Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ производства асфальтобетонной смеси, как объекта управления 10
1.1 Состояние автомобильных дорог в республике башкортостан 10
1.2 Общие задачи производства асфальтобетонной смеси 14
1.3 Анализ существующих САУ АБЗ 18
1.4 Анализ задач и структуры систем автоматического управления производством асфальтобетонной смеси 29
1.4.1 Задачи и структура САУ управления технологическим оборудованием . 31
1.4.2 Задачи и структура САУ управления производством асфальтобетонной смеси. 35
1.4.3 Задачи и структура САУ управления качеством асфальтобетонной смеси. 36
1.4.4 Другие задачи. 41
1.4.5 Связь задач САУ АБЗ 41
1.5 Задачи диссертациронной работы 43
2. Общие принципы разделения САУ АБЗ на иерархические уровни 44
2.1 Топология объекта и САУ 44
2.1.1 Классификация АБЗ 44
2.1.2 Описание топологии АБЗ 46
2.2 Основные типы задач и алгоритмы их решения для подсистем САУ АБЗ 48
2.2.1 Задачи логико-программного управления 49
2.2.2 Задачи цифрового управления 53
2.2.3 Задачи контроля параметров материалов и технологического процесса 56
2.2.4 Задачи управления качеством 66
2.3 Основные варианты структур САУ АБЗ
2.3.1 Централизованная структура
2.3.2 Распределенная структура
2.4 Основные алгоритмы задач САУ АБЗ
2.4.1 Алгоритмы логико-программного управления
2.4.2 Алгоритмы цифрового управления
2.4.3 Алгоритмы контроля
2.4.4 Алгоритмы управления качеством
2.5 Формирование критериев разбиения САУ АБЗ на иерархические уровни
2.6 Выводы по разделу 2
3. Моделирование иерархической структуры САУ
3.1 Цели и задачи моделирования
3.2 Анализируемый объект управления
3.3 Моделирование топологии САУ АБЗ
3.3.1 Моделирование централизованной системы управления
3.3.2 Моделирование иерархической САУ
3.4 Возможность разбиения САУ на уровни в соответствии с решаемыми задачами
3.4.1 Разбиение подсистемы САУ надбункерного отделения
3.4.2 Разбиение подсистемы САУ операцией дозирования
3.4.3 Типоразмеры САУ нижнего иерархического уровня.
3.5 разработка алгоритмов моделирования
3.5.1 Задание топологии технологического процесса
3.5.2 Задание иерархической структуры САУ
3.5.3 Подпрограмма «Моделирование»
3.5.4 Подпрограмма «Анализ»
3.6 Выводы по разделу 3
4. Разработка иерархической системы управления производством асфальтобетонной смеси
4.1 Иерархия задач САУ АБЗ
4.1.1 Задачи нижнего уровня иерархии
4.1.2 Задачи верхнего уровня иерархи
4.1.3 Задачи взаимодействия между уровнями иерархии
4.2 Оптимизация общей структуры САУ 131
4.3 Системы управления нижнего уровня иерархии 134
4.3.1 Контроллеры с бинарными входами/выходами 135
4.3.2 Контроллеры с бинарными и цифровыми входами/выходами 137
4.4 Разработка принципов межуровневого взаимодействия иерархической САУ АБЗ 141
4.5 Перспективы разработки и внедрения иерархических систем управления 145
Общие выводы по работе 148
Список литературы 152
Приложения 162
- Задачи и структура САУ управления технологическим оборудованием
- Задачи контроля параметров материалов и технологического процесса
- Формирование критериев разбиения САУ АБЗ на иерархические уровни
- Возможность разбиения САУ на уровни в соответствии с решаемыми задачами
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время состояние автомобильных дорог России сдерживает развитие народного хозяйства. Существующая сеть автомобильных дорог недостаточна, а качество автомобильных дорог неудовлетворительно.
В соответствии с прогнозируемыми темпами социально-экономического развития спрос на грузовые перевозки автомобильным транспортом к 2015 году увеличится в Республике Башкортостан примерно на 30 - 40%, количество грузовых автомобилей увеличится к 2020 году - в 1,9 - 2 раза, уровень автомобилизации населения возрастет до 300 - 350 автомобилей на 1000 жителей. Это приведет к повышению интенсивности движения на автомобильных дорогах регионального и межмуниципального значения на 30 - 40%. Около 80% протяженности автомобильных дорог регионального и межмуниципального значения и местного значения уже сейчас требуют увеличения прочностных характеристик из-за ускоренной деградации дорожных конструкций и снижения сроков службы между ремонтами.
Все это ставит задачу повышения качества асфальтобетонной смеси на выходе асфальтобетонного завода, что обеспечивается автоматизацией асфальтобетонного завода (АБЗ). Поэтому задача разработки распределенной иерархической системы управления является актуальной.
Цель работы
Создание методологической основы для разработки структур современных иерархических систем управления производством асфальтобетонной смеси, обеспечивающих решение не только задач непосредственного управления технологическим процессом, но и более сложных задач - оперативного управления качеством продукции.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Проведен анализ производства асфальтобетонной смеси, как объекта управления.
-
Разработаны общие принципы разделения САУ АБЗ на иерархические уровни.
-
Разработана и исследована модель иерархической структуры САУ АБЗ.
-
Разработана распределенная иерархическая САУ АБЗ.
-
Исследована эффективность разработанной иерархической структуры САУ АБЗ и оценены перспективы ее внедрения.
Методы исследования
Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и,
математического моделирования. Моделирование производственных процессов и системный анализ проводились с использованием математического пакета MatLab.
К защите представляются
Комплекс математических моделей, включающий в себя, модели топологии асфіїльтобетонньїх заводов, модели параметров системы управления, Определяемых структурой САУ и топологией технологического процесса, модель взаимодействия между подсистемами нижнего иерархического уровня.
Результаты исследований разработанных моделей и их взаимодействия, анализ полученных результатов и разработанная на этой основе двухуровневая иерархическая структура системы управления производством асфальтобетона. Эта структура обеспечивает решение не только задач непосредственного управления технологическим процессом, но и более сложных задач оперативного управления качеством продукции.
Разработанная система управления промышленным производством асфальтобетонной смеси на базе всего двух типов контроллеров. Универсальный контроллер «ТИП 1» с шестью бинарными входами и шестью бинарными выходами. Универсальный контроллер «ТИП 2» с шестью бинарными входами и выходами плюс три цифровых входа и два цифровых выхода. Таких контроллеров для обеспечения основных операций технологического процесса требуется 23 штуки.
Научная новизна работы
Впервые предложена концепция синтеза оптимальной иерархической структуры системы управления производством асфальтобетона, которая обеспечивает решение задач непосредственного управления технологическим оборудованием и задач оперативного управления качеством асфальтобетонной смеси. На основе выдвинутой концепции, разработанных критериев, моделей топологии САУ и АБЗ, моделей взаимодействия подсистем управления и анализа результатов моделирования:
Доказана оптимальность двухуровневой структуры распределенной системы управления производством асфальтобетонной смеси.
Определена оптимальная номенклатура контроллеров систем управления нижнего иерархического уровня на базе всего двух типов контроллеров, что обеспечивает минимальную избыточность систем ввода/вывода данных, а так же высокую ремонтопригодность системы управления. Такая структура позволяет легко адаптировать САУ для различных вариантов, как технологии, так и топологии АБЗ. Кроме того это позволяет
использовать полученные результаты при модернизации существующих САУ АБЗ. Научную новизну работы так же определяют:
Разработанные методики модели и формальные критерии, позволяющие объективно исследовать эффективность различных структур САУ АБЗ для различных технологий и топологий АБЗ.
Результаты исследований и моделирования взаимодействия подсистем САУ подачи минеральных материалов и САУ управления бункерами песка и щебня. Это позволило оценить сложность организации взаимодействия подсистем САУ и обосновать необходимость использования двухуровневой иерархической структуры.
Методика поиска оптимальной номенклатуры контроллеров для реализации нижнего уровня подсистем САУ АБЗ. Решение этой задачи для определенного класса объектов автоматизации позволяет существенно снизить затраты на эксплуатацию САУ и адаптацию САУ к различным технологиям и топологиям АБЗ.
Практическая значимость работы
Результатом проведенных исследований является возможность использования предложенной концепции и методологический подход к исследованиям и разработке оптимальных структур САУ для предприятий строительной индустрии.
Внедрение результатов исследований в ОАО "Башкиравтодор" (г. Уфа) позволило проверить на практике основные результаты исследований и позволило адекватно оценивать эффективность решений, предлагаемых при модернизации асфальтобетонных заводов САУ АБЗ, оценивать круг решаемых ими задач, структуру предлагаемой САУ АБЗ и параметры соответствующих контроллеров.
Апробация результатов
Основные научные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции (Оренбург, 2009) «Взаимосвязь теории и практики в повышении качества профессионального образования»; Международной научно-технической конференции - XV Академические чтения РААСН (Казань, 2010) «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии»; Международной научно-технической конференции (Уфа, 2011) «Проблемы прочности и долговечности бетона и железобетона».
Публикации
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных работах.
*
Объем диссертации
Диссертационная работа состоит кз введения, 4 глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 171 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков, 16 таблиц. Список литературы включает 108 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Задачи и структура САУ управления технологическим оборудованием
По словам министра транспорта Российской Федерации И. Левитина, в первую очередь, стоит начать со строительства "рокад, которые будут идти к основным транспортным узлам Поволжья, Урала, Сибири" [52]. Еще одной задачей развития сети автодорог России является увеличение скорости доставки грузов. "Сегодня средняя скорость движения составляет 300 км в сутки, в то время как в Европе - 700-800 км", - добавил Левитин. На строительство, капитальный ремонт и содержание автомобильных дорог в России в 2012 году из федерального бюджета будет выделено 364 млрд. руб., напоминает ИА РБК. Как сообщил в конце августа 2011 г. вице-премьер РФ Сергей Иванов, в текущем году на эти цели выделено 309 млрд. руб. По данным на 2010 г., объем перевозок грузов автомобильным транспортом составил 5235 млн. т., что составляет 68% от общего объема грузоперевозок всеми видами транспорта.
Грузооборот, по сравнению с 2009 годом, увеличился на 10,6% и составил 199,2 млрд. т-км. Рост, по мнению экспертов, был обусловлен,, главным образом, за счет увеличениягсредней дальности перевозки грузов [10]. Средний уровень концентрации автодорог общего пользования федерального и регионального значения по состоянию на 2010 г. по России составил 31,8 автодорог в расчете на 1000 кв. км территории, в том числе с твердым покрытием - 29,3. Наибольшая концентрация, автодорог общего пользования.федерального и регионального значения былазафиксирована в Центральном ФО, в котором насчитывается 177,3 автодорог в расчете на-1000 кв. км территории, в том числе с твердым покрытием- 170,9. Самый. низкий уровень концентрации автодорог был отмечен в Дальневосточном ФО - 6,6 автодорог- в расчете на 10001 кв. км территории {4,9 - с твердым. покрытием).
Состояние автодорожной инфраструктуры России, страны с уровнем доходов выше среднего, оценивается экспертами Всемирного банка на самом низком уровне: по. качеству дорог Россия находится на 111 месте в-мировом рейтинге - почти в самом конце. От лидеров рейтинга - Франции, Германии иФинляндии - Россия отстает практически в три раза [33].
За- этот год в России» запланировано, отремонтировать, 11 тысяч км дорог, в восемь раз меньше, чем необходимо [33, 3, 44; 52]. Если же сроки ремонта затягиваются, то восстановление дорог из-за необратимых разрушений дорожает в несколько раз. «В Европе на ремонт и содержание ежегодно выделяется от 8 тысяч евро на километр дороги до 16 тысяч, а в России меньше двух тысяч», - отметил Олег Скворцов (президент ассоциации дорожных научно-исследовательских организаций РОДОС). При этом строительство дорог в России в несколько раз дороже, чем в других странах. Согласно данным Минтранса, километр дороги в нашей стране стоит от $1,8 млн. до $700 млн. (расчетная: цена строительства Четвертого кольца в Москве), в США - от $1 млн. до $267 млн. Глава Счетной палаты Сергеи Степашин в июне этого года признался, что дороги в России стоят в 7 раз дороже, чем в Китае, в том числе по причине крупных откатов.
К 2015 году 48% дорог не будут соответствовать нормам:, «В России только 0,8% от ВВП идет на финансирование дороги, в то время; как, в развитых странах-2%», - сказал ГОСПОДИНІ Скворцов: Российские: власти недооценивают: необходимость, создания современной, качественной автодорожной; инфраструктуры. «В; кризис все страны, увеличили объеме финансирования- дорог - этот одна из антикризисных; мер? и? средство для увеличения внутреннего спроса, — рассказал Олег Скворцов. "— Россиян -единственная страна; котораяфинансированйе,.наоборот, сократила »[33].
Всемирный банк опубликовал;доклаДіОб;акономике?Россииівжоторомі. российская; дорожная; система признанаї изношенной! и\ не4 отвечающей современными требованиям [70]: «Из 50= 000" километров? федеральных; автомобильных дорог нормативным? требованиям- соответствуют менее трети; состояние; которых; можно? считать удовлетворительным. Более1 50% федеральнойудорожнойісетИ не: удовлетворяет нормативным!требованиям по ровностей прочности дорожного;покрытия»; — говорится.в докладе.
KV2021 году Россия? может ежегодно?терять 12%- ВВП из-за неразвитой дорожноййсети; считают/эксперты аналитического; центра; «За. безопасность российских дорог»і Сейчас нафазвитие;дорожной»сетитратится 1,5% от ВВП. По данным исследования; для своевременного развития расходы) должны-быть увеличены до 5% ВВП [70]t По данным исследования темпы финансирования; дорожного хозяйства недостаточны для erov развития; ш нормального функционирования: В 2010 году уровень инвестиций в. дорожноехозяйствосоставил 1,5% от ВВП, что составляет 700 млрд; рублей; в то время» как, по мнению аналитикові центра, он должен быты ві 3; раза больше: «В: период с 2005гго по 2010 год протяженность дорог с твердым покрытием федерального значения в России выросла с 47Д до 50)11 тыс: км, в среднемна! тысячу км-в год. Вместе с этим.уровень, инвестиций в дорожное хозяйствосократился с 2 9% до Г,5% ВВП»,.— говоритсяв;исследовании:
В большинстве развитых стран? объемы финансирования дорожной отрасли) составляют" порядка четырех процентов; от внутреннего? валового продукта. Исключение составляют Япония и США, где эта цифра держится около двух процентов, однако они имеют более современную дорожную систему и более высокий ВВП.
По данным исследования, инвестируя 700 млрд. рублей в развитие дорожной сети, российская экономика потеряет порядка 1—2 трлн. рублей из-за недостаточных темпов ее модернизации. По данным федерального агентства «Росавтодор», в федеральном бюджете предусмотрено предоставление на цели капитального ремонта, ремонта и содержания автомобильных дорог федерального значения ассигнований в объеме: в 2011 году — 88,7 млрд. рублей, в 2012 году — 114,3 млрд. рублей, в 2013 году — 145,5 млрд. рублей [70].
За период реализации ФЦП «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)» было построено и реконструировано более 23 тыс. километров автомобильных дорог общего пользования [38]. Объем финансирования Программы модернизации за весь период ее реализации составил порядка 4,5 трлн. рублей в ценах соответствующих лет, из них почти 1,5 трлн. рублей из федерального бюджета (Рисунок 1.5) [38].
Задачи контроля параметров материалов и технологического процесса
На качество готовой асфальтобетонной смеси влияют характеристики ее компонентов- песка, щебня, минерального порошка, битума и добавок, а так же режимы- технологического процесса. К сожалению, в материаловедении асфальтобетона до настоящего времени» не сформулировано ни аналитической, ни статистической1 модели формирования качества асфальтобетонной смеси вида: где WCt) - вектор качественных показателей смеси; МЮ - вектор показателей качества компонентов асфальтобетонной смеси; TPfr). вектор параметров технологического процесса. где" -число компонентовасфальтобетонной.смеси; я - числотараметров для одного компонента (выбирается максимальное число параметров, а если; для какого-либо компонента число» показателей меньше; то вместо них в матрицу дописываются нули); V - число рассматриваемых технологических. переделов; Я - число учитываемых показателей технологической операции; mCt)u - / -ый показатель качества , для- -ого компонента; ФФіл - / -ый показатель качествадляД -ойлгехнологической операции Отсутствие зависимости (2.11) не; позволяет, измерив) Wft и Mft), сравнив требуемое значение Wz с измеренным, определить те изменения-вектора ТРСО, которые минимизируют разность (W(0-Wz).
С другой стороны известны отдельные- связи между свойствами компонентов асфальтобетонной смесиш« отдельными показателями качества асфальтобетоннойїсмеси: С увеличением расхода битума происходит» уменьшение1 остаточной пористости (Рисунок 2.7), диапазон изменения которой регламентируются соответствующими документами: исходя из- конкретных эксплуатационных условий- [12]. Внутри диапазона изменения! расхода битума, соответствующего регламентированному диапазону остаточной»пористости, зависимости прочностей (при температурах асфальтобетона 20 и 50 градусов) имеют экстремальный характер. Рост прочности с увеличением содержания битума связан с процессом заполнения пор минерального остова до их полного заполнения, повышением степени обволакивания им минерального порошка. Дальнейшее увеличение содержания битума (когда его объем превышает объем пор минерального остова) приводит к раздвижке зерен песка и щебня, а, следовательно, и к повышению пластичности асфальтобетона, уменьшению гидродинамического сопротивления движению и, как следствие этого, к снижению его прочности [4, 5]. В рамках данной работы, посвященной оптимальному управлению-прочностью асфальтобетона в условиях его производства, его эксплуатационные характеристики не будут рассматриваться. При введении в асфальтовое вяжущее песка происходит снижение прочности (Рисунок 2.8), что связано с увеличением степени неоднородности смеси и появление в системе объемного битума [12]. В работе [11] представлена сводная таблица технологических зависимостей, которые отражают влияние показателей качества компонентов асфальтобетонной смеси и параметров технологического процесса на свойства асфальтобетонной смеси на выходе АБЗ (Таблица 7). На эффективность САУ АБЗ параметры измерительной системы оказывают существенное влияние. Среди основных параметров: Точность контроля. Длительность процесса контроля. Частота контроля.параметра. Необходимо отметить, что для исследования эффективности информационного обеспечения САУ АБЗ следует рассматривать совокупное влияние всех этих параметров. Модель измерения работает в соответствии со схемой, представленной на рисунке (Рисунок 2.9) [11]. Для исследования процесса разрабатывается модель измерения: 1 В данной зависимости не указано для какой температуры приводятся данные На вход модели процесса измерения поступает измеряемый сигнал. При поступлении запроса на измерение от системы управления модель процесса измерения преобразует сигнал в «результат измерения». Такая процедура повторяется для всех контролируемых параметров. Характер преобразования сигнала в результат измерения определяются задаваемыми в модели параметрами. Пусть ХІІТІ]- І -ый контролируемый для п - ого замеса параметр либо качества компонентов смеси, либо технологического процесса, либо свойства асфальтобетонной смеси на выходе АБЗ. Использование порядкового номера замеса в качестве дискретного времени обусловлено циклической технологией производства.
Формирование критериев разбиения САУ АБЗ на иерархические уровни
Функционирование АБЗ. Практически все задачи нижнего уровня иерархии непосредственно влияют на работу АБЗ и при отказе соответствующих подсистем САУ АБЗ останавливается. С другой стороны задачи оперативного контроля гранулометрии и, прочности асфальтобетонной смеси, задачи управления оборудованием.лабораториизавода пока, не оказывают влияние на функционирование АБЗ. Это связано с малой распространенностью подобных систем и практически полным-отсутствием систем данного класса на АБЗ.
Производительность АБЗ. Задачи нижнего уровня иерархии непосредственно, влияют на производительность завода. Отказ подсистем управления приводит и к сбоям производственное процесса и; следовательно, к снижению производительности труда.
Точность рецептуры. Этот параметр обеспечивают подсистемы. управления дозированием, а» так же подсистема управления складом готовой смеси, если, она не допускает сегрегации готовой, смеси-. Оперативный контроль, гранулометрии смеси и контроль прочности создают предпосылки для оперативного. управления рецептурой.
Соблюдение режимов ТП. Практически все задачи» нижнего уровня иерархии непосредственно влияют на работу АБЗ и при отказе соответствующих подсистем САУ АБЗ останавливается, что естественно приводит к нарушениям режимовработы АБЗ.
Управление качеством готовой асфальтобетонной- смеси. На решение этой задачи оказывают влияние о подсистемы непосредственного управления технологическим оборудованием Управление сушильным агрегатом ? Управление дозированием Управление смесителем Управление складом готовой смеси о Подсистемы, специально обеспечивающие управление качеством готовой смеси Оперативный контроль.гранулометрии Оперативный контроль прочности асфальтобетонной смеси- Управление.оборудованием лабЬратории АБЗ Эффективность аппаратных средств; На этот показатель оказывают влияние все подсистемы ЄАУ нижнего уровня: Культура производства. На» общую- культуру производства оказывают влияние практически все подсистемыСАУ; Получение нового знания.,Єопоставление упорядоченныхданных от системы управления дозированием! (данные фактических рецептур дляшаждогозамеса); данныесо склада готовой смеси о том; когда,, куда и какой) температуры был отгружен-соответствующийкзамес, показатели качества компонентов смеси (гранулометрия из данные- из лаборатории АБЗ) и результаты оперативного контроля прочности- готовой смеси позволят полученные знания для управленияпроцессом; На верхнем иерархическом уровнерешаются следующие группы задач: Задачи управления технологическим» оборудованием. Собственно- непосредственное: управление технологическим оборудованием;осуществляется на нижнемуровне иерархии. На верхнем уровне осуществляется формирование задания для подсистем- нижнего уровня. Так, например, для системы управления дозированием требуемая доза задается на верхнем уровне иерархии; Такаяя связь, подсистем- нижнего и; верхнего. иерархического уровня способствует построению системы . оперативного управлениякачеством смеси. 125 Задачи: согласования работы технологического оборудования. Для нормального функционирования АБЗ необходима согласованная работа некоторого оборудования: Так, например; по результатам контроля гранулометрии поставленных минеральных компонентов смеси; с одной стороны т с; учетом требуемой рецептуры асфальтобетонной; смеси: выбирается производительность агрегатов питания; .. минеральных. материалов. Далее:, эти- материалы после» термообработки и грохочения попадают в расходные бункера; При контроле уровней» материалов в этих; расходных бункерах выявляются отклонения от требуемых значений. Это требует изменения производительностиг агрегатов; питания; Такая; коррекция необходима из-за ошибок дозирования; отклонения фактической гранулометрии смесиотхарактеристик-поставкиш, целом. Задачи: управления: данными; Для? эффективного: использования большого объемаь данных: в; ЄАУ эти данные необходимо правильно хранить.. Данные должньь быть; упорядочены: по многим критериям;, синхронизированы во? времени, к ним . должен;быть обеспечен управляемыйсдоступ:Таким?образом; BV составе; САУ/ АБЗІ должна присутствовать системам управления-базой данньіх(ЄУБД)! f Задачи формированияі необходимых: отчетов;АБЗ периодически должен отправлять в различные контролирующие организации . отчеты.Значительная,часть изэтих отчетов базируется наданных СУБД; Формирование отчетов — это типовая функция СУБД. Поэтому формирование отчетов или подготовкам части/ материалов для отчетов; должно входить в функции? системы старшего иерархического уровня САУ; АБЗ. Кроме того; в:САУ АБЗ: должна быть предусмотрена функция? генерации отчетов. Это позволит: формировать, новые: отчеты по запросам- различных организаций; Кроме отчетов по запросам контролирующих организаций часть отчетов; используется внутри АБЗ для более эффективного управления производством. Например, график, иллюстрирующий динамику производства асфальтобетонной смеси по различным временным интервалам (год, квартал, месяц, неделя, день, смена, час), был бы весьма полезен для анализа ритмичности производства. Задачиоперативного управления качеством. Эти задачи являются относительно новыми для АБЗ. По крайней мере, ни в одной рекламируемой На»рынке САУАБЗ нет подобных задач. Вместе с тем соответствующая организация данных w их эффективная обработка создают предпосылки для построения таких САУ. Проблема- осложняется отсутствием в технологии асфальтобетона зависимостей» на основе которых можно реализовать такое управление. Задачи-взаимодействия с оператором. Для решения любой из вышеперечисленных задач САУ верхнего иерархического уровня необходимо организовывать взаимодействие с оператором: Рассмотрим- задачи1 взаимодействия между верхним, и нижнимі уровнем иерархии: При рассмотрении,» разделим задачи, по направлению передачи данных. От системы нижнего уровня к верхнему уровню иерархии САУ АБЗ. о Передача сигналов «Готовность» о готовности соответствующего технологического оборудования и подсистем САУ. о Передача фактических параметров технологического процесса. Например, фактические дозы компонентов смеси по каждому замесу. о Передача первичных результатов.контроля параметров. о Передача сигналов подтверждения принятых данных. о Передача сигналовюб аварии технологического оборудования и/или подсистем САУ. ! От системы верхнего уровня к нижнемууровню иерархии САУ АБЗ.
Возможность разбиения САУ на уровни в соответствии с решаемыми задачами
Проведенные исследования общих принципов построения рациональной структуры САУ АБЗ обеспечивающей решение широкого круга задач, начиная от управления технологическим оборудованием и заканчивая оперативным управлением качеством1 асфальтобетонной смеси на выходе АБЗ и их,сопоставление-с системами автоматизации АБЗ представленными на рынке позволяет сделать следующие выводы:
В соответствии с прогнозируемыми темпами социально-экономического развития спрос на грузовые перевозки автомобильным транспортом к 2015 году увеличится в Республике Башкортостан примерно на 30 - 40%, количество грузовых автомобилей увеличится к 2020 году - в 1,9 - 2 раза, уровень автомобилизации.населения возрастет до 300 - 350 автомобилей на 1000 жителей. Это приведет к повышению интенсивности движения» на автомобильных дорогах регионального и» межмуниципального значения на 30 - 40%. Около 80% протяженности автомобильных дорог регионального и межмуниципального значения и-местного значения требуют увеличения прочностных характеристик из-за ускоренной деградации дорожных конструкций понижения сроков службы между ремонтами. Все это ставит задачу повышения качества асфальтобетонной смеси на выходе асфальтобетонного завода, что обеспечивается автоматизацией АБЗ с решением не только, задач непосредственного управления- технологическим процессом, но и более сложных задач - оперативного управления качеством продукции.
Подавляющее большинство представленных на рынке современных САУ АБЗ реализуютсякак распределенные иерархические структуры на базе микропроцессорных контроллеров. Эти системы управления решают простейшие задачи управления, хотя их потенциальные возможности позволяют решать существенно более сложные задачи автоматизации. При этом как структура этих САУ, так и возможности технических компонентов (микроконтроллеров) носят случайный и необоснованный характер. 3., Проведенный анализ существующих в настоящее время ЄАУ АБЗ; решаемых ими задач; их структуры и технических возможностей, перспективных задач для. САУ АБЗ позволили сформулировать аналитические критерии для объективной; оценки- эффективности той или» иной структуры САУ АБ31 Эти/критерии) позволяют в: зависимости от числа- подсистем нижнего иерархического уровня, числа линий ввода вывода дляжонтроллеров нижнего уровня САУ и количества типоразмеров контроллеров оценить эффективность, стоимость и помехоустойчивость анализируемой структуры САУ: Такимиікритериями являются:: оценка числа избыточных линий:ввода/вывода; оценка общей длины линий; связно для; связи; контроллеров нижнего иерархического уровня с объектомуправления; оценка минимума максимальной длины; линии связи; между контроллером нижнего уровня САУ и объектом управления. 4: Анализ задач, решаемых существующими САУA53f перспективных задач для?этих систем управления,, позволил выделить?следующие? группы задач для оценки;эффективности? иерархической»структуры САУ АБЗ дляэтих групп задач:: Задачи логико-программного управления;:; Задачи цифрового управления;: Задачи контроля параметров материалов и технологического процесса; Задачи управления качеством; готовой асфальтобетонной смеси. 5. Проведенные исследования позволили разработать (с использованием пакета MatLab) модель иерархической-структуры с учетом схемы технологического процесса АБЗ и . топологии расстановки оборудования: Модель позволяет исследовать как централизованную, так и распределенную иерархическую?структуру САУ АБЗ, оценивать в соответствии с разработанными: критериями эффективность той или иной структуры. 6. Результаты моделирования; а так же анализ решаемых САУ АБЗ задач, свойства технологического оборудования; в первую очередь требуемое быстродействие. САУ, позволили выбрать оптимальную структуру системы управления - иерархическую распределенную двухуровневую. Приї этом возможно использование: всего двух типов контроллеров: универсальный контроллер «ТИП 1» с шестью бинарными входамии шестью бинарными выходами: Таких контроллеров для обеспечения основных операций технологического процесса требуется 145штук; универсальных контроллеров «ТИП 2» с шестью бинарными входами и шестью бинарными выходами плюс три цифровых входа и; два, цифровых выхода:. Таких: контроллеров для: обеспечения основных операций технологического процесса требуется 9 штук. 7. В процессе исследовании разработана в пакете Simulink MATliAB модель-взаимодействия- подсистем? САУ подачи минеральных материалов и САУ управлениям бункерами песка и щебня: Это позволило оценить сложность, организации взаимодействия подсистем; САУ и обосновать необходимость использования?: двухуровневой иерархической структуры. 8. Результаты, проделанных исследований позволяют определить следующие пути внедрения результатовисследований: На начальном этапе возможно взаимодействие с существующими и работающими САУ АБЗ путем интеграции в-САУ верхнего уровня необходимых алгоритмов. Такой подход: существенно снизит затраты на разработку и внедрение подсистемы оперативного управления качеством САУ АБЗ. Следующим шагом может стать дооснащение существующей. САУ необходимыми системами контроля. В первую очередь это относится к системе оперативного контроля гранулометрии. Наконец заключительным этапом может явиться полная техническая разработка САУ АБЗ в соответствии с проведенными исследованиями.
