Автоматизация технологических процессов пневмотранспортирования сыпучих строительных материалов при учете случайного характера изменения параметров аэросмеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Ковалев, Роман Валерьевич

• Ковалев, Роман Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковалев, Роман Валерьевич

Введение.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Технологические схемы доставки, погрузки и разгрузки порошкообразных материалов.

1.2. Пневматический способ транспортирования порошкообразных. материалов со склада и его" автоматизация.

1.3. Пневматический камерный насос.

1.4. Пневматические струйные насосы.

1.5. Пневматические винтовые насосы.

1.6. Подача порошкообразного материала в аэрированном состоянии.

1.7. Режимы транспортирования аэросмеси.

1.8. Основные характеристики пневмотранспортного потока.

1.9. Загрузочные устройства пневмотранспорта.

1.10.Системы автоматического управления процессами пневмотранспорти-рования.

1.11. Выводы и постановка задачи исследований.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПНЕВМОТРАНСПОРТНЫХ

УСТАНОВОК.

2.1. Математические модели статической оптимизации процессов пневмотранспортирования.

2.2. Линеаризованная модель пневмосистемы.

2.3. Структурная динамическая схема пневмосистемы.

2.4. Линейные модели пневмосистемы.

2.5.Анализ моделей пневмотранспорта.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПНЕВМО

ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ.

3.1. Вероятностные характеристики пневмосистемы.

3.2,Определение передаточной функции пневмосистемы, как объекта управления.

3.3. Представление пневмосистемы как объекта автоматического управления в виде апериодического звена.

3.4. Определение длины постоянного интервала процесса пневмотранспортирования.

3.5. Определение случайных значений параметров пневмосистемы.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Основные аэродинамические характеристики схемы замещения пневмотранспортной установки.

4.2. Системы регулирования пневмотранспортной установки по отклонению.

4.3. Оптимальное управление потоком аэросмеси пневмосистемы.

4.4. Оптимальное управление потоком аэросмеси пневмосистемы при ограничении по скорости двигателя.

4.5. Оптимизация замкнутой системы управления потоком аэросмеси пневмосистемы.

4.6. Адаптивные системы компенсации отклонений параметров системы управления потоком аэросмеси пневмосистемы.

4.7. Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПНЕВМОСИСТЕМЫ.

5.1. Задачи экспериментальных исследований.

5.2. Методика экспериментальных исследований питателей пневмосистемы.

5.3. Экспериментальные исследования питателей порошкообразных материалов.

5.4. Статистическая картина истечения материала.

5.5.Датчики измерения параметров пневмосистемы.

5.6. Измерение плотности потока.

5.7. Струйный пневматический метод измерения параметров потока аэросмеси.

5.8. Микроволновый расходомер сыпучих и порошкообразных материалов в потоке.

5.9. Математическая обработка экспериментальных данных динамических характеристик.

5.10. Моделирование адаптивной системы регулирования.

5.11. Экспериментальные исследования пневмосистемы.

Выводы к главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация технологических процессов пневмотранспортирования сыпучих строительных материалов при учете случайного характера изменения параметров аэросмеси»

Снижение затрат и повышение качества выпускаемой продукции путем выявления скрытых резервов и совершенствования существующих технологий является одной из основных задач развития общественного производства. Современное строительное производство находится под жестким прессингом быстро меняющейся конъюнктуры рынка и требований заказчиков к ассортименту и качеству готовой продукции, вызывая необходимость повышения его гибкости, приспосабливаемости и степени управляемости.

Предприятия строительной индустрии перерабатывают значительные объемы тонкодисперсных материалов на различных стадиях производства, при этом существенная доля энергетических затрат приходится на их транспортировку и складирование. При наличии устойчивой тенденции к повышению стоимости сырья и энергоресурсов для достижения максимальной эффективности производства предприятиям строительной отрасли приходится ориентироваться в первую очередь на поиск и реализацию резервов снижения материало- и энергоемкости. В этой связи вопросы обеспечения оптимального функционирования высокопроизводительных систем пневмотранспортирования и складирования тонкодисперсных строительных материалов с малыми энергетическими затратами приобретают важное значение для снижения себестоимости выпускаемой продукции и повышения рентабельности производства. Решение этих задач приводит к необходимости внедрения автоматизированных систем управления технологическими режимами систем пневмотранспортирования и складирования на базе современных средств автоматизации, управления и вычислительной техники.

Транспортировка, погрузочно-разгрузочные работы, хранение таких материалов сопровождается пылением, что, помимо потерь дефицитных материалов, ведет к загрязнению окружающей среды. Последнее обстоятельство имеет особое значение в связи с тем, что заводы 5 железобетонных изделий и асфальтобетонные заводы нередко находятся в черте города и, следовательно, в непосредственной близости от жилых массивов. Поэтому транспортировка и складирование подобных строительных материалов должна осуществляться в условиях герметичности и с применением эффективно работающего пылеулавливающего оборудования. Герметичность транспортировки перемещаемого материала, также изолирование его от внешней среды обеспечивает пневматический способ транспортировки по трубопроводам. Пневмотранспортные установки компактны, хорошо стыкуются с заводским оборудованием.

На заводах сборного железобетона, бетонных заводах и других предприятиях строительной отрасли значительный объем энергетических затрат приходится на транспортировку тонкодисперсных материалов к силосам от мест разгрузки и от силосов склада до расходных бункеров бетоносмесительного отделения. Вопросы обеспечения оптимального функционирования высокопроизводительного трубопроводного пневматического транспорта с малыми удельными энергетическими затратами неразрывно связаны с организацией автоматизированных систем управления пневмотранспортными потоками. Для построения таких систем необходимо рассмотреть вопросы моделирования движения пневмотранспортного потока на основе анализа динамики процесса - с одной стороны, и состояния технических средств системы информационного обеспечения пневмотранспорта — с другой.

Управление технологическими объектами реализуется путем обмена информацией между объектом управления и системой управления, который протекает в реальном масштабе времени. Эффективность управляющих воздействий определяется возможностью получения достоверной информации о динамике процесса управления и полностью зависит от наличия и надежности средств контроля состояния перемещаемых дисперсных сред.

Несмотря на существующий определенный опыт реализации автоматизированных систем управления пневмотранспортированием, все они, фактически, являются разомкнутыми из-за отсутствия достоверной информации об основных параметрах пневмопотока и возмущающих факторах. Сложность получения такой информации объясняется скрытым характером протекания процесса и отсутствием измерительных систем с необходимыми характеристиками, а также методической не проработанностью самой проблемы использования таких измерительных систем в контуре системы управления процессами пневмотранспортирования и складирования тонкодисперсных строительных материалов.

Состояние дисперсных сред с твердой и газовой фазой характеризуется плотностью среды, гранулометрическим составом частиц, уровнем или высотой слоя, температурой, давлением, скоростью потока, изменяющимися в широких пределах вследствие разнообразия промышленных условий. Средства контроля этих параметров должны обеспечивать высокую эксплуатационную надежность в условиях запыленности, вибраций, должны j быть рассчитаны на массовое изготовление и мало обслуживаемое использование. В наибольшей степени этим требованиям, применительно к рассматриваемым системам, обладают средства контроля на основе струйного пневматического метода, обеспечивающего универсальность и повышенную надежность.

При пневмотранспортировании на первый план выходит задача достижения максимальной эффективности транспортирования тонкодисперсных материалов при наличии устойчивой тенденции к повышению стоимости энергоресурсов и сырья. Поэтому вопросы ликвидации потерь, снижения энергетических затрат, трудоемкости при транспортировании тонкодисперсных материалов приобретают особое значение для снижения себестоимости выпускаемой продукции и повышения рентабельности производства. Эффективное решение этих вопросов, а также оптимизация самого процесса пневмотранспортирования возможно только на основе интегрированных микропроцессорных систем с использованием надежных средств контроля состояния перемещаемых дисперсных сред.

Использование микропроцессорной техники позволяет при создании и реализации систем пневмотранспортирования и складирования существенным образом изменить содержание процесса управления, переместив ряд технических аспектов реализации от локальных устройств автоматики в среду алгоритмического и программного обеспечения, решив тем самым вопросы ограничений на сложность систем управления и повысить их качество.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Ковалев, Роман Валерьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Наиболее перспективными в части снижения стоимости, уменьшения энергетических затрат, гибкости приспособления к меняющемся условиям производства, обладают системы оптимального управления процессами пневмотранспортирования сыпучих и порошкообразных 1 строительных материалов структурно и функционально адаптированные к условиям технологического процесса.

2. Колебания нагрузки в пневмоветвях вызывают быстротечные переходные процессы, которые не обладают свойством самовыравнивания и приводят к неустойчивому режиму транспортирования и закупорке трубопровода. Эффективное пневмотранспортирование связано в первую очередь с организацией режима устойчивого транспортирования, за счет использования оптимальных по быстродействию автоматических систем управления пневмотранспортированием, исключающих возможность выпадения частиц из потока.

3. Предложен новый подход к формированию модели пневмотранспортной установки, как объекта регулирования на основе методов, принятых в теории автоматического управления, что позволяет во многом упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические свойства. В соответствии с этим определена обобщенная структура системы регулирования процесса пневмотранспортирования.

4. Для осуществления наиболее эффективного энергетического режима функционирования пневмотранспортной установки разработаны оптимальные по быстродействию системы стабилизации режима устойчивого транспортирования, определены алгоритмы и вид процессов управления.

5. На основании принципа максимума решена оптимальная задача управления потоком аэросмеси пневмосистемы по максимуму быстродействия перехода системы из одного состояния в другое

6. Решена задача повышения динамической точности системы на основе применения алгоритмов адаптивного управления, которые позволяют обеспечить требуемое качество динамических при существенном изменении параметров пневмосистемы.

7. Определена длина постоянного интервала процесса пневмотранспортирования, за который его случайные изменения будут достаточно полно характеризовать качество процесса. Для пневмосистемы таким отрезком является время, в течение которого можно получить реальную информацию о процессе транспортирования.

8. Решена задача выбора числа уровней квантования N и шага квантования выходного сигнала пневмосистемы по амплитуде gj, исходя из того, чтобы, с одной стороны, квантованный по амплитуде сигнал как можно I меньше отличался от сигнала на выходе, а с другой стороны - число уровней квантования было бы небольшим.

9. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанных систем оптимального управления процессами устойчивого пневмотранспортирования сыпучих и порошкообразных строительных материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковалев, Роман Валерьевич, 2009 год

1. Калинушкин М.П., Коппель М.А., Серяков B.C., Шапунов М.М. Пневмотранспортное оборудование. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1986.

2. Малевич И.П., Серяков B.C., Мишин А.В. Транспортировка и складирование порошкообразных материалов. — М.: Стройиздат, 1984.

3. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. Основы расчета. — М.: Недра, 1980.

4. Эсман В. Критерии принятия решения при выборе системы пневмотранспорта фирмы «Бюллер-Миаг» //Ауфберайтунгс — техник. — ФРГ,1984.-№8.

5. Пат. 4502819 США, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

6. А.с. 1133199 СССР, МКИ В 65 G 53/58, 1985.

7. Пат. 59-48219 Японии, МКИ В 65 G 53/04, 1985.

8. Пат. 4482275 США, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

9. Пат. 59-17700 Японии, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

10. Пат. 2440888 ФРГ, МКИ В 65 G 53/60, 1978.

11. Пат. 2721899 ФРГ, МКИ В 65 G 53/60, 1982.

12. Пат. 4490077 США, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

13. Пат. 59-48221 Японии, МКИ В 65 G 53/66, 1984.

14. Пат. 60-39607 Японии, МКИ В 65 G 53/04, 1985.

15. Пат. 2562046 Франции, МКИ В 65 G 53/28, 1985.

16. Пат. 3323739, ФРГ, МКИ В 65 G 53/58, 1985.

17. Пат. 643513 Швейцарии, МКИ В 65 G 53/04, 1984.

18. Пат. 4420279 США, МКИ В 65 G 53/66, 1983.

19. Пат. 2626411 ФРГ, МКИ В 65 G 53/12, 1985.

20. Пат. 4515503 США, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

21. Пат. 3332261 Франции, МКИ В 65 G 53/16, 1985.

22. А.с. 1081096 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

23. А.с. 1106766 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

24. Пат. 4501518 США, МКИВ 65 G 53/28, 1985.

25. Пат. 3230315 ФРГ, МКИВ 65 G 53/12, 1986.

26. Пат. 5402820 США, МКИ В 65 G 53/48, 1985.

27. Пат. 58-445678 Японии, МКИВ 65 G 53/16, 1983.

28. А.с. 831693 СССР, МКИ В 65 G 53/40, 1981.

29. А.с. 1071553 СССР, МКИ В 65 G 53/ 40, 1984.

30. Пат. 4381897 США, МКИ В 65 G 53/40, 1984.

31. Пат. 3309210 КАНАДА, МКИВ 65 G 53/16, 1984.

32. Пат. 4475849 США, МКИ В 65 G 53/40,1985.

33. Пат. 3219813 Франции, МКИ В 65 G 53/22, 1985.

34. Пат. 60-39608 Японии, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

35. Пат. 4529336 США, МКИ В 65 G 53/66, 1985.

36. Пат. 4473327 США, МКИ В 65 G 53/48, 1984.

37. Пат. 3303927 Германия, МКИ В 65 G 53/48, 1997.

38. Пат. 4615647 США, МКИ В 65 G 53/48, 1995.

39. А.с. 1134503 СССР, МКИ В 65 G 53/48, 1985.

40. А.с. 1122156 СССР, МКИВ 65 G 53/48, 1985.

41. Пат. 3444816 Японии, МКИ В 65 G 53/48, 1985.

42. Пат. 4500228 США, МКИ В 65 G 53/48, 1995. •

43. Пат. 4183702 США, МКИ В 65 G 53/48, 1990.

44. Пат. 4480947 Германия, МКИ В 65 G 53/66, 1994.

45. Пат. 3319076 Германия , МКИ В 65 G 53/12, 1996.

46. Пат. 4184793 США, МКИ В 65 G 53/48, 1990.

47. А.с. 1255765 СССР, МКИ В 65 G 53/14, 1986.

48. А.с. 1283197 СССР, МКИВ 65 G 53/14, 1986.

49. Транспортировка и складирование порошкообразных строительных материалов/ И.П. Малевич, B.C. Серяков, А.В. Мишин. —М.: Стройиздат, 1984. 184 с.

50. Клячко М.С., Одельский Э.Х., Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов. -Мн.: Наука и техника, 1983. — 216 с.

51. Справочник по аспирационным и пневмотранспортным установкам / М.П. Володин, М.Г. Касторных, А.И. Кривошеин. -М.: Колос, 1984- 288 с.

52. Островский Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности. Л.: Химия, 1984 — 104 с.

53. Воробьев В.А., Суэтина Т.А. Информационное обеспечение процесса пневмотранспорта и хранения цемента //Науч. тр./ Моск. Автомоб.-дорожн. Ин-т, 1992. С. 4 — 8.

54. Воробьев В.А., Суэтина Т.А. Автоматизация пневмотранспортирования цемента в строительстве на базе микропроцессорных информационно-измерительных систем: Учебное пособие / МАДИ. -М., 1993. 87 с.

55. Суэтина Т.А. Моделирование процессов технологии строительных материалов и изделий с использованием ЭВМ. —М.: МИКХИС, 1992.- 33 с.

56. Бушуев С.Д., Михайлов B.C. Автоматика и автоматизация производственных процессов. -М.: Высшая школа, 1990. 256 с.

57. Суэтина Т.А. Измерение уровня тонкодисперсного сыпучего материала. -М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1988. 40 с.

58. Филимонова Т.А. Эжекторный пневматический датчик плотности газа // Промышленная и санитарная очистка газов. —М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1983, № 4, с. 17.

59. Спиваковский А.О., Смолдырев А.Е., Зубакин Ю.С. Автоматизация трубопроводного транспорта в горной промышленности. М.: Недра, 1972.-344 с.

60. Адаптивные системы автоматического управления // Под ред. В.Б. Яковлева. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 204 с.

61. В. А. Воробьев, Т. А. Суэтина. Автоматизация пневмотранспортирования цемента в строительстве на базе микропроцессорных информационно-измерительных систем.

62. М. В. Кузнецов, В. И. Марсов. Выбор статически достоверного интервала оценки ошибок измерений непрерывного процесса транспортирования. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. — М. МАДИ. 1999.

63. М. В. Кузнецов, А. А. Кальгин. Автоматизация процесса транспортирования сыпучих материалов. // Автоматизация технологических процессов в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

64. М.В.Кузнецов. Проблемы автоматизации процессов пневмотранспортирования. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. — М. МАДИ. 2000.

65. М. В. Кузнецов, С. Е. Солодников, Е. В. Марсова. Автоматическое транспортирование мелкодисперсных строительных материалов. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. М. МАДИ. 2000.

66. М. В. Кузнецов, С. Е. Солодников. Моделирование автоматической системы пневмотранспортирования тонкодисперсных материалов. // Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. — М. МАДИ. 2000.

67. Адаптивные системы автоматического управления // Под ред. В.Б. Яковлева. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. — с.204.

68. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Структурная динамическая схема модели пневмотранспортной установки //Электронные системы автоматического управления на транспорте и в строительстве. Сб. науч. тр. — М. МАДИ. 2003, с. 30-34.

69. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Задачи автоматизированного управления пневмотранспорта сыпучих материалов //Юбилейная научно-техническая конференция аспирантов и студентов МИКХиС.-М.:2004, с. 104106.

70. В.М.Панаморенко, Т.А.Суэтина. Автоматизация экологически безопасного пневматического транспорта сыпучих материалов //Трудымеждународной научно-практической конференции «Экология: оборазование, наука, промышленность и здоровье» Белгород, 2004, с.78-81

71. Вентцель Е.С. Теория вероятностей М.: «Физматгиз», 1962, с.З86

72. Траксел Д. Синтез систем автоматического регулирования. -М.: Машиностроение, 1989, 759 с.

73. Фельдбаум А.А., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления. М.: Наука, 1981, 744 с.

74. Фельдбаум А.А. Электрические системы автоматического регулирования. Оборонгиз. 1957. -539 с.

75. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами. М.: «Энергоатомиздат», 1986, 396 с.

76. Цьгпкин ЯЗ. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1978, 309с.

77. Цирлин А.М. Оптимальное управление технологическими процессами. -М.: Энергоатомиздат, 1986,463 с.