Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ НАГРЕВА В МНОГОЗОННЫХ СИСТЕМАХ 10
1.1. Описание технологического процесса производства полимерных изделий 10
1.2.0бзор методов стабилизации температуры полимерных заготовок 15
1.4. Постановка цели и задач исследования 24
ГЛАВА 2. МЕТОД АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК 27
2.1. Факторный анализ технологического процесса многозонного разогрева полимерных заготовок 27
2.2. Идентификация оценок качества изделий с использованием шкалы нечетких оценок 31
2.3. Идентификация параметров технологического процесса 36
2.4. Оптимизация входных уставок для достижения наилучшего качества полимерных изделий 40
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК 44
3.1. Построение модели для получения статистических данных 44
3.2. Алгоритм идентификации качественных оценок 49
3.3. Разработка алгоритма идентификации параметров технологического процесса 53
3.4. Алгоритм оптимизации входных уставок 61
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК 65
4.1. Описание предлагаемого способа реализации системы управления станциями разогрева полимерных заготовок 65
4.2. Реализация контроллера для управления нагревом полимерных заготовок 67
4.3.Реализация регулятора нагрева для управления нагревом полимерных заготовок 69
4.3.1 Методика построения регулируемых стабилизаторов действующего напряжения с использованием микропроцессорных систем управления 72
Фазовый режим работы 72
Пакетно-импульсный режим работы 76
4.3.2. Цифровая фильтрация сигналов силовых цепей 82
4.3.3 Построение имитационной модели системы управления регулируемым стабилизатором действующего напряжения 84
4.3.5 Исследование алгоритмов определения моментов перехода через ноль гармонического сигнала 87
4.3.6 Разработка алгоритмов стабилизации действующего напряжения в фазовом режиме 98
4.3.7. Моделирование работы регулируемого стабилизатора действующего напряжения в фазовом режиме 104
4.3.8 Построение имитационной модели системы управления регулируемым стабилизатором действующего напряжения 109
4.3.9 Моделирование работы регулируемого стабилизатора действующего напряжения в пакетно-импульсном режиме 112
4.3.10 Технические характеристики регулируемого стабилизатора действующего значения напряжения 117
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 118
ЛИТЕРАТУРА 120
Введение к работе
Актуальность темы. Проблема стабилизации режимов нагрева в термических технологиях является в настоящее время весьма актуальной. В современной промышленности широко используются термические технологии, в которых прогрев изделий необходимо осуществить с разными значениями температуры в различных точках.
Одним из примеров такой технологии является производство полиэти-лентерефталатной (ПЭТ) тары. В настоящее время данная отрасль промышленности является одной из востребованных, поскольку ПЭТ-тара, обладающая такими свойствами, как легкость, прочность, компактность, широко используется для упаковки и хранения пищевых продуктов. Известно большое число производителей оборудования для производства ПЭТ-тары как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них такие известные фирмы, как «Продвижение» г. Москва, «Нитар» г. Москва, НИН «Спецпромавтомат» г. Москва, «Даки-НИП» г. Нижний Новгород, «Мастерплюс» г. Черкесск, «МиССП-Совпласт» г. Кропоткин, «Ростспецмаш» г. Ростов-на-Дону, а также «Sidel» (Франция), «Krupp Corpoplast», «Bekum» (Германия), «SIPА», «Sasib» (Италия), «Kosme» (Австрия), «Taxpol», «Lonza» (Польша), «Tetra Рак» (Швейцария) и другие. В г. Челябинске наиболее крупными производителями оборудования для производства ПЭТ-тары являются ООО «Интер-Трейдинг» и 000 ПК «Стандарт-Плюс».
Качество продукции и эффективность технологических процессов, основанных на использовании термических технологий, в большой степени определяются стабильностью поддержания параметров нагрева изделия. Управление подобными нагревательными процессами осуществляется, как правило, с использованием регуляторов мощности нескольких зон нагрева, подключаемых к силовой сети. Однако в этом случае возникают проблемы, связанные со взаимным влиянием нагревательных элементов соседних зон. Такой способ регулирования нагрева не учитывает и другие внешние воздействия, такие как нестабильность питающего напряжения, приводящую к из менению выходной мощности, факторы внешней среды, а также тип используемых заготовок (преформ). Качество прогрева в полуавтоматическом устройстве, как правило, оценивается субъективно, на основании эмпирических знаний оператора установки. Все эти факторы приводят к снижению качества изделий и производительности оборудования.
В диссертационной работе решаются задачи автоматизированной настройки термических режимов для многозонного разогрева полимерных заготовок. Определенные вопросы рассматриваются в работах Петлякова Г.Я., Трунова В.А., Зайчика Ц.Р., Угольникова С.А., Петляковой Н.Г., Деркача Я. Я., Марковой Н.Н., Володина В.П. и других. Однако в данных работах не рассматриваются задачи оптимизации режимов многозонного разогрева заготовок, которые позволяют в условиях массового спроса повысить эффективность производства полимерных изделий. Подобные задачи в литературе не освещены, что и определяет актуальность данной работы.
Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации режимов многозонного нагрева в термических технологиях производства полимерных изделий.
Для достижения указанной цели были решены следующие задачи исследовательского, методологического и прикладного характера:
1) проведение факторного анализа технологического процесса разогрева полимерных заготовок;
2) разработка технологической концепции управления процессом нагрева в роторных нагревателях при воздействии внешних дестабилизирующих факторов;
3) построение имитационной модели технологического процесса прогрева полимерных заготовок;
4) подготовка стратегии оптимального прогрева преформ на основе анализа качественных оценок;
5) разработка системы управления многозонным роторным нагревателем, включающей центральный управляющий контроллер и регулируемые стабилизаторы действующего значения напряжения на нагревателях;
6) составление алгоритма оптимальной настройки многозонного регулятора для термических технологий.
Предметом исследования являются роторные станции разогрева ПЭТ-преформ, осуществляющие технологический процесс многозонного разогрева полимерных заготовок.
Объектом исследования является система управления многозонным разогревом полимерных заготовок.
Методология и методика исследования. Теоретической и методической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых по управлению технологическими процессами в системах многозонного нагрева, а также нормативные материалы, регламентирующие качество производимых полимерных изделий (ГОСТ Р 51760-2001 Тара потребительская полимерная. Общие технические условия, ISO 9001:2000). В работе использовались методы теории автоматизированного управления, автоматического регулирования, математической статистики, оптимизации, теории термодинамических систем. Источником экспериментальных данных явились результаты натурных испытаний роторных нагревательных печей производства ООО «Интер-Трейдинг» г. Челябинск, ООО ПК «Стандарт-Плюс» г. Челябинск.
Научная новизна диссертационной работы. В ходе исследования были получены следующие научные результаты:
1) построена факторная модель технологического процесса многозонного разогрева полимерных заготовок;
2) разработан алгоритм оценки качества полимерных изделий на основе использования шкалы нечетких оценок;
3) предложена методика определения режима оптимального многозонного разогрева на основе использования генетических алгоритмов оптимизации;
4) составлен алгоритм управления технологическим процессом многоканального разогрева полимерных заготовок для многозонного регулятора;
5) разработана система управления многозонным роторным нагревателем, включающая центральный управляющий контроллер и регуляторы нагрева с функцией стабилизации действующего значения напряжения на нагревателях.
Практическое значение. Выполненные в рамках диссертационной работы методические, алгоритмические и аппаратурные разработки были использованы в процессе производства полуавтоматов выдува ПЭТ-бутылок ООО «Интер-Трейдинг» г. Челябинск, 000 ПК «Стандарт-Плюс» г. Челябинск. Создана система управления прогревом ПЭТ-преформ в роторной станции разогрева, которая обеспечивает регулирование мощности нагревательных элементов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на четвертой Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии и электроника", г. Екатеринбург, 15-16 декабря 1999 г., представлены на выставках: «Новые материалы и технологии Уральского Федерального Округа», г. Екатеринбург, октябрь 2002 г., «Приграничное сотрудничество России и Казахстана», г. Челябинск, 16-17 мая 2005 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 127 страницах. Диссертация содержит рисунков 88, таблиц 5, приложений 3. Список литературы включает 82 наименований.
На защиту выносятся:
1) методика оценки качества многозонного прогрева полимерных заготовок на основе нечетких оценок;
2) методика идентификации параметров имитационной модели технологического процесса разогрева полимерных заготовок с применением оптимизационной процедуры на основе генетических алгоритмов;
3) техническая концепция оптимального регулирования технологического процесса разогрева полимерных заготовок многозонным регулятором;
4) способ реализации системы управления многозонным роторным нагревателем, включающей центральный управляющий контроллер и регуляторы нагрева с функцией стабилизации действующего значения напряжения на нагревателях.
