CC BY
59
МОДЕЛІ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СКЛАДСЬКИХ ПРИМІЩЕНЬ
Т.В. Плугіна, доцент, к.т.н., М.В. Куга, магістр, ХНАДУ
Анотація. Розглянуто завдання проектування складського приміщення з урахуванням параметрів мікроклімату. Розроблено математичні моделі автоматизованого проектування технічного забезпечення контролю мікроклімату та вибір режимів роботи системи керування. Запропоновано послідовність розрахунку надійної роботи системи і формування керуючих дій.
Ключові слова: проектування, складське приміщення, параметри
мікроклімату, математичні моделі, керуючі дії.
Вступ
Проектовані склади відрізняються своєю функціонально-планувальною організацією, технологіями й засобами їхньої реалізації. Велика кількість різнорідних критеріїв, що визначають ефективність, носить
суперечливий характер поряд зі складністю й
багатомірністю обмежень, а також
необхідністю
мінімізації затрачуваних ресурсів.
Впровадження ефективних моделей і
програмних комплексів проектування складів представляє як теоретичний, так і практичний інтерес.
Аналіз публікацій
Залежно від функціонального призначення складу, видів вантажів, строків зберігання та умов роботи ускладнюється процес контролю за усіма параметрами [1].
У сучасній техніці для вирішення задач автоматичного контролю складу усе ширше застосовують напівпровідники, лазери, радіоактивні матеріали, ЕОМ, різноманітні мікроконтролери. За високої продуктивності навіть найменші помилки керування складом призводять до великих абсолютних матеріальних втрат [2].
У розв’язанні завдань підвищення ефективності складського процесу значна
роль належить комплексній автоматизації технологічних процесів [3].
Система керування на керуючих електронних обчислювальних машинах з комутаційними трасами та устаткуванням призводить до функціонального ускладнення алгоритмів керування, спричиняє появу додаткових труднощів, пов’язаних зі складністю побудови програмного та апаратного забезпечення автоматизованих комплексів [4]. Крім того, зростає вартість таких систем і знижується ефективність використання їх.
Ефективність складського технологічного процесу забезпечується його раціональною побудовою, наявністю необхідних технічних засобів контролю параметрів як складського приміщення, так і товарів, тобто чітким і послідовним виконанням операцій керування.
Мета та постановка задачі
Метою роботи є підвищення ефективності процесу проектування складських приміщень за рахунок створення нових і розвитку відомих моделей і комплексів програмних засобів автоматизації проектних робіт.
Об’єктом дослідження є складський технологічний процес. Предметом дослідження є автоматизоване проектування складу з системою керування параметрами
мікроклімату.
Функціональне призначення проектованого складу - це зберігання вантажів та контроль за параметрами мікроклімату приміщення, де знаходяться вантажі, що є чутливими до оточуючого середовища (продукти харчування, рослини, високочутлива техніка та ін.). Параметри мікроклімату таких вантажів та
засоби зберігання впливають на якість функціонування. Певні вимоги висуваються до температурного режиму, вологості, концентрації та швидкості руху повітря, якість керування якими великою мірою залежить від автоматичного обладнання системи керування. Урахування всього різноманіття зв’язків між різними параметрами мікроклімату та їх оптимізація потребує високого рівня автоматизації технологічних процесів.
Загальна задача функціонального проектування складу полягає в наступному.
- ОЗП - оперативний запам’ятовуючий пристрій;
- ПІ - пристрій індикації;
- ПВ - пристрій виводу даних;
- БКС - блок контролю та сигналізації.
ПВВ призначений для зчитування та перетворення інформації з датчиків та вводу останньої у цифровій формі до мікро-контролера. ПВ призначений для виводу інформації про стан регулюючих органів та виконавчих механізмів на БКС системи, а також для формування керуючих сигналів виконавчих механізмів (ВМ).
Відомо:
- множина вантажів, їх параметри та характеристики;
- множина параметрів і характеристик складу;
- множина технічних засобів, за допомогою яких можуть вирішуватися функціональні завдання складу.
Потрібно визначити набір технічних засобів проектованого складу, щоб забезпечити контроль параметрів мікроклімату складського приміщення та високу якість зберігання вантажів.
Модель проектування
Забезпечення потрібних параметрів технологічних процесів повинно
здійснюватися системою автоматичного регулювання та контролю. Основою системи є мікропроцесорний пристрій, який повинен забезпечувати як автоматичне, так і ручне дистанційне керування за виконавчими механізмами системи та контролювати параметри мікроклімату, стан робочих органів (рис. 1). Умовні позначення:
- ПВВ - пристрій вводу даних;
- ПЗП - постійний запам’ятовуючий пристрій;
- ЦП - центральний процесор;
Рис. 1. Мікропроцесорний пристрій керування мікрокліматом
До складу МК входять: ПЗП, призначений для зберігання програмного забезпечення системи; ОЗП, пристрій призначений для зберігання поточних значень процесу обробки інформації.
Центральний процесор (ЦП) виконує функції обробки інформації та формування керуючого впливу згідно з алгоритмом функціонування; ПІ - пристрій індикації -призначений для відображення у цифровому вигляді стану датчиків (параметрів мікроклімату) та програми. Ввід вихідних даних, констант, оперативне ручне керування системою та програмою відбувається за допомогою клавіатури оператора.
Одним з важливих критеріїв проектованої системи є надійність її роботи. Надійність конструкцій характеризується ступенем їх безвідмовності. Відмова є випадковою функцією часу. Як наслідок, імовірність безвідмовної роботи системи відповідає ймовірності надійної роботи системи.
Залежність інтенсивності відмов елементів від часу наведено на рис. 2.
Орієнтовна оцінка порядку рівнів надійності може бути виконана за відомими значеннями інтенсивності відмов елементів, які входять до складу виробу. Рекомендована наступна послідовність розрахунку:
- всі елементи виробу розбивають на групи приблизно з однаковими значеннями інтенсивності відмов;
- знаходять добуток кількості елементів на інтенсивність відмов;
- розраховують інтенсивність відмов виробу як суму добутків
Рис. 2. Залежність інтенсивності відмов елементів від часу
- визначають середній час до першої відмови
Тсер = ^-; (2)
- використовуючи рівняння для заданого часу t, знаходять значення P(t)
t
P(t) = e Tcep. (3)
Розрахунок надійності елементів та систем починаємо з визначення інтенсивності відмови. Для спрощення розрахунків пристрій розбито на блоки.
Показник інтенсивності відмов
розраховується для кожного блока та вузла. Потім визначається загальний показник відмов для всієї системи шляхом додавання інтенсивності відмов вузлів та блоків, які її складають. При визначенні інтенсивності відмов приймаємо, що відмова одного елемента блока чи вузла призводить до виходу з ладу усього пристрою.
При визначенні реального показника інтенсивності відмов враховуємо коефіцієнт
навколишнього середовища та коефіцієнт умов експлуатації.
Систему умовно розбиваємо на п’ять блоків:
- блок центрального процесора;
- блок вводу-виводу;
- блок вимірювання;
- блок індикації;
- блок живлення.
Математична модель проектованої системи має наступний вигляд:
Часткові критерії:
- мінімальна інтенсивність відмов елементів у блоці
1 i (t) = min е 1 а ЧNt Чкш, (4)
і= 1
де n - кількість видів різнотипних елементів у блоці.
- мінімальна розбіжність робочих параметрів технічного обладнання від необхідних залежно від функціонального призначення
F = nun{ \FTp - F„|c n}; (5)
n= 1,n 1 1 V '
де FTp - потрібні робочі параметри технічного обладнання; Fn - дійсні робочі параметри.
Обмеження:
- необхідне значення інтенсивності відмов елементів повинне не перевищувати заданого
е” 1 бі ЧNi ЧКпі = 1 З(t); (6)
і= 1
- робочі параметри обладнання повинні перебувати в заданих межах:
FH J F” Чс ” J FB, (7)
де FН, FВ - відповідні межі робочих параметрів.
Для вирішення завдань, пов’язаних з віддаленим моніторингом параметрів мікроклімату, слід використовувати автономні мережеві системи. Система - це програмно-апаратний комплекс, що складається з контролера збору та зберігання інформації, вимірювальних перетворювачів концентрації СО, вологості повітря та температури. Структурну схему системи, що пропонується, представлено на
рис. 3. Умовні позначення: С - датчик; К -контролер; ПК - робоче місце оператора.
Система проводить моніторинг відразу кількох окремих параметрів, передає їх показники до операторського місця та контролює їх необхідне значення за допомогою виконавчих органів.
Рис. 3. Структурна схема системи
Інтерфейс користувача (оператора) дозволяє отримувати дані по роботі системи та в режимі реального часу корегувати значення параметрів мікроклімату. Пакет програмного забезпечення призначено для зчитування нагромаджених даних та конфігурування контролера, відображення поточних значень вологості, температури та виводу їх на план мережі.
Оператор отримує значення параметрів, що контролюються, у графічному та текстовому вигляді. Діалогові вікна програмного модуля представлені на рис. 4 - 5.
Висновки
Наведені математичні моделі (1) - (11) належать до задач багатокритеріального дискретного програмування з булевими змінними. Для їхньої реалізації пропонується використовувати: для задач малої
розмірності - метод гілок та меж; для задач великої розмірності - метод випадкового пошуку. Розроблені математичні моделі та запропонований програмний модуль комп’ютерної системи, на відміну від існуючих допомагають вибрати ефективну систему керування залежно від функціонального призначення проектованого складського приміщення за заданими критеріями й обмеженням.
Рис. 4. Робоче вікно програми SensNet Client. Графічний звіт
I UJ.W.WIHIHI
ÙJ1I Qrwpftui
al у I fcifll аі^мід *ltl
І Грнмш*Епг |
fTll
КДНЗ
ОЛЬ HM.Ï ICO r,r HC PH \ XDl T. *Ç jfiJI Ш.І nu Г T. DU RU па i.Ç HE ЯН.Ї ЖН T T. XH
ІІМЬфі ! і і
Ч *!>••.< и « ■„I 14.Ç Ч.0 ?7.» ил W.*
n.ÜÉftr.'rïïl a* 14 b is-j E!J m м:ї Ü4
n»œ.!Ei5i 21Ï HJb 1Э:? 21» 1U J2À 1Ы ги
Н«№1№ l«ï ni- HJ5 K7 21І ».1 iii
ІШШ.'ПЧ 141 721 14 G. ZT G па 22.7 li.i Z7.4 ЛП 224
Пі a* 14# ÏZA 22 J 11.1 125 M.Î Ü5
М'КК.'НЩ 141 ЛІ 14b ш.а її? m Л-4 aj ЇЇ4
п№№/№ H? 2É 14J& m a? li.i Ж2 Î2A
пйкс&.'ича 4* ИГ liJS .TT.fi ІЯ.Я in 3Î.4 ЛЙ V*
и wit : ri* 14 ï ЛІ 14 Ъ ÜJS •il y ai li.i ІІ-.4 X) Ü4
тк.тлпцр 41 Ш \*.h if.i m П2 1 S.* ïii
Література
1. Максимовский А.С. Моделирование тех-
нологических процессов на складе. -Inter Bar Code Ltd, 2004.
2. Гриневич Г.П. Комплексно-механизиро-
ванные и автоматизированные склады на транспорте. - М.: Транспорт, 1987.296 с.
3. Адамова Н.А., Йохна В.А., Малова Т.Л.,
Пенкін Т.Е. Організація й планування виробництва. - К.: Вища школа, 1994.
4. Петров Е.Г., Новожилова М.В., Гребен-
нік Ш.В. Методи і засоби прийняття рішень у соціально-економічних системах: Навч. посібник. - Харків: ХДТУБА, 2002. - 284 с.
Рис. 5. Робоче вікно програми SensNet Client. Текстовий звіт
Рецензент: О.В. Полярус, ХНАДУ.
профессор, д.т.н.,
Для реалізації системи можна використовувати пакет SensNet Server.
Стаття поступила до редакції 20 березня 2008 р.
