автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматическая система оптимального управления процессом приготовления сложных многокомпонентных смесей

РГ6 юРДьКИЙ Р\)ПТЕлШЧ1ШЯ ИЮШП

На прчвах рукопису

КОГУТЯК МИРОСЛАВ 1ВАН0ВИЧ

УДК 62-52: 665. 65

АБ1<>»ДТИЧНА СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО КЕРУВАННЯ ПРОЦБРОУ ПРИГ'ЯУАННЯ пкллдаИХ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ СУШПЕЙ

05.13. 07-Автоматизмия технолог 1чних процесгв 1 виробннцтв( промисловють)

АВТОРЕФЕРАТ аи^ертпцп на здоЭуття вченш'о ступеня кпндидата т^хШчних наук

КИ1В-1993

:.....^•/¿^Д.-.-'

К/юта ьиконана в 1ьшю Сранк1вськоыу щсгитут! иафги 1 гаду на кафедр! авгоматиэац!1 виробничих процио1 в '

Наукоьий кер!вник: •кандидат техниших наук .доцент Ы. Ы. Дранчук

ОфпцАШ опоненти: доктор техшчних наук, ирофесор Гршрико Л. В.

кандидат техтчних наук, доцент Мовчан А. II.

Пров»дна орган 1ьицт : Лыпвськнй щюектний шепнут-

ЛьвгьДШРонаДггстм

на зас1данн1 спец1шизопано1 Ради Д 068.1-1. 07 при Кшвоыо>-ыу шшгехшчному 1 нотитут 1 за адр^-ою : ЖСХ^б, и. Гаи в, пр, Шреыогн.Э?

3 диеертащею-можна оэнайошггиеь в С1бл1ст;ц1 К*иво1.кшо по л 1 г ехн 1 чного ! нотитуту

Вахист в!дбудетьсп

.. годин

Бчений еекретар 01гещал1зоваяо1 Ради

- з - .

АКОТЛДШ

tfeuoa робста е розроб::^ автоматично! систем!! олткмального ¡ ■»> солта процесом прнготування екладних багатоксутонентних суш шей.

Для досчгнешм вказзно! мети а дисертац1йн1й робот1 розв'язат

так! ос1юрлц задача:

-розрсблено математкчну модель процесу прнготування складних багатокомпонентних сушпюЯ (на приклад! НОР);

-вибрано метод i розрсблено алгоритма 1 программ ^енти1"' !.-зте>пт!!ч.'гог модел1;

-сформульозано к?итер1й оптимального корувалня, визнатеш ou.^-jí сЗ!.гэкешга .вибршю метод ¡ рсзройлено алгоритм i чне i програчне з.аОез-нэченшг ;>.зя задач 1 оптимального керування;

-розроблено дсор!ьневу автоматичну систему оптимального керування i екнтозовано алгоритм» п функцюнування для типового технолог i чяого процесу одеряання МОР;

-перев1рено достов!рн!сть i ефективнють результагчв теоретич-них досл1джень в умовах Дрогобицького НЮ "МАСМА" i Еоркславського ВО "Фарба".,

Автор захгаре:

1.Штематичн1 модел1 процесу прнготування ШР i алгоритми г у I денткфшаш !.

2. Методику розрахунку оптимально! рецентури МОР иа осго„: , р1ю вартоет 1 одиниЩ маси готово! продукт!.

3. Алгоритми розв'.язку задач! оптим1зац11 методе,. < чних плоядан.

4. Методику синтезу i алгоритма функцюнування АСН процесом пряго-тування ШР.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнють доелмдень. в народному господарств! , про-мисловост1 та побут1 використовуеться велика номенклатура наЯр!з-номан1тн1ших реагент1в ,барвник1в,мастил i т.д.,як! е складнимн ба-гатокомионентними сумШами .Виробництво IX орган1зовано на' ун1вер-сальних багатощльоних технолопчних установках невелико! потужностк Об'ем випуску цих продукпв сягае в1Д дек1лькох KUorpaMtB до десят-kíb i сотень тон. До. таких макотонааиих виробництв в 1 дносяться установки для прнготування мастильно - охолоджуючих р1дин (МОР). Мастильно - охолодкуюч! Р1ДИНИ е обов'язковим е .цементом технолог i чних npoueciB i зв'язаних з мехаШчною обробкою метал! в i композит йних .матерютв. Асортимент ШР екдадае декьтька десятмв

тигпв. Шниший р1веиь автоматизацн спещашэованих технолопчних установок дулв низький I не забезпечуе швидких переход!в на ном в иди продукци.щр необх1дно в умовах прискореного розвитку науко-во-техн1чного прогресу , Коршне техмчне переозброения тут ижлиье пляхоы впровадввння гнучких автоматкчних систем керування , як! над ад 1 мокуть стати еле мант шли гнучких автоштизовшшх виробничнх систем (ГАВС).В них структурно закладеш шйливост1 оперативного пе-ренадагодяування па вапуск велико! к1лькост1 продукт!б з ткиовиг.;; технолог ¡чшши циклами.

Актуальн1сть проблеш! обуыовлена необх1дн!стю створення гнучких автоматичялх систем керування на баз1 сучасних метод ¡в шделювалня 1 оптимального керування ,щр дозволить розширнти аеортиыент ! П1д-вищити як!сть мастильно-охолодяуючих р!дин при !х шкрогс1й номенклатур! 1 мадотонажноыу вщзобнишв!.

Методика проведения . досЛдж^нь. Досл1дхення статики об'екта керування виконан! експериментальшши методами. Для встановлення взаемозв*язк1в мих вхшпши 1 вих1дшши координатами об'екта,яким е . виробництво ШР.складений 1 реашзований дробово-факгоршгЯ експерииент. Оцшки параметра нелишни матемагично! иодел1 статики знайден! методои ортогокал1зацп.

Розв'язок задач1 зкаходження оптимальноI рецаптури ПОР базу-еться на метод! гс1чних площцн ,який дозЕодяе • початкову нел!н!бну задачу ввести до посл1довност! задач л!н!йкого програмування методом декомпозиш г. При розробц! автоматично! сиеге»ш керування вико-ристаяий принцип керування-за збуренняи ,чиы досягаеться коыленсатя основних збурюичих $актор!в,якими £ яеоднор1дн!с?ь сировииних складник! В сум1ш1.

"Наукова новизна.

1.Розроблена матёМатична модель ' процесу приготугання багатокои-понентних сумипей методом ортогонал!заци(на приклад! виробництва ЦОР тклу АКВОЛ-11 ),яка зв'язуе вих!ДН! показники якоет1 м!кро-емульси з м рецептурою в умовах нестаб!лыю! якост! сировинних складник! в композит I.

< 2.РозроСлена методика розрахунку оптимально! рецепгури ЫОР на баз! критерии вартосп одиниц! маси готово! продукт i,заиропо-нован1 алгоритми розв'язку задач1 оптим1зац| 1 методом с!чних площия.

3. Розроблена двор!внева автоматична система керування технолог 1чним процесом ,в основу яко! поюадеиий принцип кокпенсаци основних збурень.вр дють на об'ект.а також синтезоваш алгоритм

- с -

п Фушаи опувапкя.

Достов1р!Исть 1 ефективн1сть наукових полоаинь 1 теоретичних результате. шдтЕерджена великим об'емом експэрименталышх дссл1д-г.ень .близькоп зб1гсг1стя 1х результат!в ,порев1ркою запропоноваккх алгоритма на реальних даних , обчкслювальнгая експериментами на ЕОН 1 результатами впровадпэшга регамендащЛ в промислових умовах.

Результати наукових досл1 дггёнь екдали теоретичну основу створепня автоматично! снстеки оптимального керування технолог 1" процесом пряготування МОР типу АКВОЛ-11,яка створила умови для- , тання об'еШв вкробництва ,покрзгзяня 'якеет1 иастильно-охолодяувч^ р1дин 1 швидких перехода на вЛпуск коких вид1в продукт 1,пр вкрай иеобхЩю в умоках магатопазших вирсбнкцгв.

Практична ц1.нтсть наукових доолдкень ^ реал!зац1я та впровад-вннп робити в промисловють:

- розроблеко методику, алгоритми 1 програвде забезпечення оптимального керування технолог1чним процесом;

- спроектовано, виготовлено,внпробувано двор!вневу автоматичну систему оптимального керування процесом одеретння 130Р у двох варягах -для групового 1 посл1 довного зшшування компонент 1 в композит I;

- розроблено алгоритки 1 програмне ззбезпечення для режиму >бмту 1нформащею Шл шдсистемоя всрхнього 1 нижнього р1вн1в;

- розроблено та впровадяэно вкбухобэзпечниЯ сл1дкуячкй • . >1вня для автоматичного об'емного дозування компонента 1 I.

Результати теоретичних та експертзенталыгих дос^ч,.. реал1-юван! в прошгслов1ст1 пляхом створення автоматизованих шкропроце-юрних систем керування процесом пряготування МОР на Дрогобицько-у-досл1дяому завод» НЮ "Маска" 1 Бориславському ВО "Фарба",за ахунок чого суттево зр!с об'ем виробництва (562)1 знизилксь иате-|)аШ)Н1 та енергетичн1 затрат

Загальна сума р1чного економ1чного ефекту В1д використаяня ре-ультапв дасерташйно! роботи складае 119 тис. карбованц1в (в цпгах 989 року).

АпробаЩя роботи. Основн! пололення дисертащйно! роботи доломались 1 обговорювалксь на науково-техн1чному семтар! **Сучасн1 зтоди 1 при^чди автоматичного контроля та регулювания технолопчних роцеов " (Москва, 1В88); Всесоюзна науков1й конференцМ "Абто-атизащя та роботизащя в хШ1чн!й промисловост! " (Тамбов. 1988); ауковому сем1нар1 "Оптишзащя Х1М1 ко-технолопчних процес1в" кшв, 1988); науково-техн1чних конференщях ви!сладач1в та молодих чених 1вано-<Хрпяк1вського 1нституту нафти 1 газу в 1988-1992 роках.

Зв' язок теми диеертац! 1 з планом НДР, в дисертшцйшй ройоп використан! результат« роб 1т по створенню Шкропроцесорно! ЛСК для малотонаяних виробництв у'в1дпов1диост1 1з иоордииащйшп.! планом па 12 п'ятщнчку Науково! Рад« ЛИ Украпш за завдашши N 21 "Створити 1 озвоШ! ииробншдтво внсокоефективних ПОР для обробки ютад1в Р1заишы 1 тнс::,ом",а таком иаукових рОзробой за планами науково-дос-л1дних роб1т 1вапс-Франгдвсысого шстптуту иафти 1 газу.

Дубд|кащ I. За результатами дося идешь опубл!ковано 0 друг.о-вапих ро01т.

Структура та об'ем роботи. ДисортацШга робота складаеться 13 ветупу, л'яти роздшв, влсновк1в, списку диератури ] додатшв. Основний з.'.и ст робсти выгладеннй на 163 еторнжая , враховуши ЕЙ ш-люлки I 15 таблиць.

ЭШСТ РОБОТ И

У вступ! обгрунтована актуальн1сть тема , сформульовала (¿¿та 1 основн1 задач) доел1Д!кеши, приведена загалвна характеристика роботи.

В першому роздш проведений аналз стану роб)т з ироблеин розробки автоматичних систем керування для ышэтонадних впробшщл;, як1 базуигься на приготуваши Сагатокошонентних сушийй. Тши виробницгва хараитеризуюгься перюдншметю технолог1чкого циклу, частими перехода;«! на шв1 види продувд¡.и&акий с 5' виробницгва, тощр. Виготовлешш цих продукт!в .проводиться у гакий спос1б:в реактор - змивувач дозуеться в певши псх-Д1 дошюеп складники в режим! пост1йного пер&ы!кусания сушш 1 шдтрииувшил необх!дного температурного ропщу. Якють ксыпозицн оцпш:тьия шелл завершения технолог}чного циклу значакм ш;слоы |;1льк] с них 1 якюши показншив. На якють шкроемульс) I вплисаэть ряд збург&чих чшншпв, основниыи з яких е змши якЮних характеристик сироьишшх сисад-ник1в. Технолог1«н1 установки иаоть багатош леве призначения 1, 21! правило.низький р!вень автоьшчгаащ 1.

Найперспективншш напрямком розвитку н.иютонаишх виробництв з широкою номенклатурою продукт)в е вшюристшшя гнучких автоыати-зованих внробиичих систем (ГЛВС), як1 грунтуеться на «зтитичному опис1 процесу та ¡ерарх! ч;НП структур! систеш керуваиня. Осшлмси в1дсути:т ыожливють введения зворотшх зв'язк1в .автоматична скстеиа керувашга процесом виробшщтва ШР, повинна сиитезуваткеь за прикцн-пом Понселе.з застосуваниям Сагатоканалыгаго 1»;,:лзнсук-;ого пристрой з перехрестнлш зв'язками. Найефекгивхмшин у тому впладку е Сарму-

ниш:; когаенсуючих вшшв1в за допокогою гпегатичнйх моделей.

Лпсшз ¡сауючнх нзтемзтичних моделей д,;:я окреслено! групп ¡ехнолопчних нрт-цесмв сзхдчить про шкливють одераання моделей як '.чгштичннх/так 1 скецериизнтальннх. Проте викориетання неформалышх моделей для щлей керування усгсладнюегься у зв'язку з грошздкютю, • ¡кладшетп знаходкення окре^их констант 1 Ч1араметр!в, в!дсутн!стп поено! 1нформзцИ про мехашэми ххмшиих л микфазних взаемод!й п огсладних КОЛЭ1ДНИХ систе;'чх, исими е МОР! У цьому. випадку слгд .-ати формалыи матемагичн! додел! використовуючи результати ■-•Сю пасивних екоперимен?1в на сб'с.:гг{; Н:»¿йошрен 1 шими для дац.. : 1шу технолог!чних процес!з е мете.-.пп^ши годел! типу "склад-власти-/остГ'.як) зв"язують властивосг1 (якгсш характеристики)сумш! ¡з ■•.омпонентнкм складом (рецептурою).Одкак ш шдел! 'не враховують "=однор!дностей, викликаних зиинами якшшх параметр!в сировини при переход! в1д одн!е! иартП до !наоь Щ неоднор!дност1 е збурюючими -¿-акторами, шр виливають на якгсть .товарно! композит I. Таким чином, ¡еобх1дно роэв'нзати задачу нобудови математичнох модел! типу "склад-властивостг" в умовах неоднор!дкостей, яка доэволнгь в1дшу-'урати рецептури МОР з врахуванням зм!ни якост! сировини. 0ск1льки ■'.адача поиуку рецептури мае кеоднозначний розв'нзок, то залщи мстуальним е питания энаходгения оптимального складу бататоко'-'-э-нентно! сум1а1 за певним критерием . Дося1длвння наугсор.ич дано! проблематики св^дчать.шр для Щлей керування <■■ ' ¡л!ко-

риотовують тех1Ико-економ1чя! критерн^оптимальноет!,.- з!добра:~ють ?конои1чну ефектившст'ь виробництва. Анал!з иаукових роС; г з проблей! ггворення автоматично! система'керування для малотонажшх виробиицтв дозволив визначити осйовн1 задач! досл!дмэшь, практично! розробки I промислово! реал!зацп II наоб'ект!.

Другий розд|д у сво!й перш1й частин! присвячений формулюванню •адач! оптимального керування. За критерии оптимальност! вибраций .•ехн!ко-економ!чний показник Си.який ощнюе соб!варт!сть одиниц! про-(укц!! 1 найновн^е характеризуе економ1чну дощльнють виробництва.

Сп-Е+Зс+Зд,

>е Е- енергозатради,Зс- затрати на сировину 1 матер!ли ,а Зд- додат-;ов! затрати у вигляд! зароб!тно! плати, транснортн1 витрати.тощо, иднесон! до одиниц! продукт I. Т1 льки перш! дв1 складов! залежать IIд УМ1ННИХ онтим!зацп, тому вони н!ддан1 глибшому анал!зу.

Досл!дяення поонераЩйно! структури технолог !чного нроцесу яробництва МОР вин вили-во! складов! енергетичних затрат,як1 Сули озби-г! на дв! групп: так!, що е посМйними 1 визначаютьон схемою

оргаШзацп технолог i чгюг о циклу i зшшп.До друго!'rpyms Bijuieceui еиергозатрати на шдтримашш эаданого температурного po?aiwy в реак-торьнерешиувашш i коректування сумш», осглльки ix величина залэ-»ш> в1д шдбору рецептура i якост» спросили, тош-о зшшшх оитша-задп . Правильно знайдена рецептура !.!СР зпбсапгчу»; зиш.длшя еиергозатрат na niflirpiu i переышуьааня иди в решггор» до

величиям технолог innoi пеобх1дност! £*, та) го до wua».oi г pan», при цьому еиергозатрати на коректування ткроиис'лмнг ирйкуигь до пули. Для внилеиня впливу суС'ективного фактора на ь^^ничоьця ыоменту досягнення HiiraiLoi гран i енергозатрат занрононовано визначати п апаратшши засобами автоштизащ I за результатами вишрыьания штегралыюго параметру оцшки hkoctí комюзицН, .наш е "про-SÓpiCTb".

Таким чином критер1й co6ibapTCCTi одшшц1 иаси продукцп введений до вартоот1 питомих затрат на сировину i реагенти.тоСто

^ Пи

п / при yuüBi ieD,

де íi - варпсть в карбованцях 1 icr 1-го складника;

1I¿- БШст 1-го складника в шкроеыулье]!;

R,D - в1дпов1дно область змиш вх»д>шх координат i якюних показниглв МОР.

Задача оптимального керуванпя с(|ормульовала у та'тпй cnoei 0. Шоох]дно в)дшугсати таку рецептуру ЮР,яка заб-'згючуе «i и шум RapTocü одилши маси продукт 1 за шггомимя затратами па ещ-ошшу ,i peummi при в!д-гювiдпостi' якозтí ко(.пгозиц1 i техшчшш норыа,м на товлршк! продукт . Роз'изо); дано! задач! вшсоиуеться у два етапи:

1) Побудова ттеютично» иоделi технолог i чного проц^еу внробництва ГОР, шр зв'изуе властивоет] гаптилыю-охолод.ьунчо! р i дани з шиетю i bmí стом в сушш сирошшних сгсладопих. тобто

де X - вектор як иных показник!в товарно/ композит i;

U - вектор шсоенх долой склодових eyuini; - вектор яглсши показниюв сировшш.

2) Розь'язок задач i оптимального керування

£CiV¿-»mk/veR . при yi-:.>i.:i Г£д

Шяьша частина другого розд!лу пщведека n.-jwjiy етппу, и--•."«го сгворого'» ште»;игичио> иоде л i процоеу. 'Г:-". rc>¿-1 , i-i с.б'епг керуьа.шя роз'лпч па три групп: h'.:í>orai]i, с.чиитял^и.гл.ам i ¡ c.ii-х»дчi (лордкнэги. В rpyiiy iKj»yivmí: ( Ыон« r-vjwv.JHáT )»-.гiЛ-uivs плуг» дол! сщюлштих едмюзднП» У c>:ufíI. До ri'Sftüí K'JüTpiíí.'irMUü:;

- у _

них шккесе>И,1Ислл роте^нсто ашшзу зипених пг--'лсник1в складншм '■'О? I !х ня коилгаийшсть продукту .ккгдотне число гафннх

ккглэт та-.о'уого гасла, вм1сг т; чгганоламшу в техшчпочу триетанол-а'ПН1,з:'1СТ пологи у EOJ.ronaTi.Hi покаэники мають широкий д1апазон эыпш 21д парт!I до партп, а мет воли у волгокат! поепйно ЗЫ1-■лг-тъся ь процес1 збср1гшиш чороз Лого Ндро{цлыи властивос-тг . айна згаданих якюпих псюзига:1в триетанолампу 1 хирних г ,гот талового масла "ттгтиге' -плив".е иа ятстъ приготог-1:о>'по'>"Щ?,сск1лькн оснсжет •• ^•.•т'иьчо-охолоджуючо 1 ¡идннп АГ. с чагг.

3 грулу р::х1,*;ш:1г ¡¡тг/ рМйвег показшяси, якимл ?а Г5хн1чш:.»а нсрсачт оцп». :г;-ся тосапи егпст.'шо^т! шстилько-охолодауючо!' гчдшга 1 так1,г> шддд-.ться кшлисноуу ачаизу.До них в!днееои1: ккслотне число, ??.ш«'«;гг рН-розчину,мнематична в'язк!сть, шкоутво-решга I стI]с-ть шип. Шсля лабораториях дболдюнь в цю групу ¿юдчгково скзтчпп ц? два ез.т_;и21 тара**>три - поперхневий натяг, якн.1 комплексно оцН!.»>: яглеть Ш?, як композит I псЕерхне.Е-о-а'стигних речовнн 1 електропровдатть.ср х-драгаермует.орэзь^к; ьтсяюогш мпгроемульс! г.

На перяо.'гу етап! поСудош математичло* >л.>д?.и, у яз'язку " велюгоя к!льк1етя фактор! в, ¡го ."и.иват.гь насЗ'<-лгг кзрувалн.? (с . •• хуваиням контро -зьованих змигаях, всього 11 коордогат) 1 лшйшсть взае»ад1й в с;слздних кодлдних системах, - . ..Д при

зпзннчених вар)ашях $х1дшвс координат? бу^а прнйкп .• . 1 .готеза про лшйний зя'язок м1ж вэиднта 1 вих1дними зшнпимя. Дет визпачоння параметрIв яимйнох математнчно! ?.:одел1 складени;} Г р<;а.и зоваккй план активного дробово-факторного експерименту. гробог-.о- Ф л сторний план з матрицею У<н знизив к^лькють досл!д1в ¡з 204Я,необх1дних при :явному фзкторргому план!, до 16. Дос.шди проведен! в лаборатор11 на ^¡зичнШ модел! реактора, трьома незале.тними еер)ями з наступним повним анал)Зом показник1з якост! модельних ШР.Проге .парштатри т-гегатичног модел!, визначен! методом найменпих квадрат 1 в, ?ябез-печили I г адркватност! скспершлентальним даним. *

На другому етал! досл1дгеннл прийнята ппотеза про Гш 1стг.

2труктур!1 иатемативдог ггадел! об'сета. Параметри нел1н1Гп)х ¿:эдел 1 пизначен1 истодом ортогонал1зац11. Даний (,;етод дозволив вияористати результат» пспереднього активного ег^перимоиту ] простою рекуреитною процедурою е^ективно п1Д1брати не Т1льки параютр:! !.яздел1, алэ \ п структуру.

Л1нп регрес!! для конгаго 13 сом.ч П01^азь'ик1в :т)даст1 ¡.¡¡кро-

- 10 -

емульси одержат у вш\ляд! ртняшш:^

де Xji - j- показник якостi 1ЮР типу АКБОЛ-11;

Ct'f - параметр ыатематично! модели Vi - DXiflHi координата ь&дел!; П - KiJibKiCTb зыпших;

- показник при складових шшноыгалыш! моде л t; к - кглыистъ розрахушсових коефииетчв ыодели

Розроблено алгоритм i програмшП продукт на modi BASIC для чисельного розрахунку на EOU параметр!в нелнийних ттемагичних шдё лей методом ортогошшзацн. Результат« розрахуикгв шдтвердили BiicoKy точшсть i ефективтсть даного методу для об'екпв з велика К1ЛЪК1СТЮ змшшх.

В третьому розд1л1 ■ розгляпуп питания оптишзат i продесу виробництБа МОР. Визначеш обмеження на зшшп оптишзацП i вих1Дп,1 координати . Поставлена i розв' язана задача оптимального керування:

ги _ _ ,

¿•I

де ff' - .область шжливих розв'яэк1'в задач!;

i/<Vj- значения контрольоваяих координат;

~ в)дповдао ни;ше гверхне обмежзння на прош-_ • toK вар1ивашш вх]дних 1 вих1дних зм1шшх;' U) = CCi ~ ршгашга perpecii для 1-го показника якост) композит i ШР; tl(,M- к!льглсть ВХ1ДЩ1Х 1 вих1диих параметр!в.

Область ЗМ1ЫИ вх1 днях координат R утворена Пи швпроетораш, щр обмежують облает! вар!шшшя керуших вплив1в,трьома поверхняш, де зафисеован! контрольоваш параметри W^+j ,j-V3 ,а також поверх-нею.що в]дпов1дае ршгаиню матер! ального балансу . Область зм!!Л! вих1дцих координат D вим1рност! m утворена швпросторамн вар!«жаль показник!в якост! композиц! i, як! задаться техшчниыи нормами на товарний продукт. Нел mi йш обыеження ^(t/) за 3mictom вiдповiллшч линям регресн,як! знайдеш. методом ортогонал!задi i для семи параметр ¡и я:юст1 м1кроемульс11 i мають гаку матричну ({орг^у

= +

де Di -матриц! коеф!ц1ент!в, doi -в!лышй член.

Сформульоваиа задача оптимального керування шдноеиться до

■ - 11 -

tcscy задач пелпилпсго програмувшш.п , оек1лып1 зс1 сбиежня задаш е нелшАнтш. Дана задача розв'язуеться методами, як! мояпа розбити на так1 класи: .

иетоди, як! застосовуигься безпосередльо до дало! задач!. В цей клас входить б!лып!сть град!ентних иетод!в;

методи, ир грунтуигЬся на розв'язках поел)довноет! допом1хних задач.як1 сходяться до оптимального для ос нов но 5 задан. Це.як правило, задач1 лШйного програмування або оптншзатйн! задач! без эбмеденнь; * .

спец!альн1 метода, пр застосовуються для задач нелнпйиого програмування конкретного виду. До дього. класу в!дяесеш иетоди квадратичного, геоиетричного i сёпарабельного програмування.

Для розв'язку поставлено! оптим!зац!йно1 задач! внкористаиий гетод сиших площнн (метод Иелл1), ' пр налегать до'другого класу, )ск!льки в умовах велико! вншрност! -'задач!. (ft*=8) для гра-Иентних иетод!в lcrtye проблема зб!яност!' ! по чат ко в их уиов, l використання' слещалышх метод1в ускладнюеться 1з-за того, р нелкпйш' сб.\!егения ^¿(й) вадао зобраэити у спец!льноыу вид!, як. ого вимагають методи даного класу. Виб1р цього методу серед под1бних ' .своему кяас! зуыовлений лиийШстю Kpirreplo оптималыгосп шдносно ектора U . Штод с!чпих ллощии(в л!тератур!- с!чних плоп-;ин КеллО айэте не згадуиться у в1тчизнян!й пауковШ Д1тератур! з дано! роблеиатики, зате широко представлений у заруб1глих публ!кац!ях з ришткою про його використання для розв'язку .оптишзащйиих задач • елико! розшрност!.

Розроблено ыашйниЛ алгоритм методу сiчних плоидн для розв'язку формульовано! оптишзашйно» задач!. Bin', складаеться з таких сповних блок1в:' розв'язок задач лшйнрго програмування; виб!р элшйного" обмеяення J^-W для побудови .с1чно! .площини; лшеаризады эл 1 иiйного обмемення иляхон його розкладу в ряд Тейлора (вар!шгг п- cHMipnoi функцп) в 1 дносно оптимально! точки С?"на б1кучому етап! ззв'язку задач! .JlT _ ,т_

g^^dor-r^-t^lU^u+dlu-,

эиведения лнюаризованого обметания до стандартного внду^г7)>(? . згоритм оформлений у вигляд1 зактченого лрограмного про дусту tin )В! вкссгазго piвня BASIC дли персопальних ДОМ.

Приведен! результат« розрахуншв оптиизльиих рсцчптур.нз основ! синтезован! шделым МОР . !х як!СТЬ ШДПОШДМ тохшчиим нормам i товариий продует .

Р. "дизргому розд1Л1 розгдянут! потання етсорошит автоматично!

систем! оптимального керуватш для процесу вкробиицтва КОР. Одним is основних м завдапъ е точке дозування склэдошх cyuinofi в реа;;гор-зШЕувач, яке ыожна виконатн сб'емшш або ваговим иетодом. Лвто:ла-тичш caroBi дозатори характеризуоться "високою точшстп , але низька продуктившстъ .форыуваиия доз (до сотемь килграшг), неспроиояцсть зайезпечення дозування велико! к1лькост1 компонент!в з широким дгапазоноа зшни величии» дози, а та'.шд вэлши затрат» па uoHTSLS.i експлуатациэ обжжус ix вшсор'.:сташш для дачих сиробництв. OO'eMiu аьтоиат!гчн1 дозатори мз-оть шрокг ¿ункцюналыН могишвоетц пэдо вариоэошш об' е».у дози, пккагахггь кезначпих кал!тальник затрат при вп1юв;.ддашп на дьу/шх технолог!чних ¡-стаповкух, пгэте харшггергауотьсп нсзяг.ов'.лькою точнлстю is-sa юимач. кгтротоичнш. характеристик cepifimtx эаеобш вим^рхшання piBim. Раотосуваигл роз-робленпх з учаетю автора внсокоточних piBiiOMipiB дозьоляе иокзагтп в основу ДСП оО'синий ь:этод дозування.

Розроблен! структур»i cxet,гл АСК ириготуваиня l'OP а в'>р;анталгл групового i посл1 довного дозування складншпв бзгато1соьшо;'ентио1 суш ni. (див. рис. la, б). В основу цих сг.зтем поккздеи'лй принцип регултааннл за збуреншш ■ (принцип Поноеле)-, пр шнликано трудносущи коитрола) показ HHKiB îikoctî шкроемульси в ход i техполопчного процесу' t l'.ei'oaiubictv! поОудэви скстеки . 13 зворотпиа зб'язкь:,:.^ Кокпенсащя впливу основшге обурхичих чшшшив. îÇ.î^i?/} (покрзншш я!\ост t сировики) здЮснветьсп на початку технолог очног о циклу зе результатами IX вишрювання лаС-эраторними або тшчнпми анализаторами. Сйчислдвач (ЕШ ),користоэдткеъ вмх4дко» !кфоркаЩе«э ротрахо-ьуг. оптималыи керувт впливи, як! забезпечуоть приготуванкя kkîchoi М1кроекульег I з штиальнныи варПсними затратами,одночаено компен-суичи вплив збуривдих чинншив . Розрахунков! BaroBi дози с1сладннк!в кг-шозицп МОР формуоться в технолог i'iirnx емностях 6-1 - В-8 об'ем-HIM методом з врахуванпям густини компонента i кал^ровочних характеристик смностэй .

Методом оргогона/изаш ! побудован! 1нтерполяц1йн1 полиюми залежноетей Ç^fOi.) Для р!дких продуктI в, пр е складниками У0Р,а такой кал|б1х-!вс<ших характеристик емиоетей fV'iJ д i шо i технолог i чь-oï

установки. Це з.'юншило похибку дозування В1д точност! обчкелення piBHin напивалня компонент!в в технолопшп cmhoctI при об'емкому дозуванн! .ociti лыш розрпхунок рецептури ШР ведеться у вагових одини-цях.

Схемо»» передбачеш таких заходи , впровпд^.ення яких sanoôira? иеиродуктивним пе^витратам ен^ргоио'Ч ¡в на приготувачмя комиознц! i

- 13,- .

Стрк/ктурна схепа АС К bupoS/iuumlo/- г РЮР

Техиа\ог(чиии прсцес

■'■'! WZÜZC , (lo:ijki;uju 6/ ncc.xidoí'me Vo¡?t/5attnn. <7г

С'J... !Г(СХиОЛСг/. <n>i cnttocr>¿, Л p - рсакяър-зтщ'йач.

ПОР .иляхон точшеого назначения моменту зупинки привод1в зшшувача 1 циркулятйного насоса на .К1нцев1й стади технолог¡чкого цщглу за результатам! бизучих аимрюваннь штеграпыюго показника якост1 су-шш прозорють".

За структурно« схегая АСК для посл!довного дозування (рис. 16.), форцуваиня об'еших доз' в!дбуваеться безпосередньо в реактор!, цо вишгае додаткових заход!в для стабшзацп температури суши! в ньому. Рм! шувания рГзнотеыпературшгх еировшших поток! в вшсликае знач-III збурешш в систем! стаСШзацп температуря сум!И! в реакторТ 1 призводять ДО коливань р!ВНЯ р!ДПНК, зб!лыяувчл п0х1йку ДОЗуВЭННЛ. У цьому вкладку передбстаетьсл ета^лчзащя теыпэратури компонент 1 в на р!вн! задано! теыперахур:: суышп, ьляхсм попереднвого IX гмд)гр!ву у прошгиих екностях 6-1 - 6-8. Це значни знигуе коливання тешгературл суы! ш! в реактор1 ! скорочуе затрат и часу да операции пшгр!ву композиц! I за рахунок'попереднього нагр1ву розосереджелих со' еип::: доз окреыих складник!в ЮР.

Найсугтев1се з^зншешш похибки об'емного дозування досягаетьсп вякористанням новйх техшчних пристро!в контролю ршю. Розроблена сер!я високоточних засоб!в вим1рювання р|вня, . з абсолютного похпбко.э вим1ршня р 1 вня ± 1... 4 ш. В!готовлен1 ! впроваджен! у виробшщтг.о пошгавк&вков! програмно-»дарований 1 кошенеац!йяий датчики рлшя, перем! пгэння поплавка яких через вали льну., систему фшсуекся вим!ривалыгою схемою з 1ндукц1йшш або пневкатичним чутлпвим елементом. Керування електро- або пневмоприводом канлгкого барабана для програшо-керовалого датчика р!вия зд!йспяхт1)ся .дистаншйио дискретнивд командными сигнала!.:;;, а .у сл!дкуючо1?у датчику р!вня -сервоприводом за величиною сигналу розузгодхеюга ^ишрювально! схею: в!д перемицання поплавка. Лологзшга канатного барабана, пропорцШ;е величин! р!вня, ф!ксуеться датчиком парен! |цэяня 1 передастьск • на щит оператора. Нов! гехн1чи! засоби вим!рявашга ршш дозвол.ють формувати об'еш! дози з абсолютно» похибгою не г ¡рее ±1,4 ш по р|вню наливания р!дини в технолопчну емн!сть у всьомудтпазош вар 1 ювання доз, передбачених рецептурою ШР. Похибки формуваяпя об'емних доз не виходять за меж! передбачен! технолрпчшш регламентом.

Ва баз1 прийнятих структурних схем розроблена функциональна структура двор!внево} автоматично! системи оптимального керування, на верхньому р1вн1 яко! е персональна Е01.1, а на нюшьоку - мерзка керуючих м!кропроцесорних контролер!в Р-130.

Шдсистема верхнього р!вня забезпечуе розрахунок отимальног

эцептурн !ЮР за результатами контролв якост! сировшш, розрахунок 5'сшв доз 1 р!ън1в наливания' кряного сккадншса, 1сомпозид1! у гдповадну технолопчну емчсть.з врахуванняи теьшератури кошюнеи-13 1 юшбровочних характеристик , а ъ.и'.оя.обит шфортщеи з Ц1д-истемою штаього р1вня.

' Шдспатона пигмього .р1вня в!дпоыдае за зб!р 1 обробку пер-шшо! ¡ифоршц! I з сб'екта (температуря, р!вяа, зкост! суша!, тану перифс-рШгого обладнання, тода) 1 зд1Лснве лопчне програмнё ерувел/и в1 до!чикни кдапанаии, приводами зшсувача 1 наесЫв, а твой регулизашш теьхгератури в технолог!чних еюостях.

У в1дпоа!дност1 3 ро:н:од1 лом функшл м!л ' р!вняга ' ЛСК сз^б.^ннЯ алгоритм керування технолог¡чним процесс» виробиицтва О? типу АКВОЛ-и, щр е п!дгрунтям створеного прогр&унсго забезпе-сннл шдспстегл верхнього ршга керування. Ярограший продукт иае эдульну структуру. Еазовий но дуль виконуе розрахунки об' емких доз 1 |д;томдш!х 1м ричпв налипания, а допомия!. модул!.оформлен1 ак ] дпрогргил!, зеСеэнечумгь прнйнання ! передаванна тфоркац! 1 через тзратш засоб.ч тдепотер) верхнього р!£.'м а пггер^Псний канал лт" перед! регулгош шнтролер!в. 'Основннй прогребший модуль {ормлеииЗ на програмно-оршп'овашй тар! высокого р!вня, а шдпро-тами - на шв| »язького рнша. *

В к!нщ розд!лу язводоп результат» оцмки якост 1 роОоти авто-чтичио1 епстен:! жрувания.

П';п'Ий £«з,"цл приссячешй практичшй реал!заци автоматично! . юуеми к&рув&чня 1 доел1Данию I) ефеетивност!.

Показан! схе.чотехн пин р1Еення за стругауроя автоиатичшя «тем керування а випоркстаннам програмно-керованого датчмса р!вня лновиэ- I електрог.риводои канатного барзДана. Системи керування пикета!» в регим! "пирадника оператору" 1 виконувть функш 5 дозування релм! по-лидоанол .ш'.анга.т.ення складник)в в реактор за результата розрахунку сш ш.млъио! рецептура нкчюеиульс! 1, прогр&иного ФУван.'м в 1 до чист арматурой,приводами насос!в I зтшувачем в режим! >рс!Мсу!>Ш!!Ш сучшн ¡Угулшшшя температур» в реактор! 1 в протхних костяк ;.«д1йе!!е'Л1.г:| «окалышми техн!чшши заеобаин автвоютизац!I.

Дгл п!дсксу^'и нимиого ршня (контролера !5Ш-1)розроблено п[ю-заСезпс'м:»!.! ц-д тв1 клкрогашанд контролера, яке.надае гнуч-¡с?! систем! К'Ч'Л'ЧШЯ ! 1ягз адаптуьатись на випуск нових тшпв ■■? з под!Сип?! ?»»йол »пнам цдояом, о е ага'уашши в ушвах мадо-«апни вкробнкцтв.

Результат;! доелд.тень ¡тогазали практпчну ефэктившсть впрова-

двэних автоматизованих систем керуваккя для процос1 в виробництва мает иль но-охо лодху шлх р!дин, n¡:t зб1лышш об' ем виробництва в середньоыу на 56 % 1 с ко рот или матер 1альн1-затрати на 5 X , а енергоэатрати- на 30 X . Шдвищзна культура виробництва, зникзна авар!йн!сть 1 ризик вшшву суб'ектшзного фастора на xi д технолог i иного процесу i якють внроб/экого продукту. Висока ефехгивн1сть виробництва . досягаетьсн скороченням технолог1чного циклу за рахунок знилвинн непродуктивккх витрат часу, ыагер1ал1в 1 енергоносив на коре ктування сумíui i доведения ti до кондиц!йних покаэнишв, оптимально розрахунком рецептура ¡.ЮР, точтм дотримапням технологи виробництва i форыуваншгй; розрахун.тавих доз.

В додатках приведен! результат досл!джетт об'екту керування, методика t результати активного експерименту, программ i результати 1дентиф!каци ыатемат.ичних моделей для процесу виробництва МОР типу "склад-властивост!" в умовах иеоднор1дностей, програмн 1 результати розв'язку задач1 оптимального керування методом с!чних площш, про-граьте забезпечення тдсистеми верхнього р!вня АСК i обы!ну 1нфорюц1! Mis» мереаею регуяоочих контролера Р-130 i персональною ЕОЫ, програмне забезпечення АСК на баз i ЫКП-1, акти проиислового

впровадяэння результатi в досл!джень. «

0СВ0БН1 РЕЗУЛЬТАТИ I ВЖШБКЙ

Проведен1 доСл1дження процесу виробницгва ыастильно-охолодяу-ючих piдин,направлен! на створення автоматично! систеии оптимального керування цим процесоы за економ!чним критер!еы .дозволили зробитн наступи! висновки: ••

1.Розроблено i реал1зовано план дробово-факторного експерименту ,шр грунтуеться на двор!впевоыу варлаваши контро-льованих i керупчих змшних (всього 11 §м!нних) 1 анал!з! ятсних показник1в м!кроемульс1I . який в пор1внянн1 з повним факторна експерииентом споротив к!льк1сть досл1д1в !з 2048 до 16 1 дозволив иобудувати багагофакториу математичну модель процесу приготування МОР.

2. Розроблено методику i апгоритми 1дентиф!кац|I нел1Н!йио| математично! модел! технологичного процесу виробництва МОР, яка оиисуе взаемозв'язки семи як!сних показниюв м1кроемульс! í з bmícíom та як!сто сирсвинних складникнз сум!ш1,як! грунтутаься на метод! орто1-онал1защ г та результатах активного екеперименту i забезпечують похибку апроксимаци експерименталъних даних не ripue шж ЪХ.

3.Розроблено методику i алгоритм розв'язку нелшШю! задач!

оптимального керування За критер!ем вар-псть одиниш шеи композит I, щр базуеться на кетод1 с!чних илощин .flKi забезпечургь оперативний пошук ептимальних керуотих вплив1в перед початком технолог1чного циклу при ЗМПЦ якост! енровннннх складникю сушш.

4. Роз роб ле но структуру i алгоритми фушецюнування двор ¡вне во 1 автоматично! системи оптимального керування .побудовано! на принцип! компенсацп основних збурень ,рр дють на об'ект керування t оО'еиному методi дозування , як1 забезпечуоть гнучк1сть еистеми в уювах маг.отонаятх виробництв 1 високу як!сть товарного продукту.

5. Виготовлено 1 випробувано ы!кропроцесорну автоиатизовану систему керування для виробництва ДОР типу АКБОЛ-.U на баз1 м1кро-контроле.ра МКП-1 i програыно-керованого датчика р!'вня, який забезпе-чуе формування об'ешю! дози за р1внеи з похибков не прше 1,4 мы.

6. Резульгати дисертац!йно! роботн впровадкено на'Дрогобицькому цослшюму завод! НВО "Паска" i Бориславському ВО "ФарСа"на установ-сах виробництва ШР типу А.КВ0Л . Еконошчний .ефэкт в!д впровад-гзккя складае 119 тисяч карбоеанщв (в щнах 1089 p.) t досягаеть-:я скороченняи технолог1чиого циклу .за рахунок введении до ulHluywy !епродукшвних затрат по сировшц i енергонос1я на доводку коыпоэицн ;о кондиц! I.

»

Основт положения дисертацп внкушден! в роботах:

1. Горб1 йчук U. I. , ДранчуК 1111, Когутяк Ц I. Оптималъие керування процесои прнготування ыастильно-охолоджуючих р1дин (НОР)/ Автоыатизац(я процес!в переробки на£гги та газу.-Льв1в: Сз1т, 193£.~С. 132-144.

2. Дранчук II U.', Когутяк 11 It .Кузьмин В. Н. Микропроцессорная система управления процессом подготовки сложных многокомпонентных смесей. // Современны? методы и приборы автоматического контроля и регулировали;; технологических процессов: Сборник докладов. -11, 1988. - с. 131-136.

3. Система автоматического управления процессом производства синтетических сиазочио-охлаядакцйх аидкостей. /1111 Драичук ,11 И. Когутяк ,В. IL Петренко , В. ¡1 Кузьмин // Автоматизация и роботизация з химической промышленности: Сб. докладов. Таьйов, 1988. -

252-253.

4. Когутяк И. 1. Шкропроцесорна система оптйиального керування ipoueeoji приготування тетнлыга-охолод.^уотих р1дкн. :Тези пауково-тех-!1чно| кокфереици професороько-тяиадацького складу тституту нафти

i газу. -1вако-Сранк1иськ,1992. -с. 131.

Б. Дранчук 11 Ы., Вогутяк И ft 1!икропроцессорная скстега

управления приготовление!.: слояних многокомпонентных cwecefi. // Прос иект ШССО УССР. liaauo-Сранковсгскй институт нефти и газа. - Курв: Час; 1090. - Бс.

6. Микропроцессорная система цифрового программного управления процессом приготовления сложных многокомпонентных андких смесей. /Ы. IX Дранчук , IL И. Когутнк ДП. Петренко // Информаци онннй листок М 89-52, ВШ1.1, серга 2, Ивано-Франковский ЩГШ. 19В9.-- 4 С.

7. Программно-управляемый датчик уровня дозатора. /Дранчук lí ft , Когутяк !i К., Бойко It Д.//Информационный листок N 90-12 Ивм'о-Сранковский ЦН7Й. 19Q0. - 4с. •

8. A.C. Н 1255216 (СССР): ЫКИ G01D13/02. Пневматическое устройство для контроля направления перемещений. /. В- П. Петренко, НИ. Когутяк, С.А. Вастерук. //Открытия. Изобретения. - 1987. • -

. N9. - о. 119.

9. Датчик предельного уровня жидкостей. / Я. Е. Гарун , II И. Мелмшчок , М.М. Дранчук , P..IÍ. Кузьмин , И К. Когутяк н др. // Информационный листок N (37-015, Икано-Зранковский ЦНТЯ, 19В7.

4 с.

Шдписано до друку 21.09.93 р.,ф. 60 х 84, I/I6, вам. 146, др.арк. I, тирзя IG0. 1вано-Фрэнк1вський Институт нэ$ти 5 газу. Д1льниня оперативно! пол 1грзф1Т Дэрг.атськв 15.