ИМИТАЦИОННАЯ  МОДЕЛЬ  СИСТЕМЫ  ПРОГРАММНОГО  УПРАВЛЕНИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ  ПРОЦЕССАМИ  В  СРЕДЕ  VISSIM

Грыжов  Владимир  Константинович

канд.  техн.  наук,  зав.  Кафедрой  естественно-научных  и  технических  дисциплин,  доцент,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

Кузьмин  Константин  Анатольевич

канд.  пед.  наук,  доцент  кафедры  Естественно-научных  и  технических  дисциплин,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

Грыжов  Евгений  Владимирович

зав.  лабораторией  систем  управления  и  автоматизации  технологических  процессов  филиала  «Московского  государственного  университета  технологии  и  управления  имени  К.Г.  Разумовского»,  РФ,  Смоленской  области  г.  Вязьме

E-mail: 

A  SIMULATION  MODEL  OF  THE  SYSTEM  SOFTWARE  TECHNOLOGICAL  PROCESS  CONTROL  IN  VISSIM  ENVIRONMENT

Vladimir  Konstantinovich  Gryzhov

associate  professor,  PhD  (engineering),  head  of  the  Department  of  science  and  engineering  disciplines  of  Vyazma  branch  of  Moscow  State  University  of  Technologies  and  Management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

Konstantin  Anatolyevich  Kuzmin

associate  professor,  PhD  (education),  Department  of  science  and  engineering  disciplines  of  Vyazma  branch  of  Moscow  State  University  of  Technologies  and  Management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

Eugeni  Vladimirovich  Gryzhov

head  of  technological  processes  automation  and  control  systems,

Vyazma  branch  of  K.G.  Razumovski  state  University  of  technologies  and  management,  Russian  Federation,  Smolensk  region  Vyazma

АННОТАЦИЯ

В  среде  моделирования  VisSim  на  примере  тепловлажностной  обработки  железобетонных  изделий  разработана  имитационная  модель  системы  программного  управления  технологическим  процессом.  Представленная  модель  системы  управления  является  каскадной  и  открытой  для  дальнейших  изменений  и  дополнений,  что  дает  возможность  для  исследования  и  проектирования  аналогичных  систем  управления. 

ABSTRACT.

In  VisSim  simulation  environment  on  the  example  of  heat  and  humidity  treatment  of  reinforced  concrete  products  a  simulation  model  of  software  technological  process  control  is  developed.  The  presented  model  is  the  cascade  control  system  and  is  open  for  further  changes  and  additions,  which  allows  for  study  and  design  of  similar  control  systems.

Ключевые  слова :  имитационная  модель;  ПИ-регулятор;  каскадная  система  управления;  технологическая  карта;  тепловлажностная  обработка. 

Keywords :  simulation  model;  PI  controller;  cascade  control  system;  technological  chart;  heat  and  humidity  treatment

Программа  Vissim,  разработанная  и  развиваемая  компанией  Visual  Solutions,  мощное,  удобное  для  пользователя,  компактное  и  эффективное  средство  моделирования  физических  и  технических  объектов,  систем  и  их  элементов. 

В  программе  VisSim  можно  моделировать  различные  системы:  линейные  и  нелинейные;  непрерывные  и  дискретные.  В  одной  модели  можно  одновременно  задавать  и  определять  как  непрерывные,  так  и  дискретные  передаточные  функции;  для  дискретной  части  модели  возможно  многочастотное  квантование.

Вышеописанные  достоинства  и  возможности  программы  VisSim  могут  успешно  применяться  в  качестве  средства  моделирования  и  разработки  различных  автоматизированных  систем  при  решении  широкого  круга  научных  и  инженерных  задач.

В  данной  работе  для  примера  приводится  имитационная  модель  тепловлажностной  обработки  железо-  бетонных  изделий.

Известно,  что  процесс  твердения  бетона  значительно  превышает  по  длительности  все  остальные  операции  по  изготовлению  бетонных  и  железобетонных  изделий.  Тепловая  обработка,  позволяющая  во  много  раз  ускорить  процесс  твердения  бетона,  является,  как  правило,  необходимым  условием  заводского  производства  бетонных  и  железобетонных  изделий;  включение  тепловой  обработки  в  технологический  процесс  изготовления  изделий  дает  возможность  значительно  увеличить  оборачиваемость  форм,  повысить  коэффициент  использования  производственных  площадей  цеха  и  сократить  длительность  общего  цикла  производства.

К  методам  тепловой  обработки  может  быть  отнесен  метод  тепловлажностной  обработки  бетона  при  атмосферном  давлении  в  сформованных  изделиях  в  пропарочных  камерах  явного  типа.  Этот  метод  является  наиболее  распространенным  способом  тепловой  обработки  бетонных  и  железобетонных  изделий.  При  пропаривании  сформованные  изделия  выдерживаются  в  камере  в  среде  насыщенного  пара  или  паровоздушной  смеси  до  достижения  бетоном  заданной  прочности.  В  пропарочной  камере  создаются  не  только  благоприятная  температура  для  ускоренного  твердения  (в  пределах  60—100  ^оС),  но  и  оптимальная  влажность  среды,  способствующая  сохранению  влаги  в  бетоне  для  его  дальнейшего  твердения  и  после  окончания  пропаривания.  Это  позволяет  сократить  сроки  твердения  бетона  до  заданной  прочности  с  28  суток  до  8—6  ч.  и  дает  основание  считать  пропаривание  наиболее  эффективной  тепловлажностной  обработкой  бетона.

Основными  параметрами  режима  пропаривания  бетона  являются:

·     принятая  максимальная  температура  среды,  при  которой  осуществляется  изотермический  прогрев  и  его  продолжительность; 

·     длительность  и  характер  подъема  температуры  в  камере  от  исходной  до  принятой  наивысшей  (скорость  подъема  температуры  в  камере); 

·     скорость  понижения  температуры  среды  (интенсивность  остывания  бетона  в  камере  после  тепловой  обработки); 

·     относительная  влажность  среды  твердения,  а  так  же  срок  предварительного  выдерживания  сформованных  изделий  до  начала  тепловой  обработки.

Изотермический  прогрев.  Температуру  в  камере  пропаривания  на  стадии  изотермического  прогрева  следует  принимать  для  бетонов  на  рядовых  портландцементах  (с  умеренным  содержанием  трехкальцевого  алюмината  —  С₃А),  равной  80—85°  С.  При  более  низкой  температуре  длительность  изотермического  прогрева  существенно  увеличивается,  что  нежелательно  из-за  снижения  оборачиваемости  камер,  форм  для  изделий  и  пр.  Однако,  если  используемый  портландцемент  содержит  С₃А  более  10—12  %,  температуру  изотермического  прогрева  приходится  уменьшать  до  65—70  °С  с  тем,  чтобы  уменьшить  возможный  недобор  прочности  при  последующем  твердении  бетона  по  сравнению  с  бетоном,  твердевшим  в  нормальных  температурно-влажностных  условиях.

Подъем  температуры  бетона   (или  среды  в  камере)  является  наиболее  ответственным  этапом  тепловой  обработки,  так  как  возможные  нарушения  в  структуре  бетона  протекают  именно  на  этой  стадии  тепловой  обработки.  Величина  и  характер  структурных  нарушений  зависят  от  достигнутой  бетоном  к  началу  тепловой  обработки  прочности,  от  скорости  подъема  температуры  среды  в  камере  и  ряда  других  факторов,  способствующих  или  препятствующих  развитию  деструктивных  процессов.

Предварительное  выдерживание  сформованных  изделий  перед  тепловой  обработкой  имеет  целью  обеспечить  бетону  ту  минимально  необходимую  начальную  (критическую)  прочность  бетона,  при  которой  он  может  воспринимать  тепловое  воздействие  при  принятом  режиме  без  нарушения  его  структуры.  Оптимальное  время  выдерживания  зависит  от  вида  и  марки  (активности)  цемента,  начального  водосодержания  бетонной  смеси  (В/Ц),  температуры  среды  и  применения  химических  ускорителей  твердения;  оно  должно  составлять  в  среднем  2—4  ч.,  в  отдельных  случаях  и  более,  но  не  менее  1—2  ч.

Выбирая  в  зависимости  от  марки  и  вида  применяемого  цемента,  температуры  изотермического  прогрева  и  водоцементного  отношения  ту  или  иную  кривую,  можно  определить  необходимую  продолжительность  прогрева  (подъем  температуры  +  изотермический  прогрев),  а  также  рекомендуемую  скорость  подъема  температуры  в  камере  для  получения  требуемой  прочности  бетона  в  процентах  от  марочной.

Имитационная  модель  объекта  управления  (пропарочной  камеры)  и  системы  программного  управления  тепловлажностной  обработки  ЖБИ  разработана  в  программе  VisSim  и  представлена  на  рисунке  1.  Так  как,  процесс  изменения  температуры  является  медленным,  в  системе  управления  использован  ПИ-регулятор.  Настроечные  параметры  ПИ-регулятора  получены  в  результате  эксперимента.  Для  повышения  качества  управления  к  выходу  ведущего  ПИ-регулятора  подключен  ведомый  П-  регулятор.  Таким  образом,  система  управления  является  каскадной.

Модель  изменения  температуры  в  пропарочной  камере  по  карте  технологического  процесс  выделена  в  отдельный  блок  TPROG  и  в  развернутом  виде  приводится  на  рисунке  2.

Рисунок  1.  Имитационная  модель  каскадной  системы  управления  тепловлажностной  обработкой  ЖБИ

Рисунок  2.  Алгоритм  изменения  температуры  в  пропарочной  камере  по  технологической  карте  (задатчик  САУ)

Список  литературы:

1.Гершберг  О.А.  Технология  бетонных  и  железобетонных  изделий:  Издание  третье,  переработанное  и  дополненное,  М/,  2001  г.