Введение к работе
Актуальность темы. К системам управления потенциально опасными (взрыво-, пожароопасные и т.п.) технологическими объектами в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности по нормативным документам Госгортехнадзора предъявляются повышенные требования по надежности и точности регулирования, обязательному применению микропроцессорной техники и обеспечению интегрированных средств аварийной сигнализации и блокировки, а также визуализации хода технологического процесса для технического персонала.
Наблюдающееся в последние годы оживление экономической ситуации в нашей стране характеризуется тем, что у предприятий промышленности несмотря на наличие свободных денежных средств очень небольшая их доля тратится на обновление технологического оборудования, большая доля которого является морально устаревшим и находится зачастую в последней стадии изношенности. В связи с этим перед предприятиями очень остро встает вопрос об оснащении средствами аварийной защиты и при этом о выборе недорогой системы аварийного управления, способной удовлетворить целому комплексу жестких требований.
На рынке программного обеспечения существует достаточное количество универсальных программных систем, предлагаемых различными западными фирмами, однако они оказываются чрезвычайно дорогими для российского покупателя. Кроме того, адаптация универсальной программной системы к требованиям конкретного технологического процесса иногда оказывается длительным и трудоемким процессом, требующим наличия высококвалифицированного персонала. К тому же, западные производители программных систем ориентируются на последние достижения в области аппаратного обеспечения персональных компьютеров, что, естественно, не способствует удешевлению аппаратно-программного комплекса. Иногда предприятия закупают импортные системы аварийного управления только из-за отсутствия аналогичных отечественных разработок. В этой ситуации актуальной оказывается задача создания недорогого программного обеспечения, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым государственным комитетом по стандартам (ГОСТ), Гостехнадзором, Министерством по чрезвычайным ситуациям к качеству и надежности системы управления потенциально
4 опасными технологическими объектами. Технической базой для таких систем могут служить в том числе и однокристальные ЭВМ, например TMS370 и их аналоги.
Работа выполнена в рамках научного направления "Вычислительные и информационно-телекоммуникационные системы" Воронежского государственного технического университета.
Цель работы. Целью работы является разработка математического и программного обеспечения микропроцессорной системы аварийного управления потенциально опасными объектами, обеспечивающего высокую точность и низкие требования к аппаратным ресурсам, при сохранении высокого уровня надежности функционирования.
Исходя из этого, в работе решались следующие основные задачи:
- системный анализ актуальных задач организации систем управления 1
V и аварийной защиты и сигнализации для потенциально опасных объектов,
определение наиболее эффективных путей и направлений решения проблемы;
разработка программного обеспечения системы управления потенциально опасными объектами, включающего поддержку функционирования системы в режиме реального времени, реляционную базу данных состояния системы, подсистемы конфигурирования и пользовательского интерфейса;
разработка математического обеспечения, включая алгоритмы построения модальных регуляторов для широкого класса объектов, содержащих запаздывание в канале управления;
построение алгоритмов оптимизации получаемых регуляторов по различным критериям, характерным для режимов аварийного управления;
- практическая реализация и внедрение системы на производстве в
v составе комплексов противоаварийной защиты (ПАЗ).
Методы исследования основаны на использовании теории автоматического регулирования, математического и функционального анализа, теории функций комплексного переменного, а также методов модульного, структурного и объектного программирования.
Научная новизна основных результатов, полученных в работе, состоит в следующем:
1) Создано математическое обеспечение управления неминимально фазовыми объектами, содержащими запаздывание в канале управления, от-
5 личающееся от традиционных методов высокой точностью регулирования и простотой реализации.
2) Доказана теорема об устойчивости получаемого с применением
. данного алгоритмического обеспечения модального реіулятора.
-
Построен алгоритм, позволяющий оптимизировать полученный регулятор по различным выбранным критериям, задаваемым заказчиком.
-
Разработано оригинальное программное обеспечение для синтеза и поддержки функционирования системы аварийного управления потенциально опасными объектами, отличающееся наличием реализации новых алгоритмов построения модальных регуляторов, а также существенно сниженными требованиями к ресурсам базового аппаратного обеспечения при сохранении необходимого уровня качества регулирования и надежности функционирования.
Практическая значимость. Разработанные компоненты математического и программного обеспечения составляют программно-аппаратный комплекс, предназначенный для построения систем управления потенциально опасными объектами. Создан программный комплекс для осуществления всех этапов проектирования и разработки системы: синтез и настройку модального регулятора, учитывающего специфические особенности объекта регулирования; моделирование поведения замкнутой системы, содержащей синтезированный регулятор и объект регулирования; конфигурирование структуры сети устройств нижнего уровня и параметров системы; создание экранных форм интерфейса пользователя. Разработан микропроцессорный программно-аппаратный комплекс, реализованный на однокристальных ЭВМ типа TMS370 и осуществляющий управление потенциально опасным технологическим объектом в реальном времени с поддержкой функций автоматической сигнализации и блокировки; ведения базы данных состояния объекта, системы, а также архива информации о динамике параметров объекта. Обе системы взаимосвязаны, отладка системы ведется на уровне реального управляющего комплекса в режиме полунатурного моделирования.
Реализация и внедрение. Разработанные на базе основных положений диссертации системы противоаварийной защиты внедрены и эксплуатируются на установках риформинга №2,3 на ОАО «Куйбышевский НПЗ» (г. Самара), в производствах синтетического каучука на АО «Синтезкаучук» (г. Тольятти) и АО "Каучук" (г. Стерлитамак), в производстве мономеров на АО
«Уфаоргсинтез» (г. Уфа).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международной научной конференции «Нелинейный анализ и функционально-дифференциальные уравнения» (г. Воронеж, 15-20 мая 2000 г.), международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, июль-август 2000 г.), зимней математической школе при ВГУ (г. Воронеж, 28 января - 4 февраля 2000 г.), научных семинарах Воронежского Государственного университета и Воронежского государственного технического университета.
Публикации." По результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и списка литературы, содержащего 74 наименования. Она изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 1 таблицу.
