Автоматизация технологического процесса формования ленты стекла на расплаве олова тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Шориков, Андрей Владимирович

• Шориков, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шориков, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

L ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФОРМОВАНИЯ ЛЕНТЫ

СТЕКЛА НА РАСПЛАВЕ ОЛОВА.

1.1. Особенности процесса формования ленты стекла как объекта управления.

1.2. анализ зависимости свойств и пороков стекла от режима формования.

1.3. Анализ системы управления процессом формования ленты стекла.

1.4. анализ использования математического моделирования при автоматизации процесса формования ленты стекла.

1.5. Постановка задачи управления.

Выводы по главе 1.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ ЛЕНТЫ СТЕКЛА НА РАСПЛАВЕ ОЛОВА.

2.1. анализ задачи моделирования.

2.2. Определение требований к исходной информации и организация ее сбора.

2.3. Определение параметров и переменных модели.

2.4. Обоснование критериев оценки адекватности моделей.

2.5. Разработка моделей «режим формования - качество ленты стекла».

Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФОРМОВАНИЯ.

3.1. Обоснование и выбор метода решения задачи управления.

3.2. Формализация задачи управления.

3.3. Разработка алгоритмов управления.

3.4. Исследование эффективности разработанных алгоритмов.

Выводы по главе 3.

4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Место подсистемы управления флоат-ванной в структуре АСУ производством листового стекла.

4.2. Программная реализация подсистемы управления флоат-ванной.

4.3. Испытания моделей и алгоритмов управления.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация технологического процесса формования ленты стекла на расплаве олова»

Листовое стекло представляет важнейший вид продукции, вырабатываемой стекольной промышленностью. Тенденция развития производства в мире такова, что флоат-процесс, как новейший и более прогрессивный, вытесняет остальные способы выработки стекла.

Важнейшей стадией производства листового стекла флоат-способом является процесс формования ленты стекла на расплаве олова.

Значительная часть дефектов готовой продукции вызывается отклонениями от оптимального режима формования.

В связи со сказанным, целью диссертационной работы является повышение качества вырабатываемой продукции засчет автоматизации процесса формования ленты стекла с использованием математических моделей.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие научно-технические задачи:

1) сформулирована задача управления процессом формования,

2) созданы математические модели, позволяющие проводить статистический анализ процесса формования и принимать решения по коррекции режима работы флоат-ванны,

3) разработаны алгоритмы управления режимом формования ленты стекла на расплаве олова,

4) разработана подсистема управления процессом формования и оценена эффективность ее использования по сравнению с ручным ведением процесса.

Использование разработанного математического аппарата для управления флоат-ванной на технологической линии типа ЛПС-5000 в ОАО «Борский стекольный завод» позволило улучшить качество готовой продукции и уменьшить энергетическую составляющую затрат на формование ленты стекла.

СОКРАЩЕНИЯ

АРМ - автоматизированное рабочее место

АСУ - автоматизированная система управления

АСУП - автоматизированная система управления предприятием

АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

БД - база данных

БФМ - бортоформующая машина

ИС - информационная система

КИС - контрольно-испытательная станция

ЛПС - линия производства стекла

МГТН - мощность повторного нагрева

МРА - множественный регрессионный анализ

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ОС - операционная система

ПО - программное обеспечение

ПС - полированное стекло

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина

СППР - система поддержки принятия решений

СУБД - система управления базами данных

ЦЗЛ - центральная заводская лаборатория

ФВ - флоат-ванна

DCS - Distributed Control System (распределенная система управления) DSN - Data Source Name (имя источника данных)

ODBC - Open DataBase Connectivity (открытый интерфейс доступа к БД) OLTP - OnLine Transaction Processing (обработка транзакций в реальном времени),

PI - Plant Information (производственная информация)

SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (система операторского контроля и сбора данных)

ОБОЗНАЧЕНИЯ

5 - толщина ленты стекла b - ширина ленты стекла v - скорость ленты стекла

9Вк - температура входного канала

0|, 02> 0з - температура олова в 1, 12, и 20 пролетах флоат-ванны 0вых температура ленты стекла на выходе из флоат-ванны Vbom - скорость бортоформующих машин

Сог - процентное содержание кислорода в защитной атмосфере С|-|2 - процентное содержание водорода в защитной атмосфере QN2 - расход азота на создание защитной атмосферы Qh2 ~ расход водорода на создание защитной атмосферы Вл - влажность защитной атмосферы Р - давление защитной атмосферы z-„ rai? rtjj, bj, k- коэффициенты адаптивных моделей показателей качества Х - коэффициенты штрафа

Бл - степень диффузии олова в поверхность стекла (блюм-эффект) Рт - разнотолщинность

Ра - оптические искажения, измеренные методом отраженного растра 36 - оптические искажения, измеренные методом «Зебра» Кр - кривизна стекла Пл - плотность стекла

1. Постановка задачи управления процессом формования ленты стекла на расплаве олова

Производство листового стекла характеризуется непрерывностью технологии, начиная от поступления сырья и заканчивая выпуском готовой продукции, а также взаимной обусловленностью процессов, протекающих в смежных цехах и на отдельных участках. По масштабу выпускаемой продукции стекольное производство относится к числу крупнотоннажных. Суточная выработка стекла на флоат-линии достигает 600 тонн.

Технологический процесс производства листового стекла флоат-способом (Рис. 1.1) включает в себя подготовку шихты и возвратного стеклобоя (1), варку стекломассы (2), формование ленты стекла (3), отжиг (4), а также резку и раскрой стекла на форматы (5).

Подготовка сырьевых материалов и их смешивание в однородную шихту протекает в цехе подготовки шихты. Допустимое содержание химических соединений в шихте ограничивается технологическим регламентом и существующими стандартами предприятия. Стекольный бой является отходом производства, который используют при варке стекла с целью его утилизации.

Варка стекломассы проводится в крупных ванных регенеративных печах, отапливаемых природным газом. Мощность стекловаренных печей достигает 57.5 - 140 МВт. Технологический процесс варки должен обеспечивать химическую и термическую однородность стекломассы, поступающей на формование.

Лента стекла формуется во флоат-ванне на поверхности расплавленного олова в результате растекания стекломассы под действием сил тяжести при организованном оконтуривании и передвижении в направлении выработки.

Отформованную ленту охлаждают в печи отжига до комнатной температуры таким образом, чтобы освободить стекло от напряжения. Отжиг проводится в горизонтальной туннельной печи в диапазоне температур 540-470°С.

После отжига лента поступает на автоматизированную транспортную линию, где осуществляется резка и раскрой на заданные форматы. К

Л1.Г;Т!.|,

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА ФЛОАТ-СПОСОБОМ ч 'М'лЧТА '' !? Я т

711 и

1! Подготовка 'шихты.

Стекловаренная печь

Возвратный стеклобой Флоат-ванна гД , Печь отжига

Резные столы

Рис. 1.1. Схема технологического процесса производства листового слекла флоат-способом

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Шориков, Андрей Владимирович

Выводы по главе 4

1. Создана подсистема поддержки принятия решений по коррекции режима работы флоат-ванны с использованием разработанных моделей и алгоритмов управления. Подсистема находится в промышленной эксплуатации в инженерном отделе и отделе управления качеством ОАО «Борский стекольный завод».

2. Показана эффективность использования подсистемы при статистическом анализе процесса производства листового стекла и выработке корректирующих действий при управлении флоат-ванной.

3. Показана переносимость разработанных моделей и алгоритмов управления на флоат-ванны при производстве листового стекла толщиной от 2.5 до 10 мм.

Заключение

1. На основе анализа систем управления процессом формования ленты стекла на расплаве показана актуальность проведения теоретических исследований и разработок, направленных на совершенствование действующих автоматизированных систем на основе использования математических моделей.

2. Построены линейные регрессионные модели, описывающие зависимость «режим - качество стекла», вырабатываемого флоат-способом. Требуемая точность моделей обеспечена засчет уточнения коэффициентов моделей в процессе их эксплуатации. Показана переносимость разработанных математических моделей на аналогичные производства стекла флоат-способом.

3. Сформулирована задача управления процессом формования как многокритериальная задача оптимизации в пространстве режимных переменных. Обосновано применение метода компенсационного управления флоат-ванной с использованием разработанных моделей. Разработан и исследован алгоритм управления процессом формования по критерию минимума содержания олова в стекле.

4. Разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной подсистемы управления процессом формования для принятия решений по коррекции температурного режима флоат-ванны. Подсистема включена в состав СППР «Технолог стекольного производства», которая эксплуатируется на технологических линиях ОАО «Борский стекольный завод».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шориков, Андрей Владимирович, 2003 год

1. Кондратов В. И., Файнберг Е. В., Безлюдная В. С. Развитие флоат-процесса производства листового стекла. Стекло и керамика, 6'2000, с. 11-14

2. Тарбеев В. В. Прогрессивные технологические процессы при производстве полированного стекла на Борском стекольном заводе. НН: Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов, 1997.115 с.

3. Кондратов В. И., Безлюдная В. С. Способы выработки флоат-стекла толщиной более равновесной. Стекло и керамика, 3'99, с.3-8.

4. Кондратов В. И., Безлюдная В. С. Особенности формования утоненного флоат-стекла и перспективы его развития (обзор). Стекло и керамика, 1 '2000, с.4-8.

5. Гойхман В. Ю., Полохливец Э. К., Живенкова Г. Г., Фабрикант С. А., Зуди-лов Б. В., Куценко J1. В. Особенности формования ленты стекла толщиной более равновесной. Стекло и керамика, 8'90, с. 10-11.

6. Тарбеев В. В. Сокращение вредных выбросов в атмосферу при выработке полированного стекла. Стекло и керамика, 2'98, с.3-5.

7. Кучеров О.Ф., Маневич В.Е., Клименко В.В. Автоматизированные системы управления производством стекла. Л.: Стройиздат, 1980

8. Вахула Я.И. Влияние газовой среды на кристаллизацию поверхности стекла- Стекло и керамика, 5'99, с. 12-14.

9. Гороховский A.B., Матазов К.Н., Плеханова E.H., Герман Е.В. Влияние состава атмосферы ванны расплава олова на микротвердость поверхности флоат-стекла. Стекло и керамика, 6'99, с.6-7.

10. Хорошева Е.Р. Автоматизация процесса стекловарения в производстве листового стекла флоат-способом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владимир, 1999.

11. П.Лукашин С.А. Автоматизация процесса отжига полированного листового стекла. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владимир, 2001.

12. Тарбеев В.В. Производство листового и безопасного стекла.- Стекло и керамика, 6'98, с.8-10.

13. Макаров Р.И., Дубов И.Р. Алгоритмы прогнозирования в задачах АСУ ТП стекольных производств Стекло и керамика, 9'89, с. 19-20.

14. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 2001.-343 с.

15. Солинов В.Ф., Каплина Т.В. Влияние олова на состояние нижней поверхности флоат-стекла. Стекло и керамика, 3'97, с.7-10.

16. The Handbook of Glass Manufacture. Vol 1,2. Ashlee Publishing Co., Inc, 1984.-1240p.

17. Glass Processing Days. 6th International conference on Architectural and Automotive Glass Now and the Future. Tamglass Engineering Oy, Finland, 2001.

18. Макаров P.И., Хорошева E.P., Лукашин С.А. Автоматизация производства листового стекла. / Под. ред. Р.И. Макарова, ВлГУ, 2000 248 с.

19. ГОСТ 111-2001. Стекло листовое. Технические условия.

20. Племянников Н., Крупа А. Моделирование в стеклоделии. Стекло мира, 4/2000, с.67.

21. Бородюк В.П., Лецкий Э.К. Статистическое описание промышленных объектов. М.: Энергия, 1971. - 112 с.

22. Теория статистики / Под. ред. P.A. Шмойловой. М.: Финансы и статистика, 1998.

23. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977.

24. Гороховский А. В. Формирование поверхностных структур термически полированных стекол. Стекло и керамика, 2'97, с.8-12.

25. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Выпуск 1. М.: Мир, 1974.

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

27. Кондратов В.И., Безлюдная B.C., Зверев Ю.В. Влияние режимов и способов формования на содержание олова в флоат-стекле. Стекло и керамика, 6'98, с.3-5.

28. Ланцов В.Н. Моделирование: Учеб. пособие. Часть 1 / ВлГУ, Владимир, 1999,88 с.

29. Копчекчи Л.Г. Причины повреждения поверхности термически полированного стекла при его выработке. Стекло и керамика, 5'99, с.6-8.

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

31. Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев: Наукова думка 1982. - 295 с.

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

33. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. - М.: Мир, 1978.-419 с.

34. Гулоян Ю.А. Эксплуатационная надежность стеклянной тары. Статья. Научно-исследовательский институт стекла.

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

36. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

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

38. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Краткий курс математической статистики для технических приложений. М.: ФизМатГИз, 1959

39. Статистика. // Под ред. Струмилина С.Г. М.: Статистика, 1969

40. Смилянский Г.Л., Амлинский JI.3., Баранов В.Я. Справочник проектировщика АСУТП. М.: Машиностроение, 1983

41. Макаров Р.И. Моделирование на ЭВМ инерционных промышленных объектов непрерывных производств. Учебное пособие. Владимир, 1985.

42. StatSoft, Inc. (2001). Электронный учебник по промышленной статистике. Москва, StatSoft.

43. WEB: http://www.statsoft.ru/home/portal/textbookind/default.htm.

44. Тарбеев В.В., Шепелев Д.Н., Бутняков А.И., Цепелева Т.Г. Производство стекла. Н.Новгород: ФГУИПП «Нижполиграф», 2002.

45. Matlab Optimization ToolBox User's Guide. Math Works, Inc., 2000. WEB: http://www.matlab.com.

46. Matlab Statistics ToolBox User's Guide. Math Works, Inc., 2000. WEB: http://www.matlab.com.

47. Система поддержки принятия решений «Технолог стекольного производства». Технический проект. ВлГУ, 2001.

48. Статистические методы повышения качества. Пер. с англ. / Под ред. Х.Кумэ. М.: Финансы и статистика, 1990. - 304 с.

49. Автоматизация предприятий стекольной промышленности. / Под. ред. Г.Бретфельда. М.: Стройиздат, 1985. - 164 с.

50. Pincus A.G. Forming in the Glass Industry (in 2 parts). Ashlee Publishing Co, Inc., 1983.-498 p.