автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированное управление взаимосвязанными подсистемами технологических комплексов пищевых производств.

гпС од

о v 1

1 1 НОм '^ИНЮТЕРСТВО ОСВ1ТИ УКРЛ1НИ УКРА1НСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГ1Й

На правах рукопису

УДК 664.653.8.016-52

Ладанюк Олег Анатол1йович

АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛ1ННЯ ВЗАбМОЗВ'ЯЗАНИМИ IIIДСИСТЕМАМ11 ТЕХНОЛОПЧНИХ КОМПЛЕКС!В ХАРЧОВИХ ВИРОВНИЦТВ

05.13.07 - Автоматизац1я технолог1чних процес1в та виробництв (харчова промислов1сть)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацИ на здобуття наукового стуиеая кандидата технхчиих наук

Ки1в - 1996

Дисертац1я ерукопис.

Робота викоиаиа в Укра1нському державному ун!верситет1 харчових технрлог1й

Науковий кер1вник> кандидат техн1чних наук,

доцент Бевз В.1.

0ф1ц1Йн1 опоненти:

доктор технхчних наук, лрофесор Скрипник Ю.О. кандидат техн1чних наук, доцент Жученко АЛ.

Пров1дна орган!зац1я:

НВК "КиХвський 1нститут автоматики"

Эахист дисертацИ в!дбудеть£я " " % 1996 р.

о /4 годин! на зас1дакн1 спецаал!эовано! ради К 01.15.03 УкраХиського державного ун1верситету харчових технологий эа адресов: 25?0П, м.|Ойв, вул.Воподимирська,68, ауд.311.

3 дисертац!ею можна оэнайоыитися у бгбл1отвЦ1 Укрл Чнського державного ун1верситету харчових технолог1й.

Автореферат роэ1Сланий " 2.5 " &ер е с /и ,£.— 1996 р.

Вчений секретар спеЦ1ал1эованоа вчено! Ради канд. г^хн. наук, доцент

лоненко В.М.

ЗАГАЛЪНА ХЛРАКГЕГОСГИКА РСШГИ -

Актуальность проблеми. Технолог1чнл. ксмшгекси (ТК) харчово! прсмисловост1 е складними систшани, kkí складаоться Í3 значил!" KÍ.ribKOCTÍ функционально необхАдних ступешв перерсСки сировиш! та nanÍBnponyKTiB. В склада ПС мэжна втЦлити окремг тдсистеми, кож-на з яких мае сво!' 1фитерй управления, математичн1 №делх та сб-меження. Шдсистеми ТК маоть 4mcj.jhhí зв'язки mík собою по матер!-альм« та енергетичних потоках, а таиож по впливу на skíchí показники наш.впродуктхв та готового продукту. При огшшД. ефектмв-ност1функц1онувшщя ТК сама вэаа-и! зв'язки м1ж п1дсистемами макггь най01льш суггсп« значения. В той же час в харчов1й прсмисловост! при автсматизовансму упрашпнт ТК фактично не враховуоться взаети-hí зв'язки mí« тдсистемами, влдсутня иоординащя 1х роботи ир значно знижуе технако-еконошчн! показники функщонування автомата зоваш-к ТК.

На сучаснсму еташ. розвитку автоматизацд 1 вироОницгва автсма-тизоване управл1ння ТК здайснюеться з використанням принциш-Б роз-подаленого упрааш.ння на баз1 м1кропроцесорно£ техтки та ЕСМ, об'еднаних в мереяи. р1зного р1вня та призначення. Для реалхзацИ такого управл1ння несбххдне алгорихмьчне забезпечення, в першу чергу задач оптиш.зацП п1дсистем та координащ.! 1х роботи.

Таким чинсм, розробка прщшцш.в та методов автсматизованого управл1ння ТК хзрчових виробш-аггв Í3 взаемэзв'язаними подсистемами s актуальною науково-техщчнаю проблемно.

Вэбота виконана у bíotobíahoctí з планам науково-дрслодних poOiT Укра1нського державного ушверситету харчових технологий, дрсл1дкення проводилкся по тем1 ¡í РК 0194U034102.

Мета роботи полягае в розробцд автсматизованих систем управления ТК харчових вирсоництв, як i складаються 1з взаемэзв' я-заних п1дсистьм, цьсму зв'язки м!ж пхдсистемами справляють нир1шаль-ний вплив на TexHÍKo-eKsoHQMÍ4Hi показники функщонування ТК.

Для досягнення поставлено! мета необхадно розв'язати комплекс задач: визначити систему показкик!в, як1 харакггеризують властиво-ctí та процес функщонування тк як обеотчв управл1ння; розробши структуру системи оперативного управления ТК; розробити метода та алгоритм* вид1лення щдсистем в склад1 ТАК КАК; створит ксмплекс математичних моделей (Ш) для опису процесу функщонування систем управления (СУ) та розв'язання задач оптатзацН п!дсистем та ко-ординацН ÍX роботи; розробити та доследнти процедури та алгоритм

г

кюординацИ роботи гидсистем в склада ТК цукрового заводу; вико-ристати результат досл1гокень для оптитзаш! структури розпод!-лених м!кропроцесорних автсматизованих систем управл!ння технолог !чними процесами (ЕМАСУТП) для умэв ТК цукрового заводу.

Наукова новизна роботи полягае в розробщ методики створення автсматизованих систем оперативного упрашишя ТК 13 взаоюзв'яза-иими гйдсисгемзми на осиов1 оптом! защ! та кюординащ! 1х роботи та викрристанш. принцигив розподаленого улравМння.

Науковий вклад в розв'язання проблеми полягае в: постановщ задач! управл!ння ТК одного класу на приклад! ТК цукрового заводу; розробщ. структури гидзадач !ерар>ачно1 системи управл!ння; розробщ. складу алгориплчного та програмного забезпечення ЕМАСУТП для ТК цукрового заводу; отриманш. комплексу Ж для гидсистем ТК на основ! алгоритм!в методу групового урахування аргумент1в (МГУА), яш. забезпечують необх!дну точтасть та можливл.сгь адаптацИ в про-цес1 робота; розробщ алгоритму визначення калькост! подсистем ТК; розробщ. процедур та алгориам1в коорданащ.! рсбоги п!дсистем; розробщ фуккш-онально! структури системи управл!ння ТК з урахуван-ням зв~язы.в м1ж шдсистемами.

Практична щщцсггь робота. За результатами теоретичних та екс-периментальних досаидаень розроблена 1€рарх1чна система управл1ння ТК 1з взаемэзв" язаними шдсистемами (на приклади цукрового вироб-ництва). Запропоновано склад алгсршм1чного та програмного забезпечення системи угравл1ння ТК, яка вклкнае п!дзадач1 автоматичного регулсвання, лог!ко-програмного управл1ння, оптим1зац151 шдсистем та косрдинацд! 1х роботи. Вэзроблена функциональна структура системи автоматизащ.1, якс1 може використовуватись при автоматизова-нсму управлгнн! ТК вза«мэзв'язаними гйдсистемаш. 3 II реагиза-ц1оо на баз! м!кропроцессрних котролер1в 1 ПЕСМ.

Реал1защя результатов. Результата досаиджень використан! при розробщ "Рексмендацш по створенню автсматизованих технолог !чних нсмплекс1в в склада ксмп*югерно-1нтегрованого виробницгва {харчова прсмислов1сгь)", затвердкених Держхарчопрогсм Укра1ни 19.01.96 р. (КИД МНУ 18.051-96), створенш. ШАСУТП для щгсрових завощй, а розроблена процедури та алгоритми коорданэщ! дооидаено в диалоговому режиш. на Хоросггк!вськсму иукровсму ко^Гэ!нат!.

Основш. изложения, шр шносяться на захист: результата до-саиджень властивостей ТК харчових .виробництв та процесу Хх функ-щонування; методи та алгоритми видЦхення пхдсистем в склад! ТК;

J

. структур--агдзадач герархГчно! систем* упрашпння ТК; склад аш>о-ритаичного та програмного забезпечення системи управления ТК; постановка щдзадач огаитзащ.! пщсиста.! та координацИ 1х робот; процедури та алгоргами координаед! роботи п1дсистэ.1 ТК/ комплекс математичних мзделей для розв'язання подзадач оптим!зац!X гидсис-тем; функциональна структура системи управления ТК i3 взаемэзв'я-заними подсистемами.

Апробащя робота. Основш. результата досзпдаень долов!дались на наукових конфереьц''ях та сешнарах: Республ1каиськ1Й кауково-техн^чнай конференцП "Бэзробка та впровадаення високоефективсчх ресурсозбер1гакних технологий, обладнання i нових видав харчових продукт!в в харчову та переробш, rajiysi АПК" (Ки1в, 1991р.); Респу-бгиканському науково-практичиому семинар! 'Шкропроцесорн! смстеми управления технологечпими кемплексами харчово! лромисловосте: дос-в!д розробки та експлуатащ!" (Ки1в, 1992р.); №жнароднш науково-техшчней конференцП "Розробка та впровгдаення нових техь foriii та обладнання у харчову та персробну" галузг АПК" (Ккев, 1993р.); 1н-чсенерн0-прает11чн1й конфереиц!! з проблем забезпечення харчсво! прсмисловоста сучасними засовами вим1рк>вання i автсматизащ е (Одеса,1994р.); 3-й межнародн\й науково-*гехн1чн1Й конференцП "Контроль i управления в техеичних системах" (В1нлицч, 1995р.) ; Всеу}фа1нськ111 науково-технечнш конференцП "Вэзробка та впровад-жеиия прогресивних технологий та обладнання в харчовш та перероб-н1й лралисловосте" ,Ки1:в, 1995р.) .

Публ!кацП. По ' j-ii дасертацП опушйковано 12 друкованих праць, в яких викладено основний 3Mi<?r виконаних дослеотень.

Структура i об'а/. рсботи. ДисертацШи робота складаеться is вступу, п'яти роздЪия, списку л1тератури i3 122 найменувань, до-даткгв. Текст викладено на 136 crop., в1н вклкмае 17 рисунк1в, б таблиць та додатки.

Осо&истий вмесок у розробку наукових результат!в. Оообисто авторам розрсблен! положения, викладеш в раздел! автореферату "Ос-новне положения, up ьиносяться на. захисг". В пуолхкащях у ствав-торствё особистий внеоок автора полягае н наступному: в ¡2] отри-маио оц!нку оптимальносте структури системи та показано шляхи роза 'язаешя задач!; в [4,5] поставлена задача коорда"ацП роботи гид-систем ТК, наведено алгоритм II розв'язання; в [7] наведено результата дэол1я>г.ення сориманих автором Ш; в [9,12] показано вико-ристання кикропроцесореих засоб!в для peanieauii нестандарт«« ал-

горит? ч; а [11] доказано залежшсть ефеетивност1 роСоти ТК в1д Р1Бня автоьшмзащ!.

З-ГГСТ ЮШШ

Вступ. Показана акту алый сть роботи з точки зору вежливости цробдеми оперативного оптимального управления технолог^шими комплексами харчових виробницгв 1з взааюзв' язаними щдсиогемами, ш-кладено ам1ст основних роэдыив, поставлено мету достдаень.

Перший роздал присвячено анатизу властивостей ТК харчових ви-робницгв як об'екгг!в управл1ння, як! складаюгься 1з взаемозв'яза-шх тдсмсяем, причалу ца зв'язки маюгь вирошальне значения при упрашшш! ТК. Виконано анализ 1снукних тдходав та в!дсмих рсСат гю створенню систем управления для ТК. Показано, щэ у в1ддав1дао-ст1 хз структурою ТК, перспегсгишшми напр,кмками упрашиння ниш е отворення ШАСУТП технолозпчшми процесами. Задача управл1хшя ТК при сучасному тдаод! повинна бути склэдовао чаагинаю загально! задач1 управления ксмп'кггерно^нтехрованим вирсйництв<г.м. Сбособле-н! локалыи автоматизоват. сиогеми упрашшшя не забезпечуоть необидно! оперативное!?! 1, як наела док, не даюгь ¿моги зме}шити ви-тра'Ж неоОхщних ресурсов на виробнищт без Хх сб'еднання в едину систему.

В робота розглядаигься технолог1чн1 ксмплекси цукрових та сшртових заводав, як! е найеальш скиадними за процесамн, шр чепе-рервно промкаюгь в Iих на протяз! тривалих пер¿одав (сезонхв). Враховукпи неоОххдшсть створешм ефективних програмно-техначних 1жмплекс1в та використання систем автаиатизованого проекчування, дощльно класиф1кувати ТК. В роехлч розвинено та доповне!ю 1снукму класифшацш х1шко-технолог1чних систем та наведено комплекс кла-сиф1кацгйних ознак з 1х к1лыасними ощнками для ввдилення ТК в один клас осгегачв управл1ння.

Головний висновок наведеного в робот1 анал1зу властивостей ТК та напряммв розвитку ШАСУТП полягае в чха^у, щэ для конкретного ТК при 1сиук*1их локазниках фушаЦонуванм 1енуе оптимальна структура системы упрашшшя.

Наукэво-техшчними основами роОоти с метода таэрИ систем, системного анал1зу, теорИ множин та ввдюшень, метода класиф1каш.1, оптимального упрашиння, йьюв!рностн1 метода. Основоположник в роботи Глушшаа ЕЛЬ, 1вахненка А.Г., КЬствжа В.1., И. Месаровича, Кунцевича В.М., Мам-лсонова А.Г., Ищркуна А.Д. та ¿.нш.

______ В результат! розв'язувана проблема створення оптимально! системи управления ТК перебачае синтез структури управляет*}!' частини (формування об'екта упраялшия, наприклад по кл.лькост1 тдсистем) та синтез системи управления (формування функционально! та технично! структури).

Показано, шр створе1Шя сучасних ксмп~югерно-1нтегрованих ш-робшцгв без координата! рсботи окремих подсистем немажливе, шр вида ляс в окр ему проблем розробку та реал1зацдю алроричм1в коор-динац!!.

Нарешг1, при визначеши. оптимально! структури системи уирав-лЛння важливе мо.сце займае виб1р обхрунтованог^- критерш оптим!-зацН. В 0агато!фитер1альних задачах прийнятгя ршень стос аю розв'язувано! задач 1 мэжна яихористовувати згортку критерНв, наприклад у вигляда.!

п

- £ а! яч (^(Ч)), (1)

1=1

де: ^(И)- фушац.1, як! залежать в1д характеристик систем (надгй-ност1, точност1, тсир); мэнотоши перетворення, як1 приводить ^ др безроашрного виду; вагов! коеф1д1енти, яга в!дэбражаогь Ш-нтсть 1-го критерцо; №- вар1ант структури системи.

Використання ниразу (1) псгребуе застосування експертних ош-нок та дрдаткових прийсьцв, налриклад попереднього раняирування, Сезпосередн1х оцалюк, посл!довних поступлень 1 т. !н., цр не зэеж-Ш зручно. Дня умов роботи ТК харчоних виробницгв краше викориаго-вувати заеден! показники ефектевност! (ек»нсм1чьост1), як! форму-«эться на основ! прибутку цщяхсм гюр1вняння пари показникш "вигра-тм-результати". Саме цей шдгад максимально враховуе властивост1 досайджуваних об' ект!в (технолог1чних тдсистем чи ксыплекс1в в ц1акму).

В другому розд!л1 викладено результате доою-дження процесу функц!онування ТК та розроблено ксмплекс ш.дзадчч управления. При постанови! задач 1 унрашиння ТК та оц1нщ !х ефегсгивност1 врахова-но високу вартасть сировини та енергетичних ресурс1в, сезонн1сгь в»фобни1тва, зшнювашсть в широкому д1алазош. характеристик основного та допсм1жного обладнання, р1зну триватисть пер1одхв оперативного управл1ння. Експериментально показано, щэ ш.дсиох'еми ТК харчових вирсбницгв гранноть в р1зних режимах, як! зг-инкються в досить широкому диапазон!. Цри цьсму огтотзацДя п-о! гидсиста«

б

ТК викпикае необгл.дш.сть зм!ни технаяохачних режим!в (п-1)-о! та (чи) (п+1)-о1 гадсистем. Таким чинам, загальноприйнятий тдыд, коли здгйснюсться жжальний виб!р режиму окремэХ п1дсистеми. не дае бажаного ефекгу 1 потр1бне узгодкення (юэординащя) робота пАдсистем, щэ виражасться у зм!н1 як навантажень (матер1альних потомив), так 1 режимов робота гидсистем для досягнення високих тех-н!»э-еконсм1чних гюказник!в.

фи постановил задач! управл!ння ТК здгйаювалась оптим1защ.я робота! окремих тдсистем. Анализ експериментальних даних показав, цр при цьсму основну роль в1д1грають задач! статично! {кваз!ста-тачда!) опгам!зац!1'.

Ощнка функц!онування ТК з системою управлання виконувалась на основ! узагальненого еконсшчного показника талу прибутку: Т® т п

П= .) ( £ .В» И, - £ 21 ) (2)

О к=1 1=1

да: Те- зв!тний пер!од часу; В, ,Ц,- в!даюв!дно випуск та Lu.ua к-го продукту; 2(1- заарати на випуск продукц!!, вклсчаши затрата на СУ. Для задач оперативного управл1ння вираз (2) приводиться до виду:

ГШ п

( X в* Ц*, - X Зх, ) сИ:, (3)

О к=1 1=1

де: Т- 1нгервал оптативного управл1ння; Цег ц!на продукту чи на-п1впродукту, яка умэвно фррмусться на Б-тай гидсистем! ТК, причсму N

£ Ц* = П.. На основ! ниразу (3) можна зрсбити ощ-нку оптимального р1вня автсматиза!Д1, який ввдювада© оптимальшй структур! си-стеми управл!ння ТК. Тода оптимальний рхвень автсматазащХ буде:

агд гоах ^(Р); -при и е Пц,Х 6 О» <4)

&

де: Ей- розрахункоЕий -бфеет в1д впровадження ;}-о! системи; (^-сту-п!нь автоматизац!! а.-о! функцИ; и, Х- векгори управлшь та координат стану.

Прочее функщонування ТК цукрового виробницгва характеризуете -ся такими узагальненими иоказниками: кхлькдеть точок контролю-384 {за !снукчим технолог1чним регламентом), к1льк!сть тсчок упрашин-ня-217. Тля ТК спиртового виробництва щ №фри складаоть в!дпов!д-но 501 та 203.

Проведений ангииз властивостей ТК та процесу Хх функхцонузанья дозволяв так визначшм загальну задачу управл1ння: технолог] чн! катпекси розбиваыться на гидсистгзли, як1 характеризуюгься векторами вхз.дних та вшадних ам1нних, для ксшю! пхдсистеми визначють-ся тдзадач! автоматичного регулювання, лог1ко-програмного управления та оптим1защ! технолог!чних режимхв. При цьсму глобальна щльова фушайя для ТК мае техн1ко-еконсм1чний зм1ст чипу (2), во-на с адитивнаг цр дае можлив!сть роза'язувачм заганьну задачу як сукупнасть «жальнкх (для пшзкяем). Враховуючи значний вплив зв'язкхв мхж гидсистемами на 'жгшатсть робели ТК, вишг-ае об'екггивна необх1дн1сть коор динув ати рсСоту п!дсистем, тобго фор-мустъея лхдзадача кюординацН. Таким чином система управл1ння ТК е 1рарх1чнок>, використовуе методи багатср1внево1: оптим1зацИ 1 де-ксмпозищ.1, а визначальною е л ерарххя тдзадач управления з ураху-ванням спеияф1ки конкретного ТК.

Самост!йною задачею с нид1ленвд п!г,' метем' в склад! ТК, цр безпосередньо низначае структуру системи. Тут необх1дно враховувз-ти, шр !снуе природне розбит-гя ТК на тдсистеми, якх вхдповл даоть окремим д!льницям чи установкам, а з точки зору системи управления !снуе такий вар!ант визначення •с!лькося,1 подсистем, який забезлэ-чуе найменшх затрата на упраагиння. Формуеться допа-ижна задача оп1Им!зад!1:

0(Рц> -» ли.п, рм < Р, (5)

Р-

де: Рц- вар1ант роэбхл "я; Р- множила дрпустимих вар1ант!в; О(рц) —

затрата на розв'язання задачх упраыиння.

фи визначеннх калькостх пхдсистем доцхльно враховувати такх евр!о1Мчнх хранила; розм!рност! дакальних задач повинш. бути по (.ежливостх однаковими, ир в!дпов!дае регулярней структур! систеш; оптимальному вар!анту схрукгури в!дпов!дае умэва, цр максимальний час реалхэахц! локалытх задач лаСшиагеда дор1в!зое часу розвчязання задач! гсорданац11.

ГЪзроблено алгоритм визначення оптимально! кхлькостх пхдсистем в склада ТК.

В третьому роздхлх розглядасться оптимальне управл!ння ТК цукрового виребництва. Обгрунтовано шб!р 1фитер1ю огпимальност!, який в!дпов!дав би наведенхй нище постановки задач! управл!ння. Для иукр вого виробництва формування прийутку на кхнцевому !нтер-вал! часу At=tl-tz визначаеться виразом:

в

Лг К

п= -лны- ед, + ед» - Ц э^л, |б)

Ъ 1=1

де:В- вихёд цукру; ЦуЦ^Ч*- и!ни иукру, меляси, жому; вюид

меля си та хшу; затрати на сирошну, матер1али, паливо, зарплату, експлуаташ-ю обладнання, цеховх та загалыюзаводсыи. витрати.

Еед>аз |6) е основою для декомпозицН загально! задач! управлхшм, на його основ! формуюгься вригерИ огггимальност! задач управл!ння окремиьи подсистемами та отримуюгься оператиши ощнки процесу функщонування автсматизованого ТК.

Для реал1зацд.1 задач 1 оптимального управлшня основними дольницями ТК сяримано комплекс Ж на основ! методу регреса.йного анализу та МГУА. Для цього виксристовувався експериментальний материал, отр^маний при статастичнсму анализ: процесу фунюдонування ТК цукрових заводив (Чортк1вського, Хоростк1вського, Рэкигнянсько-го, Саливошивськюго). При оброСц! статистичного материалу вико-ристовувались перешкодост!йк! алгсршм* МГУА !з застосуванням прийсш.в виправлення "заСруднених" вйМрок шляхсм поогидовного Са-гатократного цензурування (виклкяення ансмальних даних). Показано, ир алгоргами МГУА забезпечують счримання математичних моделей, ош.нки точностх яких значно вшд, нхж при використанш. регресхйних матодив. Для кшно! зм1нно! в математаннхй моделе використовуеться час екв1валентного зсуву, кратний часу дасяфетизацИ вибхрки х (часу мхж сум1жниыи значеш£ями зм1нно1 в експерименто). Для кюжно! з пхдсисгем ТК отримано комплекс математичних моделей.

Для розв'язання задач! автсматизованого управления ТК та фор-мувалня !ерархе! щдзадач (автоматичне регулювання, лог1ко-про-грамне управления, опгамхзащя шдсиогем, координац!я !х роботи) з }.снукиих метод1в формал1защ1 процесу функш-ощ/вання складних систем (теоретико-множинний, теоретико-хгровий, декемпозицхйн!) об-рано симвсмйчний, коли задача управл!ння ТК представлясться у вигляда!

""Эй» {<°-1)31, "Чь 1 € (п-"ьГ, ' (7)

де:Э1- тдзадача уггравл1ння гидсистемою; Зк- подзадача координацШ п- р!вень сиотеми.

На о нов! ниразу (7) склада! пхдсистеми мою ¡а розкласти на прост!, ! це мэжна продовжувати до отримання елдаентардах шд-систсм, для яких !снуе пшзадача !1>31.

При формуванн! загально! структури управл1ння ТК використову-ються вирази для ^игерИв ефегсгивност1 гидсистем!

- (ИА(1:) + Ц^Й^ШсИ:, (8)

О

де:Ц,,Ци- коеф1щенти вартост1, як1 враховують щни поток!в зм!ш»1Х взасмодП У^Ц:) та У15>авл1ння и(Ь).

Четвертой роздхл присв'ячено розробц! та доел! ^рчию алгоритм! в координащ.1 в с чстемях управл1ння ТК цукрового виробницгва. Показано, цр нав!ть оптимальне упр .ал1ння кожнао з гидсистем ТК не дае мсжливост! отримати найвиц! показники його функцюнування без узгодження роботи гидсистем, тобго формування задач1 кэордииац!!. Для ТК цукрового вирсбниисгва показано, шо в оснукяих оСмеженнях на техноломчн! змхнна реал!защ.я рлиень подзадач нижнього равня за-бдзпечуе досягнення загальноХ мети фунюдонування системи на - лю-в1 показника (6).

Додатковими умэвами розрс^ли алгоритм! в . кесрдинац!! е питания кореетност! подзадач управл!ннл Цснувашя, единсст! та стойкосто рошення), ст1йкост1 алгорют^в до обчислювальних похлСок, млкли-в!сть реагцзац!! за допсмогсю те.чшлших засоб!в.

Формування задач! координацН роботи п1дсистем засновуеться на вшиленш {Р^, 1 е П п!дсистем, для кожно! з яких залисуеться локальна функщя мети:

А= фи"»^^), ! е О . (Э)

та вектор-функщ-я вихх, них координат

ЧМ^Х^), ! е О , (10)

де: Хх- вектор взаа.юдш шдсистем; иг- вектор управл.шь; вектор збурень; О- мнсжина видолених подсистем.

Задача оперативно! оптим!заш.1 статичних режим1в ТК при умов! адитивност1 загально! функцо.1 мети зашсусться так:

них £ ^(и^Хг, го при уу^Х^г,)^ (11)

на часовому 1нтервая1 розв'язання задач! та сбмегеннях

^ е и, X! 6 X, у! е У, У е О, (12)

де: уц- вектор-функщя вихадних координат, яка враховуе валив 1-о1 гидсистеми на э-ту; Хц- вектор вихадних зм1нних воаемодН !-о1 та • 3-01 шдсистем; и, X, У-множини допустимых значень и1,Х1,у1.

Оснг 1ними процедурам косрдинацП дая ТК цукрового виробницгва передбачаеться: розв'язання задач! координацИ жзначаеться, еихо-

дячи з • '<зсСх1дност1 розв'язання загально! задач! управления Тк на основ! розв'язання п1дзадач нижнього ргвня; хснуе мсжшв!сть отри-машя адекватних Ж гидсистем та !х йденгифекацд.! 1 адагггащ.! в умэвах хснуших зоурень; використовуюгься :1теращйщ. процедур«, щр дае можлив!сть оаримання та використания ефекдавних лром!жних результатов; на ко»ай хтеращ! передбачаоться найбельше зростання показника ефективност! ТК з урахувакням зв'язкхв шж гйдсисгемами.

На сснов1 наведених процедур розроблшо алгоритм координащ.!, який вклкмае так! блоки:

визнанг-огвся деяю. допустим! значения У1= У±а> для робочого режиму тдеиотем ТК;

незалежно одна вад одно! розв~язуються тдзадач1 оптика защ! тдсистем, як! ксординуюгься при значениях (п>

пах М&ьГх) , (13)

и^еи!

визначаоться значения функщ.! ефеюжаност! для ТК; фсрмуоться вектор

ощнюеться функщя ефегеянвностй для ТК: N

тах ф(У,У) - Б Ф(и1,р1<т1)); (14)

иеи 1=1

перев!ряшъся умони зупинки процесу косрдинацх!

. ф(п>| < (15)

де:8- .задаке мале число/

при невиконанш. умони (15) здайснюоться нова лтершия, почи-накчи з другого блоку, при виконаш! зм!нн1 взаемэщ.! е огггималь-нлыи У±.

фи реалхзацЦ алгориям1в координащ! важливш г виб!р методу розв'язання задач олаимазпщ! тдсистем та координащ! !х рсбаги. Для задач координахд! краид результата дае ¡ллхга лриведеного х>ра-даента (забезпечуе бхльшу ефектявн1сть в задачах з обмеженнями типу р1вностей та можлив1сть никористання результате прсьажню: 1.те-рацш).

Дэсладкення алгорита-ив координащ! на период етап! проводилось методам чисельного експерименту. Для трьок головних ланок те

■

цукрового виробниигва, яш. прадоэть у неперервнсму режима на знач-1мх горизонтах управл1ння, - екстрагування, очистка та видарювання соку, формализована задача управления в постанови! (9) - (12). Задача координащ! мае бигйяд:

Z Ji(Xi)-> roax (16)

i=l

N

Z aiXi = b; Xj > 0, i=l

де: Ji(Xi)- гладк! функцИ; а- вектор-рядок; b- скаляр.

На рис.1 показано лроцес координата* п!дсистем для обраного почгугкового режиму та i-снукиих обмеженнях на эмл-нт. взаемэдЦй

П'ятий роздал присвячено розроб1д системи управлЛння ТК цукро--вого заводу. Для трьох в1дц1лень - екстрагувашк. очистки та нила-рюзання соку наведено процедури фсрмування функедонально! слеми системи управл1ння ТК у вигляд! алгорштчно! струкгури, яка вадр-Сражае посайдэвно виконан1 в полередшх розд1лах досаидкення 'та Ix результата. Це е основою автсматизованого проектгування система управл!ння ТК, тобто метода inpycrpianbHoro створення. В npoueci розро^км систetm виникае необы-диоть у виконанш. ряду iTepaui-й, часто з поверненням на початков1 етапи - формування вигидних да-них, anöip критерИв оптимачьност!, оц1нки точности математичних моделей, тощэ.

Для конкретного ТК система оптимального управления повинна за-безпечувати пошук траек-гор1й 3Mi и управляючих д!й, як! забезпечу-ктгь екстремум функшоналу:

М {q>(x(k),U<k.),yM,Z(4),F(k))}-> extr (17)

при еснукмих сСмеженнях у вигляда. рёвностей та нергвностей (М(«]) -символ математичного спод!вшшя). 0ц1нка варёанту структури системи управл!ння мя.е виконуватись за критерёсм повних затрат!

F(W) = C(W) + TC(Z,(W) +AB(W)), w € W, (18)

де:С(№)- однсчасов! кагатальн! затрати; Z,(W)- експлуаташйш затрате; AB (W) - втрати вхд неефективноом. системи як рёзниця м1ж п.деальнск> В„ та реальнао В (W) ефеюттш.стю системи; Тс- термш ро-боти (служби) сисгши.

Фунюдональна структура системи управл1ння гидсистемог) ТК наведена на рис.2.

Для реал1зацЛ споооб1в управл!ння ТК (багаторёвневих систем з використанням алгоритм!в координацИ; кемпенсащХ взаимного впливу зм!нних вэаемодН гидсистем; структурного управления) розроблена техн!чпа структура на основ1 робочих станцгй, об'еднаних в ло-калыи. с©числквальн1 мереж!. Ця структура лередбачае розвиток

M

too ВО BD кО iù

12

— —7 Р1вень ОПТИМГЁ КООРДИ1 âûîî ni РИГ ï .систекГ" эёз

____

/ 2 3 к /

S,

Крон координат Рис.1. Координа1Пя гпдсистем ТК

Рис.2. Функшоняльна структуре систем« упрэвл1ння гйдсистемою ТК

юаил'ктерно-иггегрованих систем ~з" трьсма функеиональними реинямп упрааиння: технаюггчний процес (п!дсистема ТК) - виробнпш'ь. (ТК) - гйдлриемстш. На кожному р1вн1 видлляються робоч! сташц!: на нижньсму- локапьн! технолоепчн!; на даредньсму- операторе. оК1 тл при необх!дност! диспетчерська (координукна технолог1чна); на верхньему- оргашзаеийно-еконошчш.

0СН0ВК1 ВИСНОБКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ

1. Ьикона.' го системний анал!з технолог!чних комплекс!в харчович виробництв як об'ект!^ упрашииия ¿оомл отерно - гнтогрсванях си-сгем. 01«эрмовано ксмплекс показнмоь, як! дають №жлив1сть пронести класиф1кад1ю ТК та анал1з процесу 1х функеееонування.

2. Проведено ошнку 1нтенсивност1 основних збурень, як! дйоть на ТК, та зв'язаних з цим 1нтервал1в управл!ння. Показано, шр сильш. збурення викликають необх!дш.сть змени техналог1чег.-х ре-жим!в окремих установок та ТК в шлему. Слабга збурення ксмпенсу-ються локальними системами автоматичного регулювання та наявними наюопичувальними (буферними) емкостям!. Тривал1сть пегяид'/ управления, зуг.ювлона характерам збурень, для ТК харчоьих ьироо-ництв нелерервного типу станоыпъ 1, С - 2, 4 дсби.

3. Для викормстання в сисе1 злах управления ТК харчиьих ве-.р.у.)-ництв етюсоби управления розбит1 на груш:

реалезащя боратореигееих систем уираеуиння на основ! викори-огання розр(^лених ачгорепмв координат* (основн! способ» оперативного управления ',К);

вцкористапня мет дев ехыхшнсаеи 1 взаимного вшеиау зм1нних взаа.юш! гидсистем ТК. з виконанням умов 1шар1антноаг1 та авто-номност1 (додаткове способе О ;

реал!зац!я методев струкеурного управления за умов д!1 елльних зоурень (по сиро вин!, паливу, дрпсм!жних материалах, ремэнгу об-ладнання).

4. Сдримано ксьшлекс експериментально-аналетичних мэделей для пикльжм ТК з використавням перши^лцостейми <.ллтр1мшв 141УА, 1|лдап«х до розв'язання зал«1! оптимезацеХ тдаеотем та киорда-нацёУ Ух робота, яке кгалъ достатню точнесть.

'>. Зишсиена 1)0ст>дЛ0Ека задач! огм малы ¡ого управления ееедииогем та ТК в ейлсму з використанням метод!ь .".екемпозиеиа.

6. Показано, щр для кожного ТК есееуе оптимальна кц.льк!сть гидслсте-• при реал1эаеи1 розподеленого управлишя, розроблено ал-гортм е'х визначеешя.

7. Зозрсблено процедура та алгориями координацН роботи шд-систем ТК, методами чисельного експеримента дослхдаено Ix корекг-шсть та збхлшхсть, визначено техн1ко-еконал1 чну ефеютивнхсть •

8. Вэзроблено структуру ш.дзадач херарххчно! системи управлх.н-ня ТК в склад! ксмп'ктерно-антегрованого виробшщтва.

9. Для умов цукрового виробництва показахю хснування сумх.сних пхдзадач оптимхзацП робота подсистем та Ix коррдинащ!.

10. Показана ефектишисть хтеративних алгоргам1в координащ! i3 застосуванням методу приведенсго градиента, коли на кожнхй iTe-рацН забезпечуеться . найбл.Льше зростання показника ефективноета ТК. При цьому в умэвах деф1циту часу розв'язання загально! задач1 управлх.ння мэжна використовувати результата прск-цжних хтерацш, яю. е завжди ефекгивними.

11. Еозроблено структуру ксмп'ктерно-хнтегровано! системи управл1ння цукровим заводом, в ochobI я ко! лежать методи оптамх-зацИ роботи пхдсиотем та координахд! Ix робота з никориоганням принцитв розподьленого улравл1ння з технхчнао peanisaxuoo на •основ! м1кропроцесорних контролер!в та ПЕСМ, об'еднаних в мережi.

12. Основнх результата роботи перевхрено за допсмэгсю обчислю-вального експерименту та частково в виробничих умэвах, результата викорисгано в розрсблених "Рекемендахйях по сгворенню автомаТизо-ваних технолог1чних ксмплекс!в в склахи компьютерно - ¿.нтегровано-го ниробництва", затв^рдкених Держхарчохрсалом УхграХни.

Основний sMicr дисертацх! никладеда в опублхкованих роботах:

1. Ладанюк O.A. Оперативное управление взаимосвязанные подсистемами технологических комплексов. // Автоматизация производственных процессов.1996.№1.с.101-104.

2. Ладанюк O.A., Бевз В.Х. Вибхр. струкгури смогши управл1ння тех-нсшогхчним комплексом харчового ниробництва. // Харчова i переробна прамисловх.сгь. 1995 .№11. с. 22-23.

3. Ладанюк O.A. Оптимальне управлхння взаемозх/язаними ахдсистема-ми технэлогхчного комплексу цукрового заводу.-К. :ДНТВ У1фахни. 1996.9с. (Рук. деп. 21.05.96. :»г237-Ук96).

4. Ладанюк O.A., Бевз B.I. Двохрхвневий алгоритм координацИ в системах управл1ння технолохичним комплексем (ТК) цукрового эавэду. // Тези допов1дей всеукра!нськох науково-теххачнох иэнференцИ,-К.: УДУХТ, 1995.-с.406.

5. Ладанюк O.A., Бевз B.I. Задача координат! в системах оперативного оьхилального управгання технолог!чними комплексами харчо-вих виробницгв.// Контроль и управление в технических системах:. Тезисы докладов 3-ей междунарохиой научно-технической конференции.- Винница.: 1995.-е.455. _

6. Ладанюк О.А. Визначення структури систем управления техно-лог1чними комплексами харчових нирсбнидав.// 1нженерно-пракгачна конференция з проблем забезпечення харчовоХ промисловост! суча -ними зассбами вим1рювання i автсматизащ.! : Тези допов!дей.- Одеса. : 1994.-с.25.

7. Шзлудько О.I., Терляева Г.М., Ладанюк О.А. Досл1д*ення матема-тичних моделей об'ектав упрашшля, отриманих експериментальними методами.// Рэзробка та впровадаення нових технологш та сбладнан-ня у харчову та переробну галуз1 АПК: Тези дрпов1дей М1*народно£ науково—гехн1Ч1ю'11 коиференцз г.-К. КГСХП,1993.-е. 512-513.

9. Ладалюк О.А. 3 досв!ду використання ткропроцесорного контролера Р-130.// Харчова i переробна грсмислов1сть.1993.W2.C.28.

9. Негода Ф.В., Циганкрв С.П., Ладанюк О.А. Система автоматического кошроля и управления процессом очистки сточных вод сахарного завода.// Микропроцессорные системы управления технологичен.зым процессами пищевой лрсмьшленности: опыт разработки и эксплуатации: Тезисы республиканского научно-практического семинара.-К. : Знание, 1992.-с.5.

10. Ладанкж О.А. Опыт использования Ремикаига Р-130.// Микропроцессорные система управления технологическими процессами пищевой премь-иленности: опыт разработки и эксплуатации: Тезисы республиканского научно-практического семинара. -К- : Знание, 1992. -с.7-8.

11. йсмиин Н.А., Ладанюк О.А., Бойко В.Г. Алгоритм оценки уровня автоматизации технологических процессов и агрегатов.// Современные компьютерные системы управления для агропремьшленного комплекса. Об. науч. тр.- Киев: Ин-т автоматики, 1991.-с.86-89.

12. Липка И.И., Ладанюк О.А., Негода Ф.В. Микропроцессорная система управления процессом дозирования. // Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывагшие отрасли АПК: Тезисы республиканской научно-технической конференции. -К. : КГИПП, 1991.-е. 455.

Ladanyufc О.Л. Automated interconnected subsystems control in technological carpi exes for food production.

• Submit dissertation for a candidate degree of technical science for speciality 05.13.07 - Automatisation of technological processes and production (food industry), Ukrainian State University of food technologies, Kiev, 1996.

The dissertation, .which essence is reflected in 32 scientific essays, develops the methods and ways of technological complexes with incorporated substructures control. The research is done on the basis of theoretical and experimental investigation of both: the features of technological oonplexes for food production and the process of its functioning. It develops the controling structure for technological complexes based on the subtasks of

subsystems optimisation and coordination. A set of math models based on the method of grouped arguments calculation is presented. The algorithm for the quantity determination of subsystems and their coordinated functioning is developed. All those ways of control are aimed at creation of ooirputer integrated manufacture and put to practice on the basis of distributed microprocessor system integrated into a network and using both controllers and PC.

Ладанюк О.А. Автоматизированное управление взаимосвязанными подсистемами технологических комплексов пищевых производств.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств, Украинский государственный . университет пищевых технологий, Шев, 1996.

В диссертации, содержание которой изложено в 12 научных работах, разработаны методы и способы управления технологическими комплексам* со взаимосвязаньми подсистемами на основе теоретических и экспериментальных исследований свойств и процесса функционирования технологических комплексов пищевых производств. Разработана структура систолы управления технологическими комплексами на основе подзадач оптимизации подсистем и координации их работы. Получен комплекс математических моделей с использованием метода группового учета аргументов. Разработаны алгоритмы определения количества подсистем и координации их работы. Осуществлена реализация разра-ботаных способов управления с псмхцью распределенной микропроцессорной системы на основе контроллеров и ГОШ, объединенных в сеть, для создания ксмпыотерно-интегрированого производства.

технолог1чш. ксмплекси, отимапьне управления, координащя, шкро-процеоорш. системи упрашинкя. .

KiKHOBi слова

Кж1е ВРГ* ФПГ эли U30-80