Содержание к диссертации
ведение
>аздел I. ИСХОДНЫЕ ПРЩ10СЫЖИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССАМИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА
И ОБОСНОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 13
'лава I.I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ЗЕРНООЕРАБАТЫВАКВДХ ПРЕДПРИЯТИЙ И
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 13
.1.1. Технология и технические средства послеуборочной
обработки зерна и специфика процессов управления 13
.1.. краткий обзор исследований и разработок по
автоматизации обработки и хранения зерна 25
.1.3. Цель и задачи исследования 32
лава 1.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРЫ ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ
ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И ЕЁ ОАОЩЬІ УПРАВЛЕНИЯ 35
.2.1. Методические предпосылки оптимизации управления
поточной линией 35
.2.2. Основные показатели функционирования поточной
линии семеобрабатывающего предприятия и
характеристики ее исходной системы управления 46
.2.3. Структура автоматизированной подсистемы управления
совокупностями машин поточной линии 64
.2.4. Структура средств отображения информации 80
їздел 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУНЖ ЗЕРНА 94
[ава 2.1. ШАХТНАЯ ЗЕРНОСПШЛКА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 94
.1.1. Параметрическая схема сушилки 94
1.2. Критерий оптимальности управления процессом
сушки и оптимальные управления сушилкой 99
ава 2.2. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАГРУЗОЧНОГО
И ТЕПЛОВОГО РЕЖИМОВ ЗЕРНОСУЕМЛКИ 105
Автоматизация регулирования загрузки сушилки 105
Автоматизация регулирования температуры
теплоносителя 116
.2.3. Автоматизация контроля температуры нагрева
зерна в сушилке 132
шва 2.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
ВЛАЖНОСТИ ЗЕРНА 137
.3.1. Автоматизация контроля влажности зерна в потоке 137
.3.2. Статические и динамические характеристики сушилки
как объекта регулирования влажности зерна 150
,3.3. Автоматическое регулирование влажности зерна 157
їздел 3. ОБОСНОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ
ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ОЧИСТКИ
И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОЙ МАССЫ 167
[ава 3.1. ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНАЯ МАІІіИНА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 167
Параметрическая схема зерноочистительной машины 167
Критерий оптимальности управления воздушно-решетной машиной 171
Статические и динамические характеристики машины вторичной очистки и структуры автоматических
подсистем управления 177
ава 3.2. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И РЕІУЛИРОВАНИЕ
ЗАГРУЗКИ МАШИНЫ ВТОРИЧНОЙ ОЧИСТКИ 189
2.1. Характеристики загрузочных режимов машины
и основных возмущений 189
2.2. Структура автоматической подсистемы регулирования
загрузки и методика расчета параметров её
основных элементов 193
ава 3.3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ
ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ 219
Алгоритм оптимального управления процессом вторичной очистки зерна и реализующая его автоматическая подсистема 219
Анализ динамики и основные технические характеристики автоматической подсистемы
регулирования чистоты зерна 226
аздел 4. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ АКТШНОГО
ВЕНТИЛИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА 241
лава 4.1. АВТОМАТИЗАЩЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АКТИВНОГО
ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА 241
4.1.1. Критерий и алгоритм оптимального управления
установкой акшивного вентилирования 241
.1.2. Структура автоматической подсистемы регулирования
влажности агента сушки зерна активным вентилированием
и методы расчета основных параметров её элементов 257
пава 4.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ
ПРИ ХРАНЕНИИ ЗЕРНА 272
.2.1. Зернохранилище как объект контроля и управления 272
.2.2. Требования к подсистеме контроля температуры
зерна при хранении 278
.2.3. Структура подсистемы контроля температуры
зерна в семенохранилищах 293
аздел 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССАМИ П0СЖБ0Р0ЧН0И ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА 302
іава 5.1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПЕНКИ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 302
,1.1. Основные показатели эффективности автоматизированной
системы управления и её отдельных подсистем 302
1.2. методика определения показателей экономической
эффективности 309
:ава b.z. сКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СЕМЕОЧИСТИТЕШЮ-О^ИЛЬНОГО
ВДДПРИЯТИЯ 313
2.1. экономическая эффективность централизованного
контроля и управления поточной линией 314
2.2. Основные экономические показатели эффективности
автоматических подсистем управления процессами
сушки и активного вентилирования зерна 318
.2.3. акономическая эффективность автоматических подсистем
управления процессами очистки и хранения зерна 326
.2.4. Определение оптимальной структуры автоматизированной
системы управления поточной линией предприятия 331
зновные направления совершенствования поточных линий
технологического оборудования зернообрабатывающих
эед приятии 340
ззультаты внедрения проведенных исследований и разработок 344
УСЛОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 348
Литература 354
1РИЛ0ЖЕНИЯ:
. Принципиальные схемы автоматических подсистем
управления отдельными машинами 376
. Выписка из протокола заседания НТО МСХ СССР 394
. Протокол согласования долевого участия в разработке
комплектных устройств управления для пунктов по
обработке и хранению 2500 и 5000 т семян в год 397
. Письмо управления "Союзсельпромкомплект" о серийном
выпуске комплектных устройств управления для пунктов 398
. Расчет экономического эффекта от производства и
применения систем управления для агрегатов ЗАВ-50 399
, Расчет экономического эффекта от производства и
применения систем управления для комплексов КЗС-50 403
, Протокол долевого участия в создании и внедрении
поточного влагомера зерна ПВЗ-20Д 407
, Письмо управления "Союзточмашприбор" о серийном
выпуске поточного влагомера 408
, Письмо управления "Союзточмашприбор" о производстве
расходомера зерна 409
).Письмо ГСКБ об использовании разработок ВИМа 410
;.Договор о творческом сотрудничестве по разработке
датчиков уровня зерна для сельскохозяйственных
зернообрабатывающих предприятий 411
Введение к работе
Важнейшей проблемой, поставленной перед сельским хозяйством решениями ХХУІ съезда КПСС и Продовольственной программой СССР, является увеличение производства зерна.Решение этой проблемы требует не только расширения посевных площадей и повышения урожайности зерновых культур, но и осуществления мероприятий, обеспечивающих сохранение урожая. Важнейшее значение в связи с этим имеет своевременно и правильно организованная послеуборочная обработка свежеубранного зерна в колхозах и совхозах.
Послеуборочная обработка зерна всегда являлась одним из наиболее трудоемких процессов сельскохозяйственного производства.
Статистика показывает,что при послеуборочной обработке зерна на немеханизированных зернотоках затрачивается почти вдвое больше труда, чем при обработке почвы, севе и уборке зерновых колосовых культур с помощью тракторов и комбайнов. Поэтому механизация процессов очистки, сушки и хранения зерна постоянно была важнейшей проблемой сельскохозяйственной науки вообще и земледельческой механики в частности. В последние годы в решении этой проблемы достигнуты значительные успехи. В сельскохозяйственное производство внедряется поточная технология послеуборочной обработки зерна, характеризующаяся комплексной механизацией всех процессов и операций.
Внедрение поточной технологии обеспечило, с одной стороны, резкое снижение затрат труда, а, с другой стороны, привело к значительному усложнению процессов управления. В этих условиях ручное управление машинами оказалось мало эффективным. Оно не позволяет полностью использовать возможности машин в изменяющихся условиях эксплуатации. Например, из-за несовершенства ручного управления фактическая производительность поточных линий обработки зерна не превышает
70-75$ оптимального значения.
__ 7 -
Стремление увеличить производительность машин в этих условиях приводит к снижению качества готовой продукции.
Автоматизация контроля и управления открывает широкие возможности для повышения эффективности использования машин,увеличения производительности лоточных линий, дальнейшего снижения трудозатрат и улучшения качества обработки зерна. Однако, существующий уровень автоматизации зернообрабатывающих предприятий (агрегатов ЗАВ и комплексов КЗС) недостаточен и отстает от насущных требований производства. Состояние автоматизации процессов обработки и хранения зерна характеризуется в настоящее время разработкой и внедрением относительно случайного набора автоматических устройств, что не обеспечивает высокого качества управления технологическими процессами.
Наиболее полно возможности автоматизации зернообрабатывающего предприятия могут быть реализованы путем оптимизации управления технологическими процессами на основе использования автоматизированной системы управления, представляющей оптимальную совокупность автоматических устройств и оператора, обеспечивающих наиболее эффективное управление предприятием.
Целью настоящей работы является разработка теории и методов повышения эффективности управления технологическими процессами сельскохозяйственных зернообрабатывающих предприятий на основе применения автоматизированных систем управления.
Диссертация состоит из пяти разделов и 12 глав.
В первой главе первого раздела на основе анализа поточных линий зернообрабатывающих предприятий как объектов управления и проведенных исследований и разработок по автоматизации обработки и хранения зерна сформулированы цель и задачи исследований, которые последовательно решаются в последующих главах диссертации.
В следующей главе с использованием опыта разработки АСУП и АСУ ТП в промышленности ставится задача оптимизации управления процессами обработки зерна как поиск такой структуры системы управления, которая максимизировала бы критерий оптимальности, В качестве критерия оптимальности системы управления принят экономический показатель - годовой экономический эффект от использования некоторой совокупности подсистем, включаемых в искомую систему управления поточной линией обработки зерна.
Поставленная задача оптимизации решается в диссертации методом декомпозиции: путем перехода от экономического критерия на уровне поточной линии к совокупности частных технологических критериев на уровне отдельных машин и установок поточной линии. С использованием технологических критериев оптимальности обосновывается некоторая совокупность автоматических подсистем управления отдельными машинами и установками. Разработка подсистем проводится на основе технических критериев оптимальности этих подсистем. Заключительный этап оптимизации состоит в экономической оценке разработанных подсистем и их совокупностей и в формировании оптимальной структуры АСУ ТП, Поскольку при разработке любой АСУ ТП приходиться решать задачу оптимального распределения функций между человеком-оператором и автоматическими устройствами, в первом разделе диссертации значительное место уделено оценке деятельности оперативного персонала по управлению поточной линией обработки зерна. Здесь представлены информационные характеристики системы "оператор-поточная линия": количество и поток информации, подлежащей приему и обработке.
Приведены результаты оценки точности, надежности?информационной загрузки операторов. Рассмотрен метод предварительного распределения фикций контроля и управления между оператором и автоматическими устройствами, основанный на ранжировании технологических параметров с использованием критерия информационной ценности. Пред-
- 9 -ставлено алгоритмическое описание деятельности оператора при наборе маршрутов обработки зерна и возникновении аварийных ситуаций. Обоснованы структура автоматизированной подсистемы управления электроприводами машин и механизмов, минимизирующей величину простоев поточной линии,и структура средств отображения информации, способствующих минимизации времени обработки информации оператором в аварийных ситуациях,
агорой раздел посвящен вопросам оптимизации управления процессом сушки зерна в шахтных сушилках.
На основе анализа параметрической схемы и требований, предъявляемых к сугаилке, обоснован технологический критерий оптимальности управления этим объектом. Путем исследования целевой функции методами математического программирования определены оптимальные управления сушилкой, а именно: стабилизация загрузки, температуры теплоносителя, влажности выходного зерна и контроль максимальной температуры нагрева зерна в сушильной камере. Проведена идентификация объекта управления и получена его математическая модель, представляющая совокупность передаточных функций по каналам управления и возмущений. Определены статистические характеристики внешних возмущений. Представлены результаты синтеза подсистем регулирования загрузки, температуры теплоносителя и влажности выходного зерна.Разработка подсистем регулирования загрузки и контроля температуры нагрева зерна проведена с учетом распределенности параметров, а подсистемы регулирования влажности зерна - с учетом нелинейности объекта. Для реализации подсистем созданы экспериментальные образцы первичных преобразователей уровня зерна и влажности зерна и разработана методика определения основных параметров этих элементов. В третьем разделе рассмотрены вопросы оптимизации управления процессами очистки и сортирования зерновой массы в воздушно-решетной зерноочистительной машине. Представлена параметрическая схема
машины и на основе ее анализа определен технологический критерий оптимальности управлений машиной и ограничения к нему. В результате исследования целевой функции определены оптимальные управления объектом, а именно: регулирование загрузки с целью стабилизации чистоты выходного зерна на заданном уровне, В результате идентификации объекта регулирования получена его математическая модель и определены статистические характеристики внешних возмущений. Представлены результаты разработки и экспериментально-теоретического исследования подсистем регулирования загрузки и чистоты выходного зерна и их вновь созданных элементов: расходомера зерна,анализатора чистоты зерна, дозатора и делителя потоков зерна.
Четвертый раздел посвящен рассмотрению вопросов управления процессами активного вентилирования и хранения зерна. Приведены параметрические схемы установки для сушки зерна активным вентилированием и семенохранилища.Определены технологические критерии и соответствующие им оптимальные управления объектами, а именно: стабилизация относительной влажности воздуха, подаваемого в установку активного вентилирования и контроль температуры зерна в семенохранилище. Разработаны математические модели объектов и определены статистические характеристики внешних возмущений. Сформулированы требования, предъявляемые к автоматическим подсистемам регулирования влажности воздуха и контроля температуры зерна. Представлены результаты раз~ работки и экспериментально-теоретического исследования подсистем и их элементов. Дана методика расчета основных параметров регулирующего органа подсистемы регулирования и первичного преобразователя подсистемы контроля.
В пятом разделе диссертации освещен заключительный этап оптимизации системы управления, заключающийся в экономической оценке разработанных подсистем управления и в определении оптимальной структуры АСУ ТП зернообрабатывающих предприятий. Здесь приведено анали-
- II -
тическое выражение целевой функции, включающее все натуральные показатели технологической эффективности разработанных подсистем управления и внедряемых автоматических устройств АСУ ТП зернообраба-тывающих предприятий. Дана методика определения натуральных показателей эффективности использования отдельных автоматических устройств и подсистем АСУ ТП, Экономическая оценка автоматических устройств, с целью исключения влияния субъективных факторов, проведена по усредненным показателям работы автоматизируемого объекта на двух контрольных режимах - равной производительности и одинакового качества - с учетом дисперсий качественных показателей обрабатываемого зерна и характеристик машин и установок. Приведены данные экономической оценки использования разработанных подсистем управления на поточных линиях типового семеочистительно-сушильного пункта и зерноочистительно-сушильных комплексов КЗР-5 и КЗС-20Ш и рекомендации по оптимальной структуре АСУ ТП этих предприятий.
В заключении отмечается, что результаты проведенных исследований нашли практическое применение при разработке ряда нормативных документов (агротехнических и технических требований, норм технологического проектирования) и при создании на их основе в содружестве с проектными,конструкторскими организациями и заводами Минсель-хоза, Минсельхозмаша.Минэлектротехпрома и Мияприбора автоматизированных систем управления для различных зернообрабатывающих предприятий и ряда специализированных элементов автоматики*
Многолетние исследования и разработки автора, которые легли в основу диссертации, проведены в соответствии с координационными планами и программами ГКНТ СССР по решению важнейших народнохозяйственных проблем: 0.51,475, 0.51.12, 0.18,04, 0.Ц.032.
Обобщая вышеизложенное, к основным положениям диссертации, которые выносятся на защиту, относятся: целевая функция оптимального управления поточной линией обработки и хранения зерна; совокупность
- 12 -экономического, технологических и технических критериев выбора оптимальных решений по обоснованию структуры автоматизированной системы управления поточной линией; информационное характеристики системы управления и характеристики деятельности человека-оператора; математические модели зернообрабатывающих машин как объектов управления; структуры автоматических подсистем управления машинами и установками; методики расчета основных параметров специализированных элементов автоматики и регулирующих органов машин; методика определения показателей экономической эффективности использования автоматических устройств.
Таким образом, в диссертации совокупностью ее основных научных положений осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы - автоматизации зернообрабатывающих предприятий, имеющей важное народнохозяйственное значение.
- ІЗ -
