Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость повышения качества цементобетонных смесей вызывает потребность в создании и внедрении более прогрессивных технологических процессов на базе современных средств автоматизации и управления. Операции автоматизированного дозирования и смешивания являются одними из главных факторов формирования качественных характеристик смеси, заданных рецептом.
Основными причинами, затрудняющими производство смесей с заданными свойствами, являются ошибки дозирования и некачественное перемешивание сырьевых компонентов. Погрешности дозирования компонентов цементобетонной смеси оказывают существенное влияние на качество самой смеси и готового изделия, поэтому задача стабилизации заданной рецептуры смеси является одной из основных задач в области совершенствования систем автоматического управления многокомпонентным дозированием.
Повышение точности дозирования компонентов цементобетонной смеси в настоящее время пытаются достичь улучшением метрологических характеристик весодозирующего оборудования, что не приносит ощутимого эффекта по снижению погрешностей, поскольку паспортные точности (погрешность взвешивания в статическом режиме) серийно выпускаемых дозаторов с большим запасом удовлетворяют нормативным требованиям к качеству дозирования. Очевидно, что причина неудовлетворительной точности дозирования кроется в ошибках, возникающих в самом процессе набора массы в дозаторе. В связи с этим независимо от типа и принципа действия дозаторов циклического действия повышение результирующей точности, т.е. уменьшение погрешности дозирования, возможно только с помощью специальных систем автоматического управления этим процессом.
В этом случае дозатор следует рассматривать как элемент системы многокомпонентного дозирования-смешения, а повышение точности дозирования компонентов цементобетонных смесей осуществлять за счет дальнейшего совершенствования систем управления путём перехода к связному многокомпонентному дозированию. Однако к настоящему времени решены лишь локальные задачи автоматизации режимов дозирования компонентов, которые не учитывают влияния взаимосвязи погрешностей дозирования отдельных компонентов и характера их изменения на качественные показатели смесей. Все это не позволяет использовать в полной мере потенциальные возможности циклической технологии приготовления цементобетонных смесей и требует проведения специальных научных исследований.
Получение цементобетонных 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 определяется равномерностью распределения компонентов между собой и зависит от ряда случайных факторов. Оптимизация столь многофакторного технологического процесса возможна только на основе автоматизированного управления.
Именно поэтому решение задачи повышения качества производства цементобетонных смесей за счет использования управления процессами связного многокомпонентного циклического дозирования и смешивания их компонентов является актуальным.
Цель работы. Повышение качества промышленного производства многокомпонентных цементобетонных смесей за счет оптимизации процедуры управления процессами связного многокомпонентного циклического дозирования и смешивания их компонентов.
Для достижения цели решены следующие научные задачи:
Выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами циклического дозирования компонентов цементобетонных смесей, методов и средств их автоматизации.
Решена задача определения рецепта цементобетонных смесей при случайных ограничениях области оптимизации их качественных характеристик
Обоснован критерий оценки качества функционирования системы управления технологическим процессом связного дискретного дозирования компонентов цементобетонной смеси с учетом статистических характеристик изменения доз дозируемых компонентов;
Сформулированы основные принципы формирования математической модели оптимизации качественного состава цементобетонных смесей, которые позволяют определить границы эффективного использования алгоритмов управления процессами связного дозирования компонентов.
Разработана математическая модель связного многокомпонентного циклического дозирования составляющих цементобетонной смеси.
Разработана структура и методы оптимизации качественных характеристик циклических дозаторов как элементов системы связного управления.
Исследованы особенности технологических режимов циклического смешивания компонентов цементобетонных смесей и разработан опытный образец прибора для определения консистенции бетонной смеси.
Проведена экспериментальная проверка полученных результатов.
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.
Похожие диссертации на Автоматизация процессов дискретного дозирования при промышленном производстве цементобетонных смесей
-
