Високоточні дозуючі пристрої з часовим розподілом складових дози для фасовочних систем - Автореферат

Після тотального переходу при ваговому дозуванні на тензометричні давачі і пневматику, які забезпечують максимальну швидкість керування виконавчими елементами, фактично не виконувалися системні дослідження проблем підвищення точності дозування як взагалі, так і за допомогою розподілу складових дози, зокрема у часі . Зокрема, для узгодження продуктивності дозатора й пакувальника застосовують багатоканальні дозатори, точносна нерівномірність роботи яких накладає специфічні відбитки на точність фасовочних систем. Робота виконана на кафедрі вимірювально-інформаційної техніки НТУ “Харківський політехнічний інститут” у рамках її наукового напрямку “Оптимальне керування динамічними системами в умовах невизначеності з урахуванням можливості їх самоконтролю” на протязі 2000-2002 рр. У межах цього напрямку було виконано господарсько-договірної роботу № 61999 від 17.06.2002г. між НТУ “ХПІ” і ТОВ “Виробнича група “ТФК” по розробці метода та алгоритмів для інформаційно-діагностичної системи дискретних дозаторів фасовочно-пакувальних систем, яка координувалась держбюджетною темою “Дослідження проблем прикладної метрології при вирішенні задач управління якістю промислової продукції та самоконтролю технічних систем” (план прикладних робіт МОН України, ДР № 010U0001647). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні задачі: класифікувати дозатори, пристрої для їх керування і порушення точності у багатоканальних дозаторах та створити методику дослідження цих порушень; виявити процеси й пристрої, які є потенційно слабкими за точністю та розробити пристрої й алгоритми їх функціонування, які здатні підвищити точність ДДРЧ; пристрій дозатор часовий розподіл дослідити фактори, що впливають на сипкість продукту та створити методику синтезу комплексних моделей сипкості продуктів, що дозуються;Дозатор, який є найбільш складним у технічному й алгоритмічному відношеннях пристрій, визначає основні характеристики технологічних ліній (продуктивність, точність й вартість). Це повязано з недосконалістю елементарної бази цих дозаторів та алгоритмів керування ними. Аналіз існуючих засобів дозування показав: усі вони використовують принцип поділу дози на складові. За цією ознакою всі дискретні дозатори можна розділити на три групи: з розподілом у часі (лінійні дозатори), з просторовим розподілом у (комбінаційні дозатори), з розподілом у часі і просторі (дозатори Попова). Значення систематичних та випадкових похибок у випадку, якщо вони не відповідають заданим чи бажаним значенням, є предметом обговорення базових рішень, прийнятих при конструюванні дозатора: повнота використання точностних можливостей датчиків маси і правильності вибору кінематичних звязків датчика з механічними елементами конструкції; конструктивне виконання заслінок, тип і потужність приводу та величини транспортних запізнювань й інерціоностей; розміри й взаємне розташування каналів, які подають, заслінок та нагромаджувачів продукту; рівномірність (у точностному розумінні) роботи каналів дозування, які працюють на єдиний пакувальник; раціональність вибору параметрів циклограми дозатору (координати крапки перегину циклограми, витрати продукту на етапах грубого й точного дозування та ін.).У результаті виконання даної дисертаційної роботи отримані наступні основні результати: розроблено класифікації дозаторів за ознакою “спосіб розподілу складових дози” та класифікації самих ДДРЧ, пристроїв керування ними та порушень точності у багатоканальних ДДРЧ; розроблено методику й алгоритми виявлення та оцінювання типових для багатоканальних ДДРЧ порушень точності; розроблено пристрої й алгоритми їхнього функціонування, які підвищують точність і продуктивність ДДРЧ із примусовою подачею продукту, включаючи пристрої стабілізації вібролотків, пристрої відхилення помилкової дози, аналогові й аналого-цифрові перетворювачі вібрацій (програмний - на основі регресійних моделей і апаратний - на основі дельта-сигма-АЦП), пристрої стабілізації подачі продукту на вібролотки; отримано аналітичний вираз для оцінки динамічної похибки ДДРЧ, яке є функцією насипної щільності дозуємого продукту, обємної витрати у дозуючих вузлах й транспортному запізненні у дозаторі;

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації вирішена актуальна наукова задача підвищення точності дозаторів з розподілом складових дози у часі для фасовочних систем. У результаті виконання даної дисертаційної роботи отримані наступні основні результати: розроблено класифікації дозаторів за ознакою “спосіб розподілу складових дози” та класифікації самих ДДРЧ, пристроїв керування ними та порушень точності у багатоканальних ДДРЧ; розроблено методику й алгоритми виявлення та оцінювання типових для багатоканальних ДДРЧ порушень точності;

розроблено пристрої й алгоритми їхнього функціонування, які підвищують точність і продуктивність ДДРЧ із примусовою подачею продукту, включаючи пристрої стабілізації вібролотків, пристрої відхилення помилкової дози, аналогові й аналого-цифрові перетворювачі вібрацій (програмний - на основі регресійних моделей і апаратний - на основі дельта-сигма-АЦП), пристрої стабілізації подачі продукту на вібролотки;

розроблено методику оцінювання сипкості дозуємих продуктів, у результаті використання якої можуть бути отримані регресійні моделі питомої витрати сипучого продукту, застосовувані для адаптивного керування ДДРЧ;

отримано аналітичний вираз для оцінки динамічної похибки ДДРЧ, яке є функцією насипної щільності дозуємого продукту, обємної витрати у дозуючих вузлах й транспортному запізненні у дозаторі;

для транспортних систем регулювання рівня продукту отримані аналітичні умови, при виконанні яких можна застосовувати методи аналізу систем з постійними параметрами, а також аналітичні вирази для амплітуди та періоду автоколивань у прийомному бункері дозатора;

на основі виконаних досліджень розроблено комплекс уніфікованих технічних засобів, призначених для побудови систем контролю й керування дозаторами фасовочно-пакувальних систем;

запропоновано спосіб аналого-цифрового перетворення амплітудних значень періодичних сигналів на основі квадратичної регресії;

запропоновано розширену класифікацію пристроїв керування ДДРЧ із компенсуючим каналом, яка включає 8 нових варіантів; у рамках структур з компенсуючим каналом знайдений оптимальний за точністю дозування алгоритм з регулюванням ординати циклограми;

вирішено задачу прогнозування технічного стану гравітаційних ДДРЧ (потокової частини) за допомогою цифрових фільтрів; показані переваги інтегруючо-різносного фільтра (ІРФ) для вирішення задачі оцінки параметрів тренду витрати, визначені його раціональні параметри;

результати дисертаційної роботи впроваджені у промисловість у вигляді фасовочно-пакувальних систем, що випускаються серійно, та комплексів уніфікованих технічних засобів для їхньої побудови, а також в учбовий процес.

1. Овчаренко А. И., Середа А.Д. Классификация алгоритмов дискретного весового дозирования // Вісник Національного технічного університета “ХПІ”. - Харків: НТУ “ХПІ” - 2002. - Т.7, № 9. - С. 143-146.

Здобувачем запропонована класифікація алгоритмів дозування ДДРЧ.

2. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Фасовочно-упаковочное оборудование для сыпучих пищевых продуктов // Хранение и переработка зерна. - Днепропетровск: ООО ИА “АПК-ЗЕРНО” - 2001. - № 11 (29). - С. 47-48.

Здобувачем дано обґрунтування багатозонного дозування у фасовочних системах підвищеної точності для сипучих матеріалів.

3. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Динамическая погрешность весовых дозаторов и способ ее минимизации // Вісник Національного технічного університета “ХПІ”. - Харків: НТУ “ХПІ” - 2002. - № 18. - С. 91-96.

Здобувачем проведено аналіз складових динамічної похибки та аналіз впливу регулятора вібропереміщень на ці складові.

4. Овчаренко А.И., Середа А.Д. О стабилизации производительности дискретных весовых дозаторов с разделением процесса формирования составляющих дозы во времени // Хранение и переработка зерна. - Днепропетровск: ООО ИА “АПК-ЗЕРНО” - 2002. - № 9 (39). - С. 55 -57.

Здобувачем розроблені алгоритми адаптивного керування дозаторами з гравітаційною подачею продукту і результати їхнього порівняльного аналізу.

5. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Исследования погрешности дозирования // Упаковка. - Киев: ИАЦ “Упаковка”. - 2002. - № 5. - С. 30-32.

Здобувачем проведено аналіз складової динамічної похибки дозування та розроблено методи і засоби її мінімізації.

6. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Анализ систем регулирования транспортеров, подающих сыпучий продукт к дозаторам // Хранение и переработка зерна. - Днепропетровск: ООО ИА “АПК-ЗЕРНО” - 2002. - № 10 (40). - С. 64 -66.

Здобувачем розроблено формули для амплітуди і періоду автоколивань та умови сталості коефіцієнта передачі бункера.

7. Середа О.Д. Шапіро М.В. Патент на промисловий зразок № 7100 від 17.03.2003р., Україна. Модуль пакувальний. Заяв. № 2002091179 від 23.09.2002р. Опубл. 17.03.2003 Бюл. № 3.

Здобувачем запропоновано систему відхилення хибної дози та бункер синхронізації.

8. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Признаки классификации дискретных дозаторов сыпучих продуктов // Брутто. - Киев: РИА “Сагитта”. - 2002. - № 5. - С. 42-44.

Здобувачем обґрунтовано взаємозвязок способів формування складових дози зі швидкодією і точністю фасувально-пакувальне обладнання.

9. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Выбор и исследование оптимальной стратегии адаптивного управления дискретными весовыми дозаторами // Мир упаковки. - Киев: РИА “Марко Пак”. - 2002. - № 6 (26). - С. 35-37.

Здобувачем запропонована методика модельного оцінювання крутості трендів і розроблено програмне забезпечення в середовищі типу EXCEL.

10. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Оценка динамической погрешности в двузонных дозаторах // Труды Международной научно-практической конференции “Наука и социальные проблемы общества: человек, техника, технология, окружающая среда MICROCAD-2001”.- Харьков:НТУ“ХПИ”. - 2001. - C. 17.

Здобувачем визначена динамічна похибка як домінуюча у пристроях розглянутого класу.

11. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Оценивание крутизны линейного тренда // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті // Тези доповідей учасників 15-ї міжнародної школи-семінару “Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті”. - Алушта: УКРДАЗТ - 2002. - № 4, 5(37). - С. 31, 47.

Здобувачем запропонована методика модельного оцінювання крутості трендів і розроблене програмне забезпечення в середовищі типу EXCEL.

12. Середа А.Д., Овчаренко А.И. Современные и перспективные средства автоматизации предприятия “Инженерная группа ТФК” (г. Харьков) для пищевой промышленности // Материалы третьей международной конференции “Машиностроители - предприятиям отрасли хлебопродуктов”. - Москва: Пищепромиздат. - 2002. - С. 111-113.

Здобувачем проведено системний аналіз комплексу технічних засобів для побудови дозаторів і інших засобів автоматизації.

13. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Классификация и оценивание характеристик дискретных весовых дозаторов сыпучих продуктов // Труды Х международной научно-практической конференции “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. - С. 17.

Здобувачем запропонована класифікація високоточних дозаторів за принципом формування остаточної дози.

14. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Оценивание и минимизация динамической погрешности весовых дозаторов // Материалы ІІ международной научно-технической конференции “Проблемы информатики и моделирования”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. - С. 18.

Здобувачем запропоновано формулу динамічної похибки та проведено аналіз її складових.

15. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Сигнализатор уровня сыпучих продуктов // Матеріали другої міжнародної науково-технічної конференції “Інформаційна техніка та електромеханіка” (ІТЕМ-2003). - Луганськ: СНУ. - 2003. - С. 12.

Здобувачем запропоновані конструктивні заходи щодо поліпшення характеристик сигналізаторів рівня сипучих продуктів.

16. Овчаренко А.И., Середа А.Д. Выбор оптимальной стратегии адаптивного управления дискретными весовыми дозаторами // Матеріали другої міжнародної науково-технічної конференції “Інформаційна техніка та електромеханіка” (ІТЕМ-2003). - Луганськ: СНУ. - 2003. - С. 12.

Здобувачем обрана оптимальна стратегія адаптивного керування дискретними ваговими дозаторами.

17. Середа А.Д. Промышленные дозаторы ТФК-ПАК // Матеріали другої міжнародної науково-технічної конференції “Інформаційна техніка та електромеханіка”. - Луганськ: СНУ. - 2003. - С. 12.