Разработка и исследование системы автоматического управления процессом сушки текстильных материалов, обработанных пеной тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Иванов, Максим Сергеевич

• Иванов, Максим Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Максим Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ШЛИХТОВАНИЯ В ПЕНЕ

1.1. Краткая характеристика процесса.

1.2. Управление процессом приготовления пены, основные параметры пены.

1.3. Управление процессом нанесения пены.

1.4. Основные показатели ошлихтованной основы.

1.5. Особенности сушки ошлихтованной основы.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ СУШКИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Анализ описаний динамики процессов сушки текстильных материалов.

2.2. Динамические характеристики устройств, входящих в систему управления процессом сушки основы после шлихтования в пене.

2.2.1ч Динамические характеристики пеногенератора.

2.2.1.1. Канал «частота вращения вала — кратность пены».

2.2.1.2. Канал «расход шлихты — кратность пены».

2.2.1.3. Канал «расход воздуха — кратность пены».

2.2.1.4. Регрессионный анализ экспериментальных результатов.

2.2.1.5. Математическая модель процесса приготовления пены в пеногенераторе.

2.2.2. Динамические характеристики конвективной сушки основы после ее шлихтования в пене.

2.2.2.1. Описание экспериментальной установки.

2.2.2.2. Методика эксперимента.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУШКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЕННОМ ШЛИХТОВАНИИ

3.1. Динамические характеристики одноконтурных систем управления.

3.2. Динамические характеристики двухконтурных систем управления.

3.3. Динамические характеристики трехконтурных систем управления.

3.4. Дискретная модель системы управления процессом сушки основы по трем контурам управления.

3.5. Система сушки основы на базе искусственной нейронной системы.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ОСНОВЫ

4.1. Основные элементы системы автоматического управления процессом сушки основы при пенном шлихтовании.

4.2. Исполнительные механизмы приводов управления заслонкой защитного кожуха и валом турбины пеногенератора.

4.3. Датчики скорости и угловых перемещений.

4.4. Тензодатчики для измерения величины приклея.

4.5. Датчики контроля качества расхода шлихты и расхода воздуха.

4.6. Датчики измерения влажности основы (ткани).

4.7. Микроконтроллеры для управления технологическим процессом.

4.8. Описание алгоритма работы системы автоматического управления процессом сушки основы при пенном шлихтовании.

4.9. Программная реализация АСР сушки при пенном шлихтовании.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование системы автоматического управления процессом сушки текстильных материалов, обработанных пеной»

Актуальность работы. Одним из наиболее важных процессов в подготовке основы к ткачеству является шлихтование. После обработки пряжи -(основы) в шлихте значительно- повышается устойчивость нитей к многократным механическим воздействиям на ткацком станке, сокращая тем самым обрывность нитей. Усовершенствование ткацкого производства, в том числе и увеличение скоростных режимов, заставляет искать новые пути развития и процесса обработки пряжи (основы) шлихтой.

Пенная технология по сравнению с традиционной имеет преимущества: снижение энергозатрат и, как следствие, экономия затрат на энергию при подготовке шлихтовального раствора, снижение общего потребления воды, увеличение скорости шлихтования, уменьшение проникания раствора в пряжу, увеличение равномерности слипания, волокон, повышение производительности труда. В настоящее время разработаны системы автоматического управления (САУ) пеногенератором с целью получения пены заданного качества. Однако, последующие технологические операции нанесения пены, ее плюсования и сушки не автоматизированы. Поэтому актуальной задачей является разработка САУ процессом нанесения и сушки, основы, обработанной пеной, что имеет определенную специфику. В конечном итоге это позволит снизить потребление электроэнергии за счет меньшего испарения влаги, сократить производственные площади, повысить качество вырабатываемой основы в соответствие с новым технологическим регламентом.

Цель и задачи работы. Целью» диссертационной работы является исследование и разработка устройства сушки текстильных материалов, а также системы автоматического управления (САУ) процессом сушки текстильных материалов, обработанных пеной.

Поставленная цель определяет необходимость решения следующих задач:

1. Анализ особенностей технологического процесса шлихтования в пене, а также процесса сушки текстильных материалов и исследование уже известных методов, средств и технологий процессов сушки, приготовления и подачи пены.

2. Экспериментально-теоретическое исследование процесса сушки основы, обработанной пеной, в сушильной камере, как объекта управления и получение ее математической модели.

3. Разработка многоконтурных систем' автоматического управления процессом сушки текстильных материалов, обработанных пеной.

4. Моделирование разработанных систем управления для оценки переходных характеристик в процессе сушки.

5. Разработка адаптивной нейронной системы управления, позволяющей корректировать оптимальные настройки регулятора в зависимости от величины приклея и влажности на выходе, а также величины возмущения на входе в сушильную камеру (машину).

6. Выбор технических средств для реализации разрабатываемой системы.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель процесса сушки текстильных материалов, обработанных пеной.

2. Структура системы управления процессом сушки текстильных материалов.

3. Результаты математического моделирования разработанных систем автоматического управления

Методика проведения исследований. В работе использована комплексная методика исследования, включающая математические анализы и инструментальные методы. При построении математической модели процесса сушки текстильных материалов применялись экспериментальные методы исследования и компьютерная обработка информации.

Теоретические исследования основывались на современных методах теории автоматического управления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях путем: физического макетирования. Расчеты характеристик и моделирование системы автоматического управления процессом сушки текстильных материалов проводились по разработанным программам математических систем Ма1ЬСЛП) и МАТЪАВ.

Научная новизна; В результате выполнения; диссертационной!, работы-исследована , статическая; зависимость- технологических параметров; приклея и влажности, как выходных параметров сушильной камеры.

Получена: . математическая- модель, процесса; сушки текстильных материалов, обработанных пеной.

Разработана': структура системьг взаимосвязанного? автоматического управления процессом сушки текстильных материалов при? пенном шлихтовании./' \ ' • . , ■

Достоверность результатов^ работы. Адекватность полученных моделей:; процесса: сушки-текстильных: материалов . и; системы!; управления» подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных исследованийшетодом математического моделирования; : \

Научные решения диссертационной работы обоснованы в рамках допущения, являющихся общепринятыми.

Практическая' ценность. Использование разработанной системы автоматического- управления процессом сушки/ текстильных материалов, обработанных пеной, позволит повысить эффективность сушки и уменьшить энергозатраты на нее! .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на вузовской научной студенческой конференции «Текстиль 21 века» (Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина) 2010 г.

Всероссийских научно-технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТККСТИЛЬ) 2010, 2011 гг.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 169 страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и общего вывода по работе, а также содержит список используемой литературы из 89 наименований и шести приложений. Работа иллюстрирована 65 рисунками и 38 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Иванов, Максим Сергеевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основании анализа процесса пенного шлихтования основы разработаны принципы управления процессом сушки основы. Рассмотрены особенности сушки ошлихтованной основы и различные типы сушильных камер, на основании которых предложена предположительная структура автоматической системы управления процессом сушки основы (материала) после обработки ее вспененной шлихтой.

2. На основании анализа способов и устройств получения пены определены основные показатели ошлихтованной основы и произведен расчет, позволяющий утверждать, что влажность полотна основы после пенного- шлихтования при входе в сушильную камеру в 2-3 раза меньше, по сравнению с классическим способом шлихтования.

3. Приведено описание экспериментальной установки и методика эксперимента, в результате которого были получены кривые изменения веса при сушке трех исследуемых образцов и передаточные функции объекта сушки.

4. Впервые получена уточненная математическая модель конвективной сушки материалов (ткани, нити основы), обработанных пеной.

5. Определены динамические характеристики одноконтурных, двухконтурных и трехконтурных аналоговых и дискретных систем автоматического управления. Получены графики переходных процессов по заданию и при возмущающем воздействии, удовлетворяющие заданному качеству управления. Время регулирования для всех систем автоматического управления составляет порядка 60 — 170 секунд.

Проведено моделирование аналоговых систем управления в дискретной форме и получены передаточные функции для дискретных систем управления, качество которых оказалось выше, чем аналоговых систем. Время регулирования не превышает 100 секунд. Кроме того, наблюдаются в различной степени колебания, амплитуда которых носит затухающий характер.

Предложена система автоматического управления с нейрорегулятором, позволяющая адаптировать системы к различным видам возмущающих воздействий. Разработан и предложен алгоритм ее работы.

Определены основные элементы системы автоматического управления процессом сушки при пенном шлихтовании. Предложены технические средства ее реализации. Изложены основные требования к МПРУ и предложена программная реализация АСР сушки при пенном шлихтовании на основе искусственной нейронной системы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Максим Сергеевич, 2011 год

1. Белобородова Г.Н. Применение пены для отделки текстильных материалов // ЦНИИТЭИЛегпром., экс.-информ. Текстильная промышленность. — 1981, - №3. — С. 12-14

2. Рамейкова А.И. Юзефович М.И. Крашение и отделка текстильных материалов в пене // ЦНИИТЭИЛегпром., экс.-информ. Текстильная промышленность. — 1984, №4. — С. 13-15

3. Проведение процессов в пене // ЦНИИТЭИЛегпром., экс.-информ. Текстильная промышленность. 1987, - №4. - С. 12-15

4. Ulmer К. Nekonwendni technologie scheichtowant // UZCHY Leska Leibova, 1985, №5

5. Живетин B.B., Брут-Бруляко А.Б. Устройство и обслуживание шлихтовальных машин // М.: Легкая индустрия, 1988

6. Любимов Н.С., Манухин А.С. Пути снижения обрывности нитей основы в хлопкоткацком производстве // М.: Легкая индустрия, 1965

7. Николаев С.Д. Теория процессов, технология и оборудование подготовительных операций ткачества // М.: Легпромбытиздат, 1993

8. Кешишян Х.Ш., Брут-Бруляко А.Б. Особенности шлихтования основной пряжи // Кострома: ДиАр, 2002

9. Автоматизация производственных процессов текстильной промышленности // под редакцией Петелина Д.П., Бакмана Р., 2 кн. М.: Легпромбытиздат, 1993. —С. 102

10. Маховер В.Л. Совершенствование и анализ процессов на шлихтовальных машинах // Иваново: ИГТА 2003

11. Гандурин Л.И., Лопатина О.П. Тенденции развития шлихтования с учетом экологических и ресурсосберегающих проблем // Текст, промышленность, 1976, - №27

12. Щуту Р. Использование вспененной шлихты // Текст, промышленность, ФРГ, 1990,- №2

13. Аспекты шлихтования пеной // Текст, промышленность, ФРГ, 1986, -№3

14. Безрукова Е.В. Разработка технологии шлихтования в пене хлопчатобумажных основ // Диссертация кандидата технических наук, -М.: МГТА, 1992

15. Власов П.В., Безрукова Е.В. Шлихтование пряжи в пене // Учебное пособие М.: МГТА, 1994

16. Новиков В.П., Смирнов В.М. Технология шлихтования хлопчатобумажных основ в пене // Текстильная промышленность, 1991, - №2

17. Сумарукова Р.И., Слостина Г.Л. Новые способы шлихтования нитей // Учебное пособие, М.: МГТА, 1993

18. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения // 2-е изд., М.: Химия, 1983

19. Канн К.Б. Капиллярная гидродинамика пен // Новосибирск: Наука, 1989

20. Феклистов В.Н., Канн К.Б., Дружинин С.А. Пены. Получение и применение // М.: Химия, 1974

21. Меркин А.П., Таубе П.Р. Непрочное чудо // М.: Химия, 1983

22. Волков М.П., Малофеев Н.И. Пены. Получение и применение // М.: Химия, 1974

23. Павутницкая C.B. Шлихтование основ пенным способом // Текстильная промышленность, 1993, - №3

24. Новая техника и технология в шерстоткачестве // М.: Легпромбытиздат, - 1990

25. Савицкая Е.М. Анализ дисперсности пен // Коллоидный журнал, 1951, т. 13,-№4

26. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах // М.: Наука, 1978

27. Тарат Э.Я. Пенный режим и пенные аппараты // Л.: Химия, 1977

28. Капитанов А.Ф. Теория жидкостной обработки продуктов прядения в пенной среде // М.: МГТА, 1992

29. A.c. SU, №690193 Пеногенератор // Шарафутдинов P.C., Шувалова Г.А., Яфаров Ш.З. и др.

30. A.c. RU, №2137534 Устройство для приготовления пены // Соколов Д.П., Винаров А.Ю., Смирнов В.Н.

31. A.c. RU, №1553130 Пеногенератор // Машковцев Б.И., Москаленко Э.М., Саворский В.П. и др.

32. Bauer N. Praktische tips zur Optimierung der schüchteret // Melliand Textielberichte. 1987, Bd. 68 - №1

33. Brunn V. Schlichte-Technologien für verschi edene einesizgeblete // Chemiefasern Textilin dustrie. 1988, - №85

34. Шлихтование пенными растворами // ЦНИИТЭИЛегпром., экс.-информ. Текстильная промышленность. -1983.

35. РовеньковаТ.А. Планирование эксперимента в производстве химических' волокон // М.: Химия, - 1977

36. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инжекторный экспресс-анализ случайных процессов // М.: Энергия, 1979, - 112 с.

37. Круглова С.В. Система автоматического управления температурным режимом нагрева заготовки при производстве фторидных волокон // Диссертация кандидата технических наук. — М.: «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2004

38. Тимохин А.Н. Электротехническая система управления процессом вытяжки оптического стекловолокна // Диссертация кандидата технических наук. — М.: «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2004

39. Иванова В.М., Калинина В.Н. Математическая статистика // М.: Высшая школа, 1975, - 567 с.

40. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика // М.: Высшая школа, 1977, - 479 с.

41. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и z-преобразования // М.: Наука, 1971, - 288 с.

42. Иванов В.А., Ющенко A.C. Теория дискретных систем автоматического управления// М.: Наука, 1983, - 483 с.

43. Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление // М.: Высшая школа, 1975, - 408 с.

44. Домрачеев В.Г., Смирнов Ю.С. Цифроаналоговые системы позиционирования // М.: Энергоатомиздат, 1990, - 240 с.

45. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB, Анализ, идентификация и моделирование систем // Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002, -448 с.

46. Макаров И.М., Евтихиев H.H., Дмитриева Н.Д. Основы автоматизации управления производством // Учебное пособие, под ред. Макарова И.М. -М.: Высшая школа, 1983, 504 с.

47. Пугачев B.C., Казаков И.Е., Гладков Д.И. и др. Основы автоматического управления // Под ред. Пугачева B.C. М.: Физматгиз, 1963, - 648 с.

48. Виниченко С.Н., Козлов А.Б. Автоматизация процесса приготовления пены для шлихтования // Тезисы докладов, Иваново, 2004

49. Гуревич С.Л., Кипнис А.Б., Стороженко Ю.И., Айзенберг Т.Г. Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы в легкой промышленности // М.: Легкая индустрия, 1968, - 298 с.

50. Чунке X. Актуальные проблемы в шлихтовании и тенденция его развития // Текстильная промышленность. 1963, - №4

51. Потягалов А.Ф. Шлихтование основ // М.: Легкая индустрия, 1965

52. Klimek М. Wybrane zadanunia z naredu elektrycznego maszin wlöklenniczich //Lodz, 1964

53. Мильман А .Я. Исследование динамики натяжений нитей при их сматывании с рулона // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. — 1964, №5

54. Петелин Д.П., Козлов А.Б., Джелялов А.П., Шахнин В.Н. Автоматизация технологических процессов в текстильной промышленности // М.: Легкая индустрия, 1980, - 320 с.

55. Сычевская И.Д. Математическое описание и оптимизация процесса шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Диссертация кандидата технических наук. — М.: МТИ, 1968, 94 с.

56. Schutz R., Exbrayat P. Importance relative des tensions diversement appliquées aux fils de chaînes rendant l'encollage // Bulletin de de I'Jnstitut de France, 1959, №80

57. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики // Л.: Энергоатомиздат, 1990,-256 с.

58. Мухитдинов М.М. Оптоэлектронные устройства контроля и измерения в текстильной промышленности // М., 1992

59. Харрик Н. Спектроскопия внутреннего отражения // М.: Мир, 1970

60. Королев Ю.Н., Милехин Г.В., Кочеткова С.А., Ермолаев Ю.А. Использование первичного преобразователя в качестве компенсатора для измерения параметров технологических процессов // Изв. Вузов Технология текстильной промышленности. 1994, №3

61. Бабченко A.M., Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Измерения, контроль, автоматизация // 1987, №2. - С. 3-13

62. Калабеков А.Л., Королев Ю.Н. Экологический мониторинг. Некоторые методы неинвазивного анализа интактных клеток // М.: Издательство Прима - Пресс-М, 2000

63. Виниченко С.Н., Козлов А.Б. Особенности автоматизации процесса шлихтования в пене // Сборник научных трудов аспирантов М.: «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2003, №7

64. Петелин Д.П., Милехин Г.В., Ермолаев Ю.А., Королев Ю.Н. Реализация первичной информации о параметрах технологических процессов при использовании одного преобразователя

65. Воронкова Е.М. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники // М.: Наука, 1965

66. Виниченко С.Н., Козлов А.Б., Королев Ю.Н. О возможности применения оптических первичных измерительных преобразователей для контроля процесса шлихтования в пене // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 2004, №2. - С. 101-103

67. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления // Под ред. Солодовникова В.В., М.: Машиностроение, 1990, - 332 с.

68. Абрайтис Б.Б., Аверьянов H.H., Белоус А.И. и др. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем // Справочник. Том 1 и Том 2. М.: Радио и связь, 1991, - 368 с.

69. Лыков A.B. Теория сушки // М., 1968

70. Филоненко Г.К. Кинетика сушильных процессов // Оборониздат, 1939

71. Rowen H. Evaluation of drying times, drying rates and evaporative fluxes when drying wood with impinging jests // Princeton, Science Press, 1978

72. Мильман Я.В., Швыров C.C. Автоматизация технологических процессов текстильной промышленности // М.: Легкая индустрия, 1971

73. Корнюхин И.П., Жмакин Л.И. Тепломассообмен в пористых телах // М., 2000

74. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки // М., 1997

75. Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных предприятий // С-Пб., 2001

76. Козлов А.Б., Макаров A.A., Ермаков A.A., Тимохин А.Н., Потураев О.С., Рыжкова Е.А., Себина Л.П. Микропроцессорные системы контроля и управления в текстильной промышленности // М., ГОУВПО «МГТУ им. Косыгина», 2004

77. Ванин A.C. Разработка и исследование адаптивной системы вытяжки ленты на базе нейронного управления. Диссертация кандидата технических наук. М.: «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008

78. Виниченко С.Н. Разработка и исследование системы автоматического управления процессом шлихтования в пене. Диссертация кандидата технических наук. — М.: «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2005

79. Иванов М.С., Виниченко С.Н., Козлов А.Б. К вопросу построения системы управления сушкой основы в процессе пенного шлихтования // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — 2010, №6. — С. 64-66

80. Иванов М.С., Козырев И.В., Виниченко С.Н., Козлов А.Б. Динамика сушки текстильных материалов после их обработки вспененными растворами // Химические волокна. М.: 2010. - №3. — С. 35-36

81. Иванов М.С. Особенности сушки волокнистых текстильных материалов после обработки их вспененными составами // Сборник научных трудов аспирантов М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010, №16. - С. 63-68

82. Иванов М.С., Новикова H.B. A new solution to the problem of sizing // Тезисы докладов на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009, - С. 4

83. Иванов М.С., Новикова Н.В. Experimental research of automated drying in foam sizing // Тезисы докладов на научно практической конференции аспирантов университета на иностранных языках — М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010, С 12 - 13

84. Иванов М.С. Сравнительный анализ цифровой и аналоговой систем управления сушкой основы в процессе пенного шлихтования // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2011, №4. - С. 133137