Автоматизація вібророзпушувальної установки для розвантаження сипких змерзлих вантажів

Abstract

Дисертація присвячена автоматизації самого відповідального етапу в технологічній схемі розвантаження змерзлого вугілля із залізничних вагонів, який полягає в вібророзпушенні вугілля за допомогою вібраційної установки ВРУ. Для процесу віброзпушення розроблена комплексна аналітична модель, яка розглядає систему агрегованого вугілля як єдину структуру із зворотним зв'язком між властивостями вугілля і параметрами вібродії. Математична модель включає в себе наступні етапи: визначення функціонального взаємозв'язку температури вугілля в залізничному вагоні з його глибиною, встановлення апроксимаційних залежностей енергоємності руйнування і фізико-механічних властивостей агрегованого вугілля від його вологості і температури, визначення ефективної частоти вібродії, яка встановлюється з умови максимуму параметра енергопередачі при вібродії на агреговане вугілля. У результаті проведення чисельних розрахунків за допомогою математичній моделі визначені закономірності зміни основних параметрів, що обумовлюють процес віброзпушення агрегованого вугілля. Зокрема, встановлено, що ефективна частота вібродії повинна бути не константою, а являти собою багаточастотний вплив, який описується експоненціальною функцією, константи якої визначаються фізико-механічними властивостями вугілля. Для їх визначення в АСК розроблена методика розпізнавання. Розроблено програмно-апаратне забезпечення АСК з можливістю його модернізації та інтеграції в майбутню глобальну систему АСК промислового підприємства. Розроблено рекомендації щодо підвищення ефективності керування та автоматизації розвантажувальним процесом змерзлого вугілля установкою ВРУ, які передані в морський торговий порт «Южний» і застосовані при розвантаженні залізничних вагонів. Основні елементи, закладені в рекомендаціях, захищені патентами.

В диссертации решена актуальная научная задача разработки АСУ самого ответственного этапа в технологической схеме разгрузки смерзшегося угля из железнодорожных полувагонов, состоящего в его виброрыхлении посредством вибрационной установки ВРУ. Это позволяет обеспечить функционирование технологической системы разгрузки смерзшихся сыпучих грузов, и реализовать эффективный режим процесса виброрыхления угля, исключить наличие неконтролируемых возмущающих вибровоздействий при виброрыхлении и достигнуть высокой продуктивности труда при соблюдении устойчивой работы виброрыхлительной установки в специфических температурных условиях. На основе анализа технологического цикла разгрузочных работ с использованием установки ВРУ и механизма вибровоздействия на уголь определены основные факторы, влияющие на этот процесс, установлены физико-механические характеристики смерзшегося агрегированного угля, а также показано, что основным управляющим параметром для эффективного управления процессом виброрыхления должна быть частота вибровоздействия. Для процесса виброрыхления разработана комплексная аналитическая модель, которая рассматривает систему агрегированного угля, как единую структуру с обратной связью между свойствами разрыхляемого угля и параметрами вибровоздействия. Математическая модель включает в себя следующие этапы: определение функциональной взаимосвязи температуры угля в железнодорожном полувагоне с его глубиной, установление аппроксимационных зависимостей энергоемкости разрушения и физико-механических свойств агрегированного угля от его влажности и температуры, определение эффективной частоты вибровоздействия, которая устанавливается из условия максимума параметра энергопередачи при вибровоздействии на агрегированный уголь. В результате проведения численных расчетов по математической модели определены закономерности изменения основных параметров, обуславливающие процесс виброрыхления агрегированного угля. В частности, установлено, что эффективная частота вибровоздействия должна быть не константой, а представлять собой многочастотное вибровоздействие, описываемое экспоненциальной функцией, константы которой определяются физико-механическими свойствами угля. Для их определения в АСУ разработана соответствующая методика распознавания на основе данных исследований разработки алгоритм программы для автоматизации процесса виброрыхления агрегированного угля. Создано программно-аппаратное обеспечение АСУ, состоящее из контроллеров, осуществляющих выполнение алгоритма и расчет эффективной частоты рыхления в данный момент времени, системы управления частотой асинхронного трехфазного двигателя, команды в которую поступают из контроллеров, а также некоторое количество интерфейсов для обеспечения соединений и взаимодействия системы вцелом. Система также оборудована набором датчиков для сбора информации о ситуации на виброрыхлителе в данный момент времени, а также для определения необходимых физических параметров для вычисления эффективной частоты виброрыхления. Система имеет возможность модернизации и интеграции в будущую глобальную систему АСУ промышленного предприятия. Разработаны рекомендации по повышению эффективности управления и автоматизации разгрузочным процессом смерзшихся углей установкой ВРУ, которые переданы в морской торговый порт «Южный» и применены при разгрузке железнодорожных полувагонов. Основные элементы, заложенные в рекомендациях, защищены патентами.

The work is dedicated to automatization to the most responsible stage in the technological scheme of unload of frozen coal from open wagons, wich consists of its viroloosening through the using of vibration machine VLM. To develop an automatic control system of vibrolooseneing the comprehensive analytical model that considers "the aggregated coal – automatic control system" as a unified structure with a feedback between the properties of loosened coal and vibration parameters. The mathematical model includes the following steps: defining the functional relationship of coal temperature in open wagons with its depth, establishing approximation dependencies of energy capacity of destruction and physical and mechanical properties of aggregated coal on the humidity and temperature, the definition of the effective frequency of vibration exposure. Considering all the above, for the implementation of our mathematical model it is necessary to use automation with the influence on the engines frequency of the vibrators. Mathematical model allowed to develop the software and hardware of automatic control system with the ability to upgrade and integrate into future global automatic control system for an industrial enterprise.