Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Галицков С.Я., Галицков К.С., Шломов С.В.

Производство ячеистого бетона представляет собой распределённый во времени и пространстве технологический процесс [1-3], в котором можно выделить четыре основных технологических этапа: дозирование, перемешивание смеси, выдержка (вспучивание смеси), автоклавирование.

Для обеспечения выпуска изделия из ячеистого бетона с заданными показателями качества и с минимумом затрат необходимо оптимальным образом организовать управление всем процессом. Для решения этой сложной многомерной задачи управления используем принцип декомпозиции и представим синтезируемую САУ в виде нескольких локальных взаимосвязанных систем управления. Для достижения поставленной цели разработаем обобщённую структуру объекта, включающую в себя локальные модели, соответствующие четырём основным технологическим этапам.

Поскольку эти этапы выполняются последовательно, то синтезируем структуру математической модели в виде четырёх последовательно соединённых модулей. Аналитические связи между векторами входных и выходных параметров моделей модулей представим, соответственно, определителями А1, А2, А3 и А4.

Дозирование. В этот модуль входят процессы дозирования наполнителя (шлам, гипс), вяжущих (цемент, известь), воды (горячей, холодной), газообразователя (водноалюмиевая суспензия), выполняемые соответствующими электромеханическими, пневматическими и т.п. устройствами. Особенностью этой модели является тот факт, что элементы u1i вектора U­1 управляющих воздействий на эти устройства имеют сдвиг во времени t1i.­ Величина t1i определяется, в основном, технологической последовательностью дозирования материалов в смеситель и производительностью дозаторов. Здесь i ∈1,..n, где n - число дозаторов. Состояния этого технологического этапа определяется вектором M, включающим в себя массы mi компонентов материалов на выходе дозаторов. Здесь i ∈ 1,..n. Дополним информацию о состоянии компонентов смеси вектором Т01 их начальных температур. Таким образом, оператор А1 математической модели дозирования является квадратным: число n входных воздействий равно количеству n выходных координат вектора М. Считаем, что динамические процессы в исполнительных элементах дозаторов несоизмеримы по времени с процессом дозирования. Поэтому дозирующие устройства в модели представляются либо безинерционными звеньями (при использовании циклических дозаторов), либо интеграторами (например, при использовании шнековых дозаторов сыпучих материалов).

Перемешивание смеси. Состояние этого технологического этапа изготовления ячеистого бетона характеризуется, в основном, тремя технологическими параметрами: температурой Тс, пластической вязкостью mс смеси и прочностью Rс смеси в момент её выгрузки [4,5]. Эти параметры принимаем в качестве выходных координат второго модуля обобщённой модели объекта. Управляющие воздействия на этот модуль разделим на две группы. Первая характеризует технологические параметры процесса, сформированные в момент окончания первого этапа. К ним отнесём вектор масс М и вектор начальных температур Т01. Вторая группа - это вектор U2 собственно управляющих воздействий на процесс перемешивания. Элементами u2j вектора U2 являются скорость ω21 и продолжительность t22 вращения рабочего органа смесителя, амплитуда А23 и частота f24 вибрации, здесь j ∈ 1,..m, где m - число управлений в векторе U2. В этом модуле в связи со сложностью описания протекающих процессов целесообразно выделить три блока. Первый из них моделирует температуру смеси, он описывается уравнениями термодинамики, второй модуль представляет собой модель изменения динамической вязкости m смеси, третий - прогнозирует прочность смеси на момент её выгрузки в формы [3]. Оператор А2 включает в себя математические модели этих 3-х блоков.

Выдержка (вспучивание смеси). Состояние этого процесса определяется тремя основными технологическими параметрами [1,2]: плотностью rм, прочностью Rм и температурным полем Тм сырого массива. Также, как и при рассмотрении 2-го блока модели, управляющие воздействия разделим на две группы. К первой отнесём технологические параметры смеси в момент окончания перемешивания (выгрузка в форму) - mв, Тв, Rв. Дополним их вектором Т03, определяющим поле температур формы и окружающей среды. Ко второй группе отнесём вектор U3 внешних воздействий u3k на смесь в процессе вспучивания - амплитуда А31, частота f32 и направление a33 виброколебаний, амплитуда А34 и период t35 ударных воздействий, интенсивность g36 внешнего температурного поля. Здесь k ∈1,..p, где p - число управлений в векторе U3. Оператор А3 описывает процессы вспучивания ячеистого бетона как объекта с распределёнными параметрами.

Автоклавирование. Этот технологический этап имеет также, как и два ранее рассмотренных, две группы управляющих воздействий. Первая из них характеризует вязкость, прочность и температурное поле сырца в момент начала автоклавирования. Вторую группу составляют элементы u4t вектора U4 (здесь t ∈ 1,..r, где r - число управлений в векторе U4), основными среди которых являются значения давления Р41, расхода Q42 и температуры Т43 пара, степень разряжения Р44 вакуумирования­ и другие. Процессы, описываемые модулем четыре, также носят распределённый в пространстве характер. В качестве координат 4-го модуля А4, которые описывают состояние готовой продукции выбираем плотность ρб и прочность Rб изделий из ячеистого бетона.

Синтезированная структура математической модели позволяет разработать как обобщенную структуру системы автоматического управления процессом приготовления смеси бетона, так и осуществить синтез локальных автоматических систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Кривитский М.Я., Левин Н.И., Макаричев В.В. Ячеистые бетоны. - М.: Стройиздат, 1972 -138 с.
  2. Куннус Г.Я., Лапса В.Х., Линденберг Б.Я. и др. Элементы технологической механики ячеистых бетонов. - Рига: ЗИНАТНЕ, 1976. - 96с.
  3. Галицков С.Я., Галицков К.С. Стуктурный синтез обобщённой математической модели производства ячеистого бетона //Научно-технический журнал «Успехи современного естествознания», №11, 2007 С. 61-62.
  4. Галицков К.С., Шломов С.Я. Математическая модель приготовления и выдержки смеси ячеистого бетона //Интерстроймех-2007: Материалы международной научно-технической конференции. - Самара: СГАСУ, 2007. - С.103-107.
  5. Шломов С.В., Галицков С.Я. Математическая модель процесса перемешивания смеси при производстве ячеистого бетона //Туполевские чтения: Материалы международной научно-технической конференции, посвящённая 1000-летию города Казани, Том IV. - Казань: КГТУ, 2005. - С 63-64.