Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор систем управления сульфаткальциевыми промышленными отходами 14
1.1 Аналитический обзор проблем управления отходами в Российской Федерации 14
1.2 Способы обезвреживания (нейтрализации) фторангидрита и утилизации сульфаткальциевых отходов для производства товаров 16
1.3 Технологии производства продукции на основе сульфаткальциевых отходов 19
1.4 Управление технологическими процессами обращения с отходами производства на основе процедур экологического аудита 25
1.5 Постановка задач и выбор направления работы 28
2 Модели управления утилизацией сульфаткальциевых отходов 30
2.1 Модели для осуществления эффективного управления технологическим процессом получения каркасно монолитных модулей на основе фторангидрита 32
2.1.1 Обобщенная структурно-функциональная методика управления технологическим процессом утилизации фторангидрита 33
2.1.2 Нечеткая модель загрузки исходных компонентов получения ангидритовых каркасно-монолитных модулей 43
2.1.3 Нейросетевая модель перечня и соотношения компонентов смеси 54
2.1.4 Аналитическая модель процесса смешения 69
2.1.5 Имитационная модель управления техногенными запасами 76
2.2 Методики расчета классов опасности фторангидрита 96
3 Элементы автоматизированной системы управления технологическим процессом получения каркасно-монолитных модулей помещений 102
3.1 Выбор и обоснование функциональной схемы системы автоматизации процесса получения ангидритовых каркасно монолитных модулей 104
3.2 Выбор датчиков и элементов измерительной системы 106
3.3 Способ измерения объема сыпучих материалов в резервуарах и устройство для его осуществления 122
3.4 Автоматизированная информационная система «Процессы управления отходами» 126
4. Опытно-промышленные испытания технологии получения каркасно-монолитных модулей помещений 140
4.1 Экспертная система управления технологией получения КММП 140
Заключение 149
Литература 151
- Технологии производства продукции на основе сульфаткальциевых отходов
- Нейросетевая модель перечня и соотношения компонентов смеси
- Выбор датчиков и элементов измерительной системы
- Экспертная система управления технологией получения КММП
Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы управления обращением с техногенными отходами с каждым годом все актуальнее: объемы накапливаемых отходов растут, а предлагаемые способы и методы их утилизации практически не находят широкого применения.
Так фторангидрит, сульфаткальциевый отход химических производств, накапливается на отвалах или сбрасывается в водоемы в больших количествах в таких регионах России, как Томская, Пермская, Свердловская области. Тогда как техногенный ангидрит возможно успешно утилизировать, т.е. использовать для производства товаров (продукции).
Из научно-технической литературы известно использование фторангидрита в качестве компонента строительных изделий типа панелей. В 70-х годах прошлого века в Японии из таких панелей возводили межкомнатные стены. Но по экономическим причинам это направление применения фторангидрита прекратило свое суще-ствование1, не смотря на то, что технологии утилизации фторангидрита являются ресурсосберегающими с возможностью задействования в технологическом процессе (ТП) и других видов техногенных отходов, например золошлака.
В Томском политехническом университете предложено на основе фторангидрита изготавливать ангидритовое вяжущее и каркасно-монолитные модули помещений (КММП) для возведения малоэтажных зданий различных назначений, например, гаражных боксов.
В связи с тем, что техногенное ангидритовое вяжущее, полученное из твердых отходов фтороводородного производства, отличается от традиционных цементных и гипсовых вяжущих по прочности (марочности), по срокам схватывания, по водостойкости и морозостойкости, по углу откоса, по составу, т.е. является новым строительным материалом, поэтому при организации управления технологическими процессами обращения с сульфаткальциевым отходом, в частности, технологическим процессом получения каркасно-монолитных модулей помещений (КММП), возникли трудности по соблюдению точности дозировки компонентов в ручном режиме, по выдержке времени перемешивания массы, по соблюдению однородности уплотнения стенового материала в межопалубочном пространстве.
В этой связи актуальность темы исследования заключается в необходимости разработки совокупности моделей и алгоритмов эффективного управления технологическими процессами утилизации сульфаткальциевых отходов с учетом свойств фторангидрита, нового компонента строительных изделий, с целью получения конкурентоспособной строительной продукции в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП).
Объектом исследования являются технологические процессы и методы управления утилизацией фторангидрита в процессе получения строительной продукции на его основе - каркасно-монолитных модулей помещений.
1 Бондаренко С.А. Модифицированное фторангидритовое вяжущее и строительные материалы на его основе: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05/ Бондаренко Сергей Алексеевич. -Челябинск, 2008. - 146 с.
Предметом исследования являются виды и методы применения моделей и алгоритмов эффективного управления технологическим процессом производства КММП с учетом специфики свойств фторангидрита и качество стенового материала в каркасно-монолитных модулях (КММ).
Целью данной работы является повышение эффективного управления утилизацией сульфаткальциевых отходов и технологическим процессом получения строительных каркасно-монолитных модулей помещений на основе фторангидрита.
Для выполнения обозначенной цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить анализ состояния проблемы утилизации фторангидрита, сульфаткаль-циевого отхода химических производств, выявить факторы, способствующие получению качественной конкурентоспособной строительной фторангидритовой продукции;
предложить комплексное управление технологическим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов с применением совокупности признанных разработанных и оригинальных методов и приемов;
обосновать целесообразность процесса обезвреживания (нейтрализации) фторангидрита как наиболее эффективного способа управления сульфаткальциевыми отходами с целью снижения экологической нагрузки на окружающую среду и получения экологически безопасной строительной продукции;
разработать и применить математические модели технологических этапов производства каркасно-монолитных модулей помещений, прогнозирующие эффективные управляющие воздействия для получения конкурентоспособной строительной продукции требуемых характеристик;
ввести элементы системы автоматизации управления технологическим процессом получения ангидритовой смеси с учетом свойств основного компонента смеси - фторангидрита;
предложить алгоритм эффективного управления техногенными отходами и разработать программный продукт на его основе с учетом требований современного природоохранного законодательства.
В качестве основных методов исследования применялись методы системного анализа, метод функционального проектирования по методологии IDEF0, нейронные сети, нечеткая логика, аналитическое, визуальное и имитационное моделирование. Также результаты диссертационной работы были получены по итогам экспериментальных и теоретических методов исследования.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Впервые предложена обобщенная структурно-функциональная методика
управления технологическим процессом утилизации фторангидрита, нового материала
для строительной промышленности, позволяющая выделить управляющие воздействия
и необходимые ресурсы и обосновать введение элементов автоматизированной систе
мы управления на производстве фторангидритовых строительных изделий.
2. Разработаны, исследованы и применены новые математические модели для
эффективного управления технологическим процессом утилизации фторангидрита и
производства ангидритовых строительных изделий:
аналитическая модель процесса смешения, позволяющая обосновать эффективное время смешения компонентов, ранее не используемых в традиционной строительной промышленности;
нейросетевая модель нелинейной многокомпонентной химической системы, в которой установлена связь исходного состава со свойствами и параметрами получаемого ангидритового стенового материала нового типа;
имитационная модель управления техногенными запасами, сохраняющими неизменные свойства на протяжении времени хранения, отличающаяся управлением и комплексированием процедур подготовки утилизации фторангидрита и золошлака и реализации строительных изделий на их основе;
нечеткая модель загрузки исходных компонентов, отличающаяся базой правил, для поддержания необходимого уровня заполнения расходной емкости посредством изменения значений числа оборотов шнекового вала (производительности подачи).
Реализация результатов работы:
1. Работа выполнена в намках государственного задания Министерства образования и науки РФ, проект № 8.8184.2017/8.9 «Методология создания систем энерго-генерирующих и энергопреобразующих устройств для наземных и бортовых комплексов наземного, космического и подводного базирования».
2. Результаты разработки системы управления сульфаткальциевыми отходами реализованы при изготовлении КММП, а также в программном продукте «Программа процессов управления отходами» в системе управления базами данных MySQL.
3. Результаты работы внедрены на предприятии ООО «ТПУЭкоСтрой», а также в учебном процессе Национального исследовательского Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники .
Практическая ценность работы:
-
В процессе разработки структурно-функциональной методики эффективного управления технологическим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов были исследованы и проанализированы этапы производства, выявлены слабые стороны технологии, связанные с выполнением операций в ручном режиме, и предложены датчики и исполнительные механизмы элементов автоматизированной системы управления, исключающие человеческий фактор при регулировке загрузки расходной емкости, процессов дозировки и перемешивания исходных компонентов ангидритового бетона.
-
Построенные модели позволяют спрогнозировать управляющие воздействия при осуществлении этапов производства изготовления каркасно-монолитных модулей помещений с целью получения продукции заданных свойств, в соответствии со СНиП и отвечающие требованиям и запросам конечных потребителей продукции.
-
Программный продукт, разработанный на основе оригинального алгоритма, позволил организовать работу производства в соответствии с природоохранными требованиями и скоординировать действия ответственного по обращению с отходами на предприятии.
Положения, выносимые на защиту:
-
Обобщенная структурно-функциональная методика управления технологическим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов, позволяет представить в комплексе все этапы производства с выделением управляющих воздействий. (Соответствует п. 3 паспорта специальности 05.13.06: Методология, научные основы и формализованные методы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также технической подготовкой производства (АСТПП) и т. д.)
-
Математические модели технологического процесса производства ангидритовых каркасно-монолитных модулей, позволяющие спрогнозировать управляющие воздействия на технологические объекты с целью изготовления конкурентоспособной строительной продукции, отвечающей требованиям СНиП. (Соответствует п. 4 паспорта специальности 05.13.06: Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация).
-
Оригинальный алгоритм и программное обеспечение на его основе обеспечивает организацию экологически безопасного производственного процесса. (Соответствует п. 9 паспорта специальности 05.13.06: Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включая базы и банки данных и методы их оптимизации).
4. Элементы автоматизированной системы управления технологическим про
цессом получения каркасно-монолитных модулей помещений из техногенного ан
гидрита с учетом особенностей такого вторсырья, обеспечивающие точность дози
рования и поддержание эффективного времени перемешивания исходных компо
нентов при заданной производительности. (Соответствует п. 4 паспорта специально
сти 05.13.06: Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии
создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др.).
Достоверность результатов работы подтверждается рациональным способом возведения ангидрито-шлакового здания промышленных размеров в 2013 году в Томском регионе, которое является продолжением тематики получения ангидритовых промышленных конструкционных строительных изделий начиная с 1979 года. Результаты работы согласуются и не противоречат выводам других разработок и исследований по указанным проблемам. Также достоверность проведенных расчетов подтверждается моделированием в инструментальной средах MATLAB, BPwin, Anylogic, а также соответствием теоретических исследований и экспериментальных данных.
Апробация результатов диссертации. Основные материалы диссертационной работы были представлены на:
VII Международной XVIII Традиционной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Плахотника В.Н. «Экологический интеллект -2013» , Днепропетровск;
VI Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях, Москва, 2014г.;
- Всероссийской научно-практической конференции, приуроченной к 105-
летию со дня рождения Б.В. Громова,Томск, 1 - 3 октября 2014 г.;
III Всероссийской с международным участием научно-практической конференции по инновациям в неразрушающем контроле SibTest , Горный Алтай, 27-31 июля 2015 г.;
VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность», г. Томск 23 - 27 мая 2016 г.;
-Международная конференция по инновациям в неразрушающем контроле SibTest, г. Новосибирск 28-30 июня 2017 г.;
- Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Моло
дежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (МНТ-2017), г. Томск 25-27
октября 2017 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ из них 6 публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК; 2 статьи, индексируемых Scopus; получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ и 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 155 наименований. Общий объем работы составляет 207 страниц машинописного текста, включая 104 рисунка, 20 таблиц и 8 приложений.
Технологии производства продукции на основе сульфаткальциевых отходов
Наиболее предпочтительным направлением переработки твердых сульфаткальциевых отходов является использование их в строительной промышленности в качестве вяжущего, пластификатора и наполнителя строительных растворов и бетонов. При этом капитальные затраты на организацию технологического процесса приготовления строительных материалов на основе фторангидрита, предположительно, будут гораздо ниже по сравнению с другими вариантами. [43-46,66-74]
Промышленным предприятиям приходится решать задачи по организации эффективного управления данным видом промышленных отходов [75-80].
При создании производства строительной продукции на основе сульфаткальциевого отхода необходимо обеспечить получение вяжущего со стабильными, унифицированными свойствами, а производство ориентировать на несколько технологий получения конструкционных изделий и отделочных материалов.
Производств, использующих в качестве сырья сульфаткальциевые отходы, на сегодняшний день не так много, хотя на территории некоторых химических заводов скопились большие запасы этого отхода.
Так, в Свердловской области предложена следующая технология по производству модифицированного гранулированного фторангидрита для цементного завода. Первоначально ангидрит, образующийся в ОАО «Полевской криолитовый завод», нейтрализуется шлаком дугоплавильных сталелитейных печей во влажной среде. Шлак для нейтрализации берут с другого предприятия ОАО «Северский трубный завод». Технологический процесс начинается с того, что гранулированный фторангидрит после реакционной печи с температурой 200-220 0С посредством шнекового транспортера через шлюзовый питатель помещают на камневыделительные вальцы, чтобы раздробить крупные куски. Далее фторангидрит попадает на винтовой подъемник, куда для частичной нейтрализации из расходного бункера подают сталеплавильный шлак. Чтобы произошло связывание серной кислоты и фтора, смесь подают в смеситель с помощью тарельчатого питателя, куда поступает вода из оборотного цикла и дополнительный шлак по шнеку из дозатора. Полученный модифицированный гранулированный фторангидрит из смесителя по ленточному транспортеру отгружается на склад. На складе продукция выдерживается 12 часов и грейферным краном отгружается в железнодорожные вагоны, отправляемые на цементный завод [81]. Предложенный технологический процесс практически не автоматизирован.
Также на основе ангидритового вяжущего предлагается изготавливать полистиролбетон, что позволит решить как экологические проблемы с применением энергосберегающих технологий, так и наладить производство эффективных теплоизоляционных материалов [82].
Технологическая схема производства полистиролбетонных блоков для возведения стен представлена на рис. 1.1.
Первоначально в бункер-приемник 1 подается фторангидрит, который посредством винтового конвейера поступает в мельницу для помола, где также происходит активация вяжущего. Далее с помощью весового дозатора 4 нужное количество фторангидрита поступает в смеситель конечного раствора. Параллельно с этим из емкости для воды 7 и силосных емкостей 5 и 6 посредством весовых дозаторов 4 необходимое количество пластификатора смолы древесной омыленной, активатора и воды подается в смеситель 10. В смесителе 10 исходные ингредиенты перемешиваются до полного растворения активатора и пластификатора в воде.
Полученная смесь поступает в смеситель конечного раствора 11, куда из силосных емкостей 8 и 9 подают льняную костру (базальтовое волокно) и гранулы полистирола. Здесь происходит окончательное перемешивание всех поданных ингредиентов до однородной консистенции. Далее подготовленный раствор разливают в формы-опалубки 12. Указанный технологический процесс также мало автоматизирован, для этого авторы планируют оснастить производственную линию датчиками уровней силосов и расходных бункеров, тензодатчиками, силопередающими устройствами с терминалами системы дозирования, электрощитами распределительными, системами управления приемно-подготовительного отделения, системами управления перемещения механизмов, системами управления подачи сырья, системами управления резательным комплексом и системами управления перекладчиком опалубки.
На основе фторангидрита, образующегося в ОАО «Галоген» (г. Пермь), другими авторами [83] предлагается получать гипсокерамический материал. Технологическая схема получения плитки из гипсокерамического материала представлена на рис. 1.2.
Первоначально в бункер хранения отходов 1 загружают фторангидрит. Из бункера хранения добавок 2 и бункера 1 в шаровую мельницу 3 поступают фторангидрит и оптимизирующие растворы. В шаровой мельнице исходные компоненты смешиваются, измельчаются, и полученная смесь подается в гомогенизатор 4, где происходит более тщательное, тонкое измельчение и взвешивание массы, которая поступает в распылительную сушилку 5, где происходит набор прочности до 8-12%. Подготовленная смесь просеивается через вибросито 6 и поступает в бункер хранения пресс порошка 7. Далее с помощью пресса 8 происходит формование изделий, которые по роликовому конвейеру подаются в роликовую печь 11, предварительно проходя, если необходимо, устройство для глазурования 10. Обожженные изделия постепенно охлаждаются, без резкого перепада температур, чтобы не образовались трещины.
Представленная технологическая схема также требует внедрения АСУ для получения высококачественной конкурентоспособной продукции.
Другая технология [84] разработана для производства гипсового камня из полугидрата сульфата кальция. Гипсовый камень в дальнейшем предлагается использовать в качестве сырья для цементной промышленности.
Принципиальная схема производства нейтрализованного гипсового камня представлена на рис. 1.3. Как видно из схемы 1.3 первоначально происходит смешение промышленного полугидрата сульфата кальция (ПСК) и сухой извести-пушонки. Далее смесь перевозят и накапливают в буртах на открытой площадке. В буртах сырье хранится около двух месяцев до тех пор, пока не произойдет перекристализация полугидрата сульфата кальция в дигидрат с схватыванием и образованием монолитной массы. Далее бурты разбирают, крупнокусковой гипсовый камень дробится и классифицируется по размерам 0-5 мм и 5-60 мм. Товарный камень 5-60 мм погружают в железнодорожные вагоны или другой грузовой транспорт, некондиционный продукт 0-5 мм поступает на отвал. Авторы указанной технологии также не упоминают об автоматизации технологического производства нейтрализованного гипсового камня.
Основываясь на анализе литературных источников и различных информационных ресурсов, нами обобщены различные направления использования фторангидрта в качестве сырья. Результаты представлены на рис. 1.4.
Нейросетевая модель перечня и соотношения компонентов смеси
В настоящее время в химической промышленности для определения показателей качества получаемой продукции используется лабораторные исследования и анализ. Качество полученных результатов анализа во многом зависит от состояния лабораторного оборудования и от человеческого фактора, такого как квалификация специалистов, добросовестность, опыт и т.д. Возможности постоянного проведения экспериментов для нахождения оптимальных результатов требуют больших затрат, в связи с этим возникает потребность в повышении оперативности управления процессом получения продукции требуемого качества.
Исходя из вышесказанного, в работе предлагается использовать альтернативный подход, основанный на принципах индуктивного обучения по прецедентам и моделирования показателей качества по экспериментальным данным.
На основе экспериментально полученных параметров технологического процесса, таких как соотношение исходных компонентов строительной смеси, моделируется расчет показателей качества полученной продукции. В нашей работе это показатель прочности выходного вещества.
Для решения поставленной задачи в качестве среды моделирования был выбран MATLAB с использованием пакета Neural Networks Toolbox, который содержит средства для проектирования, моделирования, обучения искусственных нейронных сетей (ИНС).
Теория и аппарат искусственных нейронных сетей (ИНС) является активно развивающимся направлением науки и техники. Основные перспективы использования связаны с решением сложных практических трудноформализуемых задач. Решение любой задачи с использованием ИНС включает в себя следующие этапы:
- разработка нейросетевой модели (НСМ);
- формирование входного и желаемого выходного сигналов НСМ;
- определение сигнала ошибок и функционала оптимизации;
- формирование структуры НСМ, адекватной решаемой задаче;
- разработка алгоритма настройки НСМ, эквивалентного процессу решения задачи в нейросетевом логическом базисе;
- решение задачи с использованием разработанной НСМ.
При разработке автоматизированной информационной системы для прогнозирования свойств строительной продукции на основе сульфаткальциевых отходов, весьма важными представляются следующие задачи:
- исследование компонентов и свойств строительной продукции на основе фторангидрита;
- исследование способов создания и обучения искусственных нейронных сетей;
- описание системы прогноза свойств строительной ангидритовой продукции.
Проведен ряд исследований и получены данные, как изменяется марочность техногенного ангидрита (ТА-10) и техногенного ангидритового вяжущего (ТАВ-10) в зависимости от процентного содержания водорастворимого сульфата кальция. Результаты исследования приведены в Табл. 2.1 [33].
Как видно из таблиц, данные очень сильно отличаются друг от друга. Кроме того, они имеют разные единицы измерения. Необходимо привести данные к «общему знаменателю», т.е. подготовить их для обработки. Для этого применяется процедура нормализации данных. Для нейронных сетей необходимо, чтобы входные данные лежали в диапазоне [0…1], в то время как данные проблемной области могут находиться в любом диапазоне, как в нашем случае.
Для нормирования входных данных к интервалу [0; 1] применяется линейное преобразование, обеспечивающее сохранение соотношение между величинами (2.9):
Для обучения была выбрана трехслойная нейронная сеть с входным, выходным и одним скрытым слоем. Данная нейронная сеть является полносвязной, поскольку каждый нейрон следующего слоя связан со всеми аксонами нейронов предыдущего слоя. Для обучения трехслойной ИНС применялся алгоритм с обратным распространением ошибки, в котором используется итеративный градиентный способ подстройки весов с целью минимизации среднеквадратичного отклонения текущего выхода и желаемого выхода сети.
Для оценки необходимого числа синаптических коэффициентов L в многослойной сети с сигмоидальной передаточной функцией, используется формула (2.10):
Теперь, зная минимальное и максимальное число синаптических весов сети и используя формулу (2.11), определяем, что количество нейронов в скрытом слое лежит в пределах [0;8].
Далее необходимо построить саму нейронную сеть. Для этого в рабочей области среды Matlab необходимо запустить пакет Neural Networks Toolbox, который содержит средства для моделирования, проектирования и обучения искусственных нейронных сетей.
Полученные нормированные данные нужно загрузить в рабочую область Matlab, для чего созданы две переменные input и target, которые будут подаваться на вход и выход искусственной нейронной сети (рис. 2.23).
Выбор датчиков и элементов измерительной системы
Контроль веса ангидритового вяжущего и просеянного шлака в бункере требуется производить не менее тремя датчиками веса. При этом нужно учитывать как вес бункера, так и общий вес закрепленного на нем оборудования.
Для нашего производства выбран S-образный датчик сжатия-растяжения, модификация 60001 производства фирмы Vishay Sensortronics [87] (рис. 3.2).
Выбор нормирующих устройств
Нормирующее устройство должно иметь как минимум три входа для датчиков и выполнять суммирование входящих сигналов. Исходя из этих условий, выбираем нормирующее устройство СНУ4-010 фирмы Тензо-М [88].
Внешний вид нормирующего устройства представлен на рис. 3.3.
Нормирующий усилитель может дополнительно поставляться в комплекте с блоком питания. Блок питания выполнен в пластмассовом корпусе с возможностью крепления на DIN-рейку (рис. 3.4). Выбираем блок питания БП220-24/12х2, обеспечивающий питание НСУ.
Характеристики БП220-24/12х2:
1. Входное напряжение может быть как постоянным, так и переменным.
2. Переменное входное напряжение от 170 до 270 В, частотой от 45 до 70 Гц.
3. Постоянное входное напряжение нестабилизированное от 170 до 270 В.
4. БП сохраняет свои параметры при подаче входного постоянного напряжения обратной полярности.
5. Максимальная потребляемая мощность при максимальной нагрузке на выходе не более 22 Вт.
6. Выходное напряжение постоянное (24±5) В; ток нагрузки от 0 до 0.8 А; пульсации от пика до пика не более 800 мВ.
7. Время установления выходного напряжения до номинального значения во всем диапазоне входного напряжения и температуры окружающей среды не более 1 с.
8. Выход БП защищен от короткого замыкания. После устранения короткого замыкания работоспособность БП восстанавливается менее чем через 1 с.
Выбор концевых выключателей
Выключатели концевые мгновенного действия серии ВК-200, ВК-300 предназначены для срабатывания в электрических цепях управления переменного тока напряжением до 660 В частоты 50-60 Гц, и постоянного тока напряжением до 440 В, под воздействием управляющих упоров (кулачков) в определенных точках пути контролируемого объекта (рис. 3.5).
Выключатели допускают установку в любом положении в местах, защищенных от попадания пыли и случайного попадания брызг воды или масла, падающих вертикально или под углом к вертикали (для ВК 200) или случайного обливания водой или маслом [89].
Схема присоединения концевых выключателей на рис. 3.6.
Выбор расходомера
Расходомер BURKERT S030 (рис. 3.7) предназначен для измерения объёмного расхода жидкости:
-диапозон рабочих температур от 10 до +60 С; -рекомендуемое напряжение питания от 12 до 30 В;
-диапазон измерения расхода от 0 до 12 л/мин; -выходной сигнал от 4 до 20 мА; -позиция - 5-1.
Выбор уровнемера
Радиоволновые (радарные) уровнемеры УР 203Ex являются взрывозащищенными приборами и предназначаются для бесконтактного непрерывного измерения уровня сыпучих, кусковых и жидких продуктов, в различных технологических емкостях (бункерах, резервуарах, танках, силосах), на стационарных объектах, а также для приема и передачи информации с другими техническими средствами АСУ.
Принцип функционирования уровнемера базируется на облучении радиоволновым сигналом СВЧ с периодически изменяющейся частотой поверхности контролируемой среды. Излученный и отраженный сигналы взаимодействуют, и в результате возникает разночастотный сигнал, пропорциональной расстоянию между антенной излучателя и поверхностью измеряемой среды. Сигналы разной частоты обрабатываются и вырабатывается цифровой (кодовый) и токовый выходные сигналы, пропорциональные текущему значению измеряемой среды.
Радарные уровнемеры УР 203Ех можно использовать на взрывоопасных объектах классов 1 и 2 согласно ГОСТ Р51330.0999 и прочим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах. По метрологическим свойствам уровнемеры являются средствами автоматизации и не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору. Особенности УР-203 Ex:
- отсутствие влияния на стабильность измерений различных факторов (агрессивность среды, запыленность, широкий диапазон температур);
- простота установки и эксплуатации;
- возможность работы в условиях конденсата и испарений;
- высокая устойчивость к температурным колебаниям;
- не нужно перепроверять показания при регламентных работах, т.к. имеется привязка частоты излучения к частоте эталонного генератора;
- УР 203Ех не контактирует непосредственно с измеряемой средой;
- автодиагностика отказов и сигнализация;
- измерительную часть прибора можно демонтировать без разгерметизации емкости;
- настройка и калибровка производится дистанционно по интерфейсу цифровой коммуникации.
Технические характеристики уровнемера УР-203 Ex представлены в таблице 3.5.
Экспертная система управления технологией получения КММП
Накопленные знания, наработки, исследования и расчеты требуют систематизации, соответствующего управления для возможности эффективного их применения на производстве. По мнению сотрудников компании Gartner Group управление знаниями — это система интегрированного подхода для поиска, сбора, оценки, восстановления и распространения информационных активов предприятия таких, как документация, базы данных, политика, процедуры, регламенты, ранее не фиксированные опыт и знания отдельных работников.
Основная задача системы управления знаниями состоит в сборе и фиксации информации, знаний и опыта сотрудников предприятия, а также в распространении их между членами коллектива посредством интеллектуальных систем (ИС).
Управление и представление накопленными данными в ИС происходит преимущественно с использованием следующих моделей знаний:
- фреймовые;
- семантические сети;
- продукционные;
- логические;
- онтологические.
Фрейм - это структура или схема данных, дающих целостное, общее, представление об объектах, явлениях или событиях. Структура фрейма записывается в виде списка свойств – слотов, которым присваивают имена.
Семантическая сеть - это граф, вершинами которого являются информационные единицы, представленные событиями, действиями, обобщёнными понятиями или свойствами объектов. Если некоторые информационные единицы связаны каким-то образом между собой, то соответствующие вершины соединяются дугой.
Продукционная модель – это модель, которая представляет знания в виде правил типа ЕСЛИ (условие), ТО (действие).
Логическая модель представления знаний использует формальную систему, например, исчисление предикатов – утверждений о субъекте.
Онтолические модели реализуют связь сущностей по терминам или спецификацию комцептуализаций.
В тех же случаях, когда требуется привлечение накопленного эмпирического опыта высококвалифицированных специалистов, экспертов в своей области, наиболее подходит разработка экспертных систем (ЭС), имеющих в основе представления знаний те или иные модели.
Экспертные системы также используют при следующих ограничениях:
- выполнение небольшой задачи требует привлечение нескольких экспертов в разных областях;
- снижение производительности, когда необходим анализ сложного набора условий, и обычный специалист на производстве не справляется с поставленной задачей;
- наличие конкурентных организаций, которые успешнее справляются с поставленными задачами и пр.
Экспертная система представляет собой компьютерную программу, которая способна отчасти заменить высококвалифицированного сотрудника-эксперта при решении сложной, проблемной задачи. В этой вычислительной системе отражены знания специалистов по определенной предметной области в виде базы знаний.
Экспертная система основана на заранее составленном дереве вопросов по принципу, что каждый последующий вопрос сформулирован на основе ответов на предыдущие вопросы. Такой подход позволяет убрать лишние вопросы и исключить те варианты ответов, которые не способны привести к какому-либо результату. На любом этапе возможно вернуться к нужному вопросу и не теряя время, отвечать на последующие вопросы [132-149].
Экспертная система по сравнению с привлечением специалиста-эксперта обладает следующими преимуществами:
- постоянство, так как компетентность эксперта по разным причинами может ослабевать со временем;
- легкость передачи и (или) воспроизведения, так как передача информации от искусственных интеллектуальных систем человеку это более простой процесс за счет возможности копирования баз данных, чем передача подобной информации от одного человека другому;
- стабильность и устойчивость, так как экспертная система не подвержена эмоциональным факторам;
- стоимость, не смотря на то, что разработка экспертных систем затратна, но постоянное привлечение экспертов в итоге обойдется дороже, чем эксплуатация подобных систем [150].
Экспертные системы в отличие от прочих искусственных интеллектуальных систем, например нейронных сетей, не универсальны. Они призваны решать задачи в определенной заказчиком области [139, 150-152].
Структура экспертных систем имеет статический и динамический вид. Динамические экспертные системы в отличие от статических зависят от изменений внешнего мира, в частности показаний датчиков технологического процесса [153].
Для рассматриваемого технологического процесса подходит статическая система, так как качество строительных изделий зависит от опыта и навыков специалистов, от внутреннего контроля этапов производства.
Общая статическая структура экспертной системы содержит следующие компоненты (рис. 4.1):
- рабочая память (или база данных), предназначенная для накопления исходных данных, способствующих решению текущей задачи;
- база знаний, в которой хранятся долгосрочные данные, описывающие исследуемую область и правила преобразования ее данных;
- решатель, на основании исходных данных из рабочей памяти и базы знаний формирующий последовательность правил, способных привести к решению поставленной задачи;
- компоненты приобретения знаний позволяют автоматизировать наполнение экспертной системы знаниями, регулируемое экспертом-пользователем;
- объяснительный компонент, который поясняет каким образом система решила задачу или не решила, какие знания при этом использовались, что позволяет эксперту тестировать систему;
- диалоговый компонент облегчает общение пользователя в процессе решения задач, накопления знаний и объясняет результаты работы.
Основываясь на накопленных экспериментальных и расчетных данных, возможна разработка экспертной системы, позволяющей решать задачи по комплексному управлению технологическим процессом получения ангидритовых каркасно-монолитных модулей.
В любом технологическом процессе необходим своевременный контроль, четкое управление этапами производства и оперативное грамотное принятие управленческих решений. Разработка экспертной системы, по сути представляющая собой разработку программного средства, позволяет решать трудоемкие сложные задачи также эффективно и качественно, как это сделал бы подготовленный профессионал – эксперт.
Предложенная экспертная система была подготовлена в среде CLIPS (C Language Integrated Production System).
CLIPS способен поддерживать следующие способы представления знаний:
- продукционные правила для представления информации, основанной на накопленном опыте;
- функции для представления процедурных знаний;
- объектно-ориентированное программирование.
Преимуществов программной среды CLIPS являются ее доступность и простота использования.