RU2743979C1 - Method of drying ceramic articles - Google Patents
Method of drying ceramic articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743979C1 RU2743979C1 RU2020122725A RU2020122725A RU2743979C1 RU 2743979 C1 RU2743979 C1 RU 2743979C1 RU 2020122725 A RU2020122725 A RU 2020122725A RU 2020122725 A RU2020122725 A RU 2020122725A RU 2743979 C1 RU2743979 C1 RU 2743979C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- brick
- drying
- control
- temperature
- moisture
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B33/00—Clay-wares
- C04B33/30—Drying methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
- F26B3/04—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour circulating over or surrounding the materials or objects to be dried
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
- Devices For Post-Treatments, Processing, Supply, Discharge, And Other Processes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники, связанной с обжигом природных материалов и изделий из них, и может быть использовано при производстве строительных материалов, в частности керамических кирпичей.The invention relates to the field of technology associated with the burning of natural materials and products from them, and can be used in the production of building materials, in particular ceramic bricks.
Известен способ сушки капиллярно-пористых материалов путем непрерывного их обдува газообразным теплоносителем (А.С. №1698224 А1, кл. С 04 В 33/30, F 26 B 3/04).A known method of drying capillary-porous materials by continuous blowing them with a gaseous heat carrier (AS No. 1698224 A1, class C 04 B 33/30, F 26
Известен способ сушки кирпича-сырца и керамических камней (Сайбулатов С.Ж. Производство керамического кирпича. - М.: Стройиздат. 1989.-с.: 200 ил. - (Повышение мастерства рабочих строительства и промышленности строительных материалов) - двухстадийный способ сушки, предусматривающий импульсную (ритмичную) сушку теплоносителя в период усадки, когда обдув изделий теплоносителем чередуется с прекращением подачи теплоносителя, и непрерывную подачу в процессе досушки изделий.A known method of drying raw bricks and ceramic stones (Saybulatov S.Zh. Production of ceramic bricks. - M .: Stroyizdat. 1989.-p .: 200 ill. - (Improving the skills of workers in the construction and building materials industry) - a two-stage drying method, providing for impulse (rhythmic) drying of the heat carrier during the shrinkage period, when the blowing of the products with the coolant alternates with the cessation of the supply of the coolant, and continuous supply during the final drying of the products.
Однако каждый из упомянутых способов позволяет контролировать только завершение или промежуточные стадии процесса сушки по мере уменьшения содержания влаги в высушиваемом кирпиче. Образование трещин, выкрашивание и иные механические разрушения в кирпичах перечисленные методы не выявляют, что не позволяет своевременно выводить из дальнейшего процесса бракованные изделия (кирпичи) и менять режим сушки или режим приготовления компонентов сырца и собственно формования при обнаружении брака в изделиях.However, each of these methods allows you to control only the completion or intermediate stages of the drying process as the moisture content in the dried brick decreases. The listed methods do not reveal the formation of cracks, chipping and other mechanical damage in bricks, which does not allow timely removal of defective products (bricks) from the further process and change the drying mode or the mode of preparation of raw components and the actual molding when defects are detected in the products.
Известен способ сушки строительных изделий, включающий операцию вакуумирования, необходимую для интенсификации процесса [Авторское свидетельство СССР № 316675, кл. С04В41/30, 1970]. Недостатком такого способа являются сложность, устройства для его реализации и повышенная энергоемкость.There is a known method of drying building products, including the operation of evacuation necessary to intensify the process [USSR author's certificate No. 316675, class. C04B41 / 30, 1970]. The disadvantages of this method are complexity, devices for its implementation and increased energy consumption.
Известен способ сушки строительной керамики путем конвекционного нагрева изделий теплоносителем и отвода водяных паров [Лыков А.В Теория сушки. М., «Энергия»-1968, с.136-147]. Однако режим сушки по зонам устанавливают без учета структурных изменений, происходящих в керамических изделиях при их сушке, что приводит к снижению скорости сушки и не позволяют полностью исключить сушильные трещины на кирпиче-сырце, изготовленном пластическим формованием, так как при конвективных способах сушки возникают значительные влажностные градиенты по толщине и объему изделия, особенно в поверхностной его зоне. Низкое качество подверженных сушке по указанному способу керамических изделий связано с тем, что при конвективных способах сушки ввиду испарения влаги с поверхностных слоев изделия без учета структурных изменений, происходящих кирпиче–сырце невозможно избежать высоких влажностные и температурных градиентов, которые и приводят к трещинообразованию.A known method of drying building ceramics by convection heating of products with a coolant and the removal of water vapor [Lykov A. Theory of drying. M., "Energy" -1968, pp. 136-147]. However, the drying mode by zones is set without taking into account the structural changes occurring in ceramic products during their drying, which leads to a decrease in the drying rate and does not allow completely eliminating drying cracks on the raw brick made by plastic molding, since with convective drying methods significant moisture content occurs. gradients in thickness and volume of the product, especially in its surface area. The low quality of ceramic products subject to drying by this method is due to the fact that with convective drying methods due to moisture evaporation from the surface layers of the product, without taking into account structural changes occurring in raw brick, it is impossible to avoid high moisture and temperature gradients, which lead to cracking.
Наиболее близким к заявляемому является способ сушки отформованного кирпича-сырца, описанный в патенте [Патент РФ №2560733. Способ сушки отформованного кирпича–сырца. Смирнов Г.В. Опубл. 20.08.2015 Бюл. № 23. – Прототип].Closest to the claimed is the method of drying molded raw brick, described in the patent [RF Patent No. 2560733. Drying method for molded raw bricks. Smirnov G.V. Publ. 08/20/2015 Bul. No. 23. - Prototype].
Способ–прототип включает в себя размещение кирпичей-сырцов в сушиле, подачу и отбор теплоносителя, и отвод водяных паров, при этом к одному из торцов произвольно выбранного кирпича из партии кирпичей, размещенных в сушилке, подводят импульсный источник ультразвука, а к противоположному торцу того же кирпича подключают приемник ультразвука, возбуждают в источнике ультразвука импульсные ультразвуковые колебания и непрерывно определяют интервалы 
Способ-прототип требует для своей реализации импульсный источник ультразвука, который подсоединяют к одному торцу выбранного кирпича из партии, к противоположному торцу того же кирпича необходимо подключать приемник ультразвука. При этом в процессе сушки возбуждать в источнике ультразвука импульсные ультразвуковые колебания и непрерывно определять интервалы прохождения каждым импульсом ультразвука расстояния от одного торца упомянутого кирпича. После чего в зависимости от результатов контроля изменять режимы процесса сушки. Все это существенно усложняет реализацию способа. Кроме того, характеристики ультразвука в значительной мере зависят от надежности и качества контакта излучателя и приемника ультразвука с поверхностью кирпича, а также от температуры изделий и влажности. Все эти перечисленные факторы могут приводить к искажению и ошибкам получаемой информации, что снижает достоверность контроля. The prototype method requires for its implementation a pulsed ultrasound source, which is connected to one end of a selected brick from a batch; an ultrasound receiver must be connected to the opposite end of the same brick. In this case, during the drying process, excite pulsed ultrasonic vibrations in the ultrasound source and continuously determine the intervals of each ultrasound pulse passing the distance from one end of the said brick. Then, depending on the control results, change the modes of the drying process. All this significantly complicates the implementation of the method. In addition, the characteristics of ultrasound largely depend on the reliability and quality of contact of the emitter and receiver of ultrasound with the brick surface, as well as on the temperature of the products and humidity. All of these listed factors can lead to distortion and errors in the information received, which reduces the reliability of control.
Способ–прототип не позволяет обеспечить автоматического управления процессом сушки изделий в зависимости от результатов контроля, что приводит к повышенному браку изделий по окончании сушки.The prototype method does not allow for automatic control of the drying process of products, depending on the results of control, which leads to increased rejects of products at the end of drying.
Задачей изобретения является упрощение способа и обеспечение условий для автоматического управления процессом сушки.The object of the invention is to simplify the method and provide conditions for automatic control of the drying process.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе сушки кирпича, заключающемся в загрузке и перемещении в сушильной камере тележек с кирпичом-сырцом, в подаче в сушильную камеру горячего и холодного воздуха, в контроле температуры и влажности кирпича и окружающей его среды на разных позициях нахождения тележек в сушильной камере, и в корректировке процессов подачи горячего и холодного воздуха по результатам упомянутого контроля, управление процессом сушки осуществляют с использованием нечеткой логики, для чего в систему контроля и принятия решений дополнительно вводят, регулируемые вентиляторы, маршрутизатор с антенной, регулируемые блоки управления вентиляторами, нечеткий контроллер с базой знаний, и блоком фаззификации, логическим блоком и блоком дефаззификации, при этом регулируемые вентиляторы устанавливают на выходах в сушильную камеру трубопроводов горячего и холодного воздуха, расположенных равномерно по длине сушильной камеры, причем влажность кирпича на каждой из позиций определяют тензометрическим способом, путем непрерывного контроля разности веса кирпича на разных позициях, результаты контроля подают на вход микроконтроллера с нечетким управлением, в котором на каждой из позиций определяют скорость испарения влаги и перепад температуры между средой и кирпичом, эти данные передают в блок фаззификации, где их фаззифицируют, обрабатывают их в логическом устройстве на основе базы знаний и правил, заложенных в контроллер, полученные данные дефаззифицируют, преобразуют их в управляющие воздействия, которые поступают на вход вентиляторов и корректируют режимы их работы в оптимальном направлении процесса, при котором для исключения или предотвращения возникновения трещин в кирпиче, соблюдается динамическое равновесие между количеством испаренной с поверхности кирпича влаги и её количеством, подходящей из кирпича к его поверхности влаги под действием диффузионных процессов. The task is solved due to the fact that in the method of drying bricks, which consists in loading and moving carts with raw bricks in the drying chamber, in supplying hot and cold air to the drying chamber, in controlling the temperature and humidity of the brick and its environment at different positions finding the carts in the drying chamber, and adjusting the processes of supplying hot and cold air according to the results of the mentioned control, the drying process is controlled using fuzzy logic, for which the control and decision-making system additionally introduces adjustable fans, a router with an antenna, adjustable control units fans, a fuzzy controller with a knowledge base, and a fuzzification unit, a logical unit and a defuzzification unit, while adjustable fans are installed at the outlets to the drying chamber of hot and cold air pipelines, located evenly along the length of the drying chamber, and the moisture content of the brick at each of the positions is determined by a tensometric method, by continuous monitoring of the difference in the weight of the brick at different positions, the control results are fed to the input of a microcontroller with fuzzy control, in which the rate of moisture evaporation and the temperature difference between the medium and the brick are determined at each position, these data are transmitted to fuzzification unit, where they are fuzzified, processed in a logical device based on the knowledge base and rules embedded in the controller, the obtained data is defuzzified, converted into control actions that are fed to the input of the fans and adjust their operating modes in the optimal direction of the process, in which to exclude or prevent the occurrence of cracks in the brick, a dynamic balance is maintained between the amount of moisture evaporated from the brick surface and its amount, suitable from the brick to its surface moisture under the influence of diffusion processes.
На фиг.1 схематически представлен процесс сушки кирпичей. На фиг.1 введены следующие обозначения: 1 - воздуховод горячего воздуха; 2 - воздуховод холодного воздуха; стрелками (позиция 3) обозначено направление перемещения тележек; 4 - датчики веса; 5 - вагонетки с сырьем; 6 - датчики температуры кирпича; 7 - датчик влажности сырья; 8 и 9 заслонки горячего воздуха и увлажнителя, соответственно; 10 и 11 - регулируемые вентиляторы горячего и холодного воздуха, соответственно; 12 - маршрутизатор с антенной 13; 14 - блок базы знаний и правил; 15 - блок фаззификации; 16 - логическое устройство; 17 - блок дефаззификации; 18 - регулируемый блок управления вентиляторами; 19 - датчики температуры и влажности среды; 20 - направление движения теплоносителя; 21 - направление движения увлажнителя.Figure 1 schematically shows the process of drying bricks. Figure 1 introduced the following designations: 1 - hot air duct; 2 - cold air duct; arrows (position 3) indicate the direction of movement of the carts; 4 - weight sensors; 5 - trolleys with raw materials; 6 - brick temperature sensors; 7 - raw material moisture sensor; 8 and 9 hot air and humidifier dampers, respectively; 10 and 11 - adjustable hot and cold air fans, respectively; 12 - router with
На фиг. 2 представлены графики изменения влагосодержания кирпича в процессе сушки. На фиг. 2 введены следующие обозначения: 1 - прогнозируемый процесс сушки; 2 - реальный процесс сушки; 3 - желаемый процесс сушки; 4- корректируемый процесс сушки.FIG. 2 shows graphs of changes in the moisture content of bricks during the drying process. FIG. 2 introduced the following designations: 1 - predicted drying process; 2 - the actual drying process; 3 - the desired drying process; 4- adjustable drying process.
На фиг. 3 приведены термы для входной переменной «влажность», а на фиг. 4 - для входной переменной «температура».FIG. 3 shows the terms for the input variable "moisture", and in Fig. 4 - for the input variable "temperature".
На фиг. 5 приведены нечеткие выходные термы управления частотой вращения вентилятора.FIG. 5 shows fuzzy output terms for controlling the fan speed.
На фиг. 6 представлены графики изменения параметров сушки кирпича, предписанные правильным технологическим процессом. На фиг. 6 введены следующие обозначения: А - изменение влагосодержания (кривая сушки); Б - кривая скорости сушки; В - кривая температуры; Г - температура теплоносителя; U0 - начальное влагосодержание; Up - равновесное влагосодержание; Uкр - критическое влагосодержание; t0 - начальная температура сушки; tm - температура мокрого термометра; Bn - температура поверхности материала; Bц - температура центра материала.FIG. 6 shows the graphs of changes in the parameters of brick drying prescribed by the correct technological process. FIG. 6 introduced the following designations: A - change in moisture content (drying curve); B - drying rate curve; B - temperature curve; Г - coolant temperature; U 0 - initial moisture content; U p - equilibrium moisture content; U cr - critical moisture content; t 0 - initial drying temperature; t m - wet bulb temperature; B n - material surface temperature; B c is the temperature of the center of the material.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Современный технологический процесс производства керамического кирпича отличается высокой степенью сложности, изготовление которого включает в себя следующие основные этапы: подготовка смеси; формовка кирпича; сушка кирпича и обжиг.The modern technological process for the production of ceramic bricks is distinguished by a high degree of complexity, the production of which includes the following main stages: preparation of the mixture; brick molding; drying of bricks and firing.
Одним из наиболее ответственных и трудоемких является технологический этап сушки кирпича. Этот технологический процесс характеризуются высокой сложностью и множеством факторов, оказывающих влияние на качество выпускаемой продукции.One of the most important and laborious is the technological stage of brick drying. This technological process is characterized by high complexity and many factors that affect the quality of the products.
Научные исследования и практика показывает, что целесообразно управлять процессом сушки посредством изменения параметров теплоносителя. Возможные управляющие воздействия, основные дестабилизирующие факторы и показатели качества технологического процесса следующие:Scientific research and practice shows that it is advisable to control the drying process by changing the parameters of the coolant. Possible control actions, main destabilizing factors and quality indicators of the technological process are as follows:
- факторы, характеризирующие сырье как объект сушки: химический состав глины, геометрические размеры;- factors that characterize raw materials as an object of drying: the chemical composition of clay, geometric dimensions;
- возможные управляющие воздействия: расход теплоносителя, его температура, расход воздуха, температура и влажность воздуха;- possible control influences: flow rate of the heat carrier, its temperature, air flow rate, temperature and humidity of the air;
- основные возмущающие воздействия: начальная влажность воздуха, начальная температура сырья, нестабильность удельной массы сырья, неравномерность подачи воздуха;- main disturbing influences: initial air humidity, initial temperature of raw materials, instability of the specific gravity of raw materials, uneven air supply;
- оперативные показатели: отсутствие повреждений, потеря массы, температура на выходе.- operational indicators: no damage, weight loss, outlet temperature.
Керамические кирпичи, изготовленные пластическим методом, содержит влагу, которая должна быть удалена, чтобы придать им механическую прочность и подготовить к обжигу. Соблюдение технологии сушки и выдержка контрольных параметров процесса в высокой степени влияют на качество конечной продукции. Именно после сушки отбраковывается значительная часть высушенного кирпича-сырца, которая поступит уже в другое производство как отходы от производства керамического кирпича. Сушку кирпича производят только конвективным методом, т.е. методом при котором влага испаряется вследствие теплового обмена между изделием и теплоносителем. Теплоносителем для сушки служит горячий воздух, отбираемый из зоны охлаждения туннельной печи. Этот теплоноситель движется от вентилятора туннельной печи по трубопроводу 1 (фиг.1, направление движения показано стрелкой 20), затем забирается вторым вентилятором и подается в сушила. Отбор теплоносителя производится двумя вентиляторами. Количество подачи теплоносителя по туннелям регулируется степенью открытия шиберов8 на подаче и отборе теплоносителя, а также вентиляторами 10. Plastic bricks contain moisture that must be removed to give them mechanical strength and prepare them for firing. Compliance with the drying technology and keeping the control parameters of the process to a large extent affect the quality of the final product. It is after drying that a significant part of the dried raw brick is rejected, which will go to another production as waste from the production of ceramic bricks. Drying of bricks is carried out only by the convective method, i.e. a method in which moisture evaporates due to heat exchange between the product and the heat carrier. The heating medium for drying is hot air taken from the cooling zone of the tunnel kiln. This coolant moves from the fan of the tunnel oven through the pipeline 1 (Fig. 1, the direction of movement is shown by the arrow 20), then it is taken by the second fan and fed to the dryer. The coolant is drawn off by two fans. The amount of coolant supply through the tunnels is regulated by the degree of opening of the dampers 8 on the supply and removal of the coolant, as well as by
Скорость теплоносителя в типовых туннелях составляет 2–3 м/с, относительная влажность — 85-92%. В заявляемом способе эта скорость может изменяться регулируемыми вентиляторами 10.The coolant velocity in typical tunnels is 2-3 m / s, relative humidity is 85-92%. In the inventive method, this speed can be changed by
Процесс сушки характеризуется следующими основными факторами:The drying process is characterized by the following main factors:
- скоростью перемещения влаги внутри материала;- the speed of movement of moisture inside the material;
- скоростью влагоотдачи с поверхности материала в окружающую среду;- the rate of moisture release from the surface of the material into the environment;
- усадочными напряжениями, обусловленными неравномерным распределением влажности внутри материала.- shrinkage stresses due to uneven distribution of moisture inside the material.
В результате испарения влаги с поверхности изделия влага из глубинных слоев перемещается на его поверхность. Этот процесс называют внутренней диффузией. Наилучшие условия сушки создаются при одинаковой скорости внешней и внутренней диффузий.As a result of moisture evaporation from the surface of the product, moisture from the deep layers moves to its surface. This process is called internal diffusion. The best drying conditions are created at the same external and internal diffusion rates.
Процесс сушки делится на три периода: нагрева изделий, постоянной скорости сушки и замедленной скорости сушки. Изменение характеристик процесса сушки, предписанных регламентом технологической документации, схематически приведен на графиках фиг. 6. В период нагрева тепло, подводимое к материалу теплоносителем, расходуется на подогрев изделия от начальной температуры до температуры теплоносителя.The drying process is divided into three periods: product heating, constant drying speed and slow drying speed. The change in the characteristics of the drying process, prescribed by the regulations of the technological documentation, is schematically shown in the graphs of Fig. 6. During the heating period, the heat supplied to the material by the heat carrier is spent on heating the product from the initial temperature to the temperature of the heat carrier.
В первый период сушки удаление влаги происходит с постоянной интенсивностью:During the first period of drying, moisture removal occurs at a constant rate:
m=
где m – интенсивность испарения кг/м2ч; W – испаренная влага, кг; F – площадь поверхности испарения, м 2 ; ф - время испарения, ч.where m is the rate of evaporation, kg / m 2 h; W - evaporated moisture, kg ; F is the surface area of evaporation, m 2 ; f - evaporation time, h .
Сушка кирпича в сушильных камерах происходит при температуре от 110 до 140°С.Drying of bricks in drying chambers occurs at temperatures from 110 to 140 ° C.
Продольная циркуляция теплоносителя в системах сушилки обеспечивается вентиляторами 10 и 11. Регулирование его количества и скорость перемещения по туннелю осуществляется с помощью вмонтированных у перекрытия сушилки заслонок 8 и 9 и вентиляторов 10 и 11. Регулируемые вентиляторы, обеспечивают его циркуляцию в поперечном направлении каналов агрегата, равномерно обдувая сырец. В сушильной камере размеры кирпича в результате усадки уменьшаются (на 5-10%). Нагретый воздух отсасывается из обжиговой печи отжига кирпича эксгаустером (вентилятором) и подаётся в сушильную камеру. Благодаря постепенному подъёму температуры, в закрытой сушильной камере с течением времени образуются испарения воды без заметного движения воздуха. Это весьма благоприятно влияет на сушку кирпича, особенно из чувствительных к режиму сушки глин в первый период.Longitudinal circulation of the coolant in the dryer systems is provided by
Сырец нагревается во влажном воздухе, подаваемом из воздуховода 2 (фиг.1) через заслонки (шиберы) 9и регулируется вентиляторами 11, за счет чего преждевременного высыхания его поверхности не происходит, а влага равномерно испаряется из всей массы сырца.The raw material is heated in humid air supplied from the air duct 2 (Fig. 1) through the dampers (gates) 9 and is regulated by the fans 11, due to which premature drying of its surface does not occur, and the moisture evaporates evenly from the entire mass of the raw material.
Время сушки кирпича-сырца в сушильной камере составляет 85-95 часов.Drying time for raw bricks in a drying chamber is 85-95 hours.
Схема туннельной сушилки, реализующей заявляемый способ, с системой воздуховодов горячего и холодного воздуха 1 и 2, датчиков веса 4,вагонеток 5, датчиков температуры кирпича 6, и датчиков влажности сырья 7 показана на фиг.1.A diagram of a tunnel dryer implementing the inventive method with a system of hot and
Заслонки подачи холодного и горячего воздуха 8 и 9 оснащены приводами управления. Горячий и холодный воздух при помощи регулируемых вентиляторов 10 и 11 подается в сушилку так, что позволяет корректировать потерю влаги в разных частях сушилки.Dampers for supplying cold and hot air 8 and 9 are equipped with control drives. Hot and cold air is supplied to the dryer by means of
Перед загрузкой сырья в сушилку измеряется его влажность в установке датчиком 7. В процессе сушки, вагонетки 5 взвешиваются в начале, в середине на разных позициях и в конце сушилки с помощью датчиков веса 4, и по полученным данным рассчитывается влагосодержание кирпича на любой из позиций тележек в сушилке в любой момент времени. Температура, влажность и расход воздуха также измеряется.Before loading the raw material into the dryer, its moisture content is measured in the installation with a sensor 7. During the drying process, the
Для управления процессом сушки используется математическая модель потери массы сырья по результатам измерения изменения массы М к . Интенсивность сушки корректируется с использованием контрольных измерений массы вагонеток с сырьем так, чтобы достигалось необходимое влагосодержание в конце технологического процесса при отсутствии дефектов (растрескивания, расслаивания, снижения прочности).To control the drying process, a mathematical model of the loss of the mass of raw materials is used based on the results of measuring the change in mass M to . The intensity of drying is adjusted using control measurements of the mass of trolleys with raw materials so that the required moisture content is achieved at the end of the technological process in the absence of defects (cracking, delamination, decrease in strength).
Структура модели динамики среднеобъемного влагосодержания кирпича описывается зависимостью вида:The structure of the model of the dynamics of the average volumetric moisture content of the brick is described by the dependence of the form:
W(ф)=
где A, T, С – коэффициенты идентификации, зависящие от условий процесса, τ - текущее время.where A, T, C are identification coefficients depending on the process conditions, τ is the current time.
Изменение влагосодержания кирпича-сырца в процессе сушки, в упрощенном виде происходит так, как показано на фиг. 2.The change in the moisture content of the raw brick during the drying process, in a simplified form, occurs as shown in Fig. 2.
Качество процесса управления оценивается функционалом:The quality of the management process is assessed by the functionality:
J(ф)=∆W
где ∆W – желаемое изменения влагосодержания в процессе сушки; m н – начальная масса сырья; m к – конечная масса сырья; m 0 – масса абсолютно сухого сырья.where ∆ W is the desired change in moisture content during the drying process; m n - the initial mass of raw materials; m to - the final mass of raw materials; m 0 - the mass of absolutely dry raw materials.
Для расчета коэффициентов идентификации при τ = 0 получаем:To calculate the identification coefficients at τ = 0, we obtain:
A +C =∆W (0), (4) A + C = ∆ W (0), (4)
Используя уравнение баланса:Using the balance equation:
получим второе равенство для вычисления коэффициентов А и С:we get the second equality for calculating the coefficients A and C:
где τ ц - продолжительность сушки.where τ c is the drying time.
Значение коэффициента C вычисляется в результате совместного решения зависимостей (2) и (4).The value of the coefficient C is calculated as a result of the joint solution of dependencies (2) and (4).
В случае несоответствия между прогнозируемым (точка А на фиг.2) и измеренным экспериментально (точка Б на фиг.2) влагосодержанием в точке повторного взвешивания (20-ый час процесса сушки), модель корректируется. Далее, процесс сушки корректируется так, чтобы достигнуть желаемого влагосодержания (линия 3, фиг. 2) в конце процесса сушки (времени τ4 точка В, фиг. 2) по кривой 4 (фиг. 2). Для этого необходимо выбрать новое значение коэффициента модели Т и изменить параметры подаваемого в сушилку воздуха на основании зависимости ∆T =f(De, Te, 
Предложения по автоматизации кирпично-черепичного производства разработаны с целью повышения качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показателей работы тепловых агрегатов, обеспечения оперативной технологической и аварийной сигнализации о ходе технологического процесса, требований безопасности, предупреждения о возникновении аварийных ситуаций за счёт усовершенствования системы контроля и управления. Стремительный скачок в развитии нечетких систем управления оказался не случайным. Простота разработки алгоритмов и дешевизна контроллеров нечеткой логики (Fuzzy Logic Controller, FLC), широкий диапазон применения — от бытовых приборов до управления сложными промышленными процессами — и высокая эффективность нечетких технологий заставили проектировщиков все чаще прибегать к этой технологии. При этом происходит подключение человеческой интуиции и опыта оператора.Proposals for the automation of brick and tile production have been developed in order to improve the quality of products and other technical and economic indicators of the operation of heating units, to provide operational technological and emergency alarms about the progress of the technological process, safety requirements, warning of emergencies by improving the monitoring and control system ... The rapid leap in the development of fuzzy control systems was not accidental. The ease of developing algorithms and the low cost of fuzzy logic controllers (Fuzzy Logic Controller, FLC), a wide range of applications - from household appliances to the control of complex industrial processes - and the high efficiency of fuzzy technologies have forced designers to increasingly resort to this technology. At the same time, human intuition and the experience of the operator are connected.
Управление процессом сушки с применением нечеткой логики по заявляемому способу осуществляется следующим образом. Control of the drying process using fuzzy logic according to the claimed method is carried out as follows.
Загруженная кирпичом-сырцом вагонетка 5 поступает в сушильную камеру, где измеряется датчиками 7 влажность кирпича. Тележка с кирпичом взвешивается на весах (датчик веса 4). Через открытые заслонки 8 и 9 в сушильную камеру поступает горячий воздух из воздуховода 1, влажность которого регулируется поступлением холодного воздуха из воздуховода 2, степенью открытия заслонки 8. Теплоноситель в сушильную камеру поступает из печи отжига кирпича. Кирпич на вагонетке 5 прогревается до температуры теплоносителя. Температура теплоносителя измеряется датчиками температуры 6, а температура кирпича датчиком 6. Прогрев кирпича до температуры носителя на первом этапе сушки необходимо производить относительно плавно, линейно увеличивая скорость этого подъёма. Такой процесс прогрева нужен для того, чтобы избежать возникновения трещин в кирпиче при резком подъеме температуры. После того, как температура кирпича на первой позиции сравнялась с температурой теплоносителя (фиг. 6 кривая В), тележка 5 перемещается на следующую позицию. Направление перемещения указано стрелками 3. На следующей позиции тележки вновь производятся те же измерения, что и на первой позиции. The
Все полученные данные о процессе с каждой позиции передаются на антенну 13 маршрутизатора 12 и из него передается в нечеткий контролер. Поступившая в микроконтроллер информация поступает блок 14, где хранится база данных и заложены правила нечеткого управления регулируемыми вентиляторами 10 и 11 подачи горячего и холодного воздуха. All received data about the process from each position is transmitted to the
Вентиляция на той или иной позиции нужна для того, чтобы изменять температуру и влажность в туннеле и в кирпиче. Это происходит следующим образом. Если влажность внутри кирпича при какой-то его температуре меньше, чем вне его, (градиент отрицательный), удаление влаги из кирпича происходить не будет. Более того, процесс будет происходить наоборот, т.е. будет происходить дополнительное увлажнение кирпича. В этом случае нужно повысить точку росы воздуха, для чего температуру воздуха нужно повысить. При повышении температуры воздуха при неизменной в нем массе влаги, его относительная влажность будет снижаться. Градиент влажности между кирпичом и средой также будет снижаться. При выравнивании относительных влажностей в кирпиче и среде начнется испарение влаги из кирпича. Либо наоборот, понизить температуру кирпича, оставив неизменным температуру и влажность окружающей среды. В этом случае точка росы в кирпиче снизится, понизится и относительная важность в кирпиче. Но так как температуру кирпича нельзя изменить изнутри кирпича, а можно только воздушным потоком, то второй вариант отпадает. Поэтому для того, чтобы начался процесс испарения влаги из кирпича к нему нужно усилить подвод горячего воздуха. Это можно обеспечить изменением скорости притока горячего воздуха, либо увеличением его объема, либо увеличением одновременно обоих параметров. Указанный процесс можно обеспечить увеличением скорости вентилятора, стоящего возле выхода горячего воздуха, либо, если вентиляторов несколько, включением нескольких из них. В случае, если влажность внутри кирпича будет выше, чем влажность окружающей среды, при большом градиенте влага начнет так интенсивно покидать кирпич, что в нем могут возникать трещины. Для того, чтобы трещины не возникали нельзя резко повышать градиент влажности. Это нужно делать плавно. В данном случае, нужно увеличить приток холодного воздуха к кирпичу с определенной скоростью. При этом, точка росы воздушной массы снизится, а относительная влажность воздуха повысится. Наилучшие условия для сушки кирпича достигаются при равенстве влажностей внутри кирпича и вне его. При этом медленное повышение температуры воздуха приведет к плавной и качественной сушке кирпича.Ventilation in one position or another is needed in order to change the temperature and humidity in the tunnel and in the brick. This is how it works. If the humidity inside the brick at some of its temperatures is less than outside it (the gradient is negative), moisture will not be removed from the brick. Moreover, the process will occur the other way around, i.e. additional moistening of the brick will occur. In this case, the dew point of the air must be increased, for which the air temperature must be increased. When the air temperature rises with a constant mass of moisture in it, its relative humidity will decrease. The moisture gradient between the brick and the environment will also decrease. When the relative humidity in the brick and the environment is equalized, moisture will begin to evaporate from the brick. Or vice versa, lower the temperature of the brick, leaving the temperature and humidity of the environment unchanged. In this case, the dew point in the brick will decrease, and the relative importance in the brick will also decrease. But since the temperature of the brick cannot be changed from the inside of the brick, but can only be changed by air flow, the second option disappears. Therefore, in order for the process of evaporation of moisture from the brick to begin, it is necessary to strengthen the supply of hot air to it. This can be achieved by changing the speed of the inflow of hot air, or by increasing its volume, or by simultaneously increasing both parameters. This process can be ensured by increasing the speed of the fan located near the hot air outlet, or, if there are several fans, by turning on several of them. If the humidity inside the brick is higher than the humidity of the environment, with a large gradient, moisture will begin to leave the brick so intensively that cracks may appear in it. In order to prevent cracks from appearing, the moisture gradient must not be sharply increased. This should be done smoothly. In this case, you need to increase the flow of cold air to the brick at a certain speed. At the same time, the dew point of the air mass will decrease, and the relative humidity of the air will increase. The best conditions for drying bricks are achieved when the moisture content inside and outside the bricks is equal. At the same time, a slow increase in the air temperature will lead to a smooth and high-quality drying of the brick.
Влажность кирпича на любой из позиций определяется по разности весов, измеренных весами 4, влажность среды в туннеле определяется датчиками температуры и влажности 19 на каждой позиции тележки в любой момент времени. По измеренным данным вычисляется скорость сушки кирпича. Разность температуры кирпича и воздуха на каждой из позиций в любой момент времени определяется по данным датчиков температуры 6 и и датчиков температуры среды 19. По этим данным определяется динамика изменения градиента температуры между средой и кирпичом.The moisture content of the brick at any of the positions is determined by the difference in the weights measured by the
Указанные величины (скорость сушки и градиент температур между кирпичом и средой) в заявляемом способе выбраны в качестве входных переменных для управления вентиляторами 10 и 11.Назовем эти переменные в лингвистическом выражении, как «влажность « и «температура», соответственно. The specified values (drying rate and temperature gradient between the brick and the environment) in the claimed method are selected as input variables to control the
Измеренные на каждой из позиций упомянутого градиента температуры и скорости сушки поступают из блока 14 в блок фаззификации 15 нечеткого контроллера.Measured at each of the positions of the above-mentioned temperature gradient and drying rates are supplied from the
В отличие от традиционной математики, требующей на каждом шаге моделирования точных и однозначных формулировок закономерностей (что, в свою очередь, порождает математические модели большой сложности), нечеткая логика предлагает иной подход, при котором постулируется лишь минимальный набор закономерностей. Чем сложнее объект, тем более востребованным является его управление с использованием принципов «нечеткой логики». В полной мере это относится к тоннельной вентиляции, фактически не поддающейся строгому математическому описанию ее поведения при многочисленных и динамически изменяющихся внешних обстоятельствах.Unlike traditional mathematics, which requires precise and unambiguous formulations of regularities at each step of modeling (which, in turn, gives rise to mathematical models of great complexity), fuzzy logic offers a different approach, in which only a minimal set of regularities is postulated. The more complex the object, the more demanded is its management using the principles of "fuzzy logic". This fully applies to tunnel ventilation, which actually does not lend itself to a rigorous mathematical description of its behavior under numerous and dynamically changing external circumstances.
Нечеткая логика оперирует не числовыми переменными, а лингвистическими. Значениями лингвистической переменной (лингвистических аргументов) являются не числа, а слова естественного языка, называемые термами. Количество термов лингвистической переменной должно быть минимально необходимым для представления физической величины с достаточной степенью точности.Fuzzy logic operates not with numeric variables, but with linguistic ones. The values of a linguistic variable (linguistic arguments) are not numbers, but natural language words called terms. The number of terms of a linguistic variable should be the minimum necessary to represent a physical quantity with a sufficient degree of accuracy.
Для многих задач оправдано использование минимального количества термов — трех: два экстремальных значения (минимальное и максимальное) и среднее. Максимальное количество термов не ограничено и зависит от приложения и требуемой точности описания системы. В подавляющем большинстве случаев достаточно от трех до семи термов на каждую лингвистическую переменную.For many tasks, it is justified to use the minimum number of terms - three: two extreme values (minimum and maximum) and an average. The maximum number of terms is not limited and depends on the application and the required accuracy of the system description. In the vast majority of cases, three to seven terms are sufficient for each linguistic variable.
Ключевыми понятиями нечеткой логики являются фаззификация и дефаззификация. Фаззификация — процесс преобразования точных значений входных параметров в лингвистические переменные при помощи некоторых определенных функций принадлежности. Дефаззификация — процесс, обратный фаззификации. Все системы с нечеткой логикой функционируют по показаниям измерительных приборов:The key concepts of fuzzy logic are fuzzification and defuzzification. Fuzzification is the process of converting the exact values of the input parameters into linguistic variables using certain defined membership functions. Defuzzification is the reverse of fuzzification. All systems with fuzzy logic operate according to the readings of measuring instruments:
• фаззифицируются (переводятся в нечеткий формат);• fuzzified (translated into fuzzy format);
• обрабатываются по специально разработанным нечетким правилам.• processed according to specially developed fuzzy rules.
Главной целью системы управления вентиляцией тоннелей является поддержание наилучшего баланса между влажностью и температурой среды и кирпича на разных позициях, чтобы обеспечить процесс сушки в желаемом оптимальном режиме.The main goal of the tunnel ventilation control system is to maintain the best balance between humidity and temperature of the environment and the brick at different positions in order to ensure the drying process in the desired optimal mode.
Вентиляционная система тоннеля должна обеспечивать такой воздушный поток, который обеспечивал бы желаемый процесс сушки кирпича-сырца. Пусть скорость сушки кирпича может принимать любые значения в диапазоне от 0 кг/м2×час до 6 кг/м2×час. Тогда, согласно положениям теории нечетких множеств, каждому значению скорости сушки может быть поставлено в соответствие некоторое число, от нуля до единицы, которое определяет степень принадлежности данного физического значения скорости сушки (допустим, 0,8 кг/м2×час) к тому или иному терму лингвистической переменной «Влажность» (фиг. 4). Например, значению скорость сушки в 0,8 кг/м2×час можно задать степень принадлежности к терму «маленькая», равную 0,2, а к терму «средняя» — 0,8 (фиг.4). Степень принадлежности не является вероятностью, поскольку неизвестна функция распределения и отсутствует повторяемость экспериментов. Конкретное определение степени принадлежности каждого точного значения к одному из термов лингвистической переменной должно определяться посредством функции принадлежности. Ее вид может быть абсолютно произвольным, но обычно пользуются стандартными функциями (фиг.3, фиг.4, фиг.5).The ventilation system of the tunnel must provide such an air flow that would ensure the desired drying process of the raw brick. Let brick drying rate can assume any value ranging from 0 kg / m 2 × hr to 6 kg / m 2 × h. Then, according to the provisions of the theory of fuzzy sets, each value of the drying rate can be associated with a certain number, from zero to one, which determines the degree of belonging of a given physical value of the drying rate (for example, 0.8 kg / m 2 × hour) to one or another term of the linguistic variable "Humidity" (Fig. 4). For example, the drying rate value of 0.8 kg / m 2 × hour can be set to the degree of belonging to the term "small", equal to 0.2, and to the term "medium" - 0.8 (Fig. 4). The degree of membership is not a probability, since the distribution function is unknown and there is no repeatability of experiments. The specific definition of the degree of belonging of each exact value to one of the terms of the linguistic variable should be determined by means of the membership function. Its appearance can be absolutely arbitrary, but usually standard functions are used (Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5).
Стандартные функции принадлежности легко применимы к решению задач по управлению системой тоннельной вентиляции для создания наилучших условий для сушки кирпича. Однако при решении специфических задач можно выбирать более подходящую форму функции принадлежности, что позволяет добиваться лучших результатов работы системы.The standard accessory functions are easily applicable to the management of a tunnel ventilation system to create the best conditions for drying bricks. However, when solving specific problems, you can choose a more suitable form of the membership function, which allows you to achieve better results of the system.
Правила выполнения фаззификации сводятся к следующим шагам. Сначала для каждого терма каждой лингвистической переменной находится числовое значение (или диапазон значений), наилучшим образом характеризующих данный терм. Этим значениям соответствует степень принадлежности, равная 1.The rules for performing fuzzification are reduced to the following steps. First, for each term of each linguistic variable, a numerical value (or range of values) is found that best characterizes this term. A degree of membership equal to 1 corresponds to these values.
После этого определяются значения параметров с принадлежностью «0» к данному терму. Эти значения могут быть выбраны как значение с принадлежностью «1» к соседнему терму, определенному ранее. Для промежуточных значений терм выбираются П-функции принадлежности (трапецеидальные) или Л-функции (треугольные) из числа стандартных, а для экстремальных значений, например S-функции.After that, the values of the parameters with "0" belonging to this term are determined. These values can be selected as a value with "1" belonging to the adjacent term previously defined. For intermediate values of the term, P-membership functions (trapezoidal) or L-functions (triangular) are selected from among the standard ones, and for extreme values, for example, S-functions.
Следуя этим правилам, для лингвистических переменных «влажность» и «температура», характеризующих, соответственно, фактические значения разностей влажности и температуры среды и кирпича определим термы «норма», «средняя», «большая» и «очень большая» в соответствии с функциями принадлежности (фиг. 3 и фиг.4). В рассматриваемом примере выбраны П-функция для переменной «влажность» и П-функция для переменной «температура». Производительность вентиляционной системы тоннеля является выходной лингвистической переменной, которую будем называть «мощность». Присвоим ей следующие термы: «минимальная», «малая», «средняя», «большая» и «максимальная».Following these rules, for the linguistic variables "humidity" and "temperature", characterizing, respectively, the actual values of the differences in humidity and temperature of the environment and the brick, we define the terms "norm", "medium", "large" and "very large" in accordance with the functions accessories (Fig. 3 and Fig. 4). In the considered example, the P-function for the "humidity" variable and the P-function for the "temperature" variable are selected. The performance of the tunnel ventilation system is an output linguistic variable, which we will call "power". Let us assign the following terms to it: “minimum”, “small”, “medium”, “large” and “maximum”.
На втором этапе определяются продукционные правила, совокупность которых описывает стратегию управления, применяемую в данной задаче. Большинство нечетких систем используют продукционные правила для описания зависимостей между лингвистическими переменными. Типичное продукционное правило состоит из антецедента {«ЕСЛИ...») и консеквента («ТО...»). Антецедент может содержать более одной посылки. В этом случае они объединяются посредством логических связок «И» или «ИЛИ». Например, в рассматриваемой задаче: «ЕСЛИ “влажность ” = “максимальная” И “температура” = “максимальная”, ТО “скорость вентилятора 11” = “средняя”».At the second stage, the production rules are determined, the totality of which describes the control strategy used in the given problem. Most fuzzy systems use production rules to describe dependencies between linguistic variables. A typical production rule consists of an antecedent ("IF ...") and a consequent ("THEN ..."). An antecedent can contain more than one premise. In this case, they are combined by means of logical connectives "AND" or "OR". For example, in the problem under consideration: “IF“ humidity ”=“ maximum ”AND“ temperature ”=“ maximum ”, THEN“ fan speed 11 ”=“ average ””.
Выходы нечетких узлов можно объединять с помощью нечеткого мультиплексора — компонента, который подключает одну из нескольких входных линий к выходной линии по внешней команде. Благодаря этому достигается более гладкий переход между множеством получающихся после обработки базы правил рекомендаций.Fuzzy node outputs can be combined using a fuzzy multiplexer - a component that connects one of several input lines to an output line by an external command. This achieves a smoother transition between the set of recommendations resulting from the processing of the rule base.
Таким образом, результатом выполнения всех шагов нечеткого вывода является определение нечеткой выходной, или управляющей переменной. Чтобы исполнительное устройство смогло отработать полученную команду, необходим третий, последний этап — этап избавления от нечеткости, который называется дефаззификацией.Thus, the result of performing all the steps of fuzzy inference is the definition of a fuzzy output, or control variable. In order for the executive device to be able to process the received command, the third, last stage is necessary - the stage of getting rid of the fuzziness, which is called defuzzification.
На этом этапе осуществляется переход от нечетких значений величин к определенным физическим параметрам, которые могут служить командами исполнительному устройству. В простых случаях результатом нечеткого логического вывода является один из термов выходной переменной, с которым связывается определенная команда исполнительного устройства.At this stage, the transition from fuzzy values of quantities to certain physical parameters is carried out, which can serve as commands to the executive device. In simple cases, the result of fuzzy logical inference is one of the terms of the output variable, with which a specific command of the executive device is associated.
В рассматриваемом примере терму «маленькая» выходной лингвистической переменной «мощность» зададим команду «включить вентилятор на частоту 25 Гц», терму «средняя» — «включить вентилятор на частоту 50 Гц», т.е. придать 50 % от максимальной скорости вращения; терму «большая» — «включить вентиляторы на частоту 75 Гц»; терму «максимальная» — «включить все вентиляторы на частоту 100 Гц». Такой алгоритм легко может быть реализован, если каждая вентиляторная группа, устанавливаемая в одном поперечном сечении тоннеля, состоит из четырех вентиляторов. Тогда перечисленным командам соответствует включение от одного до четырех вентиляторов.In this example, the term “small” output linguistic variable “power” is given the command “turn on the fan at a frequency of 25 Hz”, the term “average” - “turn on the fan at a frequency of 50 Hz”, i.e. give 50% of the maximum rotation speed; term "large" - "turn on the fans at a frequency of 75 Hz"; the term "maximum" - "turn on all fans at a frequency of 100 Hz". Such an algorithm can be easily implemented if each fan group installed in one cross section of the tunnel consists of four fans. Then the listed commands correspond to the activation of one to four fans.
Иное решение можно предложить, если на каждой позиции (в поперечном сечении) установлено, например, по 4 вентилятора 10 и 4 вентилятора 11 возле каждого из шиберов 8 и 9. Тогда в этом рассматриваемом примере терму «минимальная» выходной лингвистической переменной «мощность» зададим команду «выключить все вентиляторы»; терму «малая» — «включить каждый четвертый вентилятор», т.е. 25%; терму «средняя» — «включить половину вентиляторов»; терму «большая» — «включить 75% вентиляторов»; терму «максимальная» — «включить все вентиляторы».Another solution can be proposed if at each position (in cross section), for example, 4
В более сложных случаях результатом логического вывода может быть несколько термов выходной переменной. Тогда, найдя предварительно функцию принадлежности выходной величины, необходимо определить степень ее принадлежности к соответствующим термам, после чего можно найти окончательное значение выходного параметра. Для устранения нечеткости окончательного результата существует несколько методов, которые приводятся в специальной литературе. В рамках рассматриваемой заявки можно упомянуть только, что самый простой из них — метод наибольшего значения, который заключается в том, что правило дефаззификации выбирает максимальное из полученных значений выходной переменной. А наиболее часто используется метод центра тяжести (метод центроида), когда окончательное значение определяется как проекция центра тяжести фигуры, ограниченной функциями принадлежности выходной переменной с допустимыми значениями.In more complex cases, the result of inference can be several terms of the output variable. Then, having previously found the membership function of the output quantity, it is necessary to determine the degree of its membership in the corresponding terms, after which the final value of the output parameter can be found. To eliminate the ambiguity of the final result, there are several methods that are given in the special literature. Within the framework of the application under consideration, we can only mention that the simplest of them is the method of maximum value, which consists in the fact that the defuzzification rule selects the maximum of the obtained values of the output variable. And the most often used is the center of gravity method (centroid method), when the final value is determined as the projection of the center of gravity of the figure, limited by the membership functions of the output variable with acceptable values.
Микроконтроллер, реализующий нечеткую логику, состоит из следующих частей (фиг.1): блока фаззификации, блока базы данных, логического устройства, и блока дефаззификации.A microcontroller that implements fuzzy logic consists of the following parts (Fig. 1): a fuzzification unit, a database unit, a logic device, and a defuzzification unit.
Блок фаззификации преобразует четкие величины, измеренные на выходе объекта управления, в нечеткие величины, описываемые лингвистическими переменными в базе данных. Логическое устройство использует нечеткие условные правила, заложенные в базе данных, для преобразования нечетких входных данных в требуемые управляющие воздействия, которые носят также нечеткий характер. Блок дефаззификации преобразует нечеткие данные с выхода логического устройства в четкую величину, которая используется для управления струйными вентиляторами системы тоннельной вентиляции.The fuzzification unit converts the clear values measured at the output of the control object into fuzzy values described by linguistic variables in the database. The logical device uses the fuzzy conditional rules embedded in the database to transform the fuzzy input data into the required control actions, which are also fuzzy in nature. The defuzzification unit converts the fuzzy data from the output of the logic device into a clear value, which is used to control the jet fans of the tunnel ventilation system.
Пример конкретного выполнения. По заявляемому способу сушили отформованный кирпич сырец, который размещали на транспортной тележке (вагонетке) 5, которую через входную дверь загружали в сушильную камеру. После загрузки вагонетки 5 с сырым отформованным кирпичом в сушильную камеру и измеряли датчиком 7 влажность кирпича сырца, датчиком 4 вес вагонетки и исходную температуру кирпича датчиком 6. Относительная влажность кирпича сырца была равна 25%, а исходная температура кирпича была равной 20°С, вес влажного кирпича на тележке составлял 962,5 кг. После измерения входных параметров кирпича на исходной позиции тележки 5 начинали осуществлять первый этап сушки, цель которого заключалась в поднятии температуры кирпича-сырца до температуры теплоносителя. Прогрев кирпича–сырца осуществляли теплоносителем, который поступал в туннель от печи отжига кирпича по воздуховоду горячего воздуха 1. Подача его в туннель осуществлялась путем открытия заслонки (шибера) 8. Исходная температура теплоносителя обычно лежит в диапазоне от 120 до 140°С, при том, как температура сушки кирпича на любой из позиций не должна превышать 80оС. Поэтому температуру поступающего к кирпичу-сырцу теплоносителя необходимо понизить. Понижение температуры теплоносителя и повышение его влажности осуществляется за счет смешивания теплоносителя и холодного воздуха, поступающего в туннель через воздуховод 2 холодного воздуха. Холодный воздух (увлажнитель) в туннель подается через заслонку (шибер) 9. Подача смешенного теплоносителя и воздуха к кирпичу осуществлялась регулируемыми вентиляторами 10 и 11. В зависимости от скорости вращения вентиляторов 10 и 11 можно было изменять в широком диапазоне такие параметры, как скорость нарастания температуры теплоносителя, поступающего к кирпичу, скорость сушки (скорость удаления влаги из кирпича) и другие параметры сушки. Для этой цели все измеренные данные параметров среды и кирпича, на всех позициях передавались через маршрутизатор 12 с антенной 13 в нечеткий контроллер. В блоке 14 поступившая информация перерабатывалась по заложенным в него правилам и передавалась в блок фаззификации 15. В этом блоки поступившая информация фаззифицировалась (переводилась в нечеткий формат). Перевод в нечеткий формат – это преобразование поступивших значений в лингвистическую форму. An example of a specific implementation. According to the claimed method, the molded raw brick was dried, which was placed on a transport trolley (trolley) 5, which was loaded through the front door into a drying chamber. After loading the
В рассматриваемом примере для управления режимом работы вентиляторами 10 и 11 были выделены две лингвистические переменные; «влажность» и «температура».In the example under consideration, two linguistic variables were allocated to control the operating mode of
Под лингвистическим термином «влажность» понималась величина, равная скорости сушки, или иными словами скорость испарения влаги с поверхности сохнущих кирпичей, измеряемая в кг/м2×час. Под лингвистическим термином «температура» понималась величина, равная скорости изменения перепада (градиента) температуры между теплоносителем и кирпичом.The linguistic term "moisture" was understood as a value equal to the drying rate, or in other words, the rate of evaporation of moisture from the surface of drying bricks, measured in kg / m 2 × hour. The linguistic term "temperature" was understood as a value equal to the rate of change of the temperature difference (gradient) between the coolant and the brick.
Для реализации нечеткого управления весь диапазон возможных значений переменных «влажность» и «температура» был разбит на 4 диапазона, для каждого из которых были выбраны п-образные (трапецеидальные) функции принадлежности и построены по 4 терма (фиг.3 и фиг.4). Для регулировки режимов работы вентиляторов на этапе предварительной сушки непрерывные измерения датчиков 4, 6, 7 и 19 передавались в нечеткий контроллер, где обрабатывались по заложенным в него правилам. На первом этапе сушки кирпича необходимо было осуществить плавное нарастание его температуры до температуры мокрого термометра и увеличить скорость сушки до максимальной величины. Если скорость нарастания градиента температур будет низкой, то это приведет к низкой скорости сушки, что может существенно удлинить процесс сушки. При очень быстром нарастании скорости градиента температуры и возникновении большой скорости сушки могут возникать такие явления, как коробление кирпича и появление на его поверхности трещин. Поэтому, на первом этапе, нужно находить компромиссное, лучше всего оптимальное решение. Известно, что максимальная скорость сушки не должна превышать 4 кг/м2×час, а скорость нарастания градиента температуры на первом этапе должна лежать в диапазоне (30-35) град/час. Проведенные измерения в течение первого часа показали, что скорость сушки составляет 4,5 кг/м2×час, при скорости нарастания градиента температуры 5 град/час. Первоначально при открытых заслонках 8 и 9 вентилятор 10 подачи горячего теплоносителя в туннель был включен на максимальную скорость, а вентилятор 11 подачи холодного воздуха был отключен. При работающих в указанном режиме вентиляторах периодически измерялись все данные о процессе датчиками 4, 6, 7 и 19 и передавались в нечеткий контроллер. To implement fuzzy control, the entire range of possible values of the variables "humidity" and "temperature" was divided into 4 ranges, for each of which n-shaped (trapezoidal) membership functions were selected and 4 terms were constructed (Fig. 3 and Fig. 4) ... To adjust the operating modes of the fans at the stage of preliminary drying, continuous measurements of
Полученные данные принадлежали 4-му терму переменной «влажность» и 4-му терму переменной «температура» (фиг.3 и фиг.4). После определения принадлежности измеренных величин к соответствующим термам, данные передавались в блок 15, где дефаззифицировались, т.е. преобразовывались из лингвистических переменных в численные значения, которые передавались в регулируемый блок управления вентиляторами 18. Из блока 18 поступало управляющее воздействие на регулируемые вентиляторы 10 и 11. При этом скорость вентилятора 10 из терма управления «максимальное» была переведена в терму управления «большая», а скорость вентилятора 11 из терма «малая» была переведена в терм «средняя». Скорость вентиляторов могла плавно изменяться изменением частоты их вращения. Терму «малая скорость», соответствовала диапазону частот вращения вентиляторов в диапазоне от 0 до 25 Гц. Терму «средняя скорость» соответствовала диапазону частот вращения вентиляторов в диапазоне от 25 до 50 Гц. Терму «большая скорость», соответствовала диапазону частот вращения вентиляторов в диапазоне от 50 до 75 Гц. Терму «максимальная скорость», соответствовала диапазону частот вращения вентиляторов в диапазоне от 75 до 100 Гц. Вентилятор 10 был вначале переключен на максимальную частоту термы 3 частоту 75 Гц, а вентилятор 11–на частоту 25 Гц. При указанном режиме работы параметры процесса непрерывно измерялись, подавались в нечеткий микроконтроллер, а режимы работы вентиляторов 10 и 11 непрерывно корректировались. Эта корректировка осуществлялась до тех пор, пока скорость нарастания градиента температуры не достигла 32,5 град/час, а скорость сушки изменилась до 3,5 кг/м2×час. Указанный режим сушки был достигнут при скорости вентилятора 10 равной 65 Гц, и скорости вентилятора 11 равной 20 Гц. Температура теплоносителя в таком режиме равнялась 70°С. Сушка в таком режиме продолжалась до того момента, когда температура кирпича не достигла температуры носителя и стала равной 70°С.The data obtained belonged to the 4th term of the variable "humidity" and the 4th term of the variable "temperature" (Fig. 3 and Fig. 4). After determining the belonging of the measured values to the corresponding terms, the data was transferred to block 15, where it was defuzzified, i.e. were converted from linguistic variables into numerical values, which were transmitted to an adjustable
Процесс изменения параметров сушки на каждом из трёх этапов показан на фиг. 6.The process of changing the drying parameters at each of the three stages is shown in Fig. 6.
Процесс первого этапа – начальной сушки продолжался 5 часов. По истечении этого времени вагонетка 5 с сырьем перемещалась на следующую позицию, называемой позицией постоянной скорости сушки. На этой позиции необходимо создать условия, при которых в процессе сушки поверхность материала кирпича–сырца остается водонасыщенной за счет поступления влаги из внутренних слоев кирпича-сырца и скорость сушки (убыль воды в единицу времени) должна быть постоянна и равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Влага поступает из внутренних слоев к поверхности и испаряется. Температура поверхности материала равна приблизительно температуре мокрого термометра среды и остается постоянной. Этот период наиболее опасный, т.к. происходит усадка материала, большая неравномерность которой может вызвать усадочные напряжения и появление трещин. Поэтому для обеспечения оптимальных режимов сушки необходимо постоянно измерять процессы параметров атмосферы сушилки и кирпича. На указанной позиции имеются датчики, вентиляторы и шиберы аналогичные тем, которые были на позиции 1. Необходимые для корректировки режимов работы вентиляторов данные измеряются и передаются через маршрутизатор 12 с антенной 13 в микроконтроллер с нечетким управлением. Все операции в микроконтроллере осуществляются по правилам, заложенным в нечетком микроконтроллере, аналогично, как и на первой позиции. Заканчивается период в момент, когда среднее содержание влаги понизится до критической. Критическая влажность представляет собой среднюю по всему изделию влажность, при которой усадка поверхностных слоев кирпича-сырца прекращается и дальнейшая сушка вызывает лишь увеличение пористости изделия.The process of the first stage - initial drying lasted 5 hours. After this time, the
Этот период характеризуется быстрым возрастанием скорости сушки до максимальной величины.This period is characterized by a rapid increase in the drying rate up to the maximum value.
Теплота, подводимая к кирпичу-сырцу теплоносителем, расходуется в основном на подогрев полуфабриката. Влажность кирпича-сырца уменьшается незначительно. В конце периода устанавливается постоянная температура поверхности, а также тепловое равновесие между количеством теплоты, воспринимаемой изделиями, и расходом теплоты на испарение влаги. Весь процесс постоянной скорости сушки отслеживался соответствующими датчиками и обеспечивался соответствующей регулировкой скорости вращения вентиляторов 10 и 11 по командам, вырабатываемым в нечетком микропроцессоре.The heat supplied to the raw brick by the heat carrier is spent mainly on heating the semi-finished product. The moisture content of the raw brick decreases slightly. At the end of the period, a constant surface temperature is established, as well as thermal equilibrium between the amount of heat received by the products and the heat consumption for moisture evaporation. The entire process of constant drying speed was monitored by appropriate sensors and provided by appropriate regulation of the rotation speed of
По окончанию второго этапа сушки тележка 5 перемещалась на позицию падающей (замедленной) скорости сушки. Весь процесс сушки на этом этапе контролировался соответствующими датчиками и регулировался изменением скоростей вентиляторов 10 и 11, изменяемых по выработанным командам в нечетком микроконтроллере. Процесс поддерживаемый вентиляторами соответствовал графикам приведенным на фиг.6. На этом третьем этапе сушки, поверхность кирпичей уже не является водонасыщенной, и скорость сушки с уменьшением влаги падает. При этом влага испаряется в определенной зоне, которая по мере уменьшения влажности материала перемещается от периферии изделия к его центру. Постепенно уменьшается влажность сырца до минимального остаточного количества. Так как расход теплоты на испарение влаги уменьшается, то температура материала возрастает и температурный перепад между теплоносителем и кирпичом-сырцом уменьшается. Процесс сушки на этом периоде заканчивался (см. фиг.6). Весь процесс сушки был осуществлен за 85 часов. На последнем этапе вес кирпича на тележке 5, измеренный датчиком веса 4 был равен 800 к, что соответствовало относительной влажности кирпича 4%.At the end of the second stage of drying, the
Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что он позволяет осуществлять весь процесс сушки автоматически, в зависимости от результатов контроля, чего не позволяет обеспечить способ–прототип. Кроме того, заявляемый способ по сравнению с прототипом существенно упрощен, так как в нем нет необходимости использования ультразвуковых датчиков и, для которых весьма трудно обеспечить надежный акустический контакт с поверхностью кирпича.The technical result of the claimed invention is that it allows the entire drying process to be carried out automatically, depending on the control results, which is not possible to provide the prototype method. In addition, the claimed method is significantly simplified in comparison with the prototype, since it does not require the use of ultrasonic sensors and, for which it is very difficult to ensure reliable acoustic contact with the brick surface.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122725A RU2743979C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Method of drying ceramic articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122725A RU2743979C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Method of drying ceramic articles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743979C1 true RU2743979C1 (en) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122725A RU2743979C1 (en) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | Method of drying ceramic articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743979C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1153215A1 (en) * | 1983-09-15 | 1985-04-30 | Специализированная Проектно-Конструкторская Технологическая Организация "Росавтоматстром" | Method of controlling drying process |
| RU2255861C1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-07-10 | Тульский государственный университет (ТулГУ) | Program drying for ceramic articles |
| RU2255860C1 (en) * | 2004-04-05 | 2005-07-10 | Тульский государственный университет (ТулГУ) | Ceramic articles automated drying line |
| RU91418U1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-02-10 | Олег Александрович Сухарев | AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR TECHNOLOGICAL PROCESS OF DRYING AND FIRING OF CERAMIC BRICK |
| US9429361B2 (en) * | 2012-11-27 | 2016-08-30 | Corning Incorporated | Systems and methods for adaptive microwave drying of ceramic articles |
| RU2615201C2 (en) * | 2015-09-01 | 2017-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) | Method of ceramic products drying |
-
2020
- 2020-07-09 RU RU2020122725A patent/RU2743979C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1153215A1 (en) * | 1983-09-15 | 1985-04-30 | Специализированная Проектно-Конструкторская Технологическая Организация "Росавтоматстром" | Method of controlling drying process |
| RU2255860C1 (en) * | 2004-04-05 | 2005-07-10 | Тульский государственный университет (ТулГУ) | Ceramic articles automated drying line |
| RU2255861C1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-07-10 | Тульский государственный университет (ТулГУ) | Program drying for ceramic articles |
| RU91418U1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-02-10 | Олег Александрович Сухарев | AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR TECHNOLOGICAL PROCESS OF DRYING AND FIRING OF CERAMIC BRICK |
| US9429361B2 (en) * | 2012-11-27 | 2016-08-30 | Corning Incorporated | Systems and methods for adaptive microwave drying of ceramic articles |
| RU2615201C2 (en) * | 2015-09-01 | 2017-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) | Method of ceramic products drying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Intelligent control model and its simulation of flue temperature in coke oven | |
| CN101906673A (en) | Drying kiln of fibre products | |
| RU2743979C1 (en) | Method of drying ceramic articles | |
| RU2751325C1 (en) | Method for drying ceramic products | |
| CN102305539A (en) | Thermal simulation furnace with heating/cooling controllable structure and capable of sampling halfway | |
| HU194141B (en) | Process and apparatus for drying ceramic semi-finished products | |
| Vasić et al. | Optimize, upgrade or invest in a novel dryer?—A brick factory case study | |
| US4384848A (en) | Process and apparatus for firing ceramic materials | |
| Jaszczak et al. | A model of the refinishing spray booth as a plant of automatic control | |
| JPH05209233A (en) | In-furnace temperature control device of heating furnace | |
| JP5566197B2 (en) | Tunnel oven | |
| JP2000290061A (en) | Method and apparatus for drying ceramic molding | |
| US3142884A (en) | Method and apparatus for controlling the cooling zone of a tunnel kiln | |
| JP3455813B2 (en) | Method and apparatus for drying ceramic moldings | |
| CN117663814B (en) | Hot air circulation electric heating oven and control method thereof | |
| JPS5831405A (en) | Temperature controlling system in heating furnace | |
| JP4121239B2 (en) | Combustion device | |
| CN104583367A (en) | Coke oven temperature control device and coke oven temperature control method | |
| JPH07190627A (en) | Tunnel type continuous baking furnace | |
| JPH0565883B2 (en) | ||
| Vasić | MONITORING AND ANALYZING THE CLASSICAL COUNTER CURRENT INDUSTRIAL TUNNEL DRYER FOR MASONRY CLAY UNITS. | |
| JP2003041309A (en) | Method for controlling blast temperature of blast furnace | |
| JP3564657B2 (en) | Method and apparatus for drying ceramic moldings | |
| EP3093599B1 (en) | Method for controlling drying of wood | |
| JPS62248918A (en) | Method of controlling combustion for hot blast furnace |