>>

ВВЕДЕНИЕ.

Для пищевой промышленности серьезные трудности представляют задачи автоматизации дозирования штучных продуктов при высоких требованиях к точности масс доз. Наибольшую сложность представляет формирование доз крупнокусковых продуктов нерегулярной формы при большом разбросе масс кусков, при нестабильной плотности и при относительно малом числе кусков в каждой дозе.
Для фасования подобных продуктов применяются мультиголо- вочные дозаторы (МГД), в которых вводится промежуточный этап: сначала в бункерах накапливаются порции, они взвешиваются, а затем для получения доз по определенным алгоритмам подбираются такие сочетания порций, которые дают требуемую точность суммарных масс. С полным основанием такое автоматическое технологическое оборудование должно рассматриваться как меха- тронная система, в которой исполнительные устройства, измерительно- информационные системы, человеко-машинные интерфейсы и программное обеспечение объединены компьютерной управляющей системой. В данной диссертации объектом рассмотрения является автоматический дозатор с программным управлением, реализующий принцип комбинационного весового дозирования, при котором доза продукта набирается по заданному алгоритму из порций, накопленных в нескольких взвешивающих бункерах дозатора.

Данный вид дозаторов может быть применен для дозирования различных сухих и замороженных продуктов, но наибольшие преимущества проявляются при дозировании крупнокусковых продуктов и продуктов нерегулярной формы. - К достоинствам МГД относится высокая потенциальная производительность, но, как правило, не достигаемая на практике. Значительное расхождение между теоретической и фактической производительностью, прежде всего, вызвано отказами МГД при возникновении тупиковых ситуаций, когда система управления не способна подобрать из порций дозу продукта с массой в соот-ветствии с требованиями нормативов.

Надежность функционирования МГД зависит от алгоритма выбора комбинации порций, составляющих дозу, характе-

ристик продукта, конструкции и настроек МГД. Проблема алгоритмической оптимизации является общей для дозаторов данного типа.

Во время работы МГД некоторые промежуточные бункеры наполняются продуктом с массой, значительно отличающейся от расчетной, в результате чего, эти ячейки не могут быть использованы при составлении комбинаций доз. Таким образом, в процессе работы количество используемых ячеек уменьшается. Когда система управления не способна скомбинировать дозу в соответствии с заданной точностью, происходит останов машины с последующей выгрузкой продукта из всех весовых бункеров и возобновлением процесса дозирования.

Для некоторых видов продуктов, кроме снижения производительности, этот технологический переход ухудшает товарный вид или же приводит к частичной потере продукта.

Следует также отметить, что в большинстве конструкций МГД соотношение общего количества взвешивающих бункеров к числу порций в дозе составляет 3-4, что свидетельствует о неполном использовании дозатора (на 25- 30% возможностей).

История создания и применения МГД насчитывает более 30 лет, но в научно-технической литературе отсутствует обобщенный системный подход к анализу и проектированию мехатронных устройств подобного типа.

Изучение литературы и патентов по теме комбинационного весового дозирования показало, что более всего исследования затронули разработку устройств подачи и распределения продукта, систем автоматики и в меньшей степени - управляющих программ.

В научных работах, как правило, рассматриваются конкретные реализации МГД, которые в основном однотипны, уделено мало внимания характеристикам продуктов, для фасования которых они предназначены, нет согласования с требованиями современных стандартов и нормативов на точность дозирования. К тому же отсутствуют рекомендации по рациональному выбору количества дозирующих головок и требования к их точности и количеству порций, составляющих дозу.

Отметим также, что в настоящее время отсутствуют отечественные разработки подобных устройств, хотя ряд российских предприятий выпускает фа- совочно-упаковочные автоматы с использованием МГД зарубежного производства.

В связи с вышеизложенным, тема диссертации, в которой разрабатываются вопросы теории и проектирования МГД, является актуальной.

Создание математической и имитационной компьютерной моделей МГД, учитывающих свойства продукта и требования нормативных документов позволяет рассчитать необходимое и достаточное количество весовых ячеек для осуществления процесса дозирования в соответствии с характеристиками продукта и требованиями метрологического надзора за количеством фасованного товара в упаковке.

Компьютерное моделирование позволяет оценить характе-ристики работы МГД и дать рекомендации по разработке алгоритмов управления с целью устранения отмеченных выше недостатков.

Целями данной работы являются:

разработка новых управляющих алгоритмов, позволяющих значительно повысить надежность работы и производительность МГД при высоких требованиях к точности масс доз;

определение областей применения МГД;

разработка научно обоснованной методики расчета и выбора конструкции МГД с учетом нормативных документов на фасование товаров;

исследование возможности увеличения коэффициента использования МГД в многопоточной модели.

Для достижения поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:

анализ технологического процесса дозирования и выявление основных факторов, влияющих на качество работы МГД;

классификация методов и алгоритмов составления доз из порций продукта;

разработка общей компьютерной математической модели комбинационного весового дозирования при произвольных задаваемых алгоритмах; разработка имитационной компьютерной модели МГД для выявления причин и условий возникновения тупиковых ситуаций, а также мер по их устранению и проверка соответствия результатов расчетов на модели результатам работы реального мультиголовочного дозатора; исследование на базе разработанной компьютерной модели влияния различных алгоритмов управления МГД на стабильность работы дозатора; разработка нового многопоточного алгоритма управления МГД и проверка его функционирования с использованием компьютерной модели.

Научная новизна работы в следующем:

разработаны математическая и имитационная компьютерная модели МГД, позволяющие оценить его основные характеристики в зависимости от сочетаний классификационных признаков, алгоритмов работы МГД и характеристик продукта;

получены и обоснованы рекомендации для построения конструктивных схем одно- и многопоточных МГД с учетом стандартов на фасование, обеспечивающие эффективное применение дозаторов при работе с кусковыми продуктами и продуктами нерегулярной формы; разработаны критерии эффективного применения МГД; предложены новые алгоритмы управления, позволяющие повысить продолжительность безостановочной безотказной работы МГД; предложены и обоснованы новые многопоточные алгоритмы составления комбинаций доз, позволяющие эффективнее использовать МГД.

Практическая ценность работы:

Разработанные методы проектирования системы управления и расчета МГД позволяют проводить научно-обоснованный выбор конструкций МГД в зависимости от вида продукта, заданной точности и производительности дозирования.

Сформулированные требования к программному обеспечению и анализ использования различных алгоритмов управления дали возможность качественно улучшить работу МГД (устранение тупиковых ситуаций) за счет замены только лишь управляющей программы. При этом не требуется производить изменения конструкции, что значительно снижает стоимость модернизации МГД.

Разработан алгоритм многопоточного комбинационного дозирования, позволяющий увеличить производительность МГД, за счет повышения коэффициента использования, а также значительного снижения частоты возникновения тупиковых ситуаций.

Посредством подобной модернизации осуществляется более полное использование существующего оборудования дозатора, что увеличивает общую производительность системы.

Данная диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературных источников.

Первая глава посвящена исследованию взаимовлияния характеристик штучных продуктов, в частности штучных крупнокусковых и продуктов нерегулярной формы, с нормами точности, а также дозаторов, предназначенных для их фасования.

Дан анализ современного состояния и развития МГД. Поставлены задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы методики расчета МГД в зависимости от условий его работы. Даны критерии оценки использования в зависимости от характеристик продукта. Разработана математическая модель, харак-

теризующая основные параметры работы дозатора, в частности, законы распределения массы дозы в зависимости от выбранного алгоритма работы.

В третьей главе описана компьютерная модель МГД, требования, предъявляемые к ней, ее функциональная схема. Даны результаты моделирования МГД различных конструкций и для различных алгоритмов работы. Произведен сравнительный анализ полученных данных на предмет возникновения тупиковых ситуаций и даны рекомендации по их устранению.

В четвертой главе предложен метод многопоточного комбинационного дозирования. Разработан алгоритм выбора дозы реализующий данный метод. Произведено компьютерное моделирование алгоритма многопоточной работы МГД.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям МГД и анализу соответствия полученных математической и компьютерной моделей реальному дозатору на продуктах с различными характеристиками.

| >>
Источник: Смирнов Карим Асенович. Разработка алгоритмов управления мехатронными дозаторами [Электронный ресурс]: Дис. ... канд. техн. наук: 05.02.05. - СПб.: РГБ,2006. - (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).. 2006

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ.:

  1. Введение
  2. 7.1. ВВЕДЕНИЕ
  3. Введение
  4. ДВА "ВВЕДЕНИЯ В ФИЛОСОФИЮ" (англо-американский вариант)
  5. Введение Предмет и задачи теории прав человека
  6. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ЧАСТИ ТРЕТЬЕЙ ГРАЖДАНСКОГО КОДЕКСА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
  7. ВВЕДЕНИЕ,
  8. ВВЕДЕНИЕ
  9. ВВЕДЕНИЕ
  10. Введение
  11. Введение
  12. ВВЕДЕНИЕ
  13. ВВЕДЕНИЕ