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 материалои 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.

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.