Введение к работе
Актуальность работы. Производство бумаги на бумагоделательной машине (БДМ) состоит из нескольких технологических стадий, наиболее важным из которых является процесс сушки полотна. Режим сушки бумажного полотна определяет один из основных параметров качества готовой продукции влажность бумаги, и, кроме того, процесс сушки является наиболее энергоемкой стадией производства бумаги.
Производство бумаги характеризуется высоким уровнем автоматизации. Регулирование параметров технологического режима и качества готовой бумаги в режиме нормальной эксплуатации осуществляется автоматически, а при обрывах полотна – оперативным персоналом (сушильщиком) в режиме ручного управления процессом сушки.
Требования к эффективности работы БДМ, а также к качеству продукции непрерывно возрастают. Наиболее эффективными в настоящее время оказались решения по автоматическому управлению качеством готовой бумаги в режиме нормальной эксплуатации. Значительно меньший прогресс достигнут в создании систем автоматического управления качеством в переходных режимах: при смене производительности, вида продукции, обрывах бумажного полотна.
Решения, предложенные фирмами по автоматическому управлению процессом при обрывах, оказались неработоспособны. Результат: значительные отклонения влажности бумаги за границы технологического регламента, и соответственно высокий процент брака готовой продукции, длительное восстановление режима нормального процесса сушки бумаги, повышенные затраты на теплоноситель.
Поэтому необходимо разработать новые пути к решению данной задачи.
Цель работы. Алгоритмизация процессов управления сушкой бумаги в нестандартных режимах, обеспечивающих повышение качества готовой продукции и минимизацию (экономию) теплоносителя, а также создание имитационной модели сушки, используемой для отладки БДМ.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы были использованы системный анализ, математический анализ и статистика, теории информации, вычислительная математика, современные системы компьютерной математики и имитационного математического моделирования на ЭВМ.
Научная новизна работы:
-
Разработаны принципы имитационного моделирования сушильной части БДМ как объекта управления процессом сушки полотна.
-
Разработана методика приближенного моделирования процесса теплопередачи на сушильном цилиндре БДМ как объекта с распределенными параметрами.
-
Разработаны аналитические модели сушильного цилиндра как объекта регулирования температуры и процесса сушки полотна.
-
Разработана имитационная модель сушильной части БДМ как объекта регулирования влажности готовой бумаги.
-
Разработаны алгоритмы управления процессом сушки в режиме холостого хода машины, повышающие качество производимой бумаги.
Практическая ценность работы. Предложенная структура системы управления процессом сушки бумаги может быть использована при проектировании систем автоматического управления БДМ.
Разработана конструкция сушильного цилиндра, интенсифицирующая теплообмен и снижающая энергетические затраты, новизна которой подтверждена полученным патентом.
Разработанные модели процесса сушки могут использоваться при отладке программного обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП) производства бумаги и в учебном процессе.
Положения выносимые на защиту:
-
Методика приближенного моделирования процесса теплопередачи на сушильном цилиндре БДМ как объекта с распределенными параметрами.
-
Аналитические модели сушильного цилиндра как объекта регулирования температуры и процесса сушки полотна как объекта регулирования влажности готовой бумаги.
-
Алгоритмы управления процессом сушки в режиме холостого хода машины.
-
Программа имитационного моделирования систем управления процессом сушки.
Реализация результатов. Данные, полученные при моделировании систем управления сушкой при обрыве полотна, переданы на производство ОАО «Санкт-Петербургский картонополиграфический комбинат» и используются при оперативном управлении картоноделательной машиной. По результатам данного мероприятия имеется акт внедрения.
Программа имитационного моделирования систем управления процессом сушки бумаги внедрена в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров на факультете АСУТП как тренажер моделирования систем.
Получен патент на конструкцию, интенсифицирующую процессы теплообмена в сушильном цилиндре
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных, научно-практических и научно-методических конференциях: «Ресурсо- и энергосбережение в целлюлозно-бумажной промышленности и городском коммунальном хозяйстве», Санкт-Петербург, СПбГТУРП, 27-28 октября, 2005 г.; «Молодые учёные университета – ЛПК России», СПбГТУРП, 11 апреля, 2006 г.; «Особенности подготовки специалистов для территориально-промышленных комплексов России», Санкт-Петербург, 19-20 апреля 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, 3 приложений и библиографического списка. Работа изложена на 130 страницах, содержит 50 рисунков, 10 таблиц, библиографический список включает 64 наименований.
