Текущее состояние. Резинотехнические изделия (РТИ) распространены практически во всех сферах действия человека. Однако потребности внутреннего рынка в РТИ обеспечиваются российскими предприятиями в объёмах примерно 45–47%. Актуальность исследования обуславливается необходимостью повышения конкурентоспособности отечественных заводов за счет оптимизации производства, внедрения новых технологий, с учетом возможных юридических рисков, в частности, вопросов защиты интеллектуальных прав. 

Решаемая научная проблема.  В работе предлагается рассмотреть совершенствование резиносмесителя периодического действия посредством увеличения его производительности.

Методы исследования. Недостаток методов регулирования температуры смеси с помощью изменения частоты вращения роторов – ограниченность увеличения мощности. Поэтому возникает необходимость разработки эффективных систем охлаждения водой, которые будут отводить тепло от смеси при увеличении мощности электродвигателя. Предлагается схема разработки системы автоматического регулирования (САР) температуры в смесительной камере и САР расхода охлаждающей воды. Первая система реализуется с помощью внедрения второй. Предлагается синтезировать систему управления температурным режимом резиносмесителя с помощью автоматического регулирования расхода охлаждающей жидкости. В работе проведен синтез системы управления аппарата воздушного охлаждения (АВО) масла и результаты совпали с реальными экспериментальными данными. Из этой работы взяты некоторые зависимости. Также в работе используются методы синтеза систем управления. Для синтеза системы АВО масла в составе газоперекачивающего агрегата авторы исследования применяют синтез регулятора частотным методом. Также были успешно применены методы синтеза системы управления для разведки и добычи минеральных ресурсов (SESMRP), оснащенной автономным подводным аппаратом, моделирования гидродинамических процессов и параметров гидролитосферных процессов. Для регулирования физико-химических показателей технологического процесса используются методы и технологии компьютерного моделирования. В контексте технических систем используют интеллектуальные, автоматические и автоматизированные системы управления, которые отличаются степенью участия человека в процессе. Использованы методы построения автоматической системы.

Детали исследования. Разработка систем управления решается с помощью задач синтеза и анализа. Однако, на реальных объектах их выполнение не представляется возможным из-за дороговизны и сложности. Поэтому на практике обычно пользуются моделированием сложных процессов с использованием современных инструментов анализа, обработки и представления информации, как неотъемлемой составляющей эффективного управления любой системой, находящейся в стадии разработки. Аналитический способ используют при составлении модели известной физической формы. Он использован текущей работе. Из математической модели получают передаточную функцию, которая характеризует динамические свойства объекта. В работе использованы методы преобразования Лапласа системы дифференциальных уравнений с ПФ. Далее полученную ПФ необходимо реализовать при синтезе системы управления.

Для разработки модели описана принципиальная схема (см. рисунок 1) технологического процесса.

Общий принцип работы заключается в циркуляции холодной воды для отвода тепла, обеспечивая оптимальные условия для смешивания резиновых компонентов в процессе производства. Динамическая модель процесса охлаждения резиносмешения учитывает изменения параметров процесса с течением времени, что позволяет более точно моделировать динамику изменения температуры и других свойств смеси в процессе охлаждения. Представлено математическое описание процесса охлаждения резиновой смеси с помощью законов сохранения энергии и теплового баланса. Синтезирована система управления и выбран закон управления для регулятора, который состоит из определения ее топологии, структуры и параметров. Синтез П-регулятора - для того, чтобы осуществить синтез регуляторов, получены частотные характеристики объекта, а именно – ЛАЧХ и ЛФЧХ при помощи программного средства MATLAB. Синтез ПИ-регулятора - модель системы с ПИ-регулятором представлена на рисунке 2.

По показателям качества предпочтительной оказалась система с применением функции PID-tuner. Выбранный ПИД-регулятор был проверен на робастность. Система обладает свойством робастности, так как ее переходная характеристика подверглась небольшому изменению. Для измерения температуры предлагается датчик типа ТХК-0479, диапазон измерения -50…+200°С, допустимые отклонения ±2,5 °С. Для расхода охлаждающей жидкости рекомендуется использовать расходомер трубопроводного типа LZS-65C, при диапазоне измерений от 0,04 м3/ч до 60 м3/ч при температуре измеряемой среды до +60°С. В качестве регулятора предлагается использовать измеритель-регулятор 2ТРМ1, который используется для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей в различных средах. Для начала подачи воды используется регулирующий клапан типа 25432 ИЖ «НО». Для проверки расхода воды добавили блок «Scope». 

Средний расход не превысил номинальное значение (0,0167 м3/с), которое действует на предприятии и задается машинистом. Система повторяет задающее воздействие и имеет время регулирования 274 с. Для улучшения качества регулирования необходимо верифицировать параметры модели, эти изменения возможны при последующем проведении эксперимента на практике, что может являться предметом будущих исследований.

Заключение. В данной статье была синтезирована система управления процессом резиносмешения. Для этого: разработана аналитическим способом математическая модель, выбрана структура СУ, тип регулятора, подобраны его параметры. Показатели качества разработанной СУ оказались в пределах общепринятых норм. Система обеспечивает переход к заданному значению температуры смеси и снижается расход охлаждающей жидкости. Разработанное решение может быть использовано для увеличения производительности резиносмесителя за счет возможности использования режимов с большим выделением тепловой энергии. Она, в свою очередь, отводится с помощью системы охлаждения, автоматическая система управления которой синтезирована в данной работе.