Содержание к диссертации
Введение
1. Основные задачи и особенности проектирования дшлоговых АСУ ТП 13
I.I. Задачи исследования и обоснование целесообразности разработки диалоговых АСУ ТП 13
1.1.1. Постановка задачи исследования 13
1.1.2. Анализ источников неопределенности и обоснование целесообразности применения диалога в АСУ ТП 14
1.2. Аналитический обзор, исследование вопросов и разработка алгоритмов векторной оптимизации в задачах АСУ ТП 18
1.2.I. Особенности задач векторной оптимизации в АСУ ТП 18
1*2.2. Методы решения многокритериальных задач в АСУ ТП 25
1.3. Особенности проектирования диалоговых АСУ ТП 34
1.3.1. Понятия и формы диалога в АСУ ТП 34
1.3.2. Особенности взаимодействия ЛПР-ЭВМ в диалоговых АСУ ТП 36
1.3.3. Особенности функциональной структуры диалоговых АСУ ТП 41
1.3.4. Особенности условий разработки и внедрения
диалоговых АСУ ТП 45
1.4. Выводы. 51
2. Исследование процесса приготовления смесей и разработка алгоритмов управления им 53
2.1. Модель процесса приготовления смесей 53
2.2. Анализ задачи управления качеством полуфабрикатной продкции 59
2.3. Особенности процесса смесеприготовления в цементном производстве и обоснование целесообразности применения диалоговых систем для его автоматизации 63
2.4. Разработка алгоритмов управления процессом 77
2.5. Выводы. 82
3. Применение диалога в задачах АСУ ТП и создание диалоговой АСУ ТП смесеприготовления 94
3.1. Программа-комплекс диалогового управления по вектору критериев для дискретно-непрерывных производств 94
3.2. Диалоговая АСУ ТП смесеприготовления в цементном производстве 98
3.2.1. Функции, функциональная структура и основные алгоритмы решения функциональных задач 101
3.2.2. Информационное и программное обеспечение 123
3.2.3. Особенности организационного обеспечения 132
3.3. Выводы. 137
4. Исследование эффективности функционирования диалоговой асу тп приготовления сырьевых смесей на кантском комбинате 138
4.1. Анализ качества разработки системы 138
4.2. Социальные факторы, обеспечившие эффективность АСУ ТП 139
4 3. Производственно-технологические показатели и источники экономической эффективности АСУ ТП 141
4.4. Анализ неиспользуемых возможностей системы и пути повышения ее эффективности 160
4.5. Рекомендации по разработке диалоговых АСУ ТП 163
4.6. Выводы 166
Заключение 168
Список использованных источников
- Анализ источников неопределенности и обоснование целесообразности применения диалога в АСУ ТП
- Анализ задачи управления качеством полуфабрикатной продкции
- Диалоговая АСУ ТП смесеприготовления в цементном производстве
- Производственно-технологические показатели и источники экономической эффективности АСУ ТП
Введение к работе
Внедрение в народное хозяйство научно-технических достижений служит одним из важнейших рычагов повышения его эффективности, поэтому необходимо "Всемерно внедрять комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов" /I/. Необходимость сокращения сроков внедрения науки и техники в производство подчеркнута в решениях Пленумов ЦК КПСС, Постановлении ЦК КПСС и СМ СССР "О мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве, в других директивных документах.
Развитие средств вычислительной техники (ВТ), в том числе, терминальных устройств обмена оперативной информацией между ЭВМ и человеком предоставляет проектировщикам систем управления новые возможности, делая перспективным направлением научно-технических разработок создание автоматизированных систем управления (АСУ).
Существенный вклад в решение вопросов создания и практического использования АСУ, базирующееся на достижениях теории автоматического управления, разработке и применении ВТ для целей управления, внесен советскими учеными Бурковым В.Н., Глушковым В.М., Жи-воглядовым В.П., Кафаровым В.В., Красовским А.А., Наумовым Б.Н., Немура А.А., Первозванским А.А., Петровым Б.Н., Прангишвили И.В., Райбманом Н.С., Трапезниковым В.А., Улановым Г.М., Фельдбаумом А.А., Цыпкиным Я.З., Ядыкиным И.Б. и другими.
Важным классом АСУ являются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), вопросы разработки которых освещены в работах Гельфанда Я.Е., Живоглядова В.П., Иванова В.А., Ицковича Э.Л., Мясникова В.А., Салыги В.И. и других авторов.
хФридрих Энгельс, диалектика природы. - Маркс К., Энгельс Ф., соч. 2-е изд. т. 20, с. 500.
Эффективным режимом взаимодействия человека с ЭВМ в автоматизированных системах является диалоговый. Имеется ряд исследований, посвященных диалоговым системам (ДС) оптимизации и принятия решений, планирования, проектирования, программирования и т.д. Вопросам разработки ДС для управления технологическими процессами внимания уделяется гораздо меньше /56, 57, 59-63, 100, 147/. В то же время существует не только возможность, но и необходимость использования диалоговых процедур для повышения качества управления рядом технологических процессов /146/. Работы по созданию диалоговых АСУ ТП интенсивно ведутся в Институте автоматики АН Киргизской ССР.
Одной из важнейших для народного хозяйства является задача управления качеством продукции. Во многих производственных процессах ее частью является задача управления составом, как правило, формирующаяся в виде задачи оптимизации по вектору показателей. Теоретические аспекты проблем векторной и многокритериальной оптимизации и смежных с ними вопросов выбора и принятия решений освещены в работах Дж. фон Неймана, О.Моргенштерна, Р.Л.Кини, Г.Райфа, Б.Руа, П.Фишберна, М.А.Айзермана, Б.А.Березовского, В.Ф.Бирюкова, В.И.Борзенко, Э.И.Вилкаса, Т.М.Виноградской, М.Г.Кафта, С.В.Емельянова, Л.М.Кемпнера, О.И.Ларичева, И.М.Макарова, Б.Г.Миркина, Н.Н. Моисеева, В.В.Подиновского, Л.А.Растригина, М.Е.Салуквадзе, В.В. Солодовникова и других.
Успехи, достигнутые в области разработки и применения ДС, позволяют сделать вывод об эффективности использования диалога и для управления сложными технологическими процессами.
Алгоритмическое обеспечение таких систем должно обладать рядом характерных черт /21, 57, 59, 61/. Удобным аппаратом для решения ряда задач АСУ ТП является непараметрическое взвешивание управлений по результатам расчетов на имитационной модели процесса. Теоретические аспекты применимости оценок, предложенных в /73, 98,
144/ для задач АСУ ТП рассмотрены в работах В.П.Живоглядова, А.В. Медведева, Е.П.Кебца. Однако, некоторые особенности взаимодействия ЛИР - ЭВМ в диалоговых АСУ ТП требуют модификации предложенных алгоритмов для повышения эффективности функционирования этих систем.
Производство строительных материалов, в частности, цемента, в настоящее время является одной из основных отраслей народного хозяйства /13, 80, 81/. Важной задачей повышения качества цемента и эффективности цементного производства является оптимизация состава сырьевых смесей, поэтому традиционно, автоматизация цементного предприятия начинается с разработки систем, решающих задачу смесе-приготовления /71, 96, 103, 127, 133, 142, 145/.
Вопросы автоматизации процессов смесеприготовления в цементном производстве освещены в работах /4, 26, 27, 69, 105, 131, 146/ и других.
В ряде работ, посвященных решению этой задачи /33,34, 45, 76/, рассматриваются постановки, основанные либо на использовании достаточного для аналитического решения числа корректирующих компонентов, либо на принятии ряда допущений, не позволяющих в полной мере воспользоваться предлагаемыми методами в условиях существенного разброса характеристик исходных компонентов и в сложных технологических ситуациях.
В настоящее время функционирует ряд автоматизированных систем, обслуживающих процесс приготовления сырьевых смесей; на втором технологическом комплексе ПО "Акмянцементас", на Жигулевском КСМ, Ульяновском, Себряковском, Чимкентском заводах, Кантском цементно-ши-ферном комбинате (КЦШК) и других предприятиях /6, 26, 47, 96/.
На ПО "Акмянцементас" пост управления оснащен средствами контроля количеств шламов, рентгеновскими анализаторами, автоматическими устройствами пробоподготовки, УВМ М-6000. В процессе функционирования системы химик-аналитик выполняет анализы и обеспечивает
b систему данными для управления химическим составом шлама /133/,
На Чимкентском заводе функции химического анализа и расчетов управлений также организационно разделены /66/.
Известно /92/ разработанное НПО "Промавтоматика" (г.Грозный) микропроцессорное устройство ТОПАС-С 0.5, решающее, в частности, задачу выбора оптимального сочетания бассейнов в целях получения смеси заданного состава или для корректировки имеющегося (в горизонтальном бассейне) шлама.
Однако, при анализе отрасли, отмечено /3/, что не все из 13 существующих АСУ ТП смесеприготовления эксплуатируются достаточно эффективно.
Цель исследований диссертационной работы заключалась в разработке элементов теории и алгоритмов диалоговых АСУ ТП (ДАСУ ТП) и их использовании при создании программы-комплекса диалогового управления по вектору критериев для дискретно-непрерввных производств (общепромышленного применения) и ДАСУ ТП смесеприготовления для цементного производства.
Основными задачами работы явились:
Анализ и разработка теоретических и прикладных аспектов построения ДАСУ ТП;
Системное исследование процесса приготовления смесей в качестве объекта управления, его особенностей при производстве цемента, обоснование целесообразности и уровня его автоматизации и перспективности использования для управления процессом диалоговых процедур ;
Анализ особенностей задачи управления качеством полуфабриката и исследование характерных черт постановки задачи управления по набору показателей в АСУ ТП ;
Разработка поисковых процедур на базе метода непараметрического взвешивания, обладающих в условиях ДАСУ ТП повышенными эксплу-
атационными характеристиками и алгоритмов векторной оптимизации, допускающих ограниченную глубину транзитивности оценок технолога-оператора в бинарных порядковых шкалах ;
Разработка функциональной структуры, общего алгоритма функционирования, алгоритмов решения частных задач, диалогового интерфейса программы-комплекса диалогового управления по вектору критериев для дискретно-непрерывных производств (общепромышленного применения) и ее внедрение ;
Разработка функциональной структуры, общего алгоритма функционирования, алгоритмов решения частных задач, адаптивного диалогового интерфейса, информационного, организационного и программного обеспечения ДАСУ ТП смесеприготовления для цементного производства, ее внедрение, комплексный анализ эффективности функционирования и разработка по его результатам рекомендаций по созданию ДАСУ ТП.
В работе впервые:
на основании анализа условий проектирования, внедрения и промышленной эксплуатации нового класса систем управления - диалоговых АСУ ТП, разработан рад методических аспектов, рекомендаций по их созданию и алгоритмов, обладающих в условиях диалогового режима улучшенными эксплуатационными характеристиками ;
разработана и внедрена программа-комплекс общепромышленного применения для диалогового управления по вектору критериев технологическими процессами дискретного, дискретно-непрерывного или циклического характера, функционирующая в режимах корректировки и настройки, расчета оптимальных управлений, автоматизированного синтеза и анализа алгоритмов управления при решении задач САПР АСУ ТП ;
осуществлены разработка, внедрение и комплексный системный анализ эффективности функционирования в условиях промышленной эксплуатации ДАСУ ТП смесеприготовления для производства цемента»
Для решения комплекса задач, связанных с теоретической и практической сторонами разрабатываемой темы применены методы и результаты теории автоматического управления, оптимизации, принятия решений, математической статистики. Исследование процесса формирования качества продукции цементного производства проведено на базе системного подхода. Синтез алгоритмов оптимизации осуществлен с использованием методов множителей Лагранжа, аналитического конструирования регуляторов и непараметрического взвешивания. Разработка специального программного обеспечения конкретной АСУ ТП проввдена, в основном, с использованием методов и принципов структурного программирования (HIP0 - технологии) /129/. Основной принцип организации программного и алгоритмического обеспечения - модульность.
Оценка эффективности отдельных алгоритмов, программы-комплекса и системы в целом осуществлялась на стадии разработки методами цифрового моделирования, а после внедрения - методом комплексного системного анализа.
Разработка и внедрение программы-комплекса диалогового управления по вектору критериев для дискретно-непрерывных производств общепромышленного применения проводились в соответствии с заданием 03.02 целевой комплексной программы ОЦ. 026, утвержденной ГКНТ, Госпланом СССР и АН СССР.
Разработка диалоговой АСУ ТП смесеприготовления осуществлялась в соответствии с Народно-хозяйственным планом по внедрению новой техники по Министерству промышленности строительных материалов СССР по теме 0.80.05.09.04.
Внедрение ДАСУ ТП смесеприготовления на Кантском цементно-пш-ферном комбинате проведено на основании совместного приказа МПСМ СССР и Минприбора СССР от 14 февраля 1977 г., » 108/46.
диссертация состоит из введения, 4 разделов (глав), заключения, списка использованных источников (147 наименований) и шести
приложений. Объем основного текста диссертации Щц страницы,
В первом разделе сформулированы постановка, задачи исследования, основные задачи ДАСУ ТП, функционирующих в условиях неопределенности, освещены вопросы их проектирования и особенности этого класса систем управления. Рассмотрены особенности решения задач векторной оптимизации в АСУ ТП и предложены алгоритмы их решения, предполагающие различные степени формализации предпочтений ЛПР. Исследованы особенности взаимодействия ЛПР - ЭВМ в диалоговых АСУ ТП, особенности функциональной структуры, условий разработки, внедрения и эксплуатации этих систем.
Во втором разделе в качестве объекта управления рассмотрен процесс смесеприготовления, обоснована целесообразность разработки диалоговой АСУ ТП для автоматизации этого процесса в цементном производстве, разработаны общий алгоритм функционирования и алгоритмы решения задач управления процессом. Синтезирован и исследован алгоритм непараметрической оптимизации для ДАСУ ТП.
В третьем разделе описано применение диалога в АСУ ТП на примерах программы-комплекса общепромышленного применения и конкретной ДАСУ ТП, созданных на основании результатов работы.
В последнем разделе проведен комплексный анализ функционирования данной ДАСУ ТП, указаны пути повышения ее эффективности, обобщен опыт и даны рекомендации по разработке ДАСУ ТП.
Основные положения и результаты работы опубликованы в 14 печатных трудах и доложены на 8 Всесоюзных и республиканских конференциях и совещаниях, перечень которых содержится в списке литературы. Доклад в соавторстве "Диалоговые АСУ ТП" включен в программу и опубликован в трудах Международной конференции ИФАК/ИФИП по применению ЦВМ для управления технологическими процессами (г. Дюссельдорф, ФРГ, 1980 г.). Все работы, опубликованные в соавторстве, паритетны.
Результаты работы воплощены в программе-комплексе общепромышленного применения, включенной в СОФАЛ Минприбора СССР и в ДАСУ ТП приготовления сырьевых смесей, внедренной на КЦШК с фактическим экономическим эффектом 198,6 тыс. рублей в год.
По результатам работы над данной темой автор награжден 2 медалями ВДНХ СССР.
Работа выполнялась в Институте автоматики АН Киргизской ССР.
Я признателен Долгушеву В.Г., Кебцу ЕЛ., Лихошерстову В.И., Филимоновой С.Г., Ясаковой А.И. и другим за помощь, оказанную при разработке, внедрении и совершенствовании ДАСУ ТП на КЦШК.
Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю - члену корреспонденту АН Киргизской ССР, доктору технических наук, профессору Валерию Петровичу Живоглядову за неоценимую научную и методическую помощь при выполнении работы.
Анализ источников неопределенности и обоснование целесообразности применения диалога в АСУ ТП
Условия функционирования систем принято делить на полную информацию, риск и неопределенность /49, 51-54, 80, 112, 126, 130/. Для многих АСУ ТП характерно наличие неопределенности, обусловленной невозможностью постулирования статистической устойчивости условий их функционирования и, следовательно, не снимаемой традиционными системами, в том числе, адаптивными /55, 61, 72, 91, 146, 147/. Одним из источников неопределенности является многопоказательный характер оценки качества управлений. Вопросы принятия решений по управлению и выбора наилучших альтернатив в условиях неопределенности освещены в /5, 7, 8, 10, 28, 67, 77, 87, 95, III, 124, 135/.
Для успешного решения задач АСУ ТП требуется набор моделей /146/, достаточная формализация которых, даже при ее возможности, требует значительного количества априорной информации, вызывая увеличение трудовых и материальных затрат, необходимых ресурсов ВТ, сроков внедрения систем /22, 56, 60-63/. Снижение необходимого уровня достижимо при создании ДАСУ ТП, использующих неформализуемую информацию и совершенствующихся в процессе эксплуатации /56, 60-62/.
Основными задачами управления технологическими процессами являются: обеспечение процесса выработки управлений актуальной информацией ; выработка и анализ управления ; его реализация. В условиях неопределенности решение этих задач в автоматических режимах затруднено, альтернативным вариантом являются АСУ ТП.
Решение первой задачи АСУ ТП заключается в сборе, анализе и первичной обработке результатов измерений. Эффективность решения этих задач повышается проведением в рамках системы автоматизированных экспериментов (A3) для идентификации измерительных устройств, оценок погрешностей и ошибок измерений, отработки методик их проведения, соответствующих конкретным условиям, накопления информации, статистической обработки результатов и т.д. В ряде случаев решение этих вопросов в автоматическом режиме затруднено или невозможно. При отказе измерительных устройств становится необходимым проведение лабораторных анализов, результаты которых могут вводиться р систему человеком с терминальных устройств. Автоматический предварительный анализ может выявить отклонения измеряемых параметров за установленные границы достоверных значений. Анализ результатов с привлечением ЛПР позволяет исключить и недостоверные значения в пределах этих границ. Так, сведения об источниках поступления сырья позволяют ЛПР неформально сузить рамки возможных значений его характеристик.
Для выработки управляющих воздействий необходимо конкретихиро-вать постановку задачи: выбрать вариант задачи, соответствующий ситуации, адекватные ему режим, способ и алгоритм решения и т.д. Решение этих вопросов входит в компетенцию человека и не может быть достаточно успешно осуществлено автоматически. Целесообразность участия ЛПР в выработке решений по управлению обусловлена рядом причин.
Во-первых, использование ЛПР неформализуемой информации позволяет ему активно участвовать в процессе решения, выбирая наилучшие в конкретной ситуации способы достижения итогового результата.
Во-вторых, возможность переформулировки в ходе решения постановки задачи, цели ее решения приводит к итеративности процесса решения, на каждом промежуточном этапе которого может быть эффективно использована неформализуемая информация ЛПР.
В-третьих, анализ решений должен проводиться не только с целью проверки удовлетворения априорных ограничений (что возможно и в автоматическом режиме), но и для неформализуемой оценки их пригодности в конкретной ситуации. Кроме того, необходимость участия человека в анализе результатов вызывается тем, что результат решения, как правило, оценивается вектором показателей. Ограниченное время, в течении которого осуществляется поиск решения, приводит к тому, что используемые процедуры принимают эвристический характер, перестают отвечать условиям результативности. В этом случае привлечение ЛПР к участию и управлению ходом решения является естественным и допустимым.
Анализ задачи управления качеством полуфабрикатной продкции
Процесс приготовления смесей характерен для многопередельных производств, причем, зачастую, является промежуточным. Требования к продукции промежуточного передела имеют ряд особенностей, отмеченных автором в /16/. Одной из этих особенностей является жела-
тельность прогнозирования значений ряда параметров полуфабриката. Как показано в работе автора /17/ для решения этой задачи перспективной является разработка человеко-машинной диалоговой системы прогнозирования. Обобщенная блок-схема процедуры, подобной /17/, приведена на рис. 2.2.
С использованием результатов прогноза вектор показателей качества полуфабриката можно представить в виде трех блоков: показателей, непосредственно влияющих на качество готовой продукции и не изменяющихся в процессе дальнейшей переработки полуфабриката ; показателей, существенно влияющих на трудно изменяемые параметры переработки (технологию, оснастку, значительные изменения режимов и т.д.) ; показателей, влияющих на легко изменяемые параметры переработки. Б этом случае процесс формирования качества готовой продукции изобразится схемой рис. 2.3, где 0Cd ,Хг,Х$ - перечис л л ленные выше векторы показателей качества полуфабриката ; хг , 0СЛ оценки значений соответствующих векторов.
Таким образом, в задачу управления качеством готовой продукции входят: - выбор трудно изменяемых параметров переработки полуфабриката на оснований долгосрочного прогноза значений вектора 0CZ ; - выбор режима переработки в зависимости от результатов измерений или оперативного прогноза значений показателей 0CS .
Предложенная схема расчленения вектора показателей качества полуфабриката на блоки, существенно отличающиеся по их роли в процессе формирования качества готовой продукции, позволяет представить этот процесс на всех этапах переработки в виде унифицированной схемы, абстрагированной от конкретной технологии. Такое расчленение дает возможность проследить влияние каждого передела на качество готовой продукции, сконцентрировав внимание на управлении теми параметрами продукции данного передела, которые не могут быть скорректированы или компенсированы дальнейшей переработкой. Из этой постановки естественным образом вытекают и возмошше требования к качеству полуфабриката: оптимальность XL с точки зрения готовой продукции ; стабильность значений компонентов вектора Х& , так как изменение соответствующих параметров переработки в процессе функционирования технологической линии затруднено или даже невозможно ; оптимальность Х3 для режима переработки ; наличие и измеримость показателей для прогноза ; достоверность оценок и результатов прогнозирования значений компонентов векторов Хг и Х3 .
В соответствии с этими требованиями задача управления качеством полуфабриката многопередельного производства может формулироваться следующим образом: необходимо управлять технологией, режимом переработки и значениями показателей, непосредственно проявляющихся в качестве готовой продукции, таким образом, чтобы, стабилизировав значения показателей, включенных в Хг , оптимизировать значения показателей Х3 с точки зрения режима дальнейшей переработки, а значения показателей Х - с точки зрения соответствующих показателей качества готовой продукции.
Задача управления качеством смеси является одной из основных задач оперативного управления производством на цементном предприятии /69, 71, 127/.
В цементном производстве существует два способа приготовления сырьевых смесей: "сухой", при котором принципиально переработка исходных компонентов ведется в отвутствие воды, и "мокрый", при котором помол сырьевых компонентов осуществляется в присутствие воды, а дальнейшие технологические операции производятся с полученными взвесями - шламами. для "сухого" способа производства цемента характерны поточная и полупоточная (поточно-порционная) технологические схемы приготовления смесей. При первой схеме этап гомогенизации отсутствует, и формирование свойств смеси осуществляется в процессе дозирования и переработки исходных компонентов. При второй технологии (в режиме нормальной эксплуатации) применяется операция гомогенизации, позволяющая осуществлять порционную докорректировку смеси, полученной в потоке.
Следует отметить, что управление химическим составом смеси в потоке-не всегда может быть реализовано на практике, в частности, проектом для производственного объединения "Акмянцементас" был предусмотрен поточный способ управления, но, поскольку объединением была принята (как и на Кантском цементно-шиферном комбинате -КЦШК) технологическая схема совместного помола известняка и огарков, не допускающая их раздельного дозирования, приготовление шлама по этой причине и в силу существенных погрешностей дозирования ведется по полупоточной технологии /3, 13/.
КЦШК является предприятием, применяющим "мокрый" способ производства с характерной для этого способа порционной технологией корректировки состава шламов.
Для порционного способа при наличии информации о физических и химических характеристиках исходных компонентов возможно решение основной задачи передела - расчет корректирующих количеств (весов, объемов, долей) компонентов. При достаточном количестве компонентов с достаточно различающимися химическими составами, как показано в /4, 33/, в ряде случаев возможен расчет технологически осуществимых корректировок для поддерживания значений технологических показателей равными заданиям. Однако, в реальных условиях такие случаи редки, поэтому одним из основных способов решения задачи передела следует считать оптимизацию (минимизацию меры отклонения вектора технологических показателей от заданий).
Диалоговая АСУ ТП смесеприготовления в цементном производстве
При разработке системы основные особенности задачи управления процессом, описанные в предыдущем разделе в соответствии с результатами первого раздела учтены следующим образом: - решение функциональных задач и управление работой системы осуществляется в режиме диалога технолога-оператора с ЭВМ ; - язык диалога приближен к естественному, содержит сообщения, запросы и директивы, не требующие для их понимания обращения к инструкциям и допускающие только однозначное толкование. Предусмотрена адаптация языка и структуры диалога к уровню пользователя на каждом этапе решения ; - измерения проводятся в автоматизированном режиме. Предусмотрен режим автоматизированного эксперимента (АЭ) ; - в режиме ручного ввода предусмотрена возможность удобной для ЛПР замены любого сегмента информации, необходимой для работы системы, в том числе и собираемой автоматически ; - блокированы недопустимые ошибки технолога-оператора при ручном вводе информации с указанием причины блокировки ; - значения величин, которые могут применяться р последующих расчетах, заносятся в память ЭВМ через, буфер только после их проверки, подтверждения достоверности и разрешения ЛПР ; - наряду с оптимизационными применены упрощенные, ускоренные алгоритмы. Выбор конкретного способа расчета и настройка параметров алгоритма осуществляются ЛПР в процессе расчета, возможен имитационный анализ управлений, подученных любым способом.
Функции, функциональная структура и основные алгоритмы решения функциональных задач.
Основное назначение АСУ ТП состоит в обеспечении получения шлама, оптимального в данной производственной ситуации. Достижение этой цели обеспечивается, благодаря использованию в системе средств экспрессного анализа химических составов и методов оптимизации с применением средств ВТ. Степень достижения цели оценивается ЛИР на основании неформального анализа вектора показателей качества шлама.
АСУ ТП решает следующие группы задач.
Управление: автоматический запуск, перезапуск и останов работы квантометров ; стабилизация в режиме НЦУ их параметров ; снятие и расшифровка показаний пересчетных декад ; опрос состояния тумблеров пульта технолога-оператора. В перспективе при установке надежных технических средств предполагается реализовать алгоритмы НЦУ уровнемерами шлама и задвижками шламопроводов.
Обработка информации: контроль и управление в диалоговом режиме процессом обработки информации, поступающей с измерительных устройств в режиме A3 или при измерениях рабочих образцов ; расчет средних и относительных интенсивностей вторичных излучений образцов, анализируемых на квантометрах, и их пересчет в химический состав и технологические показатели анализируемого образца ; сбор и документирование результатов A3.
Идентификация: восстановление уравнений регрессии по предложенной выборке, в. частности, для зависимости "интенсивность вторичного излучения - химический состав образца", и проверка их адекватности для контрольной выборки или контрольного измерения.
Расчет характеристик смеси: расчет состава смеси по данным корректирующим объемам шламов ; расчет плотностей шламов и коэффициентов пересчета в сухой вес ; прогнозирующие расчеты химического состава и технологических показателей любого шлама и химического и минералогического составов и технологических показателей клинкера, который может быть получен при его обжиге.
Расчет, анализ и оптимизация управляющих воздействий (корректирующих объемов шламов): проверочный расчет ; расчет по упрощенной методике в случаях, когда число учитываемых технологических параметров шлапа не превышает числа корректирующих шламов ; оптимизационный расчет в диалоговом режиме по векторному критерию с предварительным автоматическим расчетом опорных управлений и с учетом определяемой технологом-оператором важности показателей.
Обеспечение информационного взаимодействия ЛИР - ЭВМ: обеспечение ручного ввода или замены любой информации, необходимой для функционирования системы; предоставление по запросу ЛПР любой имеющейся информации о шламах любого вертикального бассейна или характеристиках квантометров ; форглирование структуры и содержания, зависящих от исходных данных и результатов информационных бланков, сопровождающих решение отдельных задач,и бланка выходного документа.
Системой реализуется и решение ряда вспомогательных задач автоматизации экспериментальных исследований, отработки методики измерений, проводимых на квантометрах, измерения химических составов произвольных образцов, вычисления и проверки коэффициентов регрессий для произвольных выборок, прогноза характеристик клинкера и т.д.
Схема функциональной структуры ДАСУ ТП приготовления сырьевых смесей на КЦЩК приведена на рис. 3.3.
Выбор режима и управление процессом функционирования АСУ ТП осуществляется технологом-оператором в режиме диалога с помощью пульта управления и терминального устройства обеспечения диалога (шелетайпа), размещенных на АРМ технолога-оператора.
АСУ ТП функционирует в одном из следующих основных режимов.
В режиме автоматизированного эксперимента осуществляется сбор и документирование информации, необходимой для идентификации измерительных устройств, отработка методик проведения измерений на них, измерения химических составов проб, не являющихся рабочими образ цами, расчет или ввод коэффициентов уравнений линейной регрессии и проверка их адекватности и т.д. Режим выбирается включением тумблера "АЭ" пульта управления АРМ.
Расчетные задачи режима вызываются на исполнение кнопкой пульта управления АРМ, задачи, связанные с проведением измерений на квантометрах - инициативным сигналом блок-контакта крышки измерительного стола, по которому осуществляется запуск программ НЦУ квантометром и при готовности его к измерениям - автоматический запуск или перезапуск на следующий цикл. После завершения цикла информация пересчетных декад КРФ автоматически опрашивается, расшифровывается и предъявляется для оценки ЛПР.
Управление автоматическим процессом сбора информации заключается в следующей ее обработке.
В режиме A3 ЛПР следит за процессом накопления информации и на основании неформального анализа предъявляемых ему результатов измерения дает заключение о достоверности каждого из них. Информация, признанная верной, обрабатывается: усредняются интенсивности образцов и эталонов, вычисляются относительные интенсивности по всем каналам и т.д. После ввода по запросу ЭВМ требуемых атрибутов анализируемой пробы: ее условного названия или типа шлама, потерь при прокаливании и т.д. вычисляются и выводятся на печать в форме датированного бланка с указанием номера квантометра результаты измерений: значения средних и относительных интенсивностей, химический состав пробы, ее технологические показатели и название, после чего работа в данном режиме завершается.
Производственно-технологические показатели и источники экономической эффективности АСУ ТП
Алгоритмическое обеспечение процесса ведения диалога в соответствии с освещенными в первом разделе требованиями к организации диалога в АСУ ТП обладает следующими особенностями: - обеспечена возможность ввода и замены любых сегментов информации, как вводимой технологом-оператором, так и собранной автоматически. Для организации многошаговых процедур поиска приемлемого решения в конфликтных ситуациях и для последовательного решения ряда различных задач предусмотрена возможность запроса и замены только изменяющихся параметров. Повторное решение задачи может осуществляться неограниченное число раз, до принятия решения ЛПР (технологом-оператором) о прекращении поиска. Вся информация, ввод которой может потребоваться, разбита на сегменты, включающие однородные данные, и может быть введена или заменена в периоды пауз между решениями отдельных задач. Предусмотрено диагностирование и блокировка возможных ошибок при вводе. При обнаружении ошибки запрос на ввод этих параметров повторяется с указанием причины ; - ЛПР представлена возможность контроля любых массивов исходной информации. Информация, полученная с квантометра, заносится в память ЭВМ только после анализа ЛПР и признания ее корректной ; - во всех режимах ЛПР предоставляется информация о текущем варианте решаемой задачи, завершении решения отдельной задачи или работы в данном режиме. Не допускается, кроме оговоренного решения задачи оптимизации, длительная работа ЭВМ "внемую", то есть, без сообщения технологу-оператору вида выполняемой работы или предоставления ее результатов. ЛПР имеет возможность в любой момент вмешаться в работу ЭВМ, остановить выполнение задания в текущем режиме, перейти к решению новой задачи и т.д. ; - язык диалога терминологически прост и близок арго-языку технолога-оператора, что облегчает легкость восприятия и учета информации. Все выражения построены таким образом, что допускают только однозначное их толкование. В конструкции вопросительны! предложений используется частица "ли", придающая им вопросительную интонацию даже в случае отсутствия на устройстве обмена информацией знака вопроса (например, "нужен ли ручной ввод").
Ручной ввод или замена формализуемой информации осуществляются в диалоговом режиме (формы "шаблон" и "меню") и заключается в выборе и последующем вводе по запросу ЭВМ любого сегмента информации, необходимой для функционирования АСУ ТП, в частности той, которая представляется ЛПР более достоверной, чем имеющаяся в памяти ЭВМ. Возможен ввод с занесением в общую область памяти или без него. В последнем случае информация считается исходными данными разового пользования, утрачиваемыми после завершения расчетов.
Контроль содержимого вертикальных бассейнов осуществляется у диалоговом режиме и заключается в выводе на печать полного или сокращенного (по выбору технолога-оператора) датированного бланка, содержащего характеристики шламов в интересующих бассейнах (на КЦШК не более 4х бассейнов за один запрос), задания по технологическим показателям и коэффициенты их важности).
Информационная база АСУ ТП включает внутримашинную, внутрисистемную и внесистемную информацию. Организация внутримашиннои информации описана ниже. К внутрисистемной относится информация трех типов: информативы, директивы (как ЛПР, так и ЭВМ), исходные данные.
Информативы включают сообщения ЭВМ о режимах расчетов, их результатах, невозможности их проведения (с указанием причины) ; перечень возможных дальнейших действий ЛПР при организации ведения диалога типа "Дерево альтернатив" ; констатацию неисправности технических средств системы или отсутствия какой-либо внутримашиннои информации, необходимой для реализации директив ЛПР ; обозначение завершения работы в данном режиме. К этому типу информации относятся и документы представления результатов, выводимые в конкретной системе на печатающее устройство: - результаты промежуточных (текущих) расчетов корректирующих объемов, характеристик шламов и клинкера ; - результаты промежуточных (текущих) измерений интенсивнос-тей КРФ ; - результаты обработки информации КРФ при измерении рабочих образцов и в режиме автоматизированного эксперимента ; - результаты проверки или расчета коэффициентов линейной регрессии по предложенной выборке ; - исходные данные, необходимые для расчетов ; - выходные документы при измерениях на КРФ ; - бланк выходного документа при расчете корректирующих объемов или составов шламов и клинкера.
