Использование методов лингвистического прогнозирования в автоматизации технологического процесса ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование методов лингвистического прогнозирования в автоматизации технологического процесса ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости

Константинов И.С.,

аспирант Фролов А.И.

Проблемы автоматизированного управления процессами ректификации активно разрабатывались как в нашей стране, так и за рубежом, однако решение многих задач в этой области, в частности для процесса ректификации КССЖ в производстве спирта, по-прежнему остается актуальным. Это связано с необходимостью создания эффективных и одновременно достаточно простых и надежных систем управления, которые устойчиво работали бы в условиях реального спиртового производства и своевременно сообщали оператору о необходимости внесения изменений в процесс ректификации КССЖ.

Традиционный подход предполагает разработку математической модели процессов тепло- и массообмена, протекающих в ректификационных колоннах, и создание на их основе АСУ ТП, которая потребует использования сложного и дорогостоящего оборудования для контроля концентраций продуктов ректификации в жидкой и газовой фазе.

В случае производств, не обладающих значительными денежными средствами и испытывающими затруднения с высоко квалифицированным персоналом, применение сложных походов к их автоматизации не оправдано. Кроме этого, анализ существующих производств показывает, что каждая установка ректификации КССЖ (УР КССЖ) обладает уникальными специфическими особенностями, присущими только конкретному предприятию.

Проведенные исследования показали, что хороших производственных результатов, возможно добиться не только за счет автоматизированных систем управления высокой сложности, но и за счет более простых, но более стабильных и высоконадежных иерархических систем управления с локальными контурами регулирования, с применением внешней, вынесенной за непосредственный контур управления, системы лингвистического прогнозирования, использующей методы лингвистического прогнозирования и работающей в режиме советчика /2/. Для разработки лингвистической составляющей автоматизированной системы управления (ЛС АСУ) технологическим процессом ректификации КССЖ, необходимо дать точное описание различного рода ситуациям, которые могут возникнуть в процессе ректификации КССЖ, классифицировать их по приоритетности регулирования и "опасности" возможных последствий.

Лингвистическая составляющая (ЛС) должна работать параллельно с контуром управления автоматизированной системы. Основной режим работы данной ЛС это режим "слежение", когда ЛС находится в памяти ЭВМ и отслеживает показания, снимаемые с датчиков. Показания, снимаемые с датчиков, заносятся в отдельную базу данных, предназначенную для их хранения и ведения журнала учета. Как только значения показаний с какого-то датчика выйдут за диапазон технологически допустимых, ЛС перехватывает управления и выводит совет по регулированию на экран. На предварительном этапе, как показал существующий отечественный и зарубежный опыт в области автоматизации разработка, внедрение и эффективное использование программных комплексов, использующихся в автоматизации различных процессов реализуемых на базе современных ЭВМ, требуют комплексного решения широкого спектра проблем: организационных, технических, математических, программных, лингвистических, информационных и других. Решение этих проблем базируется на соответствующих видах обеспечения.

Под проблемой синтеза структуры лингвистической составляющей понимаются: автоматизированный управление информационный

определение состава и взаимосвязей элементов системы;

выбор принципов организации взаимодействия элементов;

информационное обеспечение работы элементов системы.

Предположительно ЛС АСУ процессом ректификации КССЖ должна в себя включать в себя следующие виды обеспечения /посмотреть у Пивоварова/

математическое - численные методы, методы расчета колонн;

программное - документы с текстами программ, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;

лингвистическое - языки и формализованные правила описания событий;

информационное - документы, содержащие описания стандартных процедур по эксплуатации данного программного продукта, типовых проектных решений, типовых элементов, конструкций, нагрузок, материалов и другие данные, а также файлы и банки данных на машинных носителях с записью указанных документов;

методическое - документы, в которых отражены состав, правила проведения экспериментов, эксплуатации средств аппаратного обеспечения.

В первую очередь, для того, чтобы определить состав и взаимосвязь элементов системы, а также определить принципы организации взаимодействия элементов ЛС САУ ТП ректификации КССЖ, необходимо ввести понятие "цикл регулирования". В нашем случае под циклом регулирования понимается отведенное лингвистической составляющей время для проведения поиска "решения" и вывода "совета" на экран оператора. Для различных состояний системы "цикл регулирования" может быть разным 15 и 60 секунд реального времени. Исходя из этих соображений, была разработана следующая схема функционирования, которая приведена на рисунке 1 в виде графа состояний. ЛС является неотъемлемой частью АСУ ТП ректификации КССЖ, поэтому не должна "мешать работе" основным программным частям АСУ и работать в комплексе с этими программными модулями.

Рассмотрим на конкретном примере основные принципы функционирования лингвистической составляющей.

После поступления данных с датчиков, они заносятся внешней SCADA системой в базу данных, в которой в последствии и хранятся. ЛС считывает из базы данных внешней SCADA системы показания с датчиков и передает их в блок слежения, на графе это состояние обозначено как x1. Этот блок проверяет полученные данные, и если показания хотя бы одного из датчиков отклонились от технологически допустимых, этот блок передает управление другим блокам, делая выбор в зависимости от количества датчиков, показания которых отклонились от нормы.

Если x = 0 (это означает, что количество датчиков, показания которых вышли за пределы технологически допустимых, равно нулю) то система переходит в состояние x2. Находясь в этом состоянии - режим "постоянного слежения", система выставляет время на "цикл регулирования" в значение 60 секунд. Во всех остальных состояниях на "цикл регулирования" отводится 15 секунд.

Исключением здесь является состояние х 6. В этом состоянии система выводит "совет" на монитор оператору. Исключительность этого состояния заключается в том, что в зависимости от того, из какого состояния мы перешли в состояние x6, время, отведенное на "цикл регулирования", может быть как 15, так и 60 секунд. Поэтому одним из требований к работе пользовательского интерфейса, является максимальное быстродействие, чтобы как можно меньше занимать времени отведенного на весь "цикл регулирования".

Рассмотрим случай, когда значение x = 1, т.е. показания одного из датчиков вышли за пределы технологически допустимых. В этом случае, система находясь в состоянии х 1 переключается в режим "постоянного слежения" - в этом режиме на "цикл регулирования" отводится 15 секунд, и переходит в состояние x3. Находясь в этом состоянии, система найдет решение и передаст его в состояние x6, после чего это решение в виде "совета" выведется на экран оператору, после чего система опять переключится в состояние x1, для того чтобы считать данные из базы дынных SCADA системы, чтобы повторить "цикл регулирования". Если технологический процесс, после того как оператор внес изменения согласно "совету", пришел в норму, в этом случае х примет значение равное 0, и повторится ситуация описанная выше.

Необходимо также рассмотреть состояния системы, которые на графе обозначены как x4 и x5. В состояние x5 система может попасть только через состояния x4, но при этом система, находясь в состоянии x5 должна иметь возможность напрямую, минуя состояние x1, обращаться к базе данных внешней SCADA системы. Эта взаимосвязь показана на графе пунктирной линией между состояниями системы x1 и x5. Эта взаимообратная связь обусловлена двунаправленностью запроса. Сначала система запрашивает из базы данных показания определенных датчиков с указанием глубины ретроспекции, т.е. на сколько отсчетов назад нас интересуют показания этих датчиков, после чего она получает необходимые данные.

В случае, когда количество датчиков (х), показания которых отклонились от технологически допустимых, равно или больше 2, т.е. лежит в диапазоне [2..n] (n - количество датчиков), система переходит в состояние x4. Этому состоянию системы соответствует обращение к базе знаний, в которой система просматривает записи в поисках нужной. Если эта запись присутствует, то система напрямую переходит в состояние x6, чтобы вывести "совет". В том случае, если необходимый "совет" в базе знаний отсутствует, т.е. не был ранее туда занесен, то система из состояния x4 перейдет в состояние x5. В этом состоянии система, опираясь на ранее записанные в базу знания "советы", а также, используя предыдущие показания датчиков (это информация берется из базы данных внешней SCADA системы), делает вывод, переходит в состояние x6 и выводит его в виде "совета" на экран оператору. После чего "цикл регулирования" повторяется.

Важно отметить тот факт, что до тех пор, пока x не примет значения равное 0, ЛС будет работать в режиме "постоянного слежения", т.е. время, отведенное на "цикл регулирования", будет равным 15 секундам реального времени. Проще говоря, пока АСУ ТП ректификации КССЖ не стабилизирует технологический процесс, ЛС каждые 15 секунд будет запрашивать данные и выдавать "советы" оператору. Если же АСУ стабилизировала технологический процесс ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости, и все показания датчиков вернулись в технологически допустимый диапазон, т.е. х стало равным нулю, система перейдет в состояние x2 и начнет работать в режиме "стандартного слежения" - время, отводимое на "цикл регулирования", будет равным 60 секундам реального времени.

В данной структуре необходимо обратить внимание на наличие двух режимов работы, каждый из которых меняет время работы ЛС. Эти временные режимы были введены с целью соответствия данной системы требованиям, которые к ней предъявляются. Основное требование, как уже упоминалось выше, это необходимость работы ЛС в комплексе со SCADA системой ФСУ ТП ректификации КССЖ. Периодические запросы к базе данных SCADA системы не в коем случае не должны "негативно влиять" на работы всей системы в целом.

Наличие базы данных, как уже ранее упоминалось, необходимо в первую очередь для ведения журнала учета показаний, а также для хранения этих показаний. Данные необходимо хранить для того, чтобы ЛС могла сделать правильный вывод. В большинстве случаев для того, чтобы дать правильный "совет", ЛС потребуются предыдущие значения показаний датчиков.

Рассмотренная структура лингвистической составляющей автоматизированной системой управления технологическим процессом ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости отвечает требованиям, предъявляемым к ней, а также является достаточно гибкой в процессе функционирования, за счет введения двух временных режимов. Таким образом, изучение и решение вопросов автоматизации процесса ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости с использованием методов лингвистического прогнозирования и разработка лингвистической составляющей (ЛС) автоматизированной системой управления (АСУ) процессом ректификации КССЖ, являются актуальными.

Литература

1 Касьянов Ю.В. Автоматизация и управление технологическим процессом ректификации КССЖ в производстве спирта. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.

2 Константинов И.С. Лингвистический подход в ситуационном управлении технологическими процессами. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук.

3 Пивоваров С.А. Автоматизация функционального проектирования бетонных и железобетонных строительных конструкций.

Размещено на Allbest.ru