Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Управление процессом охлаждения экструдированной полимерной изоляции при производстве электрических кабелей

Диссертация: Управление процессом охлаждения экструдированной полимерной изоляции при производстве электрических кабелей
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Научная новизна работы состоит в следующем: построена математическая модель, описывающая температурно-конверсионные и термомеханические процессы, сопровождающие процесс охлаждения полимерной изоляцииразработан алгоритм параметрической идентификации математической модели в режиме управления процессом охлажденияразработаны методики и алгоритмы расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Общие положения и состояние проблемы
    • 1. 1. Общее описание технологической линии по наложению изоляции методом экструзии
    • 1. 2. Описание способов охлаждения экструдированной изоляции
    • 1. 3. Структурные, теплофизические и механические свойства материалов провода
    • 1. 4. Особенности и актуальные проблемы управления процессом охлаждения экструдированной изоляции
    • 1. 5. Анализ математических моделей и способов управления процессом охлаждения
    • 1. 6. Постановка задач исследования
  • 2. Постановка задачи оптимизации и управления технологическим процессом охлаждения полимерной изоляции при её наложении методом экструзии
    • 2. 1. Процесс охлаждения как объект управления
    • 2. 2. Выбор управляющих воздействий
    • 2. 3. Постановка задачи оптимизации и управления процессом охлаждения
    • 2. 4. Выводы по главе
  • 3. Математическое моделирование процесса охлаждения экструдированной полимерной изоляции
    • 3. 1. Температурно-конверсионная задача
    • 3. 2. Механическая задача
    • 3. 3. Теплофизические и механические свойства материалов провода
    • 3. 4. Численная реализация задач
    • 3. 5. Определение условий образования каверн с использованием математической модели процесса охлаждения
    • 3. 6. Выводы по главе
  • 4. Методика и алгоритмы автоматизированного управления технологическим процессом охлаждения провода с полимерной изоляцией
    • 4. 1. Расчетный режим управляющего вычислительного комплекса
    • 4. 2. Режим непосредственного управления
    • 4. 3. Параметрическая идентификация модели процесса охлаждения
    • 4. 4. Методические рекомендации по автоматизированному управлению технологическим процессом охлаждения
    • 4. 5. Выводы по главе

Управление процессом охлаждения экструдированной полимерной изоляции при производстве электрических кабелей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Качество кабельного изделия во многом зависит от правильности выбора режима его изготовления. Одной из причин выхода кабельного изделия из строя раньше установленного срока, снижающих его конкурентоспособность, являются дефекты, возникающие в изоляции на этапе охлаждения, который является обязательным при производстве кабеля методом экструзии. Это говорит о том, что существующие режимы охлаждения, которые для новых материалов обычно подбираются на основании общих рекомендаций производителей экструзионного оборудования, натурных экспериментов и практического опыта технолога, не оптимальны с точки зрения качества конечного продукта. Поэтому одной из актуальных задач кабельной промышленности является автоматизация управления процессом охлаждения полимерной изоляции и подбора рациональных режимов данного процесса.

Цель работы.

Разработка методики и алгоритмов автоматизированного управления процессом охлаждения экструдированной полимерной изоляции при производстве кабелей, обеспечивающего заданное качество выпускаемой продукции.

Задачи исследования.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи: построить математическую модель, описывающую температурно-конверсионные и термомеханические процессы, сопровождающие процесс охлаждения полимерной изоляцииразработать алгоритм параметрической идентификации математической модели в режиме управления процессом охлажденияразработать методику и алгоритмы определения рационального режима и расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе технологического процесса максимальную скорость изолирования при обязательном соблюдении условий обеспечения качества проводаразработать методические рекомендации по автоматизированному управлению технологическим процессом охлаждения провода с полимерной изоляцией при её наложении методом экструзии.

Объектом исследования явились процесс охлаждения в многосекционной ванне провода с пластмассовой изоляцией при её наложении методом экструзии и алгоритмы управления технологическими режимами данного процесса.

Методы исследования.

Поставленные в работе задачи решены с использованием теорий тепломассопереноса, теории управления, методов математического моделирования, а также натурных и вычислительных экспериментов.

Научная новизна работы состоит в следующем: построена математическая модель, описывающая температурно-конверсионные и термомеханические процессы, сопровождающие процесс охлаждения полимерной изоляцииразработан алгоритм параметрической идентификации математической модели в режиме управления процессом охлажденияразработаны методики и алгоритмы расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе технологического процесса максимальную скорость изолирования при обязательном соблюдении условий обеспечения качества провода.

Практическая значимость работы: построенная математическая модель процесса охлаждения позволяет прогнозировать выходные характеристики процесса охлаждения как объекта управленияразработаны методические рекомендации автоматизированного управления технологическим процессом охлаждения провода с полимерной изоляцией при её наложении методом экструзии с использованием математической модели процесса;

— разработано программное обеспечение для выполнения расчетов оптимальных режимов охлаждения;

— разработанные методики могут быть использованы для модернизации существующего на кабельных предприятиях охлаждающего оборудования;

— математическая модель процесса охлаждения полимерной изоляции и методические рекомендации автоматизированного управления могут быть использованы при разработке нового охлаждающего оборудования в составе экструзионных линий.

Реализация результатов работы.

С использованием разработанных методик внедрены на ООО «Камский кабель» (г. Пермь) и ОАО «Росскат» (г. Нефтегорск) режимы охлаждения полиэтиленовой изоляции на существующем оборудовании, а также предложены методики прогнозирования выходных показателей охлаждаемой полимерной изоляции и рекомендации по соблюдению условий обеспечения качества охлаждаемой изоляции из полиэтилена низкого давления.

На защиту выносятся:

— математическая модель, описывающая температурно-конверсионные и термомеханические процессы, сопровождающие процесс охлаждения полимерной изоляции;

— алгоритм параметрической идентификации математической модели процесса охлаждения в режиме управления;

— методика и алгоритмы определения рационального режима и расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе технологического процесса максимальную скорость изолирования при обязательном соблюдении условий обеспечения качества провода;

— методические рекомендации автоматизированного управления технологическим процессом охлаждения экструдированной полимерной изоляции при производстве электрических кабелей с использованием математической модели процесса.

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается строгой математической постановкой и корректным использованием математического аппарата теории тепломассопереносапроведением численных экспериментов по оценке сходимости алгоритмовудовлетворительным совпадением результатов численных и натурных экспериментов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на XXII симпозиуме по реологии (г. Валдай, 2004 г.) — V Минском международном форуме по теплои массопереносу (г. Минск, 2004 г.) — VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 2004 г.) — V Международной конференции «Молодые ученые — промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» (г. Москва, 2005 г.) — 15-ой Зимней школе по механике сплошных сред (г. Пермь, 2007 г.) — IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (г. Нижний Новгород, 2006 г.) — Всероссийской научно-практической интернет-конференции.

Автоматизированные системы управления и информационные технологии" (г. Пермь, 2006 г.) — 1-й Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. САЬБ-технологии в энергетике» (г. Пермь, 2008 г.) — VI Всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами» (г. Ижевск, 2009 г.), а также на научных конференциях «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» (г. Пермь, 2003;2008 г. г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 1 — в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 80 наименований, приложения. Общий объем работы 107 страниц, в том числе 51 рисунок, 4 таблицы.

4.5. Выводы по главе.

Описана методика и разработан алгоритм определения оптимальных условий охлаждения проводов из новых материалов и проверки рациональности существующих режимов охлаждения, позволяющий находить максимальную скорость движения провода при обеспечении необходимого качества целевого продукта.

Подробно описана методика и разработан алгоритм расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе технологического процесса максимальную производительность линии при обязательном соблюдении условий обеспечения качества провода.

Впервые разработан алгоритм адаптивной идентификации параметров математической модели, в режиме управления процессом охлаждения.

Построены функциональная и структурная схемы автоматизированной системы управления процессом охлаждения провода, а также проведена оценка её чувствительности.

В результате применения алгоритма определения оптимальных условий охлаждения были получены режимы, позволяющие увеличить скорость изолирования на 25—30% относительно режимов, существующих на предприятиях.

Заключение

.

1. Построена математическая модель, описывающая температурно-конверсионные и термомеханические процессы, сопровождающие процесс охлаждения полимерной изоляции.

2. Разработан алгоритм параметрической идентификации математической модели в режиме управления процессом охлаждения.

3. Разработаны методики и алгоритмы определения рационального режима и расчета управляющих воздействий, поддерживающих в ходе технологического процесса максимальную скорость изолирования при обязательном соблюдении условий обеспечения качества провода.

4. Разработаны методические рекомендации автоматизированного управления технологическим процессом охлаждения провода с использованием математической модели процесса.

5. В результате применения алгоритма определения оптимальных условий охлаждения были получены и рекомендованы к внедрению режимы, позволяющие увеличить скорость изолирования относительно режимов, существующих на предприятиях.

6. Разработанные методики и алгоритмы могут быть использованы для определения оптимальных режимов охлаждения полимерной изоляции без 1 использования дорогостоящих натурных экспериментов, что особенно важно при освоении новых материалов и конструкцийа также модернизации существующего на кабельных предприятиях охлаждающего оборудования.

7. Математическая модель процесса охлаждения полимерной изоляции и структуры автоматизированного управления могут быть использованы при разработке нового охлаждающего оборудования в составе экструзионных линий.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. пособие / В. К. Крыжановский, M. J1. Кербер, В. В. Бурлов, А. Д. Паниматченко. — СПб.: Профессия, 2004. — 464 с.
  2. К. Экструзия полимеров / Пер. с англ. под ред. А.Я. Малкина- СПб.: Профессия, 2006. 768 с.
  3. Производство кабелей и проводов. / Под ред. Белоруссова Н. И., Пешкова И. Б. М.: Энергоиздат. 1981. 632 с.
  4. Переработка пластмасс / Шварц О., Эбелинг Ф.-В., Фурт Б.- под. общ. ред. А. Д. Паниматченко. СПб.: Профессия, 2005. — 320 с.
  5. Shaw М.Т., Shaw S.H. Water treeing in solid dielectric // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1984. P. 419−452.
  6. Д.И. Математическое моделирование процесса охлаждения провода с пластмассовой изоляцией: Дис.. канд. техн. наук: 05.13.16 / Д.И.Широких- Перм. гос. техн. ун-т. Пермь: Изд-во ПГТУ, 1998. — 120 с.
  7. Технические свойства полимерных материалов: Учеб.-справ, пособие / В. К. Крыжановский и др. 2-е изд., испр. и доп. — СПб.: Профессия, 2005. — 248 с.
  8. Энциклопедия полимеров, т. 3. М.: Советская энциклопедия. 1977. —363 с.
  9. В.Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: КолосС, 2007. — 367 с.
  10. Muccigrosso J., Phillips PJ. The morphology of cross-linked polyethylene insulation // IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1978. P. 172 178.
  11. Hobbs J. K., Humphris A. D. L., Miles M. J. In-Situ Atomic Force Microscopy of Polyethylene Crystallization. 1. Crystallization from an Oriented Backbone // Macromolecules, 2001, № 34. P. 5508 — 5519.
  12. Bulinski A., Bamji S., Densley J. The effects of moisture content, frequency and temperature on the life of miniature XLPE cables // IEEE Int. Symp. on Electrical Insulation, 1982. P. 283 — 286.
  13. Ieda M., Nawata M., Kawamura H. Influence of polymer morphology on treeing breakdown phenomena //IV Int. Symp. on High Voltage Engineering. Greece. 1983.-P. 2203.
  14. Wagner H. Pseudo spherulite structures in cross — linked low — density polyethylene //IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1978. — P. 81 — 86.
  15. Muccigrosso J., Phillips P.J. The morphology of cross-linked polyethylene insulation //IEEE Trans, on Electrical Insulation. 1978. — P. 172 — 178.
  16. Ван-Гаут Ю.Н., Ляхов Ю. В., Котт Ю. М. Зависимость электрической прочности полиэтилена от степени кристалличности // Вопросы долговечности кабельных изделий и промышленного электропривода. Пермь. 1969.-№ 65.-48−54 с.
  17. Kisin S., Doelder den J., Eaton R. F., Caronia P. J. Quantum mechanical criteria for choosing appropriate voltage stabilization additives for polyethylene // Polymer Degradation and Stability, 2009, № 94. P. 171−175.
  18. B.M., Фризен Н. И. Влияние режима экструзии на усадку ПЭ изоляции // Электромаш. и маш. вентил. источники импульс, мощности: тез. докл. Научн. — тех. конф. Томск. 1987. — 80−81 с.
  19. Т.Г. Численный анализ технологических напряжений в кристаллизующейся трубе из полиэтилена низкого давления с учетом вязкоупругих свойств кристаллической фазы // Вестник ПГТУ. Прикладная математика и механика. 2000. — № 1. — С. 30 — 34.
  20. А. Г. Процессы движения и теплообмена нелинейных полимерных сред в условиях фазового перехода в каналах экструзионного оборудования: Дис. д-ра техн. наук: 01.02.05 / Щербинин А.Г.- Пермь: Ин-т механики сплошных сред УрО РАН, 2006. 321 с.
  21. P.P., Труфанова Н. М. Автоматизированная система управления процессом охлаждения провода с пластмассовой изоляцией // Вестник Ижевского государственного технического университета. — 2008. — С. 52−56.
  22. В.Г., Азанов A.A., Макиенко Г. П. Краткие сведения о новых разработках, исследованиях, производстве силовых кабелей к установкам электроприводных центробежных насосов для добычи нефти // Кабель-news. 2009. — № 5. — С. 46 — 49.
  23. P.P., Труфанова Н. М. Численное моделирование технологических напряжений при изготовлении пластмассовой изоляции провода // Вычисл. мех. сплош. сред. 2009. — Т. 2, № 1. — С. 38 — 53.
  24. .С. Информационные вычислительные системы и автоматизированные системы управления технологическими процессами: учеб. пособие / Б. С. Гаспер, И. Н. Липатов Пермь: ПГТУ, 2004. — 288 с.
  25. В.П., Осипова В. А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия. 1975.-488 с.
  26. В.М., Полежаев В. И., Чудов J1.A. Численное моделирование процессов тепло и массообмена. М.: Наука, 1984. — 288 с.
  27. В.П., Сотников В. Г., Шиахметов В. М. Численное моделирование охлаждения полиэтиленовых заготовок с учетом фазового перехода // Ред. ж. Изв. вузов. Физ. Томск. 1987. — 21 с.
  28. A.B., Савичева И. А. Расчет охлаждения изоляции кабельных изделий // Вест. Киев, политех, ин та Электроэнерг. — 1983. № 20. — С. 83−87.
  29. В.В., Черепанов A.A., Герцен Ю. П., Ермаков В. К. К расчету температурного режима охлаждения кабеля с полиэтиленовой изоляцией // Кабельная техника. № 10. 11. (248, 249). 1997. — С. 22−33.
  30. В.В., Холодный С. Д., Мерзляков Б. Л. Расчет воздушно- водяного охлаждения полиэтиленовой изоляции после ее нанесения на жилу //Кабельная техника. № 10. 11. (248, 249). 1997. 42 46 с.
  31. В.В., Холодный С. Д., Мерзляков Б. Л. Расчет воздушно- импульсного технологического охлаждения провода с полиэтиленовой изоляцией //Кабельная техника. № 10. 11. (248, 249). 1997. 58 61 с.
  32. В.В., Холодный С. Д., Мерзляков Б. Л. Расчет режимов охлаждения изоляции кабелей и проводов после ее нанесения на жилу //Кабельная техника. № 10. 11. (248,249). 1997. 34 41 с.
  33. С.Д. Технологическая термообработка изоляции кабелей и проводов. М.: МЭИ. 1994.
  34. Э.Я., Митрошин В. Н., Кретов Д. И. Оптимальное управление процессом охлаждения полимерной кабельной изоляции при ее наложении на экструзионной линии // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2006. — № 43. — С. 146 — 153.
  35. Э. Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации. — М.: Наука, 2000. — 336 с.
  36. В. Н. Выбор режима охлаждения полимерной кабельной изоляции при её наложении на экструзионной линии // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки. 2007. — № 2. — С. 122 — 128.
  37. H.A., Завьялова Т. Г. Численный анализ технологических напряжений в кристаллизующейся трубе из полиэтилена // Вестник ПГТУ. Вычислительная математика и механика. — 2000. С. 30 — 34.
  38. А.Я., Бегишев В. П. Химическое формование полимеров. М.: Химия, 1991.-540 с.
  39. В.Ю., Швейкин А. И. Построение системы адаптивного управления процессом восстановления насосных штанг // Труды XXXIII Уральского семинара «Механика и процессы управления». Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2003. — С. 338−345.
  40. .М., Добычин И. А., Баранчиков В. М., Стародумов В. В., Зайнулин А. К. Адаптивное управление процессами обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1985. — 144 с.
  41. Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах / Я. З. Цыпкин. -М.: Наука: Физматлит, 1995. 336 с.
  42. В.А. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб: Профессия, 2004. — 749 с.
  43. А.Я. Теоретические основы процесса химического формования крупногабаритных изделий //Пластические массы. 1985. № 2. 29 -32 с.
  44. В.П., Кипин И. А., Малкин А. Я. Описание процесса кристаллизации полимеров с помощью макрокинетического уравнения //Высокомолекулярные соединения. 1982. Т. 24Б. № 9. 656 658 с.
  45. А.Я. и др. Неизотермическая анионная полимеризация капролактама //Высокомолекулярные соединения. 1980. Т. 21А. № 3. — С. 632−635.
  46. O.A., Бегишев В. П., Адамов A.A. Моделирование процессов получения изделий из поликапромида //Моделирование процессов при переработке полимерных материалов. Свердловск. УНЦ АН СССР. -1985.-С. 8−12.
  47. P.P., Труфанова Н. М. Описание эксперимента по определению параметров макрокинетического уравнения // Информационные управляющие системы: сб. науч. тр., Пермь, ПГТУ. 2005. — С. 68−73.
  48. Теплотехнический справочник / Под ред. Юренева В. Н. М.: Энергия, 1976. Т. 2. — 896 с.
  49. Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
  50. Н.И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, 1988.-256 с.
  51. А.Я., Бегишев В. П., Шардаков И. Н., Шадрин O.A., Болгов С. А. Остаточные напряжения, обусловленные кристаллизацией расплава полимера // Высокомолекулярные соединения. М. — 1987. — № 9. — С. 1992 — 1999.
  52. A.B., Труфанов H.A., Шардаков И. Н. Технологические напряжения в пластине из композита с сотовым заполнителем // Проблемы машиностроения и надежности машин. № 3. — 1995. — С. 88—97.
  53. O.A., Шардаков И. Н., Бегишев В. П. Формирование остаточных напряжений в крупногабаритных изделиях из полимеров // Остаточные технологические напряжения: Тр. II Всесоюз. симпоз. М., 1985. -С. 357−360.
  54. С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1979.560 с.
  55. М.Н. Длительная прочность полимеров. М.: Химия. -1978.-309 с.
  56. JI. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. М.: Химия, 1978. 236 с.
  57. С.Б. и др. Свойства полимеров в различных напряженных состояниях. М.: Химия, 1981. 232 с.
  58. Ван Кревелен Д. В. Свойства и химическое строение полимеров. М.: Химия, 1976. — 416 с.
  59. А. Теоретические основы формирования волокон. М.: Химия, 1979. 504 с.
  60. В.А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1974. 448 с.
  61. А. Эластичные жидкости. М.: Наука, 1969. — 464 с.
  62. И.М. и др. Электропроводящая вулканизирующая композиция ПЭ для экранирования кабелей // Кабельная техника. — 1977. -№ 12.-С. 4−7.
  63. Холмс Уолкер В. А. Переработка полимерных материалов. М.: Химия, 1979.-304 с.
  64. Теплофизические и реологические характеристики полимеров. Справочник. / Под ред. Липатова Ю. С. Киев.: Наукова думка, 1977. 244 с.
  65. Справочник по электрическим материалам. / Под ред. Корицкого Ю. В., Пасынкова В. В., Тареева Б. М. Л.: Энергия. — 3-е изд., перераб., 1988. -728 с.
  66. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на фортране. М.: Мир, 1977. 584 с.
  67. А.Г., Труфанова Н. М. Обработка результатов эксперимента на микрокалориметре ДСМ-2М по определению удельнойтеплоемкости полиэтилена// Информационные управляющие системы. Сб. науч. тр. Пермь: ПГТУ. 2000. — С. 52−56.
  68. Ю.М., Коновалов В. И., Мазурек Г. Ф., Скороспешкин В. Н. Автоматизированные системы управления непрерывными технологическими процессами. Учебное пособие. Томск, изд. ТПИ им. С. М. Кирова, 1987. 95 с.
  69. А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 263 с.
  70. Адаптивные системы автоматического управления: Уч. пособие /В.Н. Антонов, A.M. Пришвин, В. А. Терехов, А. Э. Янчевский / Под ред. Проф. В. Б. Яковлева. JI.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 204 с.
  71. В.Ю. Моделирование и оптимизация процессов упругопластического деформирования металлов в условиях неопределенности // Наука и технологии. Избранные труды Российской школы. М.:РАН, 2005, — С.318−329.
  72. Автоматизация технологических процессов легкой промышленности: Учеб. пособие для вузов / Плужников JI.H., Елин А. В., Кочеров А. В. и др.- Под ред. JI.H. Плужникова. М.: Высш. шк., 1984. 368 с.
  73. В.А. Теория систем автоматического управления: Уч. пособие. JL, Изд-во Ленингр. Ун-та, 1990. 256 с.
  74. Ю.И. Методы оптимизации: Уч. пособие. М.: Сов. Радио, 1980.-272 с.
  75. С.А., Дынькин В. Н., Касавин А. Д. и др. Основы управления технологическими процессами. М.: Наука, 1978. 440 с.
  76. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «РОССКАТ»
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!