CC BY
34
зрения технологии пластические деформации, которые могут привести к появлению остаточных напряжений и различного рода брака в заготовке. В частности, происходит превышение напряжения допустимого значения предела упругости на 15 МПа при значении деформации е ~ 0,001. Таким образом, можно получить численно-эмпирическое значение предельного уровня упругих деформаций, при превышении которого напряжения превышают предел упругости.
Полученная модель может использоваться в дальнейшем для формулировки и решения задачи оптимального управления процессом индук-
ционного нагрева алюминиевых заготовок, вращающихся в магнитном поле постоянного тока, с учетом технологических ограничений не только на максимально допустимую температуру, но и на такие важные параметры, как прочностные свойства материала.
С ее помощью можно оценивать трудноизмеримые с практической точки зрения величины, такие, как возникающие упругие деформации и напряжения в заготовке. Для уточнения модели в дальнейшем планируется решить задачу упруго-пластических деформаций и напряжений.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
список литературы
1. Коржиков, С.Е. Моделирование полей температур и термонапряжений в процессе нагрева алюминиевых заготовок, вращающихся в магнитном поле постоянного тока [Текст] / С.Е. Коршиков, Н.В. Заикина, Г.С. Рыбалко // Тр. конф. молодых ученых: Вып. 4. Математ. моделирование и ПО. -СПб.: СПбГУИТМО, 2009. -С. 127-132.
2. Труды междунар. симп. Heating by electromagnetic sources HES-07. -Padua, Italy, 19-22 Июня, 2007.
3. Заикина, Н.В. Моделирование и управление температурными полями в процессе индукционного нагрева заготовок, вращающихся в магнитном поле постоянного тока [Текст] / Н.В. Заикина, Ю.Э. Плешивцева // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. -2009. -№ 3 (25). -С. 215-223.
4. Коршиков, С.Е. Моделирование и параметри-
ческое исследование энергосберегающей технологии индукционного нагрева алюминиевых заготовок, вращающихся в магнитном поле постоянного тока [Текст] / С.Е. Коршиков // Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий. Матер. II Всерос. науч.-практич. (заочной) конф. -М.: Изд.-полиграф. комплекс НИИРРР, 2010 -С.70-73.
5. Тимошенко, С.П. Теория упругости [Текст] / С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер; Пер. с англ.; Под ред. Г.С. Шапиро. -2-е изд. -М.: Наука. Гл. ред. физматлит, 1979. -560 с.
6. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http:// www.ansys.com
7. Magnusson, N. Prospects for rotating billet superconducting induction heating [Text] / N. Magnusson // Proc. of the International Symp. on Heating by Electromagnetic Sources. - Padua, 2007. -P. 479-486.
УДК 004.021
Л.М. Яковис, С.А. Герок
системным подход к проектированию автоматизированных технологических комплексов
(на примере управляемых процессов приготовления многокомпонентных смесей)
Технологические комплексы (ТК) непрерывных производств представляют собой системы, перерабатывающие потоки ряда исходных материалов в материальные потоки готовой продукции. Составляющими этих систем являются различные технологические операции,
разделенные «развязывающими» их буферными емкостями. Управляющими воздействиями служат интенсивности входных и промежуточных материальных потоков, а также режимные параметры отдельных технологических операций [1, 2].
Автоматизированный технологический комплекс (АТК) представляет собой совокупность технологической и управляющей систем. Традиционная схема проектирования АТК предусматривает последовательную разработку этих двух составляющих. При этом нередко технологи не учитывают возможности систем автоматизации, с одной стороны, и требования, выполнение которых обеспечит эффективность автоматизации, с другой стороны. В свою очередь, «автоматчики» вынуждены создавать систему автоматизации как некий «довесок» к технологическому процессу, который, в принципе, может функционировать и без такой системы. В целом подобная последовательная схема разработки АТК приводит к неоптимальным решениям как в части технологических структур и оборудования, так и в части автоматизированного контроля и управления. Новая альтернативная схема создания АТК предусматривает комплексную разработку технологической и информационно-управленческой структур.
Необходимость системного проектирования АТК все более осознается разработчиками как технологии, так и автоматизации [3], однако создание методологии такого подхода находится в начальной стадии. Одна из первых работ в области совместной оптимизации динамических операторов объекта и регулятора - статья [4]. Она, однако, в силу сложности предлагаемых расчетных процедур имеет, главным образом, теоретическое значение. В [5, 6] рассматриваются задачи выбора объемов буферных емкостей с учетом возможностей оперативного управления работой и ремонтным обслуживанием оборудования. В [7] изучаются задачи статической многокритериальной оптимизации, возникающие при проектировании химико-технологических процессов с учетом возможностей выбора режимных параметров в ходе эксплуатации технологического объекта.
Вместе с тем остается «неохваченным» широкий класс технологических процессов, для которых на стадии проектирования технологии важно учитывать эффекты управления, обеспечивающего как бесперебойную работу в оптимальном режиме, так и соблюдение жестких требований к качеству продукции. В предлагаемой работе предпринята попытка дать общую постановку и наметить схему решения задач системного проектирования АТК с учетом требований к количе-
ству и качеству продукции.
Постановка задачи. Общий смысл задачи состоит в том, чтобы из множества возможных вариантов АТК выбрать такой, который гарантирует заданные количественные и качественные показатели выпускаемой продукции, обеспечивая максимальный экономический эффект. Дадим формализованную постановку задачи совместного проектирования ТК и АСУ, для чего введем следующие обозначения:
w е^ - вектор варьируемых параметров комплекса технических средств (КТС), определяющий топологию технологической схемы, тип и характеристики оборудования, тип и вместимость буферных емкостей, тип и точность дозаторов и приборов контроля характеристик материалов и т. д.;
V е V^) - вектор параметров алгоритма управления, определяющий способ оптимизации режима ТП, тип и характеристики законов регулирования материальных потоков, дискретность управления и т. д.;
Q( w, V) - вектор, определяющий производительность АТК по различным сортам продукции за плановый период, например, за год;
а^, V) — вектор, определяющий текущие значения показателей качества продукции;
С — вектор, определяющий прибыльность единицы продукции разных сортов;
5(У, V) — проектная стоимость АТК;
Е - коэффициент экономической эффективности капитальных затрат.
Тогда наиболее эффективным можно считать вариант АТК, задаваемый парой w , V , которая дает решение задачи максимизации того или иного экономического показателя, например:
J К V) = Ст Q(w, V) - ES V). (1)
Будем полагать, что показатели качества продукции а^, V) должны находиться в диапазоне от аШ1П до ашах , в то время как расчетная производительность АТК Q( w, V) должна быть в пределах от 0>тт до 0шах. Тогда приходим к задаче
тах
J V)
Qтп < Q К V) < Qт атт < а(w, V) < ат w еW, V е V
(2)
Необходимо отметить, что сформулированная задача носит сугубо детерминированный характер, в то время как реальное назначение системы
управления состоит в подавлении непредсказуемых возмущающих воздействий. В этой связи введем в рассмотрение вектор параметров возмущений г е X (м>), определяющий вероятностные характеристики неуправляемых воздействий на количественные и качественные показатели продукции. Возмущения вызваны вариациями свойств вовлекаемых в производство материалов, погрешностями реализации управляющих воз-
действий, неточностью используемых при расчетах моделей и т. д.
Поскольку возмущения носят случайный характер, то имеет смысл максимизация лишь среднего значения целевой функции при условии достаточно высокой вероятности соблюдения допусков по количеству и качеству продукции. При этом задача (2) может быть переформулирована в виде [8]:
тах
J (V, V)
0тт + РвV V) < Q(V, V) < Qmax - РвV V), а™ + РЛ (V,V) < а(^, V) < атах - рЛ (V,V),
V еW, V е V(V),
(3)
где верхняя черта обозначает математическое ожидание соответствующей величины; Ств и ста - среднеквадратические отклонения соответствующих переменных от расчетных значений в и а , вызванные действием случайных возмущений (их свойства определяются вектором г); Рв и ра - константы, зависящие от типа распределения возмущений и допустимого риска нарушения ограничений (на практике применяются значения 2 или 3, соответствующие правилам «двух или трех сигм»).
Схема решения. Рассмотрим далее некоторые варианты упрощения сформулированной задачи. Учтем, что обычно управляющие воздействия удается разделить на две группы, одна из которых, задаваемая вектором vq, «отвечает», главным образом, за производитель-
ность (управление направлением движения материальных потоков и интенсивностью потоков, направляемых в технологические агрегаты), а другая, задаваемая vа, - за качество (управление пропорциями различных материалов и такими режимными параметрами ТП, как температура, давление и т. д.). С учетом сделанных допущений может быть предложена следующая схема приближенной декомпозиции задачи (3).
На первом этапе для каждого допустимого варианта КТС w е^ рассчитываются параметры приближенно оптимального алгоритма управления производительностью V (V) е V (V), причем параметры управления, «отвечающего» за качество, фиксируются на некотором среднем уровне
^ М еК М:
^а(м>) = а^тах
-1 (w, ^а , ^ (УО
Qm1n + Рв СТв (V, '^а , (V) < Q(w, Vq , (V)) <
^таХ -Рв СТв (V, Vq , (V)),
V еW, V еV (V).
(4)
Аналогичная задача решается для системы этом для каждого w е Ж определяются параметры управления показателями качества продукции. При субоптимального алгоритма управления качеством:
vа(w) = а^тах
J (w, V (^Х va )
аП11П + РаСТа (w, ^а (W), Vа ) < а(w, Vq (w),^ ) < < атах -РаСТа (V, Vq (V), Vа ),
w е W, V а е К (w).
(5)
На втором этапе с учетом решенных за- нальных в экономическом плане параметров дач (4) и (5) делается выбор наиболее рацио- КТС:
w = а^тах
3 (w)
вт1П + РqСTq (W) < вМ < 0таХ - РqСTq (w),
ат1П + РаСТа И < а(w) < атЗХ - РаСТа И, w е Ж,
(6)
где для сокращения записи обозначено
7(ц) = 7^ (м>\^(w)),
= Q(w,^ (w),<(w)), а(w)=а(w, ^(w), ^(w)),
СТа (w) = СТа К \ (w), ^ (w)) , (w) = (W, ^ (w), < (w)) .
Таким образом, итоговое решение задачи (3) задается тройкой векторов w*, V* (ц*), va (w*).
Обычно типоразмеры КТС выбираются из ограниченного ряда, так что компоненты вектора w имеют ограниченное множество дискретных значений. При этом выбор оптимума w* путем решения задачи (6) производится с использованием того или иного метода направленного перебора вариантов [9].
Что касается задач (4) и (5) оптимизации управления при фиксированном варианте КТС, то здесь может использоваться хорошо зарекомендовавшая себя на практике эвристическая схема двухуровневой системы, где на верхнем уровне оптимизируется режим ТП, а на нижнем производится его стабилизация в окрестности «спущенного сверху» режимного задания в условиях действия случайных возмущений [8].
Суть такой схемы управления заключается в следующем. Как уже говорилось, типичная черта многих непрерывных процессов - наличие существенных возмущений, обусловленных целым рядом факторов. Вследствие возмущений возникают отклонения количественных и качественных показателей продукции Q и а от расчетных значений, что может приводить к нарушениям ограничений типа неравенств в (2). Чтобы предотвратить такие нарушения, приходится при решении задачи (2) отступать от первоначальных границ неравенств, что достигается согласно (3) соответствующим их ужесточением, тем большим, чем больше нестабильность показателей.
При использовании линейных или линеаризованных моделей производственных операций и экономических критериев типа (1) решение задачи (2) лежит на границах допустимых областей, а сужение этих границ ведет к уменьшению значения 7(ц , V ), что равносильно экономическим потерям. Отсюда ясна целесообразность снижения фигурирующих в (3) среднеквадратических отклонений.
Применительно к задаче (4) речь идет об оптимизации производительности агрегатов Q и минимизации отклонений от оптимальной производительности путем оперативного управления интенсивностью или (и) перераспределением материальных потоков. Оперативное управление материальными потоками позволяет уменьшить запасы в буферных емкостях, требуемые для обеспечения бесперебойной работы АТК, и благодаря учету этого эффекта на стадии проектирования можно уменьшить объемы закладываемых в проект буферных емкостей [5, 6]. Применительно к задаче (5) речь идет о выборе режимных параметров, «отвечающих» за оптимизацию показателей качества продукции а и о разработке системы регулирования «реального времени», минимизирующей отклонения ста от заданий верхнего уровня путем компенсации случайных возмущений.
Эффективность систем стабилизации зависит от динамических характеристик объекта и управляющей им системы и может быть различной для разных вариантов АТК, определяемых парой ц, V. Таким образом, учет динамики управляемых технологических операций и прогнозирование эффективности систем стабилизации режима этих операций на ранних стадиях проектирования АТК необходимы в тех многочисленных областях производства, где существенную роль играют разного рода возмущающие факторы, и где различные варианты ТК существенно влияют на динамику систем управления. Формализованная постановка и способы решения задачи двухуровневого управления ТП рассмотрены в [8, 10].
Системное проектирование АТК при существенной нестабильности характеристик исходных материалов. При значительных по амплитуде возмущениях или (и) весьма жестких технологических допусках на показатели качества производимой продукции центральной задачей системного проектирования АТК становится выбор наиболее экономичного варианта, снижающего влияние возмущений на качество продукции до допустимых пределов. В силу характерных для объектов управления непрерывными ТП инерционности и запаздывания системы регулирования «справляются» лишь с относительно низкочастотными возмущениями. Если этого оказывается недостаточно, чтобы «влезть» в технологические допуски по качеству продукции, то для подавления высокочастотных составляющих возмущений
приходится специальным образом формировать динамические показатели объекта управления.
На практике для этого используются разнообразные системы усреднения и гомогенизации. В сущности, эти системы представляют собой большие емкости с принудительным перемешиванием поступающих в них материалов. Они применяются в производстве агломерата, окатышей, в горно-обогатительном производстве, в производстве строительных материалов, в нефтепереработке и т. п., то есть там, где перерабатывается неоднородное по свойствам природное сырье. В силу дороговизны усреднительных агрегатов основные затраты при создании и эксплуатации АТК в перечисленных областях производства приходятся на КТС, т. е. определяются значением w. В таких условиях с позиций максимизации О наиболее выгодно максимально увеличить диапазон допустимых вариаций выходных переменных за счет выбора режимных значений показателей качества продукции в центре технологических допусков:
а= 1(аmn + аmax). 2
(7)
При этом ограничения на допустимые вариации показателей качества продукции преобразуются к виду
ст„ <-
2Ра
(8)
В свою очередь задача управления ТП рассматриваемого типа может быть формализована в форме минимизации среднеквадратического показателя стабильности выходных переменных:
v*(w) = arg min{aa( w vq (w), Va) х
Va
xGCTa(w,vq(w),Va) I w e w, va e Va (w)},
(9)
где О - диагональная матрица, элементы которой определяют значимость различных показателей качества (они могут быть, например, обратно пропорциональны квадратам соответствующих технологических допусков).
Задача оптимизации параметров КТС, наиболее экономичным образом обеспечивающих требуемое качество продукции, принимает в рассматриваемом варианте вид
w = arg max
J (w)
CTa (w) = СТа (W, Va (w), Va (w)) < " ,
q а 2Ра
w e W.
Проектирование смесительно-усредни-тельных АТК. Рассмотрим в качестве практически важного приложения изложенной выше методики задачу проектирования смесительно-усреднительных АТК [11]. Во многих отраслях производства распространены процессы получения материалов с заданными стабильными показателями путем смешивания ряда исходных материалов с различными и изменяющимися во времени свойствами.
Указанная цель достигается как за счет целенаправленного управления интенсивностями потоков смешиваемых материалов, так и за счет сглаживания случайных возмущений при принудительном усреднении каждого из компонентов и (или) приготовляемой смеси в оборудованных системами усреднения буферных емкостях. Типичная схема приготовления смеси включает последовательность непрерывных технологических операций усреднения исходных материалов, их дозирования в смеситель и окончательного усреднения полученной смеси.
(10)
Важная составная часть проблемы системного проектирования технологических схем смесепри-готовления - задача выбора оптимальных объемов усреднительных емкостей, обеспечивающих производство кондиционной смеси при наименьших затратах. Такой выбор должен осуществляться с учетом возможностей АСУ приготовлением смесей и исходить из условия минимизации суммарных затрат на создание и эксплуатацию усредни-тельных сооружений.
Динамическая модель управляемого процесса смесеприготовления. Основу рассматриваемых расчетных методов составляет динамическая модель процесса смесеприготовления, базирующаяся на соотношениях материального баланса [11]:
a(t ) = F[py(? )]; (11)
РУ(0 = j\(0,t) Pc(t-Ту-0)rf0; (12)
с
pc(i)=f№) рд(*-тс-еме;
(13)
т т
Рд(0 = £Р,(0<7Д0/£?,(0; (14) ]=1 / 7=1
(3,(0= ^(0,0 Р„а-х^-емв; (15)
о
ри.(0 = р,+арид0. (16)
Здесь а(?) - вектор текущих значений показателей качества готовой смеси; Р(?), Рс(?) и Рд(?) - векторы текущих значений показателей состава смеси на выходе усреднительной емкости, смесителя и дозировочного блока соответственно; Ри(?) и вj (?) - векторы текущих значений показателей состава j-го из т компонентов на входе и выходе агрегата предварительного усреднения; qj (?) - текущее значение массового расхода .-го компонента на выходе соответствующего дозатора; ДРи(0 - текущие отклонения состава j-го компонента от среднестатистического значения Р ; к, к , к и т , т , т - весовые функции и
. с' у с' У ^
транспортные запаздывания, определяющие динамические модели участков предварительного усреднения, смешивания (возможно с совместной переработкой - например, с измельчением) и окончательного усреднения (или гомогенизации, если речь идет о жидких либо тонкодисперсных средах).
Стабилизация выходных переменных а(?) в окрестности задания (7) осуществляется путем целенаправленной корректировки расходов смешиваемых материалов qj (?) на основе зашумлен-ных случайными помехами g измерений состава
(17)
;' = 0,т, к = 1, 2,...,
где для единообразия записи введено обозначение Р0 ^) = Рс ^) , Т. и ти. - соответственно цикличность и длительность определения состава в 7-й точке контроля.
Управляющие воздействия q . (?) реализуются со случайной погрешностью Дqj (?), так что
(18)
Нелинейная зависимость показателей качества смеси от ее состава (11) может иметь различный вид в конкретных прикладных задачах, однако чаще всего используются так называемые
модульные характеристики
а, (?) =
дтРу(?)
У
I = 1,2, ..., ¿,
где а 1 и Ъ1 - заданные векторные константы.
Простейший тип динамических моделей смесительных и усреднительных систем задается инерционными звеньями первого порядка. Для этого варианта фигурирующие в (12), (13) и (15) весовые функции принимают вид
ку(0) = е"в/Ту/ Ту, кс(0) = е"0/Тс/ Тс,
К (0) = е"
/ Т,
причем постоянные времени Ту, Тс и Т. определяются типом и размерами соответствующих агрегатов. Блок-схема модели смесительно-усреднительного АТК приведена на рис. 1.
Необходимые для расчетов вероятностные характеристики случайных возмущений
Рис. 1. Блок-схема модели смесительно-усреднительного АТК
определяются векторами СКО измерительных ошибок ст ,ста, ..., ст2 , а также корреляционными функциями погрешностей дозирования RДa (9), ..., RДq (9) и матричными корреляционными функциями флуктуаций состава смешиваемых материалов ^ (9), ..., Rp (9). Учитывая прикидочный характер расчетов на ранних стадиях проектирования АТК, допустимы простые аппроксимации вида
^ (9) = ^191 и ^(9) = Бр^в"т»и,
где БДщ и Бр обозначают дисперсию и корреляционную матрицу.
Перечисленные вероятностные характеристики оцениваются по паспортным данным соответствующих анализаторов состава и дозирующих устройств, а также по данным геологоразведки месторождений, откуда должны поступать смешиваемые материалы на проектируемый объект.
Системное проектирование смесительно-усреднительных АТК представляет собой частный случай общей схемы, определяемой соотношениями (9) и (10). В предположении, что все первоначально отобранные варианты обеспечивают требуемую производительность АТК, вектор вариантов КТС w может быть представлен совокупностью необходимых для расчетов параметров:
• смесительного и усреднительного оборудования ^ 5т ; Т0,Тт ; V Тт ;
• системы контроля и управления с V • Т Т ■т т
иО' ит' иО' ит' иО' ит'
где 5 обозначает приведенные затраты на приобретение, установку и эксплуатацию соответствующего оборудования.
Вектор параметров алгоритма управления vа задается элементами передаточной матрицы многомерного линейного регулятора, формируемого с использованием линеаризации модели управляемого процесса (11)—(18) и предназначенного для стабилизации выходных переменных на заданном уровне (7). В духе системного подхода при синтезе закона регулирования учитывается не только динамика объекта, охваченного обратной связью, но и динамика предыдущих и последующего участков усреднения исходных материалов и смеси [11].
Вектор параметров случайных возмущений г задается вероятностными характеристиками:
• вариаций состава смешиваемых материалов ^Д^^Сё);
• погрешностей дозирования (9),^ (9);
• измерительных ошибок ст , ст^ .
Согласно общей схеме для каждого первоначально отобранного для анализа набора параметров КТС АТК w необходимо дать расчетную оценку достижимой (с учетом управления) степени стабильности ста (w) и, сравнив ее с предельным значением (8), выяснить, допустим ли данный вариант. Наконец, среди всех принципиально пригодных вариантов КТС следует выбрать наиболее экономичный по затратам.
Опыт системного проектирования АТК. Рассмотренная выше расчетная схема применена для анализа и оптимизации вариантов АТК сырьевых переделов цементных заводов [11]. Цементная сырьевая смесь готовится из поступающих с карьеров карбонатного (известняк, мел, мергель) и алюминатного (глина) сырьевых материалов с добавлением железосодержащих отходов металлургического производства. Обычно общее число смешиваемых материалов т составляет 3 или 4. В качестве четырех основных характеристик химического состава в используются процентные концентрации оксидов кальция, кремния, алюминия и железа. В роли систем предварительного усреднения выступают штабельные усреднительные склады, а в роли систем окончательного усреднения смеси - гомогенизационные силосы. Смешивание сырьевых материалов осуществляется в работающих на проход сырьевых мельницах.
Наиболее сложной стадией системного проектирования АТК является количественная оценка достижимой степени стабильности показателей продукции ста (w) для различных вариантов КТС w. Для многомерных стохастических динамических объектов с запаздыванием, содержащих нелинейные зависимости между переменными (а именно к таким объектам приводят соотношения (11)—(18), описывающие управляемые процессы смесеприготовления), «формульный» анализ поведения замкнутой системы управления по данным распределенного дискретного контроля крайне сложен. Наиболее практичный способ исследования таких систем - имитационное моделирование на компьютере.
Для создания имитационных моделей динамических систем, включающих объект с действующими на него возмущениями, регулятор и разнообразные средства анализа результатов моделирования, разработаны мощные программные системы. Реализованные в них принципы
визуального программирования позволяют пользователю в типичных ситуациях не иметь дела с формированием программного кода, собирая «экспериментальную установку» из требуемых блоков путем их соединения на экране монитора средствами графики. Имитационная модель смесительно-усреднительного АТК цементного производства разработана на основе универсальной программной среды МаАаЬ^тиНпк [12]. Имея блочную структуру, она, в целом, соответствует математическому описанию (11)—(18). Случайные возмущения генерируются с помощью датчиков случайных чисел. Для обеспечения требуемых амплитудных и динамических характеристик случайных сигналов применяются соответствующим образом рассчитанные формирующие фильтры.
Разработанная имитационная модель применена при проектировании одного из строящихся цементных заводов. Проектная производительность сырьевого передела составляет 400 т/ч. За основу были взяты проектные предложения известной зарубежной фирмы, однако по предложению заказчика прорабатывались многочисленные другие варианты.
Предложенная потенциальным исполнителем схема имеет следующие особенности: предусмо-
трены индивидуальные усреднительные склады для основных компонентов смеси - мела и глины; предусмотрено высокоточное весовое дозирование материалов в установку помола; не предусмотрены гомогенизационные силосы сырьевой муки на выходе установки помола.
Технологическая схема должна быть оснащена АСУТП смесеприготовления, осуществляющей стабилизацию на заданном уровне трех модульных характеристик (Ь = 3). Схема контроля химического состава смеси подразумевает использование дискретного рентгеноспектрального анализатора (РСА) с частотой анализа усредненных (накопительных) проб раз в час.
В ходе расчетов наряду с основным вариантом АТК рассматривался ряд других вариантов, отличающихся числом сырьевых компонентов (3 или 4); типами и количеством применяемых усреднительных сооружений сырьевых материалов и смеси (схемы без предварительного усреднения мела и (или) глины, схемы с различными по объему гомогенизационными силосами смеси); типами и точностью дозирования материалов (точные весовые дозаторы и менее дорогостоящие схемы с применением объемного (относительно неточного) дозирования всех смешиваемых материалов); типами и параметрами системы контроля
кн
0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91
__. - ------- ___
--------------------
I, мин
„л/Л ЛГ'"'
Ч/ч/^'ч^"-- (*А, л Ч/н Ч" /'V V" VI» „
1 V
I мин
2 38 2.36 2.34
д I I
.V» . ^ ЛЛ
Без управления Заданный С управлением
I мин
Рис. 2. Изменения трех модульных характеристик смеси в схемах с управлением и без
(схемы с различными по стоимости, частоте контроля и точности анализаторами химического состава).
На рис. 2 приведен типичный фрагмент данных моделирования - графики изменения во времени модульных характеристик в управляемой и неуправляемой схемах смесеприготовления, свидетельствующие об эффективности регулирования показателей качества смеси.
Всего в процессе автоматизированных расчетов проанализировано порядка 220 первоначально отобранных вариантов, из которых требованиям по стабильности модульных показателей удовлетворяют лишь порядка 150. Оказалось, в частности, что первоначальный базовый вариант КТС, предложенный инофирмой, гарантирует попадание в технологические допуски лишь при слишком оптимистических оценках усреднитель-ной способности штабельных складов. Результаты расчетов с привлечением данных о суммарных затратах на реализацию допустимых вариантов были использованы экспертами-специалистами на дальнейших стадиях проектирования для выбора окончательного решения.
Следует отметить, что вместимость систем гомогенизации и усреднения для высокопроиз-
водительных технологических линий цементного производства составляет тысячи и десятки тысяч тонн, а их стоимость измеряется миллионами или десятками миллионов долларов. Отсюда должна быть ясна цена нерациональных решений при проектировании автоматизированных технологий данного и подобного типов.
В статье, применительно к автоматизированным технологическим комплексам непрерывных производств, предпринята попытка объединить «под одной крышей» традиционно «не пересекающиеся» проблемы разработки объекта управления и управляющей им системы. Выявлен экономический смысл такого совместного рассмотрения, и в общем виде показано, каким образом могут ставиться и решаться проблемы подобного рода. Реализация предлагаемой методики с использованием компьютерного имитационного моделирования рассмотрена применительно к смесительно-усреднительным АТК. На примере АТК сырьевых переделов цементных заводов пояснена особая актуальность системного проектирования для многотоннажных производств, связанных с переработкой неоднородного по свойствам природного сырья.
список литературы
1. Первозванский, А.А. Математические модели в управлении производством [Текст] / А.А. Первозванский. -М.: Наука, 1975. -616 с.
2. Дудников, Е.Е. Типовые задачи оперативного управления непрерывным производством [Текст] / Е.Е. Дудников, Ю.М. Цодиков. -М.: Энергия, 1979. -272 с.
3. Головицына, М.В. Интернет университет информационных технологий. Учебная программа «Автоматизированное проектирование промышленных изделий» [Электронный ресурс] / М.В. Головицына // 3.1. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса. -Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/hardware/ autprpi/3/
4. Солодовников, В.В. Синтез САУ в допустимом множестве динамических характеристик объекта управления и управляющих подсистем [Текст] / В.В. Солодовников, В.И. Тумаркин // Техническая кибернетика. -1980. -№ 6. -С. 126-135.
5. Первозванская, Т.Н. Элементы теории управления запасами [Текст] / Т.Н. Первозванская, А.А. Первозванский. -Л.: ЛГУ, 1983. -108 с.
6. Гельфанд, Я.Е. Выбор размеров буферных емкостей в химико-технологических схемах с учетом стра-
тегий управления ремонтами [Текст] / Я.Е. Гельфанд, Я.М. Лурье, Ю.П. Савицкий // Автоматика и телемеханика. -1980. -№ 1. -С. 138-145.
7. Островский, Ю.М. Многокритериальная оптимизация технологических процессов в условиях неопределенности [Текст] / Ю.М. Островский, Г.М. Волин // Автоматика и телемеханика. -2007. -№ 3. -С. 165-180.
8. Яковис, Л.М. Как сблизить теорию и практику управления технологическими процессами [Текст] / Л.М. Яковис // Сб. докл. IV Всерос. науч. конф. Управление и информационные технологии. -СПб., 10-12 окт. 2006. -С. 22-28.
9. Первозванский, А.А. Поиск [Текст] / А.А. Первозванский. -М.: Наука, 1970. -263 с.
10. Yakovis, L. Approximate solution for problem of dynamical optimization of process control [Электронный ресурс] / L. Yakovis // Proc. of 6th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conf. -SPb, June 30-July 4, 2008.
11. Яковис, Л.М. Многокомпонентные смеси для строительства: Расчетные методы оптимизации состава [Текст] / Л.М. Яковис. -Л.: Стройиздат, 1988. -296 с.
12. Официальный сайт MathWorks [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.mathworks.com
