ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

 

Поляков С.И. (ВГЛТА, г.Воронеж, РФ)

 

In the article the rating of accuracy of dosage of cement is carried conducted by metering devices of AD-series  at manual and computer process control, experimental data of a dynamic error of dosage are parsed

 

В статье проводится оценка точности дозирования цемента дозаторами серии АД при ручном и компьютерном  управлении процессом, анализируются экспериментальные данные динамической погрешности дозирования. Принцип действия дозатора для составляющих бетонной смеси основан на  автоматическом уравновешивании массы дозируемого материала, находящегося в грузоприемном устройстве, тяговым усилием указателя посредством рычажной системы. Компьютерное управление дозированием стало возможным после внедрения на Межхозяйственном заводе железобетонных изделий “Воронежский-2” в дозировочном отделении бетоносмесительного цеха Автоматизированной системы управления дозированием компонентов бетонных смесей АСУ ДБС-2. Ручное управление процессом дозирования сыпучими материалами осуществляется на подавляющем большинстве предприятий стройиндустрии. Оператор, выдав сигнал – команду на включение подачи материала, следит за перемещением стрелки дистанционного циферблатного указателя до тех пор, пока измеренная масса материала в бункере не достигнет заданного значения массы дозы.

Согласно ГОСТ 7473-85 сыпучие исходные материалы для бетонной смеси дозируют по массе. Погрешность дозирования исходных материалов весовыми дозаторами циклического и непрерывного действия, в частности, дозаторами серии АД, не должна превышать для цемента ±2% [1]. Ниже приведены экспериментальные данные по точности дозирования цемента дозаторами серии АД при ручном управлении, полученные на Межхозяйственном заводе железобетонных изделий “Воронежский-2”.

 

Таблица 1

Заданная  (номинальная) Масса, mн,кг	Номер дозы, i	Фактически отме- ренная масса дозы, mотм, кг	Отклонение массы i-той дозы от сред- него значения, mср mотм-mср, кг	Отклонение массы i-той дозы от номи- нального значения, mн mотм-mн, кг
330	1 2 3 4 5	320 326 320 327 345	-7,2 -1,2 -7,2 -0,2 17,8	-10 -4 -10 -3 15
	6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	323 323 329 325 323 330 325 320 320 330 350 343 315 329 321	-4,2 -4,2 1,8 -2,2 -4,2 2,8 -2,2 -7,2 -7,2 2,8 22,8 15,8 -12,2 1,8 -6,2	-7 -7 -1 -5 -7 0 -5 -10 -10 0 20 13 -15 -1 -9

Здесь m_ср – среднее значение массы отмеренных доз. Количество проведенных измерений n=20.

Среднее значение отмеренных доз определяется по формуле:

                                     mср= ,                                                (1)

mср=(320+326+320+…+321)=327,2 (кг);

Среднее отклонение M=½m_i-m_ср½,                                              (2)

Среднеквадратичное отклонение массы отмеренных доз от среднего значения определяется согласно [2,3 ] по формуле

                            s =М_к,                                                               (3)

 где М_к=1,013 для n=20,

s =1,013=9,2 (кг);

Максимальное отклонение от среднего значения массы отмеренных доз

                                             b_max=3s,                                                    (4)

b_max=3*9,2=27,6(кг);

Максимальное отклонение от номинальной массы дозы

                                  d_max= b_max  + ½m_ср-m_н½,                                               (5)

 

d_max= 27,6 + ½327,2 - 330½= 30,4 (кг);                             

Относительная погрешность дозирования определяется по формуле

                                          Е_max=                                                  (6)

Е_max==9,21%.

Таким  образом, погрешность дозирования цемента при ручном управлении процессами дозирования превышает на практике допустимую погрешность более чем в 4 раза.

После внедрения АСУ ДБС-2 связь с системой осуществлялась через дисплей. Оператор с клавиатуры выбирал соответствующую марку смеси, корректировал ее состав, подавал команды на дозирование и разгрузку бункеров. На дисплей выводилась также вся необходимая вспомогательная информация о состоянии системы и ходе технологического процесса:

-       установка наличия материала в соответствующем бункере,

-       размерность шкалы весов,

-       установка начального отсчета на дозирование (упреждение веса),

-       установка начального отсчета датчиков веса,

-       выбор режима дозирования,

-       длительность импульса довешивания,

-       заданные и фактические дозы материалов,

-       сбои в работе оборудования при выполнении технологического процесса.

Под упреждением понималась прогнозируемая динамическая погрешность дозирования, равная разности между массой, измеренной в момент t (показанием измерительной системы) и массой материала, который окажется в бункере дозатора, если в момент t появится сигнал - команда на прекращение подачи материала.

Экспериментальные данные по точности дозирования цемента дозаторами серии АД при компьютерном управлении представлены в таблице 2.

 

Таблица 2

Заданная (номинальная) масса, mн,кг	Номер дозы, i	Фактически отме- ренная масса дозы, mотм, кг	Отклонение массы i-той дозы от сред- него значения, mср mотм-mср, кг	Отклонение массы i-той дозы от номи- нального значения, mн mотм-mн, кг
330	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	328 329 330 324 328 323 333 336 335 330 328 327	-1,5 -0,5 0,5 -5,5 -1,5 -6,5 3,5 6,5 5,5 0,5 -1,5 -2,5	-2 -1 0 -6 -2 -7 3 6 5 0 -2 -3
	13 14 15 16 17 18 19 20	330 328 330 329 327 332 333 330	0,5 -1,5 0,5 -0,5 -2,5 2,5 3,5 0,5	0 -2 0 -1 -3 2 3 0

Количество проведенных измерений n=20. Среднее значение отмеренных доз

               mср=(328+329+330+...+330)=329,5 (кг);

Среднее отклонение M= (1,5+0,5+0,5+...+0,5)=2,4 (кг);

Среднеквадратичное отклонение массы отмеренных доз от среднего значения

           s =1,013=3,28 (кг);

Максимальное отклонение от среднего значения массы отмеренных доз

b_max =3*3,28=9,84 (кг);

Максимальное отклонение от номинальной массы дозы

d_max = 9,98+½329,5-330½=10,34 (кг);

Относительная погрешность дозирования

Е_max==3,13%.

Несмотря на то, что погрешность дозирования для данной выборки отмеренных масс доз снизилась по сравнению с ручным управлением почти в 3 раза, допустимую погрешность превышает более чем в 1,5 раза.

Анализ экспериментальных данных по точности дозирования показал, что фактически отмеренные массы доз при ручном управлении не соответствуют требованиям ГОСТ по точности. Внедрение компьютерной системы управления значительно улучшило ситуацию, однако полностью проблему не решило, так как установка начального отсчета (упреждения динамической погрешности) производилась вручную на основе визуального анализа фактически отмеренных масс доз. И в этом случае погрешность дозирования не соответствует, строго говоря, требованиям ГОСТа. Начиная с 11-го измерения для компьютерного управления погрешность дозирования не превышает 2% в отличие от 3% для выборки 20-ти измерений. В связи с этим расширенное математическое обеспечение АСУ ДБС-2 должно содержать процедуру автоматизированного расчета упреждения динамической погрешности на основе ее статистического прогнозирования и адаптации к процессам истечения материалов при систематической корректировке веса в процессе дозирования.