CC BY
3
Моделирование и совершенствование комбинированных систем регулирования веса бумажного полотна
М.С. Ревунов1, Д.С. Ревунов2, Е.Н. Салмов1, Н.В. Лысова3, В.М. Мыскин4
1ОАО "Маяк", Пенза 2ООО "Промсистем", Пенза 3Пензенский государственный университет, Пенза 4НПФ "Круг", Пенза
Аннотация: Для решения проблемы с большим временным запаздыванием в комбинированных системах регулирования веса 1 кв.м. бумажного полотна при производстве бумаги и картона на современных отечественных бумагоделательных машинах (БДМ) предлагается ввести дополнительный контур управления скоростью напуска бумажной массы на сеточный стол БДМ. Введенный контур будет функционировать попеременно с действующим контуром регулирования давления "воздушной подушки" внутри напорного устройства БДМ, формируя задание для компрессора или выходной задвижки (в зависимости от вида выбранного исполнительного механизма).
Ключевые слова: Бумагоделательная машина, напорное устройство, напуск бумажной массы, вес бумажного полотна, компьютерное моделирование, регулятор.
Постановка задачи
Для действующих функциональных подсистем контроля (АСУТП) веса 1 кв.м. бумажного полотна, которые основываются на принципах экстремального [1,2] или стабилизирующего управления [3,4], характерно присутствие существенных помех, поэтому для их работы требуются сложные помехозащищенные алгоритмы [5,6]. Однако, при наличии в объекте управления (ОУ) большого временного запаздывания, это приводит к невысоким показателям быстродействия АСУТП [7], что способствует появлению брака конечной продукции и перерасходу сырья.
Таким образом, для повышения быстродействия комбинированных систем регулирования веса бумажного полотна предлагается ввести дополнительный контур управления (рис. 1).
и
Рис. 1. - Структурная схема системы управления процессом
Компьютерная модель комбинированной системы регулирования веса
бумажного полотна
Сложность техпроцесса бумажного производства, обусловленная многомерностью и многосвязностью объекта управления [8], наличием запаздывания и нелинейности в АСУТП [9], ведет к необходимости построения математических и компьютерных моделей для выявления оптимальных режимов работы функциональных подсистем бумагоделательных машин (БДМ) [10].
Все расчеты проводились с помощью математического пакета Matlab и графической среды моделирования Simulink на основе экспериментальных данных. Адекватность моделей была подтверждена по значениям соотношения дисперсии относительного среднего к остаточной дисперсии и таблицам F-критерия Фишера при уровне значимости а = 0,05 [10]. Компьютерные модели АСУТП (в том числе, и с регулятором соотношения скоростей напуска бумажной массы на сетку и сеточного стола БДМ) представлены на рис. 2 - рис. 4.
к
0
К)
1
«
о
2 а №
н
О)
к
о й О)
№
й О)
Кс о н и
В
О)
Кс >
О <<
н
я
Задание уровня, см
РЮ(з/
Вщд (мД) Выход (Ги)
1 966 .523+1
Р1[)-регулятор 1
Блок формирования знании на ЧП
ПФ насоса
ПФОУ 1 (уровень в НУ]
Возмущающее вознейсгвие (гю носу бумаги)
см
—м
РЮ(5_Г
мА ^ Вкдд (мА) Выкдд аакр) %закр ^ 1
.175+1
% закр.ф.
0.75 0.125+1
Заданно воздушной подуши, см
РЮ-регуляюр 2
Блок формирования задания для заивижки
ПФ задвижки
ПФОУ 2 (воздушная попушка в НУ)
Вход (см) Бышд(Па)-
П% 0.04-21
1.55+1
м/мин
Блок расчета общего давления в НУ
Гидравлическая составляющая НУ
1.0754 г/м.кв. ^ [Рч г/м.кв.
) * 5+1
г/м.кв.
Прессовая и сушильные Временное части БДМ запаздывание !
Случайная составляющая
г/м.кв.
г/м.кв.,
РЮ(5Г
мА
Вкца [мА) Выход (% откр
% О Г Ер
Задание веса, г/м.кв
Вкдд 'уо откр) Вы*ор (г/м.кв.
г/м.кв.
Г/М.КВ.
РЮ-регулнюр 3 Бгюкформирования
задания дня массной задвижки
ПФОУ 3 {зависимость веса бумаги огс/„ открытия массной задвижки/концентрации массы)
Временное запаздывание 2
Рис. 3. - Компьютерная модель с регулятором соотношения скоростей
и
Рис. 4. - Блок управления массной задвижкой
Заключение
В ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты:
- на основе экспериментальных данных построена компьютерная модель действующей комбинированной системы регулирования веса 1 кв. м. бумажного полотна;
- построена компьютерная модель комбинированной системы регулирования веса 1 кв. м. бумажного полотна с контуром управления соотношением скоростей;
- практически доказано, что введение дополнительного контура управления позволяет повысить быстродействие и качество регулирования АСУТП (рис. 5);
- логическая развязка между двумя контурами управления (регулятором давления "воздушной подушки" и регулятором соотношения скоростей), формирующими задание для одного и того же исполнительного механизма (выходной воздушной задвижки), осуществляется с помощью условных операторов (рис. 4).
Рис. 5. - Переходные характеристики моделей АСУТП
Литература
1. Лысова Н.В., Мясникова Н.В. Регулирование веса бумажного полотна на основе метода экстремальной фильтрации для систем реального времени с помощью покадровой обработки сигнала // Инженерный вестник Дона, 2019, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2019/5882.
2. Фляте Д.М. Свойства бумаги. М.: Лань, 2012. 384 с.
3. Иванов С.Н. Технология бумаги. М.: Школа бумаги, 2006. 310 с.
4. Niskanen K. Paper physics, second addition, book series papermaking science and technology. Tappi: Fapet Oy, 2008. 324 p.
5. Никулин С.В. Совершенствование функциональных подсистем АСУТП бумажного производства на основе экстремального, нейросетевого и предиктивного управления: дис. кандидата технических наук, специальность 05.13.06 [Место защиты: Пензенский государственный университет]. Пенза, 2016. 160 с.
6. Авдеева О.В., Артамонов Д.В., Никулин С.В., Семенов А.Д. Экстремальное управление инерционным объектом с запаздыванием в условиях сильных помех // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2014. № 3. 54-64 с.
7. Revunov M.S., Semenov A.D., Nikulin S.V. Fuzzy extremal regulatory system with multidimensional input // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 709 (2020) 022085 (ICMTMTE 2019). - IOP Publishing doi: 10.1088/1757-899X/709/2/022085, 2020.
8. Ревунов М.С. Совершенствование систем стабилизации параметров потока бумажной массы с использованием кросскорреляционного алгоритма // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018. №4(26). 24 с.
9. Андреев Д.А., Панфилов А.Н., Скоба А.Н. Управление операционными процессами операторов сложных систем // Инженерный вестник Дона, 2017, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4322/.
10. Ревунов М.С. Повышение эффективности АСУТП формирования бумажного полотна с использованием методов экстремального и нечеткого управления: дис. кандидата технических наук, специальность 05.13.06 [Место защиты: Пензенский государственный университет]. Пенза, 2020. 160 с.
References
1. Lysova N.V., Mjasnikova N.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2019, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2019/5882.
2. Fljate D.M. Svojstva bumagi [Properties of paper]. M.: Lan', 2012.
384 p.
3. Ivanov S.N. Tehnologija bumagi [Paper technology]. M.: Shkola bumagi, 2006. 310 p.
4. Niskanen K. Paper physics, second addition, book series papermaking science and technology. Tappi: Fapet Oy, 2008. 324 p.
5. Nikulin S.V. Sovershenstvovanie funkcional'nyh podsistem ASUTP bumazhnogo proizvodstva na osnove jekstremal'nogo, nejrosetevogo i prediktivnogo upravlenija dis. kandidata tehnicheskih nauk 05.13.06. [Mesto zashhity: Penzenskij gosudarstvennyj universitet]. Penza, 2016. 160 p.
6. Avdeeva O.V., Artamonov D.V., Nikulin S.V., Semenov A.D. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Povolzhskij region. Tehnicheskie nauki. 2014. № 3. pp. 54-64.
7. Revunov M.S., Semenov A.D., Nikulin S.V. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, 709 (2020) 022085 (ICMTMTE 2019) DOI: 10.1088/1757-899X/709/2/022085.
8. Revunov M.S. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol'. 2018. №4(26). p. 24.
9. Andreev D.A., Panfilov A.N., Skoba A.N. Inzhenernyj vestnik Dona, 2017, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4322/.
10. Revunov M.S. Povishenie effektivnosti ASUTP formirovaniya bumajnogo polotna s ispolzovaniem metodov ekstremalnogo i nechetkogo upravleniya dis. kandidata tehnicheskih nauk 05.13.06. [Mesto zashhity: Penzenskij gosudarstvennyj universitet]. Penza, 2020. 160 p.
