65547
АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ПІДСИСТЕМАМИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ І ПРОГНОЗУВАННЯ
Автореферат
Производство и промышленные технологии
Метою роботи є підвищення ефективності функціонування ТК цукрового заводу за рахунок удосконалення систем автоматизації шляхом використання алгоритмів діагностики і прогнозування. При вирішенні поставлених задач одержані нові наукові результати: вперше показано що для оцінки...
Украинкский
2014-07-31
937 KB
1 чел.
PAGE 2
Національний університет
харчових технологій
УДК 681.518.5:303.732.4
АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ПІДСИСТЕМАМИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ І ПРОГНОЗУВАННЯ
05.13.07 Автоматизація процесів керування
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ-2010
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національному університеті харчових технологій.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Ладанюк Анатолій Петрович,
Національний університет харчових технологій,
компютерно-інтегрованих технологій,
заслужений діяч науки і техніки України
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Жученко Анатолій Іванович,
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут»,
завідувач кафедри автоматизації хімічних виробництв
доктор технічних наук, професор
Казак Василь Миколайович,
Національний авіаційний університет,
завідувач кафедри автоматизації та
енергоменеджменту
Захист відбудеться “_17_”_листопада__2010 року о _14.00_ годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради К 26.058.05 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м.Київ-33, вул. Володимирська, 68, ауд. _А-311_.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м.Київ-33, вул. Володимирська, 68.
Автореферат розісланий “___”________________2010 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент В.М.Філоненко
Актуальність теми. Підвищення ефективності функціонування технологічного комплексу (ТК) безпосередньо повязано з оперативними оцінками стану обєкта, виробничих ситуацій та прогнозування їх розвитку.
При автоматизації технологічних комплексів виникає ряд специфічних задач, які досліджувались та опубліковані в роботах: московських вчених (наукові школи академіка Кафарова В.В. та Інституту хімічного машинобудування, професори: Балакірєв В.С., Володін В.М., Цірлін А.М.), а для умов харчової промисловості: Ладанюка А.П., Трегуба В.Г., Перепечаєнка В.Г., Кишенька В.Д., Луцької Н.М., Іващука В.В. та ін. В той же час не розглядались проблеми, повязані з діагностикою та прогнозуванням роботи технологічних процесів (ТП) і ТК та систем автоматизації.
Актуальним стає необхідність вчасного введення коригуючих дій, направлених на усунення відхилень, які виникають при роботі технологічного комплексу, з виявленням їх на ранніх стадіях та передбаченням можливого розвитку подій, що призводить до підвищення оперативності роботи системи, а також ефективності її функціонування. Отже необхідно використати нові підходи при управлінні підсистемами технологічних комплексів на основі використання методів та алгоритмів діагностики та прогнозування, тема дослідження актуальна.
В даній роботі обєктом досліджень є ТК (підсистеми дифузійної, сокоочистної та випарної установок) цукрового виробництва, оскільки їх якісне регулювання веде до покращення якості готової продукції, зменшення простоїв, додаткових і неврахованих втрат, енергетичних витрат всього виробництва в цілому. Предметом досліджень є система автоматизації (СА) з алгоритмами і методами діагностики і прогнозування.
Існуючі схеми регулювання вказаних підсистем не задовольняють необхідній якості регулювання і не дозволяють вчасно ввести коригуючі впливи на ранніх стадіях появи відхилень, доцільно використовувати методи та алгоритми діагностики і прогнозування.
Метою роботи є підвищення ефективності функціонування ТК цукрового заводу за рахунок удосконалення систем автоматизації шляхом використання алгоритмів діагностики і прогнозування.
Для досягнення поставленої мети необхідно розвязати задачі:
Наукова новизна. При вирішенні поставлених задач одержані нові наукові результати:
Практичне значення одержаних результатів. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень розроблена система автоматичного управління технологічним комплексом цукрового виробництва. На основі алгоритмів діагностики і прогнозування розроблено програмне забезпечення мікропроцесорної автоматизованої системи управління технологічним комплексом.
Результати роботи використовуються в навчальному процесі Національного університету харчових технологій кафедри автоматизації та компютерно-інтегрованих технологій та передані для впровадження на цукровий завод, що підтверджено відповідними довідками.
Апробація роботи. Основні результати досліджень доповідались і обговорювались на наукових конференціях Національного університету харчових технологій в 2005-2010рр.; Міжнародних конференціях з автоматичного управління "Автоматика-2004" (м.Київ, 2004), "Автоматика-2006" (м.Вінниця, 2006), "Автоматика-2007" (м. Севастополь, 2007) "Автоматика-2008" (м. Одеса, 2008), "Автоматика-2009" (м.Чернівці, 2009); ІХ Міжнародній науково-технічній конференції «Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи» (м.Київ, 2005), ІХ Міжнародній конференції "Контроль і управління в складних системах" (м.Вінниця, 2008р.); Міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні методи, інформаційне, програмне та технічне забезпечення систем управління організаційно-технічними комплексами» (Київ, 2009).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 друкованих праць, в яких викладено основний зміст виконаних досліджень, з них 5 статей в фахових виданнях, один деклараційний патент, тези доповідей на наукових конференціях.
Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, списку літератури з 143 найменувань і 8 додатків. Повний обсяг дисертації 234 стор., з яких зміст викладено на 154 стор. друкованого тексту, містить 51 рисунків, 26 таблиць та 8 додатків.
Основні положення, що виносяться на захист: результати досліджень властивостей підсистем ТК цукрового заводу (дифузійного, сокоочистного та випарного відділень) та процесів їх функціонування; сценарно-цільовий підхід на основі прографів; математичні моделі підсистем; методи і алгоритми діагностики і прогнозування для вказаних підсистем; технічне та програмне забезпечення для реалізації прогнозування; сценарії розвитку ситуацій для ТК цукрового заводу.
Особистий внесок у розробку наукових результатів. Особисто автором розроблені положення, викладені в розділі автореферату "Основні положення, що виносяться на захист". В публікаціях у співавторстві особистий внесок автора полягає в наступному: в [1,6] використано структурний і сценарний підхід до моделювання бізнес-процесів, в [2,4,12,13] проведено системний аналіз змінних ТК, в [5] розроблено структуру підсистеми підтримки прийняття рішень з використанням експертних оцінок (ПППР з ЕО), в [8,16,17] розроблена структура підсистеми підтримки прийняття рішень для керування технологічними комплексами, [15] проведено аналіз існуючих методів оцінювання достовірності ЕО при розробці ПППР з ЕО, розроблено цільові сценарії і базові прографи для дифузійного відділення [4,14] і випарного відділення [3] ТК цукрового заводу; в [18] виділені групи джерел дефектів і сформовано комплекс показників, які дають можливість отримати оцінки працездатності ТК цукрового заводу, в [11] запропоновано структуру ТК з інтелектуальною підсистемою діагностики (ІПД), а також на їх основі в [9, 12] розроблено алгоритм функціонування ІПД і підсистеми прогнозування [19, 7, 10], в [3] запропоновано сценарій розвитку ситуацій для ТК цукрового заводу.
Основний зміст роботи
Вступ. Показана актуальність роботи з точки зору важливості використання методів та алгоритмів діагностики та прогнозування для ТК цукрової промисловості з урахуванням розвитку інформаційних технологій та переходу на мікропроцесорну техніку. Сформульована мета та задачі дослідження. Визначені наукова новизна та практичне значення одержаних результатів. Вказано на апробацію результатів дисертації та кількість публікацій.
Перший розділ «Загальна характеристика технологічного комплексу та аналіз проблеми управління ним. Постановка задачі дослідження» присвячений аналізу особливостей підсистем ТК цукрового виробництва а також управління ними, аналізу існуючих розробок з використанням методів діагностики та прогнозування та постановці задачі досліджень.
Проведений аналіз робіт показав, що традиційні СА не включають підсистеми діагностики та прогнозування розвитку ситуацій, а також, що необхідність прогнозування і діагностування основних техніко-економічних показників роботи ТК виникає при відхиленні фактичних значень основних вхідних і вихідних величин від їх прогностичних значень і є основою для проведення перерахунку параметрів роботи заводу з урахуванням допустимого діапазону зміни, в межах якого, вони не суттєво впливають на економічні показники роботи ТК цукрового заводу. Вихід будь-якого параметру за задані межі свідчить про необхідність проведення розрахунку параметрів роботи заводу, а також можливість введення коригуючих дій.
В результаті аналізу дифузійного, дефекосатураційного і випарного відділень цукрового заводу можна зробити висновок, що вони характеризуються складністю структурною, функціональною, технологічною, конструктивною і інформаційною, залежністю від багатьох внутрішніх і зовнішніх факторів, тому для стабільної роботи, а також підвищення ефективності їх роботи, потрібно застосовувати нові підходи до процесу управління, а також активно використовувати методи діагностики і прогнозування, які потребують одночасної оцінки (вимірювання) сотень технологічних змінних, різних за своєю природою. Проведено аналіз ТК цукрового заводу і виділено основні технологічні змінні, які впливають на ефективність його роботи і якість кінцевої продукції.
Визначені науково-технічні основи роботи та основні напрямки досліджень.
У другому розділі «Теоретичні основи розробки системи управління технологічним комплексом цукрового заводу з використанням алгоритмів діагностики та прогнозування» сформульовано комплекс задач моніторингу, контролю і діагностики, які зводяться до оцінювання даних щодо процесу і відображення їх у відповідній формі, а також оцінюється стан обєкта та додатково задається цільова траєкторія в просторі станів. В процесі функціонування обєкт відтворює фактичну траєкторію та визначається норма в вимірному просторі. У просторі станів задається сукупність областей , фактична траєкторія системи в якій відсутня, тобто описується набором несприятливих ситуацій. Ціллю діагностики є визначення технічного стану обєкта, виявлення і при необхідності вказівка місця і причини виникнення неполадки, а також не потрапляння вектору стану в указану область. На основі оцінки стану обєкта визначається в якому режимі знаходиться система штатному, нештатному, передаварійному, аварійному. Кінцевою ціллю діагностики є корекція, тобто усунення виявлених дефектів або нейтралізація їх наслідків.
Для перебування системи в робочому стані необхідно забезпечити відповідність таким умовам:
, , (1)
де - ступінь ризику, тобто ймовірність появи небажаних наслідків дії будь-яких факторів ризику в момент часу в процесі функціонування системи; - рівень ризику, тобто величина шкоди небажаних наслідків будь-яких факторів ризику в момент часу ; - ресурс допустимого ризику, тобто тривалість періоду функціонування системи в певному режимі, на протязі якого ступінь та рівень ризику в результаті дії факторів ризику не перевищать апріорно заданих допустимих значень.
На ряді цукрових заводів (Андрушівський, Саливонківський) проведено дослідження та аналіз ситуацій, які показують, що на протязі виробничого сезону можливі різні сполучення діючих чинників, що вимагає оперативного прийняття рішень.
Однією з головних причин неефективної роботи цукрового заводу, та як наслідок, зменшення продуктивності роботи заводу, збільшення втрат цукру, зменшення виходу цукру, збільшення витрат допоміжних матеріалів є поломки різних типів, які відбуваються протягом сезону на цукрових заводах. Умовно було виділено чотири групи неполадок і несправностей, які виникають під час роботи:
В результаті обробки думок експертів були виділені поломки, найбільш характерні для кожної групи поломок, а також оцінена частота їх появ. Експертами було визначено, що найбільша частота відмов на початку сезону, а в подальшому завод входить в ритмічну роботу і до кінця сезону працює за відсутності серйозних поломок; найбільше поломок відбувається в групі відмов обладнання, на другому місці - група технологічних відмов, на третьому група відмов автоматизації, на четвертому група відмов енергогосподарства; найбільше поломок протягом сезону відбувається в ТК сокоочистного відділення, а найменша в ТК випарного відділення. При оцінці діагностики надійності складових систем автоматизації експертами виявлено, що основні поломки приходяться на виконавчі механізми 50%, друге місце за частотою відмов посідають датчики 20%, живлення 14%, мікропроцесорні конролери 10%, лінії звязку - 5%, не виявлені (скриті) дефекти 1%.
Для розвязання задач діагностики і прогнозування розроблено і адаптовано математичну модель ВУ, яка приведена до вигляду в координатах стану, де координатами стану є зокрема рівні, вміст сухих речовин, температура киплячого соку і температура пари по корпусам ВУ; виходом вектору - рівні і температура киплячого соку по корпусам ВУ, вміст сухих речовин в V корпусі ВУ; А,В,С матриці відповідних розмірностей.
В даній роботі вперше для систем автоматизації цукрового заводу застосовується відомий в технічній літературі підхід використання прографів для організаційно-економічних систем, який дозволяє розглядати ТК як організаційно-технічну (технологічну) систему. А також вперше показано, що для дослідження складного технологічного обєкта можна використати сценарно-цільовий підхід системного аналізу. Особливостями використання сценарно-цільового підходу для досліджуваного комплексу є формування і врахування: ресурсів; критеріїв; цілей; обєктів; процесів або операцій; переходів; подій. Системний аналіз проведено на трьох рівнях. На першому рівні складено цільовий сценарій у вигляді графів операцій і цілей, на другому сформовано і досліджена структурна реалізація сценарію у формі прографа, на третьому компоненти прографа - обєкти і ресурси представлено таблицями побудовано табличний програф, який є основою для імітаційного моделювання. Програф - це процесно-ресурсно-обєктний граф, який формується на двох підрівнях базовому та табличному. Метою цільового сценарію є визначення способу досягнення поставлених перед системою цілей.
Наприклад, цільовий сценарій роботи випарного відділення визначається набором:
A = < F, C, T, , >, (2)
де F = {f1, …, f16} множина операцій (подій); C = {c1, …, c63} множина цілей; T = {t1, …, t46} множина переходів; : T F F T {0, 1} функція інциденцій «операції переходи»; : F функція розподілу цілей ( множина всіх підмножин С).
Використовуючи граф операцій, виведено базовий програф. Базовий програф випарного відділення визначається набором:
B = <F, T, O, R, P, S, , , , , >, (3)
де: F, T множина операцій і переходів визначена раніше; O = {o1, …, o25} множина обєктів; R = { r1, …, r16} множина ресурсів; P = {p1, …, p46} множина місць (позицій) зберігання обєктів; S 0 T множина подій; = {0, 1, …, h} часова шкала; : P F F P {0, 1} функція інциденцій «операції позиції»; : R F F R {0, 1} функція інциденцій «операції ресурси»; : P 0 функція розміщення обєктів за позиціями; : S функція часових міток позицій ( - множина всіх підмножин ) (Рис. 1).
Обєкти і ресурси на табличному прографі представлені у вигляді таблиць. Виділено фактичні і прогнозні операції. При виконанні фактичної операції задані умова запуску, час виконання, умова закінчення, алгоритм корекції заповнення вхідних і вихідних таблиць, а при виконанні прогнозної операції відбувається динамічна оцінка параметрів системи на прогнозному інтервалі (чітко заданому) з обовязковим часовим початком відліку.
Так, для випарного відділення цілями є формування технологічного регламенту, стабілізація технологічних змінних визначення продуктивності І корпусу ВУ, тощо; операціями виступають технологічні операції, прогнозні оцінки згущення соку; обєктами є основні затрати, в тому числі прогнозна інформація про затрати; ресурси бази даних і бази знань технологічних регламентів, матеріальні, технічні та фінансові потоки, а подіями є виконання операцій у вигляді передачі обєктів від однієї до іншої в указаний час. Повний перелік цілей, операцій, обєктів, ресурсів та подій вказаний в дисертаційній роботі.
Рис. 1. Базовий програф процесу випарювання
Умовою запуску для виконання фактичних операцій є логічна функція, яка визначається у вхідних і вихідних таблицях операції:
, (4)
де - атрибути таблиці, - числові константи або рядки символів, - знак порівняння, - знак кон'юнкції.
, (5)
, (6)
Алгоритм корекції заповнення таблиць виражається правилами:
ЯКЩО <виконання умови> ТО <виконання дії> (7)
Умова виконання дій подібна умові виконання операцій.
Прогнозна операція для випарного відділення дозволяє оцінити динаміку прогностичних показників, які записуються в таблицю, на інтервалі прогнозування із зазначеним горизонтом прогнозування, який містить визначене число часових одиниць (2-3 години). Відлік часу ведеться з початкового моменту .
Наведені прографи є основою для імітаційного моделювання процесів функціонування обєктів, їхньої діагностики, прогнозування розвитку ситуацій та прийняття рішень. В явному вигляді на прикладі випарного відділення наочно показаний взаємозвязок між цілями, операціями і т.д., а також системами автоматизації, що використовуються для синтезу та аналізу функціонування процесу автоматизації. Виконання фактичних операцій технологічних процесів відділень цукрового заводу і діагностування їх фактичного проходження дозволяють оперативно оцінювати стан системи і є основою для введення коригуючих дій, направлених на попередження виходу системи з нештатного режиму роботи, а прогностичні операції для відділень ТК дозволяють оцінити динаміку техніко-економічних показників на інтервалі прогнозування із зазначеним горизонтом прогнозування (2-3 години) і підвищити ефективність функціонування ТК.
Аналіз на основі сценарно-цільового підходу і прографи для дифузійного і сокоочистного відділень наведені в дисертаційній роботі.
В третьому розділі «Алгоритмічне та програмне забезпечення систем управління з використанням підсистем діагностики та прогнозування» розроблені алгоритми діагностики технологічних змінних і стану ТК, а також прогнозування техніко-економічних показників роботи цукрового заводу, таких як:
Очікувані техніко-економічні показники роботи заводу: сумарні втрати цукру, вихід білого цукру за зміну, собівартість цукру, прибуток заводу за зміну є основою для отримання прогнозованих оцінок функціонування ТК.
Ціллю керування є максимізація виходу цукру, оперативного прибутку, або мінімізація сумарних втрат цукру на виробництві, що досягається введенням глобальних коригуючих дій, які характерні для цукрових заводів: зміна продуктивності завода по буряку, зміна відкачки дифузійного соку, зміна витрати вапна на проведення сокоочистки і зміна витрати води на промивку фільтрпресного осаду.
При роботі цукрового заводу можуть виникати ситуації, які можуть мати різний розвиток і наслідки. Для прогнозування можливого розвитку подій, а також для прийняття найкращого рішення використано сценарний підхід. Розроблено сценарій роботи цукрового заводу (рис. 2):
З рішень по вибору шляхів підвищення ефективності роботи ТК цукрового заводу не приводить до погіршення показників лише , інші варіанти видаляємо. В ситуації (при виборі способів зменшення затрат, повязаних з відмовами) були запропоновані варіанти рішень , , але було відкинуто через нестабільність роботи ТК і погану координацію між суміжними ТК.
Рис. 2. Діаграма ситуацій для ТК цукрового заводу
Таблиця 1
Таблиця ситуаційних цілей
Позначення ситуаційної цілі |
Опис ситуаційної цілі |
Обрати стратегії по підвищенню ефективності роботи цукрового заводу. |
|
Зменшити затрати, повязані з відмовами. |
|
Зменшити кількість поломок і відмов. |
|
Зменшити відхилення від штатного технологічного регламенту. |
Таблиця 2
Фрагмент таблиці ситуацій
Позначення ситуації |
Опис ситуації |
Виробництво не приносить максимального прибутку, збільшуються різні види витрат. Ефективність роботи заводу знижується. |
|
Вихід цукру не збільшується; затрати на виробництво підвищуються |
|
Динаміка розвитку підприємства нагадує сценарій, що приводить до ситуації , «розтягнутий в часі» за рахунок разових мір. Підсумок аналогічний ефективність роботи заводу знижується. |
|
На підприємстві поряд з працюючою системою автоматизації вводяться різні заходи по діагностиці технологічного процесу, |
Продовж. табл. 2
проведення аналізу діагностичної інформації, що дозволить підтримувати оптимальний регламент та ін. Проведення прогнозу можливого розвитку ситуацій викличе збільшення виходу цукру, зменшення фінансових витрат, збільшення ефективності роботи заводу. |
- описуються аналогічно.
Таблиця 3
Можливі рішення по виробничому процесу
Позначення рішення |
Опис рішення |
Екстенсивний розвиток підприємства і збереження тенденцій, які склалися все йде «як є». |
|
Відрізняється від нерегулярними фінансовими «вливаннями»; проведенням попереджувальних робіт з метою не допуску простоїв, не допущення поломок. |
|
Проведення грамотної політики по керуванню ТК цукрового заводу з використанням методів і алгоритмів діагностики і прогнозування; по керуванню персоналом проведення заходів по залученню достатньої кількості робітників потрібної кваліфікації; по керуванню фінансами зменшення фінансових витрат, зменшення собівартості цукру. |
|
Підвищення якості організації виробництва, удосконалення організації приймання, зберігання та переробки буряків. Аналіз проходження виробничого процесу на різних стадіях ТК, детальне дотримання інструкцій і технологічного регламенту, уважний аналіз викидів контролюємих технологічних змінних з подальшим прогнозом можливих поломок і відмов. |
|
Впровадження нових та удосконалення існуючих ТП, нових систем автоматизації, нового більш продуктивного обладнання. |
|
Раціональне використання ресурсів підприємства та зменшення кількості відмов і поломок групи відмов енергогосподарства. |
деталізуються при необхідності до потрібного виду.
Оптимальний набір рішень . Запропонована методика прийняття рішень дозволяє на основі розрахунку індексу досяжності цілей, який характеризує ефективність функціонування ТК цукрового заводу, визначити виробничу ситуацію.
При керуванні технологічним процесом для своєчасного введення коригуючих дій доцільно застосовувати статистичний контроль на основі карт Шухарта і Хотеллінга. Коригуючою є така дія, яка допомагає повернути систему в шатний режим роботи. Для систем автоматизації, які використовуються на цукрових заводах коригуючі дії можуть класифікуватися, як глобальні і локальні.
До глобальних належать: зміна продуктивності заводу по буряку, зміна відкачки соку на виробництво, зміна витрати вапна на очистку соку, зміна витрати води на промивку фільтропресного осаду. До локальних належать: зміна настройок регулятора, зміна завдання регулятора, зміна закону регулювання.
В четвертому розділі «Розробка системи управління. Використання результатів досліджень» створено структурну схему, що відображає управління підсистемами ТК цукрового заводу (рис. 3).
Рис. 3. Схема управління підсистемами ТК цукрового заводу
На рис. 3 наведена схема управління окремими підсистемами ТК, на якій, крім підсистем діагностики, реалізується також задача координації функціонування цих підсистем.
Статистичний контроль при керуванні технологічним процесом застосовується для своєчасного введення коригуючих дій. Найчастіше в багатопараметричному процесі існує декілька якісних показників, які необхідно контролювати і регулювати. Знаходження їх в заданих межах свідчить про правильний перебіг технологічного процесу, роботу ТК в штатному режимі, а також про знаходження процесу під контролем, тобто що протягом всього проходження процесу керована змінна буде відповідати одному закону розподілу. Для кожного якісного показника окремо доцільно використовувати контрольні карти Шухарта (Стандарт ДСТУ ISO 8258-2001 Контрольні карти Шухарта (ISO 8258:1991, IDT)) один з графічних засобів застосування статистичних методів, за допомогою яких можна встановити: статистично керований процес чи ні, а також причини можливої варіабельності, необхідність введення коригуючих впливів, невипадкові відхилення і, відповідно, дію на технологічний процес особливих причин.
Аналізуючи контрольні карти для вмісту сухих речовин в сиропі після ВУ (рис. 4) на R-карті зявляється викид за контрольні межі раніше ніж на Х- карті при нормальному розподілі значень на Х-карті, що є сигналом появи відхилення, а також необхідності введення коригуючих сигналів. На іншій карті (рис. 5) для вмісту сухих речовин в сиропі після ВУ викид за верхню контрольну межу зявляється в Х-карті при нормальному розподілі значень на R-карті, що свідчить про необхідність введення коригуючих дій.
Рис. 4. Контрольні карти Шухарта для вмісту сухих речовин в сиропі після ВУ
Рис. 5. Контрольні карти Шухарта для вмісту сухих речовин в сиропі після ВУ.
Для аналізу взаємозвязаних змінних використано карти Хотеллінга на прикладі температур ретурної пари і соку в І корпусі ВУ. Аналізуючи карти Хотеллінга (рис. 6) робимо висновок про викиди для вибірок № 6, 23, 132, 139. Оскільки дана контрольна карта обєднує багатомірні характеристики якості на одній карті, то складно визнати, яка зі складових процесу розладналась. Крім того, якщо відхилення від норми присутнє лише у однієї з двох змінних, в той час як інша змінюється в допустимих межах відносно планових специфікацій, то загальне значення Т2 може і не вийти за контрольну межу карти.
Рис. 6. Карти Хотеллінга для температур ретурної пари і соку в І корпусі ВУ
При оцінці контрольних карт Шухарта і Хотеллінга слід памятати про існуючі ризики першого і другого роду. Ризик першого роду - -ризик - «ризик помилкової тривоги» дорівнює ймовірності визнати процес розлагодженим, коли його не існує, а ризик другого роду - -ризик «ризик пропуску сигналу» дорівнює ймовірності прийняття рішення про правильно працюючий процес, в той час, як центр налагодження змістився.
Розроблено програмне забезпечення для прогнозування техніко-економічних показників, зазначених в третьому розділі.
основні висновки та результати
У дисертаційній роботі запропоновано нове рішення науково-технічної задачі підвищення ефективності функціонування технологічних комплексів цукрового заводу і зменшення витрат енергоносіїв за рахунок використання методів і алгоритмів діагностики і прогнозування для підсистем ТК (дифузійного, сокоочистного та випарного відділень). Застосування цих методів дає можливість вчасно виявити і/або попередити появу несправностей різних типів, чим суттєво підвищити точність підтримання технологічних режимів, що сприяє покращенню якості продукції та зменшенню витрат енергоносіїв та витрат основного продукту на проміжних стадіях.
Основний зміст дисертації викладено в опублікованих роботах:
АНОТАЦІЯ
Власенко Л.О. Автоматизоване управління підсистемами технологічного комплексу цукрового заводу з використанням методів діагностики і прогнозування. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 Автоматизація процесів керування. Національний університет харчових технологій, Київ, 2010.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності роботи цукрового заводу за рахунок використання алгоритмів діагностики і прогнозування, які поряд з існуючою системою автоматизації дозволять вчасно виявляти відхилення, які виникають під час функціонування технологічного комплексу, попередити перехід зі штатного режиму роботи в нештатний, а також на основі результату проведеної діагностики спрогнозувати за допомогою розробленого програмного забезпечення значення техніко-економічних показників роботи заводу. Зміна техніко-економічних показників є основою для введення коригуючих впливів, таких як зміна продуктивності заводу, зміна відкачки соку на виробництво, зміна витрати вапна на очистку соку, зміна витрати води на промивку фільтр-пресного осаду. Для вирішення цієї задачі був використаний сценарно-цільовий підхід в результаті якого були побудовані базові і табличні прографи, що ілюструють роботу ТК і дозволяють проаналізувати ситуації які виникають на основі координат стану обєкта, які отримані з адаптованих математичних моделей. Для проведення діагностування проходження технологічного процесу запропоновано використовувати контрольні карти Шухарта і Хотеллінга, які дозволяють на ранніх стадіях виявити відхилення від проходження технологічного процесу і введення коригуючи дій: зміна настройок регулятора, зміна завдання регулятора або зміна закону регулювання, з метою його ліквідації. Запропонована структура системи управління з алгоритмами діагностики і прогнозування.
Ключові слова: автоматизація, технологічний комплекс цукрового заводу, діагностика, прогнозування, сценарно-цільовий підхід, програф, сценарій, управління.
АННОТАЦИЯ
Власенко Л.А. Автоматизированное управление подсистемами технологического комплекса сахарного завода с использованием методов диагностики и прогнозирования. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 Автоматизация процессов управления. Национальный Университет Пищевых Технологий, Киев, 2010.
Диссертация посвящена повышению эффективности работы сахарного завода путём применения алгоритмов диагностики и прогнозирования, которые наряду с существующей системой автоматизации позволят своевременно обнаруживать отклонения, которые возникают во время функционирования технологического комплекса (ТК), предупредить переход из штатного режима в нештатный, а так же на основании результатов проведённой диагностики спрогнозировать при помощи разработанного программного обеспечения значения технико-экономических показателей работы завода. Проведён обзор существующих методов системного анализа, математического моделирования, диагностики и прогнозирования сахарного производства как ТК и выделено его подсистемы диффузионное, сокоочистительное и выпарное отделения. Осуществлена постановка задачи оперативного оценивания эффективности функционирования подсистем ТК, которые сводятся к диагностированию протекания технологических и технико-экономических процессов и прогнозированию оперативных показателей работы завода для определения производственной ситуации и выбора оптимального набора решений. Для анализа значений контролируемых переменных и исследования поведения системы в различных режимах её работы: штатном, нештатном, аварийном адаптирована динамическая математическая модель выпарной станции. Результатом моделирования являются координаты состояния вышеуказанных подсистем, и изменение их значений является основанием для введения корректирующих локальных (изменение задания регулятора, настроек регулятора, закона регулирования) либо глобальных (изменение продуктивности завода, откачки сока на производство, расхода извести на очистку сока, расхода воды на промывку фильтр-прессного осадка) воздействий. Получил дальнейшее развитие метод определения возможных источников нарушений, позволяющий определить их при помощи появления невязок на основании составления систем контрольных уравнений для одно- и многоконтурных систем автоматизации. Впервые для подсистем ТК сахарного завода применён сценарно-целевой подход в результате использования которого показана существующая взаимосвязь между целями, операциями, ресурсами, объектами, событиями и системами автоматизации на основании разработанных графов целей и целевых сценариев, выраженных графами операций; базового прографа и табличного прографа. Получил дальнейшее развитие ситуационный анализ, с помощью которого разработаны сценарии развития работы ТК сахарного завода, а также сценарии развития производственных ситуаций, в результате проведения которых исключаются нежелательные ситуации, приводящие к ухудшению технологических и технико-экономических показателей и увеличению издержек, выбирается оптимальный набор решений. Дальнейшее развитие получил статистический анализ, позволяющий на основе использования контрольных карт проводить диагностику технологических процессов. Для анализа независимых переменных и взаимокорелляционных переменных использованы соответственно контрольные карты Шухарта и Хотеллинга, позволяющие на ранних стадиях определить отклонения в работе ТК. Разработана техническая структура интеллектуальной подсистемы поддержки принятия решений в состав которой включён интеллектуальный блок диагностики и прогнозирования. Разработано алгоритмическое, информационное и программное обеспечение процедуры прогнозирования оперативных показателей работы сахарного завода.
Ключевые слова: автоматизация, технологический комплекс сахарного завода, диагностика, прогнозирование, сценарно-целевой подход, програф, сценарий, управление.
ANNOTATION
Lydia Vlasenko Automated control of sugar plant technological complex subsystems using methods of diagnosis and prognosis. Manuscript.
Thesis for the Ph.D. degree in the specialty 05.13.07 Automation of control processes. National University of Food Technologies, Kyiv, 2010.
The thesis is devoted to improving the efficiency of the sugar plant by using algorithms of diagnosis and prognosis. These algorithms in complex with the existing automation system help to identify deviations that occur during operation of the technological complex, to prevent the transition from staff work in freelance work, to predict technical and economic performance of the plant using developed software. Changing of technical and economic indexes is the basis for corrective actions, such as changing plant productivity, changing pumping juice production, changing amount of lime for cleaning juice, changing amount of water for washing filter-press sediment. For solving this problem the scenario-based approach was used. As the result, basis and table prografs were built. They illustrate the work of TK and help to analyze situations that arise on the basis of the coordinates of an object, obtained with adaptive mathematical models. For the diagnosis of technological process is proposed to use control maps of Shukhart and Hotellinha which help to detect deviations from the operating of technological process and to make a corrective action: changing the settings of the regulator, changing regulatory tasks or change the settings of the regulator for it elimination. The structure of control systems with algorithms of diagnosis and prognosis are proposed.
Keywords: automation, technological complex of sugar plant, diagnosis, prognosis, scenario-based approach, prohraf, scenario, control.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
52230. | Антарктида – льодовий материк планети | 93 KB | |
Цілі: Виявити особливості унікальності і своєрідності географічного положення природи Антарктиди та Південного океану. Тип уроку: засвоєння нових знань Форма уроку: урок конференція Обладнання: фізична карта півкуль і Антарктиди атлас контурна карта мультимедійна презентація I. Майже в центрі материка розміщений Південний полюс тому всі береги Антарктиди дивляться на північ. Як бачимо географічне положення Антарктиди дуже відрізняється від географічного положення інших континентів. | |||
52231. | Античний світ: подорож у минуле | 36 KB | |
Перше завдання Візитки команд Домашнє завдання . Другим завданням нашої історичної подорожі є похід до керамічної майстерні. Завдання дітям: виконати малюнок на кольоровому папері чорним фломастером: Розпис амфор . Завдання: розіграти сценку давньогрецької комедії та трагедії з використанням масок. | |||
52233. | Методична розробка уроку з англійської мови «В аптеці» для учнів 10 - 11 класів | 3.2 MB | |
Актуальність теми полягає у постійно зростаючій потребі людей у кваліфікованому та грамотному обслуговуванні представниками такої важливої професії, як фармацевт. Значення роботи аптекаря усвідомлюється саме в час різкого підвищення рівня захворюваності населення, а саме в зимовий період. | |||
52238. | АРХІТЕКТОНІКА ПЕДАГОГІЧНОГО УСПІХУ | 113 KB | |
Ось деякі з них: Що є причиною низького рівня пізнавальної активності учнів Чи існує реальне технологічне забезпечення досягнення педагогічного успіху Чи спроможний сучасний пересічний вчитель впроваджувати новітні технології у педагогічну практику В ході пошуків відповідей авторами статті було пройдено шлях від теоретичних розмірковувань над інноваційними засадами навчальновиховного процесу та досліджень відповідних інформаційних джерел до власних спроб переходу на нові принципи викладання у загальноосвітній школі. Причини низького... | |||