Повышение эффективности управления дискретными дозаторами сыпучих материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Ефремов, Сергей Александрович

• Ефремов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ефремов, Сергей Александрович

Введение.

1. Анализ дозаторов сыпучих материалов дискретного действия как объектов управления

1.1. Место процессов дозирования в промышленности

1.2. Классификация дозировочных устройств и способов дозирования

1.3. Требования к конструкции дозаторов

1.4. Основы движения сыпучих материалов

1.5. Контрольно-весовые устройства, способы взвешивания, силоизмерительные элементы

1.6. Постановка задачи исследования

2. Анализ работы дозаторов в промышленных условиях

2.1. Современные промышленные дозаторы

2.2. Статистический анализ работы дозаторов дискретного действия

3. Построение и анализ математической модели дозатора сыпучего материала

3.1. Общая структурная схема модели объекта

3.2. Математическое описание объединенной механической части дозатора ' '

3.3. Предварительный анализ модели

3.4. Определение связи между прогибом балки и показанием измерительного прибора

3.5. Учет динамического удара

3.5.1. Учет динамического удара при допущении о горизонтальности поверхности сыпучего материала в таре

3.5.2. Учет динамического удара при конусоидальном расположении сыпучего материала в таре

3.6. Составление окончательного уравнения, описывающего работу системы дозирования сыпучих материалов

3.7. Учет нелинейности типа люфт

3.8. Учет периода преобразования АЦП

3.9. Анализ свойств дозатора по математической модели 48 3.9.1. Численное решение математической модели дозатора на ЭВМ 48 3.9.2 Оценка влияния параметров модели на погрешность дозирования сыпучих материалов

3.9.3. Постановка задачи идентификации модели.

3.10. Идентификация модели в реальных условиях 68 3.10.1 .Выбор критерия оптимизации

3.10.2. Восстановление первой и второй производной по " экспериментальным данным ' •

3.10.2.1 Выбор граничных условий для восстановления первой и второй производной по экспериментальным данным

3.10.2.2 Точность восстановления в зависимости от шага по времени и количества восстанавливаемых точек

3.11. Выводы по восстановлению первой и второй производной экспериментальной функции методом кубических сплайнов

3.12. Идентификация параметров модели численными методами оптимизации

3.12.1. Выбор метода оптимизации

3.12.2. Идентификация параметров £,А,ф

3.12.3. Идентификация параметров 4 и ср

4. Анализ влияния питателя на точность работы дозатора

4.1. Основные возмущения, действующие на сыпучий материал в питателе

4.2. Определение напряжений в слое сыпучего материала в статике

4.3. Кинематические и динамические характеристики истечения сыпучего материала

4.4. Идентификация расхода сыпучего материала

5. Оптимальное управление дозатором

5.1. Постановка задачи оптимального управления

5.2. Вывод уравнения динамики исполнительного механизма

5.3. Разработка алгоритма оптимального управления.

5.3.1. Блок-схема программной реализации алгоритма

5.3.2. Результаты расчетов

5.4. Исследование метода поиска оптимального управления

5.4.1. Влияние коэффициентов штрафа

5.4.2. Точность интегрирования системы уравнений и критерия качества

5.4.3. Влияние конечных условий

5.5. Исследование влияния параметров модели на оптимальное управление

5.5.1. Влияние начального расхода сыпучего материала, на результат расчета

5.5.2. Зависимость погрешности дозирования от заданной дозы

5.6. Анализ возможности оперативной реализации оптимального управления

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности управления дискретными дозаторами сыпучих материалов»

Под дозированием понимается процесс выдачи заданных количеств веществ в технологические аппараты для смешения или дальнейшей переработки, а также фасовки материалов в тару. Дозирование сыпучих материалов осуществляют с помощью механических и автоматических устройств, которые широко применяются в дискретных и непрерывных технологических процессах.

В соответствии со структурой технологического процесса дозаторы делятся на две основные группы: дискретного и непрерывного действия.

Дискретное дозирование характеризуется выдачей заданного количества материала одной или несколькими порциями в течение определенного интервала времени. Такой метод дозирования широко применяется на предприятиях с циклическим характером производства и при фасовке продуктов в тару. Различают дозаторы дискретного действия (порционные дозаторы) с постоянной и переменной массой материала, выдаваемого за один рабочий цикл.

Во многих процессах соотношение и дозирование компонентов, идущих на приготовление продукции, являются в ходе технологического процесса постоянными (процессы со стабильной рецептурой). Для таких процессов применяют дозаторы с выдачей порции постоянной массы. Эти дозаторы представляют собой автоматические весы, которые, как правило, работают под действием силы тяжести проходящего через весы материала.

В ряде случаев, при наличии различной рецептуры, требуется частое изменение массы дозы. Если приходится осуществлять частую настройку дозатора или группы дозаторов на отвешивание новых порций материала, применяют дозаторы с переменной массой дезы. Конструкции таких дозаторов являются более сложными. Они >с=^~цены специальными механизмами для изменения массы дозы путем принудительного открывания и закрывания затворов и для настройки дозатора на отвешивание новых доз. Дозаторы с переменной массой дозы дополнительно оснащены различными автоматическими устройствами и приспособлениями, например, для выдачи отвешенной дозы только после подачи соответствующего сигнала или выдачи заданного числа доз и др. Управление оборудовано сигнальными, блокировочными и регистрирующими устройствами. Установку дозы осуществляют дистанционно с пульта управления.

В соответствии с многообразием физико-механических свойств дозируемых материалов дозаторы дискретного действия встречаются в различном конструктивном исполнении с питателями самых различных типов и даже в сочетании из нескольких типов питающих устройств.

Данная диссертационная работа посвящена исследованию и автоматическому управлению дозаторами дискретного действия, используемых для дозирования сыпучих продуктов.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Ефремов, Сергей Александрович

Заключение

В проведённых исследованиях получены следующие основные результаты.

1. В работе проведён статистический анализ работы одного из распространённых классов промышленных дозаторов сыпучих материалов -весовых дозаторов с гравитационным питателем, который позволил выявить основные источники погрешности дозирования.

2. Построена математическая модель дозатора дискретного действия весового типа с учётом ударных воздействий падающей струи сыпучего материала.

3. Проведён цикл исследований для изучения влияния условий дозирования, параметров дозатора, характеристик сыпучего материала на погрешность дозирования.

4. Показано, что наиболее существенные погрешности дозирования связаны с динамическими характеристиками дозатора, которые определяются особенностями его конструкции, и нестабильностью потока сыпучего вещества. Результаты этих исследований позволили дать рекомендации по конструированию дозаторов рассматриваемого класса.

5. Проанализированы условия истечения сыпучего вещества из питателя гравитационного типа и определены возможные возмущения в системе дозирования по этому каналу.

6. Результаты моделирования дозатора и питателя позволили обосновывать предельно достижимые погрешности при той или иной заданной производительности.

Кроме этого, по результатам исследования разработаны и внедрены в производство несколько типов новых дозаторов, акты о внедрении которых приводятся в приложении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ефремов, Сергей Александрович, 2000 год

1. Андрашников Б. И. Механизация и автоматизация технологических и транспортных операций в производствах шин и резиновых технических изделий. - М.: Химия, 1972. - 512с.

2. Андрианов Е. И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М.: Химия, 1982. 255 с.

3. Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М,: Химия, 1988, 255 с.

4. АСУ процессами дозирования. A.A. Демидов, В.С Нагорный и др. Л.: Машиностроение, 1985.-223с.

5. Барласов Б.З., Илльин В.И. Наладка приборов и систем автоматизации. М,: Высшая школа, 1980, 351 с.

6. Бидерман В.Л Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа 1972. 416 с.

7. Бидерман В.Л. Теория Механических колебаний. М.: Высшая школа 1980 г.

8. Быховский И. И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969. 363 с.

9. Вайнберг Д.В., Писаренко Г.С. Механические колебания и их роль в технике. М.: Наука, 1965 г, 276 с.

10. Васильков Ю.В., Ефремов O.A. Новые дозаторы для сыпучих материалов, ж. Тара и упаковка- -^6. 1995.

11. Васильков Ю.В., Ефремов С. А. Статистический анализ работы дозаторов периодического действия, ж. Тара и упаковка. .N^6, 1994.

12. Версонавьев В. Д. Кузнец г-н О. В. Современные конструкции питателей для бункеров тр^-; портных систем. Обзор, инф. М: НИИинформтяжмаш, !9~6. 5

13. Вершинин O.E. Применение микропроцессоров для автоматизациитехнологических процессов. Л.: Энергоатомиздат. 1986.-208с.

14. Вибрация в технике (справочник в 6 томах ) т.1 под редакцией В.В Болотина. М.: Машиностроение 1978.

15. Видинеев Ю. Д. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов. М.: Энергия, 1974. 118 с.

16. Видинеев Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов. М,: Энергия, 1978, 118 с.

17. Видинеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия. М.: Энергия, 1978, 184 с.

18. Воронин Г. П., Каталымов А. В., Лукьянов П. И. // Материалы II всесоюзной конф. «Механика сыпучих материалов». Одесса, 1971. С. 112.

19. Гениев Г.А., Экетрин М.И. Динамика пластической и сыпучей сред. М. Стройиздат, 1972, 216 с.

20. Гончаревич И. Ф., Фролов К. В. Теория вибрационной техники и технологии. М.: Наука, 1981. 320 с.

21. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. М,: Наука, 1981, 320 с.

22. Гроссман Н.Я., Шнырёв Г.Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. М,: Машиностроение, 1988, 294 с.

23. З.Гурфишель М.А. Транспортные и погрузочно-разгрузочные машины в химической промышленности. М.: Машгиз, 1960.-496с.

24. М.Дженике d В. Складирование и выпуск сыпучих материалов: Пер. с англ / Под. ред. М. И. Агошкова. М.: Мир, 1968. 164 с.•!5.Дженике Э. В. Иогансон И. /.'Конструирование и технология машиностроения: Серия Е. М.: Мир, 1969. ЛЬ 2. С. 51 59. " ,

25. Дженике Э. В., Иосансон И. Р., Карсон И. В.// Конструирование и технология машиностроения: Серия П. М.: Мир, 1973. JV? 2. С. 254 -265.

26. П.Джонс Дж: К. Методы проектирования. М.: Мир, 1986. 326 с.

27. Емельянов А.И., Емельянов В.А. Исполнительные устройства промышленных регуляторов. -М: Машиностроение, 1975.-223с.

28. Ефремов С.А. Васильков Ю.В., О.Г. Ершов, И.В. Работнов. Идентификация модели периодического дозатора в реальном времени. Материалы международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии". Тверь, 1995.

29. Ефремов С.А., Васильков Ю.В. Статистический анализ возмущений в работе дозаторов периодического действия. Материалы IV Всероссийской научной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии", Ярославль, 1994

30. ЗЗ.Зенков Р. Л. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964. 251 с.34.3имон Л. Д., Андрианов /Г. И Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1978. 288 с.

31. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат. 1987.-304с.

32. Каригин Е,Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. М.: Машиностроение, 1981, 469 с.

33. Карпин Н. Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. М.: Машиностроение, 1971. 469 с.

34. Каталымов А. В., Лукьянов И. И. // ТОХТ. 1973. Т. " У :. С. 228-233.

35. Каталымов A.B. Исследование кинематики потока сыгзчих материалов а аппаратах. Автореф. дисс. к.т.н., М.: МИХМ, 1972.

36. Каталщмов В.А., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л,: Химия, 1990.

37. Каталымов Л. В. //Тез. докл. III Всесоюзной конф. «Механика сыпучих материалов». Одесса, 1975. С. 27—30.

38. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М. Химия, 1971.

39. Квапилл Р. Движение сыпучих материалов в бункерах. М.: Госгортехиздат, 1961. 80 с.

40. Клюев A.C. и др. Наладка приборов и устройств технологического контроля М,: Энергия, 1976.

41. Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. М,: Машиностроение, 1982, 336с.

42. Кузнецов М.М., Волчкевич Л.И., Замгалов Ю.П. Автоматизация производственных процессов. М,: Высшая школа, 1978, 430 с.

43. Лукьянов П.И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. М,: Машиностроение, 1974.

44. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М,: Машиностроение, 1973, 216 с.

45. Максягин Г. М. Дозаторы сыпучих материалов. Обзор, инф. М.: ВПИИПИ, 1984. 68 с.

46. Машины для переработки сыпучих материалов. Метод выбора оптимального типа питателей, смесителей и измельчителей. М,: Ниихиммаш, 1980, 208 с.

47. Модестов Б.С. и др. Современные отечественные питатели для сыпучих материалов. Обзор. М.: ЦИНТИ ХИМНЕФТЕМАШ, 1977, 48 с.

48. З.Николаева Ii. П., Козляков Е. В. Кататымов А. В., Лукьянов П. И. /У Тез. -о IV Всес. конф. «Механика сыпучих материалов-. Одесса, 1980. С :

49. З.Николагьсхий В. Н. // Итоги пауки и техники: Сер. Механика твердогодеформируемого тела. ML: ВИНИТИ. 1972. Т. 6. 86 с. Юрнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев, Высшая школа, 1987, 550с.

50. Основы автоматизации химических производств. Под ред. П.А.

51. Обновленского и A.JI. Гуревича. JI,: Химия, 1975. 3.Основы электроизмерительной техники. Под ред. М.И. Левина. М,: Энергия, 1972, 543с. 7.Островский Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности. JL: Химия, 1984.-512с.

52. Ширизо В. Г. // Конструирование и технология машиностроения: Серия К. М.: Мир, 1969. № 2. С. 132-141.

53. Приборы для измерений и дозирования массы. Номенклатурный каталог. М.: 1983.

54. Прозоровский В. В. Современные объемные дозаторы сыпучих материалов. Обзор, инф. М.: ЦПИИТЭлегпищемаш, 1973. 52 с. .Прочность, устойчивость, колебания. ( Справочник в трех томах ). Под редакцией Биргера И.А. и Панова Я.Г. М.: Машиностроение. 1985.

55. Ричарде П.С. // Конструирование и технология машиностроения: Серия Н. М. Мир, 1977. № I.C. 16.

56. Рогинский Г. А. Дозирование сыпучих материалов. М.: Химия, 1978, 174 с.

57. Романов А.Н., Фролов Г.А. Оператор-программист. М,: ДОСААФ, 1972.

58. РТМ 26-01-129—74(80). Машины для переработки сыпучих материалов. Метод выбора оптимального типа питателен, смесителей и измельчителей. М: НРШХИММЛШ, 1980. 208 с.

59. РЯ. Репкин Ю. А. Михалин В. М. // Хим. и нефт. машиностроение. 1975. № з, с. 44 45.

60. Седов JI. И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1973. Т. I. 536 с.

61. Соколовский В. В. Статика сыпучей среды. М.: Физматгиз, 1960. 243 с.

62. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. Учеб. пособце для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1983.-487с.

63. Теория и проектирование контрольных автоматов. Воронцов JI.K., Корндорф С.Ф.,Трутель В.А. Федотов A.B. Учеб. пособие для вузов. -М.: Высшая школа. 1980.-560с.

64. Тихонов В. И.-Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970. 392 с. Бендат JI. Основы теории случайных шумов и ее применение. М.: Наука, 1965. 463 с.

65. Тихонов В.И. Выбросы Случайных процессов. М,: Наука, 1980, 392 с.

66. Фиалков Б. С. Управление истечением сыпучих материалов. Алма-Ата: Наука КазССР, 1981. 148 с.

67. Филин В. Я. Объемные питатели для сыпучих и пастообразных материалов в .СССР и за рубежом. Обзор, инф. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978. 38 с.

68. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. М.: Машиностроение, 1970.

69. Членов В.А., Михайлов Н.В. Вибрационный слой. М,: Наука, 1972, 343 с.

70. Широков Н.Г., Бескоровайный П.М. Электрические измерения. М.: Машиностроение, 1981,359с.

71. Электрические измерения. Общий курс. Под ред. A.B. Фремке. М,: Энергия, 1986, 420 с.

72. Электрические измерения. Под ред. Е.Г. Шрамкова. М,: Высшая школа, 1985,518 с.$0. С о win S. С. /П. of Appi. Mech ' V. 44, № 9. P. 409-412.

73. С о win S. С. // Trans of tile ASM? 1979. V. 46, № 9. P. 524 528.

74. Drurker D. C., Prager W.I. Overly of Appl. Matheni. 1952. V. 10. P.157—164. Серия К. М.: Мир, 1973. № 1. с. 301- 308.

75. Hancock Jl. W., Neddvrman R. М. //Trails. Ins. Chem. Fng. 1974. V. 52. P. 170 179.

76. Mcl.can A. fi.//Btilk Solids Handling. 1985. V. 5, № 2. P. 431 -436.

77. Michalowski R.L. // Powd. Teclmol. 1983. V. 36. P. 5—11.

78. Murfiit P. G, Bransby P. L. // Powd. Technol. 1980. v. 27. P. 149-162.

79. Novosad L. // 1st Europ. Symp. of the Stain Behaviour of Patic. Solids. Pracha, 1984 P I 02-10388,Ouins M, Roberts A. 1T//Bulk Solids Handling. 1985. V. 5, № 5. P. 1009— 1016.

80. Surularam V. Cowin S. C. // Powd. Technol. 1979. V. 22. P. 23—32.

81. Walker D. M. // Chem. Eng. Sc. 1966. V. 21. P. 975-997

82. A. c. 1043519 СССР, МКИ G 01 I1N3/56. 12. A. c. 1252691 СССР, МКИ Ci 01 M 19/00.

83. A. c. 1079563 СССР, МКИ В 65 G 53/28. 93. А. с. 1207943 СССР, МКИ В 65 G 53/50.

84. А. с. 844342 СССР. МКИ В 29 В 7/42.

85. А. с. 951082 СССР, МКИ G 01 G 11/16.

86. А. с. 962153 СССР, МКИ В 65 G 65/46.

87. А. с. 964463 СССР, МКИ G 01 F 1124.

88. Пат. 2718508 ФРГ, МКИ G 01 F 11/08. 35. Пат. 3645583 США. МКИ В 65 G 53.18.

89. Пат. 3730397 США, МКИ В 65 G 65/18

90. Пат. 3758162 США, МКИ В 65 G 53/24i