Введение к работе
Одним из значимых факторов технического прогресса в различных отраслях промышленности, является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства - применение новых высокоэффективных эперго- и ресурсосберегающих технологий. К ним относятся разработанные и используемые импульсные способы обработки материалов, отличающиеся мобильностью, простотой, низкой стоимостью и использующие неметаллоёмкое оборудование.
В настоящее время для обработки материалов находит применение метод детонации горючей газовой смеси. Рассматриваемое импульсное оборудование применяется в различных отраслях промышленности для процессов напыления материалов на основу, для формования материалов, разрушения смёрзшихся зернистых материалов и штамповки листовых заготовок. Последние исследования в области газо-детонационного оборудования показали перспективность использования данного метода для решения новых задач и расширения области использования данного оборудования.
Актуальность работы. В процессах производства бумаги, асбестоцементных изделий, в системах фильтрации воды в скважинах и др. широко используются фильтрующие элементы из цветных металлов и сплавов. В промышленности строительных материалов используется большое количество разнообразных фильтрующих устройств. Так, в производстве асбестоцементных изделий работа листоформовочных машин (ЛФМ) в значительной степени зависит от состояния сетчатых цилиндров. В отечественной асбестоцементной промышленности для обтяжки сетчатых цилиндров в качестве верхней фильтрующей используется сетка с диаметром ячейки 0,166x0,365 мм", изготавливаемая из медных сплавов. Для листоформовочных машин СМ943 и СМ942 площадь заготовки сетки составляет соответственно 5,52 м2 и 6,45 м2. При работе ЛФМ в штатном режиме, срок службы сетки составляет 7-10 смен, прігіем ухудшение ее состояния начинает сказываться через 4-5 смен, что приводит к снижению производительности ЛФМ. Существующие на сегодняшний день способы очистки сетчатых цилиндров не позволяют эффективно очищать фильтрующие элементы, кроме того, использование соляной кислоты при промыве сетчатых цилиндров приводит к коррозии стального каркаса, а использование латунных каркасов приводит к существенному росту стоимости сетчатого цилиндра. Если учесть, чго механический износ проволоки, из которой изготовлена фильтрующая сетка наступает через 70 смен, и учитывая ее высокую стоимость, актуальной задачей является разработка эффективного способа очистки фильтрующих сеток ЛФМ. Кроме того, сложные санитарно-гигиенические условия труда на асбесгоцементном производстве и необходимость получения максимального результата в процессе очистки
сетчатых цилиндров с минимальными затратами, обусловливают
необходимость разработки автоматизированного процесса очистки
фильтрующих сеток.
Целью работы является автоматизация процесса очистки фильтрующих устройств с использованием газо-детоиационного оборудования на основе теоретических и экспериментальных исследований объекта управления.
Поставленная цель достигается при решении следующих основных задач:
1. Проведение теоретических и экспериментальных исследований
процесса газо-детонационной очистки фильтрующих сеток как объекта
управления.
2. Разработка методики определения рабочих параметров процесса
очистки фильтрующих устройств иа базе ГДУ.
-
Проверка адекватности используемой модели для расчета параметров объекта управления.
-
Разработка аппаратной и программно-алгоритмической реализации управления процессом очистки фильтрующих устройств.
-
Промышленная апробация действующей модели автоматизированной ГДУ и расширение области применения разработанного автоматігзированного оборудования.
Научная новизна работы заключается:
в выборе, обосновании и адаптации модели объекта управления;
в методике определения рабочих параметров газо-детонащюнного процесса очистки фильтрующих устройств;
в методике проведешія комплексных экспериментальных исследований процесса очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ;
в установлении области допустимой линейной аппроксимации модели объекта управления;
в определении зависимости формы импульса давления от режима работы установки и дистанций до обрабатываемой поверхности;
в создании технических средств для управления процессом газодетонационной очистки.
Достоверность научных положений и выводов. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в работе, обусловлена корректностью математических выкладок, сопоставимости результатов расчетов и экспериментальных исследований, выполненных на базе современных средств измерений и обработки информации (датчики фирмы Siemens, видеокамера Panasonic AG455, ПЭВМ Pentium-200MMX и др.). Анализ сравнения результатов численных расчетов и экспериментальных данных позволил подтвердить адекватность математической модели. Для ряда частных случаев дано сопоставление с известными данными других авторов. Погрешность численных расчетов удовлетворительна для практических целей.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в втоматизации процесса очистки фильтрующих устройств на базе газо-іетонациошгото оборудования, что позволяет повысить эффективность очистки Филирующих элементов и увеличить срок службы фильтрующей сетки. На ісіювании теоретических и экспериментальных исследований сформулированы фактические рекомендации для автоматизации объекта управления, іключающне диапазоны перемещения ствола установки относительно «тчатого цилиндра с указанием оптимальной дистанции, площадь «брабатываемой поверхности, возможности применения многоствольной 'етановки, зависимость угловой скорости вращения сетчатого цилиндра и юстоты выстрелов ГДУ, а также температурный режим при различных щетанциях.
Разработаны техшгческие средства автоматизации, позволяющие осуществлять измерение импульсного давления и контролировать степень эчистки фильтрующей сетки.
Установлена возможность использования разработаїшой
жгоматшированной установки на базе ГДУ для измельчения материалов, нанесения рисунка на стекло и керамику, распушки асбеста, обработки ферромагнитных материалов.
Результаты исследований, связанные с переработкой горнорудного и техногенного сырья, вошли в хоздоговорную работу с Лебединским горно-обогатительным комбинатом (х/д №84/92).
Положении работы, выносимые на защиту:
выбор, обоснование и адаптация модели объекта управления;
методика определения рабочих параметров газо-детснашюнного процесса очистки фильтрующих устройств;
методика проведения комплексных экспериментальных исследований процесса очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ;
установление области допустимой линейной аппроксимации модели объекта управления;
определение зависимости формы импульса давления от режима работы установки и дистанций до обрабатываемой поверхности;
алгоритмы и программное обеспечение системы управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе промышленного контроллера;
комплекс технических и программных средств, основанный на применении персонального компьютера и контроллера, связанных в двухуровневую сетевую структуру, для управления процессом очистки фильтрующих устройств на базе ГДУ и разработаїшой системы контроля степени очистки сетчатого цшиндра;
новые области применения автоматизированной ГДУ.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на научно-технических конференциях, конгрессах и семинарах (Белгород - 1991г., 1993г.,
1995г., 1997г., 1998г., 1999г.: Старый Оскол- 1999г.; США, Сан-Франциско 1992г., Вашингтон, 1996г.: Франция, Ницца, 1998г.: Испания, Гранада, 1998г.) Основные результаты работы опубликованы в 4-х центральных изданиях (і журналах: "Доклады Академии Наук", №6, 1992г.; "Известия БУЗоп Строительство", №2,4-5, 1998г.; "Конверсия" №8, 1996г.).
На АО "БелАЦИ" г. Белгород проведена промышленная апробация которая подтвердила эффективность разработанного модифнцированногс способа очистки сетчатых цилиндров ЛФМ на базе автоматизированного газодетонационного оборудования.
Связь с научно-техническими программами. Результаті, диссертационной работы вошли в заключительные отчёты по следующих программам:
госбюджетная тема но разработке импульсного оборудования для высокоэнергетического воздействия на свойства материалов с автоматизацией объекта управления (приказ №347 от 23.05.1990 г.);
научно-техническая программа "Конверсия и высокие технологии. 1994-1996 гг." (код проекта 62-1-5 "Импульс-ПМ");
научно-техническая программа "Конверсия и высокие технологии. 1997-2000 гг." (код проекта 5-1-1 "Взрыв-01").
Публикации. Основные положения работы изложены в 20 печатных работах и 2 изобретениях.
Объем и структура диссертации. Общий объём диссертации составляет 220 страниц и включает: введение, четыре главы, заключение, изложенных на 182 страницах, рисунков 98 на 48 страницах, список литературы из 135 наименований на 13 страницах, приложений 9 на 25 страницах.
Научный консультант по разработке микропроцессорных систем доц., к.т.н. А. С. Кижук.