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
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Яшин Евгений Николаевич. Моделирование и оптимизация режимов многозонных электрических печей : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Тамбов, 2006 144 с. РГБ ОД, 61:07-5/529

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1 Электрические печи непрерывного действия 9

1.2 Математическое описание процессов в электрических печах 14

1.3 Повышение безотказности систем управления 20

1.4 Оптимальное управление режимами электрических печей непрерывного действия 25

1.5 Методы и средства измерений 28

1.6 Виртуальные приборы и системы 33

1.7 Постановка задачи исследования 36

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИНАМИКИ 38

2.1 Описание объекта и анализ его работы 38

2.2 Моделирование процессов нагрева в проходных печах 44

2.3 Идентификация моделей динамики 51

2.4 Нечеткая модель прогнозирования отказов нагревательных элементов 56

Выводы по разделу 64

3. АНАЛИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ 65

3.1. Постановка задач оптимального управления 65

3.2 Анализ практической управляемости 69

Выводы по разделу 81

4 СИНТЕЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ 82

4.1 Задачи синтеза оптимального управления 83

4.1.1 Задача синтеза ОУ на стадии проектирования 83

4.1.2 Задачи оперативного синтеза 88

4Л.З Задачи синтеза алгоритмического обеспечения з

4.2 Разработка системы оптимального управления печью 94

4.3 Реализация системы управления печью 107

Выводы по разделу 110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

АББРЕВИАТУРЫ 114

ЛИТЕРАТУРА 115

ПРИЛОЖЕНИЯ 127

Приложение 1 Печь многозонная двухканальная 128

Приложение 2 Идентификация модели динамики 131

Приложение 3 Конфигурация температурного поля печи 132

Приложение 4 Факторы, влияющие на параметры терморезисторов 134

Приложение 5 Технические средства 135 

Введение к работе:

В массовом и крупносерийном производстве промышленных изделий широко используют электрические печи непрерывного действия (ЭПНД). В таких печах обрабатываемые заготовки движутся через печь непрерывно. ЭПНД, как правило, хорошо механизированы и автоматизированы, могут встраиваться в поточные и автоматизированные линии [1,2].

Электронагрев менее экономичен по расходу энергоносителя (уголь, газ, нефть) на тонну заготовок, чем пламенный. Это объясняется некоторой потерей энергии на пути от электростанции до конечного потребителя. Однако имеется целый ряд положительных качеств электронагрева, которые объясняют его широкое распространение. А именно [3-5]:

• высокое качество нагрева, отсутствие загрязнений, широкий диапазон температур, возможность нагрева в присутствии инертных газов, в вакууме и т.д.;

• гибкость и высокая точность управления, малая инерционность процесса, практически отсутствуют задержки по каналам управления, возможностью точного дозирования энергии, наличием нескольких каналов управления;

• сбережение материалов, трудовых и, во многих случаях энергетических ресурсов, удобство доставки (затраты только на прокладку электропроводки и ее дальнейшее обслуживание), уменьшение потерь материала в процессе нагрева, повышение качества продукции, увеличение производительности;

• уменьшение вредных воздействий на окружающую среду и улучшение условий труда обслуживающего персонала. Необходимо добавить, что для многих производственных процессов (например, при изготовлении полупроводников, позисторов, керамических радиоэлементов, обжиге магнитопроводов) получение изделий заданного качества возможно только с применением электронагрева [6-9].

Конструктивно ЭПНД представляет собой тепловую камеру, разделенную на зоны, имеющие отдельные органы регулирования и контроля, с помощью которых устанавливается заданная температура в каждой зоне. Обрабатываемые заготовки последовательно проходят через все зоны печи, двигаясь непрерывно или дискретно. Управляющие воздействия, подаваемые на нагревательные элементы соответствующих зон печи, создают требуемое распределение температуры по длине печи, которое прикладывается к заготовкам при продвижении их через печь.

Для ЭПНД в основном применяется метод электронагрева сопротивлением. При электронагреве сопротивлением различают прямой нафев (электрический ток протекает непосредственно по нагреваемому телу) и косвенный (ток проходит по специальному нагревателю и выделяемое в нем тепло передается нагреваемому телу теплообменом). При косвенном нафеве выделяют три вида теплообмена: конвекцией, излучением и теплопроводностью. Определяющее значение для низких температур (до 600°С) имеет нафев конвекцией, при высоких (свыше 1300°С) - излучением.

По типу применяемого нафевательного элемента широкое распространение получили следующие нафевательные печи [10].

- Печи с трубчатыми стержневыми нафевателями. Нафеватели открыто устанавливаются в просфанстве печи, а выводы закрепляются в противолежащих стенках. По такой схеме делается большинство современных печей. Конструкция обеспечивает максимально возможную температуру для данного типа нафевателей. Особое внимание здесь следует уделять качеству трубчатых нафевателей и надежности креплений. При их эксплуатации должны выполняться офаничения на максимально допустимые значения поверхностной мощности. - Печи с нагревателями, расположенными в пазах стенок. По характеристикам они незначительно уступают печам с трубчатыми стержневыми нагревателями, но более удобны для изготовления. В этих печах следует надежно закреплять нагреватели, т.к. при высоких температурах они имеют тенденцию «выпрыгивать» из пазов.

- Печи с нагревателями, заформованными в стенки. Применяются монолитные камеры коробчатой формы, а также камеры в виде отдельных стенок. Причем необязательно все стенки являются обогреваемыми, в некоторых конструкциях достаточно двух. Температура в таких печах ниже, чем при использовании открытого нагрева. Для стенок используется материал с высокой теплопроводностью, это снижает перегрев нагревателей, а также способствует более равномерному распределению температуры.

Повышение основных показателей, характеризующих эффективность функционирования ЭПНД, достигается за счет [2-5]:

• улучшение основных теплотехнических принципов реализации технологических процессов в печах;

• увеличение единичной емкости, мощности и производительности электропечей; при увеличении их размеров производительность растет быстрее, чем тепловые потери;

• комплексная механизация и автоматизация процессов;

• переход к нагреву в вакууме и искусственных средах;

• оптимизация параметров технологических процессов и режимов оборудования;

• внедрение ЭВМ для управления электрическими тепловыми объектами, что позволяет снизить расход электроэнергии на 3-10% [5];

• повышение качества нагрева, строгое соблюдение требуемых температурных профилей по рабочему объему оборудования, выход на заданный режим за минимальное время;

• повышение надежности и долговечности оборудования; • уменьшение тепловых и электрических потерь за счет применения высокоэффективных материалов.

Большинство этих способов реализуется только на этапе проектирования, после начала эксплуатации печи возможности повышения ее эффективности значительно сокращаются. В ходе процесса реинжиниринга ставится цель улучшить основные показатели эффективности ЭПНД без существенного изменения конструкции печи. Среди доступных методов достижения требуемых целей является оптимизация режимов и компьютеризация технологических процессов термообработки [11-13].

Оптимизация режимов заключается в выборе значений температур в зонах и скорости движения заготовок, способствующих наиболее рациональному использованию электрической энергии и получению изделий высокого качества. Например [1], если общая производительность цеха определяется производительностью ЭПНД, то для ее увеличения необходимо проводить интенсификацию нагрева. Если же общая производительность цеха определяется другими процессами, то цель оптимизации состоит в нагреве заготовок за заданное время при максимальном качестве продукции и минимальных затратах энергии. В первом случае имеет место задача максимального быстродействия, во втором - задача энергосберегающего управления. На управляющие воздействия и выходные показатели наложены ограничения, поэтому решение данных задач возможно только с применением специальных математических методов. Компьютеризация способствует внедрению оптимального управления объектами и позволяет повысить их точность и надежность.

Как объекты оптимального управления ЭПНД имеют ряд особенностей [2-4]: большое энергопотребление, существенную долю времени работы занимают динамические режимы, имеется значительная инерционность и нелинейность, математическая модель имеет вид дифференциальных уравнений в частных производных и т.п. Все эти факторы значительно усложняют процесс автоматизации и требуют привлечения современных достижений науки и техники. 

Подобные работы
Точка Владимир Николаевич
Математическое моделирование и оптимизация технологических режимов производства активированного угля (На примере установки МИДАС-250)
Култаев Беркин Баянгалиевич
Математическое моделирование, оптимизация, управление и диагностика воздушного конденсатора паросиловой установки
Семенова Елена Георгиевна
Методология алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов
Гаврилова Татьяна Ивановна
Моделирование и оптимизация характеристик управляемости водоизмещающих судов
Копейкин Дмитрий Викторович
Моделирование и оптимизация технологического процесса отбелки целлюлозы для проектирования и совершенствования отбельных установок
Проснева Марина Кузьминична
Повышение производительности функционирования автоматизированных технологических систем путем моделирования и оптимизации технических решений
Васецкий Виктор Витальевич
Моделирование и оптимизация диспетчерского управления многостадийным вагоноремонтным производством
Ломаш Дмитрий Алексеевич
Автоматизация взаимодействия железной дороги и морского порта на основе мультиагентной оптимизации и имитационного моделирования
Кручинин Александр Юрьевич
Оптимизация режимов работы каротажных станций на основе анализа сложности идентификации состояния буровой скважины
Осипова Юлия Александровна
Оптимизация переходных режимов работы индукционных нагревательных установок методического действия

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