплуатации и позволит проводить непрерывное дозирование в сложных производственных условиях, а также применять дозаторы, оснащенные такой системой управления для других отраслей промышленности
Целью диссертационной работы является снижение энергопотребления стекловаренной печи за счет повышения точности соотношения смеси "Шихта СБ" в условиях действия неконтролируемых возмущений, существенного транспортного запаздывания и изменения параметров объекта управления на основе адаптивной системы автоматического управления (АСАУ) непрерывно-поточным дозатором СБ на стадии приготовления шихты в производстве стекла
5 Задачи:
-
Провести теоретические и экспериментальные исследования процесса дозирования СБ питателем вибрационного типа, в том числе установить влияние свойств СБ на характеристики питателя вибрационного типа,
-
Учитывая неоднозначную зависимость производительности питателя вибрационного типа от управляющего сигнала при дозировании СБ возникает принципиально новая задача по изучению вибрационного питателя как звена системы автоматического управления непрерывно-поточным дозатором и разработке алгоритмов, направленных на уменьшение влияния свойств СБ на точность дозирования,
-
Построить математическую модель конвейерного непрерывно-поточного дозатора с целью апробации разработанных алгоритмов управления процессом двухкомпонентного дозирования и провести оценку адекватности полученной математической модели,
-
Опираясь на полученные модели, разработать алгоритм управления процессом непрерывно-поточного дозирования шихты и СБ, оптимальный по точности дозирования и быстродействию,
-
Разработать и внедрить в производстве стекла автоматизированное устройство, позволяющее дозировать шихту и СБ с заданной точностью в сложных производственных условиях, оснащенное средствами самодиагностики и "гибкой" программой управления на основе средств микропроцессорной техники Данное устройство должно иметь возможность работать автономно или входить в состав системы управления дозировочно-смесительной линией
Научная новизна:
1 Установлено, что питатель вибрационного типа при дозировании СБ является нестационарным по коэффициенту усиления объектом, что требует использования адаптивного подхода при управлении непрерывно-поточным дозатором, включающим питатель вибрационного типа,
2 Синтезирована комбинированная АСАУ непрерывно-поточным дозатором, обеспечивающая эффективную работу дозатора в условиях нестационарности его статических характеристик и флуктуации технологических параметров процесса;
3. Получено математическое описание динамического компенсатора с переменными параметрами как звена разомкнутого контура АСАУ,
4 Предложена целевая функция, устанавливающая взаимосвязь между критерием качества и расходами шихты, СБ и параметрами работы системы управления;
-
Разработан алгоритм адаптации параметров динамического компенсатора к постоянно изменяющимся свойствам СБ и параметрам непрерывно-поточного дозатора на основе предложенной целевой функции,
-
Разработана математическая модель конвейерного непрерывно-поточного дозатора (КНПД), представленная в виде системы дифференциальных уравнений, позволившая провести апробацию разработанной адаптивной системы управления и найти ее настроечные параметры
Практическая ценность работы. Разработан промышленно-ориентированный адаптивный алгоритм управления конвейерным непрерывно-поточным дозатором с возможностью его интеграции в состав алгоритмов управления дозировочно-смесительной линией по производству стекольной шихты Выполнена конструктивная разработка, проведены испытания и промышленное внедрение системы управления конвейерным непрерывно-поточным дозатором
Реализация результатов работы. Разработанная АСАУ непрерывно-поточным дозатором, предназначенная для поддержания заданного соотношения компонентов "Шихта СБ", внедрена ООО НТЦ "ACT" в производство в рамках создания системы управления дозировочно-смесительной линией в производстве стекла на ОАО "Саратовстройстекло" Разработано программное обеспечение микропроцессорного контроллера и станции оператора
7 Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, проектировании и производстве" (Н.Новгород, 2003 г), двух Нижегородских сессиях молодых ученых (технические науки) (Н Новгород, 2004, 2005гг ), двух Всесоюзных молодежных научно-технических конференциях "Будущее технической науки" (Н Новгород, 2004, 2005гг), II межрегиональной научно-технической конференции "Химическая и пищевая промышленность современные задачи техники, технологии, автоматизации, экономики" (Н Новгород, 2004г), международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Казань, 2005г), Юбилейной конференции посвященной 10-летию РАЕ (г Москва, 2005г), IV общероссийской научной конференции с международным участием "Новейшие технологические решения и оборудование" (г.Москва, 2006г)
Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 научных статей и 9 тезисов докладов, получен патент на полезную модель №59276 "Адаптивная система управления конвейерным непрерывно-поточным дозатором" от 29 03 2006г и свидетельство об официальной регистрации программы №2006612195 "Программа управления непрерывно-поточным дозатором сыпучих материалов" от 23 06 2006г
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 85 наименований, 2 приложения Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 14 таблиц.
