Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие основ создания систем автоматизации управления промышленными объектами 13
1.1. Анализ предшествующих исследований 13
1.2. Проблемы создания систем автоматизации управления 45
1.3. Выработка программ на временные и материальные затраты 57
1.4. Совместное проектирование объектов управления и управляющей системы 63
1.5. Управление объектами с целенаправленно изменяемой структурой 68
Глава 2. Методы и алгоритмы управления характерными для угольной отрасли объектами 79
2.1. Технологический комплекс обогатительной фабрики как объект управления 79
2.2. Управление групповым дозированием сыпучих материалов 84
2.3. Управление процессами обогащения в отсадочных машинах и в тяжелых средах 100
2.4. Управление технологическим комплексом обогащения 106
2.5. Управление технологическими процессами с рециклом 125
Глава 3. Испытательно-наладочный полигон для средств и систем автоматизации 137
3.1. Структуры натурно-модельных блоков и комплексов 138
3.2. Имитационный натурно-модельный комплекс 150
3.3. Испытательно-наладочный полигон 165
Глава 4. Системы автоматизации управления углеобогатительными фабриками 179
4.1. Система автоматизации управления ОФ "Антоновская" 179
4.1.1. Назначение и цели создания системы автоматизации управления (САУ) 180
4.1.2. Функциональная структура САУ 183
4.1.3. Техническая структура С АУ производственным комплексом... 186
4.1.4. Программное обеспечение САУ производственным комплексом 205
4.1.5. Информационное обеспечение САУ производственным комплексом 216
4.1.6. Надежность и безопасность системы 220
4.1.7. Результаты пуско-наладки и эксплуатации 222
4.2. Система автоматизации управления ОФ "Бачатская" 225
4.2.1. Комплекс главного корпуса фабрики 226
4.2.2. Назначение и цели создания системы автоматизации управления технологическим комплексом обогащения (ТКО).. 229
4.2.3. Функциональная структура САУ ТКО 231
4.2.4. Техническая реализация САУ ТКО 233
4.2.5. Испытания и пуско-наладка САУ ТКО 244
4.3. Система автоматизации управления ОФ "Заречная" 249
4.3.1. Функциональная структура САУ
производственным комплексом 251
4.3.2. Техническая реализация САУ производственным комплексом 253
4.3.3. Прикладное программное обеспечение 262
Глава 5. Системы автоматизации управления технологическими комплексами угольных шахт 265
5.1. Система автоматизация управления технологическим комплексом (САУТК) 266
5.1.1. Структура и функции САУТК 267
5.1.2. Техническое и программное обеспечение САУТК 277
5.2. Локальная система автоматизации управления вентиляторной установкой главного проветривания (ЛСАУ ВГП) 279
5.2.1. Структура и функции ЛСАУВГП 283
5.2.2. Алгоритмическое и информационное обеспечение системы 285
5.3. Локальная система автоматизации управления воздухонагревательной установкой (ЛСАУ ВНУ) 289
5.3.1. Характеристика объект управления 289
5.3.2. Функциональная структура САУ 292
Выводы и заключение 297
Библиографический список
- Проблемы создания систем автоматизации управления
- Управление процессами обогащения в отсадочных машинах и в тяжелых средах
- Имитационный натурно-модельный комплекс
- Программное обеспечение САУ производственным комплексом
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изменившиеся социальные и экономические \словия потребовали новых подходов и методов создания крупных промышленных комплексов В первую очередь, это диктуется существенным, в три-четыре раза, сокращением сроков создания таких комплексов и выведения их на проектную мощность с одновременным повышением технико-Экономических, экологических и социально-гигиенических показателей Для достижения положительных результатов необходимо отказаться от традиционной последовательной схемы проектирование - заказ и поставка оборудования — строительство - монтаж основного и вспомогательного оборудования - пуско-наладочные работы, а перейти к параллельному, одновременному выполнении большинства из перечисленных функций с выработкой и корректировкой базовых программ создания с учетом экономических и социальных последствий не только проектирования и строительства, но и досрочного освоения промышленных комплексов Все это в полной мере относится и к системам автоматизации управления (САУ) Более того меняется и роль автоматизации управления, переходя от второстепенного значения в равноправные, а порой и определяющие факторы достижения требуемой эффективности всего производства
Однако только организационных мероприятий для достижения желаемых результатов недостаточно Необходимо совершенствование самой технологии строительства, новых структурных решений по строительным конструкциям, технологическому оборудованию и, самое главное, системам автоматизации управления всех уровней производственного процесса Особого внимания здесь требует совместное создание объекта управления и управляющей подсистемы, построение объекта управления с гибко изменяемой структурой для достижения требуемых динамических свойств, учет таких характеристик объекта как распределенность, существенные запаздывания, нестационарность внешних и внутренних возмущений Параллельное создание систем автоматизации со строительством предприятия выдвигает новые требования не только к очередности строительства отдельных компонентов зданий и сооружений, но и разработки специальных испытательно-наладочных комплексов для средств и систем автоматизации Решение последних задач возможно с развитием идей и методов теории новых типов обратных связей, \ правления объектами в условиях неопределенности, натурно-математического моделирования, динамической идентификации
К числу крупных промышленных комплексов относятся угледобывающие и углеперерабатывающие предприятия, строительство которых интенсивно ведется в угольных бассейнах Приобретенный опыт и поставленные в ходе создания систем автоматизации управления угольными шахтами и \ глеобогатительными фабриками задачи подтверждают актуальность научного обобщения и практическую значимость охарактеризованной проблемы
Диссертация выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ федеральной целевой программы «Интеграция»
(1997-2002г, 2002-2006г), фанта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук по направлению «Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология» (2000-2002г), грантов Минобразования «Развитие концепции и методов теории идентификации» (2004-2005г), «Развитие теории и методов управления на основе натурно-модельного подхода» (2005-2006г), фанта Российского фонда фундаментальных исследований «Системы автоматизации на основе натурно-модельного подхода» (2006 г), программ строительства углеобогатительных фабрик «Антоновская» (г Новокузнецк, 2001г), «Бачатская - Энергетическая» (г Белово, 2002г), «Заречная - Спутник» (г Полысаево, 2003г ), «Междуреченская», (і Междуреченск, 2005г ), тринадцати угольных шахт, в том числе «Ульяновская» (г Новокузнецк, 2003г), «Углекоп» (г Мыски, 2002г ), «Колмогоровская-2» (г Белово 2005г )
Цель и задачи диссертации. Развитие подхода к созданию систем автоматизации управления промышленными комплексами в современных экономических и социальных условиях на примере угольных шахт и углеобогатительных фабрик Кузбасса В рамках этой цели выделены конкретные задачи 1 Выявление особенностей и проблем создания систем автоматизации управления 2 Постановка задачи и развитие методов разработки программ создания систем автоматизации 3 Постановка задачи и развитие методов совместного проектирования объектов управления и управляющих систем 4 Разработка методов и алгоритмов управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой 5 Развитие методов и алгоритмов управления объектов угольной отрасли 6. Создание испытательно-наладочного полигона для средств и систем автоматизации управления 7 Внедрение разработок при создании систем автоматизации управления технологическими объектами угольных шахт и углеобогатительных фабрик
Методы выполнения работы. Обобщение практического опыга создания систем автоматизации управления, методы теории систем с переменной структурой, управления в условиях неопределенности, идентификации объектов в системах управления, имитационного моделирования
Научная новизна. Развитие подхода к созданию систем автоматизации управления промышленными объектами, заключающееся в разработке комплекса методов, алгоритмов, инструментальных средств и систем для обеспечения полного цикла «проектирование, испытание, пуско-наладка и сопровождение систем автоматизации управления»
Выявлены особенности и проблемы создания систем автоматизации управления промышленными объектами, обусловленные сокращением в 3 - 4 раза сроков разработки и внедрения систем, увеличением затрат на совершенствование технологических процессов и агрегатов, повышением требований к эффективности производства и качеству продукции
Постановки и методы решения задачи выработки нормативов на создание промышленных комплексов и выполнение видов работ, совместного синтеза объектов управления и управляющих систем, основой методов служит
имитационное натурно-математическое моделирование и процедуры симтексного поиска
3 Методы, общая структура и конкретные алгоритмы управления
объектами с целенаправленно изменяемой структурой, позволяющие достигать
желаемых динамических свойств всей системы управления за счет оперативной
перестройки структуры объекта управления
4 Общие структуры и конкретные алгоритмы управления объектами с
рециклом и объектами с распределенными управляющими воздействиями с
различной динамикой их преобразования, точность регулирования в системах с
указанными алгоритмами по модульному критерию в 1,5-3 раза выше
точности регулирования в САР Ресвика, Смита и САР с типовыми законами
регулирования
5 Математическое и информационное обеспечение испытательно -
наладочного полигона для средств и систем автоматизации, базирующееся на
имитационном моделировании и позволяющее выявить и устранить до 75 %
ошибок разрабатываемых САУ на стадии проектирования, что в 2 - 4 раза
сокращает сроки выполнения пуско-наладочных работ на объекте
Информационное, математическое и техническое обеспечение систем автоматизации управления всеми технологическими комплексами углеобогатительных фабрик, позвозившеє создать полностью автоматизированное предприятие нового поколения
Информационное, математическое и техническое обеспечение систем оперативно-диспетчерского управления наземными объектами угольных ша\т, САУ вентиляторными установками главного проветривания и САУ воздухонагревательными установками, позволившее повысить безопасность и эффективность работы объектов угольных шахт
Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы
при планировании мероприятий по созданию систем автоматизации управления промышленными объектами,
при разработке информационного, математического, программного и технического обеспечения САУ упеобогатительными фабриками, технологическими комплексами угольных шахт и аналогичных объектов,
при отладке всех видов обеспечения САУ промышленными объектами,
для обучения студентов и повышения квалификации специалистов в области создания и эксплуатации САУ
Реализация результатов. Результаты работы внедрены на четырех углеобогатительных фабриках нового поколения «Антоновская» г Новокузнецк, 2001 г, «Бачатская-Энергетическая», г Белово, 2002г , «Заречная-Спутник», г Полысаево, 2003г , «Междуреченская», г Междуреченск, 2005г Использованы при проектировании САУ ОФ «Северная» г Березовский, 2005г, «Листвяжная», г Белово, 2006г, «Печорская», г Воркута, 2006г Внедрены на тринадцати шахтах, в том числе «Углекоп», г Мыски, 2002г, «Ульяновская», г Новокузнецк, 2003г, «Заречная», г Полысаево, 2005г, «Колмогоровская-2», г Белово, 2006г
Создан испытательно - наладочный полигон для средств и систем автоматизации на базе СибГИУ и Новокузнецкого ШСМУ №6 Предмет защиты. На защиту выносятся
- постановки и методы решения задач выработки нормативов для
создания САУ, совместного проектирования объектов управления и
управляющих систем,
методы и алгоритмы управления характерными для угольной отрасли объектами с целенаправленно изменяемой структурой, с запаздыванием в управлениях, состояниях и измерениях, распределенными управляющими воздействиями,
функциональное, математическое, программное, информационное и техническое обеспечение испытательно - наладочного полигона для средств и систем автоматизации,
разработанные и внедренные на четырех углеобогатительных фабриках нового поколения системы автоматизации управчения всеми уровнями и стадиями производственных процессов,
разработанные и внедренные на тринадцати угольных шахтах системы оперативно-диспетчерского управления наземными объектами, САУ вентиляторными установками главного проветривания, САУ воздухонагревательными установками
Личный вклад автора заключается в разработке содержательных идей методов решения задач выработки нормативов, совместного проектирования объектов управления и управляющих систем, общих структур алгоритмов управления | объектами с целенаправленно изменяемой структурой, с распределенными управляющими воздействиями и рециклом, структуры и технического обеспечения испытательно - наладочного полигона для средств и систем автоматизации, формировании натурных данных для разработки и исследования методов и алгоритмов, научном руководстве при создании всех видов обеспечения внедренных САУ углеобогатительными фабрикам и угольными шахтами
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на 9-ти научно-практических конференциях, в том числе Международной научно-практической конференции «Новые технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (г Новокузнецк, 2002) Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России Новые подходы к развитии угольной промышленности» (г Кемерово, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника» (г Новокузнецк, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (г Новокузнецк, 2003, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса» (г Кемерово, 2005), на Всемирном конгрессе «XV International Coat Preparation Congress» (Китай, 2006), на ежегодных технических советах комбината
«Кузбассшахтострой» (г Кемерово, 1998-2006), ЗАО «Гипроуголь» (г Новосибирск, 2000-2006)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 42 печатные работы, в том числе четыре монографии и одиннадцать статей в периодических изданиях
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, приложений и содержит 312 страниц основного текста, в том числе 63 рисунка и 8 таблиц
Проблемы создания систем автоматизации управления
Для ряда регионов в зависимости от их природно-климатических (вечная мерзлота, пустыни), географических и сейсмических условий вводятся различные поправочные коэффициенты.
Определение стоимости строительства на основе укрупненных сметных нормативов и показателей. Введенный в действие 01.04.1995 года «Свод правил по определению стоимости строительства в составе предпроектной и проектно-сметной документации» - СП 81-01-94 [4] содержит указания по определению стоимости строительства на ранних стадиях проектирования и в составе предпроектной документации (обоснования инвестиций). Для этих целей используются укрупненные сметные нормативы и показатели (УСНиП) на строительство зданий, сооружений и выполнение отдельных видов работ.
Существует несколько видов УСНиП: показатели на виды работ (ПВР), укрупненные показатели базисной стоимости на виды работ (УПБС ВР), укрупненные показатели базисной стоимости строительства зданий и сооружений (УПБС строительства зданий и сооружений), укрупненные ресурсные нормативы (УРН) и укрупненные показатели ресурсов (УПР), укрупненные сметные нормативы и показатели стоимости, в том числе укрупненные показатели стоимости строительства (УПСС), укрупненные сметные нормы (УСН) на здания, сооружения, конструкции и виды работ, прейскуранты на строительство зданий и сооружений (ПРЗС), укрупненные расценки (УР), которые были разработаны до 01.01.91 г.
Главное отличие между различными УСНиП заключается в точности и быстроте расчета. Точность полученных данных на основе ряда УСНиП (ПВР, ПРЗС, УР) позволяет использовать их даже на стадии разработки рабочей документации, остальных же - только на ранних стадиях проектирования.
Показатели на виды работ разрабатываются на строительные и монтажные работы на основе типовых проектных решений частей зданий и сооружений, а также повторно применяемых экономичных индивидуальных проектов. ПВР формируются по отдельным конструктивным элементам, видам работ и устройств объекта, что обеспечивает возможность взаимозаменяемости конструктивных решений при различных вариантах проектных решений.
При применении ПВР используются данные отслеживания и регистрации цен на применяемые ресурсы, учитываются природно-климатические и территориальные условия района строительства, а также производственные особенности производителей работ.
Укрупненные показатели базисной стоимости на виды работ разрабатываются на строительные и монтажные работы, предусмотренные типовыми решениями конструктивных элементов (устройств) зданий и сооружений для условий строительства базового района (Московской области) в ценах базисного уровня [5].
Выполняемые по отдельным конструктивным элементам виды работ представляют собой комплексный технологический процесс с одним исполнителем (звено, бригада). Эти работы имеют единый размер накладных расходов и одинаковый характер изменения стоимости материалов при изменении уровня их цен.
Для учета конкретных условий строительства при изменении инженерных характеристик и параметров применяемых материалов, строительных машин, изменения условий труда рабочих-строителей по сравнению с базовыми условиями применяют специальные коэффициенты. Для перехода от цен базового уровня к текущему (прогнозному) применяют индексы пересчета.
Укрупненные показатели базисной стоимости строительства зданий и сооружений разрабатываются раздельно для объектов производственного и жилищно-гражданского назначения [6]. По объектам производственного назначения они могут разрабатываться как для предприятий и комплексов объектов, так и для отдельных зданий и сооружений. В первом случае они учитывают полную стоимость строительства комплекса объектов с выделением строительных, монтажных работ и стоимости оборудования в базисных ценах объекта-представителя, принятого для разработки УПБС. Во втором случае базисная стоимость строительных и монтажных работ подразделяется по зданиям и сооружениям.
УПБС разрабатываются по объектам одного назначения, но с различной мощностью (производительностью, пропускной способностью и т.д.) и не корректируются в зависимости от конкретно принимаемых в процессе проектирования и строительства объемно-планировочных и конструктивных решений.
В УПБС строительства зданий и сооружений включаются затраты на выполнение всего комплекса строительно-монтажных работ с учетом местных условий строительства, а именно -общестроительные и особостроительные работы по возведению подземных и надземных частей зданий и сооружений; -работы по внутренним санитарно-техническим устройствам (отопление, вентиляция, водопровод, горячее водоснабжение, канализация, водостоки, газоснабжение); стоимость санитарно-технического оборудования, включаемого в объем строительно-монтажных работ; -работы по монтажу силовых и осветительных сетей, слаботочных устройств (радиофикации, телефонизации, сигнализации) и другим аналогичным работам, предусмотренным проектом; -работы по монтажу всех видов технологического, транспортного, энергетического и другого оборудования, монтажу технологических трубопроводов, систем технических средств управления производством, систем автоматики, поточного транспорта и т.п.
Стоимость приобретения технологического оборудования, как правило, в УПБС не учитывается, но может приводиться справочно его перечень, количество единиц (или вес) по основной номенклатуре и базисная стоимость с учетом транспортных расходов и наценок снабженческих организаций.
Для определения сметной стоимости строительства отдельных зданий и сооружений с использованием УПБС в реальных ценах параллельно разрабатываются объектные ресурсно-технологические модели (РТМ), которые дифференцируют стоимость по экономическим статьям затрат и на основании которых рассчитываются индексы изменения стоимости в текущих (прогнозных) ценах по отношению к базисному уровню УПБС.
Укрупненные ресурсные нормативы и укрупненные показатели ресурсов рекомендуется разрабатывать на объекты производственного назначения по отдельным видам строительства (транспортное, энергетическое и т.п.).
Управление процессами обогащения в отсадочных машинах и в тяжелых средах
Координатное управление агрегатами технологического комплекса на любой из стадий технологического процесса осуществляется по нескольким управляющим входам (каналам) с существенно различающейся динамикой (в частности, запаздыванием) влияния управляющих воздействий на управляемые выходные переменные и параметры состояния. Время же транспортного запаздывания в каналах координатного управления значительно превышает время переходных процессов в объекте управления.
Технические и организационные проблемы оснащения технологических комплексов обогащения средствами непрерывного контроля характеристик рядовых углей и шламов (фильтрата, фугата) фактически исключают возможность построения контуров автоматической оперативной компенсации контролируемых возмущающих воздействий процессов обогащения. Возможности же компенсации неконтролируемых возмущений посредством традиционных обратных связей с использованием типовых законов регулирования (в частности, ПИ или ПИД - законов) по результатам контроля выходных переменных и параметров состояния объектов управления весьма ограничены. Эти контура работоспособны только при использовании каналов управления, запаздывание в которых существенно меньше времени переходного процесса в объекте. Из-за высокого уровня и нестационарности неконтролируемых возмущающих воздействий на управляемые процессы очень часто возникают ситуации, когда ресурсов регулирующих воздействий в таких системах просто не хватает. Автоматические системы выводят регулирующие органы в одно из крайних положений, но этого оказывается недостаточно для полной компенсации возмущений. Чтобы обеспечить возможность дальнейшего регулирования, необходимо создать дополнительный ресурс для автоматической системы, что достигается соответствующими изменениями управляющих воздействий по каналам с большим запаздыванием, но уже не автоматической системой, а оператором технологического комплекса. Очевидно, что участие человека в оперативном регулировании технологических процессов не всегда обеспечивает своевременность принятия решений и реализации управляющих воздействий, просто в силу многообразия функциональных обязанностей операторов.
Еще одна особенность управления технологическим процессом обогащения заключается в том, что результатом процесса являются, как минимум, два продукта - товарный концентрат и отходы. Изменения содержания золы в концентрате и полезного продукта (угля) в отходах имеют тесную положительную взаимосвязь. Уменьшение зольности концентрата сопровождается потерями угля и снижением зольности отходов, и наоборот. Очевидно противоречивое влияние изменений зольности концентрата и отходов на технико-экономические показатели процессов обогащения. Это приходится учитывать не только при программировании технологических режимов комплекса обогащения, но и при оперативном регулировании технологических процессов на каждой из стадий обогащения. То есть, постановка задачи автоматического оперативного регулирования технологического процесса обогащения в ориентации только на одну из выходных переменных (в частности, зольность концентрата), по меньшей мере, некорректна с позиций эффективности системы автоматизации производственного комплекса в целом. Необходимо взаимосвязанное регулирование зольности концентрата и отходов с учетом не только их текущих изменений, но и совместного влияния на технико-экономические показатели производства. Управляя технологическим комплексом в целом, приходится решать не только задачи согласования производительности и параметров технологических режимов агрегатов и комплексов по стадиям обогащения. В зависимости от внешних условий (например, качества рядового угля) и достигаемых технико-экономических показателей, состояния агрегатов и наличия ресурсов регулирования приходится целенаправленно менять структуры объектов управления. Такими структурными управляющими воздействиями вводятся (выводятся) в действие резервные каналы управления, включаются (выключаются) в схему обогащения технологические агрегаты и потоки продуктов обогащения. Для реализации структурных управляющих воздействий используются переключатели и делители потоков (на схеме рисунка 2.1 обозначены, соответственно ПП и ПДП) сухих и обезвоженных продуктов, водно-шламовой схемы.
По характеру протекания управляемых технологических процессов объекты управления технологических комплексов обогащения относятся к классам -непрерывно-дискетных, сочетающих непрерывные и прерывистые режимы (комплексы углеприема и углеподготовки, погрузки); -полунепрерывных, то есть непрерывных с существенными для управления переходными режимами, вызванными заменой сырья, переключениями технологической схемы и транспортных связей, кратковременными профилактическими остановками, что характерно для отдельных агрегатов и в целом технологического комплекса главного корпуса обогатительной фабрики.
Имитационный натурно-модельный комплекс
Решению важной задачи испытания и настройки средств и систем автоматизации уделялось достаточно много внимания. В течение длительного времени были сделаны отдельные разработки, часть из которых освещена в периодической печати [74, 75, 87-90]. В этом разделе приведем описание обобщенного приобъектного испытательно-наладочного комплекса, основой которого являются базовые приобъектные моделирующие системы, рассмотренные в разделе
Задачу настройки алгоритмов управления в процессе разработки, внедрения и эксплуатации систем управления приходится решать неоднократно. При этом обычно выделяются три основных стадии настройки: - предварительный выбор настроечных параметров по модели объекта управления при проектировании системы; - настройка при выполнении пусконаладочных работ; - периодическая поднастройка (адаптация) алгоритмов в процессе эксплуатации системы.
В сложившейся практике создания систем управления промышленными объектами основной объем работ по настройке алгоритмов управления выполняется в пусконаладочный период, когда управляющая система (при некоторых, в значительной мере произвольных, значениях параметров настройки) включается в работу непосредственно на действующем объекте управления. На головных образцах новых систем эти работы зачастую перерастают в серьезные исследования, в процессе выполнения которых не только уточняются параметры настройки, но нередко принимаются решения о существенных изменениях структуры системы [31]. При этом возникают производственные потери из-за нарушений нормального режима функционирования объекта управления, которые значительно возрастают с усложнением алгоритмов и увеличением числа настроенных параметров. Недостатки такого подхода очевидны.
Функциональная и алгоритмическая структура натурно-модельного объекта управления Опыт разработки и внедрения автоматизированных систем управления в аглодоменном [80, 88] и сталеплавильном [91] производствах металлургических предприятий, в углеобогащении показал, что производственные потери в пусконаладочный период и сроки внедрения систем могут быть в значительной мере сокращены за счет того, что основной объем работ по испытаниям и настройке алгоритмов выполняется до включения управляющей системы в работу непосредственно на действующем объекте управления. С этой целью дополнительно вводится стадия натурно-модельных испытаний, в процессе которых воспроизводится динамика функционирования замкнутой системы управления в режимах, близких к режимам работы исследуемой управляющей системы на действующем (натурном) объекте управления, в частности, при фактических контролируемых и неконтролируемых внешних координатных и параметрических воздействиях. Это позволяет большинство вопросов настройки алгоритмов, решаемых обычно в пуско-наладочный период, решить до включения управляющей системы в работу на действующем объекте управления.
Не останавливаясь на методах испытаний и настройки алгоритмов управления с использованием только полных моделей объекта управления или только на действующем объекте [89, 92, 93], рассмотрим вопросы настройки алгоритмов на стадии натурно-модельных испытаний.
Способ натурно-модельных испытаний алгоритмов управления базируется на развиваемых в [75, 81, 90] идеях и методах практического применения натурно-математического моделирования. В отличие от известных [92], в рассматриваемом способе настраиваемая управляющая система замыкается не на действующий объект или его полную модель, а на натурно-модельный объект управления, состоящий из действующего объекта управления и определенным образом подключенных к его входам и выходам моделей каналов преобразования изменений управляющих и внешних воздействий.
Натурно-модельный объект управления, функциональная схема которого изображена на рисунке 3.8, ориентирован на реализацию двухступенчатого натурно-математического моделирования [82] при параллельном испытании нескольких управлявших систем. Он содержит натурный компонент в виде действующей системы» управления, включающей в себя объект управления ОУ, измерительную систему ИС, управляющую систему УС и исполнительные органы ИО.
Программное обеспечение САУ производственным комплексом
Ниже приводится краткая характеристика базового (общего) и прикладного программного обеспечения САУ производственного комплекса [96].
Базовое программное обеспечение САУ. Программное обеспечение нижнего уровня САУ технологических комплексов создано с помощью пакета прикладных программ фирмы OMRON, в частности среды программирования CX-PROGRAMMER, являющейся открытой средой программирования систем непосредственного управления объектом в реальном времени, работающей под управлением операционных систем семейства Windows (95/98/NT/2000) и поддерживающей технологию OLE Automation. CX-PROGRAMMER устанавливается на любую аппаратную платформу, которую поддерживают ОС семейства Windows.
Данная среда программирования поддерживает одновременное использование нескольких видов представления языка программирования контроллеров OMRON, таких как релейные лестничные диаграммы (RLL) и структурированный текст (STL). В CX-PROGRAMMER заложена методология структурного программирования, который дает возможность описать автоматизируемый технологический процесс в наиболее легкой и понятной форме.
Встроенный менеджер проектов позволяет организовать приложения по используемым в разрабатываемой автоматизированной системе контроллерам. Эти приложения, в свою очередь, могут состоять из различных программ и секций программ. Такой менеджер позволяет просматривать и редактировать все программы и переменные в разрабатываемых программах, как глобальные (характерные для всех программ одного логического контроллера), так и локальные (характерные для всех секций одной программы контроллера) в рамках одного проекта.
Среда программирования CX-PROGRAMMER обладает широкими возможностями по отладке создаваемого прикладного программного обеспечения. Для этой цели предусмотрены инструменты проверки синтаксиса вводимых операторов во время написания и компиляции программы, пошагового выполнения программы в контроллере, отображения состояния адресов переменных программы и др.
Главной особенностью среды программирования CX-PROGRAMMER является то, что она предоставляет разработчику возможность не только создавать и отлаживать прикладные программы контроллеров OMRON, но и следить за выполнением программ непосредственно в контроллере и в случае необходимости вмешиваться в процесс выполнения программы посредством установки конкретных значений переменных и изменения структуры программы в on-line режиме.
Таким образом, среда программирования CX-PROGRAMMER является мощным инструментом создания программ для контроллеров OMRON, обладает дружественным и удобным интерфейсом, что позволяет существенно ускорить процесс разработки и снизить затраты на создание прикладного программного обеспечения систем автоматизации.
Программное и информационное обеспечение верхнего уровня САУ производственным комплексом фабрики и САУ технологических комплексов базируется на пакете прикладных программ SCADA системы RealFlex 4.2, работающей под операционной системой реального времени QNX 4.25.
Выбор именно этой SCADA-системы был продиктован, в первую очередь, достоинствами операционной системы реального времени QNX, наиболее полно отвечающей требованиям к надежности функционирования САУ технологическими и производственными процессами, скорости реакции системы на команды главного диспетчера и операторов технологических комплексов, на события в системах нижнего уровня САУ технологических комплексов.
На российском рынке по состоянию на период 2000 - 2001 годов (именно тогда проектировалась САУ производственным комплексом ОФ «Антоновская») из всех SCADA-пакетов, базирующихся на операционной системе QNX, SCADA система RealFlex 4.2 зарекомендовала себя как наиболее проверенная и успешно применяемая в многочисленных системах автоматизации управления технологическими процессами и комплексами с большим (несколько тысяч) количеством сканируемых аналоговых и дискретных переменных, отражающих состояние объектов контроля и управления.
Как и всякая система, RealFlex 4.2 имеет достоинства и недостатки. Основные достоинства SCADA системы RealFlex 4.2, выгодно отличающие ее 208 от аналогичных по функциональным возможностям SCADA систем на платформе Microsoft Windows, заключаются в следующем: - гарантируемое время реакции в пределах от нескольких десятков микросекунд до нескольких миллисекунд (в зависимости от быстродействия персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ) и версии QNX); - многозадачность (до 250 задач на одном узле); - гибкое управление прерываниями (вытесняемость и вложенность) и приоритетами; - возможность выполнения задач в защищенном и фоновом режимах. Операционная система QNX 4 позволяет пользователям персональных компьютеров достигать такой эффективности и скорости обработки данных, которые обычно достигаются на мощных универсальных (mainframes) и миникомпьютерах. Основу QNX 4 составляет приоритетно управляемое ядро, которое занимает менее чем 160 Кбайт памяти и обеспечивает очень маленькое время реакции на прерывание и переключение контекста.
Похожие диссертации на Основы создания и внедрения систем автоматизации управления объектами угольной отрасли
