Введение к работе
Актуальность темы. Для более полного удовлетворения в кратчайше сроки нужд промышленности в средствах аналитического контроля (АК) необходимо наряду с увеличением производства существующих аналитических приборов (АН) разрабатывать и внедрять системы автоматизированного проектирования АП, создавать универсальные приборы, работающие в широком диапазоне контролируемого свойства вещества или параметра состава, шире использовать достижения микроэлектроники.
Указанные задачи следует решать не только при разработке приборов, реализующих новые методы анализа, но и при совершенствовании АП, работающих на базе известнее методов, тстенциальные возм'чюоети которых еще далеко не исчерпаны.
Включение в состав аналитических приборов компьютерных средств
(микропроцессоров и микроЭЕМ) позволило в последнее десятилетие
создать принципиально новые приборы-микропроцессорные аналитичес
кие приборы (МАП), состоящие из первичного измерительного
преобразователя и измерительно-вычислительного средства на базе
микропроцессора. '
Применение в АП микропроцессоров расширяет функциональные возможности приборов, повышает универсальность,адаптивность, метрологические и эксплуатационные . характеристики АП, осуществляет состыковку последних с другими средствами контроля и травления.
Вчесте с тем вопросы проектирования МАП.отличающиеся существенной специфичностью разработаны недостаточно,не созданы общие принципы построения и проектирования МьП.чтс затрудняет конструирование и внедрение в практику Ж этого перспективного класса АП.
диссертационная работа посвящена разработке указанных вопросов и выполнена в соответствии с координационным планом НИР по комплексной проблеме "Теплофизика" за 1981-1985 гг шифр 1.9. і9 - Метода,средства и метрологическое обеспечение теплефизи-ческих измерений; по теме 2.27.6 МИНВУЗ РСФСР на 1985-1990 гг -Оптимизация,автоматизация,управление аппаратами и химико-технологическими процессами: межвузовской научно-технической программой 1 особразования КФСР "Создание высокоэффективных методов и приборов анализа веществ и материалов" на 1990-1993 гг.
Цель работа. Целью работы является создание методологии, теоретическит основ и алгоритмов оптимального проектирования МАП
и их применение для разработки кондуктометрических анализаторов контроля загрязненных и потенциально-опасчых сред химической технологии.
Задачи работы. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
выявить функциональные признаки и морфологию МАП;
разработать методологию проектирования МАП;
разработать теорию и алгоритмы решения задач оптимизации МЛ;
разработать автоматизированные средства метрологического обеспечения МАП;
провести промышленную проверку и внедрение результатов работы.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы развитые для решения указанных задач методы системного анализ?, математического моделирования, теории автоматического управления, технической киберетики. системотехники и метрологии.
Научная новизна.
Введена классификация аналитических преобразователей информации по функциональнш' признакам и степени технологической интеграции с выделением базисной структуры построения микропроцессорного аналитического прибора.
Разработаны и теоретически обоснованы принципы построения мияропроцзссорных аньлитическчх приборов,'позволяющие обобщенно преАставить прибор в виде двухканалыюй структуры :аналитического неинерционного канала и инерционного корректирующего канала,объединенных следящими обратными связями через микропроцессор.
Разработан экспериментально-аналитический подход к формированию методики выполнения аналитических измерений,являющейся базой для выбора вектора технических требований на проектирование микропроцессорных аналитических приборов.
Разработана теория и алгоритм решенш; задач параметрической оігиьшзации аналитического канала по векторному критерию качества,
Создана по принципу этопности новая методика оптимального проектирования корректирующего канала микропроцессорные, аналитических пргбороз с заданной точностью и быстродействием.
Предложена структура,алгоритм функционирования и пргграммное обеспечение интегрированного автоматизированного рабочего места метролога-исследователя и поверителя для решения задач анализа и синтеза,создания,отладки и проверки работоспособности техническс-
го z программного обеспечения,определения метрологических и эксплуатационных характеристик приборов«организации и проведения градуировки л поверки микропроцессорных аналитических приборов.
Практическая ценность работы .
Разработанные принципы построения и проектирования микропроцессорных аналитических приборов реализованы в кондуктометричес-ких анализаторах с повышенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.
На основе сформированного формализованного вектора технических требований на проектирование микропроцессорных аналитических приборов предложены новые методики контроля состава загрязненных и потенциально-опасных сред химической технологии с расширенными функциональными вОоМожностями,отличающиеся повышенной помехозащищенностью.
Разработанная структура,алгоритм функционирования и программное обеспечение интегрированного автоматизированного рабочего месте метролога-исследователя и поверителя микропроцессорных аналитических приборов использованы для проектирования и построения кондуктометрических анализаторов,отладочных и стендовых испытангл,определения метрологических и эксплуатационных характеристик вна.изаторов,что уменьшило время их разработки.ие-пытаяиЛ и поверки.
Предложенная методика оптимального проектирована.; корректирующего задала микропроцессорных аналитических приборов апробирована при создании »икропроцессорных измерителей общетехнических параметров (геометрические.физико-механические параметры и тепло-физические свойства) и может быть распространена на более широкий класс микропроцессорных измерительных приборов.
Разработанные на базе системного подхода принципы построения и проектирования микропроцессорих аналитических прибороЕ могут быть использованы для разработки базовых моделей аналитических приборов широкого функционального назначения с п-вышенными точностными, надек.остными и эксплуатационными характеристиками.
Реализация научно-технических результатов. Основные результаты теоритических и экспериментальных работ автора при непосредственном его участии внедрены в промышленность.В частности эти результаты наши применение при создании: - инструментгльных методик контроля по удельной электрической
проводимости характеристик состава и свойств загрязненных и потенциально-опасных жидких проводящих сред: общего солесодеркания оборотных и сточных вод;концентрац:л слабой азотной кислоты ;к^нтроля степени промывки деталей в ходе технологического процесса нанесения на них гальванопокрытий ; концентрации хлоридов в сточных водах производства хлебопекарных дрожжей ;
- микропроцессорных кондуктометров ;
- микропроцессорного аналитического првЗора для контроля и
разбраковки элегатиугольных изделий по величине удельной элект
рической проводимости ;
- микропроцессорных аналитических приборов серии "ТЖГ.
Принципы построения и проектирования микропроцессорных аналитических приборов.реализованные в технических решениях конпук-тометрических анализаторов,защищены авторскими свидетельствами А.С.(17 А.С.,).
Экономический эффект от внедрении результатов диссертационной работы составляет 275 тыс.руб.(в ценах 1990±.).
Материалы диссертации используются в учебных курса;-: Тамбовского института химического машиностроения и Московской государственной академии химического машиностроения для студентов специальности 21.03 "Автоматизация технологических процессов и производств",специализаций 21.03.01. "Автоматизация химических производств" и 21.03.17 "Автоматизація аналитического контроля технологических процессов и производив".
Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы изложены в моногрс&шх: Герасимов Б.И. Проектирование аналитических приборов для контроля состава к свойств веществ - М.:НашиностроенЕе, 1984-104с; Герасимов Б.И.,Глинкин Е.И. Микропроцессорные енглитические приборы -М.:."эшиностроение, 198Э-24бс;в 45 публикациях в научкл журналах, сборниках и тематических обзорах.
Основные положения диссертации докладывались на II Всесоюзной конференции по автоматизации анализа лмического состава вещества (г.Москва,1980 г.),Всесоюзном совещании механиков "Машины-автома-ты-8Г (г.ТамОов. 198і г.),IV Республиканской научно-технической конференции "Структурные методы повышения точности,быстродействия а чувствительности измерительных устройств и систем" ( г.Киев,
1 -Й1 г-),IV Всесоюзной межвузовской конференции "Электромагнитные методы контроля качества материалов и изделий" (г.Омск,198f г.). Всесоюзной научной конференции "Процессы и оборудование для гранулированных продуктов микробиологического синтеза" (г.Тамбов, 1984 г.),Всесоюзной научней конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (г.Москва,1984 г.),1 Всесоюзной научной конференции "Информатика и науковедение" (г.Тамбов,1988 г.).Всесоюзной научной конференции "Автоматизация и роботизиция в химической промышленности" (г.Тамбов,1988 г.),Всесокьном совещании-семинаре молодых ученых "Новейшие исследования в области теїілофизических свойств" (г.Тамбов, 1988 г.),Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности средств обработки информации аа базе математического и машинного моделирования" (г.Тамбов,1989 г.).Всесоюзной конференции "Моделирование систем автоматизированного проектирования автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств" (г.Тамбов, 1989 г.),Всесоюзной научной конференции "Разработка и внедрение вихревых электромагнитных аппаратов для интенсификации технологических процессов-АВС-89" (г.Тамбов,1989 г.),Республиканском семинаре "Опыт применения однокристальных микроконтроллеров в народном хозяйстве" (г.Тернополі,, 1989 г.).Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых "Теплофизика релаксирующих систем" (г.Тамбов, 1990 г.) Всесоюзном семинаре "Кощту..гометричес--;э методы и приборы в технологии различных производств" (г.Краснодар, 1991 г.).Всесстоной конференции по математическому и машинному моделированию (г.Воронеж,1991 г.).Международном совещании-семинаре молодых ученых "Теплофизические проблемы промышленного производства" (г.Тамбов,1992 г.).
Разработки по диссертационной работе отмечены в і982 г. Комсомольской премией имени Герсл Советского Союза Зои Космо-пмьянской в области науки и производства,а в 1987 г. бронзовой медалью ВДНХ СССР.
Объем рабогы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав.выводов,списка цитируемой литературы и приложений.
В диссертации обобщены результы исследовє.'іий, выполненных соискателем в период с 1973 по 1993 года.Научшм консультантом работы является доктор технических наук,профессор И.В.Кораблев.
