Технические науки/12.Автоматизированные системы управления на производстве.

Євтушенко В. В., асп.

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка, Україна

Стан проблеми автоматизації керування скловарною піччю та шляхи її вирішення

Сучасне виробництво скла неможливе без технічного аналізу матеріалів та оперативного контролю технологічних процесів, що протікають під час виробництва скляних виробів. Від надійності та швидкості такого аналізу та контролю залежить не тільки якість скла та скляних виробів, але й ефективність процесів їх виготовлення, тому саме автоматичний контроль процесу виробництва дозволяє своєчасно вносити корективи в хід технологічного процесу та якісно впливати на результати роботи [1].

Аналіз роботи сучасних заводів по виробництву скла показує, що для правильної організації технологічних процесів, забезпечення технологічного прогресу виробництва, подальшого покращення якості скляних виробів необхідно комплексне застосування методів автоматичного контролю виробництва [2—8].

Університети, дослідницькі центри і відділи по розробці нових технологій постійно шукають шляхи для удосконалювання надійності, якості і повторюваності виробничого процесу скловаріння з метою задоволення постійно зростаючих потреб скловарної індустрії [9].

Скловаріння ведеться при температурах порядку 1400°—1600° С. У ньому розрізняють три стадії:

– перша стадія — провар, або варіння у власному сенсі слова, коли відбувається хімічна взаємодія між складовими частинами шихти й утворення в’язкої маси;

– в другій стадії, яка зветься очищенням або освітленням, відбувається видалення бульбашок, а також розчинення ще залишившихся нерозчиненими зерен піску; у цій стадії скло знаходиться в печі протягом декількох годин при найбільш високій температурі;

– третя, заключна, стадія — студка скломаси, коли вона охолоджується до такої температури (у залежності від процесу виробництва і, отже, в'язкості), при якій стає можливим і найбільш зручним виготовляти з неї ті або інші вироби [2].

Варіння скла проводиться в скловарних печах. Вибір того або іншого типу печі обумовлюється видом застосовуваного палива, асортиментом виробів, розмірами виробництва та інше.

Основними параметрами автоматичного керування режимом скловарної печі являються: кількість і відношення витрат палива та повітря, температура газу та повітря в регенераторах, тиск та склад газу в печі, сталість рівня скломаси у ванні.

Кожний з наведених вище параметрів впливає на температуру в печі, тому, регулюючи їх у сукупності, можна забезпечити сталість температурного режиму варіння скломаси і, отже, належну її якість. Проблема полягає у тому, що, як правило, сучасні виробничі процеси скловаріння характеризуються величезним різноманіттям динамічно взаємодіючих параметрів і звичайно занадто складні для створення адекватних аналітичних моделей [10].

Актуальність проблеми автоматизації керування процесом скловаріння обумовлена як економічними (зниження витрат енергоносіїв та частки бракованої продукції, як наслідок зменшення собівартості одиниці продукції) так і екологічними (зменшення викидів парникових газів, зокрема СО₂, та покрашення загальної екологічної ситуації у регіоні) чинниками.

Автоматичне керування роботою скловарної печі дозволяє підвищити якість скломаси, збільшити випуск виробів та ін.

В практиці керування процесом варки скла можливим є якісно новий підхід до прийняття рішення – від умов найгіршого, самого тяжкого випадку до оптимального дозування управляючих впливів у відповідності з характером збурень під час процесу, прогнозування розвитку аварійних процесів і адаптації механізму керування до поточного режиму скловарної печі.

Замість регулювання кожного з наведених параметрів процесу скловаріння окремо за допомогою різних систем, доцільніше використовувати єдину САК. Розвиток математичних методів та засобів обчислювальної техніки, поява сучасних швидкодіючих мікропроцесорів та їх удосконалення дозволяють у значній мірі зняти обмеження на якість керування.

Більшість систем не тільки нелінійні та нестаціонарні, але взагалі погано визначені.

При рішенні задач керування функціонуванням скловарної печі необхідно виходити зі специфіки розглядаємого об'єкта - великої складної системи, яка характеризується стохастичністю поводження і швидкоплинністю процесів, що протікають у ній, наявністю досить глибоких внутрішніх зв'язків і великим числом взаємозалежних і взаємодіючих між собою елементів. В даний час основним формалізованим засобом аналізу функціонування і керування режимами печі є математичне моделювання, основу якого складає сукупність математичних моделей, що адекватно відбиває досліджувані процеси в печі.

Підвищення складності сучасних скловарних печей, тенденція до комплексного розгляду процесів, що відбуваються в них, і жорсткість вимог до оперативності розрахунків приводить до об'єктивних труднощів побудови і використання математичних моделей, що використовують мову традиційної математики, тобто системи диференціальних і алгебраїчних рівнянь. Створення таких математичних моделей припускає наявність апріорних знань основних функціональних зв'язків у досліджуваних процесах і всіх особливостях середовища, у якому діє моделюємий об'єкт. Якщо для простих систем маються досить добре розроблені традиційні точні методи побудови їхніх адекватних моделей, то для складних систем потрібні зв'язки часто невідомі, недостовірні або нестабільні. Це викликано тим, що при вивченні характеристик складних систем досить важко розчленовувати їх на незалежні складові, у силу того, що складна система в цілому має якості, не властиві окремим її елементам. І, нарешті, якщо зазначені перешкоди усе-таки переборені, то ресурсів часу, як правило, не вистачає не тільки для роботи в реальному масштабі часу, але і для завершення «рахунка» у прийнятний час. Звідси випливає основне протиріччя сучасного моделювання, а саме протиріччя між необхідністю обліку дії великого числа факторів для забезпечення адекватності моделі реальним процесами функціонування складних систем і необхідністю швидкого одержання надійних результатів.

Література

1. Гинзбург Д. Б. Стекловаренные печи. – М.: Стройиздат, 1967. – 340 с.

2. Бут Л. М., Полляк В. В. Технология стекла. – М.: Стройиздат, 1971 *– 367 с.

3. Гулоян Ю. А. Эффективность технологических процессов в производстве стеклянных изделий. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 168 с.

4. Гущин С. Н. Теплотехника стекловаренных печей. – Екатеринбург: УГТУ, 1998. – 176 с.

5. Лаптев В. И. Автоматический контроль и регулирование технологических параметров в производстве стеклотары. – М.: Легкая индустрия, 1977. – 151 с.

6. Трошин Н. Н., Горина И. Н., Сергеева Л. С., Повиткова Л.Я. Контроль производства и качества изделий из стекла: Учебник для техн. училищ. – М.: Высшая школа, 1984. – 127 с.

7. Саркисов П. Д., Агарков А. С. Технический анализ и контроль производства стекла и изделий из него.: Учебное пособие для техникумов. – М.: Стройиздат, 1976. – 222 с.

8. Панкова Н. А., Михайленко Н. Ю. Теория и практика промышленного стекловарения: Учебное пособие / РХТУ им. Д. И. Менделеева. М., 2000. – 102 с.

9. http://www.tno.nl/industrie_en_techniek/productieoptimalisatie_in/glas_en_keramische_techno/tno_glass_publications/GPC2001EbenchBeerkenspaper2.pdf

10. Гулоян Ю. А. Технология стеклотары и сортовой посуды. Учебник для техникумов. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – 264 с., ил.