Введение к работе
Актуальность темы диссертации. К настоящему времени в строительстве и промышленности строительного комплекса Республики Алжир, как и в Российской Федерации, накоплен значительный опыт разработки, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами. На многих государственных и частных предприятиях Алжира по производству различных сыпучих строительных материалов, в частности, вяжущих (гипса, извести, цемента) и искусственных пористых заполнителей для легких бетонов (керамзита, перлита и др.) установлены и действуют современные управляющие и универсальные вычислительные устройства и системы. На их базе созданы АСУ ТП, большинство из которых работает в супервизорном режиме управления как основными технологическими процессами, так и механическим и теплоэнергетическим оборудованием. Все это создало необходимые предпосылки для разработки систем оперативного управления сложными комплексами технологических агрегатов и участков производства.
Необходимость проведения исследований в этом направлении вызвана тем, что задача оптимального управления состоит не только'в том, чтобы поддерживать наиболее эффективный режим в каком-либо агрегате в отдельности, но и в том, чтобы установить между элементами технологической схемы связи, обеспечивающие оптимальную работу всего участка (отделения, цеха) в целом. Одним из таких наиболее сложных и энергоемких элементов в производстве всех перечисленных выше строительных материалов является процесс их обжига, осуществляемый в противоточных вращающихся печах. В настоящее время 18 таких печей по обжигу клинкера работают на 12 цементных заводах Алжира, суммар-
ная производительность которых достигает 11,6 млн. тонн цемента в год Сырье, поступающее на обжиг, распределяется между одновременно и параллельно работающими печами, количество и производительность которых определяется целым рядом, изменяющихся во времени, факторов. В этих условиях необходимо свести к минимуму суммарный расход топлива, потребляемый всеми работающими печами, при условиях переработки заданного количества сырья (или выпуска готовой продукции) и обеспечении заданного качества получаемых материалов.
В связи с такой постановкой задачи исследование и разработка математических моделей и алгоритмов управления, учитывающих особенности технологии обжига и ориентированных на современные средства автоматизации, с целью создания систем, обеспечивающих высокую эффективность оперативного управления, определяют актуальность избранной темы диссертации.
Работа выполнялась в соответствии с индивидуальным планом обучения автора в заочной аспирантуре Московского государственного строительного университета, а также планами НИР кафедры «Автоматизации инженерно-строительных технологий» МГСУ и Лаборатории минеральных материалов и композитов кафедры «Инженерное дело по материалам» Университета г. Бумердесса Республики Алжир.
Цель исследований. Цель работы заключается в разработке автоматизированной системы управления группой параллельно работающих вращающихся печей для обжига строительных материалов, позволяющей снизить количество потребляемого топлива и обеспечивающей заданное качество получаемой продукции.
Для достижения поставленной цели:
проведен анализ физико-химических, теплофизических, аппаратурных и режимных особенностей процессов обжига сыпучих строительных, преимущественно вяжущих, материалов во вращающихся печах;
изучены характеристики, структуры и специфика функционирования систем автоматического и автоматизированного управления обжиговыми вращающимися печами в строительстве;
выявлены недостатки существующих способов управления рассматриваемыми объектами; дана их характеристика как систем оперативной оптимизации и сформулирована задача исследований;
исследован технологический комплекс обжига сыпучих материалов, включающий группу параллельно работающих печей; предложен критерий качества управления, построена его математическая модель и доказана ее адекватность реальному процессу;
исследованы и разработаны алгоритмы расчета теплового режима печей, оптимального распределения нагрузок между ними и изменения режимов эксплуатации в зависимости от распределения значений температуры по зонам;
разработаны системы автоматического управления распределением топлива между параллельно работающими печами и исходного сырья по бункерам соответствующих печей, а также схемы и устройства для их практической реализации;
исследован вопрос экономической эффективности автоматизации процессов обжига, по результатам которого сформулированы основные принципы построения АСУТП.
Методика исследований. В перечисленных исследованиях и научно-технических разработках был использован комплексный метод исследований, сочетающий в себе элементы системного анализа, ис-
пользования разнотипных структурных и математических моделей объектов и систем управления, теории автоматического управления, приемов и методов оперативной оптимизации, а также сопоставительный анализ материалов исследований по рассматриваемой проблеме.
Научная новизна. Научная новизна результатов выполненных исследований заключается втом, что впервые:
установлена и исследована связь показателя качества получаемой продукции с температурным режимом в различных точках рабочего пространства печи, которая была положена в основу математической модели процесса;
разработана компактная статистическая математическая модель процесса, построенная на основе обработки большого массива данных пассивного и активного эксперимента;
разработаны структура и алгоритм оперативного управления, учитывающие загрязнение атмосферного воздуха газопылевыми выбросами вращающейся обжиговой печью;
разработаны модель, структура и алгоритмы управления технологическим комплексом обжига материалов, включающим группу параллельно работающих печей;
научно обоснованы основные принципы модернизации действующих АСУ ТП обжига вяжущих материалов во вращающихся печах.
Практическая значимость. Значимость перечисленных выше результатов исследований для автоматизации процессов обжига сыпучих строительных материалов состоит в том, что они являются теоретической базой для научно обоснованного выбора способов; структуры и технических средств как на стадии проектирования новых, так и модерниза-
ции действующих систем управления. Предварительные ориентировочные расчеты показывают, что использование полученных результатов позволит не только повысить технико-экономические показатели работы заводов промышленности строительного комплекса, но и существенно сократить сроки и стоимость НИР и ОКР при создании АСУ ТП.
Реализация результатов исследований. На основе полученных научных и практических результатов для производственных фирм, про-ектно-конструкторских организаций и заводов Алжира подготовлены рекомендации по выбору способов и технических средств автоматического управления обжигом материалов во вращающихся печах. Эти же результаты используются автором в Алжире в учебном процессе Университета г. Бумердесса , а также в Российской Федерации - преподавателями Московского государственного строительного университета.
Публикации и апробация работы. Результаты исследований отражены в 10 публикациях автора, докладывались на 4-й и 5-й научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» (г, Москва, 2001, 2002 гг.), заседаниях кафедры «Инженерное дело по материалам» Университета г. Бумердесса (Республика Алжир) и научных семинарах кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий МГСУ (Российская Федерация, 2000-2003 г.г).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного текста, общего заключения и библиографического списка литературы, насчитывающего 98 наименований. Объем работы - 142
