ИМИТАЦИОННАЯ  МОДЕЛЬ  СИСТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРОЙ  В  ТУННЕЛЬНЫХ  ПЕЧАХ  ПРИ  ПРОИЗВОДСТВЕ  КОРУНДОВЫХ  ИЗДЕЛИЙ

Грыжов  Евгений  Владимирович

зав.  лабораторией  систем  управления  и  автоматизации  технологических  процессов  филиала  «Московского  государственного  университета  технологии  и  управления  имени  К.Г.  Разумовского»,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

Корольков  Владимир  Гаврилович

зав.  лабораторией  технических  измерений  и  приборов,  доцент  кафедры  естественно-научных  и  технических  дисциплин  филиала  «Московского  государственного  университета  технологии  и  управления  имени  К.Г.  Разумовского»,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

Реут  Владимир  Антонович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  естественно-научных  и  технических  дисциплин  филиала  «Московского  государственного  университета  технологии  и  управления  имени  К.Г.  Разумовского»,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

E-mail: 

SIMULATION  MODEL  OF  THE  TEMPERATURE  CONTROL  SYSTEM  IN  THE  TUNNEL  KILNS  AT  THE  PRODUCTION  OF  CORUNDUM  PRODUCTS.

Evgeny  Gryzhov

head  of  laboratory  of  systems  control  and  automation  of  technological  processes  of  Vyazma  branch  of  Moscow  State  University  of  Technologies  and  Management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

Vladimir  Korolkov

head  of  laboratory  of  technical  measurings  and  devices,  associate  Professor  of  Natural-scientific  and  Technical  disciplines  department  of  Vyazma  branch  of  Moscow  State  University  of  Technologies  and  Management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

Vladimir  Reut

candidate  of  Science,  associate  Professor  of  Natural-scientific  and  Technical  disciplines  department  of  Vyazma  branch  of  Moscow  State  University  of  Technologies  and  Management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

АННОТАЦИЯ

В  данной  работе  приводятся  результаты  имитационного  моделирования  системы  управления  температурой  в  туннельных  печах  в  среде  VisSim.  Полученный  в  результате  имитационного  моделирования  теоретический  график  зависимости  значения  температуры  от  номера  позиции  с  высокой  степенью  точности  совпадает  с  экспериментальными  данными.

Представленная  модель  системы  управления  является  открытой  для  дальнейших  изменений  и  дополнений,  что  дает  возможность  для  исследования  и  проектирования  аналогичных  систем  управления. 

ABSTRACT

In  this  article  the  results  of  simulation  modeling  of  the  temperature  control  system  in  the  tunnel  kilns  in  VisSim  media  are  given.  The  resulted  simulation  theoretical  diagram  of  dependence  of  the  temperature  values  from  the  number  of  position  with  a  high  degree  of  accuracy  coincides  with  the  experimental  data. The  presented  model  of  the  control  system  is  opened  to  further  changes  and  amendments,  which  gives  an  opportunity  for  investigation  and  design  of  similar  control  systems.

Ключевые  слова :  имитационная  модель;  контроллер;  позиционное  управление;  ПИ-регуляторов;  многомерный  объект  управления. 

Keywords :  simulation  model;  controller;  positional  control  of  PI  regulators;  a  multidimensional  object  of  control.

Для  обжига  корундовых  огнеупоров  используются  высокотемпературные  малогабаритные  туннельные  печи.  Исследования  работы  малогабаритных  туннельных  печей  показали,  что  их  технико-экономические  показатели  могут  быть  улучшены  за  счет  оптимального  управления  температурным  режимом  технологического  процесса  обжига.

При  нагревании  или  охлаждении  сплошного  твердого  тела  вследствие  неоднородности  распределения  температур  в  нем  возникают  напряжения,  которые  могут  привести  к  разрушению.  Величина  напряжений  зависит  как  от  свойств  материала  (модуль  упругости,  коэффициента  термического  расширения,  теплопроводности  и  других)  условий  нагрева  (охлаждения),  так  и  от  формы  тела.  Высокая  эффективность  процесса  обжига  обеспечивается  при  реализации  на  печах  скоростных  режимов  обжига,  для  чего  необходимо  знать  допустимые  параметры  обжига  изделий.

Проведенный  промышленный  эксперимент  на  Снегиревском  производстве  показал,  что  по  характеру  протекающих  в  туннельных  печах  процессов,  печь  можно  разделить  на  три  зоны,  состоящие  из  отдельных  позиций.

·     с  1-й  по  14  позицию  —  зона  подогрева;

·     с  15-й  по  20  позицию  —  зона  обжига;

·     с  21-й  по  26  позицию  —  зона  охлаждения.

Из  практики  известно,  что  малогабаритная  туннельная  печь,  оборудованная  комбинированной  системой  отопления  с  инжекторным  подводом  горячего  воздуха  к  горелкам,  обеспечивает  устойчивую  работу  при  температуре  обжига  1740—1780  °С  и  является  объектом  управления  с  очень  большой  инерционностью. 

В  данной  статье  приводятся  результаты  имитационного  моделирования  системы  управления  температурой  в  туннельных  печах  в  среде  VisSim. 

В  качестве  исходных  данных  для  моделирования  взяты  значения  температуры  обжига  корундовых  изделий  в  туннельной  печи  по  каждой  позиции  в  зонах  нагрева,  обжига  и  охлаждения,  полученные  в  результате  эксперимента  (таблице  1). 

На  графике  (рисунок  1)  приводится  экспериментальная  кривая  изменения  значений  температуры  для  всех  позиций  вагонетки.  Эта  кривая  характеризует  полный  технологический  цикл  производства  корундовых  изделий,  и  температура  соответствует  установившемуся  стационарному  режиму,  при  котором  значение  температуры  в  каждой  зоне  остается  неизменным.

Таблица  1.

Результаты  эксперимента

Из  графика  видно,  что  значения  температуры  в  зоне  подогрева  повышается  от  140  ºС  до1000  ºС,  в  зоне  обжига  от  1000  ºС  до  1200  ºС,  и  в  зоне  охлаждения  от  1200  ºС  до  300  ºС.

Рисунок  1.  Экспериментальная  кривая  изменения  значений  температуры

На  рисунке  2.  представлены  передаточная  функция  и  график  переходного  процесса  в  одной  позиции,  находящейся  в  зоне  обжига  без  системы  автоматического  управления  и  отключенной  системы  отбора  воздуха.  При  подаче  газа  к  горелкам  в  одной  зоне  с  расходом  100/6  м³/час  температура  на  этой  позиции  возрастает  от  начального  значения  140⁰  С  до  1720  ⁰С  за  время  18  часов. 

Рисунок  2.  Передаточная  функция  и  график  переходного  процесса  в  одной  позиции

На  рисунке  3  представлена  имитационная  модель  САУ  температурой  18-ой  позиции.  При  обжиге  корундовых  изделий  эта  позиция  имеет  максимальную  температуру  —  1275  ⁰С.  Управление  температурой  этой  позиции  и  всей  зоны  обжига  производится  контроллерами  с  оптимально  настроенными  параметрами  ПИ-  регуляторов.

Рисунок  3.  Имитационная  модель  САУ  температурой

На  рисунке  4  приводится  имитационная  модель  зависимости  значения  температуры  от  номера  позиции  в  технологическом  процессе  обжига. 

Результирующая  передаточная  функция  в  туннельной  печи  сложная-  составная  и  состоит  из  четырех  передаточных  функций.  Топология  соединение  этих  четырех  звеньев  параллельно-последовательное.

Таким  образом,  объект  управления  является  многомерным,  и  соответственно,  система  управления  также  должна  быть  многоконтурной  и  многомерной. 

На  рисунке  5  на  каждой  позиции  приведена  схема  повышения  температуры  в  туннельной  печи.  Соответственно,  технологический  процесс  в  каждой  зоне  представлен  своей  передаточной  функцией.  Управление  значениями  температуры  осуществляется  с  помощью  многоканального  контроллера  (KONTROLLER). 

Разработанная  структура  позиционного  управления  температурой  обжига  корундовых  огнеупоров  позволяет  проводить  имитационное  моделирование  в  различных  режимах  с  целью  оптимизации  технологического  процесса,  не  прибегая  к  проведению  экспериментов  на  реальных  объектах.

Рисунок  4.  Имитационная  модель  зависимости  значения  температуры  от  номера  позиции

Рисунок  5.  Схема  повышения  температуры  в  туннельной  печи

Полученный  в  результате  имитационного  моделирования  теоретический  график  зависимости  значения  температуры  от  номера  позиции  (изменение  температуры  по  длине  печи)  с  высокой  степенью  точности  совпадает  с  экспериментальными  данными  (график  на  рисунке5) 

Представленная  модель  системы  управления  является  открытой  для  дальнейших  изменений  и  дополнений,  что  дает  возможность  для  исследования  и  проектирования  аналогичных  систем  управления. 

Список  литературы:

1.Дюдкин  Д.А.,  Ухин  В.Е.  Огнеупоры  и  их  эксплуатация:  Донецкий  национальный  технический  университет,2009  г.

2.Грыжов  В.К.,  Корольков  В.Г.  Система  программного  управления  тепловлажностной  обработкой  ЖБИ:  Научные  труды  XIV  Международной  научно-методической  конференции:  «Стратегия  развития  образования:  эффективность,  инновации,  качество»,  Москва:  МГУТУ,  2008  г.,  Вып.  12.