РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ КРИТЕРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
2.1. Технологические процессы многопродуктовой переработки сырья как составная часть интегрированных автоматизированных производств
Технологические процессы многопродуктовой переработки сырья широко используются при обработке металлов, пластика, в керамической промышленности, в обогащении полезных ископаемых (например, полиметаллических и черных руд) и т.д. Например, АСУ ТП, как составная часть интегрированной АСУ многопродуктовой переработки сырья, может быть представлена в виде двухконтурной системы (рис. 2.1). Внутренний контур АСУ ТП обеспечивает требуемую производительность, внешний контур - выпуск необходимых объемов конечного продукта.
На рис. 2.1 приняты следующие обозначения: 1 - внешние источники входных продуктов; 2 - процессы хранения-дозировки-подачи сырьевых запасов входных продуктов; 3 -процессы преобразования входных продуктов нижнего уровня; 4 - процессы хранения-дозировки-подачи выходных продуктов процесса преобразования; 5 -потребители выходных продуктов процессов преобразования; 6 - процессы управления нижнего иерархического уровня; 7 - процессы преобразования второго иерархического уровня; 8 -процессы управления высшего иерархического уровня; 9 - каналы управления процессами дозировки-подачи сырьевых запасов входных продуктов; 10 - каналы управления объемами переработки сырьевых продуктов; 11 - канал управления ассортиментом продукции интегрированной АСУ.
Средний иерархический уровень управления на основании обработки данных сигналов регистрации о входных и выходных продуктах преобразования формирует сигналы управления для подсистемы нижнего иерархического уровня. Эти сигналы содержат информацию об объемах выпуска отдельных продуктов технологического комплекса. Неоптимальное управление на этом иерархическом уровне приводит к формированию несогласованных технологических операций относительно внешнего потребителя интегрированной АСУ многопродуктовой переработки сырья.
Нижний иерархический уровень интегрированной АСУ многопродуктовой переработки сырья должен обеспечить оптимальную производительность технологических процессов при заданных ограничениях на качество выпускаемого продукта.
При этом ресурсоемкость ТП, входящего в состав внешнего контура автоматизации, как правило, более чем на порядок превышает ресурсоемкость вложенного ТП, относящегося к АСУ нижнего иерархического уровня. По этой причине синтез АСУ оптимального автоматизированного управления внешним контуром технологического комплекса является очень значимым аспектом общей задачи исследований.
Одним из представителей класса технологических процессов многопродуктовой переработки сырья является класс процессов экструзии пластических масс [166].
Технологический процесс осуществляется путем подготовки расплава в экструдере и придания нагретому сырью той или иной формы посредством продавливания его через формующие головки соответствующей конструкции с последующим охлаждением, калиброванием и т.д. Для этого используют шнековые или червячные экструдеры.
Общая схема расположения технологических агрегатов экструзионной установки представлена на рис. 2.2, 2.3.
Рис. 2.1. Двухконтурная система автоматического управления технологическим процессом многопродуктовой переработки сырья
Рис. 2.2. Диаграмма расположения основного технологического оборудования экструзионной линии. 1 - экструдер, 2 - формующая головка,
3 - калибратор с охладителем, 4 - транспортер, 5 - отрезное устройство,
6 - приемный стол
Рис. 2.3. Функциональные секции экструзионной головки и калибратора: 1 - калибратор-охладитель, 2 - экструзионная головка, 3 - переходной участок между шнеком и головкой
По устройству и принципу работы основного узла, продавливающего расплав в головку, экструдеры подразделяются на шнековые, бесшнековые и комбинированные.
Основным оборудованием для переработки пластмасс методом экструзии служат шнековые машины, называемые также червячными прессами.
В отдельных случаях переработки пластмасс применяются бесшнековые, или дисковые, экструдеры, в которых рабочим органом, продавливающим расплав в головку, является диск особой формы.
Движущая сила, продавливающая расплав, создается в них за счет развития в расплаве нормальных напряжений, направленных перпендикулярно касательным (совпадающим с направлением вращения диска). Дисковые экструдеры применяются, когда необходимо получить улучшенное смешение компонентов смеси. Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров.
Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Они применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.
Шнековые экструдеры могут быть различных типов: одно- и двух-шнековые; одно- и двухступенчатые; универсальные и специализированные; с осциллирующим (вдоль оси) и одновременно вращающимся шнеком; с зоной дегазации и без нее; с вращением шнеков в одну и в противоположные стороны и т.п.
Наиболее простым является одношнековый экструдер без зоны дегазации. Основными элементами экструдера являются обогреваемый цилиндр, шнек (с охлаждением или без него), сетки, размещаемые на решетке, и формующая головка. В зависимости от природы полимера, технологических режимов переработки применяются шнеки различного профиля, в частности, с различным характером изменения глубины h нарезки по длине шнека.
В зависимости от вида выпускаемого из