Введение к работе
Актуальность работы. Для многих промышленных производств все еще остается традиционным подход к переработке сырья, ориентированный на извлечение из него только целевого продукта. При этом образуется большое количество различных отходов, что свидетельствует о незавершенности технологических схем. Эффективным методом решения проблемы утилизации отходов и побочных продуктов является их вторичная переработка и использование. Это также важный экономический фактор, в том числе за счет рекультивации земель.
Большое количество отходов - проблема крупных промышленных регионов. Исследования различных производств и предприятий показали, что существует значительный потенциал в использовании вторичных отходов для создания новых строительных материалов с использованием техногенного сырья.
Несмотря на разнообразие строительных материалов, выпускаемых из промышленных отходов, процент их эффективной утилизации остается низким. Большая часть имеющихся отходов практически не используется, а складируется на полигонах, занимая огромные земельные площади. Промышленное предприятие вынужденно не эффективно расходовать огромные деньги за вывоз и хранение отходов
Для промышленных и химических производств остается актуальной проблема применения дешевых и доступных химически стойких материалов. Серные бетоны удовлетворяют таким требованиям.
Серобетон - искусственный композиционный материал, изготавливаемый путем перемешивания расплавленной серы и заполнителя. Главное отличие серного бетона от обычного на портландцементе в том, что при твердении в нем происходят в основном физические процессы, которые зависят от скорости охлаждения материала, а также аллотропных изменений серы во времени.
Серные бетоны, обладая высокой прочностью (50-90 МПа), стойкостью к воздействию агрессивных сред, низким водопоглощением, высокой морозостойкостью могут использоваться в различных регионах и областях строительства. Особенно перспективно применение серного бетона в Северных районах страны, т.к. его формование не зависит от температуры окружающего воздуха. Однако применение этого перспективного материала требует новых подходов к особенностям технологии его производства. Одним из ответственных переделов технологии приготовления серобетона является тепловая обработка его минеральной части, требующая точного выдерживания температурного режима прогрева и получения материала с определенной температурой. Отклонение от заданного температурного режима может не только повести к неоправданному перерасходу топлива, браку готовых изделий, но и вызвать аварийный режим возгорания серы.
В связи с этим, поставленная в диссертационной работе задача разработка системы оперативного автоматизированного управления тепловой подготовкой крупного заполнителя серобетонной смеси, является актуальной.
Цель работы.
Повышение качества промышленного производства серобетона, снижение энергетических затрат, брака готовых изделий, исключение аварийного режима возгорания серы, на основе автоматизации процесса оптимального управления тепловой подготовкой минеральных компонентов серобетонной смеси.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами тепловой обработки минеральной части серобетонной смеси, методов и средств их автоматизации;
сформулированы основные требования к математическим моделям объектов (топки и сушильного барабана) тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси;
разработаны математические модели объектов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси;
разработаны структура и функциональное наполнение систем оптимального и экстремального регулирования процессов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси;
определено влияние изменения параметров настройки автоматических систем оптимального управления на качественные характеристики процессов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси;
выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методов и технических средств.
Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения ряда теоретических положений диссертации при промышленном производстве серобетонной смеси.
Методы исследования
Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и математического моделирования.
Научная новизна
Решена научно-техническая задача теоретического обоснования, синтеза и практической реализации автоматизированной системы управления технологическим процессом тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси, которая обеспечивает получение серобетона с заданными свойствами.
Основным научным результатом является развитие теории и практики промышленного производства серобетонной смеси на основе автоматизации управления процессом тепловой подготовки ее минеральных компонентов.
Диссертантом впервые разработаны методические основы автоматизации технологического процесса тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси, позволяющие на основе требований к свойствам готовой смеси и исходных компонентов, получать серобетон с заданными технологическими показателями.
Научная новизна работы заключается в разработке:
требований к математическим моделям объектов (топки и сушильного барабана) тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси.
математических моделей объектов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси.
структуры и функционального наполнение систем оптимального и экстремального регулирования процессов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты анализа технологии и технических средств обеспечения процесса подготовки крупного заполнителя серобетонной смеси, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки моделей и систем автоматизации, ориентированных на оптимизацию процесса управления тепловыми режимами подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси;
математические модели и системы автоматизации, топочного устройства и сушильного барабана, как объекты управления, учитывающие физико-механические характеристики минеральных компонентов, поступающих на переработку, и ориентированных на оптимизацию процессов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси.
Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации управления процессом подготовки крупного заполнителя серобетонной смеси с оптимизацией режимов теплопрогрева минеральных компонентов серобетонной смеси, являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, качественной оценки и параметров настройки систем управления температурой топочного устройства и сушильного агрегата, методов и средств их автоматизации.
Практическую ценность работы составляют спроектированная на сформулированных принципах автоматизированная система управления технологическим процессом тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси, методы настройки вновь проектируемых и находящихся в эксплуатации систем.
Автоматизированная технология тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси, включающая в себя технические средства измерений и управления, имеет практическую направленность и предназначена для использования в установках по производству серобетона, обеспечивая повышение их качественных характеристик и ряда других технико-экономических и эксплуатационных показателей производства.
На основе разработанной концепции автоматизации, решена технологическая задача оптимизации температурного режима нагрева минеральных компонентов серобетонной смеси.
Внедрение результатов исследований в виде методик и средств автоматизации процессов тепловой подготовки минеральных компонентов серобетонной смеси, испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводились на бетонном заводе ЗАО «Союз-Лес» (г. Москва).
Результаты экспериментальных исследований, полученные в ходе опытно-промышленной эксплуатации, показали, что внедрение разработанной системы управления стабилизации температурного режима тепловой обработкой минеральной части серобетонной смеси с высокой точностью, позволило получить материал с заданной температурой, сократить в среднем на 7-10% тепловые потери и исключить аварийный режим возгорания серы при перемешивании.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: международной научной конференции «Строительство, дизайн, архитектура»: разработка научных основ создания здоровой среды обитания», -Киров, 2013; международной конференции по проблемам горной промышленности строительства и энергетики.- ТулГУ, Тула, 2011; научно-методических конференциях МАДИ (г. Москва, 2012-2013г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ.
Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 12 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 62 наименования, и содержит 135 страниц текста, 51 иллюстрацию, 6 таблиц.
