Системы управления технологическими процессами в производстве резинотехнических изделий

УДК 531.73

Г.М. Садчикова

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Автоматизация производственных процессов требует разработки новых методов измерения параметров технологических процессов и устройств на базе этих методов. Проведенный обзор систем управления технологическими процессами позволяет определить виды и характеристики измеряемых параметров.

Системы управления, резинотехнические изделия, измеряемые величины, автоматизация производственных процессов

G.M. Sadchikova

CONTROL SYSTEMS OF TECHNOLOGICAL PROCESSES IN MANUFACTURE

RUBBER TECHNICAL OF PRODUCTS

Automation of productions requires development of new methods of measurement of parameters of technological processes and devices on the basis of these methods. The lead review of control systems of technological processes allows to define kinds and characteristics of measured parameters.

Control systems, rubber technical the products, measured sizes, automation of productions

В настоящее время актуальна проблема комплексной механизации и автоматизации в резинотехнической промышленности. Это можно объяснить сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов. К датчикам, используемым при автоматизации производственных процессов в резинотехнической промышленности, предъявляется ряд требований, таких как быстродействие, высокая точность измерений, возможность работы в агрессивных средах, небольшие габариты и ряд других. В данной статье рассмотрены автоматизированные системы управления технологическими процессами, применяемые на ОАО «Балаково-резинотехника» и других предприятиях по производству резинотехнических изделий.

Адаптивная система управления процессом приготовления смесей на примере шинного производства [1]. Структура адаптивной системы управления показана на рис. 1. Задача данной системы управления состоит в стабилизации средних значений качества резин и резиновых смесей и уменьшении дисперсии значений свойств смесей в условиях замен компонентов смесей. Основное назначение блока прогноза компонентных доз - подбор пропорций ингредиентов в смесях при их заменах другими веществами. Дополнительными эффективными элементами системы управления являются базы прецедентов замен ингредиентов и синтезированных моделей технологических режимов: установлено, что длительность хранения прецедентов управления должна составлять не менее 3 лет. Разработанная система реализована при создании АСУТП приготовления резиновых смесей на ОАО «Ярославский шинный завод».

Система оптимального управления процессом изготовления резиновых смесей [2].

Задача текущего управления рассматриваемым объектом сводится к поочередному решению 2 задач: коррекции параметров математической модели процесса смешения по данным нормальной эксплуатации и определению на ее основе управляющих воздействий, позволяющих скомпенсировать реакцию на внешние возмущения

Изменения в Неконтролируе-

составе смесей мые возмущения

Рецептурные Базовая Задание Базовый

смесей

ограничения рецептура по выпуску режим

Рис. 1. Структура адаптивной системы управления

Управляющие воздействия в данном случае на промышленных резиносмесителях -это расход охлаждающей воды и время смешивания. Для управления процессом в режиме его нормальной эксплуатации автор выделяет 4 физико-механические характеристики: пластичность, эластичность по отскоку, модуль при 300% деформации, сопротивление разрыву. Выявлено, что наиболее существенные внешние возмущения связанны с качеством исходного сырья, погрешностью дозирования, уровнем квалификации работников.

Входными переменными (X) служат показатели качества основных ингредиентов состава каучуков. Поскольку результат действия внутренних и внесших возмущений в значительной степени отражается на однородности получаемой смеси, возникает необходимость ее оперативного контроля. В работе предлагается экспресс-метод определения однородности смеси на основе измерения удельного объемного электрического сопротивления р¥. С этой целью анализировалась зависимость р¥ от различных ингредиентов состава, времени смешения, показателей качества сырой смеси и вулканизата. В итоге сделан вывод о целесообразности использования р¥ в системе оперативного контроля и управления, так как это позволяет с точностью до ±1,5% оценивать однородность смеси, контролировать ее эластические свойства и момент введения сажи.

Управление реакционной способностью резиновой смеси производится путем корректировки дозировок ингредиентов влияющих на кинетику вулканизации: вулканизатор - сера молотая, ускоритель вулканизации - сульфенамид М, активатор вулканизации - белила цинковые.

Для построения математической модели по управляющим воздействиям проведена серия активных экспериментов. При этом производилось из-

и1

и2

и3

Рис. 2. Структурная схема объекта управления

менение дозировок данных компонентов и для полученных резиновых смесей исследовались кинетические кривые. Аппроксимация полученных кривых уравнениями кинетики позволила для каждого эксперимента получить оценки параметров модели и определить коэффициенты передачи каждого входного параметра на кинетические параметры резиновой смеси [3]. На рис. 2 представлена структурная схема объекта управления, где х1, х2 обозначены максимальный момент и константа кинетики вулканизации, и1, и2, и3 соответственно объем дозировок серы, сульфенамида и белил цинковых.

Периодичность отбора данных для системы управления равна одним суткам. Длительность приготовления партии резиновой смеси - двое суток. Таким образом, по управляющему воздействию имеется транспортное запаздывание, равное двум периодам опроса, что соответствует передаточной функции W(p) = е рх, где 1 = 2. Структурная схема системы управления приведена на рис. 3.

Математическое моделирование работы системы при подаче единичных возмущающих воздействий показало, что система отрабатывает их без остаточной ошибки. Система реализована на ОАО «Балаковорезинотехника».

Рис. 3. Структурная схема системы управления характеристиками резиновой смеси

Система управления процессом получения вибродемпфирующих материалов

(ВДМ). На основании анализа временных рядов характеристик ВДМ, которые выпускаются на ОАО «Балаковорезинотехника» сделан вывод о том, что существующее технологическое оборудование и структура материала могут обеспечить необходимые характеристики вибродемпфирования. Для этого технологическая линия должна быть оснащена рядом измерительных и исполнительных механизмов и введена многоконтурная система управления. Для уменьшения дисперсии качественных показателей ВДМ требуется стабилизация технологического процесса [4].

Для обеспечения управления концентрацией реакционной массы на выходе буферной ёмкости - смесителя необходим канал управления. В качестве канала управления предлагается - дозировка битума в непрерывный буферный смеситель. Уменьшение подачи битума в дискретные смесители, при дополнительной подаче битума в буферный смеситель позволит управлять консистенцией пульпы с помощью системы управления.

Система управления должна решать следующие задачи: дозирование компонентов смеси; управление длительностью смешения; контроль однородности смеси; управление плотностью смеси; стабилизация ККП на заданном уровне.

Структурная схема системы приведена на рис. 4. В основу работы системы управления заложена закономерность изменения мощности, потребляемой электрическим двигателем мешалки буферного смесителя и выгрузочного шнека в процессе приготовления партии битумной смеси. В качестве прибора для измерения активной мощности двигателей предлагается использовать частотно регулируемый преобразователь, одним из выходных аналоговых сигналов которого, является сигнал активной мощности. Кроме того, применение в системе инвертора решает задачу управления и скоростью перемешивания. Таким образом, предлагаемая каскадная система путем стабилизации активной мощности двигателя шнека на заданном уровне обеспечивают стабилизацию композитного коэффициента потерь.

Г' I ^ I

^ Озад ^акт I 1

Kiзаn ___ _ __Т Т

-цу—Нуу2 -КхМУУЛ—Ндв|—Н з

ОУ!

Ж

Н^Н

ОУ2 ЬКЯ)

Д2

Рис. 4. Структурная схема получения вибродемпфирующего материала Элементы внутреннего контура: Д1 - датчик 1 (Ракт инвертор); УУ1 - управляющее устройство 1; Дв - двигатель асинхронный; З - задвижка; ОУ1 - объект управления1. Элементы внешнего контура: Д2 - датчик 2 (К лабораторный анализ); УУ2 - управляющее устройство2; СУ - система управления внутреннего контура; ОУ2 - объект управления 2

ЛИТЕРАТУРА

1. К вопросу автоматического управления процессом резиносмешения / В. А. Погонин, В.В. Удальцов, Н.С. Попов и др. // Процессы и оборудование для изготовления резиновых смесей: сб. науч. тр. / под ред. В. А. Ключарева, Е.Г. Вострокнутова. ЦНИИТЭнефтехим. М.: 1997. С. 69-72.

2. Андрашников Б.И.. Справочник по автоматизации и механизации производства шин и РТИ / Б.И. Андрашников. М.: Химия. 1981. 296 с.

3. Сочнев А.Н. Повышение стабильности характеристик резинотехнических изделий методами управления / А.Н. Сочнев, Г.М. Садчикова, В.П Бирюков // Каучук и резина. 2008. № 3. С. 46-49.

4. Бирюков В.П. Рассмотрение технологического процесса производства битумного вибродемпфирующего материала как объекта управления / В.П. Бирюков, А.А. Калюжный, Г.М. Садчикова // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. тр. Саратов, 2007. С. 13-18.

Садчикова Галина Михайловна -

кандидат технических наук, докторант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета

Sadchikova Galina Mihajlovna -

Candidate of Technical Sciences, doctoral candidate of the Department of «Automation and management of technological processes» of the Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011