Содержание к диссертации
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
L АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО
ИССЛЕДОВАНИЯ КАК МНОГОСВЯЗНОГО ОДНОТИПНОГО
ПРИ РАЗРАБОТКЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СУШКИ
КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА 11
1.1, Значение и характеристики нации сушки в технологическом
процессе производства керамического кирпича .. 11
1.2. Анализ существующих способов реализации
технологического процесса сушки керамического кирпича и
степени [їх автоматизации 17
1.3, Анализ возможности применения теории ммогосвязных
однотипных систем для исследования камерных сушилок
периодического действия 24
1.4. Формулировка цели и постановка задачи исследования 31
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
СУШКИ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА В КАМЕРЕ, КАК
СЕПАРАТНОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ 33
Разработка математической модели распределения теплоносителя в камерной сушилке в процессе термовлажиостной обработки керамическое кирпичу 33
Построение мачемаїической модели сутки керамического
кнрп ича 54
23. Проверка адекватности полученных моделей на реальном
производственном объекте 66
2.4. Разработка и расчет оптимального по быстродействию режима
сушки керамического кирпича 83
3. РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
РЕГЛАМЕНТОВ СУШКИ ДЛЯ ОДНОТИПНОГО
МНОГОСВЯЗНОГО ОБЪЕКТА 99
Разработка математической модели, описывающей взаимодействие сушильных камер в общем технологическом регламенте производства 99
Разработка алгоритма расчета оптимального технологического регламента процесса сушки 120
Исследование динамики сушки изделий в камерных сушилках периодического действия 126
4. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ
КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА 134
4Л. Разработка функциональной схемы автоматизации управления
процессом сушки в отдельной камере 134
Разработка структуры микропроцессорной системы автоматизации, обеспечивающей выбор и стабилизацию оптимальных рабочих режимов камерных сушилок 143
Реализация автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки керамического кирпича 148
Оценка эффективности системы автоматизированного управления камерными сушилками 158
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 162
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 164
ПРИЛОЖЕНИЯ 175
4 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Введение к работе
Керамический кирпич - один из самых экологически чистых и долговечных в эксплуатации стеновых материалов. Бурный рост строительства вызвал необходимость увеличения производства кирпича, причем как для облицовки зданий, так и рядового для внутренних кладочных работ. Производство керамического кирпича относится к разряду матери ал оемких, энергоемких и трудоемких производств.
Все стадии производственного цикла имеют различную длительность, что делает невозможным синхронизацию работы массозаготовительного, формовочного, сушильного и обжигового отделений. Стадия сушки является наиболее важным переделом в производстве керамического кирпича с точки зрения ее энергоемкости (около 30 %), длительности (до 90 %) и обеспечения качества выпускаемой продукции. Поэтому показатели ее работы во многом определяют экономическую эффективность производства в целом.
На предприятиях небольшой мощности (до 10 млн. шт. усл. кирпича) на стадии сушки применяются камерные сушилки. Эффективность их эксплуатации в основном определяется режимом термовлажностной обработки кирпича-сырца, устанавливаемым для различной номенклатуры продукции. В результате длительного функционирования сушильных установок, на заводах выработаны технологические регламенты сушки керамического кирпича разного типа. Трудности организации процесса сушки заключаются в существенной неравномерности протекания тепло-физических процессов как внутри отдельных сушильных камер, так и в сушильной установке в целом, что приводит к большому количеству брака (до 30 %). Используемые режимы обработки кирпича-сырца часто оказываются нерациональными с точки зрения показателей эффективности процесса.
Известные в практике керамического производства методы определения технологических регламентов не учитывают взаимосвязь различных тепло-физических процессов, протекающих в камерных сушилках, таких как: распространение теплоносителя в объеме сушильной камеры; термовлажностная
7 обработка кирпича-сырца; распределение теплоносителя, поступающего из
общего канала, между камерами; распределенность сушильной установки. Кроме того, данные методы носят в основном рекомендательный характер и требуют экспериментальной коррекции на конкретном технологическом оборудовании. В работах А.В. Лыкова, П.Д. Лебедева, А.Ф. Чижского, К.А. Нохратяпа, В.И. Бодрова, А.Д. Цепина, А,В. Золотарского, Е.Ш. Шейнмана, И.С. Кашкаева, А.А. Щукина, В.В. Перегудова, В. Каста, Т.К. Шервуда, Р.Б. Кея, Р Фрэнкса, В.В. Полякова, А.Д. Альтшуля, М.В. Меерова, В.Т. Морозовского, О.С. Соболева и др. в отдельности изучены тепло-физические и аэродинамические процессы, применяемые при сушке керамического кирпича.
Термовлажностная обработка керамического кирпича на стадии сушки является одной из важных технологических операций. Именно здесь изделия приобретают первоначальные прочностные характеристики, которые в дальнейшем определяют качество готовой продукции. В период сушки кирпича-сырца необходимо с одной стороны обеспечить минимальную длительность процесса, с другой - не допустить возникновения в образцах напряжений, превышающих установленный ГОСТом уровень. Также требуется обеспечить качество сушки, т.е. выдержать остаточное влагосодержание изделий на уровне 4-6 %. Кроме того, важной задачей является максимально возможное исключение «человеческого фактора» в период организации и ведения технологического регламента обработки керамического кирпича в камерах.
Актуальность работы. Заводы по производству керамического кирпича выпускают изделия определенной номенклатуры: одинарный, полуторный и различные формы фигурного кирпича. Каждый вид продукции характеризуется стандартизованными габаритными размерами, а, следовательно, процесс удаления влаги из кирпича-сырца будет носить индивидуальный характер. Кроме того, от габаритных размеров образцов существенно зависит загрузка камерной сушилки. Например, загрузка одинарного кирпича составляет 7200 шт., а полуторного -5600 шт. Это приводит к варьируемой плотности расположения кирпича-сырца в
сушильной камере и, как следствие, к периодическому изменению
аэродинамических характеристик установки.
Поскольку процесс производства керамического кирпича является круглогодичным, то при проведении стадии сушки изделий необходимо учитывать климатические условия добычи и предварительной обработки исходного сырья, а также его физико-химические характеристики. Так как качество глины зависит от места ее непосредственной добычи, то в процессе обработки значения коэффициентов теплоемкости, тепло- и влагопроводности формованных образцов, подвергающихся сушке, будут изменяться. Кроме того, климатические условия, в которых находится сырье, определяют начальную температуру и влагосодержание кирпича-сырца.
Таким образом, технологический процесс сушки керамического кирпича приходится проводить в широком диапазоне изменения входных параметров. Но регламент термовлажностной обработки изделий на действующих предприятиях, как правило, остается неизменным. Это приводит к появлению большого количества бракованных изделий, до 30% от общего объема выпуска.
Чтобы снизить долю бракованной продукции и повысить эффективность использования камерных сушилок необходимо определить оптимальные технологические регламенты, действующие в широком диапазоне изменения входных параметров.
Решение данной задачи возможно только лишь с применением метода математического моделирования. При этом требуется разработать математическое описание процессов, протекающих как в отдельных камерах, так и в межкамерном пространстве при распределении теплоносителя из общего канала, адекватное реальному процессу. Итогом моделирования является выработка оптимальных или рациональных режимов термовлажностной обработки керамического кирпича, применение которых должно обеспечить уменьшение длительности процесса сушки и снижение количества бракованных изделий с соблюдением требований к качеству продукции.
9 Научна» новизна работы заключается в:
методике оптимального управления технологическим режимом сушки керамического кирпича в камере сушильной установки, позволяющего сократить длительность обработки при соблюдении требуемого качества изделий;
оптимизации функционирования блока камерных сушилок, направленной на снижение взаимовлияния аэродинамических процессов, протекающих в каждой сушильной камере;
алгоритме управления сушильной установкой с применением микропроцессорной структуры системы управления.
Практическая ценность работы:
создание комплекса программ, позволяющих рассчитывать оптимальные технологические режимы сушки керамического кирпича в сушильных камерах;
создание комплекса программ, определяющих оптимальный технологический регламент работы блока камерных сушилок.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических и научно-практических конференциях в г. Белгороде - 2003, 2005 гг., г. Губкине - 2004 г., г. Днепропетровске - 2002, 2004, 2005 гг., г. Москве - 2004 г., г. Пензе - 2005 г.
Методы исследовании. В работе были применены методы интегрального и дифференциального исчисления, математической физики, гидро- и аэродинамики, теории многосвязных однотипных и оптимальных систем, математического моделирования, нелинейного программирования, а также методы проектирования аналоговых и цифровых систем автоматического управления.
10 Публикации. Результаты научных исследований, изложенных в
диссертационной работе, опубликованы в 12 печатных работах, в в т.ч. в
центральной печати «Вестник Воронежского государственного технического
университета», «Промышленные АСУ и контроллеры», а также получен патент на
полезную модель.
На защиту выносятся следующие основные положения:
алгоритм поиска оптимального управления технологическим режимом сушки керамического кирпича в сушильной камере, позволяющий сократить длительность обработки при соблюдении требуемого качества продукции;
алгоритм оптимизации регламента работы связанной однотипной системы сушильных камер, позволяющий учесть взаимодействие отдельных камер и физическую распределенность параметров объекта;
система автоматизированного управления камерой сушильной установки, спроектированная на базе микропроцессорной техники. .,-
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав, заключения, 18 приложений, списка литературы из 141 наименований и содержит 228 страниц, в том числе 163 страницы основного текста, 75 рисунков и 31 таблицу.
Похожие диссертации на Автоматизация технологического процесса сушки керамического кирпича на основе многосвязных однотипных систем управления
