Автоматизация процессов циклического связного дозирования с использованием дозаторов - интеграторов расхода при промышленном производстве бетонных смесей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Иваев, Олег Олегович

• Иваев, Олег Олегович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иваев, Олег Олегович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 .ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОЗАТОРОВ-ИНТЕГРАТОРОВ РАСХОДА

1.1. Смесительные установки и заводы по производству цементобетонных смесей

1.2. Автоматизированные смесительные установки и заводы по производству цементобетонных смесей

1.3. Технологические схемы дозирования многокомпонентных смесей

1.4. Структурные особенности циклических схем дозирования

1.5. Особенности дозирования компонентов бетонной смеси

1.6. Основные технологические схемы циклического дозирования

1.7. Континуум моделей дозаторов

1.8. Дозаторы с регулированием по массе

1.9. Дозаторы непрерывного действия с коррекцией по изменению скорости ленты транспортера

1.10. Дозаторы непрерывного действия с регулированием по расходу

1.11. Сравнительная оценка дозаторов непрерывного действия

1.12. Выводы и основные направления исследований систем непрерывно-периодического дозирования

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ

ДОЗАТОРОВ - ИНТЕГРАТОРОВ РАСХОДА

2.1. Интеграторы расхода с разомкнутыми системами измерений

2.2. Модель дозатора — интегратора расхода

2.3. Динамические свойства весовых транспортеров дозаторов — интеграторов расхода ~

2.4. Учет выбега ленты весового транспортера в режиме циклического дозирования

2.5. Оценка систематической погрешности дозаторов — интеграторов расхода при выбеге

2.6. Оптимальное управление разгоном двигателя ,ленты весового транспортера

2.7. Оптимальное управление движением ленты весового транспортера при ограничении по скорости двигателя

2.8. Оптимизация замкнутой системы управления разгоном ленты весового транспортера 87 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. . СВЯЗНОЕ ДИСКРЕТНОЕ ДОЗИРОВАНИЕ

КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ СМЕСИ

3.1. Особенности связного дискретного дозирования

3.2. Определение оптимальной последовательности . дозирования компонентов

3.3. Связное многокомпонентное дозирование и алгоритмы управления

3.4. Формирование алгоритма компенсации ошибок связного дозирования компонентов бетонной смеси 111 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ^ ДОЗИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЗАТОРОВ-ИНТЕГРАТОРОВ РАСХОДА- 116 4.1 .Задачи экспериментальных исследований

4.2.Исследования дозаторов-интеграторов расхода

4.3. Оценка систематической погрешности дозирования

4.4. Экспериментальные исследования дозаторов-интеграторов расхода с учетом систематической погрешности

4.5. Моделирование дозатора - интегратора расхода

4.6. Блок-схема алгоритма переменного запаздывания

4.7. Исследование характера истечения материала из накопительного бункера

4.8. Моделирование системы многокомпонентного связного дозирования

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация процессов циклического связного дозирования с использованием дозаторов - интеграторов расхода при промышленном производстве бетонных смесей»

Повышение качества и снижение затрат производимой продукции путем совершенствования действующих технологий, является ОСНОВНОЙ: целью развития общественного производства.

На бетонных заводах дозировочное и смесительное оборудование, смесительных установок, определяют основные: качественные показатели строительных смесей.

В настоящее время на бетонных заводах широко используются средства автоматизации- на; базе микропроцессорной: техники, позволяющие повысить эффективность, экономичность и безопасность, давая возможность создавать эффективные системы:. управления производством* цементобетонных смесей:

Однако уровень автоматизации ряда смесительных установок недостаточен, а перспективные разработки автоматизации систем управления; часто не находят практического применения. Причины этого связаны с отсутствием; научно обоснованных рекомендаций; позволяющих ПОВЫСИТЬ ТОЧНОСТЬ. дозаторов' циклического действия? В: режиме автоматического: взвешивания!

Дозаторы, как системы измерения массы потока, материала, применяются в основных технологических схемах: циклического и непрерывного дозирования. Использование в циклических схемах измерения массы дозаторов непрерывного действия, позволяет выделить их в отдельный класс систем дозирования с новыми: свойствами:

Разработки в области автоматического управления циклическим дозированием не позволили существенно увеличить точность этих систем при наличии динамических воздействий падающего в бункер дозатора материала.

Классические схемы циклического дозирования, в принципе не могут, обеспечить высокие качественные показатели дозирования компонентов. Необходимы новые технические и структурные решения, новые принципы управления- позволяющие изменить технологический процесс многокомпонентного циклического дозирования. К ним можно отнести использование в схемах циклического дозирования связного принципа управления и дозаторов - интеграторов расхода непрерывного действия. Применение дозаторов - интеграторов расхода позволяет существенно расширить возможности по управлению процессом многокомпонентного дозирования.

Потенциальные возможности таких структур связного многокомпонентного дозирования много выше классических циклических с использованием весоизмерительных устройств. Возможно в процесс набора заданной дозы использование различных корректирующих воздействий, увеличивая тем самым адаптацию структуры к меняющимся внешним воздействиям. Однако, использование в циклических схемах дозирования дозаторов непрерывного действия с автоматическим регулированием расхода нерационально, не только? из-за их значительной стоимости, технической сложности и высоких требований к профессиональной подготовке технического персонала, но и из-за присутствия технологической ошибки дозирования даже в! астатических системах управления расходом.

Необходимо принципиально изменить структуру автоматической системы управления, процессом дозирования, рассматривая' дозатор-интегратор расхода непрерывного действия, как элемент системы многокомпонентного дозирования, с новой организацией и новым« уровнем сложности. Это эффективное направление уменьшения погрешностей дозирования компонентов бетонных смесей за счет совершенствования систем управления с переходом к связному многокомпонентному дозированию.

К настоящему времени решены в основном локальные задачи автоматизации дозаторов циклического действия, связанные с уменьшением погрешностей элементов весовой системы. Попытки улучшить метрологические характеристики классических схем циклического дозирования малоэффективны и не позволяют проявить в полной мере потенциальные возможности циклической технологии приготовления бетонных смесей.

Использование вычислительной техники позволяет реализовать новую концепцию построения систем автоматизации технологических процессов, максимально объединяя технологию, технических средств и алгоритмы управления высокой степени сложности, работающие в реальном масштабе времени.

Теоретическая база для синтеза и анализа циклических систем связного дозирования с использованием непрерывных дозаторов-интеграторов расхода компонентов смесей отсутствует. Не рассматривался механизм образования случайных погрешностей дозирования, оценивались лишь различные и многообразные факторы, приводящие к их возникновению.

Поэтому целью исследований данной работы являются системы связного многокомпонентного циклического дозирования компонентов бетонной смеси с использованием дозаторов — интеграторов расхода непрерывного действия.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Иваев, Олег Олегович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследования циклических дозаторов показали, что даже при высоких метрологических характеристиках отдельно взятых элементов системы весового дозирования, их погрешности дозирования, часто превосходят нормативные значения. Эффективность использования имеющихся средств циклического дозирования ограничивается заложенным в них весовой принцип измерений массы компонентов, подаваемых на смешивание.

2. Потенциальные возможности структур связного многокомпонентного циклического дозирования^ в части, уменьшения погрешности долевых содержаний компонентов результирующей массы смеси много выше классических циклических с использованием весоизмерительных устройств бункерного типа.

3. Предложен алгоритм управления^ процессом' связного дискретного многокомпонентного дозирования, позволяющий * корректировать уставку дозатора следующего в процессе реализации^ последовательного дозирования компонентов по величине полученной дозы на предыдущем, дозаторе.

4. Определена оптимальная очередность дозирования компонентов, по критерию минимума суммарной дисперсии погрешностей связного дозирования компонентов смеси. Компоненты смеси при этом должны дозироваться в порядке убывания дисперсий их погрешностей.

5. Синтезирована структура системы управления технологическим процессом связного дискретного дозирования- компонентов бетонной смеси, которая вырабатывает в каждом цикле дозирования отдельных компонентов соответствующие корректирующие воздействия по уменьшению погрешностей дозирования.

6. Использование в схемах связного циклического дозирования дозаторов -интеграторов расхода непрерывного действия, дает возможность не только сократить время приготовления смесей, существенно улучшить массогабаритные показатели смесительных установок, но и расширить возможности по управлению процессом дозирования за счет нанесения корректирующих воздействий в процесс набора заданной дозы, увеличивая тем самым адаптацию структуры к меняющимся внешним условиям.

7. Наиболее перспективно применение в схемах связного циклического дозирования дозаторов с «жесткой» подвеской весового транспортера, отсутствием системы автоматической стабилизации расхода и прямым измерением массы.

8. Разработана модель измерений текущей производительности питателя, которой соответствует реальный механизм образования погрешностей дозирования, вызванных изменением плотности материала и выбегом ленты весового транспортера. Связь погрешностей дозирования с изменением производительности питателя позволяет скорректировать результаты измерений и тем самым уменьшить погрешность дозирования.

9. Разработана методика коррекции заданного значения дозируемой массы с учетом динамики поступления материала из питателя и выбега ленты весового транспортера с целью введения переменного времени опережения отключения дозатора.

10. Результаты экспериментальных исследований системы управления процессом связного дискретного дозирования подтвердили правильность поставленных и решенных в работе задач по повышению качества бетонной смеси и результатов, полученных теоретическим путем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иваев, Олег Олегович, 2011 год

1. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 1983. — 192 с.

2. Агейкин Д. И., Костина Е. Н. Датчики контроля и регулирования: Справ, материалы. -М.: Машиностроение, 1965. 928 с.

3. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, С. П. Протопопов и др.- М. : Машиностроение, 1980. 536 с.

4. Азгальдов Г. Г., Сендерова О. М. Оценка и аттестация качества в строительстве. М. : Стройиздат, 1977. - 88 с.

5. Афиногенов О. П., Серегин Н. П., Санников А. Ф. Управление качеством дорожных работ/ Под. ред. О. П. Афиногенова. — Томск : Изд-во Том. ун-та, 1997. 153 с.

6. Барский Р.Г., Иванов Ю.В. Вероятностные методы проектирования систем управления и контроля на предприятиях стройиндустрии. -М., МАДИ, 1976. 121 е., ил.

7. Барский Р.Г. Вероятностные модели систем управления дозированием. М., МАДИ. 1979.-87 с.

8. Барский Р.Г., Иванов Ю.В. Вероятностные методы проектирования систем управления и контроля на предприятиях стройиндустрии. -М., МАДИ; 1976. 121 с.

9. Барский Р.Г. Вероятностные модели систем управления дозированием. М., МАДИ.1979:-87 с.

10. Богданов А. А. Применение потенциометрических датчиков для автоматизации весовых дозаторов. -Механизация строительства, 1970, J® 7, 0.11-12.

11. Богданов А. А. Анализ систем управления технологическими про цесоами дозирования компонентов бетонной смеси. -Автореф. дис. . каяд.техн.наук. -М., ЩИИОМТ, 1972. 27с. Болч Б., Хуань К.Дж.

12. Бубелло В.В. Разработкам исследование способов автоматической,коррекции состава бетонной смеси в процессе ее приготовления. -Автореф. дие. . канд.техн.наук. Одесса,-356 е., ил.

13. Балицкий В. С. Организация производства растворных и бетонных смесей. — Киев : Будевельник, 1980. 184 с.

14. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. М. : Мир, 1989.-540 с.

15. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М. : Наука. Гл.ред. физ.-мат.лит., 1987. - 320 с.

16. Бессонов A.A. Методы и средства идентификации динамических объектов / А. А. Бессонов, Ю. В. Загашвили, А. С. Маркелов. Л. : Энергоатомиздат, 1989. - 280 с.

17. Боровиков В.П. STATISTIC А: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2001.

18. Баженов Ю. М. Технология бетона. — М.: Изд-во АСВ, 2002.

19. Васильев Ю. Э., Шляфер В. JI. Регулярные межлабораторные испытания. Наука и техника в дорожной отрасли, № 2, 2006. С. 6 - 7.

20. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Физматгиз, 1963. - 872 с.

21. Воробьев В. А., Горшков В. А., Суворов Д.Н., Каледин А.Н. Динамическое управление прочностью. Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1978. № 10. С. 54 -58.

22. Вентцель B.C. Теория вероятностей.-М.: Наука, 1969.-576 с.

23. Горшков В.А. Параметрическая система управления прочностью бетона // Автоматический контроль и управление технологическими процессами в строительном производстве: Сб. научн.тр. М. : МАДИ., 1987. - С. 4 - 11.

24. Горшков В.А. Синтез цифровых систем стабилизации качества в производстве дорожно-строительных материалов. М. : МАДИ, 1988. - 72 с.

25. Горшков В.А., Соркин Э.Г. Автоматизированное рабочее место АРМбетон-ФайнЛаб. Бетон и железобетон. 2000, № 3. С. 8 - 9.

26. Гревнин Д.А., Лукьяненко С.С. Технологический алгоритм учета влияния пустотности заполнителя при приготовлении бетонной смеси // Автоматизация технологических процессов и контроля в строительстве: Сб.научн.тр./ М. : МАДИ. 1984. - С. 37 - 39.

27. Городецкий М.С., Осипова С.С., Друян Е.В. Система контроля, диагностики и принятия решения // Испытания, контроль и диагностирование гибких производственных систем. М.: Наука, 1988. - С. 218 - 222.

28. Десов А.Е., Ким К.Н. Автоматическое регулирование жесткости и подвижности бетонной смеси. -М.: Стройиздат, 1969. -ИЗ о,

29. Дзенис B.B. и др. Акустические методы контроля в технологии строительныхматериалов. -JL: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1978. -153 с. *

30. Дорф В.А., Хаютин Ю.Г. О метрологическом подходе к контролю качества бетонной смеси и ее компонентов. Бетон и железобетон. 1992, № 4. С. 29 31.

31. Зазян С.Г. Автоматическое дозирование материалов в цементном производстве. -Л.: Стройиздат, 1975. -152 е., ил.

32. Каменев В.В! Алгоритмы преобразования сигналов и данных при испытаниях дорожно-строительных материалов и конструкций Васильев Ю.Э., Челпанов И.Б., Аржанухина С.П., Каменев В.В. Промышленное и гражданское строительство 2011год март или апрель

33. Каменев В.В. Стандартизация испытаний материалов и изделий в дорожном хозяйстве Васильев Ю.Э., Челпанов И.Б., Аржанухина С.П., Каменев В.В. Промышленное и гражданское строительство 2011год март или апрель

34. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.-М.: Наука, 1984. 832 с.

35. Коган Я.А., Тиллес P.C., Хургин Я.И., Хаютин Ю.Г. Математическая модель системы автоматического регулирования бетонной смеси Энергетическое строительство. 1969. № 2. С. 68 - 70.

36. Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. -М: Машиностроение, 1971. -470 е., ил.

37. Костров В.П. Совершенствование цикличной технологии дозирования компонентов бетонной смеси. -Дис. канд.техн.наук,- М.: 1980. -182

38. Лермит Р. Проблемы технологии бетона: Пер. с фр. / Под ред.и с предисл. А.Е.Десова. Изд. 3-е. М.: Издательство ЛКИ, 2008. — 296 с. (Классика инженерной мысли: строительство.).

39. Мавров М.В., Литвак Б.Л. Оптимизация систем многосвязного управления. -М.: Наука, 1972. 844 с.

40. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем. /Под ред. В.Г. Волика. -М. : Энергоатомиздат, 1988.

41. Микропроцессорные системы автоматического управления / Бесекерский В.А., Ефимов Н.Б., Зиатдинов С.И. и др.; Под общ.ред. В.А. Бесекерского. Л. : Машиностроение, 1988. - 365 с.

42. МикроЭВМ в управлении строительством / Под ред. Ю.Н. Бирина. М. : Стройиздат, 1989.-296 с.

43. Мита Н., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управление. Пер. с японск. М. : Мир, 1994.

44. Морозов Ю. Л. Система управления характеристиками товарного бетона на основе информационных технологий. Строительные материалы №8. М. 2001.

45. Морозов Ю. Л. «Автоматизированное рабочее место лаборатории бетонного заводадля управления подвижностью и прочностью бетонной смеси» Версия 1.0 (АРМ ПОДВИЖНОСТЬ). Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2001611526 от 12.11.2001 г.

46. Морозов Ю.Л. Автоматизированное управление производством товарного бетона. ВНИЭСМ, серия 1, выпуск 5, Москва, 2001.

47. Морозов Ю.Л. Система стабилизации подвижности бетонной смеси. Ж. Бетон и железобетон, № 6, 2001.

48. Морозов Ю.Л., Лисов A.A. Комплексный метод контроля качества бетонных смесей. НТЛД «Строительство и архитектура», разд. Б, №4, 1976. ВНИИЭСМ, № 142.

49. Михайлов B.C. Теория управления.- Киев : Вища. шк., 1988. 312 с.

50. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений/ Пер. с англ. -М. : Мир, 1990. 535 с.

51. Николаева И. В. О методах контроля качества дорожно-строительных работ и готовой продукции. В кн.: Повышение эффективности проектирования, строительства и эксплуатации городских дорог. Харьков, 1969. - С. 2 - 9.

52. Новоселов А. И. Автоматическое управление (техническая кибернетика): Уч. пособие для вузов. J1. : Энергия, 1973.- 320 с.

53. Общий курс строительных материалов / Под ред. И. А. Рыбьева. — М. : Высшая школа, 1987.-584 с.

54. Перельман И.И. Оперативная идентификация объектов управления. М. : Энергоиздат, 1982. - 272 с.

55. Ope 0. Теория графов. 2-е из. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 336 о. Орлов В.В. Циферблатные весы. -М.: Машиностроение, 1972.143 с.

56. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. М. : Наука, 1979.

57. Пупков К. А., Костюк Г. А. Оценка и планирование эксперимента. М. : Машиностроение, 1977. - 188 с.

58. Райбман Н. С., Чадеев В. М. Построение моделей процессов производства. М. : Энергия, 1975.-375 с.

59. Рокас С. Статистические методы обработки результатов испытаний. Учеб. пособие /Ред.-изд. совет Минвуза Лит. ССР. Вильнюс 1977. 92 с.

60. Рыбьев И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. М. : Высшая школа, 1978.-309 с.

61. Современные методы идентификации систем/ Пер. с англ.: Под ред. П. Эйкхофа. М. : Мир, 1983.-400 с.

62. Технические средства диагностирования. Справочник./ Под ред. В.В.Клюева. М. : Машиностроение, 1989.

63. Тихонов А. Н., Уфимцев М. В. Статистическая обработка результатов экспериментов. -М. : изд. МГУ, 1988.

64. Ткалич О. Б. Горковенко В. А. Планирование эксперимента в организации научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. JI. : изд. ЛПИ, 1985.

65. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа / Пер. с нем. М. : Финансы и статистика, 1983. - 302 с.

66. Цыпкин я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах. М. : Наука, 1968. -400 с.

67. Шакалис В. В. Моделирование технологических процессов. М. : Машиностроение, 1973. - 135 с.

68. Шестопёров, С. В. Контроль качества бетона транспортных сооружений / С.В. Шестопёров. М. : Транспорт. 1975. - 245 с.

69. Щиголев Б. М. Математическая обработка наблюдений. М. : Наука, 1969. - 344 с.

70. Френкель И. М. Технология пластичности бетона. М. : Стройиздат. 1922. - 74 с.79. / Барский Р.Г., Воробьев В.А., Силаев А.Б., Скрипка О.В. -Опубл. в Б.И., 1983, №16.

71. А.С. 1040340 (СССР) Устройство для управления дозированием/ А.С. IQI5348 (СССР) Устройство для многокомпонентного дозирования Барский Р.Г., Воробьев В.А., Силаев А.Б., Умирбеков Д.А. Опубл. в Б.И., 1983, №33.

72. Zito F/ La drabilita del calcestruzzo La técnica pofessiohale. Colleqio inqeqheri ferroviari italiani, 1983. p. 636-643.

73. Hajnal-Konyi K. Concrete New Ways of Buildinq. London, 1951. p. 19.

74. Idorn G/ М/ Cognate energy and Darabrljty. Cognate International Design Construction. USA/ 1984. -P. 13-20.