Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния вопроса моделиирования нелинейностей и постановка задачи исследования 11
1.1. Роль и место моделирования нелинейных характеристик оборудования АСУТП в задачах текущего контроля 11
1.2. Анализ особенностей и характеристик функционирования технических средств АСУТП 18
1.3. Анализ средств и методов описания нелинейных характеристик 22
1.4. Постановка задачи исследования 34
Глава 2. Разработка и исследование подхода к моделированию нелинейных переходных характеристик 38
2.1. Исследование и выбор вида функции построения аналитического описания нелинейных характеристик 38
2.2. Исследование способов формального описания нелинейных характеристик на основе
экспоненциального представления 45
2.3. Исследование интерактивности процедуры аппроксимации при формировании аналитического описания нелинейностей 72
Выводы по главе
Глава 3. Разработка и исследование системы моделирования нелинейных характеристик технических средств АСУТП 80
3.1. Исследование специфики функционирования подсистемы текущего контроля АСУТП 80
3.2. Особенности разработки интерактивной системы построения аналитического описания нелинейностей (ИСПАОН) 85
3.3. Особенности разработки интерфейса пользователя ИСПАОН 90
Выводы по главе 96
ГЛАВА 4. Разработка и исследование методики построения аналитических описаний сигналов на основе испаон 97
4.1. Построение методики создания аналитического описания сигналов 97
4.2. Применение ИСПАОН на примере описания характеристик электронных элементов оборудования 104
4.3. Построение аналитических описаний нелинейных характеристик оборудования в АСУТП цементного производства 114
4.4. Применение ИСПАОН в АСУТП ректификации культуральной спиртосодержащей жидкости (КССЖ) 117
Выводы по главе 125
Общие выводы 126
Список литературы 128
- Анализ особенностей и характеристик функционирования технических средств АСУТП
- Исследование интерактивности процедуры аппроксимации при формировании аналитического описания нелинейностей
- Особенности разработки интерфейса пользователя ИСПАОН
- Применение ИСПАОН на примере описания характеристик электронных элементов оборудования
Введение к работе
Актуальность работы. Решение задачи обеспечения качества функционирования технологического процесса и оборудования обуславливается многими прогнозируемыми и непредвиденными факторами. При этом, в зависимости от конкретизации задачи - либо улучшение функционирования оборудования или производства, в целом, либо удержание достигнутого уровня качества функционирования, используют различные методы достижения цели.
В первом случае задача решается за счет совершенствования АСУ, которая постепенно обрастает дополнительными устройствами управления и регулирования, способствующими улучшению ее функционирования и повышению качества выпускаемой продукции [1]. Однако это в большей степени связано с мероприятиями перспективного плана, чем с процессом достижения плановых показателей рентабельности производства.
Во втором случае наиболее существенная роль отводится решению задач соблюдения конструкторско-технологической дисциплины, поддержания требуемого состояния технической среды и мероприятиям по ремонтно-профилактической деятельности в рамках установленного регламента (ТУ, ОСТ, ГОСТ). Если соблюдение конструкторско-технологической дисциплины и поддержание требуемого состояния технической среды - это, в основном, организационные функции в структурах автоматизированных систем управления предприятием, то ремонтно-профилактическая деятельность -это в значительной мере технические мероприятия конкретного производства, по существу, определяющие текущие показатели производительности и его эффективности.
Особенно это касается недостаточно оснащенных современным оборудо-ванием производств или производств с трудно контролируемыми средами, неконтролируемыми агрессивными и радиационно неустойчивыми средами. В силу специфики реальных отечественных производств их технологические процессы могут протекать в условиях, характеризующихся непрогнозируе мыми временными или периодическими отклонениями климатических параметров, показателей запыленности, вибро-, тепло- и холодоустойчивости, нестабильностью энергообеспечения, трудно планируемых процессов замены материалов и комплектующих изделий, отклонений в технологической и конструкторской дисциплине. Функционирование приборов и оборудования в таких обстоятельствах объективно ведет к непланируемым процессам снижения надежностных показателей, изменениям срока службы и, в конечном итоге, к непригодности их применения в структурах АСУТП.
Поэтому остаётся важным решение вопросов о порядке проведения мероприятий ремонтно-профилактической деятельности, составе подобных мероприятий, их технической оснащенности, прогнозирования качества функционирования технических агрегатов, схем и технологических процессов.
Оценка методологической базы этих вопросов показывает, что основу их решения составляют задачи контроля совокупных параметров технических средств, которые в аспекте единой структуры АСУТП представляются, прежде всего, задачами контроля законов преобразования входной информации для всех технических средств. Контроль законов преобразования предполагает предварительное моделирование функциональных связей входных и выходных цепей контролируемых устройств.
В связи с этим до настоящего времени не теряют своей актуальности вопросы построения аналитического описания нелинейных характеристик приборов и оборудования, определяющих закономерности преобразования входных сигналов.
Объектом исследования в предлагаемой работе являются технические средства АСУТП и их структуры.
Предметом исследования - аналитическое представление закономерностей преобразования сигналов в технических средствах АСУТП
Целью диссертационной работы является разработка методики аналитического описания нелинейных характеристик технических средств АСУТП
для обеспечения непрерывного контроля качества функционирования оборудования системы управления.
Для достижения цели работы в диссертационном исследовании поставлены и решены следующие задачи:
- анализ технических средств, применяемых в АСУТП, и основных особенностей их нелинейных характеристик;
- анализ существующих средств и методов аналитического описания этих характеристик;
- создание теоретических положений аналитического описания нелиней-ностей с требуемыми особенностями;
- разработка и исследование интерактивной системы построения аналитического описания нелинейностей;
- создание методики проведения процессов построения аналитического описания нелинейных сигналов;
- внедрение разработанной методики в АСУТП для построения аналитических моделей переходных процессов элементов системы.
Методы исследований. При решении сформулированных задач использованы методы теории моделирования, теории управления, вычислительной \ и прикладной математики, теории графов и прикладного программирования.
Научная новизна проведенных исследований заключается:
- в разработанном и теоретически обоснованном подходе к построению аналитических описаний нелинейных характеристик технологического оборудования, в основе которого лежат экспоненциальные приближения с визуальным контролем поведения аппроксимирующей функции и интерактивным подбором параметров агрегатируемых гауссовых функций;
в предложенной структуре и алгоритмах функционирования интерактивной системы построения аналитических описаний нелинейных сигналов, учитывающих специфику работы подсистемы текущего контроля оборудования АСУТП;
- в построении графовой модели (в виде сети Петри), отражающей взаимодействие человека и ЭВМ в процессе интерактивного построения аналитического описания нелинейных сигналов на основе экспериментальных данных;
в разработанной методике создания аналитических описаний сигналов по их экспериментально измеренным значениям, в основе которой лежит применение программной реализации интерактивной системы построения аналитических описаний нелинейностей.
Практическую ценность работы определяют:
программная реализация интерактивной системы построения аналитических описаний нелинейных сигналов;
- реализация предложенной методики для построения аналитических описаний вольтамперных характеристик электронных элементов в АСУТП цементного производства и АСУТП производства спирта;
- полученные аналитические характеристики элементов АСУТП на Белгородском цементном заводе и АСУТП Веселолопанского спиртзавода.
На защиту выносятся следующие положения:
- подход к построению аналитических описаний нелинейных характеристик технологического оборудования;
структура и алгоритмы функционирования интерактивной системы построения аналитических описаний нелинейных сигналов;
модель организации диалогового интерфейса при построении аналитических описаний нелинейных сигналов;
- методика создания аналитических описаний сигналов по их экспериментально измеренным значениям.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на:
- на Международной конференции «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отноше ний» в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов в 1997 г. (г. Белгород),
- на Международной научно-практической конференции-школе-семинаре «Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века» в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов в 1998 г. (г. Белгород),
- на Международной научно-практической конференции «Качество, безопасность энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века» в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов в 2000 г. (г. Белгород),
- на Седьмых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов в 2001 г. (г. Белгород);
- на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в Орловском государственном техническом университете в 2004 г. (г. Орёл).
Реализация работы. Основные результаты работы использованы:
- при выполнении тематики по «Разработке теоретических основ и методики создания интегрированных АСУ в производстве строительных материалов и конструкций» (тема №1.15.93 «тематического плана НИР БелГТАСМ» (г. Белгород) 1993 - 1997 гг.);
- при выполнении работ по «автоматизации процессов контроля и прогнозирования функционирования оборудования тепловых пунктов» (Договор №32/96 от 1 ноября 1996 г. БелГТАСМ с МУП Гортеплосети (г. Белгород), 1996-1997 гг.);
- при выполнении работ по построению моделей электромеханических преобразователей для АСУТП обжига цементного клинкера на Белгородском цементном заводе (г. Белгород) в течение 1997-1998 гг.
- при осуществлении контроля параметров технических средств АСУТП на Весёлолопанском спиртовом заводе (г. Весёлая Лопань), 1998 - 2003 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 136 страницах основного машинописного текста и включает 8 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 113 наименований и 4 приложения, общим объемом 195 страниц.
Во введении обоснована актуальность исследования и дана краткая характеристика работы.
Первая глава посвящена анализу состояния вопроса построения аналитических описаний нелинейных характеристик оборудования АСУТП в задачах текущего контроля, исследованию применяемого математического аппарата и постановке задачи дальнейшего исследования.
Во второй главе предложен, теоретически обоснован и исследован подход к построению аналитического описания нелинейных переходных характеристик.
Третья глава посвящена разработке и исследованию создаваемой на основе предложенного подхода системы моделирования нелинейных характеристик технических средств АСУТП. В четвертой главе предложена методика, основанная на использовании разработанной системы, для построения нелинейных описаний сигналов по их экспериментальным значениям и показаны примеры применения разработанной методики для решения конкретных задач.
Анализ особенностей и характеристик функционирования технических средств АСУТП
Рассматривая в качестве объекта исследования технические средства АСУТП и их структуры, естественно полагать, что количество структур, исполняющих роль объекта управления, ограничено, а множество входов и выходов обозримо. Тогда, исходя из кибернетического принципа «черного ящика», каждая структурная композиция предназначена отрабатывать свой закон преобразования входных воздействий в выходные сигналы и может быть охарактеризована законами изменения (функциями) выходных параметров от входных по соответствующим выходам и входам структуры. Называя условно такие законы изменения переходными характеристиками, можно отметить, что они характерны любым элементам, частям, композициям элементов и частей и, в целом, любым фрагментам структуры «управляющее устройство - объект управления».
При идеальном, соответствующем ТУ функционировании устройства его соответствующие переходные характеристики можно считать исходными переходными характеристиками, а их функциональные описания - исходными аналитическими выражениями переходной характеристики. Однако, контроль за функционированием системы управления не сводится к контролю за переходными характеристиками только отдельных устройств, входящих в систему управления. В системном аспекте более важным является контролирование переходных характеристик определенных фрагментов структуры всей системы управления.
При функционировании приборов, оборудования и прочих технических средств в условиях сложно контролируемой среды происходит ухудшение параметров технических средств и как конечный результат - текущее изменение переходных характеристик (текущие функции). Сравнение исходных переходных характеристик (исходных функций) с текущими переходными характеристиками (текущими функциями) делает, несомненно, возможным квалифицированное заключение о качестве функционирования технических структур (средств) АСУТП.
Структура АСУТП представляет собой конгломерат взаимодействующих замкнутых и разомкнутых контуров управления, образованных датчиками, исполнительными механизмами, регуляторами, включая и их составные компоненты на уровне блоков и элементов, а также координирующей и коммуникационной аппаратуры (ЭВМ, телекоммуникации, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т.п.). Несмотря на множественность различных производственных структур систем управления [20-25] и естественное многообразие переходных характеристик в этих структурах и их частях [26-29], естественно, что вид переходных характеристик обуславливается законами преобразования сигналов и информации, прежде всего, в отдельных технических компонентах структуры АСУТП. Причем, это относится к контрольно-измерительным приборам и другим средствам автоматизации.
В связи с этим особый интерес представляют закономерности преобразования сигналов в технических средствах АСУТП и их аналитическое описание в виде функций, что и является предметом дальнейшего исследования.
Оценка особенностей характеристик, отображающих закономерности преобразования входных сигналов, методологически, по-видимому, много-планова. Однако в аспекте описания нелинейностей выделяются две составляющие. Во-первых, это отображение реальных характеристик промышленно выпускаемых контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации [24, 25, 27, 30-38]. Во-вторых, это представление процессов преобразования сигналов, полученные в теории моделирования и теории сигналов [39-50].
Анализируя контрольно-измерительные приборы можно сформулировать следующие наиболее общие особенности характеристик, отображающие закономерности преобразования входных сигналов:
- форма нелинейности сигнала характеризуется непрерывностью и уникальностью, и воспринимается как непрерывная функция неизвестного аналитического описания (Каменец-Подольский приборостроительный завод, Казанский «Теплоконтроль», Ереванский «Электроприбор», Подольский «Луч», Белгородский «Интерком», Луцкая «Электротермометрия», «Манометр» (Москва), Челябинский завод «Теплоприбор», Тбилисский «Аналит-прибор», Объединение «Дила» (г. Гори), Гюмрийский опытный завод анали-тичеких приборов, Гомельский «Измеритель», Смоленский «Аналитприбор», Винницкая «Автоматика» и др.),
- «порционность» поступления сигнала во времени или пространстве, его накапливаемость, «наращиваемость», агрегатируемость «порциями» (частями) своей формы (Гянджинский приборостроительный завод, Арзамасское приборостроительное объединение, Ивано-Франковский «Промприбор», Рязанский опытный ремонтный завод, Рязанский «Теплоприбор», Кировокан-ская «Автоматика», «Львовприбор», Завод «Электроавтоматика» (г. Йошкар-Ола), Чебоксарский «Промприбор», МЭТА (Москва), завод «Тизприбор» (Москва), Саранский приборостроительный завод и др.),
- потоки цифровых массивов ограниченных объемов, отражающие изменение выходной величины от изменений входного сигнала на конечном временном или пространственном промежутке (СКВ Микроконт (Александрия), Конструкторское опытное бюро радиоаппаратуры (ЗАО «Кобра», г. Владимир), Центральный научно-исследовательский институт связи (г. Москва), АО Электропривод (Москва), НИИЭТ (г. Воронеж), ACR Systems Inc, Advantech, Maxon, Pacific Crest Corporation, Octagon Systems, Signatec, TELEBYTE, National Instruments Corporation и др.).
Анализируя методологию восприятия сигналов и нелинейностей в теории сигналов, надо отметить следующие существенно важные положения:
- информационная насыщенность мгновенного значения реального сигнала заменяется общей динамикой на конечном промежутке, то есіь формой зафиксированного сигнала. Ни вещество, ни энергия, ни их структурные от ношения, а только форма становится обобщенным носителем и не расчленяемым выразителем содержания сигнала,
- при регистрации нелинейности сигнала фиксируется ограниченное количество «точек»,
- все зафиксированные величины ограничены по своему значению точностью измерительных цепей, , , .
- в совокупностях зафиксированных точек сигнала отсутствует возможность выбора произвольной точки,
Исследование интерактивности процедуры аппроксимации при формировании аналитического описания нелинейностей
Оценка методов организации процессов аппроксимации [Раздел 1.3] позволила сделать заключение о том, что процесс аппроксимации функций неизвестного аналитического вида представляет собой чередующийся процесс работы человека (для проведения индуктивного вывода или осуществления языковой трансформации) и работы формальной процедуры (для реализации дедуктивного вывода) по определению параметров аппроксимирующей зависимости.
При этом человек, в зависимости от обстоятельств вычислительной схемы принимает на себя исполнение следующих заданий:
1) выбора узловых точек, аппроксимирующего множества и задание структуры аппроксимирующей функции;
2) выбор и формализацию критерия оценки близости для оценки адекватности результатов и определение соответствующего метода приближения;
3) исполнение формальной процедуры вычисления параметров аппроксимирующей зависимости в те моменты организуемого им процесса аппроксимации, когда это требуется по его мнению;
4) исполняет сформулированные выше положения, пока не достигнет требуемого качества аппроксимации или не достигнет иных установленных им целей.
Роль человека в процессах аппроксимации нельзя отнести к случайностям недоработки методик приближения. Анализ показывает, что его участие в этих процессах - это закономерности их организации. Причем, закономерности, охватывающие взаимодействие человека и формальной процедуры. Это взаимодействие в традиционной методологии формирования нелинейностей имеет «стихийный» и, в целом, неорганизованный характер. Оно не планируется в самом процессе аппроксимации и не используется целенаправленно для получения результата.
Целенаправленность возможна лишь в спланированном процессе взаимодействия в виде некоторого диалога человека и формальной процедуры. Она возможна только при организации конкретной информационной технологии, в которой определяется участие человека с обязательным исполнением им заранее установленных функций в заранее определенных моментах процесса аппроксимации. Человек не только может, например, выбрать узловые точки, аппроксимирующее множество или задать структуру аппроксимирующей оболочки. Он обязан это сделать в конкретной интерактивной (диалоговой) процедуре формирования нелинейности в заранее обусловленных ситуациях процесса в рамках заданного (запланированного, запрограммированного) диалога. Причем, делать это систематически в границах конкретной информационной технологии.
Нагрузка человека должна соответствовать его «специализации» в процессе аппроксимации. Нельзя допускать передачу его функций на исполнение формальной процедуре. Так в предложенных в предыдущем разделе способах экспоненциальной аппроксимации на формальную процедуру возложена организация накопления гауссовых функций, что необходимо и ведет к неэффективности процесса: появлению значительного количества экспоненциальных функций для каждой трапецеидальной зависимости. Между тем, выбор самим человеком требуемого вида «экспоненты» на конкретном шаге аппроксимации и введение визуального контроля над поведением аппроксимирующей функции делает процедуру простой и эффективной для получения окончательного аналитического описания [Рис. 23-25].
Визуальный контроль над поведением аппроксимирующей функции — это, по существу, интуитивный выбор человеком критерия оценки близости «I и решение им вопроса адекватности результатов: исходной аппроксимируе 74 мой кривой и получаемого аналитического вида аппроксимирующей функции. При этом конструктивность процесса определяется такой оценкой человека, как на каждом шаге аппроксимации при формировании очередной добавляемой экспоненциальной зависимости, так и при окончательном принятии решения (об окончании процесса формирования аналитического описания).
Достижение такого положения возможно при спланированном процессе взаимодействия человека и формальной процедуры, при организации конкретной информационной технологии, в которой между человеком и формальной процедурой осуществляется «диалог» для достижения поставленных целей, то есть реализуется программная интерактивность.
Интерактивность - это тактика функционирования человеко-машинного комплекса. Она имеет две существенно важных характеристики: 1) наличие «высокой степени» автоматизации деятельности человека, которая может охватывать физические, интеллектуальные или другие усилия человека, требуемые при работе человеко-машинного комплекса, 2) наличие формы взаимодействия человека и устройства, обычно, и называемой диалогом или интерактивной акцией, типичной для взаимодействия людей.
Интерактивная аппроксимация отражает общую методологическую тенденцию диалогового решения технических вопросов при их неформальной постановке [86-88]. ЭВМ выбраны как технические, а операционные системы - программные средства организации интерактивности. Показательной продуктивностью интерактивных средств отличаются отечественная система МИВОС [88] и зарубежные системы MatLab [89] и MatCad [90] для организации вычислительных экспериментов.
Особенности разработки интерфейса пользователя ИСПАОН
При организации диалога в системе построения аналитических описаний нелинейных сигналов технических средств АСУТП были учтены требования, присущие диалоговым интерфейсам:
- интерфейс должен быть интуитивно понятным неподготовленному пользователю. Для этого его элементы должны быть подчинены общему стилю или унифицированы групповым образом,
- следует активно использовать пиктограммы, поясняющие действия и предназначения элементов экранных форм, не загромождая последние наличием избыточной графической информации,
- необходимо наличие строки подсказки или контекстно-зависимой помощи, поясняющей назначение компонентов интерфейса,
- перемещение между экранными формами приложения должно быть организовано по принципу свободного выбора решения, то есть всегда должна иметься возможность вернуться к исходному состоянию и отказаться от ввода требуемой информации.
Исходя из вышеперечисленных требований, структура интерфейса приложения спроектирована следующим образом. В приложении имеется главная форма, содержащая основное меню и управляющая приложением в целом. Выбор пунктов меню или нажатие на кнопки главной формы вызывает появление новых экранных форм, из которых можно вернуться обратно в главную.
В общем случае модель описания функционирования и организации диалога пользователя в системе ИСПАОН представлена в виде сетки Петри на Рис. 28 и имеет вид
Таблица Т может быть представлена и в другом виде [Таблица 4]. Здесь пустая ячейка таблицы означает отсутствие какого-либо перехода. Коротко работу модели можно описать следующим образом:
Состояние SQ соответствует запуску программы, который открывает оболочку и предоставляет возможности для организации процесса моделирования - построения аналитического описания нелинейности [Рис. 28]. Оболочка позволяет начать моделирование как продолжение начатой ранее работы или организовать работу заново.
Для продолжения начатых ранее работ считываются сохраненные файлы, - и фиксируется ситуация S2, на которой приостановлено моделирование.
Полученный текущий график (и соответствующее аналитическое описание) подготавливается к удобному или подходящему виду и осуществляется построение требуемого гауссового сигнала (функции) (5. - S, ).
Для начала работы с вновь создаваемым сигналом проводится выбор режима формирования входного сигнала, проводится ввод данных массивов аргумента и функции (&). Затем возможны действия, аналогичные описанным (s2,sA-sk).
Новый сигнал можно создать за счет модификации уже существующего и присвоения ему нового имени (состояние S ).
В Приложении 2 приведены примеры экранных форм при работе с системой.
Процессы моделирования нелинейных характеристик сигналов являются неотъемлемой составляющей комплексной оценки качества элементов, узлов и структур технических средств АСУТП и получения превентивных выводов о необходимости проведения ремонтно-профилактических мероприятий. Реализация подсистемы текущего контроля состоит из двух составляю щих - комплекса программно-аппаратных средств, ориентированных на кон кретный объект управления, и унифицированного программного комплекса, / в состав которого и входит интерактивная система построения аналитиче ских описаний нелинейностей. » Предложена структура программных средств интерактивной системы построения аналитических описаний нелинейных сигналов учитывающая специфику функционирования подсистемы текущего контроля оборудования АСУТП.
Разработана модель организации диалога в виде сети Петри, описывающая функционирование интерактивного интерфейса системы построения аналитических описаний нелинейных сигналов.
На основе предложенной структуры программных средств, структуры данных и модели интерактивного интерфейса созданы алгоритмы и реали-зован программный комплекс построения аналитических описаний нелинейностей.
Применение ИСПАОН на примере описания характеристик электронных элементов оборудования
Покажем реализацию методики аналитического описания нелинейных характеристик оборудования на конкретном примере.
Поскольку основная нагрузка современных систем управления независимо от их назначения ложится на электрические цепи, то одним из наиболее ответственных мероприятий при моделировании является описание вольт-амперных характеристик (ВАХ) электротехнических (электронных) элементов, приборов или их структурных образований и корректное использование законов Кирхгофа. Разнообразие нелинейностей электротехнических контуров и цепей определяется природой физико-технических эффектов, воплощенных в приборах, и способом соединения элементов и приборов в цепях.
К наиболее сложным разновидностям реальных нелинейностей относятся так называемые N-образные нелинейные характеристики [102-104]. Такие, например, как вольтамперные характеристики (ВАХ) туннельных диодов (ТД), в которых особенности концентрированно представлены U-образной впадиной, образованной туннельной и диффузионной ветвями ВАХ ТД [105].
Наглядность процесса применения предлагаемой методики проявляется именно при построении аналитических описаний кривых с многочисленными структурными особенностями. Будем основываться на таблице значений функции I=I(U), где: I -ток в туннельном диоде, U- напряжение на диоде на интервале ІЄ[0,0.5] миллиампер (та), иє[0,1.5] вольт (V) для вольтампер-ной характеристики [105, С.568] туннельных диодов 1И104 (А-Е) [Рис. 34]: [0, 0.40]; [0.01, 0.70]; [0.02, 1.00]; [0.03, 1.20]; [0.04, 1.40]; [0.05, 1.48]; [0.06, 1.50]; [0.07, 1.50]; [0.075 , 1.475] [0.080, 1.450]; [0.085, 1.400]; [0.090, 1.275]; [0.095, 1.150]; [0.100, 1.100]; [0.110, 1.050]; [0.120, 0.950]; [0.125, 0.900]; [0.130, 0.850]; [0.140, 0.825]; [0.150, 0.800]; [0.160, 0.750]; [0.170, 0.700]; [0.180, 0.650]; [0.190, 0.600]; [0.200, 0.550]; [0.210, 0.520]; [0.220, 0.490]; 105 [0.230, 0.460]; [0.240, 0.430]; [0.250, 0.400]; [0.260, 0.395]; [0.270, 0.390] [0.280, 0.385]; [0.290, 0.380]; [0.300, 0.379]; [0.310, 0.3785]; [0.320, 0.3783] [0.330, 0.3781]; [0.340, 0.3777]; [0.350, 0.375]; [0.360, 0.380]; [0.370, 0.385] [0.380, 0.390]; [0.390, 0.395]; [0.400, 0.400]; [0.410, 0.450]; [0.420, 0.500] [0.430, 0.550]; [0.440, 0.600]; [0.450, 0.700]; [0.460, 0.800]; [0.470, 0.900] [0.480, 1.000]; [0.490, 1.100]; [0.500, 1.200]. (91) Переобозначим переменные: под I будем понимать переменную х, под U-функции, обозначаемые латинскими символами Y, Р, L и т.п. Исходную ВАХ будем также обозначаться как F(x).
Таблица значений ВАХ ТД (91) [Рис. 34] вводится в PSIMS и процесс моделирования начинается с исходной картинки F(x) [Рис. 34, 35].
Порядок наложения «гауссовых» функций может быть различный, в зависимости от выбранной тактики. В частности, если выбор точек определяется максимальным отклонением исходной функции от текущей аппроксимирующей зависимости, то модель ВАХ можно построить небольшим числом итераций.
Предлагаемая методика построения аналитических описаний нелинейно-стей может быть внедрена в автоматизированных системах управления различных видов производств. В данном разделе рассмотрим примеры внедрения ИСПАОН в цементном производстве в подсистеме управления энергопотреблением.
Одной из основных задач автоматизированной системы управления энергоемким технологическим процессом обжига цементного клинкера является рациональное использование энергетических ресурсов, в том числе и электроэнергии [106-108].
Известно, что расход электроэнергии на обжиг и охлаждение клинкера составляет от 15-16% до 20-25 %, а непосредственно на обжиг около 4% [106, 107]. В связи с этим понятен интерес к исследованию вопросов потребления электроэнергии вращающей печью (ВП) [109], связанных с оценками действительных значений токов, потребляемых электроприводом вращающейся печи, с возможностями экономии за счет использования тиристорного электропривода, стабилизирующего токи потребления, с оценками экономической эффективности и сроками окупаемости оборудования и т.п.
Анализ схемы главного привода ВП, представляющего асинхронный электродвигатель с релейно-контакторной схемой управления, показывает, что около 30 % электроэнергии.уходит на потери в пусковых реостатах. Например, для обжиговой печи 4150 м типовая схема электропривода имеет 7 реостатных ступеней пуска, управляемых реле времени с возможностями настройки выдержки времени от 0,25 до 1 сек.
Типовые пусковые диаграммы [Рис. 45] подобного электропривода в относительных единицах позволяют определять кратность изменения тока, потребляемого электродвигателем в режиме управления скоростью вращения печи, которая при переходе с одной ступени на другую составляет около двух номинальных значений тока (1,81ном). Контроль тока потребления на ВП осуществляется приборами КСУ-2-003 или КСП2-042 с диаграммной лентой, на которой имеются сведения о суточном и недельном потреблении тока. Эти приборы интегрирующего типа и колебания тока в течение одного оборота печи не фиксируют. Но наблюдения за током потребления на щитовых амперметрах позволяют делать оценку из действительных значений и проводить расчеты расхода электроэнергии на обжиг.
В результате измерения, например, на ВП Белгородского цемзавода 4170 м и 4150 м получены кривые изменения тока во времени [Рис. 46]. Для анализа подобных кривых используют методики [109], которые преобразуют кривые потребляемых токов в прямоугольные импульсы, с помощью которых определяют их последовательность для оценки диаграммы потребляемых токов. При этом стараются учесть [ПО, 111] параметры электропотребления за один оборот ВП, суточного энергопотребления, установить оптимальные временные интервалы, получить оценку регулировочной способности исследуемого объекта, рассчитать значение максимальной мощности и величину потребляемой электрической энергии.
