автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация многозонных экструдеров на основе адаптивных и нечетких позиционных систем управления

На правах рукописи

АЛЬ ТААМНЕХ МОХАММЕД АБДЕЛЬ РАХИМ

АВТОМАТИЗАЦИЯ МНОГОЗОННЫХ ЭКСТРУДЕРОВ НА ОСНОВЕ АДАПТИВНЫХ И НЕЧЕТКИХ ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

05.13.06-Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (химическая технология, нефтехимия и нефтепереработка, биотехнология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2003

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация производственных процессов» Новомосковского института (филиала) Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Магергут В.З. Вент Д.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, профессор

Егоров А.Ф. Эделыптейн Ю.Д.

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Полимерконтейнер», г. Новомосковск.

Защита состоится_4 декабря _2003 года

в_11 час, на заседании диссертационного совета Д 212.204.03

в РХТУ им. Д.И. Менделеева в ауд._МАЗ_по адресу:

125190, Москва А-47, Миусская пл., д.9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан « » ноября_2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

БОБРОВ ДА.

\%5ЛЬ

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Производство полимерных материалов, являющихся творением ума и рук человека, все более увеличивается, как в силу того, что они заменяют собой природные материалы, являясь более конкурентно способными в сравнении с ними, так и в силу относительной простоты их получения и не дефицитности сырья. При этом технология переработки пластмасс развивается, в частности, по трем направлениям: разработка новых видов полимерных материалов; дальнейшее развитие машин по их переработке; автоматизация и оптимизация условий их переработки, причем, все три направления, как правило, тесно связаны между собой

Кроме того, развитие этих трех направлений тесно связано с требованиями к улучшению качества конечной продукции, экономии сырья и энергии, улучшению использования машин, что во многом обеспечивается совершенствованием систем контроля, регулирования и управления соответствующим технологическим оборудованием по переработке пластмасс.

Несмотря на большие внешние изменения, связанные с применением микропроцессорной техники, это не привело к сколько-нибудь заметным изменениям в части построения автоматических систем ре1улирования (АСР) и управления, по меньшей мере в отношении их алгоритмов и, соответственно, качественных показателей работы. В то же время использование новых возможностей современных методов и систем управления, а также технических средств автоматизации для многозонных экструдеров, вопросам автоматизации которых посвящена данная диссертационная работа, далеко не исчерпаны, что делает исследования и разработки в этой области весьма актуальными.

Актуальность работы еще более возрастает, если учесть, что исследования проводятся по применимости для целей управления экструдерами адаптивных и нечетких позиционных систем, являющихся по своей сути системами логического управления (СЛУ), систем интуитивного управления, системы оптимального сбора измерительной информации (ИИ), использование которых для целей управления так же тесно связано с необходимостью применения методов анализа и синтеза СЛУ.

Цель работы заключается в исследовании возможности применения для высокоточного поддержания требуемого температурного профиля многозонного экструдера адаптивных и нечетких позиционных алгоритмов и алгоритмов интуитивного управления, а также системы оптимального сбора ИИ и применения методов обработки ИИ для повышения работоспособности экструдера с уменьшением устройств ее сбора.

Предмет исследования. Многозонный экструдер, как объект управления с распределенными параметрами (ОРП), и системы управления его температурным режимом, базирующиеся на принципах работы СЛУ (адаптивные и нечеткие позиционные, интуитивные), а также система оптимального сбора ИИ с экструдера и системы управления на ее основе.

В связи с поставленной целью и предметом исследования в данной работе решались следующие задачи: 1) систематизация существующие и

разработка новых 2-х и 3-х позиционных адаптивных алгоритмов, пригодных для создания систем высокоточного регулирования температурного профиля экструдера; 2) разработка нечетких позиционных и интуитивных алгоритмов для достижения цели работы; 3) аппаратный и программный синтез адаптивных и нечетких позиционных, а также интуитивных систем для управления температурным полем экструдера; 4) разработка методик регулярного синтеза вышеназванных программных систем регулирования «открытого» типа; 5) разработка методик сбора и обработки ИИ, обеспечивающих работоспособность экструдера в случае сбоев датчиков сбора информации или уменьшения их числа до числа, меньшего числа зон, не приводящего к потере полноты и адекватности получаемой информации; 6) разработка тепловой динамической модели экструдера, как ОРП, для целей оценочной настройки параметров исследуемых систем и расчета системы оптимального сбора ИИ; 7) создание методики построения системы оптимального сбора ИИ с экструдера и разработка систем управления его температурным режимом с использованием этой системы. В работе защищается:

• тепловая динамическая модель экструдера, как объекта с распределенными параметрами;

• алгоритмы адаптивного и нечеткого позиционного регулирования, а также интуитивные алгоритмы управления и создание на их основе систем поддержания температурного профиля в многозонном экструдере;

• способы аппаратной реализации алгоритмов адаптивного позиционного управления экструдером, в том числе, с расширенными возможностями;

• методика регулярного синтеза «открытых» программных систем управления экструдером;

• методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, и методика выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и определения мест их установки по данным требуемых температурных профилей для материалов, обрабатываемых в экструдере;

• методика построения системы оптимального сбора ИИ с экструдера и систем управления его температурным профилем на ее основе. Научная новизна работы заключается в обосновании возможности

эффективного применения для поддержания температурного профиля многозонного экструдера адаптивных и нечетких позиционных систем регулирования, интуитивных систем управления и систем управления с оптимальным сбором ИИ, а также разработке методов синтеза этих систем. Это обоснование производится, в том числе, с использованием предложенной тепловой динамической модели экструдера.

Наряду с известными способами (алгоритмами) адаптивного трехпозиционного регулирования, примененными для поддержания температурного профиля экструдера, предложен новый, более надежный, способ с бесконтактным подключением функционального звена перенастройки (ФЗП) адаптивной средней позиции, защищенный патентом, а также алгоритм нечеткого позиционного управления им.

Разработаны новые методики для: 1) определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, позволяющая повысить работоспособность экструдера; 2) выбора числа датчиков (меньшего числа зон),

устанавливаемых во вновь проектируемом экструдере, и определении мест их установки для реализации в экструдере требуемых профилей прогрева материалов; 3) создания системы оптимального сбора ИИ с экстру дера.

Практическая ценность:

предложено 9 вариантов адаптивных позиционных алгоритмов, пригодных для поддержания температурного профиля в экструдерах, в зависимости от их конструктивных особенностей, особенностей требуемого температурного профиля для получения того или иного конечного продукта, способов реализации алгоритмов и иных особенностей.

Наряду с адаптивными предложены варианты нечетких позиционных и интуитивных алгоритмов для выполнения главной задачи систем автоматизации экструдера - поддержание требуемого температурного профиля.

Методика аппаратной и программной реализации названных алгоритмов показана на примерах, причем, как путем регулярных, так и индивидуальных подходов. Регулярный подход к аппаратной реализации основан на построении устройства управления по стандартной позиционной структуре (СТПС). Этот же подход рекомендован при создании FBD -программ управления экструдером на базе SCADA системы Trace Mode. В качестве другого подхода к созданию «открытых» программных систем управления экструдером рекомендовано использовать универсальную программу логического управления, созданную на кафедре АПП НИ РХТУ.

До инженерных рекомендаций доведены методики создания системы оптимального сбора ИИ, определения информации о температуре в точке датчика, вышедшего из строя, выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и мест их установки для вновь проектируемых экструдеров.

Даны три варианта схем поддержания требуемого температурного профиля в экструдере с использованием системы оптимального сбора ИИ.

Достоверность полученных научных результатов, выводов и практических рекомендаций подтверждается теоретическими выкладками, доказательствами, инженерными расчетами, результатами практического использования предложенных алгоритмов и систем на ряде экструдеров. Возможность использования интуитивных систем управления подтверждена их аналогичностью варианту системы управления с использованием системы оптимального сбора ИИ, полученной расчетным путем.

Методика исследования базируется на методах анализа и синтеза СЛУ, имитационном моделировании задач и результатов их решения на ЭВМ, использовании математического аппарата сетей Петри и графов операций, структурном моделировании динамических систем, на применении методов оптимизации (метод скользящего допуска и деформированного многогранника Нельдера-Мида), на использовании методов наименьших квадратов (МНК) и интерполяции, на графовом, табличном и алгебраическом представлении логических алгоритмов и их представлении в виде блок-схем программ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 14, 15 и 16 Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ): г. Смоленск, 2001 г., г. Тамбов, 2002 г. и г. Ростов на Дону, 2003 г; на 16 Международной

конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», г.Москва, 2002 г.; на 3,4 и 5 научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов Новомосковского института РХТУ им. Д.И.Менделеева (2001,2002,2003 г.г.).

Реализация результатов. Отдельные алгоритмы поддержания температурного поля экструдера опробованы на экструдере фирмы «Виндмеллер и Хельшер» на ОАО «Полимерконтейнер»,

г.Новомосковск.

Для промышленного внедрения туда же переданы рекомендации по модернизации системы управления экструдером путем использования сигнала системы оптимального сбора ИИ в качестве сигнала коррекции автономных АСР температуры зон. Кроме того, передана методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ: 7 статей и 5 тезисов докладов, а также получен патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка (69 наименований) и приложения. Работа содержит 31 рисунок и 14 таблиц.

Содержание работы Во введении содержится обоснование актуальности диссертационной работы, ее научной новизны и практической ценности. Здесь же ставится цель и формулируются основные задачи работы. Приводится структура диссертации и краткое содержание ее глав. Называются основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 посвящена анализу современного состояния в области автоматизации многозонного экструдера и тех новых задач, которые стоят по их автоматизации на современном этапе.

Отмечается, что обеспечение требуемого температурного профиля по длине шнековой части экструдера является главной задачей систем автоматизации многозонных экструдеров, от решения которой во многом зависит качество выпускаемой конечной продукции, экономия сырья и энергии. На формализованном языке главную задачу можно записать в виде:

I! = }|А9(£,т,П)|(1т ->тт/П , (1)

о и

где А6 = 9*(£) - 0 (£,т,и) - отклонение температурного профиля по длине £ шнека экструдера, 9*(£) - требуемый температурный профиль; в(£,т,и) - фактический температурный профиль; t - текущее время; и - вектор управляющих воздействий; О- ограничения; т - параметр интегрирования - время.

В то же время, анализ состояния с автоматизацией многозонных экструдеров показывает, что даже появление микропроцессорной техники и ее применение в экструдерах не привело к сколько-нибудь заметным изменениям в системах регулирования и управления ими, по меньшей мере, в отношении их алгоритмов и, соответственно, улучшению качественных

показателей систем. Консерватизм в области модернизации или коренного изменения систем управления экструдерами виден и по литературным данным: статьи и диссертации написаны, в основном, в области моделирования процессов экструзии, конструирования новых машин для переработки пластмасс, создания новых технологий, но не в области использования современных возможностей ЭВМ для управления ими.

Полное использование возможностей ЭВМ, реализация на их базе современных методов и алгоритмов управления, использование их возможностей по переработке больших объемов информации, оперирование в темпе с процессом со сложными алгоритмами ее обработки позволит выйти на качественно новый уровень управления с получением дополнительных эффектов по экономии сырья и энергии, повышению производительности и качества продукции.

Решению данных вопросов на основе применения адаптивных и нечетких позиционных, а также интуитивных систем управления температурным профилем экструдера и посвящены последующие главы диссертации.

Наряду с этой задачей в главе дана общая словесная постановка и других задач, актуальных для экструзионных процессов, для повышения работоспособности экструдеров:

• разработка системы оптимального сбора ИИ с экструдера. как ОРП, для целей ее использования в системе поддержания требуемого температурного профиля с учетом динамики зон и взаимовлияния их друг на друга;

• разработка новых адаптивных и нечетких позиционных алгоритмов, регуляторов и систем на их основе для решения главной задачи (1);

• создание методики определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя;

• выбор числа датчиков (естественно, меньшего числа зон) и мест их установки для получения адекватной информации о требуемом температурном профиле вновь проектируемого экструдера.

Решение этих задач связано с последующей их технической реализацией, что рассматривается в главах 3 и 4.

В качестве выводов по главе 1 определяется что нужно сделать для решения вышеназванных задач, например, построить тепловую динамическую модель экструдера, как ОРП, сформулировать критерии и разработать алгоритмы оптимального сбора ИИ и др. Делается прогноз о возможных направлениях модернизации экструдеров по результатам решения поставленных задач и проведенных исследований, как то:

• предложить новые конструктивные решения отдельных узлов экструдера;

• уменьшить число используемых датчиков контроля температуры;

• обеспечить безостановочную работу экструдера в случае аварийного (профилактического) выхода из строя температурного датчика;

• разработать «закрытые» (на базе микропроцессоров) и «открытые» (например, на базе БСАЭА систем ) программные системы контроля и управления температурным полем экструдера.

В главе 2 исследуются возможности применения адаптивных и нечетких позиционных алгоритмов и алгоритмов интуитивного управления для решения задачи (1).

Несмотря на специфику рассматриваемых алгоритмов и, казалось бы, отсутствие необходимости знания параметров объекта управления для работы и настройки регуляторов с этими алгоритмами, в главе рассматривается тепловая динамическая модель экструдера как ОРП, которая представлена в виде структурной схемы (рис.1) с использованием для описания динамики традиционных передаточных функций. Буквой XV на рисунке обозначены передаточные функции экструдера по зонам. Нижний индекс при XV соответствует номеру зоны, а верхний обозначен через «н» для канала нагрева ТЭНом, а через «в» - охлаждения вентилятором или водой. Индекс «г» соответствует каналам воздействия на массу от шнека экструдера, вращаемого главным приводом (ГП). Схема показана для шнековой части (семь зон) девяти зонного экструдера. Все передаточные функции описываются апериодическим звеном первого порядка с запаздывающим аргументом и получены по каналам нагревателей и вентиляторов при неработающем экструдере, т.е. его статическом режиме, а по каналу ГП при исходной температуре в зонах в 120 "С.

Рис. 1. Тепловая динамическая модель экструдера

Через 7л (индекс 1 совпадает для Ъ и Щ с соответствующим верхним индексом «н», «в» или «г» обозначены исполнительные устройства экструдера - нагреватели, вентиляторы или ГП, посредством которых создаются управляющие воздействия. Звенья чистого запаздывания отражают наличие идеального вытеснения, обусловленного перемещением массы за счет ГП. В каждой зоне контролируется температура, что показано точками 1-7.

Несмотря на кажущуюся простоту модели, она отражает суть происходящих тепловых процессов в экструдере, а, учитывая специфику применяемых для управления алгоритмов, рассматриваемых в диссертации, ее достаточно для оценки настроечных параметров адаптивных позиционных регуляторов, для построения нечетких позиционных систем управления, для выбора и расчета весовых коэффициентов интуитивных систем управления и систем, с использованием методов оптимального сбора ИИ, рассматриваемых в четвертой главе.

Далее в главе, на основе систематизации и анализа известных алгоритмов адаптивного позиционного управления, рассматриваются 9 вариантов этих алгоритмов наиболее применимых для создания систем управления температурным режимом экструдера. Применение конкретно того или иного варианта обусловлено конструкцией нагревателей зон экструдера, температурным профилем, который требуется поддерживать в экструдере, при работе с соответствующим сырьем, наличием или отсутствием систем охлаждения в зонах и т.п. Алгоритмы представлены в виде графов операций (помеченных сетей Петри) и, при всем их отличии друг от друга, могут быть сведены к двум, показанным на рис. 2 и 3, отражающим их смысл. На рисунках введены обозначения: ВП, НП, АСП - соответственно, верхняя, нижняя и адаптивная средняя позиции регулятора, Д- шаг адаптации, Z - управляющее воздействие, XI - условие выхода регулируемой величины за нижнюю границу зоны нечувствительности (для 3-х позиционного алгоритма) или неоднозначности (для 2-х позиционного), Хг - то же, что XI, но за верхнюю границу. Верхние индексы «н» и «в» при Ъ относятся к нагревателю или вентилятору (воде), а нижний индекс «а» - означает адаптивное управляющее воздействие, получаемое от предшествующего значения путем вычитания (при -Д) или прибавления (при +Д) дополнительного управляющего воздействия Д. Черта над Ъ или X означает отрицание. Дополнительное управляющее воздействие +Д может быть реализовано как дискретно, так и аналогово в функции времени выбега регулируемой величины за зону регулятора.

Два последних раздела главы посвящены рассмотрению нечетких позиционных алгоритмов и их конкретным вариантам, применимым для решения задачи поддержания требуемого температурного режима в экструдере, и интуитивных алгоритмов, используемых для тех же целей. Структурная схема интуитивной обучаемой системы экструдера приведена на рис.4. В ней реализуется управляющее воздействие и. ^ = 1.2) на одно или два исполнительных устройств ИУ| в зависимости от суммы Б! разностей А] требуемого и текущего 9; 0 = 1,7) значений температур в зонах экструдера с введением домножающих коэффициентов К] (С5), задаваемых с

Рис.2. К пояснению смысла работы адаптивного 3-х позиционного алгоритма

Рис.3.К пояснению смысла работы адаптивного 2-х позиционного алгоритма

учетом важности регулируемой _)-й точки и с учетом параметров модели, приведенной на рис.1, или с учетом расчетов для системы оптимального

Рис.4. Структурная схема интуитивной обучаемой системы экструдера; £ - сумматор сигналов; УУ, - управляющее устройство

Проводится предварительный анализ, преимуществ и недостатков предлагаемых алгоритмов и предварительные выводы о целесообразности их применения для конкретного экструдера. Положительные эффекты предлагаемых алгоритмов, в сравнении с традиционными, подтверждены как путем имитационного моделирования, так и опытной проверкой на действующих экструдерах (для адаптивных позиционных).

Глава 3 посвящена синтезу адаптивных и нечетких, а также интуитивных систем управления экструдером, в соответствии с алгоритмами, рассмотренными во второй главе. Поскольку эти алгоритмы по своей сути являются логическими, то подходы к синтезу систем управления на их основе базируются на подходах синтеза систем логического управления (СЛУ). При этом, в первую очередь, следует различать аппаратные и программные методы синтеза, индивидуальные и регулярные (типовые). Наконец, при программной реализации следует различать «закрытые» и «открытые» системы. Именно с этих позиций на примере отдельных алгоритмов в главе рассматриваются все эти виды подходов к синтезу систем поддержания температурного профиля экструдера.

Несколько обособленно ведется синтез интуитивных систем, поскольку он больше перекликается с использованием метода оптимального сбора ИИ, рассматриваемого в четвертой главе.

При аппаратной реализации регуляторов, как показывает опыт, более целесообразно использовать индивидуальные подходы. В этом случае получаем более компактное и надежное устройство. Поэтому именно такие подходы были применены при аппаратной реализации алгоритмов систем трехпозиционного адаптивного регулирования с дискретным изменением скважности импульсов напряжения на нагреватель. Такие системы были опробованы на экструдерах фирмы \У & Н, показав хорошие результаты.

Дальнейшего повышения надежности работы адаптивных позиционных систем регулирования можно достичь, применив вариант системы с бесконтактным подключением ФЗП адаптивной средней позиции (рис.5). Этот способ регулирования и регулятор защищены патентом.

у

Рис.5. Блок - схема адаптивного 3-х позиционного регулятора с бесконтактным подключением ФЗП

На схеме элемент сравнения 1 совместно с пороговым элементом 2 образуют традиционный 3-х позиционный регулятор. Другими элементами схемы являются: алгебраический сумматор 4, усилительное звено с К > 2, ФЗП - 6, элемент памяти П (7) запоминания сигнала ФЗП в моменты вхождения регулируемой величины у в зону нечувствительности Ду и переключении регулятора 3 на среднюю позицию, сумматоры 8, 10, элемент насыщения 9. При реализации ФЗП в виде интегрирующего звена или при дискретном изменении сигнала в ФЗП необходимость в звене памяти 7 отпадает. Другим достоинством схемы, приведенной на рис.5 является то, что элементы 4-10 образуют приставку к традиционному 3-х позиционному регулятору (элементы 1-3), преобразующую его в адаптивный 3-х позиционный.

Модернизированный алгоритм с дискретным изменением скважности импульсов был реализован также программно на микропроцессорном комплексе KP 580. Модернизация касалась того, что дополнительное управляющее воздействие Д адаптивной средней позиции формируется в нем как значение Д = кТ, где к - состояние счетчика микропроцессорного комплекса (какое-то число пропорциональное времени выбега регулируемой величины за зону нечувствительности), а Т-постоянная времени, подбираемая опытным или расчетным путем. Такая система является «закрытой» программной системой, так как изменить что-то в ней может лишь ее разработчик, если она не доступна потребителю. Естественно, что такие системы дают определенное преимущество разработчику, но от них все более отказываются потребители, отдавая предпочтение «открытым» программным системам.

В главе предложено два подхода к созданию «открытых» систем: 1) на базе SCADA систем (взята система Trace Mode фирмы AdAstra); 2) на базе универсальной программы логического управления разработки кафедры АПП НИ РХТУ. В первом случае предлагается написание FBD-программ алгоритмов с использованием регулярного подхода, базирующемся ни синтезе алгоритмов СЛУ по СТПС. При программной реализации такой

регулярный подход дает свои преимущества за счет ускорения проектирования, а усложненность функциональной схемы, полученной на базе СТПС в сравнении с индивидуальным ее проектированием, при программной реализации не имеет практического значения. Уравнения блоков СТПС адаптивного трехпозиционного алгоритма с дискретной адаптацией средней позиции (рис.2) для получения РЕЮ-программ выглядят так: _

Блок логических условий (БЛУ) Блок индикации операций (БИО) Блок выходов (БВ)

Qi-lXi ai = Т (Оз, a2v а4) Z" = а2; Z° =34, Za" = ai, причем:

Q2-1X2 a2-=T(Q4,ai) if Q3*a3 then ZaH = Na + AN,

Q3-1XI]X2 = QIQ2 a3-T(Q4,ai) if 0>a5 then ZaH = Na - AN,

Q4 = X1Q2 a4 = T(Q5:ai) Кроме того: if a2va4 then 1 ZaH

Q5 = X2Qi а5=Т (Qs ,ai) if аз then Na + AN, if as then Na - AN,

В таблице а2 соответствует позиции (операции) ВП на рис.2; аз - (+ Д); а4 - НП; as - (-Д); ai - АСП, а буквам N и AN соответствуют подведенная к нагревателю мощность и ее изменение.

Во втором случае реализация системы по тому или иному из предполагаемых алгоритмов производится за минимальное время, а именно, время, необходимое для перегенерации в универсальной программе логического управления (написанной на языке DELPHI с возможностью подключения SCAD A Trace Mode посредством DLL библиотеки) лишь шести матриц, описывающих помеченную сеть Петри соответствующего алгоритма. Универсальная программа для реализации СЛУ работает с матрицами практически любой размерности.

В последнем разделе главы рассматриваются возможности использования и подходы к синтезу интуитивных систем управления. Показано, что их реализация целесообразна лишь программным путем, а обоснование их применимости для целей поддержания температурного режима в экструдере окончательно делается в четвертой главе диссертации путем сопоставления с системой поддержания требуемого температурного профиля в экструдере с использованием системы оптимального сбора ИИ.

Материалы главы позволяют синтезировать, для повышения эффективности систем управления экструдером, любой из рассмотренных в главе 2 алгоритмов, с использованием любого из подходов: индивидуального или регулярного; аппаратного или программного («закрытого» или «открытого»). Даны рекомендации какой из подходов лучше и для какого случая. Каждый из них расписан методически и рассмотрен на примере.

В главе 4 рассматриваются информационные задачи в обеспечении поддержания температурного профиля экструдера, т.е. информационные задачи, направленные на выполнение задачи (1).

Таких информационных задач в работе рассматривается три: 1) определение температуры в конкретной зоне (точке) экструдера, в случае выхода из стоя датчика этой зоны (точки); 2) выбор числа датчиков (естественно, меньшего числа зон) и мест их установки для получения достаточной и адекватной информации о требуемом (фактическом) температурном профиле по длине шнековой части вновь проектируемого

экструдера; 3) оптимальный сбор ИИ с учетом динамики зон экструдера и их взаимовлияния.

Решение первой задачи сводится к определению МНК расчетного температурного профиля по значениям фактической температуры, показанным оставшимися датчиками, и последующим определением 1 расчетной температуры в точке, вышедшего из строя датчика, по расчетному

1 профилю. Такое решение задачи лучше существующего, заключающегося в

запоминании информации в момент выхода из строя датчика, по точности с увеличением временного интервала от момента сбоя датчика. Оно же позволяет продолжать достаточно долго процесс экструзии. | Вторая задача на формализованном языке записывается в виде:

а- (2>

где Д0р(£) = 0р(£) - 9р*(£), 0р(£) - расчетный профиль, 9Р*(0 - требуемый профиль, Д - допустимая доля отклонения температуры Дбр(£) от 0р*(Г), г - число зон, п - число датчиков, Б-число заданных требуемых профилей, И - координаты (места) установки датчиков, Ь - длина шнековой части экструдера, I - текущая длина шнека, р - индекс профиля.

Ее решение, находимое с использованием МНК, далее применяется для целей управления - решения задачи (1), причем, недостающая информация по зонам, в которых отсутствуют датчики, определяется расчетным путем, как это делалось в предыдущей задаче 1.

Третья задача на формализованном языке записывается в виде:

1с = 1К(0Е1->тах /£кц§1<В, 0<§!<1, (3)

.=1 8, / где К(1) - суммарный коэффициент передачи ¡-й зоны экструдера с учетом поправки на потери тепла в окружающую среду К,] и снижения теплопередачи от нагревателей к материалу от его движения К,2> причем,

т+1

К(0-(ЕК.-к11)-К12, (3.1)

где 3 - индекс предшествующих зон ¡-й зоне, ш - число предшествующих зон, а гп +1 = п, Кн - собственный коэффициент передачи ¡-й зоны по 1-му управляющему воздействию (см. тепловую модель экструдера - рис.1), Кц - коэффициент передачи 1-й зоны по ]-му управляющему воздействию, gl - весовой коэффициент ¡- зоны, В - огрничительное значение (число). У Задача решается с использованием алгоритма скользящего допуска с

'< использованием алгоритма безусловной оптимизации методом

деформированного многогранника Нельдера-Мида. В результате решения находятся весовые коэффициенты §1, причем, ряд из них могут быть нулевыми, т.е. для оптимального сбора ИИ ряд датчиков могут не использоваться.

Последний раздел главы посвящен реализации систем управления по решению главной задачи (1) с использованием системы оптимального сбора ИИ. Предложено три варианта схем:

• с введением коррекции в автономные АСР температуры зон по сигналу системы оптимального сбора ИИ;

• с дополнительным регулятором, работающим, наряду с автономными АСР температуры зон, по сигналу отклонения его задания от сигнала системы оптимального сбора ИИ на общий нагреватель зон (ОНЗ) или (и) главный привод (ГП);

• с регулятором распределенного отклонения заданий, т.е. с регулятором, работающим по сигналу системы оптимального сбора ИИ на ОНЗ или автономные нагреватели зон или (и) ГП (этот вариант показан на рис.6).

Автономные АСР температуры зон 4-7 отсутствуют, а регулятор Яо работает от сигналов распределенного задания 04- 07 этих зон. Для зон 1 -3 нагреватели включаются либо от регулятора Яо, либо от Р1 - Рз, причем, от Ло - в случае превышения сигналом Ь определенного порога. Кроме того, включаются нагреватели лишь тех зон, для которых знак отклонения А01 совпал со знаком отклонения сигнала 1с после сумматора. Включение происходит через ключи Ю Схема интересна еще и тем, что представляет собой как бы оптимальный вариант интуитивной системы по каналу ОНЗ (сравни рис. 6 и 4). Поставив второй формирователь сигнала 1с со своими коэффициентами $ и подавая с него управляющее воздействие на ГП мы получаем вариант интуитивной системы.

Рис.6. Блочная схема системы управления экструдером с регулятором, работающим по сигналу системы оптимального сбора ИИ на ОНЗ или автономные нагреватели зон или (и) на ГП.

2л - нагреватель зоны, Д1 - датчик температуры тоны, ГП - блок умножения

Вариант схемы рис.6 с научных позиций подтверждает возможность создания и работоспособность интуитивных систем управления экструдером по схеме 4. Можно говорить и о взаимном дополнении систем по рис. 4 и 6 друг друга по результатам расчетов и синтеза по экспертным оценкам.

ВЫВОДЫ

Сделан анализ состояния в области автоматизации многозонных экструдеров и показано, что возможности современных методов и систем управления, а также технических средств автоматизации для этих аппаратов далеко не исчерпаны.

В этой связи в диссертационной работе:

1. Предложено 9 вариантов адаптивных 2-х и 3-х позиционных, а также ряд нечетких позиционных алгоритмов для создания высокоточных АСР температурного профиля экструдера, как главной задачи их автоматизации.

2. Разработана тепловая динамическая модель экструдера, как объекта с распределенными параметрами, используемая для оценочного расчета параметров настройки адаптивных и нечетких позиционных систем и расчета систем оптимального сбора измерительной информации.

3. Проведен синтез соответствующих систем управления экструдером аппаратными и программными методами с использованием регулярного и индивидуального подходов. При аппаратной реализации более целесообразен индивидуальный подход, при программной - регулярный.

4. При программной реализации алгоритмов рассмотрен синтез «закрытых» и «открытых» систем управления экструдером. Первые дают преимущества разработчику системы, вторые - потребителю. Предложено два подхода к синтезу «открытых» систем. Первый - на базе SCADA Trace Mode фирмы AdAstra, в котором при создании FBD-программ рекомендуется применить методику их регулярного построения на базе стандартной позиционной структуры (СТПС). Второй - базируется на универсальной программе логического управления, в которой осуществляется лишь перегенерация шести матриц, описывающих соответствующий алгоритм управления.

5. Разработана методика расчета и построения системы оптимального сбора измерительной информации с экструдера. Система используется для создания новых систем управления температурным профилем экструдера. Показано, что методы интуитивного управления и методы управления с использованием вышеназванных систем дополняют и развивают друг друга.

6. Предложена методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, а также методика выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и мест их установки для вновь проектируемых экструдеров по заданным температурным профилям перерабатываемых материалов.

7. Предложенные в работе алгоритмы являются новыми, большинство из них защищены патентами, в том числе, с участием автора, и впервые предлагаются для применения при поддержании температурного профиля экструдера. Показаны новые возможности средств вычислительной техники при автоматизации экструдеров, как при реализации логических в своей основе алгоритмов управления, так и решении новых информационных задач, в том числе, оптимального сбора информации,

8. Ряд из рассмотренных систем управления и регулирования применен для поддержания температурного режима зон экструдера; ряд предложенных методик, передан для промышленного внедрения и использования на ОАО «Полимерконтейнер», г. Новомосковск, в настоящее время.

Р18 5 16

2о оЗ-Д

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях

1. Магергут В.З., Вент Д.П., Аль Таамнех М., Жалюк H.A. Задачи автоматизации многозонных экструдеров на современном этапе. Сб. науч. трудов. Серия: Кибернетика, Автоматизация, Математика, Информатизация / РХТУ им. Д.И.Менделеева, Новомосковский институт. Новомосковск, 2000. С. 8 -10.

2. Магергут В.З., Соболев A.B., Вент Д.П., Аль Таамнех М. Реализация адаптивного трехпозиционного регулятора на бесконтактной основе.

Сб. труд. XIV Междун. науч. конф. «Математические методы в технике и ,,

технологиях» (ММТТ-14). Смоленск: СГТУ. 2001.Т.6. С. 176-177.

3. Токарев И.Ю., Лесников Д.А., Аль Таамнех М., Магергут В.З. Адаптивные 4 трехпозиционные регуляторы с расширенными возможностями. Сб. науч.

трудов. Серия: Кибернетика, Автоматизация, Математика, Информатизация. Вып. 2 (8) / РХТУ им. Д.И.Менделеева, Новомосковский институт. Новомосковск, 2002. С. 21 -25.

4. Магергут В.З., Вент Д.П., Аль Таамнех М. Определение температурного поля экструдера при-выходе из строя датчика некоторых зон. Сб.труд. XV Междун. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-15). Тамбов: ТГТУ.2002.Т.6. С. 177-180.

5. Магергут В.З., Вент Д.П., Аль Таамнех М., Жалюк H.A. Сохранение информации о температурном поле экструдера при выходе из строя или минимизации числа датчиков ее сбора. Материалы 23 науч. конф. i «Автоматизация, информатизация, моделирование процессов и систем». Новомосковск: НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева.2002. С. 11-13.

6. Шаров Р.Ю., Аль Таамнех М., Магергут В.З. Аппаратная реализация адаптивного позиционного управления экструдером. Тез. докл. IV научно-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. Новомосковск: НИ РХТУ им.Д.И.Менделеева. 2002. С. 25.

7. Вент Д.П., Магергут В.З., Аль Таамнех М. Программная реализация позиционных алгоритмов регулирования и их использование в процессах экструзии. Сб.науч.трудов XVI Междун. конф. молодых ученых «Успехи в химии и химическои технологии». Т. XVI: №1 /' РХТУ им. Д.И.Менделеева. М.: 2002. С. 91-92.

8. Токарев И.Ю., Аль Таамнех М., Магергут В.З. Разработка и исследование адаптивных трехпозиционных АСР с расширенными возможностями. Тез. докл. V научно-техн. конф. молодых ученых аспирантов и студентов. Новомосковск: НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева. 2003. С. 22-23.

9. Аль Таамнех М., Ермолаев A.B., Магергут В.З., Вент Д.П. К управлению объектами с распределенными координатами. Сб. трудов XVI Междун. научн. конф. «Математические метода в технике и технологиях» (ММТТ-16). Ростов на Дону: РГАСХМ. 2003.Т.4. С.22-25.

10. Магергут В.З., Соболев A.B., Вент Д.П., Аль Таамнех М. Способ реализации трехпозиционного регулятора. Полож .реш. ФИПС от 19 мая 2003 г. по заявке № 2001101600 /09 от 18 января 2001 г.

____Заказ № JO /ЦО_Объем 1 0 п л._____Тираж 11 Оэкт_

Издательскийчентр Новомосковского института РХТУ им Д И Менделеева

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Состояние и новые задачи автоматизации многозонных экструдеров на современном этапе.

1.1. Обеспечение температурного профиля - главная задача систем автоматизации экструдера.

1.2. Состояние с автоматизацией многозонных экструдеров.

1.3. Новые задачи по автоматизации экструдеров в свете современных методов и технических средств автоматизации.

1.4. Постановка задач исследований и разработок.

ГЛАВА 2. Исследование возможности применения адаптивных и нечетких позиционных алгоритмов и алгоритмов интуитивного управления для решения задачи высокоточного поддержания требуемого температурного профиля.

Введение.

2.1. Тепловая динамическая модель экструдера как объекта с распределенными параметрами.

2.2. Адаптивные 2-х и 3-х позиционные алгоритмы и создание на их основе систем регулирования температурного профиля экструдера.

2.2.1. Варианты адаптивных позиционных алгоритмов управления экструдером.

2.3. Нечеткие позиционные алгоритмы управления и их применение в экстру дерах.

2.4. Интуитивные алгоритмы и их применение для поддержания температурного профиля экструдера.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Синтез адаптивных и нечетких позиционных, а также интуитивных систем управления экструдером.

Введение.

3.1. Аппаратная реализация некоторых алгоритмов позиционного управления экструдером.

3.1.1. Реализация шестого варианта алгоритма - дискретное изменение скважности импульсов напряжения на нагреватель.

1 3.1.2. Реализация адаптивных трехпозиционных регуляторов с расширенными возможностями и улучшенными характеристиками.

3.1.3. Реализация седьмого варианта алгоритма - дискретное изменение напряжения на нагреватель.

3.1.4. К реализации первого варианта алгоритма регулярным методом.

3.2. «Закрытые» программные системы управления экструдером.

3.3. «Открытые» программные системы управления экструдером.

3.3.1. Реализация на базе БСАБА систем.

3.3.2. Реализация на базе универсальной программы логического управления.

3.4. К синтезу и возможности использования интуитивных систем управления экструдером.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Информационные задачи в обеспечении поддержания температурного профиля экструдера.

Введение.

4.1. Определение информации о температуре в точке датчика, вышедшего из строя.

4.2. Выбор числа датчиков и определение мест их установки по данным требуемых температурных профилей.

4.3. Оптимальный сбор измерительной информации с учетом динамики зон и их взаимовлияния друг на друга.

4.3.1. Постановка задачи.

4.3.2. Решение задачи.

4.3.3. Анализ поставленной задачи и полученных результатов.

4.4. Техническая реализация систем управления с использованием системы оптимального сбора измерительной информации.

Выводы по главе 4.

Выводы и основные результаты работы.

Актуальность работы. Производство полимерных материалов, являющихся творением ума и рук человека, все более увеличивается, как в силу того, что они заменяют собой природные материалы, являясь более конкурентно способными в сравнении с ними (по стоимости, техническим и дизайнерским характеристикам и др.), так и в силу относительной простоты их получения и не дефицитности сырья.

При этом технология переработки пластмасс развивается, в частности, по трем направлениям: разработка новых видов полимерных материалов; дальнейшее развитие машин по их переработке; автоматизация и оптимизация условий их переработки, причем, все три направления, как правило, тесно связаны между собой

Кроме того, развитие этих трех направлений тесно связано с требованиями к улучшению качества конечной продукции, экономии сырья и энергии, улучшению использования машин, что во многом обеспечивается совершенствованием систем контроля, регулирования и управления соответствующим технологическим оборудованием по переработке пластмасс.

Несмотря на большие внешние изменения, связанные с применением микропроцессорной техники, произошедшие в части визуализации, представления и сохранения информации, проведения экструзионных процессов, как одного из видов процессов по переработке пластмасс, это не привело к сколько-нибудь заметным изменениям в части построения автоматических систем регулирования (АСР) и управления, по меньшей мере в отношении их алгоритмов и, соответственно, качественных показателей работы. Возможности микропроцессорной техники используются недостаточно в части применения современных методов и систем управления для целей улучшения качественных показателей проведения экструзионных процессов, в части повышения безотказности и работоспособности эструзионных машин, оптимального сбора измерительной информации для создания и усовершенствования систем регулирования и управления, минимизации числа датчиков для получения адекватной информации.

Иначе, новые возможности современных методов и систем управления, а также технических средств автоматизации в области многозонных экструдеров, вопросам автоматизации которых посвящена данная диссертационная работа, далеко не исчерпаны, что делает исследования и разработки в этой области весьма актуальными.

Актуальность работы еще более возрастает, если учесть, что исследования проводятся по применимости для целей управления экструдерами адаптивных и нечетких позиционных систем, являющихся по своей сути системами логического управления (СЛУ), систем интуитивного управления, системы оптимального сбора измерительной информации. Использование последних для целей управления так же тесно связано с необходимостью применения методов анализа и синтеза СЛУ, как и в случае программных методов реализации индикаторов отказа и сохранения работоспособности систем управления, рассматриваемых в диссертации.

Цель работы заключается в исследовании возможности применения для высокоточного поддержания требуемого температурного профиля многозонного экструдера адаптивных и нечетких позиционных алгоритмов и алгоритмов интуитивного управления, а также системы оптимального сбора измерительной информации и применения методов обработки измерительной информации для повышения работоспособности экструдера с уменьшением устройств ее сбора.

Предмет исследования: Многозонный экструдер, как объект управления с распределенными параметрами (ОРП), системы управления его температурным режимом (адаптивные и нечеткие позиционные, интуитивные обучаемые и интуитивно-эталонные), а также система оптимального сбора измерительной информации с экструдера и системы управления температурным режимом экструдера на ее основе.

В связи с поставленной целью и предметом исследования в данной работе решались следующие задачи:

1 .Систематизация существующих и разработка новых 2-х и 3-х позиционных адаптивных алгоритмов, пригодных для создания систем высокоточного регулирования температурного профиля экструдера.

2.Разработка нечетких позиционных и интуитивных алгоритмов для достижения цели работы.

3 .Аппаратный и программный синтез адаптивных и нечетких позиционных, а также интуитивных систем для управления температурным полем экструдера.

4.Разработка методик регулярного синтеза вышеназванных программных систем регулирования «открытого» типа.

5.Разработка методик сбора и обработки измерительной информации, обеспечивающих работоспособность экструдера в случае сбоев датчиков сбора информации или уменьшения их числа до числа, меньшего числа зон, не приводящего к потере полноты и адекватности получаемой информации.

6.Разработка тепловой динамической модели экструдера, как ОРП, для целей оценочной настройки параметров исследуемых систем и расчета системы оптимального сбора измерительной информации.

7.Создание методики построения системы оптимального сбора измерительной информации с экструдера и разработка систем управления его температурным режимом с использованием этой системы.

В работе защищается:

• тепловая динамическая модель экструдера, как объекта с распределенными параметрами;

• алгоритмы адаптивного и нечеткого позиционного регулирования, а также интуитивные алгоритмы управления и создание на их основе систем поддержания температурного профиля в многозонном экструдере;

• способы аппаратной реализации алгоритмов адаптивного позиционного управления экстру дером, в том числе, с расширенными возможностями;

• методика регулярного синтеза «открытых» программных систем управления экструдером;

• методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, и методика выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и определения мест их установки по данным требуемых температурных профилей для материалов, обрабатываемых в экструдере;

• методика построения системы оптимального сбора измерительной информации с экструдера и систем управления его температурным профилем с использованием этой системы.

Научная новизна работы заключается в обосновании возможности эффективного применения для поддержания температурного профиля многозонного экструдера адаптивных и нечетких позиционных систем регулирования, интуитивных систем управления и систем управления с оптимальным сбором измерительной информации, а также разработке методов синтеза этих систем. Это обоснование производится, в том числе, с использованием предложенной новой тепловой динамической модели экструдера.

Наряду с известными способами (алгоритмами) адаптивного трехпозиционного регулирования, примененными для поддержания температурного профиля экструдера, предложен новый, более надежный, способ такого же регулирования с бесконтактным подключением функционального звена перенастройки (ФЗП) адаптивной средней позиции, защищенный патентом, а также алгоритм нечеткого позиционного управления им.

Разработаны новые методики для: 1) определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, позволяющая повысить работоспособность экструдера; 2) выбора числа датчиков (меньшего числа зон), устанавливаемых во вновь проектируемом экструдере, и определении мест их установки для реализации в экструдере требуемых профилей прогрева материалов; 3) создания системы оптимального сбора измерительной информации с экструдера.

Практическая ценность: предложено 9 вариантов адаптивных позиционных алгоритмов, пригодных для поддержания температурного профиля в экструдерах, в зависимости от тех или иных особенностей (конструктивных, требуемого температурного профиля для получения того или иного конечного продукта, способов реализации алгоритмов и иных).

Наряду с адаптивными предложены варианты нечетких позиционных и интуитивных алгоритмов для выполнения главной задачи систем автоматизации экструдера - поддержание требуемого температурного профиля по длине экструдера.

Методика аппаратной и программной реализации названных алгоритмов показана на примерах, причем, как путем регулярных, так и индивидуальных подходов. Регулярный подход к аппаратной реализации основан на построении устройства управления по стандартной позиционной структуре (СТПС). Этот же подход рекомендован при создании FBD -программ управления экструдером на базе SCADA системы Trace Mode. В качестве другого подхода к созданию «открытых» программных систем управления экструдером рекомендовано использовать универсальную программу логического управления, созданную на кафедре «Автоматизация производственных процессов» Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева.

До методических и инженерных рекомендаций доведены методики создания системы оптимального сбора измерительной информации, определения информации о температуре в точке датчика, вышедшего из строя, выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и мест их установки для вновь проектируемых экструдеров с известными требуемыми температурными профилями для обрабатываемых материалов.

Даны три варианта схем поддержания требуемого температурного профиля в экструдере с использованием системы оптимального сбора измерительной информации.

Достоверность полученных научных результатов, выводов и практических рекомендаций подтверждается теоретическими выкладками, доказательствами, инженерными расчетами, результатами практического использования предложенных алгоритмов и систем на ряде экструдеров. Возможность использования интуитивных систем управления подтверждена их аналогичностью варианту системы управления температурным полем экструдера с использованием системы оптимального сбора измерительной информации, полученной расчетным путем.

Методика исследования базируется на методах анализа и синтеза СЛУ, имитационном моделировании задач и результатов их решения на ЭВМ, использовании математического аппарата сетей Петри и графов операций, структурном моделировании динамических систем, на применении методов оптимизации (метод скользящего допуска и деформированного многогранника Нельдера-Мида), на использовании методов наименьших квадратов (МНК) и интерполяции, на графовом, табличном и алгебраическом представлении логических алгоритмов и их представлении в виде блок-схем программ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 14, 15 и 16 Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ): г. Смоленск, 2001 г., г. Тамбов, 2002 г. и г. Ростов на Дону, 2003 г; на 16 Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», г. Москва, 2002 г.; на 3, 4 и 5 научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов Новомосковского института РХТУ им. Д.И.Менделеева (2001,2002,2003 г.г.).

Реализация результатов. Отдельные алгоритмы поддержания температурного поля экструдера были опробованы на экструдере фирмы «Виндмеллер и Хелыпер» (\¥&Н) на ОАО «Полимерконтейнер», г.Новомосковск, а именно: аппаратная реализация 3-х позиционного алгоритма с дискретным изменением скважности импульсов адаптивной средней позиции (алгоритм №6); программная реализация адаптивного 3-х позиционного алгоритма регулирования температуры зоны экструдера при трех секционном нагревателе зоны (алгоритм №1).

Для промышленного внедрения туда же переданы рекомендации по модернизации системы управления экструдером путем использования сигнала системы оптимального сбора измерительной информации в качестве сигнала коррекции автономных АСР температуры зон.

Кроме того, передана методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ: 7 статей и 5 тезисов докладов, а также получен патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка (69 наименований) и приложения. Работа содержит 31 рисунок и 14 таблиц.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Сделан анализ состояния в области автоматизации многозонных экструдеров и показано, что возможности современных методов и систем управления, а также технических средств автоматизации для этих аппаратов далеко не исчерпаны.

В этой связи в диссертационной работе:

1. Предложено 9 вариантов адаптивных 2-х и 3-х позиционных, а также ряд нечетких позиционных алгоритмов для создания высокоточных автоматических систем регулирования (АСР) температурного профиля экструдера, как главной задачи их автоматизации. Для решения этой же задачи показана возможность применения обучаемых интуитивных и интуитивно-эталонных систем.

2. Разработана тепловая динамическая модель экструдера, как объекта с распределенными параметрами, используемая для оценочного расчета параметров настройки адаптивных и нечетких позиционных систем и расчета систем оптимального сбора измерительной информации.

3. Проведен синтез соответствующих систем управления экструдером аппаратными и программными методами с использованием регулярного и индивидуального подходов. Показано, что при аппаратной реализации более целесообразен индивидуальный подход, при программной - регулярный.

4. При программной реализации алгоритмов рассмотрен синтез «закрытых» и «открытых» систем управления экструдером. Первые дают преимущества разработчику системы, вторые - потребителю. Предложено два подхода к синтезу «открытых» систем. Первый - на базе SCADA Trace Mode фирмы AdAstra, в котором при создании FBD-программ рекомендуется применить методику их регулярного построения на базе стандартной позиционной структуры (СТПС). Второй - базируется на универсальной программе логического управления, разработки кафедры «Автоматизация производственных процессов» Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева, в которой осуществляется лишь перегенерация шести матриц, описывающих соответствующий алгоритм управления.

5. Разработана методика расчета и построения системы оптимального сбора измерительной информации с экструдера. Система используется для создания новых систем управления температурным профилем экструдера. Показано, что методы интуитивного управления и методы управления с использованием системы оптимального сбора измерительной информации дополняют и развивают друг друга.

6. Предложена методика определения температуры в точке датчика, вышедшего из строя, а также методика выбора числа датчиков (меньшего числа зон) и мест их установки для вновь проектируемых экструдеров по заданным температурным профилям перерабатываемых материалов.

7. Предложенные в работе алгоритмы являются новыми, большинство из них защищены патентами, в том числе, с участием автора, и впервые предлагаются для применения при поддержании температурного профиля экструдера. Показаны новые возможности средств вычислительной техники при автоматизации экструдеров, как при реализации логических в своей основе алгоритмов управления, так и решении новых информационных задач, в том числе, оптимального сбора измерительной информации.

8. Ряд из рассмотренных систем управления и регулирования применен для поддержания температурного режима зон экструдера; ряд предложенных методик, передан для промышленного внедрения и использования на ОАО «Полимерконтейнер», г. Новомосковск, в настоящее время.

144

1. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. (Теория и методы расчета). М.: Химия. 1972. 453 с.

2. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). М.: Химия, 1977. - 462 с.

3. Тадмор 3., Голос К. Теоретические основы переработки пластмасс. Пер. с англ. / Под ред. Р.В. Торнера. М.: Химия, 1984. - 628 с.

4. Техника переработки пластмасс / Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. М.: Химия, 1985.-528 с.

5. Торнер Р.В., Акутин М.С. Оборудование заводов по переработке пластмасс. -М: Химия, 1986. -400 с.

6. В. Дака. Регулирование температуры в машинах по переработке пластмасс // Измерение, управление, регулирование, 1990, № 6, С. 273-276. (Daca W. Temperaturregelung iurKunstoiF-arbeitungsmashinen // MSR. 1990. № 6. -S. 273-276).

7. Вент Д.П., Магергут В.З. Исследование и разработка адаптивных алгоритмов управления экструдером на базе микро-ЭВМ. Отчет по НИР (промежуточный). № гос. per. 01.9.00022671. Новомосковск, 1989. 40 с.

8. Вент Д.П., Магергуг В.З. Исследование и разработка адаптивных алгоритмов управления экструдером на базе микро-ЭВМ. Отчет по НИР (заключительный). № гос. per. 01.9.00022871,1990. 40 с.

9. Зубов A.A. Автоматическое управление процессом экструзии плоской полиэтиленовой пленки. Канд. дисс. М.: МИХМ. 1983. - 215 с.

10. Хаметова М.Г., Ким B.C. Диструкция полимеров при их экструзии // Пластические массы. № 6,1990. С. 71-74.

11. Сербулов Ю.С. Брехов А.Ф. Модель динамики течения вязких сред по каналам экструдера. Тез. докл. IV Всерос. научн. конф. «Динамика процессов и аппаратов химической технологии». Ярославль: ЯГТУ, 1994. Т. 1. С. 88.

12. Самойлов В.А., Залевский В.И., Кошман А.Г. Михалева O.B. Моделирование процесса смешания в одношнековом экструдере. Тез. докл. Школы молодых ученых при Междун. конф. «Математические методы в химии и химической технологии». Тула: ТПИ, 1996. С. 211-212.

13. Гималеев М.К., Харитонов Е.А., Логинова И.В. Математическое моделирование внешней характеристики червячной машины. Сб. трудов ХП1 Междун. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-2000). С.Пб.: ГТИ (ТУ) 2000. Т. 6. С. 59-60.

14. Силенко A.A., Бобров Д.А. Математическая модель движения расплава в экструдере. Сб. трудов XIV Междун. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-14). Смоленск: Сф МЭИ (ТУ), 2001. Т. 6. С. 74.

15. Козлов A.B., Чистякова Т.Б., Плонский В.Ю., Математическая модель процесса переработки полимеров для проектирования планетарного экструдера Сб. трудов XV

16. Междун. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-15). Тамбов: ТГГУ, 2002. Т. 3. С. 20-22.

17. Ковригин J1.A., Труфанова Н.М. Математическая модель гшасгицирующего экструдера. Сб. трудов XV Междун. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-15). Тамбов: ТГГУ, 2002. Т. 8. С. 20-24.

18. Мухаметгалеев Д.М., Райз Л.Г., Михайлов С.Н., Фридман МЛ. Расчет температурного поля расплава в зоне дозирования одношнекового экструдера // Пластические массы. № 9.1991. С. 34-35.

19. Торнер Р.В., Берестнев В.А. Математическое моделирование процессов экструзии и литья под давлением современный инструмент инженера-конструктора // Пластические массы. № 1.1996. С. 26-29.

20. Скульский О.И. Численное моделирование одночервячных эксгрудеров // Пластические массы. №8. 1997. С. 3944.

21. Шелепов В.М., Гуменчук Л.М., Мусин Н.М. Автоматизация контроля давления расплава при переработке полимерных композиций методом экструзии // Пластические массы. № 4,1993. С. 58-59.

22. Гурвич Ю.В. Регулирование скорости вращения шнека экструдера // Пласгаческие массы, № 11,2001. С. 4243.

23. Петров Ю.Ф., Павлов Д.А., Шмелев С.Г., Серебренников В.А. Приборы и средства автоматизации для химической промышленности // Пластические массы. № 3, 2003. С. 4-5.

24. Аристова Н.И. Корнеева А.И., Промышленные программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУ ТП. М.: ИГТУ, 2000. - 486 с.

25. SCADA-продукты на российском рынке. (Тематический выпуск) // Мир компьютерной автоматики. 1999, № 3.104 с.

26. Магергут В.З., Егоров А.Ф., Вент Д.П. Адаптивные позиционные регуляторы и перспективы их применения // Приборы и системы управления. -1998. № 11. С. 53-56.

27. Магергут В.З. Адаптивные и нечеткие позиционные системы управления техническими и технологическими объектами. Материалы международной конференции по управлению «Автоматика 2001». Одесса: ОГПУ. Т. 1. 2001. С. 105-106.

28. Прикладные нечеткие системы. Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М.: Мир, 1993.-368 с.

29. Косяков Ю.Б. Мой мозг. Строение, принцип работы, моделирование. М.: Синтег, 2001.- 164 с.

30. Девятое Б.Н., Демиденко Н.Д., Охорзин В.А. Динамика распределенных процессов в технологических аппаратах, распределенный контроль и управление. Красноярск. СО АН СССР. 1976. С. 166-169.

31. Балакирев B.C., Володин В.М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии. М.: Химия, 1978. - 384 с.

32. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Химия, 1982.-288 с.

33. Балакирев B.C., Дудников Е.Г., Цирлин A.M. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов. М.: Энергия, 1973. -270 с.

34. Магергут В.З. Принципы построения, методы анализа и синтеза адаптивных позиционных систем регулирования и практика их применения в химической промышленности. Докт. дисс. М.: РХТУ, 2001.- 496 с.

35. Юдицкий С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. Модели, анализ, синтез. М.: Машиностроение, 1987. -176 с.

36. Кампе-Немм A.A. Автоматическое двухпозиционное регулирование. М.: Наука, 1967.-160 с.

37. Патент № 2047210 РФ. МКИ6 G05B11/18. Позиционный регулятор /В.З. Магергут, И.А. Кацер, ВЛ. Перов, О.М. Панков, С.Е. Устинов, В.В. Матросенков, В.И. Бобров, С.Н. Косачев (РФ). -6с.: ил. Бюл. № 30,1995.

38. Патент № 1802606 РФ. МКИ5 G05 В 11/18. Позиционный регулятор / В.З. Магергут (РФ) 2 е.: ил. Бюл. № 5,1993.

39. Патент № 2129726 РФ. МКИ6 G05B11/54. Способ автоматического двухпозиционного регулирования / В.З. Магергут, ИЛ. Холод, A.B. Распопов (РФ). 4 е.: ил. Бюл. №12,1999.

40. Патент № 2138071 РФ. МКИ6 G05 В 13/02, 11/18. Двухпозиционный ададптивный электронный регулятор. /В.З. Магергут, ИЛ. Холод, Д.П. Вент (РФ). 5с.: ил. Бюл. №26,1999.

41. Патент № 2144690 РФ. МКИ7 G05B11/16. Способ автоматического двухпозиционного регулирования / A.B. Распопов, В.З. Магергуг, Д.П. Вент. (РФ). -4 с.: ил. Бюл. № 2,2000

42. Патент № 2155361 РФ МКИ7 G05B11/18. Способ автоматического двухпозиционного регулирования / A.B. Распопов, В.З. Магергут, Д.П. Вент (РФ). 4с.: ил. Бюл. №24,2000.

43. Патент № 2158435 РФ. МКИ7 G05B11|16. Способ автоматического двухпозиционного регулирования / A.B. Распопов, В.З. Магергут, А.Ф. Егоров (РФ). -6с.: ил. Бюл. №30,2000.

44. Котов B.E. Сети Петри. М.: Наука, 1984. -160 с.

45. Патент № 2153696 РФ. МКИ7 G05B11/44, 11/56. Пневматический позиционный регулятор / A.B. Распопов, В.З. Магергут, А.Ф. Егоров (РФ). 9 е.: ил. Бюл. №21,2000.

46. A.c. № 458812 СССР. МКИ2 G05B11/16. Способ автоматического трехпозиционного регулирования / В.З. Магергут, В.Г. Гимпельсон, П.И. Стальнов, Ю.И. Беляев (СССР). -2 е.: ил. Бюл. №4,1975.

47. Магергут В.З. Принципы построения нечетких адаптивных позиционных АСР. Сб. трудов 12 Междун. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (ММТГ-12). -Великий Новгород. Т. 3,1999. С. 19-23.

48. Бунько Е.Б., Юдицкий С.А. Программы реализации сетей Петри в асинхронных устройствах логического управления // Автоматика и телемеханика, 1983, № 3. С. 109-119.

49. Магергут В.З., Соболев A.B., Вент Д.П., Аль Таамнех М. Способ реализации трехпозиционного регулятора. Полож. Реш. ФИПС от 19 мая 2003 г. по заявке № 2001101600/09 от 18 января 2001 г.

50. Патент № 1554628 РФ. МКИ6 G05B11/56. Пневматический позиционный регулятор / В.З. Магергут (РФ). 7с.: ил. Бюл. № 12,1990.

51. Ефремова Т.К., Тагаевская A.A., Шубин А.Н. Пневматические комплексы технических средств автоматизации. -М.: Машиностроение, 1987.-280 с.

52. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 1, 2002. Тематическая подборка: АдАсгра -10 лет. 80 с.

53. Перов В.П., Магергут В.З., Шутов В.Н. Пакет прикладных программ «Имитационное моделирование и реализация управляющих автоматов, описываемых сетью Петри». ППП «ИМИРА». Per. номер Гос. ФАП 5089001395,1989.

54. Магергут В.З. Разработка методов анализа и реализация систем логического управления в гибких автоматизированных химико-технологических производствах. Канд. дисс. — М.: МХТИ, 1990.266 с.

55. Магергут В.З., Вент Д.П. Ермолаев A.B. Разработка и применение программ логического управления и адаптивной настройки регуляторов в управлении технологическими процессами // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, № 6,2003. С. 164-166.

56. Анзимеров Л., МедведЕвС., Айзин В. Структура и основные функции Trace Mode. 6 и T-Factoiy 6 // PC Week, № 31,2003. С. 27-28,38.

57. Болнокин В.Е., Чинаев П.И. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ. Алгоритмы и программы. М.: Радио и связь, 1986. - 248 с.

58. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988. -128 с.

59. Химельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. -М.: Мир, 1975534 с.