Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертационная работа:

Давиденко Павел Николаевич. Исследование и разработка методов проектирования информационных систем на основе дозаторов дискретного действия : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05 Таганрог, 2005 192 с. РГБ ОД, 61:05-5/3136

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ,

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДОЗАТОРОВ ДИСКРЕТНОГО
ДЕЙСТВИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
17

  1. Обзор существующих методов дискретного дозирования 18

  2. Существующие направления развития систем управления дозаторов дискретного действия 2 6

  3. Анализ основных составляющих погрешности дозирования в дозаторах дискретного действия.. 29

  4. Анализ производительности и точности при различных методах набора дозы 32

  5. Анализ существующих методов повышения точности и производительности дозаторов дискретного действия с НПД от 100 до 5 000 кг 36

  6. Постановка цели и задач исследования 41

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА
КОМБИНАЦИОННОГО ДОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ
ДОЗАТОРОВ С НПД ОТ 100 ДО 5 000 КГ 44

2.1. Анализ погрешности дозирования дозаторов

дискретного действия 45

  1. Исследование динамической модели дозатора дискретного действия 50

  2. Выбор методов снижения случайной погрешности дозирования 53

2.1.3. Разработка методов снижения систематической

погрешности дозирования 55

  1. Формулирование требований к математической модели дозатора 60

  2. Исследование математической модели функционирования комбинационного дозатора 62

  3. Расчет параметров математической модели функционирования комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг 67

  1. Критерий выбора числа бункеров комбинационного дозатора 61

  2. Расчет параметров весоизмерительной системы комбинационного дозатора ; 69

  3. Анализ составляющих точности и производительности комбинационного дозатора . 13

  1. Разработка метода комбинационного дозирования для дозаторов с НПД от 100 до 5 000 кг 7 6

  2. Исследование параметров весоизмерительной системы комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг 86

  3. Выводы по главе 89

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЦИФРОВОГО

ТЕНЗОДАТЧИКА 91

  1. Определение требований к основным техническим параметрам цифрового тензодатчика 91

  2. Разработка структурной схемы цифрового тензодатчика 97

  3. Разработка метода расчета упругого элемента цифрового тензодатчика 99

  4. Разработка математической модели цифрового тензодатчика 106

3.5. Разработка алгоритмов программного обеспечения109

  1. Фильтрация оцифрованного сигнала, поступающего от АЦП 109

  2. Вычисление необходимого коэффициента масштаба и данных о взвешивании 110

  3. Преобразование полученных данных в протокол обмена по RS-485 111

  1. Экспериментальные результаты исследования.... 115

  2. Выводы по главе 115

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ КОМБИНАЦИОННОГО

ДОЗАТОРА С НПД ОТ 100 ДО 5 000 КГ 117

  1. Разработка метода расчета параметров структуры комбинационного дозатора 117

  2. Метод поверки комбинационного дозатора 123

  3. Выводы по главе 129

ГЛАВА 5. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ КОМБИНАЦИОННОГО

ДОЗАТОРА С НПД ОТ 100 ДО 5 000 КГ 130

  1. Постановка задачи имитационного моделирования 131

  2. Алгоритмы работы имитационной модели комбинационного дозатора с НПД от 100 до

5 000 кг .' 133

5.3. Особенности программы имитационной модели работы
комбинационного дозатора с НПД от 100 до

5 000 кг 141

  1. Анализ результатов имитационного моделирования^5

  2. Выводы по главе 153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 155

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 157

ПРИЛОЖЕНИЯ і 167

Приложение 1 167

Приложение 2 170

Приложение 3 171

Введение к работе:

Актуальность темы. Дозирование является одной из основных операций в технологических процессах различных отраслей промышленности. При производстве большого количества материалов и продуктов используются различные вещества, состав и масса порции которых определяет качество продукции. Большой ассортимент различной фасованной продукции, а также различные физические свойства самих продуктов, при необходимости достижения высокой точности и производительности, делает проблему дозирования одной из самых сложных. В условиях автоматизации производственных процессов взвешивание и дозирование материалов выполняется автоматическими весами, дозаторами дискретного действия (порционными дозаторами). Дозаторы дискретного действия широко применяются в производстве удобрений, пластмасс, красителей, комбикормов, строительных и других материалов. Кроме того, дозаторы дискретного действия используются для фасовки сыпучих материалов в мешки и пакеты при подготовке их к отправке с заводов-изготовителей различным потребителям продукции. Область применения дозаторов дискретного действия очень велика и расширяется по мере их совершенствования, таким образом, проблема исследования и разработки методов проектирования дозаторов дискретного действия является весьма актуальной.

При дозировании и транспортировке в контейнерах сыпучей продукции с разными значениями величин доз более 100 кг требуемая коммерческая точность доз значительно превосходит

среднюю для этого класса точность :0,5 - 1%. Для повышения точности дозирования ряд предприятий применяют систему контрольного взвешивания, что снижает производительность при отбраковке порций. После дозатора устанавливаются

контрольные весы [1], также применяется контрольное взвешивание автотранспорта после отгрузки в него продукта. Использование большегрузных автоматических дозаторов дискретного действия с коммерческой (высокой) точностью

дозировки :..0,1 - 0,2% без потери производительности дозирующей системы решило бы много проблем, связанных с контрольным взвешиванием на производстве. Широкое использование различных типов порционных дозаторов от 100 кг до 100 т в мартеновских цехах по производству различных сталей и чугуна, а также в строительной промышленности и агропромышленном комплексе [1,2,3], подтверждает необходимость исследования методов проектирования систем автоматического дозирования с наибольшим пределом дозирования (НПД) более 100 кг. Все это говорит об актуальности исследования проблем повышения точности и производительности в системах автоматического порционного дозирования с НПД от 100 до 5 000 кг.

В нашей стране основополагающие работы по исследованию проблем точности и производительности дозаторов дискретного действия были выполнены Н.Я. Гроссманом, Г. Д. Шныряевым [ 1 ] , СИ. Гаузнером и С. С. Кивилисом [ 3 ] , СП. Орловым [ 4 ] . В данных работах был рассмотрен автоматический режим работы дозаторов дискретного действия, который обеспечивается рычажно-механическими системами. Электронные системы управления в весовом дозировании получили интенсивное развитие с применением датчиков силы, позволяющих преобразовывать деформации упругого тела с тензорезистором (под действием массы продукта в бункере) в аналоговый сигнал. В работах В.А. Годзиковского [5], А.А. Цивина, Ю.Н. Базжина, А.Н. Кузнецова [б], А.Н. Давиденко [7] предложены методы расчета конструктивных параметров тензорезисторных датчиков, направленные на повышение точности. Следует

отметить работу Ю. Л. Полунова, В.Д. Гальченко [8], которые разработали и предложили различные методы построения основных узлов дозаторов дискретного действия. Основы проектирования автоматических дозаторов дискретного действия освещены в работе Н.Я. Гроссмана и Г. Д. Шныряева [1] . С развитием цифровых систем управления число работ, посвященных вопросам повышения точности и производительности дозаторов дискретного действия постоянно растет. Самыми перспективными и наукоемкими на сегодняшний день являются автоматические весовые дозаторы дискретного действия, построенные на комбинационном методе дозирования. Впервые они были разработаны в Японии в начале 70-х гг. XX в., сейчас проблемам комбинационного дозирования посвящены сотни патентов в ряде стран - США, Италии, Германии. В нашей стране исследование комбинационного метода дозирования отражено в работах Б.Н. Синицына и Г. П. Разумовского [2], П.Л. Иванова и А.Н. Сахарова [9,11], А.В. Шечкова [10]. Небольшое число работ в России, посвященных комбинационному методу дозирования, говорит о недостаточном исследовании предмета. В существующих работах не отражены методы построения весоизмерительной системы комбинационного дозатора. Развитие комбинационных дозаторов как высокоточного и производительного метода дозирования открывает новые области применения, требующие дополнительного исследования для использования комбинационного метода дозирования в таких областях, как большегрузное дозирование с НПД от 100 до 5 000кг.

Дозаторы дискретного действия разрабатывают и выпускают ряд известных фирм таких как: "Бестром", "Сигнал-пак", "Русская трапеза", АООТ "Упаковочные машины", ОАО "345 Механический завод", "ТЕХПАК", "Тензо-М", ЗАО "СКТБ ВИТ с ОП". Основными направлениями в развитии дозаторов

дискретного действия были и остаются повышение производительности и точности величины дозы [1,2,4]. Характерной особенностью современных дозирующих систем является автоматизация процесса дозирования, использование в дозаторах цифровых систем управления, которые значительно превосходят по параметрам точности и производительности механические дозаторы [12]. В прил. 1 приведены технические параметры выпускаемых крупными российскими и зарубежными фирмами автоматических дозаторов дискретного действия и их технические параметры, взятые из рекламных проспектов.

Анализируя весь спектр представленных дозаторов дискретного действия, можно сделать выводы: 1.Наибольшей точностью и универсальностью обладают

дозаторы весового типа. 2. Дозаторы весового типа используют тензометрические

датчики (ТД). 3.Наибольших показателей точности в сочетании с высокой

производительностью ( 0,1%, 120 доз/мин) достигают в области дозирования от 20 до 15 000 г, применяя относительно новый принцип весового дозирования - комбинационный [2,10]. Выпускаемые дозаторы дискретного действия (прил. 1) по НПД условно можно разбить на три класса:

10 -15 000 г;

15 -100 кг;

100 -5 000 кг.

Анализируя точность дозирования дозаторов дискретного действия согласно классу НПД и производительности, можно составить табл. 1.

Таблица 1

Точность дозирования,%

л в о о

о к и І

S ^

О В)

ft о

До 5

10 - 15 000 г

Весовой

Я S

Я S

id >s о к

Объемный

I о

и о к ф

в а и и

15 - 100 кг

Весовой

о к

0,5 -1

100 - 5 000 кг

Весовой

I о

ft і

Ш ft К Ф

KID S »

ТО I

0,5

До 20

0,5

1 1,5

До 80

1 1/5

0,05 -0,1

1,5 2

до 140

ОД -0,2

1 -1,5

Из таблицы видно, что самых высоких показателей точности (до 0,1%) и производительности добились в классе дозаторов от 10 до 15 000 г, наиболее точная и высокопроизводит ельная система в этом классе дозаторов - это комбинационный весовой дозатор. Самые низкие показатели точности (в среднем :1%) и производительности имеют дозаторы класса с величинами доз от 100 до 5 000 кг. Однако некоторые даже известные фирмы, выпускающие такие дозаторы, не показывают в своих рекламных проспектах точность своих систем или указывают точность весоизмерительной системы, а не отгружаемой дозы в целом. Все это говорит о проблемности в разработке дозаторов данного класса.

Проблема точности дозирования и производительности связаны между собой. Для дозатора высокой точности

дозирующая система должна обеспечивать малую величину потока подачи дозируемого продукта, что в 2-10 раз уменьшит производительность всей системы, такой подход в современном производстве не находит применения. Оптимальное решение задачи высокой точности дозирования без потери производительности в дозаторах класса НПД от 100 до 5 000 кг не найдено в сравнении с дозаторами НПД от 10 до 15 000 г, то есть данная проблема не достаточно исследована.

Введение в действие нового ГОСТ 10223-97 [13] добавило много сложностей для разработчиков дозаторов дискретного типа [12]. Так, для дискретных дозаторов класса точности

0,4 и — = 10 (НмПД - наименьший предел дозирования)

НмПД

удовлетворяет весоизмерительный канал с числом поверочных

делений (Ne) не менее 5 000, что само по себе является

сложной задачей, требующей новых и нестандартных решений с

применением высокоточных тензодачиков. Применение

высокоточных ТД обуславливает использование в

весоизмерительном канале дозаторов дискретного действия -

цифровых тензодатчиков (ЦТД) [24,94]. ЦТД обладают высокой

точностью от 3 000 до б 000 поверочных делений. Применение

современных ЦТД является актуальным направлением в развитии

весоизмерительной техники. Исследование проблем разработки

и проектирования ЦТД является необходимым условием

дальнейшего совершенствования дозаторов дискретного

действия.

Объект исследования. Объектом исследования являются:

поиск путей повышения точности и производительности в дозаторах дискретного действия с НПД от 100 до 5 000 кг;

развитие теоретических положений по расчету и проектированию комбинационных дозаторов с НПД от 100 до 5 000 кг;

разработка технических решений по интеллектуальному цифровому тензодатчику, а также методам их расчета.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являются разработка и исследование методов проектирования информационных систем на основе дозаторов дискретного действия.

Диссертационная работа направлена на повышение точности и производительности в дозаторах дискретного действия с НПД от 100 до 5 000 кг за счет разработки и исследования метода комбинационного дозирования для дозаторов с НПД от 100 до 5 000 кг.

Исходя из изложенного выше, для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

разработка метода анализа погрешности дозирования для
дозатора дискретного действия с НПД от 100 до 5 000

кг;

разработка и исследование математической модели комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

разработка метода расчета высокоточного ЦТД;

разработка метода построения структуры комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

разработка имитационной модели комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг.

Методы исследования. Для решения поставленных задач используются методы математической статистики, вероятностные методы расчета случайного процесса дозирования комбинационным дозатором и метод сил. Кроме аналитических методов в исследовании используются

имитационное моделирование и эксперименты на конкретных объектах.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения и результаты:

метод анализа погрешности дозатора дискретного действия с НПД от 100 до 5 000 кг;

метод расчета параметров комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

структурная схема комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5000 кг;

имитационная модель комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

структурная схема ЦТД и метод расчета упругого элемента ЦТД;

математическая модель ЦТД.

Научная новизна. Научная новизна предлагаемой работы заключается в получении следующих научных результатов:

предложен метод анализа погрешности дозаторов дискретного действия;

разработан метод компенсации систематической погрешности дозирования;

предложен метод комбинационного дозирования для дозаторов с НПД от 100 до 5 000кг и разработана математическая модель комбинационного дозатора;

разработана структурная схема комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

предложен алгоритм выбора годной комбинации бункеров комбинационного дозатора;

осуществлено имитационное моделирование комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

предложен метод расчета параметров комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг;

предложен метод определения параметров ЦТД повышенной точности;

разработан алгоритм расчета упругого тела ЦТД с наибольшим пределом взвешивания (НПВ), равным 2 000 кг.

Практическая ценность работы:

  1. Изготовлен ЦТД с НПВ 2 000 кг, при расчете упругого тела которого использован метод определения основных геометрических параметров упругого тела.

  2. Разработана цифровая весоизмерительная система.

  3. Создана имитационная модель комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг.

Акты внедрения прилагаются.

Использование результатов работы. Теоретические и практические результаты работы использованы в рамках выполнения договорных обязательств ЗАО "СКТБ ВИТ с ОП", ОАО "Весоизмеритель" при разработке и изготовлении АСУ вагонных весов, работающих в режиме дозирования с НПД 100 000 кг, ОАО "Армалит" в изготовлении товарных весов НПВ. 5 000 кг, при непосредственном участии автора, что позволило повысить эффективность выполнения договорных обязательств.

Апробация работы и публикации. Оригинальность предложенных принципов и методов подтверждается полезными моделями и патентом [14,15,16].

Результаты диссертационной отражены в публикациях [17,18,20,53].

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Всероссийская научно-практическая конференция
"Современное оборудование для механических испытаний

материалов, конструкций и сооружений" НИКЦИМ Точмашприбор. Армавир, 2000 г.

Межвузовская научно-практическая конференция КубГТУ. Армавир, 2001 г.

Межрегиональный семинар по современным проблемам математики и информатики. АГПУ. Армавир, 2003 г .

XLIX Научно-техническая конференция. ТРТУ. Таганрог, 2003 г.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель и задачи работы.

В первой главе диссертационной работы приведен обзор методов дискретного дозирования и отмечен комбинационный метод дозирования как отвечающий требованиям заданной точности и производительности. Проанализированы направления в развитии систем управления процессом дискретного дозирования и отмечена перспективность использования в дозаторах дискретного действия ЦТД. Проведен обзор источников погрешности дозирования и сделан вывод о необходимости разработки математического метода анализа погрешности дозаторов дискретного действия. Выполнен анализ существующих методов повышения точности и производительности в дозаторах дискретного действия с НПД от 100 до 5 000 кг. В заключение главы поставлены задачи исследования.

Во второй главе представлен анализ основных составляющих случайной погрешности дозаторов дискретного действия, предложена динамическая модель дозатора дискретного действия, аналитически выведена формула случайной погрешности дозатора. Для снижения

систематической погрешности дозирования предложен и описан алгоритм работы системы управления дозатором. Исследована математическая модель комбинационного дозатора. Разработан метод комбинационного дозирования для дозаторов с НПД от 100 до 5 000 кг.

В третьей главе разработана модель и структурная схема ЦТД. Выработаны технические требования к параметрам ЦТД. Предложена метод расчета упругого элемента ЦТД. Разработан алгоритм программного обеспечения фильтрации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и масштабирования методом кусочно-линейной аппроксимации. Приведены результаты экспериментальных исследований.

В четвертой главе на основе предложенного метода комбинационного дозирования и математической модели представлен метод синтеза структурных элементов комбинационного дозатора. Предложена .структура комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5000 кг. Представлен метод поверки комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг.

Пятая глава диссертационной работы посвящена разработке имитационной модели комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг. Предложен алгоритм подбора годной комбинации бункеров комбинационного дозатора. Проведены исследования на имитационной модели и сделаны выводы по синтезу оптимальных параметров структуры комбинационного дозатора с НПД от 100 до 5 000 кг.

Подобные работы
Калашников Вячеслав Сергеевич
Исследование и разработка методов проектирования быстродействующих вычислительных узлов для реализации отказоустойчивых систем на основе модулярной арифметики
Ласточкин Олег Викторович
Исследование и разработка методов проектирования специализированных модулярных вычислительных блоков на основе автоматизированной генерации функциональных описаний
Стрепетов Сергей Федорович
Разработка и исследование методов проектирования микропроцессорных контроллеров
Овчинников Сергей Владимирович
Усовершенствование методов проектирования электромагнитных исполнительных механизмов и их разработка для электронных систем управления транспортным дизелем
Мд. Абдул Малек
Исследование и разработка методов распознавания символов в ортокоординатной ассоциативной среде
Асатрян Эдик Хачикович
Исследование и разработка метода и устройств переобразования массового расхода на основе информационных свойств поступательно-вращательных потоков
Жуков Артем Владимирович
Исследование и разработка методов параметрической оптимизации многоканальных информационно-измерительных систем
Шехурдин Антон Александрович
Исследование и разработка методов и средств контроля погасания пламени промышленных печей на основе оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами
Анисимов Игорь Юрьевич
Исследование и разработка методов поведенческого синтеза конвейерных схем для цифровой обработки видеоизображений
Самойлов Алексей Николаевич
Исследование и разработка метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net