Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Актуальность проблемы 5
Объект исследований 5
Цель и задачи диссертационной работы 5
Методы исследований 6
К защите представляется 7
Личный вклад автора 7
Научная новизна 7
Практическая значимость работы 8
Апробация работы 8
Публикации 8
Структура и объем диссертационной работы 9
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА, КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 10
1.1. Производство сборного железобетона в России и за рубежом 10
1.2. Опыт автоматизации производства сборного железобетона 21
1.2.1. Системы локальной автоматики 21
1.2.2. Системы управления качеством 34
1.2.3. Системы организационного управления 41
1.2.4. Развитие технических средств и структур автоматизации производства сборного железобетона 44
1.3. Информационное обеспечение автоматизации производства сборного железобетона 50
1.4. Результаты анализа и перспективы автоматизации в производстве сборного железобетона .64
1.5. Цель и задачи работы 65
2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА 67
2.1. Технологические аспекты производства сборного железобетона 67
2.1.1. Классификация технологий и железобетонных изделий 67
2.1.2. Компоненты бетонной смеси и железобетонных изделий 74
2.1.3. Показатели качества и контроль качества 83
2.1.4. Технологические зависимости 90
2.2. Основные задачи и цели управления производством сборного железобетона 101
2.3. Общая концепция системы управления 102
2.4. Контролируемые и управляемые параметры процесса 110
2.5. Обобщенная структура системы управления 111
2.6. Общие принципы исследования системы управления и ее моделирования 114
2.7. Выводы по разделу 2 111
3. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЯЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 113
3.1. Задачи моделирования системы управления производством 113
3.2. Программные средства моделирования 114
3.3. Структура имитационной модели 116
3.3.1. Общая структура модели 116
3.3.2. Модель формирования свойств компонентов бетонной смеси и готового железобетонного изделия 117
3.3.2.1. Модель динамики свойств компонентов и параметров 117
3.3.2.2. Моделирование свойств цемента 120
3.3.2.3. Моделирование свойств песка 125
3.3.2.4. Моделирование свойств щебня 128
3.3.3. Модель управляемого технологического процесса производства ЖБИ 129
3.3.3.1. Дозирования компонентов 130
3.3.3.2. Перемешивание бетонной смеси 133
3.3.3.3. Уплотнение бетонной смеси 133
3.3.3.4. Термовлажностная обработка 134
3.3.3.5. Выходные параметры технологического процесса 137
3.3.4. Модель системы контроля свойств компонентов смеси, режимов технологического процесса, параметров бетонной смеси, готового железобетонного изделия 140
.3.3.5. Модель системы управления производством железобетонных изделий 142
3.4. Основные алгоритмы моделирования 143
3.5. Результаты моделирования и оценка адекватности модели 144
3.6. Выводы по разделу 3 165
4. СОВМЕСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 167
4.1. Задачи и организация совместного моделирования технологического процесса и системы управления 167
4.2. Организация взаимодействия моделей 169
4.2.1. Методы хранения результатов моделирования 169
4.2.2. Обмен информацией между отдельными моделями 170
4.3. Моделирование неуправляемого технологического процесса производства железобетонных изделий 171
4.3.1. Моделирование свойств компонентов 171
4.3.2. Моделирование режимов технологического процесса 173
4.3.2.1. Дозирование компонентов 173
4.3.2.2. Термовлажностная обработка ЖБИ 176
4.3.3. Расчет выходных характеристик качества железобетонных изделий 183
4.4. Оптимизация частоты управления и информационного обеспечения задач управления 191
4.4.1. Задачи контроля параметров и показателей 191
4.4.1.1. Активность цемента 191
4.4.1.2. Гранулометрия цемента 195
4.4.1.3. Влажность минеральных заполнителей 199
4.4.1.4. Гранулометрия минеральных заполнителей 203
4.4.1.5. Параметры термовлажностной обработки железобетонных изделий 208
4.4.1.6. Прочность готовых железобетонных изделий 210
4.4.2. Задачи управления технологическим процессом 214
4.4.2.1. Управление по возмущению 214
4.4.2.2. Управление по отклонению 222
4.5. Разработка системы управления производством ЖБИ 232
4.6. Выводы по разделу 4 234
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 238
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 242
7. ПРИЛОЖЕНИЯ 250
7.1. Автоматизированная система приготовления бетона в ЗАО УКБХ (Бурейская ГЭС) 250
7.2. Варианты пультов управления фирмы «Конкрет- Плюс» (г. Москва) 254
7.3. Приборы и системы контроля 259
7.4. Результаты моделирования 266
7.5. Результаты внедрения системы управления 285
Введение к работе
Актуальность проблемы
Производственная база строительства является материальной основой всего строительного комплекса. Предприятия по выпуску бетонных и железобетонных изделий и конструкций имеются во всех 89 субъектах Российской Федерации. Для России сборный железобетон является географически универсальным материалом. Во всех регионах России производятся сложные предварительно напряженные конструкции, а также детали для индустриального домостроения
Рост промышленного производства и увеличение объемов строительства в 2000 г. способствовали росту спроса на продукцию предприятий, производящих железобетонные конструкции, в связи, с чем объемы производства в отрасли выросли на 21%. В развитых странах на одного жителя изготавливается до 2 кубометров различных бетонных и железобетонных конструкции в год. В России этот показатель значительно ниже и составляет примерно 0.6 кубометра при более узкой номенклатуре конструкций.
Решение жилищной проблемы требует разработки новых и совершенствования известных технологий строительства. Одно из направлений интенсификации производства — рациональное использование преимуществ крупнопанельного и монолитного домостроения. Одним из наиболее действенных направлений повышения эффективности и качества производства сборного железобетона является автоматизация производства.
Объект исследований
Система автоматизации производственных процессов завода по производству железобетонных изделий и информационное обеспечение системы управления, процесс формирования свойств железобетонных изделий/
Цель и задачи диссертационной работы
Целью данной диссертационной работы является автоматизация производства железобетонных изделий (ЖБИ) на основе оптимизации информационного обеспечения для задач оперативного управления технологическим процессом и интеграции локальных систем управления.
Такая постановка задачи позволяет наиболее эффективно использовать для управления производством имеющуюся на заводах ЖБИ оперативную информацию о свойствах компонентов смеси, режимах технологического процесса, свойствах бетонной смеси и готовых железобетонных изделиях. Кроме того, результаты исследований позволят обоснованно определить направления развития информационного обеспечения и систем автоматизации заводов ЖБИ.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ технологического процесса производства железобетонных изделий, как объекта управления. Оценить влияние основных факторов на качество бетонной смеси и готовых изделий. Проанализировать опыт создания и применения систем управления в производстве железобетона и смежных отраслях.
2. Разработать общие принципы построения разрабатываемой системы управления производством железобетонных изделий. Выдвинуть и обосновать общую концепцию системы управления. Выявить контролируемые и управляемые параметры процесса и сформулировать общие принципы разработки системы моделей процессов для различных уровней иерархии систем управления. Разработать обобщенную структуру системы управления и ее основные задачи.
3. Разработать имитационную модель управляемого технологического процесс производства железобетонных изделий. Для этого определить общие принципы построения модели и разработать следующие подмодели:
3.1. Модель формирования свойств компонентов бетонной смеси и готового железобетонного изделия.
3.2. Модель системы контроля свойств компонентов смеси, режимов технологического процесса, параметров бетонной смеси и готового изделия
3.3. Модель системы управления производством железобетонных изделий.
3.4. Оценить адекватность разработанной модели
4. Провести исследования на разработанной модели. Исследовать влияние системы контроля на эффективность управления производством бетонной смеси и железобетонных изделий. Оптимизировать систему управления и ее информационное обеспечение.
5. Разработать систему автоматизация производственных процессов завода ЖБИ на основе оптимизированного информационного обеспечения и системы управления.
Методы исследований
В качестве теоретической основы диссертационной работы использовались: теория автоматического управления, методы оптимального управления, синтеза и анализа непрерывных и дискретных систем, методы математического программирования, методы проектирования программного обеспечения и проектирования баз данных, теория вероятностей и математическая статистика, методы имитационного моделирования.
Моделирование производственных процессов и системный анализ проводились с использованием профессиональных математических пакетов (MatLab, MS Excel, STATISTICA).
К защите представляется
Разработанная новая концепция автоматизации производственных процессов завода железобетонных изделий на основе оптимизации информационного обеспечения системы управления определяет стратегию текущей оперативной коррекции расхода компонентов бетонной смеси по результатам контроля качества компонентов и готовых железобетонных изделий, по фактическим расходам компонентов в текущий, и предшествующие моменты времени. Эта стратегия должна обеспечивать максимум прочности бетона при выполнении других ограничений в соответствии с ГОСТами.
В ходе исследований и разработок по реализации этой концепции получены:
? Структура многоконтурной иерархической системы автоматизации производственных процессов завода железобетонных изделий, обеспечивающей компенсацию вариации контролируемых и неконтролируемых воздействий на технологический процесс.
? Модель и результаты исследований управляемого процесса формирования качества бетонной смеси готового железобетонного изделия с учетом динамических и статистических характеристик возмущающих воздействий, основных параметров информационного обеспечения процессов управления
? набор контролируемых параметров для оперативного управления производством
? точность и частота контроля параметров, обеспечивающие эффективное управление производством ЖБИ
? Система автоматизации производственных процессов железобетонного завода, ее структура и алгоритмы.
Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в разработке имитационной модели управляемого процесса формирования качества ЖБИ с учетом характеристик возмущающих воздействий и основных параметров информационного обеспечения процессов управления, обобщении и анализе результатов моделирования, разработке системы автоматизации. Роль научного руководителя д.т.н., профессора Попова В.П. заключалась в постановке задачи, согласовании плана исследований и участии в анализе результатов.
Научная новизна
Впервые предложена концепция автоматизации производственных процессов завода ЖБИ на основе оптимизации информационного обеспечения системы управления. Оперативная компенсация вариации параметров осуществляется с использованием распределенной системы многоконтурного автоматизированного управления с текущей оперативной оценкой динамических характеристик технологических процессов производства ЖБИ.
Научную новизну работы так же определяют:
? Разработанные методы и система автоматизации производственных процессов завода ЖБИ, обеспечивающая максимальное качество и снижение вариации свойств готовых ЖБИ.
? Имитационная модель управляемого технологического процесса производства ЖБИ. Эта модель состоит из четырех подмоделей -технологического процесса и его операций, системы управления производством ЖБИ, систем контроля и формирования свойств компонентов бетонной смеси и возмущений, действующих на технологический процесс, динамики показателей, характеризующих свойства компонентов бетонной смеси.
? Результаты исследований влияния основных параметров информационного обеспечения на эффективность оперативного управления и автоматизации производственных процессов завода ЖБИ.
? Структура и параметры распределенной комплексной системы автоматизированного управления.
Практическая значимость работы
Результаты выполненных исследований и разработок позволили эффективно решить важную народнохозяйственную задачу - повысить и стабилизировать качество ЖБИ:
? Разработаны алгоритмы автоматизации производственных процессов завода ЖБИ, обеспечивающие максимум прочностных показателей бетона и компенсацию нестабильного качества компонентов бетонной смеси, режимов производственного процесса.
? Разработана оригинальная модель, позволившая исследовать влияние основных параметров информационного обеспечения на эффективность оперативного управления и автоматизации производственных процессов завода ЖБИ.
? Выбраны и обоснованы основные показатели информационного обеспечения - требуемую точность и частоту контроля параметров обеспечивающие эффективность автоматизации производственных процессов завода ЖБИ.
Материалы диссертации внедрены и используются в учебном процессе в Самарском государственном архитектурно-строительном университете и Московском автомобильно-дорожном институте (ГТУ).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение в СГАСУ и МАДИ (ГТУ) в 2004-2006 г.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложений, списка использованных источников, насчитывающего 139 наименования, и содержит 285 страниц машинописного текста, 136 рисунков, 26 таблиц.
