автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированная система управления компрессорной холодильной установкой на основе диагностики режимов работы оборудования

На правах рукописи

СЕВЕРГИН МИХАИЛ ВАЛЕНТИНОВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ НА ОСНОВЕ ДИАГНОСТИКИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.13.07. - Автоматизация технологических

процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Русинов Леон Абрамович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук,

профессор Кондрашкова Галина Анатольевна

- кандидат технических наук Рашковский Павел Валентинович

Ведущая организация - ЗАО "Промстроймонтаж" (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится "бУс* О 1998 года в ^часов на заседании диссертационного совета Д 063.25.11 в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 (ауд.61).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 198013, СПб, Московский пр., 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый Совет.

Автореферат разослан "/3"

1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совет;

к.т.н., доцент

В.И. Халимон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Искусственный холод находит широкое применение в химической, пищевой, текстильной промышленности, металлургии, транспорте, торговле, медицине, науке, других отраслях народного хозяйства, а также в быту. Возникновение и развитие новейших технологий, производство новых продовольственных и промышленных товаров зачастую связано с созданием и использованием умеренно низких и криогенных температур.

Наибольшее распространение при производстве холода получили компрессорные паровые холодильные установки. Объектом исследований данной работы являются многокамерные компрессорные холодильные установки, работающие на несколько температур кипения.

Управление технологическими процессами производства холода в основном базируется на поддержании теплового баланса между элементами холодильной установки. Следует отметить, что технологические процессы выделенного класса характеризуются повышенной энергоемкостью, потенциально опасны и подвержены сильным возмущениям, связанным с суточными и сезонными изменениями температуры и давления окружающей среды, энергетическими потерями на магистралях и в оборудовании установок, а также с изменением состава и свойств холодильных агентов, загрязнением и коррозией теплопередающих поверхностей.

Сложность основного технологического оборудования, многочисленность и взаимосвязанность параметров, необходимых для ведения процесса, а также постоянно меняющаяся под влиянием возмущений обстановка приводят к возникновению множества нештатных ситуаций. Это вызывает необходимость постоянного оперативного контроля. Следует также отметить, что различные нештатные ситуации часто имеют схожие наборы симптомов. В условиях информационной перегрузки оператор может несвоевременно обнаружить симптомы аварий или принять ошибочное решение по управлению процессом.

Поэтому актуальной становится задача создания системы, которая способна по результатам диагностики режимов работы оборудования на основе непрерывного мониторинга процесса по контролируемым и вычисляемым диагностическим показателям выявлять нарушения на ранних стадиях развития и предотвращать их развитие в аварийные ситуации.

Цель работы заключается в повышении качества управления компрессорными холодильными установками и надежности функционирования оборудования за счет разработки и реализации автоматизированной системы управления на основе диагностики режимов работы оборудования.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

• разработка принципов построения и структуры системы управления компрессорной холодильной установкой на основе диагностики режимов работы оборудования, а также разработка алгоритма управления;

• исследование конкретного технологического процесса производства холода, сбор знаний о методах управления и диагностики;

• обработка и формализация знаний, формирование диагностической модели процесса, разработка алгоритма диагностики;

• практическая реализация результатов исследований.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы технической диагностики, искусственного интеллекта, ситуационного управления, а также методы сбора и обработки знаний и теории принятия решений.

Научная новизна.

¡.Разработан и реализован алгоритм ситуационного управления компрессорными холодильными установками на основе диагностики режимов работы оборудования.

2.Сформирована диагностическая модель режимов работы оборудования компрессорных холодильных установок. Разработана иерархическая трехуровневая структура диагностической модели режимов работы оборудования компрессорных холодильных установок в виде фреймовой сети.

3.Разработана методика формирования диагностических моделей для сложных процессов, явлений, агрегатов, основанная на структуризации нарушений по общим симптомам.

Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке принципов управления компрессорными холодильными установками на основе диагностики режимов работы оборудования, структуры системы и алгоритмов управления, а также формировании диагностической модели компрессорной холодильной установки. Повышена эффективность работы компрессорной установки за счет обеспечения нормального функционирования оборудования, уменьшения числа нештатных ситуаций, более раннего их обнаружения и устранения.

Реализация результатов работы.

Объектом основных исследований и практической реализации результатов работы является технологический процесс компрессорного цеха мясоперерабатывающего завода ЗАО "Парнас-М". Работа выполнялась в рамках создания АСУТП компрессорного цеха и ее дальнейшего развития, осуществляемого ЗАО НТЦ "Ювента". Внедрение подсистем АСУТП компрессорного цеха осуществляется поэтапно. Внедрены подсистемы контроля технологических параметров, учета моторесурса оборудования (СУМР), учета энергопотребления (СУЭ). Подсистемы защиты, сигнализации и дистанционного управления (АСЗУ) и управления на основе диагностики режимов работы оборудования (АЭСУД) прошли опытные испытания и приняты к внедрению.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались на:

- Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» (ММХ-10). Тула, 1996;

- Научно-технической конференции аспирантов СПГТИ (ТУ) памяти М.М.Сычева. СПб., 1997;

- II Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов. СПб., 1997.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 235 страницах, содержит 67 рисунков, 12 таблиц, библиографический список содержит 97 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрено содержание работы, изложены основные результаты, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе дан аналитический обзор состояния проблемы и определены основные направления исследований.

В обзоре рассмотрены вопросы технологии, связанные с принципами построения и работы компрессорных холодильных установок, дана характеристика основного и вспомогательного технологического оборудования, приведены основные схемы построения холодильных компрессорных установок.

Анализ компрессорных холодильных установок как объектов управления и диагностики показал, что каждый реальный процесс является уникальным в силу своих особенностей, связанных в первую очередь с его масштабом, используемой схемой, номенклатурой и сроком эксплуатации оборудования, видом холодильного агента, методами управления.

Процессы производства холода являются сложными для управления, так как оснащены сложным технологическим оборудованием и характеризуются большим количеством циклических, разветвляющихся и соединяющихся технологических потоков, множеством регулируемых и контролируемых параметров. Они подвержены сильным возмущениям, связанным с суточными и сезонными изменениями температуры и давления окружающей среды, скачкообразными изменениями нагрузки, энергетическими потерями на магистралях и в оборудовании установок, а также с изменением состава и свойств холодильного агента и теплопередающих поверхностей. Кроме того, процессы данного класса являются энергоемкими в силу физических закономерностей производства холода и относятся к числу потенциально опасных, что обусловлено агрессивными, ядовитыми, взрывоопасными свойствами холодильных агентов.

Приведено описание технологического процесса компрессорного цеха мясоперерабатывающего завода ЗАО «Парнас-М», который является объектом исследований, и системы его автоматизации до внедрения разработанной АСУТП.

На основе анализа сформулированы цель и задачи исследований, направленных на решение этих проблем.

Во второй главе рассмотрены основные задачи оперативного управления компрессорными холодильными установками, приведены основные принципы построения системы управления на основе диагностики режимов работы оборудования и выбрана стратегия управления.

Общая стратегия оперативного управления процессом заключается в регулировании холодопроизводительности установки при изменении тепловой нагрузки на охлаждаемый объект и стабилизации режимов работы оборудования для устранения внутренних возмущений процесса.

Идентификации состояния процесса осуществляется за счет проведения диагностики режимов работы оборудования, которая позволяет определять симптомы возможных нештатных ситуаций и принимать меры, предупреждающие возникновение этих ситуаций.

Для максимальной эффективности оперативного управления диагностика должна осуществляться на основе непрерывного мониторинга всех диагностических показателей и с привлечением вспомогательной информации, способной помочь оператору принять правильное решение (в случае АСУТП КЦ вспомогательной информацией является моторесурс оборудования и потребление электроэнергии в часы пик).

В результате исследований разработаны функциональная и логическая структуры системы и алгоритм управления процессом, реализующие выбранную стратегию.

Функциональная схема системы, отображающая ее принцип действия, приведена на рис.1. Система разделена на три функциональных подсистемы: контроля, диагностики и управления. Входным информационным потоком в систему является совокупность контролируемых параметров, по значениям которых оценивается состояние процесса в целом, режимы работы технологического оборудования, вычисляются технико-экономические показатели, выявляются нарушения в работе оборудования и нештатные ситуации в процессе, определяются их причины. Выходным информациошшм потоком являются рекомендации системы по устранению выявленных нарушений и нештатных ситуаций. Оператор (ЛПР - лицо, принимающее решение) имеет возможность оценить рекомендацию по набору индицируемых параметров (выявленным симптомам, нарушениям, причинам, значениям технологических параметров), принять или отвергнуть ее.

Логическая структура, отображающая состав системы, взаимосвязь ее компонентов, а также взаимодействие с оператором и техническими средствами автоматизации процесса, изображена на рис.2.

Общий алгоритм управления процессом, реализующий выбранную стратегию, приведен на рис.3.

В третьей главе рассматриваются вопросы исследования технологического процесса как объекта управления и диагностики.

С целью сокращения размерности диагностической модели процесса, обеспечения ее полноты и увеличения скорости диагностики проведена трехуровневая декомпозиция объекта управления. Декомпозиция проведена по функциональным, территориальным, временным классификационным признакам и их комбинациям. Последовательный синтез диагностических моделей отдельных структурных единиц, соответствующих уровням декомпозиции, позволяет создать структурно организованную диагностическую модель всего процесса.

Функциональная схема АСУТП КЦ

Рис.1

Логическая структура АСУТП КЦ

Рис.2

Блок - схема алгоритма управления процессом

Рис.3

Сбор знаний о методах управления процессом предложено проводить с использованием двух типов источников информации - теоретических и экспертных. Для проведения экспертного опроса были сформированы экспертные (4 бригады по 2 человека) и арбитражная (3 человека) группы. При формировании экспертных групп учитывались компетентность, практический опыт, а также обеспечение независимости их мнений.Оггрос проводился в форме анкетирования с последующим интервьюированием. Разработанная методика сбора и первичной обработки знаний основана на итерационной процедуре последовательного дополнения, уточнения и обобщения информации с окончательной оценкой результата арбитражной группой. В результате обработки опросных листов были получены итоговые листы, которые содержали все полученные знания (включая альтернативы) о причинно-следственных отношениях между различными нарушениями для каждого типа оборудования. После устранения противоречий с помощью арбитров для каждого типа оборудования были составлены графы причинно-следственных отношений.

По результатам опроса определены регулируемые и контролируемые технологические параметры, обеспечивающие мониторинг процесса для реализации эффективного управления им и обеспечения непрерывной и качественной диагностики режимов работы оборудования.

Четвертая глава посвящена формированию диагностической модели процесса. Анализ причинно-следственных связей, выявленных в результате первичной обработки знаний показал, что построение диагностических моделей отдельных единиц оборудования можно производить только на основе дальнейшей систематизации знаний. Это обусловлено наличием большого количества циклических причинно-следственных отношений и вызванной этим нечеткостью семантических понятий, а также схожестью симптомов и причин возникновения некоторых неисправностей.

В результате исследований была разработана и реализована методика формирования диагностической модели на основе сложных причинно-следственных отношений, которая заключается в последовательном выделении ситуаций, объединяющих несколько нарушений (или ситуаций низшего порядка), имеющих общие симптомы. В итоге будет получена диагностическая модель, имеющая четкую иерархию. На рис.4 и 5 показан пример преобразования исходного графа причинно-следственных отношений в обработанный по описываемой методике итоговый граф.

Разработанная диагностическая модель процесса имеет трехуровневую иерархическую структуру в виде фреймовой сети (рис.6). На верхнем уровне расположены фреймы единиц оборудования, на среднем - фреймы

Граф пршшнно-следствешпых связен Симптомы Неисправности

Граф причинно-следственных связей (обработанный)

Ситуации Доп. симптомы Неисправности

Структура диагностической модели

—► Фрейм ситуации 1 Фрейм ситуации М

Слоты фрейма Слоты фрейма

Слот возврата Слот возврата

Слот перехода Слот перехода

Фрейм нарушения 1 Фрейм нарушения Ь

Слоты фрейма Слоты фрейма

Слот возврата Слот возврата

Слот-результат Слот-результат

Рис.6

выделенных ситуаций, на нижнем - фреймы неисправностей. Переход по сети осуществляется введением в каждый фрейм слотов перехода и возврата. Разработана также структура фреймов-прототипов всех уровней.

I (верхний) уровень диагностической модели составляют фреймы единиц оборудования. Формально фреймы I можно представить в виде:

где ЕО - имя фрейма, соответствующее наименованию и порядковому номеру единицы оборудования; Idn - идентификатор единицы оборудования, содержащий информацию

о ее основных характеристиках; Sit - список нештатных ситуаций, появление которых возможно в процессе функционирования данной единицы оборудования, и способ выявления каждой ситуации; Adq - процедура сопоставления;

Pas - процедура передачи управления фреймам II уровня; Ret - процедура передачи управления другому фрейму I уровня. II уровень диагностической модели представляет собой совокупность фреймов нештатных ситуаций для каждой единицы оборудования. Формально они могут быть представлены в виде:

где Si - имя фрейма ситуации;

Idn - идентификатор ситуации, ее характеристика;

Smg - параметр ситуации, то есть основной симптом, объединяющий несколько неисправностей;

Nsp - список неисправностей, объединяемых основным симптомом данной внештатной ситуации, и соответствующих им дополнительных симптомов;

Adq - процедура сопоставления;

Pas - процедура передачи управления фреймам III уровня;

Ret - процедура передачи управления родительскому фрейму I уровня.

III уровень диагностической модели представляет собой совокупность фреймов неисправностей. Формально они могут быть представлены в виде:

Fr ЕО - < Idn, Sit, Adq, Pas, Ret > ,

(О

Fr Si = < Idn, Smg, Nsp, Adq, Pas, Ret > ,

(2)

Fr Ne = < Idn, Smd, Cas, Rem, Adq, Flg, Ret > ,

(3)

где Ne - имя фрейма неисправности;

Idn - идентификатор неисправности, ее характеристика;

Smd - список параметров неисправности, то есть ее симптомов;

Cas - список возможных причин возникновения неисправности;

Rem - список рекомендаций оператору по устранению неисправности и причин ее возникновения;

Adq - процедура сопоставления;

Fig - процедура отображения результатов диагноста;

Ret - процедура передачи управления родительскому фрейму II уровня.

На основе структуры модели разработан алгоритм, реализующий ситуационный подход и обеспечивающий непрерывную диагностику режимов работы оборудования. Алгоритм, блок-схема которого показана на рис.7, работает циклически с переходом на низший уровень при обнаружении симптома и последующим возвратом к материнскому фрейму.

Пятая глава посвящена вопросам практической реализации результатов исследований. Здесь приведено описание технического и программного обеспечения внедренной АСУТП, дана характеристика ее подсистем, рассмотрена организация паспортной базы данных, даны окончательные результаты обработки информации для формирования фреймов диагностической модели.

В состав АСУТП компрессорного цеха входят подсистемы:

- контроля технологических параметров;

- учета моторесурса оборудования;

- учета потребления электроэнергии;

- сигнализации, защиты и дистанционного управления;

- управления на основе диагностики режимов работы оборудования.

Внедрение АСУТП началось в 1995 году. За это время три первые

подсистемы были внедрены и успешно эксплуатируются. Две последние подсистемы прошли стендовые испытания и приняты к внедрению.

Испытания подсистемы диагностики включали два этапа. Первый этап - стендовые испытания, когда имитировались различные неисправности, в том числе останов оборудования. При этом были обнаружены все нештатные ситуации, связанные с этими нарушениями.

Второй этап проверки заключался в функционировании системы в течении суток совместно с действующими подсистемами. "Флаги" ситуаций и неисправностей были активированы для занесения в архив. Дежурные операторы при этом не были предупреждены об эксперименте.

Алгоритм диагностики

( Конец ")

Рис.7.

Испытания подсистемы диагностики показали, что она обнаруживает нарушения быстрее, чем оператор, то есть на более ранних стадиях их развития, когда отклонения технологических параметров, характеризующих режимы работы оборудования незначительны. Кроме того при испытаниях система обнаруживала нарушения, которые не переросли в нештатные ситуации и не были замечены операторами.

В приложении приведены основные панели экрана ЭВМ для всех подсистем АСУТП; база данных системы; фреймы диагностической модели; программы, реализующие алгоритмы управления, справки о внедрении подсистем АСУТП, проведенных и планируемых работах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа особенностей процессов искусственного охлаждения с использованием компрессорных холодильных установок как объектов управления и диагностики показана целесообразность применения методов ситуационного управления.

2. Проведена декомпозиция объекта управления по. функциональным, территориальным, временным классификационным признакам и их комбинациям. На первом уровне декомпозиции по функционально-территориальным признакам выделены температурные контуры и общее оборудование контуров; на втором - по комбинации всех трех типов признаков выделены единицы и блоки оборудования температурных контуров; на третьем уровне по функциональным признакам выделены структурные единицы блоков оборудования. В результате получена обобщенная структура компрессорной холодильной установки, удобная для построения диагностической модели.

3. Разработана структура системы управления на основе диагностики режимов оборудования, базирующаяся на трех функционально связанных подсистемах: контроля, диагностики и управления. Определены функции каждой из подсистем, обоснована стратегия диагностики, основанная на непрерывном мониторинге состояния процесса.

4. Разработан алгоритм оперативного управления, обеспечивающий функционирование процесса в регламентном режиме, а также при возникновении нештатных ситуаций, связанных с воздействием как внешних, так и внутренних возмущений. Причины возможных нарушегаш выдаются вместе с рекомендациями по их устранению.

5. Предложена методика сбора и первичной обработки информации с последовательным уточнением получаемых знаний, основанная на

применении анкетирования и интервью для реализации обратной связи. При формировании экспертных групп учитывались компетентность, практический опыт, а также обеспечение независимости их мнений. Разработаны опросные листы для каждой единицы оборудования и проведены сбор и обработка знаний по функционированию компрессорной холодильной установки. В результате были составлены итоговые листы, в которых содержались все выявленные знания. Противоречия разрешались арбитрами - экспертами с более высоким уровнем компетентности по принципу большинства мнений.

6. Предложена методика систематизации знаний об объекте диагностики, направленная на разрешение возможных конфликтов при построении диагностической модели и основанная на итерационной процедуре выделения ситуаций, объединяющих несколько нарушений, которые имеют общий симптом. Ситуацией более высокого порядка является совокупность ситуаций более низкого порядка, объединенных одним общим симптомом. С помощью предлагаемой методики обеспечивается разрешение конфликтов, минимизация диагностической модели и преобразование цикличных взаимосвязей между параметрами в четкую иерархию причинно-следственных отношений. На взгляд автора, предложенный метод является эффективным механизмом структуризации знаний, характеризующихся сложными отношениями.

7. Предложена структура диагностической модели в виде иерархической фреймовой сети. На верхнем уровне находятся фреймы единиц оборудования, на среднем - фреймы ситуаций, объединяющих неисправности, которые имеют общий симптом, на нижнем - фреймы неисправностей. Разработаны структура фреймов-прототипов единиц оборудования, ситуаций и неисправностей и фреймы-экземпляры всех трех уровней для каждой единицы оборудования.

8. Система управления технологическим процессом компрессорного цеха реализована на основе программно-технического комплекса, состоящего из программируемого микроконтроллера и трех ПЭВМ, объединенных в локальную вычислительную сеть, способную к развитию. База данных системы организована по паспортному принципу. В результате исследований определены структура и состав базы данных, разработаны паспорта параметров. Суточный архив позволяет с заданным интервалом воспроизводить значения всех входных и выходных контролируемых и вычисляемых параметров. База данных способна к дальнейшему параметрическому расширению.

9. Подсистемы, реализующие функции контроля, на данный момент внедрены и функционируют. Подсистемы, сигнализации, защиты и дистанционного управления и управления на основе диагностики режимов работы оборудования прошли стендовые испытания и приняты к внедрению. Опытные испытания подсистемы диагностики показали, что она адекватно реагирует на изменение состояния объекта, надежна в функционировании и может быть использована как система поддержки принятия решений для оперативного управления технологическим процессом компрессорного цеха.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Севергин М.В., Бенуа C.B., Керимкулов Ж.К., Русинов Л.А. Экспертная система для диагностики состояния химико-технологических процессов на базе нечеткой логики: Тез. докл. Межд. конф. "Математические методы в химии и химической технологии" (ММХ-10). -Тула, 1996. - С.66-67.

2. Русинов Л.А., Куркина В.В., Севергин М.В., Бенуа C.B. Диагностика и мониторинг процессов химических технологий. / Экологическая химия. - 1997. - № 3. - С.

3. Севергин М.В. Экспертная система управления и диагностики (ЭСУД) оборудования компрессорного цеха предприятия пищевой промышленности: Тез. докл. науч.-техн. конф. аспирантов СПГТИ (ТУ) памяти М.М.Сычева. - СПб., 1997. - С. 144.

4. Севергин М.В. Система диагностики режимов работы оборудования для ситуационного управления технологическим процессом холодильной обработки и хранения продуктов: Тез. докл. II Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов. - СПб., 1997. - С.30-31.

5. Русинов Л.А., Севергин М.В. Структура экспертной системы для диагностики режимов работы оборудования сложных технологических процессов.: Информационный листок № 482-97,- СПб.:СПбЦНТИ, 1997.

6. Клименов A.B., Севергин М.В. Автоматизированная система управления технологическим процессом компрессорного цеха: Информационный листок № 483-97,- СПб.:СПбЦНТИ, 1997.

Список принятых сокращений.

Введение.

I Состояние проблемы и определение основных направлении работы . 14 1.1.Принципы построения и работы компрессорных холодильных установок.•.

1.2.Обзор методов управления компрессорными холодильными установками.

1.3.Технологический процесс компрессорного цеха ЗАО "11арнас-М"

1.4.Выводы к главе I и выбор основных направлений работы.

2.Стратегия функционирования и структура системы оперативного управления компрессорной холодильной установкой

2.1. Основные задами оперативного управления холодильными компрессорными установками.

2.2.Принципы построения системы оперативного управления на основе диагностики режимов оборудования.

2.3.Алгоритм управления технологическим процессом компрессорного цеха.

2.4.Структура АСУТП КЦ.

2.5.Выводы к главе 2.

3.Исследование компрессорной холодильной установки как объекта управления и диагностики режимов работы оборудования.

3.1 .Декомпозиция объекта.

3.2.Сбор и первичная обработка информации о процессе.

3.3.Выбор диагностических показателей.

3.4.Вы воды к главе 3.

4.Формирование диагностической модели компрессорной холодильной установки

4.1 Методика формирования диагностической модели

4.2.Анализ и выбор формы представления знаний.

4.3.Структура диагностической модели и алгоритм диагностики.

4.4.Выводы к главе 4.

5.Реализация результатов исследований.

5.1.АСУТП КЦ.

5.2.Организация базы данных системы.

5.3.Диагностическая модель технологического процесса КЦ.

5.4.Внедрение АСУТП КЦ.

5.5.Выводы к главе 5.

Искусственный холод находит применение в химической, пищевой, текстильной промышленности, металлургии, транспорте, торговле, медицине, науке, других отраслях народного хозяйства, а также в быту [1-9]. Возникновение и развитие новейших технологий, производство новых продовольственных и промышленных товаров зачастую связано с созданием и использованием умеренно низких и криогенных температур.

Наиболее широкое применение искусственный холод находит в областях, связанных с производством, холодильной обработкой и хранением пищевой продукции - от получения сырья до появления продуктов в бытовых холодильниках [1,2,4,5]. Мясо, рыбу, птицу охлаждают, замораживают, подмораживают, размораживают на различных стадиях производства, транспортировки и хранения. Холод используется для приготовления, охлаждения и хранения колбас, консервов из животного и растительного сырья, кондитерских изделий. В молочной промышленности охлаждают пастеризованное молоко и творог", замораживают сливки и масло, строгое соблюдение температурного режима необходимо при производстве сливок, сыра, масла. Мороженое производят замораживанием смеси молочных продуктов, сахарозы и других ингредиентов (красителей, ароматизаторов, стабилизаторов, наполнителей). Концентрированные соки получают вымораживанием воды. Замораживают также фрукты, овощи и ягоды. Холод находит применение в пивоваренной и винодельческой промышленности.

Не менее важно использование холода в медицине - для производства и хранения лекарственных препаратов (в т.ч. плазмы крови) [6,7]. Широко используется холод и в науке - для получения новых материалов и веществ, а также исследования их свойств (например, сверхпроводимость) при криогенных температурах.

Способы и технические средства получения умеренно низких и криогенных температур довольно многообразны. Наибольшее распространение при производстве холода получили компрессорные паровые холодильные установки, в основе принципа действия которых лежит теоретический цикл Карно [1,3,4,7-12].

Объектом исследований данной' работы являются многокамерные компрессорные холодильные установки, работающие на несколько температур кипения.

Управление технологическими процессами производства холода в основном базируется на поддержании теплового баланса между элементами холодильной установки [1,3/1,7,13-15]. Следует отметин,, что технологические процессы выделенного класса характеризуются повышенной энергоемкостью, потенциально опасны и подвержены сильным возмущениям, связанным с суточными и сезонными изменениями температуры и давления окружающей среды, энергетическими потерями на магистралях и в оборудовании установок, а также с изменением состава и свойств холодильных агентов, загрязнением и коррозией теплопередающих поверхностей [ 16|.

Сложность технологических схем процессов и основного технологического оборудования (холодильно-компрессорных агрегатов), многочисленность и взаимосвязанноегь параметров, необходимых для ведения процесса, а также постоянно меняющаяся под влиянием возмущений обстановка, - все эти факторы приводят к возникновению множества нештатных ситуаций и обуславливают необходимость непрерывного оперативного контроля за ходом процесса. Перечисленные факторы являются причиной того, что управление компрессорными холодильными установками во многом осуществляется эмпирическими методами, то есть исходя из опыта операторов. Следует также отметить, что различные нештатные ситуации, особенно связанные с режимами работы оборудования, часто имеют схожие наборы симптомов. Условия информационной перегрузки способствуют несвоевременному обнаружению симптомов аварий обслуживающим персоналом и принятию ошибочных решений по управлению процессом.

Поэтому создание автоматизированной системы управления на основе диагностики режимов работы оборудования, способной по результатам непрерывного контроля объекта выявлять возникающие симптомы и соответствующие неисправности, а главйое, выдавать рекомендации по их устранению оператору до возникновения нештатных ситуаций, является важной и актуальной.

Система управления на основе диагностики режимов работы оборудования должна базироваться на комбинации принципов ситуационного управления и диагностики оборудования. Диагностическая модель режимов работы компрессорной холодильной установки строится на основе сбора и обработки знаний о процессе; причем должны бы ть использованы теоретические знания о предметной области и экспертные знания о конкретном технологическом к процессе.

Таким образом, целью диссертационной работы является повышение качества управления компрессорными холодильными установками и надежности функционирования оборудования за счет разработки и реализации автоматизированной системы управления на основе диагностики режимов работы оборудования.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

• разработка принципов построения и структуры системы управления компрессорной холодильной установкой на основе диагностики режимов работы оборудования, а также разработка алгоритма управления;

• исследование конкретного технологического процесса производства холода, сбор знаний о методах управления и диагностики;

• обработка и формализация знаний, формирование диагностической модели процесса, разработка алгоритма диагностики;

• практическая реализация результатов исследований.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка использованной литературы, приложений.

5.5. Выводы ic главе 5

1.АСУТП компрессорного цеха реализована на НТК (рис.29), состоящего из программируемого микроконтроллера и трех ПЭВМ, объединенных в ЛВС, способную к развитию. Программное обеспечение системы базируется на современной SCADA-оболочке. Таким образом, программное и техническое обеспечение отвечает современным требованиям, предъявляемым к АСУТП.

2.Функционально АСУТП КЦ состоит из подсистем контроля технологических параметров, учета моторесурса (СУМР), учета электроэнергии (АСУЭ), сигнализации, защиты и дистанционного управления (АСЗУ), управления на основе диагностики режимов оборудования (АЭСУД). Возможно дальнейшее наращивание системы за счет ввода в эксплуатацию новых подсистем. Перечисленные подсистемы функционируют как единое целое, так и в автономном режиме. Переход от одной подсистемы к другой осуществляется по дереву панелей, основные из которых представлены на рис. 17-20 и в приложении 1.

3.Ьаза данных системы организована по паспортному принципу. В результате исследований определены структура (рис.30) и состав (приложение 2) базы данных, разработаны паспорта параметров. Суточный архив позволяет с заданным интервалом воспроизводить значения всех входных и выходных контролируемых и вычисляемых параметров. База данных АСУ П I КЦ способна к дальнейшему парамет рическому расширению.

4.Диагностическая модель процесса была построена па основе принципов, структуры и алгоритмов, разработанных в данной работе. Разработаны фреймы всех трех уровней (единица оборудования - ситуация - неисправност ь) для всех функциональных групп оборудования (приложение 3). Синтез диагностических моделей единиц оборудования в диагностическую модель процесса осущест влен в соответствии с декомпозицией объекта, описанной в п.3.1.

5.Разработаны алгоблоки (программы), реализующие функции контроля, вычислений, диагностики, защиты и управления (приложение 4).

6.Подсистемы АСУТП, реализующие функции контроля, на данный момент внедрены и функционируют. Подсистемы управления, сигнализации, защиты и диагностики прошли стендовые испытания и приняты к внедрению.

7.Опытные испытания подсистемы диагностики показали, что она адекватно реагирует па изменение состояния объекта, надежна в функционировании и может быть использована как система поддержки принятия решений для оперативного управления технологическим процессом КЦ. Подсистема принята к внедрению.

152