Разработка алгоритмического обеспечения для канала измерения температуры и давления в зоне спекания печи обжига клинкера мокрого способа производства цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка алгоритмического обеспечения для канала измерения температуры и давления в зоне спекания печи обжига клинкера мокрого способа производства цемента



Содержание

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Понятие алгоритма и формы его представления

3. Алгоритм контроля

3.1 Адресный опрос датчиков

3.2 Фильтрация двух сигналов фильтром среднего арифметического

3.3 Описание алгоритма на языке логических схем

3.4 Допусковый контроль значений

3.5 Проверка на наличие выбросов. Критерий Смирнова-Граббса

3.6 Проверка на наличие дрейфа. Критерий Аббе

4. Алгоритм логических выводов

5. Представление всего алгоритма

6. История и особенности языка программирования Паскаль (Pascal)

Заключение

Список использованных источников



Введение

Тема: Разработка алгоритмического обеспечения для канал измерения температуры и давления в зоне спекания печи обжига клинкера мокрого способа производства цемента.

Объект контроля - печь обжига клинкера. В зоне спекания контролируется температура и давление(Т и Р). Для каждого параметра задаются регламентные пороги максимальных и минимальных значений и скорости их изменения.

Алгоритм контроля включает:

1. Адресный опрос (блок-схема)

2. Фильтрацию двух сигналов фильтром среднего арифметического (совместить с опросом ЯЛС)

3. По значению одной температуры осуществляются следующие поверки:

· Допусковый контроль значений;

· Допусковый контроль скорости изменения;

· Наличие выбросов; (Критерий Смирнова-Граббса)

· Наличие монотонного дрейфа;

· Наличие повышенного уровня шума.

Все критерии отдельно - блок-схема.

4. Алгоритм логических выводов. Каждый результат проверки имеет диагностическое сообщение и аварийную сигнализацию. При обнаружении выбросов - пропустить сигнал через фильтр медианы, при обнаружении дрейфа - на алгоритм коррекции дрейфа (автоматная таблица, таблица выходов и переходов, граф, секвенциальное представление).

5. Весь алгоритм - ЯЛС, МСА.

Промоделировать одноконтурную систему регулирования по следующей структуре:

Целью данной работы является разработка алгоритмического обеспечения для канала измерения температуры и давления в зоне спекания печи обжига клинкера мокрого способа производства цемента.

Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок. В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера. Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций.

Мокрый способ производства используется тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. К недостаткам мокрого способа производства относятся: большой расход топлива и оборудование (печь), которое занимает большую производственную площадь и является дорогостоящим.

Этот способ производства цемента предполагает измельчение сырья и смешивание сырьевой смеси с водой. В результате образуется достаточно густая масса, называемая сырьевым шламом, которая содержит от 32 до 45% воды.

В зависимости от различных факторов (например, берутся в расчет физические свойства исходных материалов) при мокром способе производства цемента могут применяться различные схемы, несколько отличающиеся способом приготовления смеси.

Цементные заводы, применяющие мокрый способ производства, используют для производства цементного клинкера твердый известняковый и мягкий глинистый компоненты.

Первоначальная технологическая процедура получения клинкера представляет собой измельчение сырья. Если известковым компонентом является мел, его подвергают дроблению в мельнице или болтушках. Твердый известняк измельчают щековыми дробилками. Похожий процесс измельчения известняка используется при производстве минерального порошка.

Современная цементная промышленность ориентирована на распространение полусухого и сухого способов производства как более эффективных.

В качестве объекта контроля рассматривается печь обжига клинкера.

Обжиг -- завершающая технологическая операция производства клинкера. Обжиг тонкоизмельченной и хорошо гомогенизированной сырьевой смеси заданного состава в специальных обжиговых агрегатах является важнейшей составной частью производства цемента.



1. Описание технологического процесса

Глиняный шлам и известняк в определенных пропорциях (в зависимости от требуемого химического состава клинкера) помещаются в сырьевую мельницу. Для получения сырьевого шлама определенного химического состава проводят его корректировку в потоке либо бассейнах.

В мокром производстве цемента используются для обжига клинкера вращающиеся длинные печи, в которые встроены теплообменные устройства. Похожие печи, только меньшего размера используются для сушки песка при производстве сухих строительных смесей.

Печь, которая используется для обжига клинкера мокрым способом производства цемента наклонена на 45⁰С. Густая масса сырьевого шлама, выходящая из мельниц, подается насосами в расходные бачки, из которых равномерно сливается в печи цеха для последующего обжига. Обожженный клинкер из печей отправляется в холодильные камеры, где подвергается обработке холодным воздухом. После охлаждения клинкер отправляется на склад (иногда прямо из холодильных камер он идет сразу в цементные мельницы для помола). Перед помолкой клинкер дробят, а помол производят совместно с добавками и гипсом.

После помола клинкер отправляют на склады силосного типа. Отгрузка потребителю осуществляется либо в бумажных мешках, либо в цементовозах, либо в специально оборудованных железнодорожных вагонах.

Рисунок 1 - Схема процесса обжига и охлаждения клинкера по мокрому способу и график распределения температуры по зонам.



2. Понятие алгоритма и формы его представления

Автоматизированным технологическим комплексом (АТК) называется совокупность совместно функционирующих технологического объекта управления и системы управления на уровне АСУТП.

На одном из этапов проектирования АСУТП возникает проблема синтеза алгоритмов контроля и оптимизации управления.

Под алгоритмизацией понимается процесс получения и формирования алгоритмов.

Алгоритм - это набор правил, позволяющий чисто механически решить любую задачу. Также, алгоритм - это точное предписание, определяющее процесс преобразования исходных данных в искомый результат.

Общая теория алгоритмов рассматривает вопросы принципиальной возможности реализации алгоритма без учета ограничений, накладываемых технической системой на его реализацию. Основной проблемой обшей теории алгоритмов является проблема алгоритмической разрешимости той или иной задачи.

Прикладная теория алгоритмов учитывает наряду с алгоритмической разрешимостью, учитывает характеристики реализующих алгоритм систем (время реализации алгоритма, ограничения на емкость памяти, точность полученных результатов).

Основными проблемами решаемости прикладной теории алгоритмов применительно к управлению алгоритмов являются:

1. Функциональная задача (алгоритмизация законов управления);

2. Структурная задача (создание алгоритмов, которые обеспечивают достижение конечного результата с заданной точностью при минимальных затратах времени, памяти, разрядности).

Любой алгоритм, каким бы способом он ни был представлен, должен обладать следующими свойствами:

- дискретность (алгоритм - последовательность шагов, выполняемых за конечные промежутки времени);

- определенность (возможность однозначного токования результата алгоритма);

- результативность (алгоритм приводит к решению за конечное число шагов);

- массовость (применимость к разным наборам исходных данных);

Алгоритм допускает различные формы представления. При этом для его записи используются символы, изображения, арифметические, логические, неарифметические операции.

Любая из форм представления алгоритма должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Используемые символы должны быть наглядны и немногочисленны;

2. Используемые символы не должны допускать неоднозначного толкования;

3. Используемые символы должны давать возможность составления обозримых алгоритмов с различной степенью детализации.

Рассмотрим используемые в данной работе способы представления алгоритма.

Описание алгоритма на основе автоматных таблиц

При описании алгоритма на основе автоматных таблиц вводятся фиксированные логические переменные, которые принимают значения 0 или 1, с помощью которых кодируются интервалы изменения измеряемой величины и выходы в системах регулирования.

При использовании данного способа выявляется неполнота словесного описания алгоритма, но существуют такие недостатки, как: большой объем и нереализуемость большинства входных наборов.

Представление алгоритма в виде графа

Граф представляет собой совокупность вершин, соответствующих внутренним состояниям системы, и дуг, по которым осуществляется переход от одного состояния к другому.

Представление алгоритма в виде таблиц выходов и переходов Строки таблиц выходов и переходов соответствуют входным сигналам, а столбцы -- состояниям. На пересечении столбца а_i и строки х_j в таблице переходов ставится состояние, в которое перейдет система из состояния а_i под воздействием сигнала х_j, а в таблице выходов - соответствующий этому переходу выходной сигнал.

Графический способ представления алгоритмов в виде блок-схемы

Блок-схемой называется графическое изображение алгоритма процесса, в котором каждому оператору в соответствие ставится геометрическая фигура символа. Внутри фигур дается формульное или словесное описание содержания соответствующих действий.

Преимуществами метода являются его наглядность и простота, поэтому он имеет наибольшее распространение.



3. Алгоритм контроля

3.1 Адресный опрос датчиков

При адресном опросе производится контроль значений параметров (выходных сигналов датчиков), адреса (номера) которых задаются оператором с пульта управления системой или автоматически (программно) в соответствии с каким-либо технологическими и другими условиями.

Опрос датчиков проводится с заданным периодом опроса каждого датчика. Если надо опросить несколько датчиков, то они опрашиваются в соответствии с заданными приоритетами (максимальный приоритет соответствует минимальному значению).

3.2 Фильтрация двух сигналов фильтром среднего арифметического

Для фильтра среднего арифметического математическая модель представлена формулой:

Y(i)= ?y(i), если i?B-1, где В-объем выборки

i=j=B+1

z(i), иначе

Выборка может быть скачущей или скользящей. При скачущей выборке следующее значение i_k+1 вычисляется по формуле (1), а при скользящей - по формуле (2):

I_k+1=i_k+B+1 (1)

I_k+1=i_k+1 (2)

К достоинствам данного фильтра можно отнести относительную простоту его реализации и наибольшее подавление шумов (низкочастотных в том числе).

Его недостатком является способность пропускать импульсную составляющую.

Представление алгоритма фильтрации методом среднего арифметического (блок-схема):

3.3 Описание алгоритма на языке логических схем

В случае сложных словесных описаний, которые содержат к тому же подписания алгоритмов и сложные логические связи, автоматное представление оказывается неэффективным. В данном случае проблему может решить язык логических схем (ЯЛС).

ЯЛС предусматривает строковую запись алгоритма в виде последовательных функций операторов А_i и логических операторов ветвления P_j. Оператор выполняется слева направо. Смысловое содержание операторов приводится в строчной записи алгоритма. Передача управления от оператора к оператору указывается с помощью стрелок. Если P_j истинно, то стрелка должна быть снизу, в противном случае стрелку рисуют выше строки операторов. При большом количестве передач приведенная формула является громоздкой и трудночитаемой. Явным плюсом является компактность, также важно, что существует возможность описание сложных алгоритмов с под алгоритмами и сложными логическими связями.

Операции выполняются слева на право. Смысловое содержание операторов приводится в следующем описании:

Фильтрация двух сигналов фильтром среднего арифметического (совместить с опросом ЯЛС):

Р1 - контроль работы датчиков (да/нет)

А2 - ввод исходных данных (Тц, n = 2, n1, N1, г - весовой коэффициент, В)

А3 - Блок начальных засылок

А4 - Запуск таймера, фиксация t_К

А5 - Опрос датчиков (Тсн, Рсн)

А6 - Накопление выборки

Р7 - Выборка накоплена? (да/нет)

А8 - блок фильтрации

А9 - Сдвиг выборки

А10 - Выдача оператору

А11 - Обращение к таймеру

P12 - ?t<t_k (да/нет)

Р13 - Расчет окончен? (да/нет)

S - Выход.

нет нет нет

Р1 А2 А3 А4 А5 А6 Р7 А8 А9 А10 А11 Р12 Р13 S

нет

3.4 Допусковый контроль значений

?1=T_min-е

?2=T_max+е

?3= T_max+2е

?4= T_min+2е

3.5 Проверка на наличие выбросов. Критерий Смирнова-Граббса

Статистика для критерия Смирнова-Граббса формируется при одновременной проверки на выброс максимального (y(n)) и минимального (у(1)) значение выборки.

Применяется для выбросов.

S=vD=v²

Решающее правило: Если T1 ? T_КР, то y(n) - выброс;

T2 ? T_КР, то y(1) - считается выбросом.

Выборка считается однородной, когда T1 и T2 < T_КР.

Достоинства: Простота вычисленных операций.

Недостатки: Обладает маскирующим эффектом.

Представление алгоритма в виде блок-схемы:

3.6 Проверка на наличие дрейфа. Критерий Аббе

Он призван выявлять в выборке такой вид помех, как монотонный дрейф.

Вычисление статистики Аббе проводится по формуле:

где - среднее арифметическое выборки.

Решающее правило:

Если н > н_КР при заданном уровне значимости б и объема выборки М, то выборка считается однородной, применяется гипотеза Н₀, иначе Н₁ - обнаружен дрейф.

Представление алгоритма в виде блок-схемы:



4. Алгоритм логических выводов

Каждый результат проверки имеет диагностическое сообщение и аварийную сигнализацию.

Введем 4 эффективных, логических переменных х1 … х4, с помощью которых закодируем диагностику неисправностей.

Х1=0-значения не превышены

Х1=1-превышен верхний предел

Х2=0-значения не превышены

Х2=1-превышен нижний предел

Х3=0-отсутсвуют выбросы

Х3=1-имеются выбросы

Х4=0-дрейф отсутствует

Х4=1-обнаружен дрейф

Введем 4 переменные, которые характеризуют систему управления:

У1=0-все нормально

У1=1-ДС1+сигнализация

У2=0-все нормально

У2=1-ДС2+сигнализация

У3=0-все нормально

У3=1-ДС3+фильтр медианы

У4=0-все нормально

У4=1-ДС4+корректор дрейфа

Описание алгоритма на основе автоматных таблиц.

Пи записи алгоритма на основе автоматных таблиц вводится фиксированные логические переменные, которые принимают значения 0 или 1, с помощью которых кодируются интервалы изменения измеряемой величины и выходы системы регулирования.

Данный алгоритм имеет преимущество перед словесным описанием. Но есть такие недостатки, как большой объем и то, что большинство входных наборов не реализуемо.

Составим автоматную таблицу.

Автоматная таблица

Х4	Х3	Х2	Х1
0	0	0	0
0	0	0	1
0	0	1	0
0	1	0	0
1	0	0	0
У1	У2	У3	У4
0	0	0	0
1	0	0	0
0	1	0	0
0	0	1	0
0	0	0	1

При заполнении автоматной таблицы выполняется неполнота словесного описания.

Определим выходной набор, составив автоматный граф.

Z0-все нормально Z1-ДС1

Z2-ДС2

Z3-ДС3+фильтр медианы? Z4-ДС4+корректор дрейфа

Автоматный граф

Составим таблицу переходов.

Таблица переходов

Состояние	входы
	0000	0001	0010	0100	1000
Z0	Z0	Z1	Z2	Z3	Z4
Z1	Z0	Z1	Z2	Z3	Z4
Z2	Z0	Z1	Z2	Z3	Z4
Z3	Z0	Z1	Z2	Z3	Z4
Z4	Z0	Z1	Z2	Z3	Z4

Составим соответствующую таблицу выходов.

Таблица выходов

Состояние	выходы
	0000	0001	0010	0100	1000
Z0	0000	1000	0100	0010	0001
Z1	0000	1000	0100	0010	0001
Z2	0000	1000	0100	0010	0001
Z3	0000	1000	0100	0010	0001
Z4	0000	1000	0100	0010	0001

Таблица переходов является удобной формой представлений функции переходов, а соответствующая ей таблица выходов отражает свойства функции выходов.

При заполнении автоматной таблици выявляется следующий недостаток - это их большой объем.

Секвенциальное представление

Секвенциальное описание учитывает причинно-следственную связь, которая порождает секвенциальный набор.

б+ в

Знак секвенции означает , что если левая часть истина, то и правая часть истина. Главное преимущество этого метода состоит в том, что он лишен недостатков автоматных таблиц.

Составим секвенциальное представление для таблицы переходов:

Для таблицы выходов:



5. Представление всего алгоритма

Матричные схемы алгоритма

Они представляют собой матрицу размером NxN, где N-число операторов в алгоритме. Элемент матрицы б_ij=1, если после i-го оператора выполняется j-ый оператор, в противном случае б_ij=0.

В каждой строке функционального оператора имеется только одна единица, в строке логических операторов ветвления содержится две единицы (жирная-переход по 1, тонкая-переход по 0). Недостатком является разреженность матрицы, т. е. большое количество разреженных элементов. Являются модификацией ЯЛС.

Представление всего алгоритма на языке логических схем:

Р1 - контроль работы датчиков (да/нет)

А2 - ввод исходных данных (Тц, n = 2, n1, N, г - весовой коэффициент, В)

А3 - Блок начальных засылок

А4 - Запуск таймера, фиксация t_К

А5 - Опрос датчиков (Тсн, Рсн)

А6 - Накопление выборки

Р7 - Выборка накоплена? (да/нет)

А8- допусковый контроль

Р9- нормы нарушены (да/нет)

А10 - выдача информации оператору

А11 - Сдвиг выборки

А12 - алгоритм обнаружения выбросов

Р13 - выбросы обнаружены (да/нет)

А14 - алгоритм обнаружения дрейфа

Р15 - дрейф обнаружен (да/нет)

А16 - формирование строки состояния

Р17 - строка нулевая (да/нет)

А18 - блок логики

А19 - фильтр медианы

А20 - корректор дрейфа

А21 - обращение к таймеру (?t= t_н- t_k)

P22 - ?t>Т_ц (да/нет)

Р23 - Расчет окончен? (да/нет)

S - Выход.

Р1 А2 А3 А4 А5 А6 Р7 А8 Р9 А10 А11 А12 Р13 А14 Р15 А16 Р17 А18 А19 А20 А21 Р22 Р23 S

нет Представление всего алгоритма методом МСА

Р1

А2

А3

А4

А5

А6

Р7

А8

Р9

А10

А11

А12

Р13

А14

Р15

А16

Р17

А18

А19

А20

А21

Р22

S

Р1

1

1

А2

1

А3

1

А4

1

А5

1

А6

1

Р7

1

1

А8

1

Р9

1

А10

1

А11

1

А12

1

1

Р13

1

А14

1

Р15

1

А16

Р17

1

А18

1

А19

А20

А21

Р22

1

P23

1

S

A2

A3

A4

A5

A6

A8

A10

A11

A12

A14

A16

A18

A19

A20

A21

S

A2

1

A3

1

A4

1

A5

1

A6

P7

A8

P9

A10

1

A11

1

A12

P13

A14

P15

A16

P17

A18

1

A19

1

A20

1

A21

1

S



6. История и особенности языка программирования Паскаль (Pascal)

Среди множества языком программирования выделяются десятки языков, нашедших широкое применение и распространение в те или иные отрезки компьютерной истории. В эту группу широко распространенных языков входит язык программирования Pascal.

Принято считать, что он хорош для обучения программированию. И действительно. Язык Паскаль был создан в конце 60-х годов Н. Виртом как специальный язык для обучения студентов. Однако вскоре из-за реализации в нем прогрессивных идей того времени получил распространение среди программистов. Было время, когда Паскаль широко использовался для написания прикладных программ и даже как язык системного программирования. Программное обеспечение многих мини- и микрокомпьютеров было написано на Pascal.

При рождении языка программирования на свет должны появиться как его описание, так и транслятор с него в машинный код. После 70-го года язык Pascal развивался и совершенствовался, включал в себя новые возможности. Производились новые трансляторы и среды разработки для Pascal. алгоритм адресный датчик смирнов

Трансляторы с этого языка имелись на наиболее распространенных типах ЭВМ во всем мире. Наличие специальных методик создания трансляторов с Паскаля упростило их разработку и способствовало широкому распространению языка. Трансляторы могли оптимизировать код, и это позволяло создавать эффективные программы. Это как раз и послужило одной из причин использования Паскаля в качестве языка системного программирования.

В 80-х годах компьютерная наука начала входить в массы, появился предмет "Информатика". Поскольку в это время Pascal был особо модным и зарекомендовал себя как учебный языка, то он нашел широкое распространение в школах и вузах. В итоге было написано огромное количество учебных пособий по этому языку.

Среди других достоинств языка программирование Pascal можно отметить следующее:

Простота языка позволяет быстро его освоить и создавать алгоритмически сложные программы.

Развитые средства представления структур данных обеспечивают удобство работы как с числовой, так с символьной и битовой информацией.

В языке Паскаль реализованы идеи структурного программирования, что делает программу наглядной и дает хорошие возможности для разработки и отладки.

Чтобы быть более простым, Pascal имеет некоторые ограничения. Так, Паскаль хорошо "учит" понимать, как хранятся данные в памяти компьютера, но имеет ряд ограничений при работе с ними (чего лишены большинство "настоящих" языков).

Тем не менее, достоинства языка заставляли многие коммерческие и некоммерческие организации разрабатывать системы программирования на основе языка Паскаль.

Из числа последних выделяется фирма Borland, Turbo Pascal (затем Borland Pascal) которой был значительно расширен, были устранены многие недостатки языка, добавлены новые возможности. Язык стал богаче, но одновременно, потерял переносимость и общность.

Важным шагом в развитии языка, является появление свободного языка Паскаль GNU Pascal, который не только вобрал в себя черты других Паскалей, не только позволил наконец полностью отказаться от "грязных" приемов программирования, особенно присущих, скажем, Turbo Pascal, но и обеспечил черезвычайно широкую портабельность написанных на нем программ (более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами).

В настоящий момент пользуются популярностью такие версии языка как TMT Pascal, Free Pascal и GNU Pascal. Продолжает использоваться и Borland Pascal. Развитием языка Borland Pascal является Object Pascal -- версия языка Паскаль расширенная средствами объектно-ориентированного программирования. Последние версии Borland Pascal лежат в основе среды программирования Delphi.

В России разработан язык программирования Глагол, который имеет близкую к Паскалю идеологию, но в отличие от него изначально спроектирован на использование только русских служебных слов.



Заключение

В данной курсовой работе был разработан алгоритм контроля и управления для печи обжига клинкера мокрым способом производства цемента. Для более удобной работы алгоритм разбит на части. Рассмотрены были такие алгоритмы, как адресный опрос датчиков и алгоритм логических выводов.



Список использованных источников

1. Лекции по курсу "ПиОА"

2. Автоматизация производственных процессов в промышленности строительных материалов, Кочетов В.С., Кубанцев В. И., Ленинград, 2014 г.

3. Турбо Паскаль, Лукин С. Н., Москва, 2010г.

Размещено на Allbest.ru

...