Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Оптимизация многоканального регулирования термических режимов в производстве полимерных изделий

Диссертация: Оптимизация многоканального регулирования термических режимов в производстве полимерных изделий
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В диссертационной работе решаются задачи автоматизированной настройки термических режимов для многозонного разогрева полимерных заготовок. Определенные вопросы рассматриваются в работах Петлякова Г. Я., Трунова В. А., Зайчика Ц. Р., Угольникова С. А., Петляковой Н. Г., Дерка-ча Я. Я., Марковой Н. Н., Володина В. П. и других. Однако в данных работах не рассматриваются задачи оптимизации режимов… Читать ещё >

Содержание

  • ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  • ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ НАГРЕВА В МНОГОЗОННЫХ СИСТЕМАХ
    • 1. 1. Описание технологического процесса производства полимерных изделий
      • 1. 2. 0. бзор методов стабилизации температуры полимерных заготовок
    • 1. 4. Постановка цели и задач исследования
  • ГЛАВА 2. МЕТОД АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК
    • 2. 1. Факторный анализ технологического процесса многозонного разогрева полимерных заготовок
    • 2. 2. Идентификация оценок качества изделий с использованием шкалы нечетких оценок
    • 2. 3. Идентификация параметров технологического процесса
    • 2. 4. Оптимизация входных уставок для достижения наилучшего качества полимерных изделий
  • ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК
    • 3. 1. Построение модели для получения статистических данных
    • 3. 2. Алгоритм идентификации качественных оценок
    • 3. 3. Разработка алгоритма идентификации параметров технологического процесса
    • 3. 4. Алгоритм оптимизации входных уставок
  • ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЯМИ РАЗОГРЕВА ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК
    • 4. 1. Описание предлагаемого способа реализации системы управления станциями разогрева полимерных заготовок
    • 4. 2. Реализация контроллера для управления нагревом полимерных заготовок
    • 4. 3. Реализация регулятора нагрева для управления нагревом полимерных заготовок
      • 4. 3. 1. Методика построения регулируемых стабилизаторов действующего напряжения с использованием микропроцессорных систем управления
  • Фазовый режим работы
  • Пакетно-импульсный режим работы
    • 4. 3. 2. Цифровая фильтрация сигналов силовых цепей
    • 4. 3. 3. Построение имитационной модели системы управления регулируемым стабилизатором действующего напряжения
    • 4. 3. 5. Исследование алгоритмов определения моментов перехода через ноль гармонического сигнала
    • 4. 3. 6. Разработка алгоритмов стабилизации действующего напряжения в фазовом режиме
    • 4. 3. 7. Моделирование работы регулируемого стабилизатора действующего напряжения в фазовом режиме
    • 4. 3. 8. Построение имитационной модели системы управления регулируемым стабилизатором действующего напряжения
    • 4. 3. 9. Моделирование работы регулируемого стабилизатора действующего напряжения в пакетно-импульсном режиме
    • 4. 3. 10. Технические характеристики регулируемого стабилизатора действующего значения напряжения

Оптимизация многоканального регулирования термических режимов в производстве полимерных изделий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одним из примеров такой технологии является производство полиэти-лентерефталатной (ПЭТ) тары. В настоящее время данная отрасль промышленности является одной из востребованных, поскольку ПЭТ-тара, обладающая такими свойствами, как легкость, прочность, компактность, широко используется для упаковки и хранения пищевых продуктов. Известно большое число производителей оборудования для производства ПЭТ-тары как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них такие известные фирмы, как «Продвижение» г. Москва, «Нитар» г. Москва, Hi 111 «Спецпромавтомат» г. Москва, «Даки-НИП» г. Нижний Новгород, «Мастерплюс» г. Черкесск, «МиССП-Совпласт» г. Кропоткин, «Ростспецмаш» г. Ростов-на-Дону, а также «Sidel» (Франция), «Krupp Corpoplast», «Векит» (Германия), «SIPА», «Sasib» (Италия), «Kosme» (Австрия), «Taxpol», «Lonza» (Польша), «Tetra Рак» (Швейцария) и другие. В г. Челябинске наиболее крупными производителями оборудования для производства ПЭТ-тары являются ООО «ИнтерТрейдинг» и ООО ПК «Стандарт-Плюс».

Качество продукции и эффективность технологических процессов, основанных на использовании термических технологий, в большой степени определяются стабильностью поддержания параметров нагрева изделия. Управление подобными нагревательными процессами осуществляется, как правило, с использованием регуляторов мощности нескольких зон нагрева, подключаемых к силовой сети. Однако в этом случае возникают проблемы, связанные со взаимным влиянием нагревательных элементов соседних зон. Такой способ регулирования нагрева не учитывает и другие внешние воздействия, такие как нестабильность питающего напряжения, приводящую к изменению выходной мощности, факторы внешней среды, а также тип используемых заготовок (преформ). Качество прогрева в полуавтоматическом устройстве, как правило, оценивается субъективно, на основании эмпирических знаний оператора установки. Все эти факторы приводят к снижению качества изделий и производительности оборудования.

В диссертационной работе решаются задачи автоматизированной настройки термических режимов для многозонного разогрева полимерных заготовок. Определенные вопросы рассматриваются в работах Петлякова Г. Я., Трунова В. А., Зайчика Ц. Р., Угольникова С. А., Петляковой Н. Г., Дерка-ча Я. Я., Марковой Н. Н., Володина В. П. и других. Однако в данных работах не рассматриваются задачи оптимизации режимов многозонного разогрева заготовок, которые позволяют в условиях массового спроса повысить эффективность производства полимерных изделий. Подобные задачи в литературе не освещены, что и определяет актуальность данной работы.

Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации режимов многозонного нагрева в термических технологиях производства полимерных изделий.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи исследовательского, методологического и прикладного характера:

1) проведение факторного анализа технологического процесса разогрева полимерных заготовок;

2) разработка технологической концепции управления процессом нагрева в роторных нагревателях при воздействии внешних дестабилизирующих факторов;

3) построение имитационной модели технологического процесса прогрева полимерных заготовок;

4) подготовка стратегии оптимального прогрева преформ на основе анализа качественных оценок;

5) разработка системы управления многозонным роторным нагревателем, включающей центральный управляющий контроллер и регулируемые стабилизаторы действующего значения напряжения на нагревателях;

6) составление алгоритма оптимальной настройки многозонного регулятора для термических технологий.

Предметом исследования являются роторные станции разогрева ПЭТ-преформ, осуществляющие технологический процесс многозонного разогрева полимерных заготовок.

Объектом исследования является система управления многозонным разогревом полимерных заготовок.

Методология и методика исследования. Теоретической и методической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых по управлению технологическими процессами в системах многозонного нагрева, а также нормативные материалы, регламентирующие качество производимых полимерных изделий (ГОСТ Р 51 760−2001 Тара потребительская полимерная. Общие технические условия, ISO 9001:2000). В работе использовались методы теории автоматизированного управления, автоматического регулирования, математической статистики, оптимизации, теории термодинамических систем. Источником экспериментальных данных явились результаты натурных испытаний роторных нагревательных печей производства ООО «Интер-Трейдинг» г. Челябинск, ООО ПК «Стандарт-Плюс» г. Челябинск.

Научная новизна диссертационной работы. В ходе исследования были получены следующие научные результаты:

1) построена факторная модель технологического процесса многозонного разогрева полимерных заготовок;

2) разработан алгоритм оценки качества полимерных изделий на основе использования шкалы нечетких оценок;

3) предложена методика определения режима оптимального многозонного разогрева на основе использования генетических алгоритмов оптимизации;

4) составлен алгоритм управления технологическим процессом многоканального разогрева полимерных заготовок для многозонного регулятора;

5) разработана система управления многозонным роторным нагревателем, включающая центральный управляющий контроллер и регуляторы нагрева с функцией стабилизации действующего значения напряжения на нагревателях.

Практическое значение. Выполненные в рамках диссертационной работы методические, алгоритмические и аппаратурные разработки были использованы в процессе производства полуавтоматов выдува ПЭТ-бутылок ООО «Интер-Трейдинг» г. Челябинск, ООО ПК «Стандарт-Плюс» г. Челябинск. Создана система управления прогревом ПЭТ-преформ в роторной станции разогрева, которая обеспечивает регулирование мощности нагревательных элементов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на четвертой Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии и электроника», г. Екатеринбург, 15−16 декабря 1999 г., представлены на выставках: «Новые материалы и технологии Уральского Федерального Округа», г. Екатеринбург, октябрь 2002 г., «Приграничное сотрудничество России и Казахстана», г. Челябинск, 16−17 мая 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 127 страницах. Диссертация содержит рисунков 88, таблиц 5, приложений 3.

Список литературы

включает 82 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Повышение эффективности полимерных технологий является важной научно-технической и практической задачей вследствие их широкого распространения в настоящее время. Поэтому является актуальной задача оптимизации термических режимов в производстве полимерных изделий по критериям качества и производительности.

2. Для оптимизации качества и производительности в производстве полимерных изделий используются методы автоматизированной настройки режимов работы соответствующих полуавтоматов, обеспечивающие повышение качества управления термическими процессами разогрева полимерных заготовок.

3. Предложен метод оперативной оценки качества полимерных изделий в процессе их производства, основанный на использовании нечетких оценок. Применение нечетких оценок позволяет значительно упростить аппаратурную реализацию измерения качества изделий и достичь необходимой оперативности в работе.

4. Управление термическими процессами разогрева полимерных заготовок носит многозонный характер со сложными перекрестными связями. Предложена процедура идентификации факторных моделей объектов управления термическими технологиями с использованием генетических алгоритмов. Применение генетических алгоритмов позволяет оценивать параметры факторных моделей и их структуру.

5. Для эффективного управления термическими процессами предложен регулятор мощности, имеющий функцию стабилизации действующего значения напряжения на нагревателях вне зависимости от изменений напряжения питающей сети. Это позволяет уменьшить время оптимальной настройки системы в целом и повысить качество выпускаемой продукции.

6. Построена имитационная модель процесса многозонного разогрева полимерных заготовок и дано алгоритмическое обеспечение решения задачи настройки процессов производства, позволяющее оптимизировать уставки полуавтомата в оперативном режиме.

7. Система многоканального регулирования термических режимов в производстве полимерных изделий внедрена на станции разогрева VPM-8 производителя ООО «Интер-Трейдинг» и ПК-5 производителя ООО ПК «Стандарт-Плюс». Суммарный экономический эффект от внедрения разработанной системы составил 69,7 млн руб. в год.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Bremermann Н. J., Roghson J., Salaff S. Global properties of evolution processes. Natural automata and useful simulations. London: Macmillan. 1966.
  2. Dandy G.C., Simpson A.R., Murthy L.J. An Improved Genetic Algorithm for Pipe Network Optimization //Water Resources Research, 1996. № 32 (2), February. — p.p. 449−458.
  3. Balas Е., Niehaus W. Optimized crossover-based genetic algorithms for the maximum cardinality and maximum weight clique problems. J. Heuristics. v4 (1998), N4, pp 107−122.
  4. K. D., Kahng А. В., Muddu S. A new adaptive multi-start technique for combinatorial global optimizations. Oper. Res. Lett. vl6 (1994), N2, pp 101−114.
  5. Capocelli R., De Luca A. Fussy sets and decision theory // Information and control. 1973. — Vol.23. — N3. — P.446−473.
  6. Eiben A. E., Raue P. E., Ruttkay Zs. Genetic Algorithms with multiparent recombination. Parallel Problem Solving from Nature III, Berlin: Springer Ver-lag, (LNCS), v866 (1994), pp 78−87.
  7. Eremeev A. V. A genetic algorithm with a non-binary representation for the set covering problem. Operations Research Proceedings 1998. Berlin: Springer Verlag. 1999. pp 175−181.
  8. Goldberg D. E. Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. Reading, MA: Addison-Wesley. 1989.
  9. Kirkpatrick S., Toulouse G. Configuration space analysis of traveling salesman problems. J. de Phys. v46 (1985), pp 1277−1292.
  10. P. В., Francis R. L. Discrete Location Theory. New York: John Wiley and Sons, 1990.
  11. Muhlenbein H. Parallel genetic algorithm, population dynamics and combinatorial optimization. Proc. Third Inter. Conf. Genetic Alg. San Mateo: Morgan Kaufman, 1989. pp 416−421.
  12. Pipe Roughnesses Using Genetic Algorithns / Department of Civil and Environmental Engineering, the University of Adelaide, Australia, 2000. lip.
  13. Rechenberg I. Evolutionsstrategie: Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der Biologischen Information, Freiburg: Fromman, 1973.
  14. Savic D.A., Walters G.A. Genetic Algorithm for least-cost design for water-distribution networks. //Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 123 (2), March-April, 1997. -pp.67−77.
  15. Schwefel H. P. Numerical optimization of computer models. Chichester: Wiley, 1981.
  16. Tang K.-W., Karney В., Pendlebury M., Zhang F. Inverse Transient Calibration of Water Distribution Systems Using Genetic Algorithms./Conference on Computing and Control for the Water Industry (CCWI'99). Exeter, U.K., 1999.
  17. Vitkovsky J.P., Simpson A.R., Lambert M. Transients for Calibration of Pipe Roughnesses Using Genetic Algorithns / Department of Civil and Environmental Engineering, the University of Adelaide, Australia, 2000.
  18. Zadeh L.A. Discussion: Probability theory and fuzzy logic are complementary rather than competitive // Technometrics. 1995. — Vol.37. — N 3.
  19. Д. А. Алгоритм муравьиной колонии для задачи о минимальном покрытии. XI междунар. Байкальская школа-семинар Методы оптимизации и их приложения, Труды, тЗ (1998), Иркутск
  20. Р.А. и др. Управление производством при нечеткой исходной информации.- М.: Энергоатомиздат, 1991.-23 8с.
  21. И.З. Методы представления и обработки нечеткой информации в интеллектуальных системах // Новости искусств, интеллекта. -1996, -№ 2
  22. Н.С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000 г.- 624 е.: ил.
  23. JT.C. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности. — Новосибирск: Наука, 1987. — 128 с.
  24. В. Д., Гимади Э. X., Дементьев В. Т. Экстремальные задачи стандартизации. Новосибирск: Наука, 1978.
  25. С. Амплитудное, среднее, действующее.— Радио, 1999, № 6, с. 58−59.
  26. А.Н. и др. Принятие решений на основе нечетких моделей: примеры использования/ А. Н. Борисов, О. А. Крумберг, И.П.Федоров- Риж. техн. ун-т. — Рига: Зинатне, 1990. — 184 с.
  27. В.И., Ильясов Б. Г. Интеллектуальные системы управления с использованием генетических алгоритмов. Учебное пособие. -Уфа:УГАТУ, 1999.- 104 с.
  28. Е.В. Оптимальные режимы разогрева преформ: Вестник ЮУрГУ: серия КТУР,. научн. тр. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2005. с.
  29. Е.В. Применение генетических алгоритмов для многоканального регулирования термических режимов // Информационные, измерительные и управляющие системы и устройства: Тем. сб. научн. тр. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2005. — с.
  30. Е. Н., Кочетов Ю. А. Поведение вероятностных жадных алгоритмов для многостадийной задачи размещения. Дискретный анализ и исследование операций. Сер. 2. тб (1999), № 1.
  31. В., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. М.: Мир, 1982.
  32. Я. Современные технологии и оборудование для производства тары и упаковки из полиэтилентерефталата // Тара и упаковка. -2003, -№ 3. -С. 12−25.
  33. А. ПЭТ-гранулят, производство ПЭТ-преформ //Пивное дело. -2001,-№ 2.-С. 16−29.
  34. Д., Прад А. Теория возможностей. Приложения к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь. — 1990. -288с.
  35. Дюк В., Самойленко A. Data mining: Учебный курс (+CD).- СПб: Питер, 2001.-368 е.: ил.
  36. А.В. Разработка и анализ генетических и гибридных алгоритмов для решения задач дискретной оптимизации. Дисс. канд.физ.-мат.наук. Омск, 2000.
  37. Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир. — 1976. — 165с.
  38. Ц.Р., Трунов В. А. Упаковывание тихих напитков в бутылки. М.: ДеЛи, 2000. -206 с.
  39. Л.С., Вставская Е. В. Комитетный метод настройки технологических процессов в порядковых шкалах: Тем. сб. научн. тр. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002. — с.
  40. .А. Отражение образного мышления в системах искусственного интеллекта // VI Межд.конф. «Знание-Диалог-Решение» KDS-97: Сб. науч.тр. Ялта. — 1997. — Т.1.- С.29−36.
  41. .А., Фельдман А. Е. Анализ и учет ассоциативных знаний в медицинских экспертных системах // Новости искусств, интеллекта. -1995. № 3. — С.90−96.
  42. Е. В. Регулятор мощности нагревателя с микропроцессорным управлением // Автоматизация и управление в технических системах: Тем. сб. научн. тр. — Челябинск: изд. ЮУрГУ, 2000. — с. 82−85.
  43. Кофман Арнольд, Хил Алуха Хайме. Введение теории нечетких множеств в управлении предприятиями / Пер с исп.- под ред. В.В. Красно-прошина, Н. А. Лепешинского. — Мн: Выш. шк., 1992. — 222 с.
  44. О.И. Наука и искусство принятия решений. М.: Наука. — 1979. 200с.
  45. Е., Аксенова Т. Полиэтилентерефталат, свойства и применение //Пакет. -2000, -№ 1. -С.19−28.
  46. .Г. Проблема группового выбора. М.: Наука. — 1974 — 256с.
  47. Д.А., Новочадов В. В. Статистические методы в медико-биологическом эксперименте (типовые случаи). Волгоград: Издательство ВолГМУ, 2005. 84 с.
  48. Г. С. Концептуальные элементы модели мира // Компьютер. Хроника. 1994. -№ 8−9.
  49. Г. Российский рынок оборудования для выдува ПЭТ-бутылок //Веко о напитках. -2002, -№ 3. -С. 19−24.
  50. Г., Редько А. Техника и технология производства ПЭТ-тары и розлива жидкостей //Индустрия упаковки.-2000, № 2.-С.22−25.
  51. Г. Я. Секреты качества ПЭТ-бутылки в оптимальных режимах разогрева преформы //Пакиндустрия.-1998,-август-С.22−23.
  52. Петляков Г. Я.: Своя бутылка. Перспективы развития полуавтоматического выдува ПЭТ-бутылок в России журнал «Пакет» № 5 — 2002.
  53. Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. М.: Энергоатомиздат. — 1981. — 232с.
  54. Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: наука. — 1986. — 288с.
  55. Прикладные нечеткие системы/ Пер. с япон. Ю.Н.Чернышева- под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. — М.: Мир, 1993. — 368 с.
  56. А.А. Индукционные нагревательные установки.- М.: Энергия, 1970. (Библиотека электротермиста- Вып.38).-120с.^шт: —
  57. Л. А. Случайный поиск — специфика, этапы истории и предрассудки^опросы кибернетики. Вып. 33 (1978).
  58. Регулируемые стабилизаторы мощности для полуавтоматов производства пластмассовых издели^Вестник ЮУрГУ № 9 (09) 2001. — с. 82−83
  59. В.Е. и др. Точные пластмассовые детали и технология их получения / АН Беларуси, Ин-т механики металлополимерных систем. -Минск: Наука и тэхника, 1992.-309с.^шГ^
  60. В.А. Новое оборудование для линий розлива пищевой продукции // Пищевая промышленность. -2000, -№ 2. -С.30−32.
  61. В.А., Зайчик Ц. Р. Специальное оборудование для производства ПЭТ-бутылок //Пищевая промышленность.-2000,-№ 9.-С.2−5.
  62. С., Петляков Г. Полуавтоматическое оборудование для выдува ПЭТ-бутылок // Тара и упаковка. -1998, -№ 1. -С.46−48.
  63. К.З., Рыскин С. Е. Техника применения индукционного нагрева.- М.: Машгиз, 1949.-23 8, суШГ~
  64. П.Б. Размытые числа как средство описания субъективных величин // Статистические методы анализа экспертных оценок. М.: Наука. — 1977.
  65. Н.А. Теоретические измерения нестационарных температур. -М.: Энергия, Ленингр. отд. 1967.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!