Автоматизация процесса отжига полированного листового стекла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Лукашин, Станислав Алексеевич

• Лукашин, Станислав Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лукашин, Станислав Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОТЖИГА ПОЛИРОВАННОГО ЛИСТОВОГО СТЕКЛА.

1.1. Производство листового стекла флоат-способом. Место отжига в технологическом процессе.

1.2. Особенности процесса отжига стекла в туннельных печах. Структурная схема ту ннельной печи отжига.

1.3. Анализ систем управления туннельными печами отжига.

1.4. Анализ использования математических моделей и моделирования при автоматизации процесса отжига листового стекла.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТЖИГА С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ МОДЕЛЕЙ «РЕЖИМ - КАЧЕСТВО ОТЖИГА СТЕКЛА».

2.1. Постановка задачи по математическому описанию Процесса отжига стекла. Выделение определяющих переменных объекта управления.

2.2. Обоснование и выбор метода синтеза математических моделей ту ннельной печи отжига.

2.3. Исследование и разработка модели остаточных напряжений в ленте стекла.

2.4. Исследование и разработка модели кривизны ленты стекла.

2.5. Исследование и разработка модели отходов стекла после отжига.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ОТЖИГА СТЕКЛА.

3.1. Обоснование и выбор метода решения задачи управления процессом отжига ленты стекла.

3.2. Формализация задачи управления туннельной печью отжига в производстве стекла флоат-способом.

3.3. Обоснование и выбор метода решения задачи управления печью отжига.

3.4. Исследование эффективности алгоритмов управления туннельной печью отжига.

3.4.1. Алгоритм стабилизации режима отжига при ограничении величины остаточных напряжений в стекле.

3.4.2. Управление температурным режимом отжига в лере из условия обеспечения требуемого качества отжига.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Применение математического моделирования на предпроектных стадиях исследований при разработке АСУТП отжига ленты стекла.

4.2. Применение математических моделей для описания процесса отжига ленты стекла в туннельной печи типа КНУД.

4.2.1. Модель остаточных напряжений в ленте стекла после отжига.

4.2.2. Модель кривизны ленты стекла.

4.2.3. Модель отходов ленты стекла на выходе из печи отжига.

4.3. Применение математических моделей и алгоритмов управления для статистического анализа и регулирования процесса отжига листового стекла.

4.3.1. Управление печью отжига по величине остаточных напряжений.

4.3.2. Управление печью отжига по величине отходов с учетом остаточных напряжений и кривизны ленты стекла.

4.4. Статистический анализ работы линии ЛПС-1 в 2000 году по сравнению с 1999 годом. Статистическое регулирование.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация процесса отжига полированного листового стекла»

Листовое стекло представляет важнейший вид продукции, вырабатываемой стекольной промышленностью. Наибольшую часть листового стекла используют в промышленности, гражданском, жилищном и сельскохозяйственном строительстве. Крупными потребителями являются автомобилестроение, вагоностроение, железнодорожный транспорт. Стекло используется в приборостроении, в электронной промышленности и других отраслях. Различные требования к изделиям из стекла, а также разнообразные свойства его как материала обусловили разработку многочисленных технологических процессов, способов и оборудования, позволяющих получить широкий ассортимент изделий. В нашей стране получили распространение следующие способы выработки листового стекла: лодочный вертикального вытягивания (ВВС), безлодочный вертикального вытягивания (БВВС), непрерывного горизонтального вытягивания и флоат-процесс. Тенденция развития производства листового стекла в мире такова, что флоат-процесс, как новейший и наиболее прогрессивный, вытесняет остальные способы выработки стекла.

Одной из важных технологических операций при производстве листового полированного стекла является отжиг - охлаждение ленты стекла по определенному режиму, обеспечивающему такое распределение напряжений в стекле, которое гарантировало бы его как от самопроизвольного разрушения, так и от разрушения, связанного с предусмотренными техническими условиями, тепловыми и механическими воздействиями. Процесс отжига стекла влияет на выход годного стекла. Отходы стекла по причине некачественного отжига могут достигать 2 - 4% от объема выработки, что при производительности технологической линии 19 млн. кв. метров стекла условной толщины в год составляют значительные экономические потери. Потери стекла на стадии отжига можно уменьшить за счет автоматизации технологического процесса отжига, которая позволяет достигнуть оптимального распределения напряжений в стекле на основе использования информации о всех составляющих напряжений, возникающих в стекле и их взаимосвязи с различными стадиями технологического процесса производства флоат-стекла [1]. В связи со сказанным актуальными являются работы по дальнейшей автоматизации технологического процесса отжига листового полированного стекла на основе использования современных средств локальной автоматики и персональных компьютеров.

Во Владимирском государственном университете в течение ряда лет проводятся научные исследовательские работы по автоматизации технологического процесса производства листового стекла флоат-способом для Борского стекольного завода. В этих работах принимал непосредственное участие автор диссертации, проводя научные исследования по автоматизации процесса выработки полированного стекла, в том числе процесса отжига стекла в туннельных печах.

Целью диссертационной работы является повышение технико-экономических показателей работы туннельных печей отжига в производстве листового стекла за счет автоматизации технологического процесса с использованием математических моделей. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научно-технические задачи:

1. Сформулирована задача управления технологическим процессом отжига в производстве листового стекла флоат-способом. Обоснованы критерии управления процессом отжига.

2. Созданы математические модели, позволяющие проводить статистический анализ процесса отжига по ретроспективным данным работы печи отжига и принимать решения по коррекции температурного режима отжига.

3. Разработаны алгоритмы управления режимом отжига стекла в туннельной печи.

4. Реализован вычислительный эксперимент с использованием статистических данных, собранных с объекта управления и оценена ожидаемая эффективность использования алгоритмов управления по сравнению с ручным ведением процесса отжига.

Использование разработанных математических моделей и алгоритмов управления на печи отжига технологической линии типа ЛПС-5000 ОАО «Борский стеклозавод» позволило уменьшить отходы листового стекла после отжига на линии ЛПС-1 с 3,45% до 2,69% и улучшить качество вырабатываемого стела за счет уменьшения остаточных напряжений в стекле на 6%.

Основные обозначения и сокращения, используемые в работе

5 - толщина ленты стекла в мм; Ь - ширина ленты стекла, мм; у - скорость выработки ленты, м/мин; в - производительность технологической линии по варке стекла в кг в смену;

Ос - расход воздуха в сводовые калориферы, м /час; о расход воздуха в подовые калориферы, м /час; Рс - мощность сводового обогрева, кВт; Рп - мощность подового обогрева, кВт; 9вых - температура выходного конца ленты стекла из флоат ©окр - температура воздуха окружающей среды, °С; 0А - температура отжига в зоне А лера; Эв - температура отжига в зоне В лера; 0С - температура отжига в зоне С лера; 90 - температура отжига в зоне Б лера; 0Е - температура отжига в зоне Е лера;

Д6 - занижение температуры краев ленты по сравнению частью;

Уе - скорость охлаждения ленты стекла в зонах лера; Пл - плотность стекла, г/см"*; К - кривизну ленты стекла, мм/мм О - отходы стекла, %; ст - остаточные напряжения в стекле, мкм/мм ; g - удельный расход тепла на стекловарение; 0Т - термическая однородность стекла; Св - свильность стекла; П - содержание пузырей в стекле; Срегоз - окись железа в стекле; Н - нерастворимые остатки в шихте; Вл - влажность шихты; Сщ - щелочность шихты; т - время запаздывания по входным переменным; I - текущее время;

Тс - временной интервал стандартизации переменных;

Т - временной интервал управления;

СТП - стандарт предприятия;

КИС - контрольно-испытательная станция;

ЦЗЛ - центральная заводская лаборатория;

ПК - программный комплекс;

ЛПС - линия полированного стекла; выработке

-ванны, С; с центральной

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Лукашин, Станислав Алексеевич

Выводы по главе 4

1. Показана эффективность использования имитационного моделирования и вычислительного эксперимента для оценки точности моделей и выбора алгоритмов управления печью отжига.

2. Проведены промышленные испытания разработанных регрессионных моделей. Показана эффективность коррекции коэффициентов моделей с использованием одношагового алгоритма адаптации.

3. Проведены предпроектные исследования алгоритмов управления туннельной печью отжига в производстве листового стекла на технологической линии ЛПС-1 для ОАО "Борский стекольный завод". Оценен предельно достижимый технико-экономический эффект от внедрения разработанных алгоритмов .

4. Создана подсистема поддержки принятия решений по коррекции режима работы туннельной печи отжига с использованием разработанных в диссертации моделей и алгоритмов управления. Система реализована на базе ПК "Технолог стекольного производства" и находится в промышленной эксплуатации в ОАО "Борский стеклозавод".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа современного состояния систем управления печами отжига показана актуальность проведения теоретических исследований и разработок, направленных на совершенствование действующих автоматизированных систем управления печами отжига на основе использования математических моделей.

2. Построены линейные регрессионные модели, описывающие зависимость "режим - качество отжига стекла", вырабатываемого флоат-способом. Требуемая точность моделей обеспечена за счет уточнения коэффициентов моделей в процессе их эксплуатации. Показана переносимость разработанных математических моделей на аналогичные печи отжига в производстве листового стекла флоат-способом, что подтверждено использованием моделей в составе ПК "Технолог стекольного производства" в ОАО "Борский стеклозавод".

3. Предложена декомпозиция задачи управления печью отжига по иерархическим уровням с учетом периодичности их решения. На верхнем уровне решается задача коррекции режима отжига, на нижнем уровне -задача стабилизации режимных переменных. Сформулирована задача управления печью отжига как многокритериальная задача управления в пространстве режимных переменных. Обосновано применение метода компенсационного управления печью отжига с использованием разработанных в диссертации математических моделей.

4. Исследованы алгоритмы управления печью отжига по величине остаточных напряжений, а также отходам стекла после отжига при выполнении ограничений на величину остаточных напряжений и кривизну ленты стекла. Показан технико-экономический эффект, достигаемый от внедрения алгоритмов управления на технологических линиях производства полированного стекла флоат-способом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лукашин, Станислав Алексеевич, 2001 год

1. Уманский С.Э., Покрасс Б.И. Регулирование напряжений при производстве листового стекла // Стекло и керамика,- 1989, -№6 .-С.20 22.

2. Методы устранения некоторых проблем, возникающих в сфере производства полированного стекла/ составлено Т. Ди Лабио. Брюссель, Бельгия.

3. Harold A. McMaster. Annealing and Tempering. The Handbook of Glass Manufacture. Volume II. Ashlee Publishing Co., 1984. p. 799-832.

4. Методы устранения некоторых проблем, возникающих в сфере производства полированного стекла /составлено Т. Ди Лабио. «Кунд С.А.», Брюссель, Бельгия.-38с.

5. Макаров Р.И. Внедрение в стекольное производство новых информационных технологий на базе персональных ЭВМ //Стекло и керамика. -1993. -№8. -С.23 -24.

6. Миронов В. Л. Математические модели и алгоритмы автоматизированного управления процессом отжига листового стекла. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук.

7. Кондрашов В.И., Пентко Ю.Н., и др. Автоматический контроль печи отжига на линии термически полированного стекла //Стекло и керамика. 1997. -№7. - С.З - 5.

8. Орлов Е.М., Кисляк З.Н., Цибульская С.Г. Тенденции развития производства строительного стекла // Стекло и керамика. -1987. -№1. -С.29 31.

9. Системы управления в стекольной промышленности // Экспресс -информация. -Серия 21. Вып. 14. Стекольная и керамическая промышленность. Зарубежный опыт. -М.: ВНИИЭСМ, 1984.

10. Макаров Р.И. Автоматизация технологического процесса производства листового стекла на основе математических моделей // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Владимир, 1998. -32с.

11. Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного стекла. -М.: В.Ш.,. 1977.-208с.

12. Покрасс Б.И. Технологические напряжения в листовом стекле после отжига и методы их регулирования //АСУТП производства строительных материалов (сборник научных трудов). JI-д: 1984. -С.137 149.

13. Уманский С.Э., Покрасс Б.И. Регулирование напряжений при производстве листового стекла //Стекло и керамика. 1989. -№6. - С.20 - 22.

14. Лалыкин Н. В., Мазурин О.В. Расчет оптимальных параметров отжига листового стекла // Стекло и керамика. 1985. - № 3. - С. 7 - 10.

15. Применение математических методов для совершенствования и оптимального управления технологическим процессом в стекольной промышленности / Отчет о НИР. Научный руководитель Любимов.- ВПИ. 1989.

16. Макаров Р.И., Хорошева Е.Р., Лукашин С.А. Автоматизация производства листового стекла / Под ред. Р.И. Макарова; В ладим, гос. ун-т. Владимир, 2000. -248с.

17. Garcelon J.P. Float glass annealing 1976 1986 - 1996 /14 th Intern. Congress on Glass, New - Delhi, March 2 - 7, 1986, v. 3, 129 - 137.

18. И.В. Дунин Барковский, H.B. Смирнов. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. Гостехиздат, 1955.

19. Бородюк В.П. Статистические методы математического описания сложных объектов. -Учебное пособие. -М.: МЭИ, 1981.-91 с.

20. Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев: Наукова думка, 1982. -296 с.

21. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. -М.: Наука, 1965. -340 с.

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

23. Макаров Р.И. К выбору структуры регрессионных моделей в задачах управления . Всесоюзная научно - техническая конференция. Идентификация, измерение характеристик и имитация случайных сигналов. -Тез. докл. Новосибирск, 1991. - С. 33 - 34.

24. Макаров Р.И., Дубов И.Р., Лукашин С.А. Анализ стабильности производства листового стекла // Стекло и керамика. 2000. -№9. - С. 19-20.

25. Пакет статистической обработки информации с расширенными графическими возможностями. М.:МГУ, 1989. -46с.

26. Бородюк В.П., Лецкий Э.К. Статистическое описание промышленных объектов. -М.: Энергия, 1971. -111 с.

27. Карманов В.Г. Математическое программирование. -М.: Наука, Главная редакция физ.- мат. литературы, 1980. -256с.

28. Макаров Р.И. Моделирование на ЭВМ инерционных промышленных объектов непрерывных производств. Учебное пособие. -Владимир. 1985. -86с.

29. Автоматизированная система управления технологическим процессом производства полированного стекла Борского стекольного завода им. М. Горького. -Техническое задание. Владимир, 1992. -127 с.

30. Лукашин С.А., Макаров Р.И. Оптимизация технологического процесса отжига листового стекла /Сборник трудов 14 международной научной конференции, том 6 , секции 10, 11, 12. Смоленск. 2001, с.68.

31. Макаров Р.И., Лукашин С.А. Использование математических моделей для статистического анализа и регулирования процесса отжига листового стекла в туннельных печах// Стекло и керамика. -2001. -№ 9.-С.3-6.

32. С.А. Лукашин, Р.И. Макаров. Моделирование процесса отжига листового стекла. / Сб. науч. трудов, Муром. -2001. С.

33. Мы, ншкшодписавшиесж, представитель Владимирского государственного университета начальник НИСа Ваковский О.Я, и представитель ОАО «Борский стеклозавод» начальник инженерного отдела Молодкмн A.B. составили настоящий акт в шшеследующем,

34. В систему поддержки принятия решений «Технолог стекольного производства» внедрены разработанные Лукахшшым С.А, математические модели и алгоритмы управления туннельной печью отжига линии производства полированного стекла ЛПС-1.

35. Представитель ОАО «Борский стеклозавод».

36. Зам, начальника шженерного отдела