Автоматизация процессов управления связным многокомпонентным дозированием промышленного производства бетонных смесей с оптимизацией по критерию качества тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Шляфер, Виталий Леонидович

• Шляфер, Виталий Леонидович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шляфер, Виталий Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДИСКРЕТНОГО ДОЗИРОВАНИЯ.

1.1. Весовые автоматические дозаторы дискретного действия для сыпучих материалов.

1.2. Анализ состояния автоматизации процессов дискретного дозирования компонентов бетонной смеси.

1.3. Анализ погрешностей циклического дозирования.

1.4. Связное многокомпонентное дозирование и алгоритмы управления.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ'.

ГЛАВА 2.РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ.

2.1 Технологические показатели оптимизации состава бетонной смеси.

2.2 Учет ошибок дозирования при определении состава смеси.49"

2.3. Разработка алгоритма связного дозирования.

2.4. Определение оптимального алгоритма дозирования компонентов смеси

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СПОСОБА СВЯЗНОГО ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ СМЕСИ.

3.1. Имитационное моделирование законов управления циклическим дозированием компонентов бетонной смеси.

3.2. Моделирующие алгоритмы дозирования компонентов.

3.3. Сравнительный анализ результатов моделирования.

3.4. Определение корректирующей массы смеси при управлении связным многокомпонентным дозированием.

3.5. Разработка последовательно-параллельного способа дозирования.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

4.ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СВЯЗНОГО ЦИКЛИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ.

4.1. Разработка опытного образца системы управления.

4.2. Лабораторные испытания системы управления.

4.3. Автоматизированный комплекс управления связным дозированием компонентов бетонной смеси.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация процессов управления связным многокомпонентным дозированием промышленного производства бетонных смесей с оптимизацией по критерию качества»

При строительстве гражданских и промышленных сооружений бетон остается наиболее распространенным материалом из всего числа применяемых в настоящее время материалов. Объем производства бетона и изделий из него всё время увеличивается. В < соответствии с увеличением производства бетона растет выпуск цемента.

Промышленность ЖБИ в настоящее время потребляет более трети выпускаемого в стране цемента, что говорит о необходимости рационального его использования. Одним; из резервов экономии цемента и повышения качества^ выпускаемой продукции является снижение вариации прочностных и других характеристик бетона, при этом, как предусматривает ГОСТ, разрешено сокращение расхода цемента. По данным [2,58] вариация-прочности бетона у нас в стране достигает 20%.

Исходным этапом формирования заданных характеристик бетона является процесс дозирования его компонентов. Поскольку массы компонентов, составляющих бетонную смесь, связаны между собой- ее рецептурой, то отклонение дозы даже одного компонента от номинала приводит к нарушению заданных соотношений между компонентами* и, как следствие, к изменению заданных характеристик смеси. На процесс дискретного дозирования; оказывает влияние большое число возмущающих факторов, что приводит к возникновению ошибок набора доз дозируемых компонентов. Соответствующими нормативными документами установлены допустимые пределы погрешностей дозирования, однако в настоящее время на большинстве действующих заводах строительной индустрии, использующих циклическую технологию приготовления бетонных смесей, точность такого дозирования не всегда соответствует требуемой, чем, в частности, обусловлена значительная вариация прочности бетона [71,73].

Так, ГОСТ 7473-94 "Смеси бетонные. Технические условия" и СНиП 4.02-91 "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные" допускают предельную величину погрешности дозирования цемента и воды ±2 % и для заполнителей ±2,5%. Однако на действующих заводах железобетонных конструкций и изделий (ЖБК, ЖБИ), а также домостроительных комбинатах (ДСК), использующих цикличную технологию приготовления бетонных смесей* и оснащенных* современным весодозирующим оборудованием , и системами управления к ним, точность дозирования» компонентов бетонной; смеси зачастую не соответствует требуемой нормативными документами:

Проблеме повышения точности дискретного- дозирования« как у. нас в стране; так и за рубежом уделяется большое внимание. Можно; выделить два основных направления в решении данной проблемы. Первое из них связано с, исследованиями в области совершенствования? , весодозирующего ^ оборудования и систем управления; к ним; с целью, улучшения; метрологических характеристик собственно^ дозаторов; Второе: направление: решения данной проблемы ведется по пути: совершенствования систем; управления многокомпонентным дозированием применительно: к действующему, оборудованию.

Следует отметить то обстоятельство, что совершенствование систем управления* дозированием, а также и улучшение метрологических характеристик весодозирующего оборудования циклических^ систем; дозирования не всегда дает желаемый результат. Так, несмотря на то, что на большинстве* действующих заводах ЖБИ установлено оборудование, которое по своим параметрам соответствует требованиям ГОСТа, погрешности дозирования превышают регламентируемые пределы и, как следствие этого, наблюдается необоснованно завышенный расход цемента для выпуска изделий требуемого качества [21,28,42,46,72,74,82].

Поэтому целью данной диссертационной работы является разработка и исследование системы управления технологическим процессом дискретного многокомпонентного дозирования, способной обеспечивать минимизацию погрешностей долевого содержания»компонентов в готовой бетонной смеси и тем самым гарантировать её требуемое качество.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Шляфер, Виталий Леонидович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследование циклических дозаторов, применяемых на промышленных смесительных установках периодического- действия для отмеривания сыпучих компонентов цементобетонной смеси, показало, что даже при высокой точности отдельно взятых элементов системы дозирования; такие системы в динамическом режиме взвешивания'обладают погрешностями дозирования, превосходящими; иногда существенно, нормативные значения*.

2. Для- оценки технологического качества и повышения эффективности системы управления, процессом связного циклического дозирования компонентов бетонной смеси сформулированы основные принципы формирования? математической модели оптимизации качественного состава смеси, которые позволяют определить границы эффективного использования алгоритмов управления.

3. Разработаны математическая модель и закон управления' процессом связного циклического многокомпонентного дозирования, с учетом изменения качественных характеристик смесей и их вероятностной мерой выхода за пределы допустимой области технологических ограничений.

4. Сформирована критериальная функция, оценки и оптимизации процесса связного многокомпонентного циклического дозирования при случайном характере изменения доз компонентов с учетом качественных параметров рецепта;

5. Для реализаций связного режима дозирования компонентов бетонной смеси разработаны способы последовательно-параллельного дозирования, позволявшие повысить производительность дозировочно-смесительного оборудования и качество приготовляемых смесей;

6. Синтезирована структура системы оперативного управления технологическим процессом связного циклического дозирования, которая вырабатывает в каждом цикле дозирования отдельных компонентов

128 соответствующие корректирующие воздействия по минимизации погрешностей долевого содержания компонентов в готовой бетонной смеси.

7. Разработан и изготовлен опытный образец микропроцессорной системы управления процессом связного дискретного дозирования компонентов бетонной смеси.

8. Результаты опытно-промышленной эксплуатации системы управления подтвердили правильность поставленных и решенных в работе задач по повышению качества управления технологическим процессом дозирования компонентов бетонной смеси.

9. Результаты экспериментальных исследований, полученные в ходе опытно-промышленной эксплуатации, показали, что внедрение разработанной системы управления приводит к снижению коэффициента вариации Ц/В на 9-10%, и соответственно, к увеличению однородности бетона по прочности и снижению на 5 % нормативного расхода цемента на приготовление 1 мЗ цементобетонной смеси;

10. Разработанная система управления внедрена на заводе ДСК 1 г.Москва.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шляфер, Виталий Леонидович, 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 е., ил.

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

10. Ю.Богданов А. А. Применение потенциометрических датчиков для автоматизации весовых дозаторов. -Механизация строительства, 1970, сЛ 1-12.

11. П.Богданов А. А. Анализ систем управления технологическимипроцессами дозирования компонентов бетонной смеси. -Автореф. дис.канд.техн.наук. -М., ЩИИОМТ, 1972. 27с. Болч Б., Хуань К.Дж.130

12. Бубелло В. В. Разработка и исследование способов автоматической коррекции состава бетонной смеси в процессе ее приготовления. -Автореф. дис. 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 А. А. Методы и средства идентификации динамических объектов / А. А. Бессонов, Ю. В. Загашвили, А. С. Маркелов. — JI. : Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

17. Боровиков В.П. STATISTICA: 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 В. С. 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 В. В. и др. Акустические методы контроля в технологии строительных материалов. -Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1978. -153 с.

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

31. ЗЗ.Зазян С. Г. Автоматическое дозирование материалов в цементномпроизводстве. -Л.: Стройиздат, 1975. -152 е., ил.132

32. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников иинженеров. М: : Наука, 1984.-832 с.133

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

34. Карпин, Е.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. -М.: Машиностроение, 1971. 470 с.

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

36. 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.)

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

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

39. 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.

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

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

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

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

44. Морозов Ю. JI. Автоматизированное управление: производством товарного бетона. ВНИЭСМ, серия 1, выпуск 5, Москва, 2001'.

45. Морозов Ю. Л. Система стабилизации подвижности бетонной смеси. Ж. Бетон и железобетон, № 6, 2001.54;Морозов1 Ю;Л., JThcobïAvA?.Комплексный метод контроля? качества бетонных смесей. НТЛД «Строительство и архитектура», разд. Б, №4, 1976. ВНИИЭСМ,№ 142. ,

46. Михайлов В:С. Теория управлёния:- Киев : Вшца. шк., 1988; 312с.

47. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений/ Иер.сангл;-М; : Мир; 1990;-535 ^ .

48. Нерельман И. И. Оперативная идентификация? объек тов управления. -М. : Энергоиздат, 1982.-272 е.

49. Ope,. О. Теория графов. 2-е из: -М!:, Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 336 с.

50. Пугачев В. С. Теория вероятностей и математическая-статистика. М. : Наука, 1979.

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

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

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

54. Рокас С.Ю. Проблемы и пути повышения долговечности дорожных одежд. Анлитический обзор. Вильнюс: Лит. ССР НИИНТИ 1979. - 52 с.

55. Рыбьев И. А. Строительное материаловедение. М. : Высшая школа, 2008. - 701 с.

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

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

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

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

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

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

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

63. Шестопёров С. В. Контроль качества бетона транспортных сооружений / C.B. Шестопёров. М. : Транспорт. 1975. - 245 с.

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

65. Френкель И. М. Технология пластичности бетона. М. : Стройиздат. 1922.- 74 с.

66. A.C. 1040340 (СССР) Устройство для управления дозированием / Р. Г. Барский, В. А. Воробьев, А. Б. Силаев, О. В. Скрипка Опубл. в Б. И., 1983, № 16.

67. A.C. 1015348 (СССР) Устройство для многокомпонентного дозированием / Р. Г. Барский, В. А. Воробьев, А. Б. Силаев, Д. А. Умирбеков Опубл. в Б. И., 1983, № 33.

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

69. Hajnal-Konyi K. Concrete New Ways of Buildinq. London, 1951. p. 19. 84.Idorn G. M. Cognate energy and Darabrljty. Cognate International Design

70. Construction. USA / 1984. P. 13-20.