Введение к работе
з
Актуальность темы. Автоматизированное управление сложными объектами промышленности и транспорта как один из способов повышения эффективности и безопасности производства стало бурно развиваться, начиная с 30-40-ых годов XX века. При автоматизации управления технологическими процессами работы механизмов рабочих органов судоходных гидротехнических сооружений есть ряд сложностей, которые затрудняют реализацию систем контроля, диагностики и управления такими объектами.
Во-первых, как напорные сооружения повышенной опасности, они не допускают ложных срабатываний рабочих органов (ворот и затворов шлюза), которые могут привести не только к авариям, но и к катастрофам. Поэтому системы контроля и управления рабочими органами судоходного шлюза должны быть обеспечены многочисленными средствами защит и блокировок, требующих строгого выполнения всех предусловий и постусловий следования операций в алгоритмах функционирования технологических процессов шлюзования судов.
Во-вторых, аппаратная реализация существующих в настоящее время систем управления и контроля на большинстве судоходных шлюзов внутренних водных путей России относятся к типу релейно-контакторных схем, которые требуют существенных затрат времени обслуживающего персонала для ухода, устранения сбоев и отказов, а вмешательства человека в схемы управленім уже не раз приводили к аварийным ситуациям.
Такие системы, спроектированные и построенные более 50-ти лет назад, не отвечают современному уровню развития техники управления в условиях высокой интенсивности судовых потоков и давно требуют замены.
В третьих, конструкции камер, голов и подходов напорных судоходных гидротехнических сооружений, их габариты, зависят от. особенностей. rpy|i-тов и условий гидростроительства, контингента пропускаемого судового по-
тока, систем наполнения и опорожнения камер шлюзов и т.п., привели к большому многообразию конструкций рабочих органов, их механизмов и приводов, что значительно осложняет решеппе задач алгоритмического обеспечения систем управления.
Преодоление этих трудностей, обусловленных спецификой исследуемых объектов управления, привело к поиску новых научных подходов в разработке алгоритмического обеспечения систем управления судоходными шлюзами.
Все вышесказанное определяет актуальность темы диссертационной работы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование комплекса моделей системы автоматизации управления работой механизмов рабочих органов судоходных шлюзов в условиях их циклического действия для реализации безопасных режимов эксплуатации.
Для достижения данной цели в диссертационной работе поставлены следующие подлежащие решению задачи:
-
Анализ технологических процессов автоматизировашюго управления работой механизмов рабочих органов судоходного шлюза в различных эксплуатационных режимах;
-
Формализация и унификация операций технологических процессов автоматизированного управления работой механизмов судоходного шлюза;
-
Разработка комплекса моделей процесса автоматизированного управления работой механизмов шлюза для представления структуры управляющей логической машины (УЛМ);
-
Разработка алгоритмического обеспечения, как единой целостной системы для всего комплекса моделей блоков управления рабочими органами шлюзов в структуре УЛМ;
-
Разработка обобщенной структуры УЛМ для создания опытных и серийных образцов.
5 .
Объектом исследования является судоходный шлюз как напорное гидросооружение повышенной опасности с циклическим действием его рабочих органов.
Предметом исследования служат процессы автоматизированного управления механизмами рабочих органов судоходного шлюза и их алгоритмическое обеспечение.
Методы исследования. В работе использовался функционально-целевой системный подход, включающий модель автоматизированной системы управления механизмами рабочих органов судоходного шлюза с декомпозицией на частные модели, при описании которых используются: теория графов, теория алгоритмов, теория конечных автоматов, теория управления, теория надежности, теория диагностирования технических систем.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Разработан комплекс моделей технологических процессов автоматизированного управления рабочими органами и механизмами судоходных шлюзов, отличающейся тем, что алгоритмическое обеспечение составило единую, взаимосвязанную и взаимообусловленную унифицированную систему управления в виде управляющей логической машины.
-
Определена функционально-структурная симметрия технологических процессов шлюзования, отличающаяся тем, что проявлена как симметрия системного, так и локального времени, в которых описываются режимы работы и ситуации развития технологических процессов судоходного шлюза во встречных направлениях.
-
Разработана декомпозиционная структура УЛМ, отличающаяся распределенной синархической системой унифицированных блоков управления.
-
Разработаны модели операционных и управляющих автоматов, отличающихся тем, что их действия подчиняются единым алгоритмам функционирования на разных синархических уровнях структуры УЛМ.
5. Построена совокупность взаимодействующих абстрактных автоматов, отличающихся тем, что обеспечивает управление механизмами шлюза в штатных и аварийных режимах.
Практическая ценность. Предложенный автором диссертационной работы подход к разработке и построению алгоритмического обеспечение комплекса автоматных моделей технологических процессов рабочих органов судоходного шлюза, отличающихся тем, что в основу такого подхода была предложена унифицированная функциональная- структура, независящая'от конструктивного исполнения рабочих органов, их механизмов и приводов. Это позволило автору выработать структуру УЛМ, как для однокамерных, так и для многокамерных шлюзов с различными механизмами и приводами рабочих органов для построения автоматизированных систем управления судоходными шлюзами.
Многолетний опыт эксплуатации УЛМ на шлюзах разных конструкций подтвердил практическую ценность разработок автора.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные автором и представленные в диссертационной работе, как научных исследований, так и конструкторских разработок можно разделить на три временных этапа.
На первом этапе с 1972 года по 1976 год, при создании опытного образца УЛМ судоходного шлюза, научные исследования и конструкторские разработки велись параллельно, группой разработчиков под руководством автора, в рамках временного научно-конструкторского центра, организованного непосредственно на шлюзах Волгоградского района гидросооружений (ВРГС).
Второй этап с 1976 года по 1979 год, в период опытной эксплуатации УЛМ, была проведена доработка и подготовлена документация совместно с конструкторским бюро Минского электромеханического завода для промышленного серийного изготовления УЛМ. На этом этапе проходила апробация и коррекция результатов первоначально принятых решений.
На третьем этапе с 1979 года по 2004 гид, в период эксплуатации УЛМ на 30 и 31 шлюзах ВРГС и на 13 шлюзе Волго-Донского судоходного канала (ВДСК), научные исследования были направлены на анализ опыта многолетней эксплуатации УЛМ, его критического осмысления и внесения изменений в методологический подход разработки алгоритмического обеспечения УЛМ.
Таким образом, процесс исследований и принятия заключительных решений растянулся более чем на 30-ть лет, и его результаты были представлены в отчете по НИР Институтом проблем транспорта РАН с участием автора и в акте внедрения.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Подход к построению комплекса моделей технологических процессов автоматизированного управления рабочими органами и механизмами судоходных шлюзов.
-
Обобщенная унифицированная модель алгоритмического обеспечения автоматического управления в условиях различных эксплуатационных режимов работы шлюза.
-
Автоматные модели отдельных функциональных блоков и их унифициро-
ванная структурная связь в управляющей логической машине. Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXYII научно-технической конференции Ленинградского института водного транспорта (Ленинград 1973 г.), Международной научно-технической конференции «Транском-99» (Санкт-Петербург 1999 г.), YII Международной конференции-"Сто-2001" Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург 2001 г.), Международной научно-технической конференции «Транском-2001» (Санкт-Петербург 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 8 статей в сборниках научных трудов ЛИВТа и СПГУВК, тезисы к 5 докладам на международных и отраслевых научно-технических конференци-
ях и одно авторское свидетельство, в том числе 7 научных работ - без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация, объемом 156 машинописных
