Розвиток методів і засобів адаптивного автоматизованого керування комплексом технологічних процесів вуглезбагачувальної фабрики

Таким чином, реалізовані дві основні концепції взаємодії оператора та ЕОМ у рамках ЕС - на основі кодування вручну БЗ із використанням спеціальної макромови та її візуального проектування на базі технології Drag-and-Drop. Обґрунтування вибору одного з цих підходів здійснюється на базі аналізу умов функціонування конкретної ВЗФ.

Завдання мовного введення і передачі інформації в SCADA вирішене на базі Iconics Genesis32 і системи розпізнавання російської мови «Комбат» з подальшою класифікацією лінгвістичних еталонів на основі алгоритму компараторної ідентифікації, що дозволяє ергономічно організувати робочі місця, інтенсифікувати взаємодію людини та ЕОМ. Якість розпізнавання в запропонованому програмно-апаратному комплексі сягає 100% на обмеженому словнику термінів (у базовому варіанті - до 95%).

Завдання синтезу ГЕС керування ТП ВЗФ вирішене на базі DDE-технології взаємодії її елементів і автоматичного керування структурно і параметрично нестаціонарним, нелінійним, двоканальним об'єктом з великим запізнюванням через повний перебор комбінацій можливих вхідних впливів при прогнозуванні його стану, що дозволяє створювати інтегровані програмно-апаратні комплекси ГЕС на основі стандартних протоколів передачі даних (рис. 5). Взаємодія серверного ГЕС ТП ВЗФ (формування рекомендацій і завдання активних каналів керування) і клієнтського SCADA (керування встаткуванням, формування керуючого впливу) ПЗ ефективно реалізується на основі технології DDE в реальному масштабі часу, де для оперативної передачі інформації в основний цикл за дискретним часом крім стандартної обробки події OnChange об'єкта DdeClientItem використовується також метод запиту даних від сервера RequestData об'єкта DdeClientConv. Показано, що керування структурно і параметрично нестаціонарними, нелінійними, двоканальними об'єктами ВЗФ з великим запізнюванням (на прикладі процесу відсадки) можна здійснити з використанням повного перебору можливих вхідних впливів і прогнозування його стану на основі апроксимуючої моделі, коефіцієнти якої обчислюються на навчальній вибірці даних за МНК.

Показано, що фіксування однієї керуючої змінної за одночасного обчислення іншої при двоканальному автоматичному керуванні нелінійними і нестаціонарними ОК з великим запізнюванням відповідає випадку вимірюваного збурення (другий керуючий вплив розглядається як збурення). Таким чином, запропонований предикторний комбінаторний алгоритм є працездатним як в умовах адитивних, так і мультиплікативних збурень.

У шостому розділі розглянуто питання розроблення промислового зразка САК комплексом ТП ВЗФ.

Розроблено структури САК основних функціональних блоків ВЗФ (вуглеприйом, переробка, сушіння, навантаження) у контексті застосування SCADA-системи, в якій автоматичне керування реалізується на базі наведених у розділі 4 оптимальних і адаптивних алгоритмів, а інтелектуальна частина - на основі ЕС підтримки прийняття рішень операторів ТП (розділ 5). На основі аналізу функціональних блоків ВЗФ розроблена уніфікована апаратна частина САК ТП ВЗФ на базі IBM PC сумісного контролера ADAM-5510 з можливістю введення інформації з бінарних (модуль ADAM-5051), аналогових (модуль ADAM-5017) і цифрових датчиків (модуль ADAM-4571), керування ВМ (модуль ADAM-5056).

Синтезовано ПЗ багатотактового алгоритму керування ПТС ВЗФ на базі теоретико-множинної концепції інтерфейсу користувача і стекової машини інтерпретації текстових даних у код виконання ЕОМ на основі мови програмування Delphi, що дозволяє за допомогою стандартних протоколів обміну даних використовувати його в інтегрованій САК для керування транспортними потоками. Застосування запропонованих алгоритмів керування ПТС показується на основі сушильного відділення ВЗФ «Луганська».

Проведено аналіз техніко-експлуатаційних характеристик SCADA-систем Trace Mode (AdAstra), Genesis32 (Iconics), InTouch (Wonderware) у контексті їхнього використання для комплексної автоматизації ВЗФ. Обґрунтовано використання узагальненого критерію вибору конкретної SCADA у вигляді інтегральних витрат на модернізацію встаткування, розроблення, упровадження і супровід спеціалізованого ПЗ системи дистанційного керування і збирання даних. Модулі SCADA-системи комплексу ТП інтегруються на основі стандартних протоколів DDE і OPC. Розглянуто екранні форми вуглеприйому, флотації, відсадки і збагачення у важких середовищах у Wonderware InTouch і етапи розроблення зразка SCADA: побудова графічних мнемосхем автоматизованих робочих місць, розроблення підсистем виявлення й обробки подій, створення єдиного списку змінних проекту, вторинна обробка даних, реалізація підсистеми архівації даних.

Розроблено програмно-апаратний комплекс відображення інформації операторських пультів керування ТП ВЗФ на основі мнемосхем у середовищі Iconics GraphWorX32, що дозволяє розробляти адекватне оригінальному графічне представлення ТП і надалі інтегрувати його в комплексну систему керування ВЗФ на базі ОРС. Побудовано систему дискретної світлової сигналізації відділення важких середовищ фабрики «Луганська» з використанням теоретико-множинної концепції інтерфейсу користувача і технології ОРС взаємодії апаратного забезпечення.

Сформульовано основні джерела економічної ефективності автоматизації ТП ВЗФ: економія матеріальних ресурсів, пряме вивільнення робочої сили, зниження тривалості ТП, підвищення продуктивності робочого місця, гнучкості, якості і надійності вуглезбагачувального виробництва. Розрахунок економічної ефективності впровадження результатів дисертаційної роботи для ВЗФ з річним обсягом збагачення рядового вугілля 3 млн. т при збільшенні виходу сумарного концентрату на 0,3%, капітальних витратах 600 тис. грн, додаткових експлуатаційних витратах 100 тис. грн показує, що інтегральний річний економічний ефект складає 991,7 тис. грн, строк окупності проекту 0,6 року.

Висновки

У дисертаційній роботі розв'язана актуальна наукова проблема підвищення оперативності та якості керування комплексом ТП, адаптації до різних характеристик устаткування і технологічних схем конкретних ВЗФ на базі узагальнення і розвитку теорії оптимальних і адаптивних САК і оптимізації технологічних процесів ВЗФ на основі комплексного використання методу динамічного програмування, фільтра Калмана і алгоритму стохастичної апроксимації, предикторного алгоритму, діофантового програмування. У результаті виконаних досліджень сформульовані та обґрунтовані такі наукові висновки і практичні результати:

1. Аналіз стану автоматизації керування комплексом ТП ВЗФ показав, що поряд з актуальною необхідністю збагачення вугілля на сьогодні відсутні промислові зразки САК комплексом ТП, а існуючі локальні САК не відповідають сучасним системним вимогам і не забезпечують ефективного розв'язання складних завдань в умовах вуглезбагачувального виробництва (багатоканальність, нестаціонарність, збуреність, нечіткість і неповнота інформації, велике запізнювання інформації щодо вихідних параметрів та ін.).

2. Розроблено технічні вимоги до програмно-апаратного комплексу САК ТП ВЗФ: КП з уніфікованими модулями й ієрархічною структурою мають забезпечити нормальне функціонування в умовах великого запізнювання інформаційних змінних, багатомірності і нечіткості даних, агресивних середовищ, гнучку конфігурацію та інтеграцію на базі стандартних протоколів обміну даних, можливість коректування інформаційних потоків людиною-оператором, дружній інтерфейс користувача.

3. На основі симпліціального q-аналізу типової структури ВЗФ із глибоким збагаченням вугілля проведене дослідження зв'язності компонент і групування симплексів з однаковим значенням максимальної розмірності. Аналіз структурного вектора поданої системи показує присутність трьох рівнів q-зв'язних симплексів (нижній - одноканальне керування режимними параметрами, середній - двоканальне функціонуванням окремого ТП, верхній - комплексом ТП), що поряд з однотипними функціональними характеристиками згрупованих за значенням максимальної розмірності симплексів підтверджує адекватність поданої ієрархічної САК сучасній SCADA-технології і відповідність реальній ієрархічній організації виробництва ВЗФ.

4. Для найбільш складного випадку змішування різних машинних класів вугілля розв'язане завдання автоматичної оптимізації комплексу апаратів збагачення вугілля інваріантно характеристик устаткування конкретної ВЗФ на основі комбінаторного алгоритму визначення в реальному масштабі часу уставок локальних процесів вуглезбагачення за нелінійним критерієм мінімізації собівартості збагачення сумарного концентрату, який формується на базі синтезу апроксимуючого -криву полінома і спеціальних вимог споживачів (вологість, зольність, уміст сірки та ін.). Дослідження комбінаторного алгоритму на ЕОМ показали різноманітний характер залежностей (прямо і обернено пропорційна, східчаста, параболічна та ін.), що викликає необхідність розроблення конкретної стратегії керування ТП ВЗФ для кожного випадку зміни режиму її роботи.

5. Оптимальне (на базі методу динамічного програмування Белмана і фільтра Калмана для ідентифікації змінних простору станів) керування режимними параметрами як лінійними, одноканальними ОК із запізнюванням і нестаціонарними характеристиками невимірюваного збурення реалізоване на основі їхньої ідентифікації методом стохастичної апроксимації. Аналіз результатів досліджень (за даними процесу регулювання густини магнетитової суспензії за допомогою керування витратою технічної води) показує працездатність розробленого алгоритму - час наростання перехідного процесу інваріантний, а середньоквадратичне відхилення вихідної координати збільшується пропорційно зростанню дисперсії невимірюваних шумів об'єкта і спостереження. Сформульовані рекомендації з вибору значень параметрів КП для досягнення необхідної якості керування: мінімізація періоду квантування, мінімізація вагового коефіцієнта r і максимізація вагового коефіцієнта q квадратичного критерію якості. При виборі періоду квантування необхідно враховувати, що дискретне запізнювання (за збільшення якого зростає розмірність простору станів, що впливає на час обчислення значення керуючого впливу) обернено пропорційно залежить від його значення.

6. Завдання синтезу за заданим критерієм якості адаптивного керування ТП ВЗФ як нелінійними двоканальними нестаціонарними ОК з великим запізнюванням і діофантовим характером залежностей розв'язане з використанням запропонованого алгоритму повного перебору комбінацій можливих вхідних впливів і прогнозування його стану на основі апроксимуючої моделі, коефіцієнти якої обчислюються на навчальній вибірці даних за МНК. Показано, що запропонована модель п'ятирівневого представлення інформації про вихідну координату дозволяє створювати «добре обумовлену» навчальну вибірку даних і відпрацьовувати аварійні ситуації «зависання» даних. Аналіз результатів дослідження (за даними процесу відсадки) показує, що M{d^*[n]} інваріантне зміні N^*_e=10-200 (єдиний доступний варіюванню параметр регулятора); при збільшенні N^*_e спостерігається тенденція до зменшення . Показана працездатність запропонованого алгоритму керування для стрибкоподібної зміни постійних часу на 50 с. Настроювання алгоритму керування зводиться до вибору такого значення N^*_e, за якого досягається необхідна якість регулювання вихідної координати (необхідно враховувати, що збільшення N^*_e приводить до значного зростання вимог до обчислювальних ресурсів САК).

7. Синтез фреймової ЕС підтримки прийняття рішень операторів ТП ВЗФ проведений на основі розробленої макромови опису БЗ (98 правил і тезаурус з 209 елементів) і мови програмування Delphi. Використання даної концепції дозволяє: застосовувати природні з погляду звичайної повсякденної практики поняття; спрощувати розроблення багаторазово використовуваних компонентів ПЗ; скорочувати розміри програм завдяки однократному опису багаторазово повторюваних властивостей і методів об'єктів-фреймів; інкапсуляцію локальних властивостей, методів і полів об'єктів-фреймів. Завдання побудови динамічної фреймової ЕС підтримки прийняття рішень операторів ТП ВЗФ розв'язане на основі адаптації інтерфейсу БЗ до конкретного ТП зміною рангів фреймів і дружнього інтерфейсу користувача (сім рівнів кон'юнктів умовної частини фреймів, розвинута довідкова система, технологія Drag-and-Drop взаємодії елементів), що дозволяє дружньо настроюватися на запити кінцевого користувача. Таким чином, реалізовано дві основні концепції взаємодії оператора та ЕОМ у рамках ЕС - на основі кодування вручну БЗ із використанням спеціальної макромови та її візуального проектування на базі технології Drag-and-Drop. Обґрунтування вибору одного з цих підходів проводиться на базі аналізу умов функціонування конкретної ВЗФ. Показано працездатність ПЗ на основі тестування експертами (89,8% правильних і 10,2% альтернативно можливих рекомендацій) і ефективної експлуатації на діючих ВЗФ. Розроблено ГЕС керування ТП ВЗФ на базі дискретного двоканального автоматичного регулятора, фреймової БЗ, машини виводу, модуля добування знань і навчання, ПЗО, динамічного інтерфейсу користувача.

8. Розглянуто структури САК основних функціональних блоків ВЗФ (вуглеприйом, переробка, сушіння, вивантаження) у контексті застосування SCADA-системи, в якій автоматичне керування реалізується на базі наведених у розділі 4 оптимальних і адаптивних алгоритмів, а інтелектуальна частина - на основі ЕС підтримки прийняття рішень операторів ТП (розділ 5). На основі аналізу функціональних блоків ВЗФ розроблена уніфікована апаратна частина САК ТП ВЗФ на базі IBM PC сумісного контролера ADAM-5510 з можливістю введення інформації з бінарних (модуль ADAM-5051), аналогових (модуль ADAM-5017) і цифрових датчиків (модуль ADAM-4571), керування ВМ (модуль ADAM-5056). Річний економічний ефект впровадження результатів дисертаційної роботи для ВЗФ з річним обсягом збагачення рядового вугілля 3 млн. т при збільшенні виходу сумарного концентрату на 0,3%, капітальних витратах 600 тис. грн, додаткових експлуатаційних витратах 100 тис. грн складає 991,7 тис. грн (строк окупності проекту 0,6 року).

Размещено на Allbest.ru