РАЗРАБОТКА  ИМИТАЦИОННОЙ  МОДЕЛИ  СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  УПРАВЛЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРОЙ  ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО  МАТЕРИАЛА  В  ЦИЛИНДРЕ  ЭКСТРУДЕРА  ПРИ  ПОМОЩИ  СРЕДЫ  VISSIM

Грыжов  Владимир  Константинович

кандидат  технических  наук,  доцент  ФГОУ  ВПО  ВФ  МГУТУ  им  К.Г.  Разумовского,  г.  Вязьма

Фролин  Дмитрий  Викторович

студент  4  курса  ФГОУ  ВПО  ВФ  МГУТУ  им  К.Г.  Разумовского,  специальности  «Автоматизация  технологических  процессов  и  производств»,  г.  Вязьма

E-mail: 

DEVELOPMENT  OF  A  SIMULATION  MODEL  OF  THE  SYSTEM  OF  AUTOMATIC  CONTROL  OF  TEMPERATURE  OF  THE  PROCESSED  MATERIAL  IN  THE  EXTRUDER  USING  VISSIM

Gryzhov  Vladimir  Konstantinovich

candidate  of  technical  sciences,  associate  professor  of  Moscow  state  University  of  technologies  and  management  them  K.G.  Razumovsky,  Vyazma

Frolin  Dmitry  Viktorovich

student  of  the  4th  of  Moscow  state  University  of  technologies  and  management,  specialty  «Automation  of  technological  processes  and  production»  them  K.G.  Razumovsky,  Vyazma.,  Vyazma

АННОТАЦИЯ

Цель  данной  работы,  представленной  в  статье,  является  стабилизация  и  поддержка  оптимальной  температуры  перерабатываемого  материала. 

Для  исследования  процесса  изменения  температуры  материала  и  разработки  имитационной  модели  системы  управления  применяется  среда  VisSim.

Представленная  структура  управления  позволяет  производить  общую  стабилизацию  температуры  цилиндра  экструдера  и  перерабатываемого  материала  до  необходимых  значений.

ABSTRACT

The  objective  of  the  work  presented  in  the  article,  is  to  stabilize  and  support  the  optimal  temperature  of  the  processed  material.

For  research  of  the  temperature  of  the  material  and  the  development  of  a  simulation  model  of  the  control  system  of  environment  is  used  VisSim. 

Presented  governance  structure  allows  the  overall  stabilization  of  the  temperature  of  the  cylinder  of  extruder  and  processed  material  to  the  required  values.

Ключевые  слова:  экструзия,  шнек,  расплав,  модель  системы  управления.

Keywords:  extrusion,  auger,  melt,  the  model  of  a  control  system.

В  производстве  изделий  из  полимеров  используется  экструзия  —  один  из  наиболее  перспективных  и  быстро  развивающихся  видов  переработки  пластических  масс.  В  настоящее  время  в  переработке  пластических  масс  наиболее  широко  используют  одношнековые  экструдеры  (рис.  1).

Термопластичный  материал  из  бункера  поступает  в  зону  загрузки  экструдера.  Вращающийся  шнек  увлекает  и  продвигает  материал  вдоль  цилиндра.  За  счет  трения  материала  о  стенки  цилиндра  и  поверхность  шнека,  а  также  при  помощи  нагревателей  материал  разогревается  до  температуры  плавления  полимера,  перемешивается  и  уплотняется.  Высокое  давление,  возникающее  в  уплотненной  зоне,  позволяет  продавить  вязкий  компаунд  через  фильеру.  Выдавленный  материал  (экструдант)  выходит  из  фильеры,  охлаждается  и  приобретает  окончательные  форму  и  размеры.

Рисунок  1  Общий  вид  экструдера  с  установленными  датчиками  и  нагревателями  сопротивления

По  характеру  протекающих  в  канале  экструдера  процессов  можно  условно  разделить  шнек  на  несколько  зон:

·     зона  питания  цилиндра  (транспортировка  еще  твердого  материала);

·     зона  плавления  полимера  (пластикация  смеси);

·     зона  дозирования  (выдавливание  расплава).

Такое  разнообразие  технологических  процессов  предполагает  наличие  большого  количества  основных  и  дополнительных  управляемых  параметров.

Поэтому  современные  экструдеры  необходимо  снабжать  эффективными  системами  автоматического  контроля  и  управления  загрузкой  компонентов,  температурой  пластиковой  смеси,  давлением  расплава  (скоростью  вращения  шнека)  и  т.  д.

При  вращении  шнека  образуется  трение  материала  о  стенки  цилиндра  и  поверхность  шнека,  что  влечет  за  собой  повышение  температуры  перерабатываемого  материала;  которое  может  привести  к  браку  продукции  (если  готовое  изделия  получают  методом  экструзии)  и  усилению  износа  движущихся  частей  машины.

В  данной  статье  приводятся  некоторые  результаты  исследований,  позволяющие  выполнить  индетификацию  объекта  управления  и  оптимизировать  процессы  переработки  полимерных  материалов  на  основе  автоматизации  процесса  экструзии,  а  так  же  осуществить  подбор  оптимального  режима  работы  оборудования.

Для  этого  были  проведены  замеры  температуры  расплава  во  время  процесса  переработки  в  зоне  дозирования  шнека  (при  постоянных  глубине  канала  шнека  h=2,38  и  размере  цилиндра  L=13D)  путем  погружения  датчика  температуры  ТХК  (термопара  хромель  —  копель)  и  использованием  регулятора  температуры  ТРМ  138.(рис.  2).

Рисунок  2  Установка  контрольного  датчика  в  зону  дозирования  шнека  эктрудера

Экспериментальные  данные  исследования  зависимости  выходной  переменой  от  времени  ОУ  при  постоянном  входном  воздействие  на  объект  представлены  в  таблице:

Таблица  1. 

Экперементальные  температурные  данные

Так  же  проводилось  имитационное  моделирование  системы  управления  стабилизации  температуры  перерабатываемого  материала.

С  целью  поддержания  желаемой  температуры,  при  изменении  числа  оборотов  шнека,  в  цилиндр  и  шнек  экструдера  предлагается  использовать  один  из  способов  охлаждение:

1.  1.Однородное  —  охлаждается  либо  цилиндр,  либо  шнек;

2.  Комбинированное  —  охлаждается  цилиндр  и  шнек.

На  основании  экспериментальный  данных  процесса  охлаждения  материала  (таблица  2)  была  разработана  модель  системы  управления.

Таблица  2. 

Эксперементальные  температурные  данные  зоны  дозирования  шнека  экструдера  в  процессе  переработки  материала

Модель  системы  управления  реализована  с  применением  стандартного  логического  блока  >=. 

Параметр  Т_n  —  задаваемое  значение  температуры  перерабатываемого  материала.

Выходной  (реальный)  температурный  сигнал  с  объекта  управления  по  каналу  обратной  связи  поступает  на  один  из  входов  логического  элемента,  где  происходит  качественное  сравнение  реального  и  задаваемого  значения  температуры.  Если  в  пределах  погрешности  эти  значения  равны,  то  система  работает  без  корректировки.  В  противном  случае,  в  блоке  сумматора    определяется  ошибка  рассогласования  и  система  управления  выводит  значение  выходного  параметра  (Т,  ⁰С)  к  заданному  Т_n  (рис  3).

Рисунок  3  Система  управления  объектом  в  среде  VisSim

Элементы  системы  управления  свернуты  в  составной  блок  “stabilisator”.

На  диаграмме  рис.  4  представлены  графики  температуры  с  применением  системы  управления  и  без  нее.

Рисунок  4.  Графики  значений  температуры  объекта:  1.  график  значений  температуры  без  системы  управления;  2.  график  управляемых  значений  температуры

Из  графиков  видно,  что  стабилизация  температуры  наступает  постепенно  (в  интервале  времени  28—50  мин.),  и  уже  при  плавном  переходе  на  вторую  ступень  числа  оборотов  достигает  желаемого  значения.

Рисунок  5  Объект  управления  и  система  управления  в  среде  VisSim

Объект  управления  является  многомерным,  и  соответственно,  система  управления  многомерная  и  многоконтурная  (рис.  5).

Выводы:

Представленная  структура  управления  позволяет  производить  стабилизацию  температуры  в  цилиндре  экструдера  во  время  переработки  материала  до  желаемых  значений.

Представленные  результаты  исследований  структуры  управления  позволяют  проводить  имитационное  моделирование  в  различных  режимах,  с  целью  оптимизации  технологического  процесса,  не  прибегая  к  проведению  экспериментов  на  реальных  объектах.

Список  литературы:

1.Брацыхин  Е.А.,  Миндлин  С.С.,  Стрельцов  К.Н..  Переработка  пластических  масс  в  изделия.  Москва,  Химия,  2008г.  —  145  —  158  стр.

2.[Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа  —  URL:  http://www.vissim.com/  (дата  обращения:  21.05.2013  г).