CC BY
13
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОБ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ХЛОПКА-СЫРЦА Камалов Н.З.1, Муратов Х.М.2, Хошимов Ф.А.3, Бахадиров И.И.4, Камалов Ж.Н. , Камалов Х.Н. , Камалов С.Н. Email: [email protected]
1Камалов Нажмиддин Зиявуддинович - доктор технических наук, профессор, заведующий
лабораторией,
Открытое акционерное общество «Научный центр хлопковой промышленности»; 2МуратовХакимжон Махмудович - доктор технических наук, профессор, директор; 3Хошимов Фозилджон Абидович - доктор технических наук, профессор, заведующий
лабораторией,
Научно-технический центр Акционерное общество «Узбекэнерго»; 4Бахадиров Илёс Исмаилович - старший преподаватель, кафедра электроснабжения, Ташкентский государственный технический университет; 5Камалов Жамолиддин Нажмиддинович Камалов - младший научный сотрудник; 6Камалов Хусниддин Нажмиддинович - младший научный сотрудник; 7Камалов Салохиддин Нажмиддинович - младший научный сотрудник, Открытое акционерное общество «Научный центр хлопковой промышленности», г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: приводятся методы оптимизации класса разделительных процессов, на примере технологического процесса джинирования хлопка-сырца. Приведены алгоритмы многокритериальной оптимизации. Поставленная задача решена с применением системы автоматической оптимизации, предусматривающей корректировку коэффициентов математической модели процесса через определенные промежутки времени, и решение задачи оптимального управления процессом джинирования хлопка-сырца. Предлагается функционально-структурная схема системы автоматической оптимизации процесса джинирования хлопка-сырца.
Ключевые слова: многокритериальная оптимизация, критерий эффективности, оптимальное управление, микропроцессорная система.
OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF PRIMARY COTTON-COTTON PROCESSING Kamalov N.Z.1, Muratov Kh.M.2, Khoshimov F.A.3, Bahadirov I.I.4, Kamalov J.N.5, Kamalov Kh.N.6, Kamalov S.N.7
1Kamalov Nazhmiddin Ziyavuddinovich - Doctor of Technical Sciences, Professor,
Head of Laboratory, JOINT STOCK COMPANY "SCIENTIFIC CENTER OF COTTON INDUSTRY"; 2Muratov Khakimjon Makhmudovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Director; 3Khoshimov Foziljon Abidovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Laboratory, SCIENTIFIC-TECHNICAL CENTER OF JOINT-STOCK COMPANY "UZBEKENERGO"; 4Bahadirov Ilyos Ismailovich - Senior Teacher, DEPARTMENT ELECTRIC PO WER SUPPLY, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY; 5Kamalov Jamoliddin Najmiddinovich - junior research Worker; 6Kamalov Khusniddin Najmiddinovich - junior research Worker; 7Kamalov Salohiddin Najmiddinovich - junior research Worker, JOINT-STOCK COMPANY "SCIENTIFIC CENTER OF COTTON INDUSTRY», TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: methods of optimization of a class of separation processes are given, by the example of technological process of raw cotton ginning. Algorithms of multi-criteria optimization are given. The set task is solved by means of automatic optimization system which provides for adjustment of mathematical model coefficients of the process at certain time intervals and optimal control over raw cotton ginning process. The functional and structural scheme of automatic optimization system of raw cotton ginning process is offered. Keywords: multi-criteria optimization, efficiency criterion, optimal control, microprocessor system.
УДК 677.21.03
Вопросы оптимизации технологических процессов рассмотрим на примере технологического процесса джинирования хлопка-сырца на предприятиях хлопкоочистительной промышленности. Построение математических моделей связано с разработкой системы управления объектом, а оптимальное управление предусматривает получение заданного продукта по определенному показателю -критерию эффективности. Получение продукта заданного качества для сложного объекта может быть достигнуто за счет изменения многочисленных характеристик входных переменных или переменных, достаточно полно характеризующих внутреннее состояние объекта, или тех и других характеристик одновременно. Расчет оптимальных характеристик предусматривает установление по заданному критерию эффективности таких показателей входных переменных и переменных, характеризующих внутреннее состояние объекта, которые обеспечивали бы требуемое выходное качество наилучшим образом, т.е. по заданному критерию [1].
Общей чертой всех технологических процессов первичной переработки хлопка-сырца, которые относятся: к широкому классу разделительных, является массовость: число элементарных частиц (летучек, прядок) подлежащих переработке очень велико.
В большинстве случаев критериями эффективности служат качественные и технико-экономические показатели работы технологического процесса. К этим критериям относятся показатели качества, выходного продукта, его себестоимость, производительность процессов, длительность технологического цикла и др. Обычно многие из критериев связаны между собой обратной зависимостью и оптимизация по таким критериям дает противоречивые результаты. Так, например, обычно улучшение качественных показателей ведет к повышению себестоимости продукции, увеличению длительности производственного цикла и т.д. Правильная и объективная оценка процессов первичной переработки хлопка-сырца возможна только тогда, когда, показатель переработки учитывает одновременно количественную и качественную сторону процесса. Поэтому, критерий эффективности должен учитывать технико-экономические показатели всего производства [2, 3].
Количество факторов, влияющих на тот или иной технико-экономический показатель процессов первичной переработки хлопка-сырца, велико, поэтому, решение вопроса о том, каковы должны быть технико-экономические показатели процесса в общем виде, к сожалению, в настоящее время для различных производственных процессов в хлопкоочистительной промышленности еще не разработаны. По-видимому, в качестве критерия эффективности могут быть приняты показатели процессов, применяемые на различных ступенях иерархии производства. При этом показатели отдельных производственных процессов или цехов могут быть использованы при решении вопроса оптимального управления отдельными производственными процессами или же цехами, а показатели предприятия - для оптимального управления всем производством. Необходимо отметить, что между показателями, по которым оценивается работа предприятия или отдельного процесса, существует определенная связь, и она должна учитываться при применении этих показателей в качестве критерия эффективности.
Требования к технологическому процессу джинирования диктуются, во-первых, условиями получения заданных качественных показателей хлопкового волокна и хлопковых семян и, во-вторых, необходимостью наиболее экономичного протекания процесса. Основными требованиями, предъявляемыми к процессу джинирования, являются минимальная засоренность хлопкового волокна, уменьшение поврежденности и опущенности хлопковых семян, так как от значений этих показателей зависит возможность их дальнейшей переработки.
Выбранный критерий оптимальности технологического процесса джинирования хлопка-сырца при соблюдении позиционных ограничений, накладываемых на входные параметры процесса, а также полученная математическая модель процесса позволили решить задачу оптимизации данного технологического процесса.
Рассматриваемая компромиссная задача не может быть решена полностью обычной стабилизацией важнейших параметров исследуемого процесса, так как в реальных производственных условиях первичной переработки хлопка обычно не удается избежать влияния ряда неконтролируемых возмущающих воздействий. Решение поставленной задачи можно решить с применением системы автоматической оптимизации, предусматривающей корректировку коэффициентов математической модели процесса через определенные промежутки времени, и решение задачи оптимального управления процессом джинирования хлопка-сырца.
Периодическая корректировка математической модели процесса предполагает необходимость использования достоверной информации о состоянии объекта управления [4]. Отсутствие непрерывной информации входящих в математическую модель таких параметров, как производительность по волокну, поврежденность хлопковых семян, засоренность волокна и остаточная опушенность хлопковых семян, вынуждает производить корректировку модели через определенный интервал времени (после получения результатов лабораторных анализов).
В основе построения системы автоматического управления процессом джинирования хлопка-сырца лежит выбор таких структурных взаимосвязей отдельных звеньев, которые обеспечивали бы комплексность переработки первичных сведений и выдачу результативной информации органами управления на всех ступенях контролируемого объекта. Эксплуатация системы управления связана с реализацией методов оптимизации управляемых процессов. Структура системы управления должна строиться на принципах минимизации числа ступеней и с учетом наиболее простых связей между подсистемами и элементами общей схемы.
Для решения поставленной задачи разработана система автоматической оптимизации технологического процесса джинирования хлопка-сырца (рисунок 1).
Рис. 1. Функционально-структурная схема системы автоматической оптимизации процесса
джинирования хлопка-сырца
Система оптимизации работает следующим образом [5].
В оперативную память управляющей вычислительной машины с помощью устройства связи с объектом вводится информация, которая поступает от системы управления технологическим оборудованием, данные ручного ввода, представляющих собой результаты лабораторных анализов, а также нормативно-справочная информация. Опрос значений таких параметров, как производительность по волокну, поврежденность хлопковых семян, засоренность волокна и опушенность хлопковых семян производится через определенное время.
Во время переработки полученной информации производится усреднение значений указанных координат за промежуток времени циклами опроса по рекуррентному выражению:
V" = V"-1 + -(V" - V"-1) п
п т7 п-1
V - значения измеряемых координат, усредненные, соответственно по
"п " и "п-1" опросам; V" - мгновенное значение координат в п-ом опросе [6].
Далее усредненная информация из блока анализа и преобразования данных (БАПД), поступает в блоки сравнения (СБ) и корректировки (КБ), где уточняются, коэффициенты модели. В блоке математической модели (БММ) вычисляется математическая модель процесса. Полученные результаты сравниваются по соответствующим величинам объекта, в памяти машин. В соответствии с заданными критериями в блоке скалярной (БСО) производится поиск оптимальных значения входных параметров процесса. Найденные оптимальные значения параметров процесса поступают в блок анализа технологического процесса (БАТП), где проверяются на достоверность. При числе критериев больше одного, БАТП посылает информацию в блок векторной оптимизации (БВО). Если же число критериев составляет единицу, то в этом случае БАТП передает информацию в блок вычисления оптимальных параметров регулятора (БВОПР). Результаты вычислений передаются в блок установки оптимальных параметров (БУОПР), который устанавливает
оптимальные параметры регулятора и поддерживает эти значения до поступления следующей информации. Регулирующие органы (РОь РО2, РО3, РО4) воздействуют на входные параметры объекта согласно сигналам, поступающим из БУОРП.
Таким образом, контроль и управление стабилизирует параметры процесса, позволяет точно и быстро корректировать технологические режимы работы агрегата при изменении условий, а также получать необходимую технико-экономическую информацию для полного и своевременного анализа процесса и принятия соответствующих решений.
Из анализа агрегатных средств, а также из опыта эксплуатации системы установлено, что наиболее приемлемым в системе автоматического управления технологическим процессом джинирования хлопка-сырца является использование микропроцессорного устройства. В качестве микропроцесссорного устройства предполагается использование промышленного контроллера. Микропроцессорная система состоит из: регулируемого электропривода питающих валиков, выполненного на базе асинхронного электродвигателя переменного тока с мотор-редуктором и устройства преобразования частоты; устройства измерения потребляемой мощности (расхода электроэнергии) двигателем пильного цилиндра джина; блока микропроцессорной обработки информации и выработки сигналов управления; исполнительного механизма.
В основу работы микропроцессорной системы положен тот факт, что к количеству хлопка-сырца, подаваемого в джин при оптимальной работе, соответствует определенная потребляемая мощность (расход электроэнергии) двигателем пильного цилиндра линтера. При превышении этого значения (при перерасходе электроэнергии) необходимо уменьшать подачу хлопка-сырца в джин через блок регулирования и наоборот. Информация о состояния нагрузки двигателя (расход электроэнергии) пильного цилиндра джина получается из датчика мощности.
На основе вышеприведенных рассуждений, были выбраны основные комплектующие части и механизмы системы автоматического управления.
Разработанная и изготовленная система автоматического управления технологическим процессом джинирования хлопка-сырца внедрена на Букинском опытно-экспериментальном хлопкозаводе и получены положительные результаты.
Внедрение системы автоматического управления технологическим процессом джинирования хлопка-сырца приводит к: увеличению производительности джина по волоки за счет равномерной подачи хлопка-сырца; исключению образования забоев; снижению простоев; экономию энергоресурсов; обеспечению условий техники безопасности и охраны труда. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения составляет 150,5 млн сум на одну систему.
Список литературы /References
1. Камалов Н.З., Камалов Ш.З., Каримов Д.Р., Болтаев Ф.Б. Векторная оптимизация процесса линтерования хлопковых семян. Научно-технический журнал «Проблемы механики». № I/2015, Ташкент, 2015. С. 45-47.
2. Камалов Ш.З. Разработка метода комбинирования статической и динамической оптимизации технологических процессов. Сборник материалов международной конференции "Перспективы интенсивного подхода к инновационному развитию". Наманган, 2018. 2-ая часть. С. 380-382.
3. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Дрофа, 2006. 75 с. ISBN 5-7107-7989-Х.
4. Камалов Н.З. Камалов Ш.З. Автоматизация процесса питания материалом технологических процессов хлопкозавода. Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности: материалы докладов международной научно-технической конференции, посвященной Году науки, Витебск, 21-22 ноября 2017 г. С. 46-49.
5. Каримов Д.Р. Алгоритмы синтеза системы управления динамическими объектами с запаздыванием. «Кимёвий технология, назорат ва бошкарув». № 3, 2012. С. 82.
6. Камалов Н.З., Камалов Ш.З., Камалов С. Комплексная система автоматизации технологического процесса джинирования хлопка-сырца в хлопкоочистительной промышленности. Труды Международной научной конференции «Рахматулинские-Ормонбековские чтения». Бишкек, 23-24 октября 2015 г. Научно-информационный журнал. №3, 2015. С. 172-174.
