Автоматизация транспортно-складских операций технологического процесса производства асбестоцементных изделий

Качество строительства во многом определяется применением высокоэффективных материалов. От их свойств зависят огнестойкость, долговечность, эксплуатационные качества и архитектурный облик. Среди строительных материалов, получивших широкое применение, можно назвать различные асбестоцементные изделия, обладающие высокой влагои морозостойкостью, устойчивостью к коррозии и воздействию высокой температуры, что в сочетании с относительно небольшой плотностью определило широкие возможности в создании легких кровель в промышленном и гражданском строительстве. Дальнейшее стремление повысить конкурентноспособность по сравнению с другими строительными материалами аналогичного назначения привело к производству мелкоразмерных и окрашенных асбестоцементных листов (АЦЛ). На новые виды АЦЛ предстоит перевести 60−70 технологических линий из 100, имеющихся в отрасли [1]. Внедрение мелкоразмерного окрашенного шифера осуществляется на предприятиях: ОАО «БелАДИ» (Белгород), ОАО «ЛАТО» (Мордовия), ОАО «Тимлюйский ЭАЦИ» (Бурятия), ОАО «Брянскшифер», ОАО «Волна» (Красноярск).

Несмотря на падение производства асбестоцементных изделий в 90-е годы XX века в 4 раза, за последние пять лет производство асбеста в России возросло на 30%, а выпуск изделий на основе асбеста увеличился в 1,5 раза по сравнению с базовым 1995 годом, сохранена также научная база (ОАО «НИИпроектасбест», ЗАО «НИИасбестцемент», ООО «Тормосторм»).

В настоящее время 45% добываемого в России асбеста используется на внутреннем рынке для производства асбестоцементных и асбестотехнических изделий, а 55% экспортируется в 35 стран ближнего и дальнего зарубежья.

В последнее время ряд стран не вполне обоснованно запрещает применение асбеста и изделий на его основе. Основываясь на практике многолетнего использования хризотилового асбеста в России, исследованиях Российской академии медицинских наук и рекомендациях Международной организации труда об охране труда при использовании асбеста, Российская Федерация считает [2]: «Излишне поспешный и необоснованный отказ от использования хризотилового асбеста не имеет достаточных медико-биологических обоснований и может повлечь за собой серьезные негативные последствия для экономики целого ряда стран».

В то же время работа с асбестом и асбестосодержащими композитами сопряжена с рядом опасностей для здоровья человека. Эффективным направлением выхода из сложившейся ситуации является совершенствование технологий переработки асбеста в направлении повышения их безопасности, особенно на этапах производства, где происходит непосредственный контакт рабочих с асбестом или асбестосодержащими полуфабрикатами. Обычно это транспортно-складские операции с ручными способами погрузки, растаривания мешков с асбестом или погрузочно-разгрузочными работами с асбестоцементными листами, что имеет место на концевых технологических переделах асбестоцементного производства — заготовительном цехе-складе сырья и в зоне пакетирования шиферного полуфабриката фабрикационного отделения.

Актуальность работы. Транспортно-заготовительные расходы при производстве асбестоцементной продукции составляют существенную долю в себестоимости продукции из-за крайне низкой эффективности ручного труда, применяемого в настоящее время при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании. Высвобождение человека из этих операций с одной стороны приводит к исключению тяжелого и вредного труда, что способствует решению социальных задач общества, а с другой стороны создает условия для устранения «слабого звена» в цепи производства с точки зрения уровня автоматизации, поскольку такое высвобождение может осуществляться только средствами автоматики и микропроцессорной техники.

Для повышения эффективности транспортно-складских комплексов целесообразно произвести детальное исследование возможностей применения технических средств, используемых в передовых отраслях промышленности, например, гибких автоматизированных производств с широким внедрением робототехнических комплексов и управляющих микроконтроллеров. Кроме того, необходимо создать модели, отображающие динамику поведения транспортно-складского комплекса и отдельных его элементов при различных ситуациях. Подобные модели позволяют более детально изучить возможности оптимизации различных операций по таким важным критериям как энергетические затраты или временные затраты при их выполнении. Из всего этого следует, что тематика настоящей диссертационной работы является несомненно актуальной, а исследования, проведенные в рамках этой тематики будут способствовать формированию инженерной методики проектирования систем автоматизации концевых транспортно-складских операций в асбестоцементном производстве с учетом его особенностей.

Цель диссертационной работы — совершенствование производства асбестоцементных строительных изделий путем автоматизации концевых транспортно-складских технологических операций на основе применения элементов гибких производственных систем.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

1) определение рациональной стратегии размещения паллет с различным типом асбеста в цехе-складе сырья;

2) оптимизация процедуры транспортирования паллет с сырьем при ограничениях, устанавливаемых заданным рецептом сырьевой смеси;

3) исследование влияния свойства интервальности объекта управления на динамические свойства системы управления и нахождение способа его снижения;

— 74) совершенствование способа задания активной внешней среды и синтез структуры квазиоптимальной системы автоматического управления мобильным транспортным средством;

5) разработка программного обеспечения проектирования и функционирования микропроцессорной системы автоматизации концевых транспортно-складских операций асбестоцементного производства.

Методы исследований. В работе при проведении исследований и решении задач использовались методы системного анализа, теории автоматического управления и оптимизации, теории сетей Петри, моделирования систем.

Научную новизну работы составляют:

— оптимальная процедура транспортирования паллет с сырьем при ограничениях, устанавливаемых заданным рецептом сырьевой асбестовой смеси-'.

— способ снижения влияния свойства интервальности объекта управления на динамические характеристики системы управления мобильным транспортным средством;

— методика и алгоритмы обработки измерительной информации, получаемой с декодера-идентификатора, о боковом отклонении мобильного робота;

— процедура синтеза квазиоптимальной структуры бортовой системы автоматического управления мобильного робота.

Практическая значимость работы состоит:

— в рекомендациях по изменению расположения и количества мест загрузки/разгрузки цеха-склада асбестового сырья, а также процедур транспортирования и размещения паллет с асбестом;

— в рекомендациях по выбору места установки декодера-идентификатора на платформе мобильного робота;

— 8- в разработанной программно-аппаратной поддержке процесса автоматизации концевых транспортно-складских операций технологического процесса производства асбестоцементных изделий.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований, связанные с оптимизаций транспортирования паллет, их рационального размещения в заготовительном цехе-складе асбестового сырья прошли испытания, получили положительную оценку и приняты к внедрения в ОАО «БелАЦИ». Кроме того, в учебный процесс в БГТУ им. В. Г. Шухова внедрены «Физическая модель транспортно-складской системы заготовительного цеха-склада сырья» в форме цикла лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств», включающего исследование алгоритмов размещения и транспортирования паллет, аппаратных средств реализации автоматизированной системы управления, программного обеспечения функционирования системы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной * работы были представлены в виде докладов и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2005), XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Ярославль, 2007), Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистема и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, 2007), Научно-техническом семинаре кафедры «Техническая кибернетика» БГТУ им. В. Г. Шухова.

Результаты исследований опубликованы в открытой печати: одна статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ, и 6 в сборниках докладов НТК, получен один патент РФ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• процедура нахождения оптимального алгоритма перемещения паллет с асбестом с учетом ограничения, накладываемого рецептом сырьевой асбестовой смеси;

• способ модернизации формирования активной внешней среды гибкого производственного участка на концевом технологическом участке готовой продукции и совершенствования методики обработки измерительной информации, получаемой с декодера-идентификатора;

• способ снижения влияния интервальности объекта управления на динамические свойства системы управления мобильного робота;

• квазиоптимильная структура устройства управления боковым движением мобильного робота;

• инженерная методика построения систем автоматизации концевых транспортно-складских технологических операций асбестоцементного производства.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и приложения, содержащих 155 страницы машинописного основного текста, 54 рисунков, списка использованных источников из 90 наименований на 8 страницах, а также 3-х приложений на 19 страницах.

Основные результаты исследования.

В диссертационной работе решена актуальная задача совершенствования способов автоматизации транспортно-скл адских операций на концевых технологических переделах производства асбестоцементных изделий, приводящего к повышению его эффективности с одновременным высвобождением рабочих от тяжелого ручного труда во вредных условиях.

Результатами диссертационной работы, послужившими основой создания систем автоматизации микропроцессорного класса, являются:

• обоснование возможности автоматизации транспортно-складских операций в асбестоцементном производстве на основе применения элементов гибких производственных систем, использующих в своей структуре управляемые транспортные средства (мостовые краны, электрокары и т. п.);

• научно-обоснованная методика построения микропроцессорной автоматизированной системы управления транспортно-складскими операциями сырьевого технологического участка, включающая рациональную стратегию размещения паллет с асбестом в цехе-складе сырья и процедуру оптимизации процесса транспортирования паллет с асбестом, обеспечивающую реализацию заданной рецептуры асбестовой смеси' при минимальных затратах времени и энергоресурсов;

• разработанная имитационная модель транспортно-складской системы сырьевого участка, позволяющая оценивать эффективность алгоритмов перемещения грузов (паллет) в цехе-складе при его загрузке и разгрузке с учетом различных ограничений;

• модернизированный способ организации транспортирования полуфабриката шифера из фабрикационного отделения в зону технологического отстоя и твердения с помощью мобильных роботов, включающий эффективный алгоритм идентификации бокового отклонения мобильного робота от трассы, снижающий в два раза число опросов и сравнений данных декодера-идентификатора;

• разработанный и научно-обоснованный способ снижения влияния интервальное&tradeпараметров объекта управления на динамические свойства системы за счет выбора места установки декодера-идентификатора;

• предложенная методика анализа квазиоптимального алгоритма управления мобильным роботом.

• внедрение алгоритмов расположения паллет в цехе и их перемещения на разгрузочную эстакаду в ОАО «БелАЦИ» и в учебный процесс при подготовке специальности 220 301-«Автоматизация технологических процессов и производств».

Кроме того, в диссертационной работе разработаны программно-аппаратные средства, обладающие оригинальностью. Предложены схемные решения при создании физической модели заготовительного цеха-склада, на базе которой производилась отладка программного обеспечения. Разработаны подсистемы управления приводами кранов физической модели. I.

— 129.