Software & Systems

Система производства стеклотары состоит из ряда укрупненных технологических агрегатов: дозаторов и смесителей для приготовления шихты, стекловаренной печи, формующей машины, печи отжига, устройств упаковки. Характерными особенностями системы являются наличие большого количества параметров, подлежащих контролю и управлению, значительные расстояния между агрегатами. Все это, с одной стороны, определяет актуальность автоматизации контроля и управления производством стеклотары, а с другой – требует системного подхода к разработке и реализации алгоритма такого контроля [1].

Важнейшими принципами системного подхода к построению системы автоматизированного контроля и управления (СКУ) являются: иерархический принцип построения структуры, систематизация и централизация контролируемых параметров, универсальность математических моделей и программ, модульный принцип построения алгоритмов и программ. Структура СКУ производством стеклотары приведена на рисунке 1.

Нулевой уровень СКУ составляют локальные системы контроля и регулирования, включающие датчики, регуляторы и исполнительные механизмы. Следующий уровень (первый) образует управляющая вычислительная машина (УВМ). В машину поступает стандартный сигнал от аналоговых преобразователей. УВМ 1-го уровня осуществляет опрос датчиков, проверку достоверности данных, контроль выхода параметра за допустимые пределы, интерполяцию, экстраполяцию и прогноз изменения параметров, вычисление расчетных показателей. Периферийные устройства УВМ 1-го уровня с помощью сервисных и диспетчерских программ сигнализируют об отклонении параметров, накапливают информацию и распечатывают протоколы, передают данные для решения задач управления.

УВМ, с помощью которой реализуется СКУ, связана с управляющей машиной более высокого иерархического уровня (2-й уровень), а та, в свою очередь, с техническими средствами АСУП (3-й уровень). В качестве технологических и технико-экономических параметров контроля и управления в СКУ используются: химический состав стекла, температура в конце студочной части и давление в варочной части стекловаренной печи, геометрические размеры и толщина стенок стеклотары, температура стеклоизделия при его формовании и на входе в печь отжига, уставки регулирующих термопар по зонам печи отжига, остаточные напряжения в стеклоизделии, коэффициент выхода готовой продукции, расход топлива и энергозатраты на производство стеклотары.

В СКУ используются оригинальные измерительные приборы, например автоматический микропроцессорный лазерный полярископ Micropol 630-G, позволяющий осуществить количественное измерение остаточных напряжений в точках стеклоизделия. Прибор является полностью автоматическим, обладает высокой скоростью измерений, низким порогом чувствительности, а также имеет модификацию, позволяющую измерять напряжения в одной стенке полых стеклоизделий [2]. Кроме того, к автоматическому лазерному прибору для измерения остаточных напряжений имеется приставка, предназначенная для измерения геометрических размеров и толщины стенок полых стеклоизделий.

Полученные с помощью разработанных приборов данные, так же, как и измеренные стандартными датчиками приведенные параметры контроля, используются для расчета оптимального режима отжига, реализация которого в печи позволяет повысить коэффициент выхода готовой продукции, снизить расход топлива и энергозатраты на производство стеклотары при выполнении ограничений на допускаемую величину остаточных напряжений. Расчет оптимального режима отжига в СКУ осуществляется с помощью оригинального программного продукта – системы расчета режимов отжига стеклоизделий "РО- СА" [2]. В системе используются математические модели расчета полей температур и напряжений при отжиге стеклоизделий цилиндрической формы, учитывающие несимметричность конвективно-радиационного теплообмена между изделием и окружающей средой и печью отжига, релаксацию структуры и напряжений в стеклообразующих веществах.

Разработанный комплекс моделей процесса отжига включает в себя блоки:

-     ввода и чтения исходных данных (химического состава стекла, геометрических размеров стеклоизделия, характеристик печи отжига, дилатометрической кривой стекла);

-     расчета температурных зависимостей тепловых (теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, коэффициент температурного расширения), механических (плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочность на растяжение и сжатие), оптических (показатель преломления, фотоупругая постоянная) свойств и вязкости стекла;

-     определения постоянных для расчета структурной релаксации, обеспечивающих наименьшее среднеквадратичное отклонение рассчитанных по релаксационной модели значений удлинений от экспериментальных;

-     идентификации параметров конвективно-радиационного теплообмена стеклоизделия с окружающей средой и печью отжига с учетом взаимного излучения поверхностей цилиндрических форм в технологическом потоке;

-     расчета полей температур и напряжений в стеклоизделии;

-     нахождения оптимального режима отжига.

Блок-схема алгоритма контроля и управления для нулевого и 1-го уровней СКУ производством стеклотары приведена на рисунке 2. Измерение параметров датчиками, ввод данных и реализация управляющих воздействий на нулевом уровне отражена в блок-схеме с помощью блоков ввода-вывода. Осуществляемые с помощью УВМ 1-го уровня расчеты отображаются в виде блоков процесса, характеризующих выполнение операций, в результате которых изменяются значение, форма представления и расположение данных.

Список литературы

1. Кучеров О.Ф., Маневич В.Е., Клименко В.В. Автоматизированные системы управления производством стекла.- Л.: Стройиздат, 1980.- 178 с.

2. Марголис Б.И., Шичков А.В. Математическое моделирование и оптимизация технологического процесса отжига стеклоизделий // Автоматизация и проектирование в промышленных системах: Межвуз. сб. науч. тр. / ТГТУ.- 1994.- С.65-69.