Автоматизация промышленного производства асфальтобетонной смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Хакимов, Заур Леччиевич

• Хакимов, Заур Леччиевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хакимов, Заур Леччиевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ В УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1.1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА.

1.2. ДЕФЕКТЫ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ИХ ПРИЧИНЫ.

1.3. ПРОИЗВОДСТВО АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ В ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ.

1.3.1. ПРОИЗВОДСТВО АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1.3.2. ПРЕДПРИЯТИЕ АБЗ ГУДП «АСФАЛЬТ-2» МАД ЧР.

1.3.3. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ ДЛЯ АБЗ ГУДП «АСФАЛЬТ-2».

1.4. ПУТИ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1 4.1. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1.4.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1.4.3. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

1.5. ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

2. РАЗРАБОТКА ОБЩИХ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ

СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.1. ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ.

2.1.2. ОСНОВНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.2. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ И УПРАВЛЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.3. ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2 4.1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА МОДЕЛЕЙ.

2.4.2. ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.5. МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.5.1. ВЫБОР ОСНОВНЫХ МОДЕЛЕЙ.

2.5.2. МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ СВОЙСТВ КОМПОНЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.5.3. МОДЕЛИ СВОЙСТВ КОМПОНЕНТОВ.

2.5.4. МОДЕЛЬ ГРАНУЛОМЕТРИИ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ.

2.5.5. МОДЕЛЬ СВОЙСТВ БИТУМА.

2.5.6. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ.

2.5.7. МОДЕЛЬ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.6. МОДЕЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

2.6.1. ВЫБОР ОСНОВНЫХ МОДЕЛЕЙ.

2.6.2. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ".

2.6.3. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ, ИДЕНТИФИКАЦИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ.

2.6.4. МОДЕЛЬ СОБСТВЕННО СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

2.7. ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА И СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

РЕЦЕПТУРОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

3.1. ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

3.1.1. ГРАНУЛОМЕТРИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ.

- 3.1.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ БИТУМА.

3.1.3. . МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДОЗИРОВАНИЯ.

3.2. ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ.

3.2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ.Г.

3.2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОБСТВЕННО СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

3.3. СОВМЕСТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА И СИСТМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

3.3.1. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ.

3.3.2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

3.4. ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

4.1. ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ.

4.1.1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ЗАДАЧ.

4.1.2. ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ.

4.1.3. ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ НА АБЗ.

4.1.4. ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУРОЙ СМЕСИ.

4.1.5. ЗАДАЧИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

4.2. ФОРМИРОВАНИЕ КРИТЕРИАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ.

4.2.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ.

4.2.2. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ.

4.3. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

4.4. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ

4.5. ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ

РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

4.6. ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

4.7. ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

5.1. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ

ПРИМЕНЕНИЯ.

5.2. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ САУ.

5.3. ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ.

6. ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация промышленного производства асфальтобетонной смеси»

Актуальность работы

Асфальтобетон, как в России, так и за рубежом является основным материалом для устройства покрытия автомобильных дорог. Интегральным показателем качества покрытия автомобильной дороги может являться срок службы покрытия. Дорожное полотно в России «живет» существенно меньше, чем в странах с аналогичными климатическими условиями. Такая ситуация неприемлема. Важнейшее значение для качества и долговечности покрытия дороги имеет качество асфальтобетонной смеси и асфальтобетона. Поэтому стабилизация свойств асфальтобетонной смеси на заданном уровне имеет большое значение, а задача разработки системы оперативного управления промышленным производством асфальтобетонных смесей является весьма актуальной.

Цель работы

Создание методологической основы для управления свойствами асфальтобетонной смеси на выходе асфальтобетонного завода за счет автоматизации производства и оперативного управления составом асфальтобетонных смесей.

Для достижения поставленной выше цели решены следующие задачи:

• Проведен. анализ технологического процесса производства асфальтобетонной смеси, как объекта управления. Оценено влияние основных факторов на качество асфальтобетонной смеси и готового асфальтобетонного покрытия. Проанализирован опыт создания и применения систем управления в производстве асфальтобетона и смежных отраслях.

• Разработаны общие принципы построения системы оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси. Выдвинута общая концепция системы управления рецептурой асфальтобетонной смеси. Выявлены контролируемые и управляемые параметры процесса и разработана система моделей процессов для различных уровней иерархии систем управления. Разработана обобщенная структура системы управления рецептурой асфальтобетонной смеси. Разработаны необходимые модели.

• Проведены исследования технологического процесса и систем оперативного управления производством асфальтобетонной смеси. Проведено моделирование влияния свойств компонентов смеси и параметров технологического процесса на качество асфальтобетонной смеси. Исследованы совместно модели производственного процесса и системы оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси.

• Разработана система оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси. Сформулированы задачи и критериальные функции системы управления. Выбраны и обоснованы технические и программные средства, информационное и методическое обеспечение системы оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси. Разработаны необходимые алгоритмы, и базы данных комплексной системы оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси.

• Исследована эффективность разработанной системы оперативного управления. Исследовано влияние разработанной системы управления на качество готовой асфальтобетонной смеси-. Оценены перспективы применения системы оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси на АБЗ России.

Методы исследования

Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и математического моделирования.

К защите представляются

• Комплекс математических моделей, включающий в себя, модели свойств компонентов асфальтобетонной смеси, модели технологического процесса, модели формирования свойств готовой асфальтобетонной смеси, модели системы контроля для решения задач управления, модели собственно системы управления и модели возмущения действующего на технологический процесс.

• Результаты исследований разработанных моделей и их взаимодействия, анализ полученных результатов и разработанная на этой основе система оперативного управления рецептурой асфальтобетонной смеси, обеспечивающая эффективное управление промышленным производством асфальтобетонной смеси.

• Разработанная система управления промышленным производством асфальтобетонной смеси путем оперативного управления рецептурой смеси, разработанные принципы управления, методы и алгоритмы.

Научная новизна работы

Впервые предложена концепция управления промышленным производством асфальтобетонной смеси путем оперативного управления рецептурой смеси: на основе оперативного,контроля гранулометрии компонентов асфальтобетонной смеси рассчитываются гранулометрия смеси и площадь поверхности зерен смеси с дифференциацией по гранулометрии. На основе этих данных рассчитываются:

• Необходимая коррекция рецептуры для поддержания заданной гранулометрии смеси.

• Необходимая коррекция расхода битума с учетом фактической гранулометрии смеси и требуемой вариации толщины пленки битума в зависимости от размеров зерен и свойств самого битума.

Научную новизну работы так же определяют:

• Разработанные методы и система автоматизированного управления, обеспечивающие минимум вариации показателей качества асфальтобетонной смеси на выходе асфальтобетонного завода.

• Результаты исследований и моделирования динамики показателей, характеризующих гранулометрический состав асфальтобетонной смеси и ее компонентов.

• Результаты исследований динамических характеристик возмущений, воздействующих на технологические процессы в производстве асфальтобетонной смеси.

• Структура системы автоматизированного управления составом асфальтобетонной смеси, которая обеспечивает оперативную идентификацию параметров и моделей для целей управления.

Основные положения, выносимые на защиту

• Общая концепция автоматизации промышленного производства асфальтобетонной смеси с оптимизацией по гранулометрическим свойствам минеральных материалов и свойствами битума.

• Комплекс математических моделей, включающий в себя, модели свойств компонентов, технологического процесса, формирования свойств готовой асфальтобетонной смеси, системы контроля и управления, и модели возмущения.

• Система управления промышленным производством асфальтобетонной смеси путем оперативного управления рецептурой смеси, разработанные принципы управления, методы и алгоритмы.

Практическая значимость работы

Разработанная система управления промышленным производством асфальтобетонной смеси путем оперативного управления рецептурой смеси является эффективным средством повышения и стабилизации качества готовой смеси. Возможность динамической адаптации моделей и параметров системы управления обеспечивает возможность ее широкого внедрения на различных асфальтобетонных заводах.

Внедрение результатов исследований на АБЗ ГУДП «Асфальт-2» Министерства автомобильных дорог Чеченской Республики (МАД ЧР) г. Грозного позволило проверить на практике основные результаты исследований и способствовало снижению вариации качества асфальтобетонной смеси. Достигнута более стабильная гранулометрия смеси и прочность асфальтобетона.

Реализация результатов работы

Разработанная автоматизированная система апробирована на АБЗ ГУДП «Асфальт-2» (МАД ЧР) г. Грозного.

Апробация результатов

Основные научные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:

67 и 68 научно-методических конференциях МАДИ (2009 - 2010г.);

30-й Московской международной выставке «Образование и карьера - XXI век». Москва 2009 г.

Юбилейной международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании» посвященной 90-летию Грозненского государственного нефтяного института им. акад. М.Д. Миллионщикова (ГГНИ), Грозный 2010 г.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9 печатных работах.

Объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 222 страницах машинописного текста, содержит 190 рисунков, 13 таблиц. Список литературы включает 104 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.