Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Разработка модели нетипового аппарата воздушного охлаждения для виртуальных тренажеров

Разработка модели нетипового аппарата воздушного охлаждения для виртуальных тренажеров

Разработка моделей аппаратов нефтяного производства для внедрения в тренажерные комплексы. Анализ влияния таких нестандартных математических моделей на упрощение процесса проектирования тренажеров. Изучение основных технологических параметров модели.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.06.2020
Размер файла 421,5 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ НЕТИПОВОГО АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

Хусаенов А.Н., студент магистратуры 2 курс, факультет управления и автоматизации Казанский национальный исследовательский технологический университет Россия, г. Казань

Васильева М.Ю.,

кандидат технологических наук, доцент кафедры «Систем автоматизации и управления технологическим процессами»

Казанский национальный исследовательский технологический университет Россия, г. Казань

Серова С.А.,

студент 4 курс, факультет управления и автоматизации Казанский национальный исследовательский технологический университет Россия, г. Казань

Аннотация: Целью работы является разработка не типовых моделей аппаратов нефтяного производства для внедрения в тренажерные комплексы. Наличие таких нестандартных математических моделей аппаратов позволит упростить процесс проектирования тренажеров, исключить «подгонку» основных технологических параметров модели, связанную с несоответствием математической модели аппарата и реальным аппаратом, сократить количество часов на отладку тренажера. Также использование тренажеров адекватных реальным установкам позволяет исключить фактор получения отрицательных навыков у обучающегося.

Ключевые слова: математическая модель; виртуальные промышленные тренажеры; нефтяная промышленность.

производство нефтяной комплекс тренажерный

Annotation: The purpose of the work is the development of non-standard models of oil production equipment for introduction into training complexes. The presence of such non-standard mathematical models of devices will simplify the process of designing simulators, exclude the ”adjustment” of the main technological parameters of the model, associated with a mismatch between the mathematical model of the device and the real apparatus, and reduce the number of hours for debugging the simulator. Also, the use of simulators adequate to real settings makes it possible to exclude the factor of obtaining negative skills from the learner.

Keywords: mathematical model; virtual industrial simulators; oil industry.

В настоящее время инструменты для создания промышленных виртуальных тренажеров предполагают наличие наиболее распространенных моделей аппаратов нефтяного и химического производства. В связи с этим в процессе разработки модели не типовой технологической установки возникает ряд трудностей, связанных с некорректными методами расчета технологических параметров модели. На сегодняшний день эта проблема решается путем снабжения типовых моделей нетиповых аппаратов дополнительными логическими модулями, что, в свою очередь, сильно усложняет дальнейшее процессы отладки тренажера. Разработка не типовых математических моделей аппаратов нефтяного производства для внедрения в тренажерные комплексы решает эту проблему. Наличие таких моделей аппаратов позволит упростить процесс проектирования тренажеров, исключить «подгонку» основных технологических параметров модели, связанную с несоответствием математической модели аппарата и реальным аппаратом, сократить количество часов на отладку тренажера.

Разработка и использование тренажеров в образовательном процессе является перспективным направлением, как в подготовке высококвалифицированных специалистов, так и для повышения квалификации инженерно-технических работников промышленных предприятий. Эффективное применение вириальных тренажеров в образовательном процессе будет способствовать не только повышению качества образования, но также устранит недостатки традиционной формы обучения.

В качестве преимуществ использования тренажеров в образовательном процессе следует отметить следующее:

• отсутствие необходимости использования реальных лабораторных стендов;

• возможность изучения технологических процессов и исследования различных режимов работы оборудования на виртуальных моделях;

• изучение влияния различных технологических параметров на качество производимого сырья;

• определение основных переменных влияющих на критерий оптимальности и показателей качества, для организации оптимального управления технологическим процессом;

• расчет оптимальных настроек регуляторов на базе математической модели процесса [1].

Помимо этого, наличие ряда математических моделей дает перспективу в создании собственной платформы для разработки тренажеров.

Этапы создания.

Процесс создания модели состоит из нескольких этапов:

• Исследование реального технологического объекта;

• исследование математических зависимостей, описывающих этот аппарат;

• разработка математической модели;

• описание алгоритма работы модели аппарата на искусственном языке;

• интеграция в среду разработки тренажерных комплексов;

• тестирование полученной модели и проверка ее на адекватность.

Итоговым результатом будет набор математических моделей аппаратов нефтяной и химической промышленностей, интегрированных в программную среду для разработки виртуальных промышленных тренажеров, имеющих свой, особенный алгоритм расчета значений технологических параметров.

Исследование реального технологического объекта.

Этот этап связан с работой на реальном объекте. Для того чтобы построить математическую модель аппарата, необходимо иметь исходные экспериментальные данные, измеренные значения технологических параметров, изменяющиеся во времени и характеризующие поведение объекта при воздействии на него возмущающих факторов. Сбором именно этих данных определяется этап исследования технологического объекта - аппарата.

Исследование математических зависимостей, описывающих этот аппарат.

Для создания максимально полного математического описания работы технологического аппарата недостаточно знания лишь полученных значений технологических параметров объекта. Помимо самих параметров, также необходимо установить связь между ними. То есть установить функциональную зависимость.

В реализованном проекте в качестве базовой математической модели была выбрана уже имеющаяся модель АВО, которая впоследствии была доработана.

Разработка математической модели.

На данном этапе необходимо составить уравнения материальных и энергетических балансов, создать логику работы аппарата.

В реализованном проекте создана модель аппарата воздушного охлаждения с шиберами. Его особенность заключается в поддержании определенной температуры воздуха, не зависящей от температуры воздуха окружающей среды. В отличие от уже имеющегося в программе АВО, АВО с шиберами может охлаждать поток вещества температурой отличной от температуры окружающего воздуха, путем регулирования степени открытости шиберов.

Описание алгоритма работы модели на языке C.

Для того чтобы моделью аппарата можно было пользоваться в процессе создания тренажеров, его необходимо представить в виде, понятном для той программной среды, работа в которой предполагается. К примеру, при отладке работы модели на базе программной среды Omega Land, описание работы модели выполняется на языке С.

Сам файл с расширением .blk должен быть размещен в специальной папке пользовательской библиотеки, которая, в свою очередь,

размещается в системной папке реализуемого проекта промышленного тренажера.

Описание модели состоит из трех основных блоков:

• Описание основных параметров, таких как площадь поверхности теплоотдачи, габаритные размеры и т.д.

• Блок инициализации. Здесь при нажатии на консоли на кнопку выполнения процесса в модель поступают исходные значения переменных.

• Основной блок. В нем содержится описание основного принципа работы модели аппарата. Прописываются уравнения материальных и энергетических балансов.

Интеграция в среду Omega Land для разработки тренажерных комплексов.

После создания blk файла в папке пользовательской библиотеки, необходимо зарегистрировать эту библиотеку в самой программе. Для этого во вкладке «Fail» выбрать пункт «Setup User Library» и в появившемся окне прописать путь к папке с созданным в ней blk файлом. После этого нажать «Ok» и библиотека будет зарегистрирована (рисунок 1).

Рисунок 1. Регистрация библиотеки

После завершения регистрации библиотеки необходимо зарегистрировать саму модель. Для это во вкладке «Registr» необходимо выбрать «Unit» и в появившемся окне путем нажатия на клавишу «List» выбрать модель, которая будет называться также как и созданный blk файл, в соответствии зарегистрированной библиотекой.

Также при нажатии на клавишу «Edit» в появившемся окне можно изменять внешний вид модели (рисунок 2).

Рисунок 2. Изменение внешнего вида модели

Тестирование полученной модели и проверка ее на адекватность.

После интеграции модели в программную среду необходимо удостоверится, что модель адекватна исходному объекту. Для этого в данном проекте были построены две идентичные системы регулирования температуры теплоносителя: с исходным АВО и с модернизированным.

Сравнение показало, что тренды обеих систем при задании температуры теплоносителя 40°С без внешних возмущений практический накладываются друг на друга, что говорит об адекватности построенной модели (рисунок 3).

Рисунок 3. Тестирование адекватности модели без возмущающих воздействия

Также был проведен эксперимент, подтверждающий лучшие показатели точности у модернизированной модели при ступенчатых изменениях задающего и возмущающего воздействий (рисунок 4).

Рисунок 4. Тестирование адекватности модели при изменениях задающего и возмущающего воздействий

Итоговый результат - математическая модель аппарата, интегрированная в среду для разработки виртуальных тренажеров. В ходе выполнения данной работы была создана модель аппарата воздушного охлаждения с шиберами, которая используется для охлаждения потоков сырья в трубопроводах в нефтяной промышленности.

Создание подобного рода математических моделей позволяет повысить качество подготовки специалистов, обслуживающих технологические установки нефтяных производств. От уровня навыков обслуживающего персонала напрямую зависит как качество выпускаемой продукции, так и безопасность самого персонала. В случае приобретения в ходе обучения на компьютерных тренажерах отрицательных навыков, некорректные действия работников могут привести в лучшем случае к снижению эффективности производства, а в худшем - к непоправимым последствиям.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1 Нургалиев Р.К. Компьютерный тренажерный комплекс как инновационное средство обучения в инженерном образовании / Р.К. Нургалиев, Д.А. Рыжов, А.А. Гайнуллина, А.И. Шигапов, А.И. Шигапов // Вестник технологического университета 2017 Т. 20, №7. С.101-104.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены