Содержание к диссертации
Введение
1. Асфальтобетонный завод как объект управления 8
1.1. Асфальтобетон в строительстве автомобильных дорог 9
1.1.1. Перспективы использования асфальтобетона при строительстве и ремонте автомобильных дорог 9
1.1.2. Основные дефекты асфальтобетонных покрытий 10
1.1.3. Основные проблемы в управлении заводом сборного железобетона 11
1.2. Структура управления технологическим процессом производства асфальтобетона 13
1.2.1. Основные методы управления в производстве асфальтобетона 13
1.2.2. Локальные системы управления 14
1.2.3. Комплексные системы управления 21
1.2.4. Перспективные подходы к построению систем управления 30
1.3. Опыт автоматизации асфальтобетонных заводов 33
1.3.1. Автоматизация технологических процессов 33
1.3.2. Автоматизация бизнес-процессов АБЗ 43
1.4. Опыт построения систем управления для аналогичных производств в промышленности строительных материалов 44
1.4.1. Промышленность сборного железобетона 44
1.4.2. Производство товарного бетона 46
1.5. Общие тенденции развития систем управления производством 47
1.6. Основные задачи исследований 51
2. Разработка концепции распределенной системы управления асфальтобетонным заводом 53
2.1. Основные задачи и цели управления производством асфальтобетона 54
2.1.1. Задачи и цели управления для локальных подсистем 56
2.1.1.1. Задачи и цели систем логико-программного управления 57
2.1.1.2. Задачи и цели систем регулирования 61
2.1.1.3. Задачи и цели координирующей подсистемы 64
2.1.1.4. Взаимодействие с системами управления старшего уровня 66
2.1.2. Задачи и цели систем управления качеством 66
2.1.3. Перспективные задачи и связи с внешними организациями 67
2.2. Информационное обеспечение РСУ 68
2.2.1. Структура информационного обеспечения 70
2.2.2. Информационно-технологическое обеспечение автоматизации 71
2.2.3. Основные методы обработки данных 72
2.2.3.1. Системы логико-программного управления 73
2.2.3.2. Системы регулирования 73
2.2.3.3. Системы управления 73
2.3. Основные функции в управления производством асфальтобетона 74
2.4. Разработка имитационной модели технологического процесса 76
2.4.1. Технологические основы имитационной модели 76
2.4.2. Структура имитационной модели 79
2.4.2.1. Блок моделирования динамических рядов 81
2.4.2.2. Блок моделирования измерительной системы 82
2.4.2.3. Блок хранения результатов моделирования 82
2.4.2.4. Блок моделирования динамики технологических параметров и зависимостей 83
2.4.2.5. Блок обработки результатов моделирования 83
2.4.2.6. Блок управления моделью 83
2.4.3. Результаты моделирования 84
2.5. Выводы по разделу 2 86
3. Разработка распределенной системы управления 88
3.1. Разработка структуры распределенной системы управления 88
3.1.1. Модель структуры распределенной системы управления АБЗ 88
3.1.2. Анализ результатов моделирования структур САУ АБЗ 90
3.2. Комплекс технических и программных средств распределенной системы управления 92
3.3. Разработка подсистемы управления дозированием 94
3.3.1. Математическая модель объекта управления 95
3.3.2. Синтез системы управления 99
3.4. Разработка основных ФОРМ и документов распределенной системы управления 101
3.4.1. Локальные системы управления 101
3.4.2. Комплексные системы управления 102
3.4.3. Лаборатория АБЗ 105
3.4.4. Связь со сторонними организациями 107
3.4.5. Дополнительные задачи 108
3.5. Разработка структуры и топологии баз данных распределенной системы управления 109
3.6. Разработка методического обеспечения внедрения распределенной системы управления асфальтобетонным заводом 111
3.7. Выводы по разделу 3 115
4. Перспективы внедрения распределенной системы 117
4.1. Этапы внедрения распределенной системы управления 117
4.1.1. Критерии выбора стратегии внедрения 117
4.1.1.1. Оценка ресурсов необходимых для реализации задачи 117
4.1.1.2. Оценка результатов реализации 118
4.1.2. Локальные системы управления 118
4.1.3. Комплексная система управления 122
4.1.4. Внешние функции 123
4.2. Возможные этапы внедрения распределенной системы для АБЗ 124
4.3. Оценка результатов внедрения 125
4.4. Построение модели технологического процесса 126
4.4.1. Динамическая идентификация 126
4.4.2. Использование для построения модели данных локального АБЗ 129
4.4.3. Использование для построения модели информации объединения АБЗ 131
4.4.4. Использование результатов оценки качества покрытия 131
4.5. Выводы по разделу 4 131
5. Общие выводы по работе 132
6. Список литературы 134
7. Приложения 140
- Перспективные подходы к построению систем управления
- Анализ результатов моделирования структур САУ АБЗ
- Разработка методического обеспечения внедрения распределенной системы управления асфальтобетонным заводом
- Динамическая идентификация
Введение к работе
Общая характеристика работы Актуальность проблемы
В настоящее время Россия лидирует в списке стран с наиболее высокой смертностью при автомобильных авариях [43] (Рисунок 1.1). Такое положение во многом связано с неудовлетворительным состоянием автомобильных дорог страны.
Погибше в ДТП на 100 ткс человек
22.92 21. СИ
15.64 15.22
14.72
14.32
13.58
12.99
12.47
11.92
10.14
9 . 22
7.86
7.1
6.2
5.87
5.5
5.2
Россия <2О03> Латвия <2О02 Литва (2002) Украина <2002> Эстония <2002> Белоруссия <2001> Испания (2000> Польша <2001> франция <1999> Португалия <2000) Италия <2000) не.: три я <2002> Дания (1999) Германия <2001) Швейцария (2000) Норвегия (2001) Швеция (2001) Инглия (2000) Финляндия <2003)
По сравнению с 1997 г. количество ДТП, в которых дорожные условия явились сопутствующей причиной совершения, увеличилось более чем в два раза (с 24114 ДТП в 1997 г. до 48983 в 2002 г.) [43, 77].
Из 46 тысяч км федеральных автодорог около 30 тысяч нуждается в серьезном ремонте. На сегодняшний день 37 тысяч населенных пунктов (в них живет около 10% населения страны) не имеют дорог с твердым покрытием, а потому отрезаны от страны.
Рисунок 1.1. Число погибших в автомобильных авариях на 100 тыс жителей
Анализ структуры и характеристик сети автомобильных дорог Российской Федерации показывает, что она не обеспечивает в необходимой степени интересы государства, потребности экономики и населения. Протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием в Российской Федерации составляет 50,7 % от потребности.
Для удовлетворения потребностей народного хозяйства необходимо построить и реконструировать до 800 тыс. км автомобиль-
ных дорог с твердым покрытием. Без автоматизации производства невозможно повысить качество асфальтобетонной смеси. Но до настоящего времени не разработаны ни методики, ни средства эффективной автоматизации производства асфальтобетонной смеси. Технологическая основа для автоматизации управления производством асфальтобетона весьма ненадежна. Практически отсутствуют формальные модели и зависимости, на основе которых можно реализовать эффективные алгоритмы управления.
Таким образом, разработка теоретических и методологических основ автоматизации производства асфальтобетона с использованием современной схемотехнической и программной базы является актуальной проблемой, решение которой имеет значение не только для отрасли дорожного строительства, но и для народного хозяйства страны в целом.
Цель и основные задачи диссертационной работы
Цель диссертационной работы заключается в автоматизации асфальтобетонного завода с использованием распределенной многоуровневой структуры САУ, состоящей из локальных систем управления отдельными технологическими агрегатами, связанными сетью с комплексной автоматизированной системой управления производством асфальтобетона. Это позволяет в рамках единой системы управлении эффективно решать широкий комплекс задач от локального управления всеми технологическими операциями, до комплексного управления качеством продукции.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать концепцию построения распределенной системы управления производст
вом асфальтобетонной смеси
Определить основные цели и задачи управления производством асфальтобетонной смеси
Выделить основные функции в управлении производством асфальтобетонной смеси
Разработать формальное описание процесса управления для различных иерархических уровней
2. Разработать принципы декомпозиции функций, целей и задач распределенной системы
управления.
Разработать общую структуру распределенной системы управления
Оценить информационное обеспечение процессов управления в производстве асфальтобетонной смеси, выявить источники и приемники информации, точки ее обработки
Разработать критерии декомпозиции распределенной системы
Разработать модель распределенной системы управления
3. Разработать распределенную систему управления.
Разработать структуру системы управления
Разработать комплекс технических средств для реализации системы управления
Разработать алгоритмическое обеспечение системы управления
Разработка баз данных системы управления
4. Оценить перспективы внедрения разработанной системы управления
Оценить влияние разработанной системы на качество готовой асфальтобетонной смеси и асфальтобетона в покрытии автомобильных дорог
Оценить повышение эффективности управления производством
Оценить возможность построения модели технологического процесса в результате функционирования системы управления
Рассмотреть вопросы взаимодействия распределенной системы управления с внешними системами и структурами
Методы исследований
В качестве теоретической основы диссертационной работы использовались: теория автоматического управления, методы оптимального управления, синтеза и анализа непрерывных и дискретных систем, методы математического программирования, методы проектирования программного обеспечения и проектирования баз данных., теория вероятностей и математическая статистика, методы имитационного моделирования.
Моделирование производственных процессов и системный анализ проводились с использованием профессиональных математических пакетов (MatLab, MathCad, MS Excel, STATISTICA, VisSim).
Научная новизна
В результате проведенных исследований разработана новая концепция автоматизации производства асфальтобетона на основе многоуровневой распределенной системы управления. Впервые в практике разработки системы управления АБЗ в рамках единой системы управлении производится решение широкого комплекса задач от локального управления всеми технологическими операциями, до комплексного управления качеством продукции.
Научную новизну работы также определяют;
Разработаны принципы построения и реализована имитационная модель дина
мики технологических процессов и операций. Анализ результатов моделирова
ния показал адекватность модели и удобство ее использования при синтезе и
анализе САУ АБЗ.
Разработана модель для оценки эффективности расположения САУ АБЗ по территории предприятия. Модель позволяет оценивать топологию САУ м для централизованной структуры и для распределенной САУ. Результаты моделирования показали, что в зависимости от координат расположения централизованной САУ затраты на нее могут отличаться в три раза.
Проведен анализ процесса истечения сыпучих материалов из бункера дозатора, разработана модель процесса истечения с учетом образования микросводов. Выполнен анализ динамических погрешностей процесса дозирования от воздействия на весоизмеритель динамической нагрузки от падения разрушившегося микросвода. Разработан алгоритм управления процессом дозирования обеспечивающий эффективное выделение полезного сигнала на фоне динамической помехи. Использование данного алгоритма обеспечивает возможность реализации различных методов повышение точности дозирования. Этот алгоритм может быть использован при дозировании разнообразных сыпучих материалов.
Выдвинута система критериев для объективной оценки результатов внедрения распределенной системы управления. Выделены направления оценки результатов, которые включают технологические, экономические и социальные показатели. Проведена оценка различных типов ресурсов необходимых для успешного внедрения системы управления.
Практическая значимость работы В результате выполненных исследований получены следующие основные практические результаты:
Создана распределенная многоуровневая система автоматизации асфальтобетонного завода, проведена полная разработка аппаратного и программного обеспечения системы.
Проведена разработка основных форм и документов для различных иерархических уровней распределенной системы управления производством асфальтобетонной смеси. Разработана организация таблиц и баз данных для различных уровней иерархии распределенной системы управления АБЗ.
Результаты моделирования и оценки топологии САУ АБЗ показали, что распределенная система экономичнее (почти в 2 раза) и более помехоустойчива по сравнению с централизованной системой управления.
Разработан поэтапный план внедрения распределенной системы управления, как в рамках отдельного АБЗ, так и для объединения предприятий. Проведена оценка технологических, экономических и научных результатов внедрения разработанной системы в целом и для отдельных этапов.
Определены процедуры построения модели технологического процесса как в рамках отдельного АБЗ, так и общей модели для комплекса предприятий.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003), научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ), МИКХиС.
По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ. Структура и объем диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложений, списка использованных источников, насчитывающего 123 наименования, и содержит 151 страницу машинописного текста, 104 рисунка, 20 таблиц. Научный консультант профессор Доценко А.И.
Перспективные подходы к построению систем управления
Контроллер через MPI интерфейс соединен с промышленным компьютером SEMENS Rack PC IL40. Для визуализации и управления технологическим процессом применен SCAD А пакет WinCC v 5.1. Для ведения архивов, ввода, хранения и загрузки рецептов, генерации отчетов разработаны и интегрированы дополнительные ActiveX компоненты.
Экономический эффект от внедрения системы Стоимость системы управления в 3 раза меньше чем аналогичной импортной. Резко сократилось время простоев завода, т.к. система указывает место и причину ошибки или аварии. Учет расхода материалов для выпуска асфальтобетона, посредством системы отчетов. Примеры реализованных мнемосхем системы управления АБЗ, разработанных ЗАО "Номбус" представлены на рисунках (Рисунок 1.30 и Рисунок 1.31). Структура системы управления, выполненной по технологии и на оборудовании фирмы SIEMENS представлена на рисунке (Рисунок 1.32). Фирма «Промэлектроника» разработала аппаратно-программный комплекс "Терминал" предназначеный для решения следующих задач [85]: автоматизация работы диспетчерской Асфальто-Бетонного Завода (АБЗ) фирмы "АСФАЛЬТСТРОЙ" в процессе отпуска и приемки инертных материалов; обеспечение автоматического контроля количества отпускаемых и ввозимых материалов; формирование и поддержка базы данных, в которой учитываются: о все материалы, отпускаемые с АБЗ или привозимые на АБЗ, о все фирмы, получающие или доставляющие материалы на АБЗ, о все объекты, на которые отпускаются или с которых привозятся материалы, о все автомашины, участвующие в перевозке материалов, о все сотрудники, (водители, диспетчера и. т. д.) участвующие в процессе отпуска и доставки материалов на АБЗ, о способы доставки и отпуска материалов, о режимы доставки и отпуска материалов с указанием времени доставки или отпуска материалов, количества заказанного и отпущенного материала, для отпускаемых материалов, количества доставленного материала для получаемых материалов, а так же всех необходимых данных для формирования требуемых документов для отпуска и приемки материалов. автоматизированное формирование всех требуемых форм отчетности необходимых при ежедневных отчетах диспетчеров, при сдаче недельной, месячной, квартальной или годовой отчетности. При этом предусмотрена возможность формирования множества разовых отчетов: о по количеству отпущенного или полученного материала определенной марки или группы материалов за определенный период; о по количеству отпущенных или полученных материалов отдельной фирмой или группой фирм за определенный период; о по количеству отпущенных или полученных материалов за определенный период, по определенному объекту или группе объектов и. т. д. Система автоматизированного контроля весов "Терминал" включает в себя: контрольные весы, которые предназначены для взвешивания автомашин при въезде и выезде с АБЗ; два весоизмерительных контроллера, подключаемых непосредственно к датчикам весов и обеспечивающих автоматический опрос весов, отображение показаний весов на цифровых индикаторах, а так же формирование данных для внесения их в компьютер; станцию-сервер, представляющую собой персональный компьютер (под управлением операционной системы WINDOWS NT 4.0), к которому при помощи дополнительного модуля подключаются оба весоизмерительных контроллера. На сервер дополнительно устанавливается специализированное программное обеспечение сервера - программный комплекс «ТЕРМИНАЛ» и сервер управления базами данных InterBase 5.0. Специализированное программное обеспечение сервера отвечает за формирование и поддержку базы данных; обеспечивает получение данных от весовых котроллеров, их дешифровку и хранение; реализует требуемый интерфейс для удаленного подключения нескольких клиентских рабочих станций (станции операторов); обрабатывает запросы на получение данных от клиентских рабочих станций и формирует требуемые данные для каждого из подключенных клиентов, а так же контролирует работу сервера и рабочих станций. Специализированное программное обеспечение сервера также реализует визуальный интерфейс для работы оператора. На сервере хранится база данных, в которой сохраняется информация, поступающая от клиентских рабочих станций, данные от весовых контроллеров, а так же информация о действиях авторизированных пользователей системы (система автоматически запоминает все действия диспетчеров). клиентские рабочие станции (станции операторов), каждая из которых представляет собой персональный компьютер, работающий под управлением операционной системы WINDOWS NT 4.0. Специализированное программное обеспечение реализует требуемый интерфейс для получения данных от сервера, формирует данные для записи их в базу данных сервера, а так же автоматизирует работу оператора (диспетчера) и обеспечивает требуемый визуальный интерфейс для работы оператора. Все персональные компьютеры системы автоматизированного контроля весов объединяются в единую систему посредством локальной сети Ethernet (витая пара). При отключении от сети сервера происходит нарушение связи сервера и клиентских рабочих станций, что незамедлительно приводит к блокировке работы всех клиентских рабочих станций. ООО "АСУ Промвест" [78] Новый принципиальный подход к системной автоматизации промышленных объектов сформировался в мире сравнительно недавно. Его главная особенность заключается в следующем: Если ранее вторичные преобразователи сигналов датчиков, блоки силовой коммутации, формирователи управляющих сигналов, а также вычислительный модуль системы были расположены в одном месте, - то теперь ситуация полностью обратная - все вышеперечисленные узлы сопряжения с объектом автоматизации размещены в непосредственной близости от датчиков и силовых агрегатов. Пульт оператора (он же вычислительный модуль) вынесен из производственной зоны на необходимое расстояние в целях эргономичности и безопасности. Между собой функциональные блоки системы обмениваются данными по последовательному помехоустойчивому цифровому интерфейсу (обычно это "RS-422" или "RS-485"). Достоинства нового решения очевидны:
Отпадает потребность в прокладке большого количества силовых и контрольных кабелей от объекта управления до пульта оператора (протокол "RS-485" обеспечивает передачу данных по витой паре неэкранированного провода).
Анализ результатов моделирования структур САУ АБЗ
При разработке распределенной системы управления резко снижаются требования к управляющему контроллеру, как с точки зрения его производительности, так и с наличием развитой системы ввода/вывода информации. Это связано с небольшими задачами, решаемыми каждым из контроллеров [4, 5,11,65,78, 81 ,83,97].
При разработке комплекса технических средств для реализации распределенной САУ АБЗ необходимо: Оценить необходимое разнообразие комплекса технических средств. В соответствии с проведенными исследованиями требуется выбрать два типа контроллеров — с встроенным АЦП для управления процессами дозирования и контроля температуры; и без АЦП — для решения задач логико-программного управления. Для обеспечения единства программного и аппаратного обеспечения целесообразно использовать единое семейство микроконтроллеров. Обеспечить эффективный обмен данными между локальными САУ и системами старшего уровня. Использовать положительный опыт функционирования контроллеров в производстве асфальтобетона. Оценить требуемое быстродействие контроллера при решении различных задач управления. Для этого следует выявить наиболее динамичные процессы и оценить требуемое быстродействие для них. Тогда для всех остальных процессов эти характеристики будут приемлемы. Наиболее динамичным процессом является процесс дозирования компонентов асфальтобетонной смеси. Оценка требуемых характеристик АЦП для этого процесса представлено в Приложении 7.3. Анализ ряда существующих контроллеров и новых разработок в области автоматизации технологических процессов производства асфальтобетонной смеси [85, 121, 9, 49, 78, 122, 65, 123, 120] показывает, что практически все их типы могут быть с успехом применяться для построения распределенной системы управления. Таким образом, можно использовать, например, комплекс 8-разрядных высокопроизводительных RISC микроконтроллеров общего назначения производства Atmel Corp., объединенных общей маркой AVR. Серийное производство AVR началось в 1996 году, а в настоящее время в серийном производстве у Atmel находятся три семейства AVR - "tiny", "classic" и "mega". Они представляют собой мощный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных многоцелевых контроллеров. На настоящий момент соотношение "цена - производительность - энергопотребление" для AVR является одним из лучших на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Все AVR имеют Flash-память программ, которая может быть загружена как с помощью обычного программатора, так и с помощью SPI-интерфейса, в том числе непосредственно на целевой плате. Число циклов перезаписи - не менее 1000. Это позволяет использовать полностью идентичные контроллеры, а их настройку для работы в конкретном применении осуществлять с компьютера старшего уровня. Порты ввода/вывода AVR имеют число независимых линий "Вход/Выход" от 3 до 53. Каждый разряд порта может быть запрограммирован на ввод или на вывод информации. Мощные выходные драйверы обеспечивают токовую нагрузочную способность 20 мА на линию порта (втекающий ток) при максимальном значении 40 мА, что позволяет, например, непосредственно подключать к микроконтроллеру светодиоды и биполярные транзисторы. Общая токовая нагрузка на все линии одного порта не должна превышать 80 мА (все значения приведены для напряжения питания 5 В). Аналоге - цифровой преобразователь (АЦП) построен по классической схеме последовательных приближений с устройством выборки/хранения (УВХ). Каждый из аналоговых входов может быть соединен со входом УВХ через аналоговый мультиплексор. Устройство выборки/хранения имеет свой собственный усилитель, гарантирующий, что измеряемый аналоговый сигнал будет стабильным в течение всего времени преобразования. Разрядность АЦП составляет 10 бит при нормируемой погрешности +/- 2 разряда. АЦП может работать в двух режимах - однократное преобразование по любому выбранному каналу и последовательный циклический опрос всех каналов. Время преобразования выбирается программно с помощью установки коэффициента деления частоты специального предделителя, входящего в состав блока АЦП. Оно составляет 70...280 мкс для ATmegal03 и 65...260 мкс для всех остальных микроконтроллеров, имеющих в своем составе АЦП. Важной особенностью аналого-цифрового преобразователя является функция подавления шума при преобразовании. Пользователь имеет возможность, выполнив короткий ряд программных операций, запустить АЦП в то время, когда центральный процессор находится в одном из режимов пониженного энергопотребления. При этом на точность преобразования не будут оказывать влияние помехи, возникающие при работе процессорного ядра.
Альтернативным вариантом является использование, например, продукции фирмы SIEMENS (Рисунок 3.5, Рисунок 3.6). Логические модули LOGO! являются компактными функционально законченными универсальными изделиями. Они предназначены для построения простейших устройств автоматики с логической обработкой информации. Алгоритм функционирования модулей задается программой, составленной из набора встроенных функций. Программирование модулей LOGO!Basic может производиться с их клавиатуры без использования дополнительного программного обеспечения.
Стоимостные показатели модулей настолько низки, что их применение может оказаться экономически целесообразным даже в случае замены устройств, включающих в свой состав 2 многофункциональных реле времени или 2 таймера и 3-4 промежуточных реле.
Серия продуктов LOGO! объединяет в своем составе логические модули LOGO!Basic и LOGO!Pure, модули ввода-вывода дискретных сигналов DM8, модули ввода аналоговых сигналов АМ2, коммуникационные модули, модули бесшумной коммутации трехфазных цепей переменного тока LOGO!Contact, блоки питания LOGO!Power, аксессуары, а также программное обеспечение LOGO! Soft Comfort.
Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения относительно простых систем автоматического управления, отличающихся минимальными затратами на приобретение аппаратуры и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP, МРІ, AS-Interface, МРІ, РРІ, а также через модемы.
Разработка методического обеспечения внедрения распределенной системы управления асфальтобетонным заводом
Рисунок 3.24 представляет структуру таблиц и отношений БД координирующей системы ЛСУ.
Фактически комплексная система управления и система управления работой лаборатории АБЗ едины, как по используемым данным и основным алгоритмах их анализа, так и физически могут быть реализованы в рамках одной ЭВМ. Это существенно упрощает обмен данными. Разделение доступа обеспечивается стандартными процедурами блокировки СУБД Microsoft Access 2000.
Рисунок 3.25 представляет таблицы СУБД и реляционные связи отдельных показателей. Очевидно, что данная СУБД существенно сложнее и по составу таблиц и по их организации. Это во многом связано с наличием значительного числа таблиц-справочников, в которых находится вся необходимая нормативная база. Взаимодействие отдельных основных элементов распределенной системы управления производством асфальтобетонной смеси представлено на рисунке (Рисунок 3.26). Внедрение распределенной системы управления на АБЗ требует кардинальной перестройки навыков персонала АБЗ и организационных усилий. Поэтому для успешного внедрения «АРМ АСФАЛЬТ» и комплексной системы управления необходимо соответствующее методическое обеспечение. Одним из элементов такого подхода является документация регламентирующая действия оператора, так как эти действия существенно отличаются от действий данного работника при традиционных методах. Одной из наиболее сложных операций является проектирование состава асфальтобетонной смеси. Поэтому рассмотрим пример должностной инструкции именно для этой операции. При проектировании нового состава асфальтобетона Вы должны последовательно выполнить следующие действия (Рисунок 3.27): ? Ввести свою фамилию (выбрать из списка в поле ЛАБОРАНТ). ? Выбрать гранулометрические характеристики асфальтобетонной смеси (в соответствии с таблицами 2 и 3 из ГОСТ 9128-97). Для этого используется вкладка ГОСТ (Рисунок 3.27). После выбора Вы должны нажать клавишу ПРИНЯТЬ. а Выбрать общие характеристики смеси (необходимо выбрать все позиции) (Рисунок 3.28); Перейти на вкладку ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ (Рисунок 3.29) о Выбрать щебень, из которого будет проектироваться данный состав. Для этого необходимо нажать кнопку Щ1. При этом Вы перейдете в форму испытания материалов в которой Вы выберете требуемый материал. При этом все необходимые результаты испытаний этого материала будут перенесены в форму проектирования состава (будет заполнен столбец с результатами рассева). Если вы хотите использовать два вида щебня, то затем необходимо эти действия повторить для Щ2. о Аналогично выбрать песок (пески), из которого будет проектироваться данный состав. о Аналогично выбрать минеральный порошок, из которого будет проектироваться данный состав. о В поле цена необходимо внести цены для используемых компонентов. о Далее Вы нажимаете кнопку ОПТИМАЛЬНЫЙ СОСТАВ, и автоматизированная система осуществляет подбор оптимального состава для выбранных Вами материалов и заданных Вами требований стандарта. При этом возможны два варианта: ? Проектирование состава завершилось успешно. В этом случае вы увидите на графике результаты проектирования. ? Из имеющихся материалов невозможно спроектировать асфальтобетонную смесь, удовлетворяющую заданным условиям. Об этом вам будет сообщено соответствующим образом (Рисунок 3.30). Здесь Вы можете выбрать следующие варианты действий: Использовать более подходящие материалы (кн. Отмена); Возврат к выбору исходных компонентов. Снизить требования к зерновому составу смеси (кн. Отмена); Возврат к вкладке ГОСТ. Попытаться спроектировать состав, не изменяя условий (ОК). В этом случае Вы расширите границы допустимого зернового состава . о Вы можете несколько скорректировать доли компонентов, изменяя цену материала. Так если Вы хотите увеличить долю какого-либо материала, то его цену необходимо уменьшить. Вы можете вручную скорректировать доли компонентов. Для этого Вам необходимо: о заблокировать один из компонентов смеси (Рисунок 3.29). При этом если Вы будете увеличивать долю какого-либо компонента, то доля заблокированного компонента будет ровно на столько же уменьшаться. И, наоборот, при уменьшении доли произвольного компонента доля заблокированного компонента возрастет. о Используя кнопки для увеличения/уменьшения доли компонента, Вы можете скорректировать состав смеси. о Все изменения будут представлены на графике. Если Вы не располагаете данными о фактических ценах, то Вы можете внести ориентировочные цены, которые отражают соотношения стоимости компонентов. 9 Может оказаться необходимым повторить этот пункт многократно. Мы не рекомендуем более 1-3 попыток, так как в этом случае границы допуска недопустимо расширятся. После того, как Вы подберете зерновой состав минеральной части смеси, Вы переходите к вкладке ОБРАЗЦЫ (Рисунок 3.31). Эта вкладка позволит Вам определить состав серий образцов для проверки качества смеси и уточнения расхода битума. Для этого Вам необходимо: о Нажать кнопку БИТУМ и выбрать тот битум, на основе которого Вы планируете изготавливать данную смесь. о Следующим шагом является выбор шага расхода битума (0,25 или 0,5%). о Далее Вы можете выбрать количество образцов в серии (количество образцов изготовленных из одного и того же состава) и вес одного образца. Автоматически будет определено общее количество образцов и их общий вес. о Следующим шагом является нажатие кнопки УСТАНОВИТЬ ОБРАЗЦЫ. После этого будет заполнена соответствующая таблица. В ней представлены расходы компонентов для каждой из серий.
Динамическая идентификация
В соответствии с предлагаемой схемой информационного объединения предприятий все участники такого объединения передают свои данные в общую часть системы. Здесь эти данные обрабатываются с предварительной сортировкой по различным типам асфальтобетонной смеси.
После получения удовлетворительной регрессионной модели по всему массиву данных в качестве контрольных данных используются результаты отдельных АБЗ. В случае положительного результата проверки модели на контрольных данных полученная модель передается этим предприятиям. При негативном исходе проверки для какого либо АБЗ (если для других предприятий проверка успешна) проводится реструктуризация модели и цикл оценки повторяется. Все эти процедуры выполняются в автономном автоматическом режиме без вмешательства специалиста по обработке данных. Однако периодически (при заметном количестве невязок для отдельных предприятий) к обработке накопленных данных целесообразно привлекать соответствующих специалистов. Результаты контроля качества готового асфальтобетонного покрытия поступают со значительным запаздыванием. Однако временная привязка всех данных позволяет легко идентифицировать все необходимые параметры смеси из которой был изготовлен данный участок покрытия. Такая организация данных создает предпосылки для эффективной интерпретации данных и синтеза адекватных моделей. Обработка данных ведется как на уровне отдельного АБЗ, так и для их объединения. В данном разделе намечены основные мероприятия необходимые для успешного внедрения разработанной распредленной системы управления асфальтобетонным заводом. 1. Выдвинута система критериев для объективной оценки результатов внедрения распределенной системы управления. Выделены направления оценки результатов, которые включают технологические, экономические и социальные показатели. 2. Проведена оценка различных типов ресурсов необходимых для успешного внедрения системы управления. 3. Разработан поэтапный план внедрения распределенной системы управления, как в рамках отдельного АБЗ, так и для объединения предприятий. 4. Проведена оценка технологических, экономических и научных результатов внедрения разработанной системы в целом и для отдельных этапов. 5. Определены процедуры построения модели технологического процесса как в рамках отдельного АБЗ, так и общей модели для комплекса предприятий. 1. В результате проведенных исследований разработана новая концепция автоматизации производства асфальтобетона на основе многоуровневой распределенной системы управления. Впервые в практике разработки системы управления АБЗ в рамках единой системы управлении производится решение широкого комплекса задач от локального управления всеми технологическими операциями, до комплексного управления качеством продукции. 2. Предлагаемая иерархическая структура системы управления, когда задачи локальных систем управления решаются с помощью распределенной системы ло кальных контроллеров, а задачи комплексного управления решаются системой верхнего иерархического уровня позволяет: о Осуществить эффективную декомпозицию задач управления. о Использовать общую информационную базу для решения задач различного уровня иерархии. о Минимизировать затраты на линии связи системы управления. о Обеспечивает возможность встраивания разрабатываемой системы управления в имеющиеся в настоящее время системы автоматизации на АБЗ. о Повысить удобство разработки, обслуживания и ремонта системы управления 3. Разработаны принципы построения и реализована имитационная модель динамики технологических процессов и операций. Анализ результатов моделирования показал адекватность модели и удобство ее использования при синтезе и анализе САУ АБЗ. 4. Разработана модель для оценки эффективности расположения САУ АБЗ по территории предприятия. Модель позволяет оценивать топологию САУ м для централизованной структуры и для распределенной САУ. Результаты моделирования показали, что в зависимости от координат расположения централизованной САУ затраты на нее могут отличаться в три раза. Результаты моделирования и оценки топологии САУ АБЗ показали, что распределенная система экономичнее (почти в 2 раза) и более помехоустойчива по сравнению с централизованной системой управления 5. Проведен анализ комплекса аппаратных и программных средств для реализации локальных САУ отдельными технологическими операциями. Проведена оценка характеристик АЦП (требуемые точность и быстродействие) для использования в локальных САУ. В результате анализа выбран комплекс 8-разрядных высокопроизводительных RISC микроконтроллеров общего назначения производства Atmel Corp., объединенных общей маркой AVR. На этих микроконтроллерах могут быть реализованы все типы локальных САУ. Альтернативным вариантом является применение на нижнем уровне иерархии логических модулей LOGO! и модулей SIMATIC S7-200 фирмы SIEMENS. 6. Проведен анализ процесса истечения сыпучих материалов из бункера дозатора, разработана модель процесса истечения с учетом образования микросводов. Выполнен анализ динамических погрешностей процесса дозирования от воздействия на весоизмеритель динамической нагрузки от падения разрушившегося микросвода. Разработан алгоритм управления процессом дозирования обеспечивающий эффективное выделение полезного сигнала на фоне динамической помехи. Использование данного алгоритма обеспечивает возможность реализации различных методов повышение точности дозирования. Этот алгоритм может быть использован при дозировании разнообразных сыпучих материалов. 7. Проведена разработка основных форм и документов для различных иерархических уровней распределенной системы управления производством асфальтобетонной смеси. Разработана организация таблиц и баз данных для различных уровней иерархии распределенной системы управления АБЗ. 8. Выдвинута система критериев для объективной оценки результатов внедрения распределенной системы управления. Выделены направления оценки результатов, которые включают технологические, экономические и социальные показатели. Проведена оценка различных типов ресурсов необходимых для успешного внедрения системы управления. 9. Разработан поэтапный план внедрения распределенной системы управления, как в рамках отдельного АБЗ, так и для объединения предприятий. Проведена оценка технологических, экономических и научных результатов внедрения разработанной системы в целом и для отдельных этапов. 10. Определены процедуры построения модели технологического процесса как в рамках отдельного АБЗ, так и общей модели для комплекса предприятий
