Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние производства автономных устройств для промышленной очистки воды 10
1.1. Технологические процессы предприятий промышленности строительных материалов, требующие очистки вод 10
1.2. Проблема очистки сточных вод промышленных предприятий и жилого сектора 12
1.3. Методы очистки сточных вод 14
1.4. Автономные устройства для промышленной очистки сточных вод 17
1.5. Обзор фильтрующих элементов для очистки сточных вод от механических примесей 20
1.6. Классификация композиционных материалов 28
2. Математическая модель взаимосвязи концентрации заполнителя композиционного материала и его пористости 36
2.1. Обзор методов подбора состава композиционных материалов 36
2.1.1. Вероятностно-геометрическая концепция моделирования структуры композиционного материала 38
2.2. Разработкам алгоритма моделирования структуры композиционного материала 42
2.2.1. Алгоритм математического моделирования структуры композиционного материала 42
2.2.2. Результаты моделирования 45
2.3. Разработка модели пористости композиционного материала на основе его математической модели структуры 45
2.4. Основы теорий «эффективной среды» и «протекания» 53
2.5. Математическая модель для определения значений критической концентрации 61
2.6. Результаты моделирования концентрационно-пустотностных характеристик композиционного материала на основе полимерных вяжущих 74
2.7. Сопоставление экспериментальных данных с данными, полученными при моделировании 75
3. Анализ методов дозирования компонентов и разработка математической модели управления дозами компонентов смеси ПВАЦФБ 79
3.1 Общее состояние дискретного дозирования компонентов бетонной смеси. Системы и устройства для автоматического многокомпонентного дозирования 79
3.2 Связное многокомпонентное дозирование и алгоритмы управления...83
3.3 Обоснование выбора критерия оценки качества управления многокомпонентным дискретным дозированием 89
3.4 Теоретический вывод закона управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности дозирования 94
3.5 Определение оптимальной очередности дозирования компонентов смеси.ЛОІ
3.6 Взаимосвязь погрешностей связного дискретного дозирования и законов управления 109
4. Техническая реализация автоматизированной системы приготовления компонентов композиционных фильтрующих элементов на основе полимербетонов 119
4.1 Теоретические основы синтеза структуры автоматической системы приготовления компонентов фильтрующих бетонов 121
4.2 Техническая реализация автоматической системы приготовления компонентов фильтрующих бетонов 130
4.3 Экспериментальная проверка автоматической системы приготовления компонентов фильтрбетона 137
4.3.1 Методика производственных испытаний 137
4.3.2. Результаты производственных испытаний 138
Общие выводы по диссертационной работе 143
Литература 145
Приложение 1 155
Приложение 2
- Технологические процессы предприятий промышленности строительных материалов, требующие очистки вод
- Обзор методов подбора состава композиционных материалов
- Общее состояние дискретного дозирования компонентов бетонной смеси. Системы и устройства для автоматического многокомпонентного дозирования
- Теоретические основы синтеза структуры автоматической системы приготовления компонентов фильтрующих бетонов
Введение к работе
Бурный рост строительства в нашей стране наблюдаемый в последние годы требует всё больше строительных материалов, в связи с чем количество предприятий занятых производством, как самих строительных материалов, так и сырья для них значительно увеличилось.
Как правило, это средние и малые предприятия, занимающиеся переработкой природного сырья, для производства строительных материалов. В основном такие предприятия занимаются дроблением, классификацией и помолом природного сырья для изготовления различного рода щебня, песка, известняка, мергеля, гипса и т.п.
В большинстве случаев технологические процессы приготовления таких материалов требуют значительного количества воды. Так, например, по некоторым данным, водопотребление предприятий строительной индустрии, производящих для нужд строительства изделия из гранита и мрамора в системе промышленности строительных материалов к 2010 г. составит 24,2 млн. м в год, при этом водооборот в замкнутой системе водоснабжения составляет только 70%, что приводит к сбросу в окружающую среду более 7,3 млн. м3 воды в год. Общий же расход воды на предприятиях строительной индустрии зависит от их мощности и по оценкам аналитиков может достигать 1000 м /ч [1].
В то же время в соответствии с Постановлением Совета Министров РФ № 500 предприятиям, использующим в своём производстве большое количество воды необходимо получить разрешение на специальное водопользование при условии согласования режима потребления вод со следующими органами: Государственными санитарным надзором, органами охраны рыбных запасов, геологической и ветеринарной службами. Кроме того, при проектировании и строительстве зданий и сооружений необходимо руководствоваться «Правилами охраны поверхностных вод от за грязнения сточными водами» № 1166 [2], утвержденными Главным санитарным врачом РФ и органами контролирующими рыбное хозяйство РФ, которые устанавливают требования на существующие и проектируемые выпуски сточных вод производственных и хозяйственно - бытовых сооружений в населенных местах, отдельно стоящих жилых и общественных зданий, строящихся, реконструируемых предприятий и объектов независимо от их ведомственной принадлежности. Не выполнение требований по очистке воды ведёт к серьёзной административной, а во многих случаях и к уголовной ответственности, поскольку согласно Постановления Пленума Верховного Суда РФ от 5 ноября 1998 г. №14 эксплуатация объектов с неисправными очистными сооружениями и устройствами, отключение очистных сооружений и устройств, совершение иных действий, повлекших загрязнение водоемов и водных источников и причинивших существенный вред животному или растительному миру, лесному или сельскому хозяйству, квалифицируется по соответствующей части статьи 250 УК РФ.
Нормативы состава и свойств воды водных объектов, которые должны быть обеспечены при пуске в них сточных вод, предназначены для исключения необходимости ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно - питьевого и культурно - бытового водопользования. Нормативы устанавливаются применительно к отдельным категориям водопользования у мест расположения ближайших к выпуску сточных вод пунктов водопользования в соответствии с нормами СН 245 - 71, а также дополнительными перечнями, утвержденными Главным государственным санитарным врачом РФ № 1194, № 1521 - 76, № 1842 - 78.
Степень очистки сточных вод устанавливается в зависимости от местных условий с учетом возможного использования очищенных сточных вод для промышленных или сельскохозяйственных нужд согласно СНиП 2.04.02 - 84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Очищенные сточные воды должны отвечать требованиям правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, а также санитарно-техническим и технологическим требованиям потребителя.
На крупных стационарных предприятиях различного профиля очистка сточных вод осуществляется, как правило, в отстойниках,, нефте- и масло ловушках с использованием в ряде случаев коагулянтов. Очищенные воды в большинстве случаев используются в системах оборотного водоснабжения. При этом вода основного источника или из других циклов водопользования идет на компенсацию оборотной воды.
По данным Государственного санитарного надзора суммарная концентрация дисперсий в общем потоке неочищенных сточных вод предприятий стройиндустрии изменяется от 5 до 10 г/л. В целом же на этих предприятиях ежегодно образуется около 1,5 млн. тонн шлама, который во многих случаях безвозвратно теряется [3]. В то же время его можно применить для различных нужд, например, в качестве заполнителя при изготовлении бетонной смеси, керамики и пр.
Из всего сказанного видно, что вопрос очистки вод сброса предприятий промышленности строительных материалов, который и ранее был актуален, в современных условиях приобретает особо острый характер.
Решение этого вопроса напрямую связано с задачей разработки и применения современных очистных установок, способных при небольших габаритах и стоимости эффективно очищать сточные воды от примесей. В этом случае, пожалуй, единственным способом решения этой задачи является разработка производительных и дешевых фильтрующих элементов.
Обеспечение достаточных объёмов производства таких элементов невозможно без автоматизации их изготовления. В связи с этим особую актуальность при решении вопросов очистки сточных вод, приобретают научные исследования, направленные на разработку автоматизированных технологий производства фильтрующих устройств, что приведёт к улучшению экологической обстановки, обеспечит повторное использование воды и даст возможность получить дополнительное сырьё (отфильтрованный шлам) для производства различных строительных материалов.
Технологические процессы предприятий промышленности строительных материалов, требующие очистки вод
Среди всех технологических процессов на предприятиях промышленности строительных материалов и изделий, с точки зрения загрязнения вод, которые в дальнейшем требуют очистки, можно выделить следующие процессы: помол строительных материалов, грохочение и классификация.
Процесс помола материалов в мельницах характеризуется большой энергоемкостью и стоимостью. Применяемые для помола мельницы отличаются большим разнообразием конструкций и условий их работы.
Мельницы условно разделяются на механические (барабанные, шаровые, кольцевые, валковые, роликомаятниковые, ударного действия и вибрационные) и аэродинамические, или струйные (воздухоструйные, пароструйные и др.). Барабанные (трубные) мельницы бывают: периодического и непрерывного действия; цилиндрические, конические и комбинированные; шаровые, стержневые, комбинированные и самоизмельчения; сухого и мокрого помола.
Мельницы периодического действия применяют для тонкого помола глины, глазури и других материалов при производстве керамических изделий. Мельницы непрерывного действия предназначены для мокрого и сухого измельчения строительных материалов малой и средней прочности (твердости), таких как сырьевых материалов и цементного клинкера при сухом и мокром способе его производства. Анализ литературных данных [1,4] показывает, что производительность мельниц при мокром помоле на 20...25 % выше, чем при сухом. Именно поэтому мокрый помол находит наибольшее применение, хотя и характеризуется значительным сбросом загрязненных вод.
Грохочение представляет собой процесс разделения кусковых материалов по крупности и подразделяется на следующие виды: - предварительное, когда из общей массы материала выделяются куски, не требующие дробления в машинах первой стадии дробления или куски негабаритных размеров; - промежуточное, когда выделяется продукт, не требующий дробления в последующей стадии; контрольное, когда после последней стадии дробления выделяются частицы крупнее заданных размеров, которые вновь возвращаются на повторное дробление; - окончательное, когда готовый продукт дробления разделяется на части заданной крупности.
Грохочение может быть сухим или мокрым, причём последнее является более предпочтительным, поскольку в этом случае происходит не только разделение материала по крупности, но и его промывка, очищающая материал от вредных примесей (глины, ила и т. д.).
При мокром грохочении исходный материал поступает на грохот в виде пульпы или в сухом виде, но на грохоте орошается водой из специальных брызгальных устройств. Вследствие этого процессы грохочения характеризуются значительным загрязнением вод, которые требуют очистки перед их сбросом в водные объекты.
Если технологические процессы помола и грохочения строительных материалов осуществляется как сухим, так и мокрым способом, то процессы классификации осуществляются исключительно мокрым способом (гидравлическая классификация).
Гидравлической классификации подвергается материал, крупность которого в основном не превышает 5 мм, т. е. мелкий заполнитель бетона -песок. Использование чистого (обогащенного) песка не только повышает качество бетонных и железобетонных изделий, но и позволяет экономить до 20 % цемента. При гидравлической классификации песков происходит не только их разделение на классы крупности, но и промывка, т. е. отделение илистых, глинистых и других примесей, снижающих их качество.
При гидравлической классификации пульпа (песок с водой), нахо дящаяся в корыте, взмучивается, мелкие частицы вместе с водой удаляются через сливной порог, а крупные, осевшие на дно, перемещаются к верхнему разгрузочному окну (воронке).
Существует несколько конструкций гидроклассификаторов различ-ных типоразмеров производительностью до 2000 м /ч по исходной пульпе и до 400 м3/ч - по исходному песку. Приведённые цифры показывают, что процессы гидроклассификации сопровождаются самым значительным потреблением воды среди всех технологических процессов производства строительных материалов и изделий.
С точки зрения загрязнения воды на предприятиях по производству строительных материалов и изделий можно констатировать, что при её очистке основную роль играет процесс механической очистки заключающийся в удалении из воды механических примесей (песка, глины, ила и т.п.)
Приведённый краткий анализ показывает, что на предприятиях промышленности строительных материалов осуществляется значительное загрязнение вод. И хотя на таких предприятиях всё чаще используется оборотное водоснабжение, вопрос об очистке воды является важным, поскольку перед повторным использованием вода должна быть очищена. На предприятиях строительной индустрии не использующих в своей технологии оборотное водоснабжение вопрос очистки вод сброса приобретает особо острый характер.
Обзор методов подбора состава композиционных материалов
Развитая система экспериментальных исследований композиционных материалов, хотя и позволяет решить ряд практических задач, в своем развитии и области решаемых задач она себя исчерпала. Насущным становится развитие аналитических методов исследований, способных исследовать более тонкие физико-структурные свойства пористых материалов.
В этом плане перспективными выглядят методы исследования свойств композиционных материалов вообще и пористых материалов, в частности, основанные на математическом моделировании их структуры. Во-первых, здесь могут быть учтены структурные особенности, которые не удается отметить экспериментальными методами. Во-вторых, исследования проводятся современными средствами, такими, как электронные вычислительные машины, позволяющие производить большой объем необходимых вычислений с высокой точностью. И в-третьих, при проведении исследований структуры появляется возможность гибко и оперативно производить необходимые поправки и уточнения в их программу и методику.
Методом математического моделирования структуры пористых материалов могут решаться задачи для широкого класса материалов — от моноатомарных жидкостей до материалов типа бетонов с различными размерами и формой элементов композиций. Многие задачи могут быть решены путем представления структуры материалов простейшей математической моделью случайного заполнения сферическими элементами. При необходимости форму частиц композиций можно усложнить для уточнения тех или иных рассматриваемых параметров.
На математических моделях пористой структуры с высокой достоверностью могут быть исследованы практически все структурные свойства любых типов структур: это важнейшая структурная характеристика — функция радиального распределения и связанная с ней функция радиальной плотности; такие общие структурные характеристики, как плотность заполнения, дисперсность (удельная поверхность) всей структуры и отдельных ее компонентов. При этом может быть исследована плотность заполнения, как в целом, так и по отдельным ее компонентам — статистическим характеристикам линейной, плоскостной и объемной плотностей. Значительный интерес представляют расчет и исследование координационных характеристик пористых структур. Числа координации могут быть рассчитаны в целом по структуре и отдельным ее фазам. Это позволяет рассчитывать общее количество связей в структуре, учитывать их качество, определяемое расстоянием между соседними элементами, что, в свою очередь, дает возможность рассчитывать площадь контакта между элементами заполнения, распределение размеров микро- и макропор в зависимости от гранулометрии элементов композиций. Часть из названных структурных характеристик практически невозможно исследовать экспериментальными методами.
Наибольший практический интерес вызывают расчет и исследование физических свойств в пористых материалах. Среди них можно выделить особую группу обобщенных свойств: электро- и теплопроводность, диэлектрическую и магнитную проницаемость, водопроницаемость. Для адсорбционных процессов, процессов движения двух- и трехфазных жидкостей в пористой среде важным представляется расчет объема капиллярных колец, для процессов гетерогенного катализа и фильтрации — объема застойных зон. Метод математического моделирования структуры пористых материалов предоставляет возможность таких расчетов.
Для создания математической модели структуры ПВАЦБ необходимо разработать общий способ получения этой модели. Наиболее подходящей в нашем случае является вероятностно-геометрическая концепция структур композиций [12], т.к. она является наиболее общей.
При вероятностно-геометрическом рассмотрении композиционных материалов образование их структуры заменяется моделированием процесса случайного заполнения объема геометрическими элементами с распределенными размерами, формами и ориентацией. При этом каждый элемент или группа описывается рядом физических параметров материала, ограниченного поверхностями данных геометрических фигур, а процесс моделирования переносится в виде соответствующих алгоритмов на ЭВМ.
Моделирование процесса заполнения связано с рассмотрением следующих задач: - изучение процесса формирования структуры с заданными геометрическими свойствами; - исследование взаимосвязей структурных и физических микроскопических свойств композиций со структурой материала; - исследование возможностей управления процессами формирования структуры с целью получения материалов с требуемыми оптимальными свойствами.
Теория случайного заполнения была использована при построении модели моноатомарных жидкостей для исследования структурных свойств. Элементами такой композиции были сферы равных размеров. Структура композиции в этой модели представлялась в виде наиболее вероятностно-геометрического построения при заданном распределении частиц в пространстве.
Аналогично были проведены аналитические исследования построения композиций с распределенными диаметрами сфер, учитывая плотность заполнения. Исследования проводились в двух системах построения упаковок, причем в одной из них предполагалась плотнеишая упаковка сфер равных и наибольших размеров. В образованные пустоты между сферами помещались сферы наиболее возможных размеров, а в оставшиеся пустоты - сферы меньших, но максимально возможных размеров и т.д. Плотность заполнения была близка к единице. Однако, получение формул для размеров сфер такой упаковки затруднительно. Были найдены лишь четыре размера наименьших сфер для плотнейших решетчатых упаковок с плотностью заполнения 0,985.
Однако такие системы не обладают достаточной стохастичностью представления структуры композиций, а потому не могут служить основой для построения теории случайных заполнений.
Заметим, что способы упаковок элементов композиций заключаются в попытках тем или иным случайным образом заполнить некий объем путем добавления в него элементов так, чтобы они не пересекались с ранее упакованными элементами, а также границами упаковки. Данный прием упаковки является наиболее общим и слабо поддается аналитическим исследованиям. Более удобна другая схема заполнения, имеющая строгую математическую постановку. В этой системе процесс формирования заполнения протекает во времени, а каждому элементу упаковки дается определенный момент времени. Элемент упаковки, положение которого разыгрывается случайным образом, если он пересекает границы упаковки или хотя бы один элемент, упакованный ранее, отвергается. Место размещения каждого элемента такой модели выбирается случайно с равновероятностным распределением в пространстве. Такое распределение элементов в заданном объеме называют также пуассоновским распределением.
Общее состояние дискретного дозирования компонентов бетонной смеси. Системы и устройства для автоматического многокомпонентного дозирования
На предприятиях строительной индустрии при производстве различных изделий из бетона, а также товарного бетона широко применяется дискретное дозирование компонентов бетонной смеси. Достаточно сказать, что общая мощность предприятий промышленности сборного железобетона, использующих цикличную технологию приготовления бетонных смесей в настоящее время составляет более 125 млн.м3 бетона в год.
Одним из основных параметров, характеризующих качество процесса дозирования компонентов многокомпонентных смесей является точность соблюдения заданной рецептуры. Поскольку отклонение состава бетонной смеси от заданной рецептуры вызывает изменения как физических свойств самой смеси, так и прочностных и других характеристик бетона, то к точности дискретного дозирования составляющих смеси предъявляются довольно жесткие требования.
Так, ГОСТ 7473-76 «Смеси бетонные. Технические условия» и СНиП III-I5-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные» допускают предельную величину погрешности дозирования цемента и воды ±2% и для заполнителей ±2,5%. Однако, как это будет показано ниже, на действующих заводах железобетонных конструкций и изделий (ЖБК, ЖБИ), а также домостроительных комбинатах (ДСК), использующих цикличную технологию приготовления бетонных смесей и оснащенных современным весодозирущим оборудованием и системами управления к ним, точность дозирования компонентов бетонной смеси зачастую не соответствует требуемой нормативными документами,
Вопросами повышения точности дозирования компонентов бетонной смеси, а также исследованием и разработкой систем автоматического многокомпонентного дозирования занимались многие научно-исследовательские и учебные институты, различные проектные и конструкторские организации и другие предприятия страны. Решению этих вопросов посвящены труды И.С. Вайнштока, Р.Г. Барского, А.А. Богданова, С.Я. Дулькина, Б.Б. Карпина, О.М. Нечаева, С.С. Щедровицкого, А.Э. Гордона, К.М. Королева, О.В. Монастырского, К.Н. Кима и многих других авторов.
В результате многочисленных разработок весодозирующего оборудования и систем управления дозированном, выполненных в ВНИИСТ-ройдормаш, ВНИИжелезобетон, ЦНИИОМТП, институте «Оргэнергост-рой» МЭиЭ СССР и. ряде других институтов и организаций разработан и налажен серийный выпуск систем и устройств для автоматического дозирования компонентов бетонной смеси.
В [104] приводятся данные по определению фактической точности дозирования цемента и заполнителей дозаторами цикличного действия, изготовленными фирмами США, ФРГ, Великобритании, Финляндии, Италии. Показано, что фактическая точность дозирования цемента составляет 0,5%, для заполнителей - 1%, что говорит о высоком качестве, как самого оборудования, так и технологии дозирования в целом.
Анализируя состояние автоматизации процесса дискретного дозирования на действующих отечественных заводах ЖБИ с позиции соответствия фактической точности дозирования требованиям ГОСТа и СНиПа, ряд авторов приходят к выводу о том, что фактическая точность дозирования не соответствует нормативным требованиям, что приводит к значительной вариации прочности бетона и повышенному расходу цемента [6].
По данным инспекционных проверок заводов ЖБИ. выполненных ЦНИИЭПжилкща [6] сделана количественная оценка факторов, влияющих да качество железобетонных конструкций, в частности, показано, что до 50% брака изделий связано с неточностью дозирования составляющих бе тонной смеси.
Вместе с тем исследованиями А.Б. Десова, К.Н. Кима [67] и К.М. Королева [107] показано, что снижение вариации прочности бетона позволяет снизить удельный расход цемента: повышение коэффициента однородности бетона по прочности до 0,8 позволяет экономить до 75 кг цемента при приготовлении одного м3 бетонной смеси.
Как известно, погрешности дозирования составляющих бетонной смеси обусловлены влиянием различных факторов, некоторые из них имеют стохастический характер и поэтому их влияние на точность дозирования не может быть устранено обычными методами.
Исследованиями Ю.М. Баженова [17], В.А. Вознесенского [38, 39], И.А. Рыбьева [48], С. В. Шестоперова [76] и рядом других авторов показано, что качественные характеристики бетонной смеси и бетона зависят от оптимального соотношения всех компонентов смеси, т.е. другими словами, - от точности соблюдения заданной рецептуры смеси.
Д.С. Абрамов и В.Д. Лерман [6] показывают влияние различных технологических факторов, в том числе и влияние изменения соотношения компонентов, на качество железобетонных изделий.
Из известных способов устранения данной причины можно отметить такие, как применение двустадииного взвешивания, когда при достижении 80-90% массы дозируемого материала изменяется режим работы питателя и далее осуществляется «досыпка» до заданной дозы, а также дозирование материала с разбиением заданной общей дозы материала на поддозы.
Фирма "FIX" выпускает автоматические порционные весы с предварительным отвешиванием основной массы и «досылкой» до заданного количества. Режим «досыпки» осуществляется «механизмом упреждения», который приводит управляющий рычаг в движение прежде чем масса дозируемого материала достигнет заданного значения, закрывая тем самым затвор питателя.
Теоретические основы синтеза структуры автоматической системы приготовления компонентов фильтрующих бетонов
Работы по созданию автоматизированных систем управления процессами приготовления компонентов бетонных смесей начинались в 1980 году в рамках целевой программы ОЦ-026 Госстроя СССР и выполнялись параллельно несколькими коллективами разработчиков в Москве, Минске, Киеве и Баку. В начале 90-х годов с развалом указанных структур и программ соответствующие разработки были свёрнуты, оставив после себя не менее десятка различных моделей систем, изготовленных в единичных или нескольких экземплярах и так и не оказавших реального влияния на строительную индустрию. Практически на протяжении всего этого периода времени ряд иностранных фирм (Lohia, Stetter и др.) предпринимал энергичные усилия по выходу на советский рынок с аналогичными системами управления, но результат оказался близким к нулю. В чем же причина отрицательного результата многолетней работы различных коллективов по созданию системы управления?
На наш взгляд, причин было несколько, причем как объективных, так и субъективных:
1. Технические средства общепромышленного назначения, доступные разработчикам, имели невысокую надежность, были мало приспособлены к работе в тяжелых промышленных условиях и, как следствие, требовали регулярного квалифицированного обслуживания в процессе эксплуатации.
2. Недостаточно развитые алгоритмы управления были в большинстве случаев рассчитаны на безупречную работу технологического оборудования и качественное сырье, что на наших отечественных заводах обеспечить весьма проблематично.
3. Сравнительно длительные сроки внедрения систем из-за принятых тогда форм заказа и получения оборудования. 4. И, пожалуй, главная причина - в условиях низких цен на сырье, энергоресурсы, оплату труда и при отсутствии прямой заинтересованности предприятий в выпуске и объективном учете качественной продукции подобные системы в большинстве случаев были скорее необходимы министерствам для демонстрации технического прогресса, чем предприятиям для выполнения производственных заданий. В настоящее время значительный рост цен на сырьё, энергоресурсы и повышенное требование к качеству продукции, в условиях жёсткой конкуренции, заставляет специалистов возвратиться к вопросу разработки систем автоматизации приготовления компонентов бетонных смесей.
Однако, опираясь на результаты, полученные в разделе 3, можно сделать вывод, что доминирующим фактором, влияющим на качество получаемого ПВАЦФБ, является точность соблюдения рецептуры бетонной смеси. Из графика 3.7 видно, что незначительные отклонения от заданного значения объемной концентрации электропроводящей фазы в результирующей смеси влекут за собой значительные изменения значений эффективности фильтрующих свойств пористого бетона. В связи с этим, встает задача максимального повышения точности соблюдения рецептуры бетонной смеси в процессе ее дозирования для максимизации выхода готовой продукции, соответствующей требованиям к пористым бетонам при производстве изделий из ПВАЦФБ.
В разделе 3 разработана математическая модель управления технологическим процессом связного многокомпонентного дискретного дозирования, которую в совокупности составляют выражения (3.1),...,(3.3) и граф состояния системы (рис. 3.2). На основе математической модели разработан закон управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности дозирования. Отличительной особенностью разработанного закона управления является то, что на каждом этапе дозирования осуществляется прогнозирование величины результирующей массы смеси Vp, с целью снижения ее вариации.
Таким образом, математическая основа для разработки автоматической системы для приготовления компонентов радиопоглощающего бетона разработаны, поэтому данный раздел посвящен разработке такой системы. 4.1 Теоретические основы синтеза структуры автоматической системы приготовления компонентов фильтрующих бетонов.
Как уже отмечалось, применение связного дозирования в цикличной технологии приготовления бетонных смесей позволяет повысить точность соблюдения заданных соотношений между массами компонентов и тем самым улучшить качество приготовляемых смесей и изделий из нее.
Проблема повышения точности работы дозирующего оборудования непосредственно связана с решением таких вопросов, как усовершенствование дозаторов, изыскание новых принципов дозирования и т.п.
В свою очередь, проблема минимизации степени влияния погрешностей дискретного дозирования компонентов на показатели качества непосредственно связана с изысканием новых принципов управления процессами многокомпонентного дозирования, применение которых независимо от качества используемых средств автономной стабилизации позволило бы существенно снизить степень влияния существующих погрешностей дискретного дозирования на показатели качества выпускаемой продукции.
Как показано в работе [98], на основе многократных дозирований и взвешиваний цемента, воды, гравия, песка возникают значительные отклонения от значений доз, установленных на задатчике дозатора. В настоящее время широко используются следующим методы повышения точности дозирования [106]: - Управление точностью дозирования настройкой задатчика (управление моментом первого порядка) - Управление точностью дозирования путем воздействия на момент второго порядка технологическими методами - Управление настройкой уставки задатчика дозатора на основе алгоритмов самонастройки (связанное дозирование).
Как показано в [106], максимальные частоты погрешностей дозирования компонентов бетонной смеси не совпадают с заданными по технологическим нормам дозам на каждый из компонентов. Поэтому задача оптимизации путем управления моментом первого порядка сводится к определению такого сдвига кривой плоскости распределения погрешностей дозировок компонента, к такой перестройке уставки задатчика дозатора, при заданной функции стоимостей, в результате которой функция риска примет минимальное или максимальное значение. В результате оптимизации настройки уставки задатчика по стоимостному критерию, может создаться ситуация, когда вероятность выпуска бракованных изделий увеличится, ввиду смещения кривой распределения, хотя эффективность процесса по стоимостному критерию будет максимальна.
Эффективным средством снижения случайной составляющей погрешности, связанной со случайным колебанием масс частиц компонента в окрестностях среднего значения могут явиться, как показано в [106], мероприятия технологического характера. Эти мероприятия заключаются в проведении предварительной сортировки компонента по крупности, с последующим отбором таких функций, которые минимизировали бы колебания масс частиц вокруг среднего значения. В результате этого уменьшается влияние случайной составляющей погрешности на точность дозирования.
