Введение к работе
Актуальность работы. При строительстве гражданских и промышленных сооружений бетон остается наиболее распространенным материалом из всего числа применяемых в настоящее время материалов. Объем производства бетона и изделий из него всё время увеличивается. Одним из резервов экономии цемента и повышения качества выпускаемой продукции является снижение вариации прочностных и других характеристик бетонной смеси.
Исходным этапом формирования заданных характеристик бетонной смеси является процесс дозирования его компонентов. Поскольку массы компонентов, составляющих бетонную смесь, связаны между собой ее рецептурой, то отклонение дозы даже одного компонента от номинала приводит к нарушению заданных соотношений между компонентами и, как следствие, к изменению заданных характеристик смеси.
Проблеме повышения точности дискретного дозирования как у нас в стране, так и за рубежом уделяется большое внимание. Можно выделить два основных направления в решении данной проблемы. Первое из них связано с исследованиями в области совершенствования весодозирующего оборудования и систем управления к ним, с целью улучшения, метрологических характеристик собственно дозаторов. Второе направление - это совершенствования систем управления многокомпонентным дозированием применительно к действующему оборудованию.
Совершенствование систем управления дозированием, а также и улучшение метрологических характеристик весодозирующего оборудования циклических систем дозирования не всегда дает желаемый результат. Так, несмотря на то, что на большинстве действующих бетоносмесительных установках используется оборудование, которое по своим параметрам соответствует требованиям ГОСТа, погрешности дозирования превышают регламентируемые пределы и, как следствие этого, наблюдается необоснованно завышенный расход цемента для выпуска изделий требуемого качества. Причина такого положения кроется в отсутствии научно обоснованных методов и рекомендаций, направленных на повышение точности не отдельных элементов весодозирующей системы циклического дозирования, а всей системы дозирования в целом с новой организацией и новым уровнем сложности за счет совершенствования систем управления с переходом к связному многокомпонентному дозированию. Однако к настоящему времени решены лишь локальные задачи автоматизации режимов дозирования отдельных компонентов, которые не учитывают влияния взаимосвязи погрешностей дозирования компонентов и характера их изменения на качественные показатели смеси. Все это не позволяет использовать в полной мере потенциальные возможности циклической технологии приготовления бетонных смесей и требует проведения специальных научных исследований.
Поэтому решение задачи повышения качества промышленного производства бетонных смесей за счет разработки системы управления технологическим процессом связного циклического многокомпонентного дозирования, способного обеспечить минимизацию погрешностей долевого содержания компонентов в готовой бетонной смеси и тем самым гарантировать её требуемое качество, является актуальным.
Цель работы. Повышение качества промышленного производства бетонных смесей за счет автоматизации процесса управления связным многокомпонентным дозированием с его оптимизацией по критерию качества, заданного рецептом.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами циклического дозирования компонентов бетонных смесей, методов и средств их автоматизации;
сформирована критериальная функция оценки и оптимизации процесса связного многокомпонентного циклического дозирования при случайном характере изменения доз компонентов с учетом качественных параметров рецепта;
разработана математическая модель процесса связного многокомпонентного циклического дозирования составляющих бетонной смеси;
разработана структура и функциональное наполнение системы управления, определены методы оптимизации качественных характеристик дозаторов как элементов системы связного многокомпонентного циклического дозирования;
проведена экспериментальная проверка полученных результатов.
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, математической статистики и моделирования.
Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов связного многокомпонентного циклического дозирования при промышленном производстве бетонных смесей.
Научная новизна работы заключается в разработке:
критериальной функция оценки и оптимизации системы управления технологическим процессом связного циклического дозирования компонентов бетонной смеси с учетом случайного характера изменения доз дозируемых компонентов;
математической модели системы управления связным многокомпонентным циклическим дозированием составляющих бетонной смеси с учетом качественных параметров рецепта;
структуры, функционального наполнения и методов оптимизации системы управления качественными характеристиками дозаторов как элементов системы связного многокомпонентного циклического дозирования
Основные положения, выносимые на защиту
1. Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения процессов связного циклического дозирования компонентов бетонных смесей, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки систем автоматизированного управления режимами связного многокомпонентного циклического дозирования бетонных смесей по критерию качества, заданного рецептом, на основе современных методов и средств автоматизации.
2. математическая модель и критериальная функция оценки и оптимизации процесса связного многокомпонентного циклического дозирования составляющих смеси при случайном характере изменения доз компонентов с учетом качественных параметров рецепта;
3. структура и функциональное наполнение системы управления, методы оптимизации качественных характеристик дозаторов как элементов системы связного многокомпонентного циклического дозирования;
Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов приготовления бетонных смесей заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, критериев оценки и параметров настройки системы управления связным цикличным дозированием, позволяющим уменьшить погрешности долевого содержания компонентов в готовой смеси и решить тем самым задачу повышения её качественных характеристик. Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась на бетонном ЗАО «Союз-Лес» (г. Москва).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Всероссийской научно-практической конференции. – Бийск: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. – 2010г., Всерос. науч.-практ. конф. г. Пермь. 2011г.,научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (г. Москва, 2007-2011г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ (ГТУ).
Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 11 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 83 наименования, и содержит 139 страниц текста, 50 иллюстраций, 5 таблиц.
