Идентификация камерной сушилки для тепловой обработки керамического кирпича как объекта управления
- Авторы: Парфенов Н.Е.1, Назаров М.А.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 1 (2023)
- Страницы: 191-191
- Раздел: Прикладная математика и математическое моделирование
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/422590
- ID: 422590
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Керамический кирпич является одним из наиболее востребованных материалов, применяемых при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений. Его производство включает несколько основных этапов: подготовка; увлажнение; гомогенизация глинистого сырья; добавление и смешивания сырья с добавками, улучшающими структуру и физические свойства кирпича; вакуумирование; формование; сушка и обжиг. Сушка является одной из наиболее важных стадий общего технологического процесса, во время которого происходит извлечение влаги из сырца. Неравномерность влагосодержания в изделии приводит к образованию зон внутренних напряжений, появлению трещин и других дефектов в готовых изделиях как на этапе сушки, так и при последующем обжиге. Избежать возникновения подобных дефектов, очевидно, возможно путем применения систем автоматизации, однако существующие методы управления процессами в камерной сушилке не позволяют достичь требуемых показателей качества кирпича и не достигают целей по снижению удельных энергетических затрат. Решить эту проблему предлагается за счет совершенствования системы управления процессом сушки, что невозможно осуществить без предварительной идентификации процесса как объекта управления.
Цель — уменьшение количества дефектов кирпича, возникающих на этапе сушки, в условиях достижения минимально возможного потребления энергии за счет модернизации системы автоматического управления технологическим процессом.
Методы. На основании анализа процесса выделен объект управления, под которым понимаем технологический процесс сушки керамического кирпича в камерной сушилке. Определены выходные координаты — влажность и температура высушиваемого материала и среды внутри камеры сушки; управляющие воздействия — расходы греющего агента и холодного воздуха; возмущения — исходная влажность и температура заготовок после формования, а также температура среды в камере, окружающая сырец, до начала процесса сушки. Сформулированы обоснованные допущения и упрощения, принятые при математическом моделировании процесса. Разработана расчетная схема процесса.
Результаты. С учетом принятых допущений на основании материального и энергетического балансов разработано математическое описание процесса сушки керамического кирпича в камерной сушилке как объекта управления в виде уравнений. С использованием полученных аналитических зависимостей составлена структурная схема математической модели объекта управления. В пакете прикладных программ Matlab Simulink проведен ряд вычислительных экспериментов по исследованию динамики изменения влажности сырца, температуры сырца и температуры внутренней среды камеры при различных величинах расхода греющего агента.
Выводы. Полученное математическое описание технологического процесса сушки керамического кирпича в дальнейшем может быть использовано при создании структур, разработке эффективных алгоритмов работы, структурном и параметрическом синтезе регуляторов систем управления, позволяющих обеспечить производство изделий требуемого качества в условиях достижения максимально возможной производительности и минимума энергетических затрат на единицу продукции.
Полный текст
Обоснование. Керамический кирпич является одним из наиболее востребованных материалов, применяемых при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений. Его производство включает несколько основных этапов: подготовка; увлажнение; гомогенизация глинистого сырья; добавление и смешивания сырья с добавками, улучшающими структуру и физические свойства кирпича; вакуумирование; формование; сушка и обжиг. Сушка является одной из наиболее важных стадий общего технологического процесса, во время которого происходит извлечение влаги из сырца. Неравномерность влагосодержания в изделии приводит к образованию зон внутренних напряжений, появлению трещин и других дефектов в готовых изделиях как на этапе сушки, так и при последующем обжиге. Избежать возникновения подобных дефектов, очевидно, возможно путем применения систем автоматизации, однако существующие методы управления процессами в камерной сушилке не позволяют достичь требуемых показателей качества кирпича и не достигают целей по снижению удельных энергетических затрат. Решить эту проблему предлагается за счет совершенствования системы управления процессом сушки, что невозможно осуществить без предварительной идентификации процесса как объекта управления.
Цель — уменьшение количества дефектов кирпича, возникающих на этапе сушки, в условиях достижения минимально возможного потребления энергии за счет модернизации системы автоматического управления технологическим процессом.
Методы. На основании анализа процесса выделен объект управления, под которым понимаем технологический процесс сушки керамического кирпича в камерной сушилке. Определены выходные координаты — влажность и температура высушиваемого материала и среды внутри камеры сушки; управляющие воздействия — расходы греющего агента и холодного воздуха; возмущения — исходная влажность и температура заготовок после формования, а также температура среды в камере, окружающая сырец, до начала процесса сушки. Сформулированы обоснованные допущения и упрощения, принятые при математическом моделировании процесса. Разработана расчетная схема процесса.
Результаты. С учетом принятых допущений на основании материального и энергетического балансов разработано математическое описание процесса сушки керамического кирпича в камерной сушилке как объекта управления в виде уравнений. С использованием полученных аналитических зависимостей составлена структурная схема математической модели объекта управления. В пакете прикладных программ Matlab Simulink проведен ряд вычислительных экспериментов по исследованию динамики изменения влажности сырца, температуры сырца и температуры внутренней среды камеры при различных величинах расхода греющего агента.
Выводы. Полученное математическое описание технологического процесса сушки керамического кирпича в дальнейшем может быть использовано при создании структур, разработке эффективных алгоритмов работы, структурном и параметрическом синтезе регуляторов систем управления, позволяющих обеспечить производство изделий требуемого качества в условиях достижения максимально возможной производительности и минимума энергетических затрат на единицу продукции.
Об авторах
Никита Евгеньевич Парфенов
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: parfenov0189@gmail.com
студент, группа 22СТФ-104М, строительно-технологический факультет
Россия, СамараМаксим Александрович Назаров
Самарский государственный технический университет
Email: nazarovm86@yandex.ru
научный руководитель, кандидат технических наук
Россия, СамараДополнительные файлы
