Введение к работе
Актуальность исследования. Республика Ирак занимает первое место в мире по запасам самородной серы. Только разведанные запасы составляют 140 млн тонн. Сера используется в производстве бумаги и резины, эбонита и спичек, тканей и лекарств, косметики и пластмасс, взрывчатки и красоки удобрений и ядохимикатов.
Это является далеко не полным перечнем вещей и веществ, для производства которых нужен шестнадцатый элемент в таблице Менделеева (т.е. сера). Для того чтобы изготовить, например, автомобиль, нужно израсходовать около 14кг серы. Можно без преувеличения сказать, что промышленный потенциал страны довольно точно определяется потреблением серы.
В сельском хозяйстве сера применяется как в элементарном виде, так и в различных соединениях. Она входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями.
Сера используется в элементах дорог (основание и покрытие дорог, тротуарная плитка, торцевая шашка, бортовой камень, дорожные плиты и др.).
Сера используется в строительстве коррозионностойких элементов промышленных и сельскохозяйственных зданий (напольные плиты, кирпич, футерованные блоки, сливные лотки, коллекторные кольца, емкости);
Сера используется в строительство плотин. Основной потребитель серы — химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты. Чтобы получить одну тонну H2S04, нужно сжечь около 300 кг серы. А роль серной кислоты в химической промышленности сравнима с ролью хлеба в нашем питании. Таким образом, производство серы необходимо таким отраслям промышленности, как горнодобывающая, пищевая, текстильная, автомобильная и т.д.
При этом следует отметить, что технология добычи и переработки серы связаны с опасностью эмиссии серосодержащих токсичных соединений в частности сероводорода (3 класс опасности), диоксида серы (2 класс опасности). Серная пыль представляет собой взрыво- и пожароопасный продукт. Однако при соответствующем соблюдении технологии производства, указанные выше проблемы могут быть исключены.
Организация производства серы требует строжайшего соблюдения технологии, прежде всего, связанного с тщательным контролем поддержания температурного режима технологического процесса.
Кроме того, на всех стадиях производственного процесса должны быть созданы системы замера содержания серосодержащих соединений в воздухе рабочей зоны.
Таким образом, характер производства серы приводит к необходимости создания многоуровневой системы мониторинга, обеспечивающей информационные обмены между производственно-связанными локальными пунктами управления, а также объединяющей в центре оперативного управления всю информацию о состоянии территориально распределенного технологического процесса.
Процесс производства серы требует соблюдения норм безопасности, в том числе экологической, связанных со своевременным обнаружением и устранением факта загрязнения воздуха серосодержащими соединениями, что требует установки высокоточных безынерционных датчиков, которые обеспечивали бы возможность получения оперативной информации об отклонении технологического процесса от регламентных параметров. Это связано с необходимостью повышения управляемости и эффективности производства, его безопасности.
Проблемы обеспечения безопасности на всех стадиях производства серы требуют к себе всестороннего внимания, так как огромная энергонасыщенность предприятий, возможность возникновения выбросов вредных и взрывоопасных веществ в процессах производства создают опасность и напряженность не только на промышленных объектах, но и в жилых районах, вблизи которых расположено производство.
В этой связи исследование методов организации информации и построения соответствующей автоматизированной системы мониторинга технологических процессов производства серы для производства строительных конструкций широкого назначения, обеспечивающей технологическую и экологическую безопасность на основе совершенствования технологий контроля параметров технологических процессов при производстве серы, представляется весьма актуальной.
Объектом исследования является автоматизация ряда объектов по производству серы в Республике Ирак, технологические параметры которых должны контролироваться на территориальном уровне.
Целью исследования является повышение эффективности работы предприятий по производству серы за счет разработки и внедрения методов и алгоритмов автоматизированного мониторинга технологических процессов.
Задачами исследования являются:
-
Анализ действующей системы ручного управления при производстве серы, а также разработка на её основе системы автоматизированного контроля, работающей в режиме реального времени. Анализ методов и алгоритмов, обеспечивающих систематический обмен данными на всех уровнях управленческо-производственных структур.
-
Разработка алгоритмов автоматизированного мониторинга технологических процессов добычи самородной серы и производства серы.
-
Разработка базы данных для сбора, анализа и хранения текущих значений параметров, поступающих от контролируемых приборов, с возможностью генерации произвольных отчетов по результатам измерений.
-
Разработка программно-управляющего комплекса, включенного в состав АСУТП производства серы и экспериментальная проверка разработанных методов и алгоритмов.
Теоретическая значимость диссертации заключается в формировании комплексного представления результатов современных исследований в области методологий программирования и логического проектирования, а также их
применении к области автоматизированного мониторинга технологических процессов при производстве серы.
Практическая ценность диссертации заключается в проработке и апробировании методик формализации структуры базы данных; разработке программно-управляющего комплекса «Система мониторинга технологических параметров при производстве серы».
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования теории систем автоматического управления, теории отношений, теории баз данных, теории вычислительных сетей и систем.
Научная новизна заключается:
в использовании адаптивного подхода к реализации автоматизированного мониторинга технологических процессов при производстве серы в зависимости от имеющихся ресурсов и потребностей пользователей;
в разработке алгоритмов автоматизированного мониторинга технологических процессов при добыче и производстве серы;
в проектировании реляционной базы данных «Система мониторинга технологических процессов при производстве серы»;
в автоматизации процессов мониторинга технологических процессов при производстве серы за счет разработки математического и информационно-программного обеспечения.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Методика расчета времени обратной связи в системе между
контролируемыми датчиками и программно-управляющим комплексом
АСУТП.
-
Математические модели расчета времени срабатывания системы.
-
Алгоритмы автоматизированного мониторинга технологических процессов добычи и производства серы.
-
Концептуальная модель базы данных «Система мониторинга технологических процессов при производстве серы».
5. Методика автоматизированного мониторинга технологических
процессов производства серы в реальном масштабе времени.
Достоверность результатов проведенных в работе исследований подтверждается результатами экспериментального исследования, проведенного с использованием программных средств Visual Studio С#, and Visual Studio Web Development, SQL Server и HTML для мониторинга параметров измерительных приборов (датчиков) при производстве серы в Республике Ирак.
Реализация результатов исследования. Разработанный программно-управляющий комплекс «Система мониторинга технологических процессов при производстве серы» внедрен на промышленных объектах по производству серы в городах Мосул, Каркук и Салахаддин Республики Ирак, в ООО «Интеграл-Строй», а также используются в учебном процессе на кафедре «АСУ» МАДИ.
Апробация результатов. Основные научные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Автоматизированные системы управления» МАДИ в 2012-2014 гг., на заседаниях 71-73 научно-методических конференций МАДИ.
Содержание работы.
Структура работы диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.