Авторизация
Авторизируйтесь
X
  • Email*
  • Пароль *
или зарегистрируйтесь
Регистрация
X
  • Email*
  • Пароль
    (6-15 символов)
    *
  • Подтвердите пароль *
Сообщение администратору
X

Разработка алгоритмов управления мехатронными дозаторами

 

Смирнов Карим Асенович

Разработка алгоритмов управления мехатронными дозаторами

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург - 2006

Диссертация | 2006 | Россия | docx/pdf | 8.92 Мб

Для получения возможности доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Специальность 05.02.05 -
Роботы, мехатроника и робототехнические системы.
Для пищевой промышленности серьезные трудности представляют задачи автоматизации дозирования штучных продуктов при высоких требованиях к точности масс доз. Наибольшую сложность представляет формирование доз крупнокусковых продуктов нерегулярной формы при большом разбросе масс кусков, при нестабильной плотности и при относительно малом числе кусков в каждой дозе. Для фасования подобных продуктов применяются мультиголо- вочные дозаторы (МГД), в которых вводится промежуточный этап: сначала в бункерах накапливаются порции, они взвешиваются, а затем для получения доз по определенным алгоритмам подбираются такие сочетания порций, которые дают требуемую точность суммарных масс. С полным основанием такое автоматическое технологическое оборудование должно рассматриваться как меха- тронная система, в которой исполнительные устройства, измерительноинформационные системы, человеко-машинные интерфейсы и программное обеспечение объединены компьютерной управляющей системой. В данной диссертации объектом рассмотрения является автоматический дозатор с про-граммным управлением, реализующий принцип комбинационного весового дозирования, при котором доза продукта набирается по заданному алгоритму из порций, накопленных в нескольких взвешивающих бункерах дозатора.
Данный вид дозаторов может быть применен для дозирования различных сухих и замороженных продуктов, но наибольшие преимущества проявляются при дозировании крупнокусковых продуктов и продуктов нерегулярной формы.
К достоинствам МГД относится высокая потенциальная производительность, но, как правило, не достигаемая на практике. Значительное расхождение между теоретической и фактической производительностью, прежде всего, вызвано отказами МГД при возникновении тупиковых ситуаций, когда система управления не способна подобрать из порций дозу продукта с массой в соответствии с требованиями нормативов. Надежность функционирования МГД зависит от алгоритма выбора комбинации порций, составляющих дозу, характе
ристик продукта, конструкции и настроек МГД. Проблема алгоритмической оптимизации является общей для дозаторов данного типа.
Во время работы МГД некоторые промежуточные бункеры наполняются продуктом с массой, значительно отличающейся от расчетной, в результате чего, эти ячейки не могут быть использованы при составлении комбинаций доз. Таким образом, в процессе работы количество используемых ячеек уменьшается. Когда система управления не способна скомбинировать дозу в соответствии с заданной точностью, происходит останов машины с последующей выгрузкой продукта из всех весовых бункеров и возобновлением процесса дозирования.
Для некоторых видов продуктов, кроме снижения производительности, этот технологический переход ухудшает товарный вид или же приводит к частичной потере продукта.
Следует также отметить, что в большинстве конструкций МГД соотношение общего количества взвешивающих бункеров к числу порций в дозе составляет 3-4, что свидетельствует о неполном использовании дозатора (на 25- 30% возможностей).
История создания и применения МГД насчитывает более 30 лет, но в научно-технической литературе отсутствует обобщенный системный подход к анализу и проектированию мехатронных устройств подобного типа.
Изучение литературы и патентов по теме комбинационного весового дозирования показало, что более всего исследования затронули разработку устройств подачи и распределения продукта, систем автоматики и в меньшей степени - управляющих программ.
В научных работах, как правило, рассматриваются конкретные реализации МГД, которые в основном однотипны, уделено мало внимания характеристикам продуктов, для фасования которых они предназначены, нет согласования с требованиями современных стандартов и нормативов на точность дозирования. К тому же отсутствуют рекомендации по рациональному выбору количества дозирующих головок и требования к их точности и количеству порций, составляющих дозу. 
Отметим также, что в настоящее время отсутствуют отечественные разработки подобных устройств, хотя ряд российских предприятий выпускает фасовочно-упаковочные автоматы с использованием МГД зарубежного производства.
В связи с вышеизложенным, тема диссертации, в которой разрабатываются вопросы теории и проектирования МГД, является актуальной.
Создание математической и имитационной компьютерной моделей МГД, учитывающих свойства продукта и требования нормативных документов позволяет рассчитать необходимое и достаточное количество весовых ячеек для осуществления процесса дозирования в соответствии с характеристиками продукта и требованиями метрологического надзора за количеством фасованного товара в упаковке. Компьютерное моделирование позволяет оценить характеристики работы МГД и дать рекомендации по разработке алгоритмов управления с целью устранения отмеченных выше недостатков.
Целями данной работы являются:
- разработка новых управляющих алгоритмов, позволяющих значительно повысить надежность работы и производительность МГД при высоких требованиях к точности масс доз;
- определение областей применения МГД;
- разработка научно обоснованной методики расчета и выбора конструкции МГД с учетом нормативных документов на фасование товаров;
- исследование возможности увеличения коэффициента использования МГД в многопоточной модели.
Для достижения поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:
- анализ технологического процесса дозирования и выявление основных факторов, влияющих на качество работы МГД; 
- классификация методов и алгоритмов составления доз из порций продукта;
- разработка общей компьютерной математической модели комбинационного весового дозирования при произвольных задаваемых алгоритмах;
- разработка имитационной компьютерной модели МГД для выявления причин и условий возникновения тупиковых ситуаций, а также мер по их устранению и проверка соответствия результатов расчетов на модели результатам работы реального мультигол овоч ного дозатора;
- исследование на базе разработанной компьютерной модели влияния различных алгоритмов управления МГД на стабильность работы дозатора;
- разработка нового многопоточного алгоритма управления МГД и проверка его функционирования с использованием компьютерной модели.
Научная новизна работы в следующем:
- разработаны математическая и имитационная компьютерная модели МГД, позволяющие оценить его основные характеристики в зависимости от сочетаний классификационных признаков, алгоритмов работы МГД и характеристик продукта;
- получены и обоснованы рекомендации для построения конструктивных схем одно- и многопоточных МГД с учетом стандартов на фасование, обеспечивающие эффективное применение дозаторов при работе с кусковыми продуктами и продуктами нерегулярной формы;
- разработаны критерии эффективного применения МГД;
- предложены новые алгоритмы управления, позволяющие повысить про-должительность безостановочной безотказной работы МГД;
- предложены и обоснованы новые многопоточные алгоритмы составления комбинаций доз, позволяющие эффективнее использовать МГД. 
Практическая ценность работы:
Разработанные методы проектирования системы управления и расчета МГД позволяют проводить научно-обоснованный выбор конструкций МГД в зависимости от вида продукта, заданной точности и производительности дозирования.
Сформулированные требования к программному обеспечению и анализ использования различных алгоритмов управления дали возможность качественно улучшить работу МГД (устранение тупиковых ситуаций) за счет замены только лишь управляющей программы. При этом не требуется производить изменения конструкции, что значительно снижает стоимость модернизации МГД.
Разработан алгоритм многопоточного комбинационного дозирования, по-зволяющий увеличить производительность МГД, за счет повышения коэффициента использования, а также значительного снижения частоты возникновения тупиковых ситуаций.
Посредством подобной модернизации осуществляется более полное ис-пользование существующего оборудования дозатора, что увеличивает общую производительность системы.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. МУЛЬТИГОЛОВОЧНЫЕ ДОЗАТОРЫ, ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ, ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ 10
1.1. Анализ производимого оборудования 10
1.2. Классификация МГД 19
1.3. Анализ работ, посвященных разработке систем управления МГД 27
1.4. Исследование влияния свойств пищевых кусковых продуктов на
параметры дозирования 30
1.5. Постановка задач исследования 34
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МГД 36
2.1. Исследование взаимовлияния характеристик штучной продукции и норм точности дозирования 36
2.2. Определение характеристик масс готовых доз на выходе из дозатора для различных алгоритмов работы МГД 42
2.3. Выбор минимального количества головок, необходимого для безтупиковой работы дозатора 58
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ МГД И ИССЛЕДОВАНИЕ НА ЕЕ БАЗЕ СВОЙСТВ КОМБИНАЦИОННЫХ
ВЕСОВЫХ ДОЗАТОРОВ 61
3.1. Назначение и ограничения модели МГД 61
3.2. Разработка структурной схемы 63
3.3. Программная реализация и функции модели МГД 70
3.4. Проверка достоверности работы компьютерной модели МГД 74
3.5. Исследование управляющих алгоритмов МГД, на базе компьютерной модели 76
3.6. Производительность алгоритмов управления 97
3.7. Влияние параметров МГД на продолжительность безостановочной работы МГД 98
ГЛАВА 4. МНОГОПОТОЧНЫЙ АЛГОРИТМ ВЫБОРА ДОЗЫ 102
4.1. Разработка многопоточного алгоритма работы мультиголовочного дозатора 102
4.2. Описание работы многопоточного алгоритма управления МГД 104
4.3. Описание многопоточной имитационной модели МГД 108
4.4. Проверка снижения частоты тупиковых ситуаций в многопоточной модели 109
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
МУЛЬТИГОЛОВОЧНЫХ ДОЗАТОРОВ 112
5.1. Описание исследуемого МГД 112
5.2. Условия проведения эксперимента 114
5.3. Моделирование процесса комбинационного весового дозирования 117
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121

Диссертация | 2006 | Россия | docx/pdf | 8.92 Мб

Для получения возможности доступа к источнику авторизируйтесь или зарегистрируйтесь.

Разработка алгоритмов управления мехатронными дозаторами

релевантные научные источники:

Другие источники по дисциплине Машиностроение и машиноведение:

  1. Повышение усталостной прочности деталей из высокопрочных сталей при производстве и восстановлении ударными методами ППД
    Зык Евгений Николаевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва - 2018 | Диссертация | 2018 | Россия | docx/pdf | 4.42 Мб
  2. Система управления затратами на обеспечение качества продукции в процессе производства
    Володина Наталия Леонидовна | Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук. Воронеж - 2006 | Диссертация | 2006 | Россия | docx/pdf | 10.32 Мб
  3. Повышение эффективности планетарных приводов технологических машин введением в их схему упругого звена
    Ковнацкий Андрей Владимирович | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск — 2005 | Диссертация | 2005 | Россия | docx/pdf | 10.8 Мб
  4. Методы исследования и оценки технического состояния цепных передач
    Мевша Николай Витальевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Краснодар - 2005 | Диссертация | 2005 | Россия | docx/pdf | 9.83 Мб
  5. Совершенствование гидропривода грузоподъемных механизмов подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин
    Ереско Александр Сергеевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск - 2004 | Диссертация | 2004 | Россия | docx/pdf | 8.45 Мб
  6. Оценка параметров точности реальных червячных передач в составе приводов с установившимся движением
    Аккерман Владимир Владимирович | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Омск - 2004 | Диссертация | 2004 | Россия | docx/pdf | 6.15 Мб
  7. Повышение работоспособности цепных передач конструкторскими и технологическими методами
    Шведов Иван Алексеевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Краснодар - 2004 | Диссертация | 2004 | Россия | docx/pdf | 7.89 Мб
  8. Исследование влияния сож на процесс взаимодействия инструмента и заготовки при обработке металлов резанием
    Шашни Андрей Дмитриевич | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва - 2003 | Диссертация | 2003 | Россия | docx/pdf | 2.5 Мб
  9. Разработка расчетных методов оценки качества спуско-подъемного комплекса буровых установок
    Жабагиев Аслан Мухамедиярович | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва - 2002 | Диссертация | 2002 | Россия | docx/pdf | 8.98 Мб
  10. Разработка новых методов проектирования и диагностики электромеханических приводов
    Андриенко Людмила Анатольевна | Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва - 2001 | Диссертация | 2001 | Россия | docx/pdf | 6.46 Мб
  11. Перегрузочная способность роликовой цепной передачи
    Пашков Юрий Валентинович | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Краснодар - 1984 | Диссертация | 1984 | docx/pdf | 11.06 Мб
  12. Повышение нагрузочной способности цепных передач на основе использования роликовой цепи новой конструкции
    Ковалевский Владимир Петрович | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва - 1984 | Диссертация | 1984 | docx/pdf | 12.58 Мб
- Авиационная и ракетно-космическая техника - Автоматизация и управление - Безопасность деятельности человека - Библиотековедение, библиографоведение и книговедение - Биотехнология пищевых продуктов - Гидравлика и инженерная гидрология - Документалистика, документоведение, архивоведение - Инженерная геометрия и компьютерная графика - Информатика, вычислительная техника и управление - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ - Материаловедение - Машиностроение и машиноведение - Методы и системы защиты информации, информационная безопасность - Метрология, информационно-измерительные приборы - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы - Приборы и методы контроля природной среды - Проектная деятельность - Процессы и аппараты пищевых производств - Процессы и машины агроинженерных систем - Процессы и машины обработки материалов резанием - Радиотехника и связь - Системный анализ, управление и обработка информации - Системы, сети и устройства телекоммуникаций - Стандартизация и управление качеством продукции - Тепловые двигатели - Технологии и машины обработки давлением - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств - Технология неорганических веществ - Технология продовольственных продуктов - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов - Транспортное, горное и строительное машиностроение - Управление в социальных и экономических системах (технические науки) - Электротехника -