Введение к работе
Актуальность. Текстильная промышленность занимает ведущее место в производстве общественного продукта и удовлетворении потребностей населения. В структуре народного хозяйства Российской Федерации на ее долю приходится 18Х основных фондов, а продукция,выпускаемая предприятиями России, составила в 1994г. 24% от совокупного национального дохода. На 85% население России удовлетворяет свои потребности в товарах и на 78 - в текстильном оборудовании за счет отечественных производителей.
Современный период развития страны характеризуется переходом
к рыночной экономике, децентрализацией управления, приватизацией
предприятий, что сопровождается формированием новых производствен
ных отношений в условиях новых хозяйственных структур. Состояние
экономики нашей страны на.современном этапе характеризуется глубо
ким кризисом. Резкое падение темпов роста развития народного хо
зяйства в значительной степени обусловлено, все увеличивающимся
отставанием от индустриально развитых стран по уровню научно-тех
нического развития. В ряде регионов резко возросло число предприя
тий, простаивающих из-за отсутствия сырья, появилась безработица,
выросла социальная напряженность. г
Ускоренный и радикальный выход из сложившейся ситуации возможен лишь в результате осуществления кардинальных социально-экономических преобразований. Мировой опыт показывает, что решение таких задач целесообразно осуществлять в условиях максимального использования рыночных методов регулирования в организации производства и распределения продукции. Важнейшим направлением реализации этих установок в период перехода к рынку и з период развитого рыночного хозяйства является совершенствование материально-технической базы, для успешного развития которой непременным условием является научнотехнический прогресс.
Принятая в России "Программа создания и освоения серийного производства систем высокоэффективного технологического оборудования для легкой промышленности и увеличение их выпуска' в 1991-1995 г.г. "дает верное направление развития данной отрасли техники в полном соответствии с мировыми тенденциями.
Особое место в хлопчатобумажной подотрасли занимает прядильное производство, где изготовляется сырье для ткацкого, трикотажного и швейного производств.Интенсификация процесса подготовки по-
луфабриката к прядению на участке от кипы до чесальной ленты способствовала сокращению доли.ручного труда на переходах. В 60-70 г.г. как у нас в стране, так и sa рубежом были созданы первые высокопроизводительные поточные линии, где процесс переработки материала приобрел новое свойство - непрерывность. Ведущими научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями отрасли, такими как ЦВДХВИ, ЖИ, ВНИИЛТекмаш, ЦНИИКА, ИвНИТИ, ИГ-ТА, НПО "Пенэтекмаш" и рядом других выполнены работы по созданию оборудования поточных линий, предложены методики по расчету текстильных машин, созданы оригинальные устройства автоматизации.
Существенный вклад в развитие рассматриваемого технологического производства внесли зарубежные организации - проивводители оборудования подготовки к прядению натуральных и химических- волокон. Это такие известные, фирмы как "Rieter" (Швейцария) ."Marzoli"., "Savio", "Bonina!" (Италия), "Murata", "Нага", "Toyota" (Япония),. "Trutzschler", "Zinser", "Schlafhorst", "Schubert and Salzer", "Hergeth" (Германия), "Elitex" (Чехия), 'Platt-Sakko-Lowell","Cro-sroll"(Великобритания), "Hollinswoyrt" (США).
Анализ информации для рассматриваемого перехода представлен-.. ного на выставках. 1ТМА-91,.ІТМА-92, показал, что совершенствование, осуществляется в следующих.направлениях: повышается степень автоматизации машин за счет широкого использования электроники и микропроцессорной техники, обеспечивающей контроль,и управление-технологическим процессом; растет производительность оборудованйЯі большое внимание уделяется надежности и качеству телкологшескил: установок;, улучшается качества,материалов и комплектующих изделий,;.
уГЛубЛЯеТСЯ Специализация фирм, БЫПуСКаюЩИХ ТеХНОЛОГйчеилив иии^у.
дование, улучшается внешний вид, машин и оснастки.
Сравнивая тенденции, развития отечественного и зарубежного., оборудования для приготовительных и прядильных производств, ртме-" тим, что они совпадают, но технический уровень отечественных машин., отстает в части оснащения средствами автоматизации.
За последние два. десятилетия отечественная промышленность., разработала и внедрила целую гамму кипорыхлителей, разнообразных, по конструкции,свойствам, насыщенности устройствами автоматизации. Кипорыхлители АПК-250-2(3), РКА-1(2), ' АБ-18, АП-40, созданные в эти годы, в основном решили проблему механической разборки кип, но поставили не менее сложную задачу обеспечения стабилизации питания
машин, находящихся с ними в одной системе. Несмотря на математическую идентификацию кипорыхлителеи с нижним способом отбора, создание из них автоматизированных комплексов, проблема оптимального сопряжения технологических машин поточных линий хлопкопрядения (ПЛХ) не нашла своего окончательного решения. По-прежнему встает зопрос о построении системы стабилизации производительности, обес-іечении качественного рыхления исходного волокна из кип, точностях показателей регулирования, повышении быстродействия, об оценке влияния автоматизации на технологические параметры. Требуют реше-іия задачи создания датчиков производительности кипоразборшиков, ізмерителей потоков волокна в пневмопроводах, датчиков.и регулято-хэв неровноты, цифровых устройств преобразования информации, сис-?емы сбора и централизованного контроля.
Целью работы является разработка, теоретическое и «спериментальное исследование технологического комплекса П.ЯХ от зшы до чесальной ленты и разработка на их основе систем автоматизации и микропроцессорного управления, обеспечивающих улучшение іачества выпускаемой продукции за счет повышения точности, бысгро-,ействия и гибкости управления.
Для этого необходимо решить следующие задаши . Провести обзор состояния проблемы автоматизации, математической дентификации, использования средств АСУ ТП для перехода от кипы
0 чесальной ленты.
. Получить математическое описание кипорыхлителеи, используемых а отечественных линиях хлопкопрядения. Создать на этой основе истему датчиков, регуляторов и алгоритмического обеспечения для СУ ТП хлопкопрядения. Оценить их влияние на технологический про-есс от кипы до пряжи подобных АСР.
. Разработать систему автоматической стабилизации уровней в дина-яческих емкостях ПЛХ, идентифицировать бункер чесальной машины по вязи плотности выводимого материала со скоростью пневмопотока и лсотой волокна в. бункере. Разработать алгоритм для подсистемы АСУ
1 стабилизации уровней в бункерах.
. Идентифицировать технологический процесс формирования чесальной ?нты на группе чесальных машин, работающих в системе бункерного гаателя, связав адекватными уравнениями показатели неровноты че-ільной ленты с входной производительностью, скоростью вентилято-і, изменением топологии бункерного питателя.
5. Разработать, исследовать, защитить и внедрить в промышленные условиях следующие устройства.автоматизации: датчики уровня, регуляторы развеса холста, датчики расхода волокна, регуляторы линейной плотности чесальной ленты. Разработать аналогово-цифровой преобразователь с улучшенными динамическими показателями и устройстве для измерения производных медленно изменяющихся сигналов. 6. Разработать и исследовать математическую модель поведения системы бункерного питания чесальных машин в динамических режимах, разработать для него оптимальные алгоритмы управления. Разработать математическое, алгоритмическое и аппаратное обеспечение для системы централизованного контроля оборудования ПЛХ для УВМ.
Внедрить основные результаты исследований в производство.
Автор защищает результаты теоретических и экспериментальных исследований по математической идентификации следующих объектов: автоматических кипорькдителей с нижним способом отбора, систем автоматической стабилизации уровней волокнистой массы в бункерах ПЛХ, системы бункерного питания чесальных машин; создание и исследование автоматических регуляторов, алгоритмов и программ для регуляторов производительности, регуляторов развеса холста и неровноты чесальной ленты; разработку конструкций датчиков уровня, расхода, неровноты, аппаратного и программного обеспечения микропроцессорной системы централизованного контроля..
Основные методы исследований. Постановка, проведение и обработка результатов экспериментов проводилась с использованием методов статистического анализа результатов, дисперсионного, и регрессионного анализа, спектрального анализа. Широко использовались методы планируемого эксперимента.. Разработка и исследование новых принципов управления машинами ПЛХ осуществлялась .на основе . операторного исчисления, структурных и частотных методов исследования. применительно к непрерывным и дискретным системам, элементов теории множеств, использовались методы прямого решения и математического моделирования линейных, нелинейных и трансцендентных уравнений. Применялись методы оптимизации и адаптивного управления, использовался аппарат теории пространства сос--тояний и модельного управления, элементы теории конечных автоматов и теории распределенных систем с переменны),) запаздыванием. В процессе работы широко использовались методы имитационного математического моделирования сложных динамических объектов и проведены
вычислительных экспериментов на ЭВМ с использованием пакетов прикладных программ. Достоверность теоретических положений подтверждается результатами экспериментальных исследовании на серийном технологическом оборудовании.
Научная новизна работы заключается в том, что:
-
Получены адекватные математические модели отечественных кипорыхлителей с нижним способом отбора; защищен авторским свидетельством Мо 935547 способ разборки кип волокнистого материала.
-
Разработаны алгоритмы и программы для моделирования работы, и управления батареей кипоразборщиков.
-
Разработаны варианты и проведен анализ динамики для АСР стабилизации уровней ПЛХ с локальными регуляторами с использованием управляющей вычислительной машины.
-
Получена адекватная математическая модель, связывающая распределение плотности.волокна.по. высоте приемного бункера чесальной машины с производительностью на входе ШК и скоростью вентилятора системы пневмотранспортировки.
-
Выявлено, что неровнота чесальной ленты зависит от топологии бункерного питателя, обусловленной количеством остановленных чесальных машин, их же конкретное сочетание на основные выходные параметры влияния не оказывает.
-
Получена система адекватных математических моделей второго порядка, связывающих..основные показатели на выходе чесального участка (коэффициент вариации неровноты, среднее значение веса чесальной ленты, амплитуды разложения показателя развеса чесальной ленты в ряд Фурье) с такими входными параметрами, как скорость вентилятора подачи, производительность на входе, количество отключенных чесальных машин.- Разработана, программа, позволяющая оценить влияние входных параметров на свойства чесальной ленты и . выбрать оптимальные настройки,машин.для каждого конкретного случая.
7.Разработан ряд программ на языках высокого уровня для обработки данных планируемого эксперимента по планам Коно, Бокса,-Хартли, целочисленных двухфакгорных и трехфакторных планов второго порядка; для однофакторного и двухфакторного дисперсионного анализа; программы обработки массивов разложения в ряд Фурье, аппроксимации числовых рядов о.использованием полинома.Чебышева.
8. Разработана математическая модель системы бункерного питания чесальных машин с использованием моделирующей системы МИК-2.
На основании математического эксперимента предложен алгоритм управления машинами чесальной группы поточной линии хлопкопрядения. Для микропроцессорного управления разработана серия программ оптимизации с использованием Оезградиентного метода.
9. Разработаны алгоритмическая, программная и аппаратная части системы централизованного сбора информации для управляющей ЭВМ в виде ассемблер-программы и комплекса технических средств.
Практическая ценность. Работа доведена до практической реализации основных разработанных способов управления и конструкции устройств автоматизации для технологического процесса от кипы до пряжи. Даны рекомендации по настройке машин и агрегатов, позволяющие уменьшить неровноту выходного продукта и снизить обрывность при пневмопрядении, повысить качество пряжи.
1.Разработаны и защищены авторскими свидетельствами (а.с.) системы и устройства автоматики для стабилизации производительности кипорыхлителей (а.с. NoNo 918345, S29754, 931838,956643,968116, 971932 и 996547), которые внедрены в производство.
2.Разработаны и защищены авторскими свидетельствами конструкции датчиков уровня волокнистой массы в бункерах (а.с.NoNo 605108, 667815, 838379, S38027), датчик расхода (а.с.No 870941).
3.Разработаны и защищены авторскими свидетельствами датчики неровноты (а.с. NoNo 673673,996545) и вытяжные приборы чесальных, машин (а.с. NoNo 896031, 956647, 9530229, 971939, 981470, 981471).
4.Разработана и доведена до конструктивного уровня схемотехника на основе микропроцессорных устройств для задач сбора информации с датчиков и управления исполнительными органами, аналогово-цифровых преобразователей и датчиков производных медленно изменяющихся сигналов. Создана в виде опытно-конструкторской разработки, система централизованного сбора информации с датчиков на основе микропроцессорных устройств для управляющей машины СМ 1810.23.
5. Проведены всесторонние.технологические исследования влияния на исследуемый процесс стабилизации производительности батареи кипорыхлителей, позволившие на.1/4 увеличить выход.пряди 1-м сортом и исключить 3-й сорт в отпускаемой продукции..
Связь с комплексными программами. Работа выполнялась в рамках программы Государственного комитета по науке и технике (ГКНТ) 0.80.15, положение N 39, и постановлении ГКНТ от 26.11.76 N 340 по созданию головных образцов АСУ ТП в
текстильной промышленности, а также по комплексной программе "Оптимум", утвержденной приказом Минвуза СССР N 399 от 14.04.80, а в настоящее время работа вьшолняется в рамках хоэдоговорнои работы N 14/92 с Ивановским текстильным институтом на тему "Разработка микропроцессорных систем сбора и обработки информации о выработке текстильных машин в составе поточных линий".
Реализация работы. Результаты исследовании шедрены на поточных линиях хлопкопрядения следующих предприятий: Івановской прядильно-ткацкой фабрике имени Ф.Э.Дзержинского, Ива-ювской фабрике-автомат имени С. И.Балашова, Московской фабрике-ав-'омат имени М.В.Фрунзе, Московском объединении "Даниловская ману-актура", Вичугской прядильно-ткацкой фабрике "Красный Профин-ерн",г.Вичуга Ивановской области, Красноволжском комбинате, г.Ки-ешма Ивановской области, Ивановском меланжевом комбинате имени .И.Фролова, а также при разработке и внедрении микропроцессорных истем регулирования и сбора информации в следующих организациях: ваковском научно-техническом центре "Системотехника", заводе "Поэт" г.Чкаловск Нижегородской области.
Суммарный экономический эффект по внедренным работам составил. ,257 млн. рублей до 1990 г. и 1,8 млн. рублей за последующий пе-юд времени..
Использование в учебном процессе, зультаты исследований используются при проведении научно-иссле-шательских работ с участием студентов, при курсовом и дипломном оектировании, в курсах лекций по микропроцессорам, электронным омышленным устройствам, информационным и управляющим, системам, едствам отображения информации для студентов специальности .04.00 ("Промышленная электроника") и других специальностей. Ре-льтаты работы послужили основой для учебного пособия "Методы рмализации оптимизации процессов организационного управления в / Ш", выпущенного в 1983 г., постановки курсов "Микропроцессо-" в 1984 г. и "Средства отображения информации" с методическим іащением и лабораторным практикумом в 1986-1991 г.г.
Апробация работы. Материалы по теме диссерта-і докладывались и получили одобрение на итоговых научно-техниче-ix конференциях в Ивановском энергетическом институте имени В. И. іина в 1975-1980г.г.; на Второй Есесоюзной конференции по авто-иэированному электроприводу в текстильной и легкой промышленно-
сти (Иваново,1975г.); в дни занятий школы-семинара "Разработка и внедрение АСУ ТП в легкой промьшшенности"(ВНИПИАСУЛегпром,Иваново, июнь 1976г.); на производственных совещаниях руководителей подразделений и специалистов Ивановской фабрики имени Ф.Э.Дзержинского в 1974-1976г.г.; на совещании по координации разработчиков датчиков и средств автоматизации технологических процессов в легкой промышленности (ЦНИХБИ,Москва,12-13 апреля 1977г.); на заседании кафедры автоматизации и промышленной электроники Московского текстильного института (Москва,февраль 1978г.); на научно-техническом совещании руководящих работников Ивановской фабрики имени С.И.Балашова (Иваново,апрель 1978г.);на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов в легкой промышленности" (Москва,1982г.); на Всесоюзной научно-технической конференции по электротехнологии (I и II Бенардосовские чтения Иваново, 1983г.,' 1884г.-); на Международных научно - технических конференциях "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (V-VII Бенардосовские чтения, Суздаль ,1991г., Иваново, 1992г., Иваново, 1994г.); на республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования технологии и оборудования в льняной отрасли промышленности (Лен-94)"3 (Кострома, 18-21 октября 1994 г.).
Материалы по теме диссертации демонстрировались на Всесоюзной выставке-семинаре "Модуль-93"(Москва,1993г.), где удостоились диплома оргкомитета.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 47 печатных работ, из которых в центральных журналах -17, монографий -1,во внутривузовских сборниках научных трудов -10, тезисов международных, всесоюзных и республиканских конференций -19. По материалам проведенных исследований получено 21 авторских свидетельства на изобретения и 2 положительных решения о их выдаче. Зарегистрировано 6 отчетов по научно-исследовательским работам.
Объем работы. Диссертационная работа представлена в виде основной части на 364 страницах машинописного текста и приложений на 253 страницах. Общий объем диссертации включая 172 рисунка, 109 таблиц, составляет 617 страниц.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, 26 приложений и перечня использованной литературы в 306 наименований, ив которых 35 иностранных источников.
