Введение к работе
Актуальность работы. Создание прогрессивных технологий с минимальными затратами материальных и энергетических ресурсов - одна из главньж задач общественного производства.
Большие объемы строительства, которые намечено увеличить в ближайшие годы, требуют резкого роста промышленного производства строительного гипса и больших капиталовложений. Поэтому важнейшей задачей является изыскание путей снижения затрат, ибо их сокращение на производство гипса и изготовление на его основе строительных изделий только на 1 % позволяет ежегодно экономить более 4 млрд. руб.
Одним из основных технологических процессов промышленного производства гипсовых строительных материалов является тепловая обработка, на которую затрачивается около 30 % стоимости готовых целевых продуктов. Кроме того, тепловая обработка потребляет около 80 % от расходуемых на весь технологический цикл топливно-энергетических ресурсов. Таким образом, создание экономичных тепловых процессов, среди которых важнейшим является процесс обжига сырья, позволит получать материалы и изделия высокого качества с минимальными затратами топлива и электроэнергии, даст возможность существенно уменьшить капиталовложения в сферу промышленного производства.
Наиболее эффективным и широко применяемым оборудованием для обжига природного гипса являются вращающиеся печи и печи кипящего слоя. Однако, значительные колебания количественных и качественных характеристик сырья, машин и агрегатов, используемых для его обработки, отрицательно влияют на технологические режимы обжига, снижают степень обжига исходных материалов и оказывают заметное негативное влияние на работу последующих участков производства.
Тепловая обработка гипса - один из самых энергоемких процессов его производства. Снижение энергоемкости может быть достигнуто только :іутем применения экономичных технологий в совокупности с оптимальным управлением технологическим процессом.
Поэтому повышение эффективности тепловых агрегатов обжига гипса путем разработка математических моделей и алгоритмов управления, учитывающих особенности технологии процессов обжига гипсовых вяжущих материалов и ориентированных на современные средства вычислительной техники, обеспечивающей эффективность управления, определяют актуальность задачи исследований.
Цель работы. Повышение качества и экономической эффективности промышленного производства строительного гипса за счет автоматизацированного управа лшя процессом обжига гипсового сырья в тепловых агрегатах непрерывного дей-
ствия.
Дня достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнен анализ физико-химических, теплофизических, аппаратурных и режимных особенностей процессов обжига пшсового сырья в прямоточных вращающихся агрегатах и печах кипящего слоя, зарубежного и отечественного опыта управления гипсообжиговыми агрегатами непрерывного действия, методов и средств их автоматизации;
определены зависимости максимальной величины концентрации целевого продукта обжига и момента времени, в который этот технологический параметр достигает своего максимумального значения;
сформирована критериальная функция оценки и оптимизации процесса управления технологией обжига гипсового сырья в виде функционала оптимальности, отражающего энергетическую эффективность системы управления тепловой обработкой гипса;
разработана математическая модель и решена задача оптимального управления обжигом гипсового сырья по предложенному критерию, позволяющая получить аналитическую зависимость параметров управляющего устройства от параметров математической модели;
разработана аналитическая методика расчета динамических процесссг загрузочных устройств - автоматических весовых дозаторов с регулированием по расходу при помощи изменения скорости ленты весового транспортера, для подачи компонентов веществ, участвующих в процессе дегидратации исходного сырья;
проведена экспериментальная проверка полученных результатов.
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, оптимизации, математической статистики и моделирования.
Научная новизна
Основным научным результатом является развитие теории и практик*-, ай-томатического управления и оптимизации процессов обжига гипсового сырья при промышленном производстве гипса.
Научная новизна работы заключается в разработке:
критериальной функции оценки и оптимизации системы управления технологическим процессом обжига гипсового сырья в виде функционала оптимальности, отражающего энергетическую эффективность системы управления тепловой обработкой гипса;
математической модели оптимального управления обжигом гипсового сырья по предложенному критерию;
структуры, функционального наполнения и методов оптимизации системы управления качественными харгктеристиками процессов обжига гипсового сырья в прямоточных вращающихся агрегатах и печах кипящего слоя;
аналитической методики расчета динамических процессов загрузочных
"'-5-
устройств - автоматических весовых дозаторов с регулированием по расходу, для подачи компонентов веществ, участвующих в процессе дегидратации исходного сырья.
Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов приготовления гипса заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, критериев оценки и параметров настройки Системы управления промышленным производством строительного гипса за счет автоматизацированного управления процессом обжига гипсового сырья в тепловых агрегатах непрерывного действия, что позволяет повысить качество продукта обжига и экономические показатели производства. Результаты работы внедрены в ООО МСК «МОСТ-К» (г. Н.Новгород), а так же используются в учебном процессе МГСУ при подготовке инженеров по специальностям: 22.03.01 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 29.13 «Механизация и автоматизация строительства».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на: 9-й и 10-й научно-практических конференциях МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» (г, Москва, 2006, 2009 г. г.), а также научных семинарах кафедры автоматизации инженерно-строительных технологий МГСУ (2003-2010 г.г.)., кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ (ГТУ).
Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 13 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общего заключения и библиографического списка литературы, насчитывающего 128 наименований. Объем работы - 152стр., в том числе: основной текст - 112 стр., 36 рксуноков - 26 стр., перечень литературы -14 стр.
