автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование и оптимизация взаимосвязанных электромеханических систем автоматизированных технологических линий по производству оптоволоконного кабеля

На правах рукописи

Ермаков Кирилл Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХЛИНИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ОПТОВОЛОКОННОГО КАБЕЛЯ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Научный руководитель

- Доктор технических наук, профессор Шестаков Вячеслав Михайлович

Официальные оппоненты

- Доктор технических наук, профессор Сарвин Анатолий Александрович

- Кандидат технических наук, доцент Ростов Николай Васильевич

Ведущая организация

производственный комплекс "Оптен ■ Кабель", г. Санкт-Петербург

Защита состоится 25 ноября 2004 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета К 212.222.01 при Санкт-Петербургском институте машиностроения по адресу: 195197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр., д.14, Главное здание, ауд.232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского института машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ).

Автореферат разослан октября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 212.222.01

'.Н., доцент В. Э. Хитрик

/¿г//,*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современном мире телекоммуникации и связь играют все большую роль. Растут потребности в скоростях и объемах передачи информации. В связи с такими тенденциями развития появилась потребность в надежных высокоскоростных каналах передачи данных, наиболее перспективными из которых являются оптические. Это привело к существенному увеличению использования оптоволоконного кабеля при построении сетей за последние годы.

Большая часть стадий производства оптоволоконного кабеля связана с нанесением оболочки методом экструзии. Для выполнения данной операции служат экструзионные кабельные линии (ЭКЛ), относящиеся к широкому классу агрегатов непрерывно-поточного действия.

Стремление к повышению производительности за счет увеличения рабочих скоростей, а также повышение требований к качеству продукции выдвинули ряд новых проблем перед разработчиками автоматизированных электромеханических систем (ЭМС) ЭКЛ.

Существующие в настоящее время линии не всегда удовлетворяют предъявляемым технологическим требованиям, что приводит к повышенному браку продукции. Таким образом, задача исследования ЭМС ЭКЛ, улучшения качественных показателей работы, а также повышения их производительности является весьма актуальной.

Целью работы является создание, исследование и внедрение на производстве автоматизированной системы электропривода (СЭП) ЭКЛ с прямым регулированием натяжения оптоволоконного кабеля, а также разработка современной АСУ ТП линии.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- разработка рационального математического описания ЭМС ЭКЛ с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля с учетом характеристик механических передач и вырабатываемого кабеля;

- разработка способов коррекции динамики СЭП ЭКЛ с учетом действующих возмущений;

- проведение многофакторного имитационного моделирования и исследование многодвигательных ЭП (МЭП) поточных линий на ЭВМ с применением современных программных пакетов (Simulink);

- диагностика и экспериментальные исследования МЭП на объекте;

- разработка и внедрение АСУ ЭКЛ с учетом реализации прямого регулирования натяжения кабеля;

- модернизация СЭП действующей в компании "Оптен - Кабель" высокопроизводительной экструзионной линии.

Некоторые из задач для агрегатов непрерывного действия рассматривались в работах профессора Г.М. Иванова, а также в работах ряда зарубежных авторов. Кроме того, необходимо отметить труды в областях,

близких к исследуемой: это ЭМС с упругими связями и непрерывно-поточные агрегаты бумагоделательного производства. Здесь большая роль принадлежит таким ученым, как Ю. А. Борцов, В. Л. Вейц, С. А. Ковчин, Г.А. Кондрашкова, В.А. Новиков, Г. Г. Соколовский, В. М. Шестаков и др.

Методы исследования. Достоверность и обоснованность научных результатов достигнута применением современных теоретических и экспериментальных методов. Апробация предложенных решений и рекомендаций производилась путем имитационного моделирования в среде Simulink пакета MATLAB, а также на физических объектах - экструзионных линиях ЕХ-80 и ЕХ-45, являющихся частью производственного комплекса компании "Оптен - Кабель".

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, которые выносятся на защиту:

1) Рациональное математическое описание МЭП ЭКЛ с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля с учетом взаимосвязи электромеханических и технологических факторов и вариации режимов функционирования.

2) Закономерности вариации параметров ЭМС в процессе производства различных типов кабеля.

3) Способы коррекции динамики СЭП ЭКЛ с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля при основных возмущениях, действующих в системе.

4) Оригинальная структура программного задатчика скоростей агрегатов ЭКЛ, применение которого позволило добиться требуемой точности поддержания диаметра кабеля на этапах разгона и торможения линии и снизить расход дорогостоящих материалов.

5) Новый подход к созданию АСУ ТП линий, основанный на интеграции управления различными процессами, характерными для ЭКЛ, в единой управляющей программе, что дало возможность существенно снизить затраты на создание АСУ ТП, обеспечить эффективное ведение технологической базы данных и интеграцию АСУ ТП в единую информационную сеть предприятия.

6) Эффективные алгоритмы управления, на базе которых разработана распределенная АСУ ТП линии, реализующая требуемое множество режимов работы, прямое регулирование натяжения кабеля на секциях отдающего и приемного устройств, качественный человеко-машинный интерфейс оператора.

Практическая ценность. Разработанные средства для имитационного моделирования и оптимизации динамики МЭП ЭКЛ ориентированы на практическое использование при создании новых, а также модернизации СЭП действующих линий.

Применение предложенных средств коррекции взаимосвязанной СЭП на экструзионной линии "ЕХ-80" позволило снизить отклонения натяжения кабеля

в среднем на 45% и, тем самым, добиться заданного качества функционирования СЭП.

Решена проблема, связанная с недостаточной точностью поддержания заданного диаметра кабеля на этапах разгона/торможения линии. В результате исследований разработана новая структура программного задатчика скоростей (ЗС) секций, применение которого на экструзионной линии "ЕХ-45" (предприятие "Оптен - Кабель") позволило достигнуть требуемого качества работы линии и снизить затраты на дорогостоящее сырье.

Сформулирован подход к построению современных АСУ ТП непрерывно-поточных агрегатов кабельного производства. Предложенные рекомендации внедрены при модернизации АСУ ТП ЭКЛ "ЕХ-45", а также при разработке систем управления линии наложения бронепокрытия "БМ-18/400" и линии окраски оптического волокна "ЛЦМ-400", что дало возможность существенно сократить затраты на разработку, обеспечило базу для создания единой информационной сети предприятия, а также позволило создать качественный человеко-машинный интерфейс диспетчера.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнена по заказу Минобразования РФ в рамках аспирантского гранта № АОЗ-3.14-326. Основные теоретические положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXII Неделе науки СПбГПУ (2003 г.), секции ЭМС МЭА (2004 г.), ежегодной научно-практической конференции СПбГИ (ТУ) (2004 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры "Электротехники, вычислительной техники и автоматизации" СПбИМаш.

Публикации по теме диссертационной работы. Основное содержание работы отражено в 5 печатных работах.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 91 наименования и 4 приложений.

Основная часть работы изложена на 178 листах машинописного текста и содержит 66 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, выделены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке рационального математического описания МЭП ЭКЛ как специфических ЭМС, с учетом взаимосвязи электромеханических и технологических факторов, а также реальных условий эксплуатации.

Электромеханические объекты управления агрегатами кабельного производства характеризуются весьма сложными структурами. Вместе с тем, анализируя эти структуры, можно заметить, что они состоят из ряда типовых

модулей. На рис.1 представлена обобщенная структурно-технологическая схема ЭКЛ с косвенным регулированием натяжения кабеля.

Рис.1. Структурно-технологическая схема экструзионной кабельной линии

СЭП тяговой (ведущей) секции, а также секций отдающего (ОУ) и приемного (ПУ) устройств построены по принципу подчиненного регулирования и содержат контуры тока и скорости. При прямом регулировании натяжения в системы управления ОУ и ПУ вводятся контуры натяжения с ПИ - регуляторами.

Для составления математического описания необходимо произвести декомпозицию СЭП в виде корректных динамических моделей типовых узлов, учитывающих заданное множество режимов работы и содержащих достаточно полную информацию о характеристиках объектов. Рациональной формой описания являются нормированные структурные схемы (НСС), составленные в относительных единицах.

С целью решения задач, поставленных в данной диссертационной работе, необходимо построить определенное множество математических моделей для исследования динамики ЭКЛ:

1) локальные НСС электроприводов ОУ и ПУ для анализа автономных режимов работы указанных секций;

2) НСС взаимосвязанного ЭП линий с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля, учитывающие влияние упругости механических передач между двигателями и секциями (упругие связи 1-го рода) и упругие свойства вырабатываемого кабеля (упругие связи 2-го рода);

3) эквивалентные НСС электроприводов линий с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля, удобные для анализа и синтеза различными расчетно-аналитическими и машинными методами; при этом учитывается

только упругость 2-го рода, т.е. осуществляется переход к эквивалентным жестким системам с эквивалентными инерционностями Т^,.

На рис.2 представлена эквивалентная НСС взаимосвязанного ЭП линии с прямым регулированием натяжения кабеля, построенная на основании дифференциальных уравнений ЭМС двигатель-секция и структурно-технологической схемы (рис.1).

Рис.2. Эквивалентная НСС взаимосвязанного ЭП ЭКЛ с регулированием натяжения кабеля;

WpC(p), WpK(p) - передаточные функции регуляторов скорости (PC) и натяжения (РН), Wki(p) И Wk2(p) - передаточные функции корректирующих устройств, (1/кт)/(Т£зр + 1) - замкнутые контуры тока, Тв1 - суммарные механические постоянные времени секций, к(- коэффициенты передачи датчиков натяжения, р8 - относительное изменение радиусов барабанов ОУ и ПУ, kç - коэффициент

натяжения кабеля, - коэффициент передачи кабеля, - постоянная времени удлинения кабеля, - постоянная времени фильтра задающего устройства скорости линии.

В случае косвенного регулирования натяжения кабеля в НСС взаимосвязанного ЭП линии отсутствуют регуляторы натяжения ОУ и ПУ, а сигналы с компенсаторов поступают на входы PC. Следует отметить, что влияние экструдера на динамику ОУ, тяговой секции и ПУ пренебрежимо мало. С учетом этого приведенная НСС содержит три секции - ОУ, тяговую секцию и ПУ, связанные между собой через вырабатываемый кабель.

Для учёта реальных условий эксплуатации при исследовании совокупности рабочих режимов линии в математические модели введены возмущающие воздействия в виде изменений момента сопротивления секций

, а также радиусов барабанов с кабелем ОУ и ПУ в процессе перемотки кабеля. Приведенные ниже результаты имитационного моделирования и экспериментального исследования позволяют сделать вывод об адекватности полученных моделей реальному объекту.

Кроме того, в первой главе проведена оценка вариации параметров упругих колебаний 2-го рода для ОУ и ПУ в процессе перемотки кабеля, а также при изменении скорости линии и расстояния между смежными секциями. Показано, что увеличение скоростей поточных линий и сокращение расстояния между смежными секциями является рациональным как с точки зрения повышения их производительности, так и улучшения динамического поведения взаимосвязанных систем.

Вторая глава посвящена решению задачи оптимизации динамики СЭП ЭКЛ, которая заключается в получении наиболее экономичным способом переходных процессов, удовлетворяющих заданным технологическим требованиям как в режимах пуска и торможения, так и при установившейся скорости в условиях действия внешних возмущений и естественной вариации параметров привода.

Быстродействие контуров тока якоря двигателей секционных ЭП необходимо иметь максимально возможным. При этом предпочтительной следует считать настройку на компромиссный оптимум (КО), обеспечивающую максимальную частоту среза контура

Регуляторы скорости секций ОУ и ПУ настраиваются при отсутствии натяжения кабеля, т.е. в локальной системе. Это обусловлено тем, что электроприводы ОУ и ПУ в ряде случаев могут работать при отсутствии кабеля (заправка, обрыв кабеля, наладка привода и т.д.), однако и в этом режиме должна быть обеспечена устойчивость системы и удовлетворительное подавление упругих колебаний 1-го рода, что предотвращает преждевременный выход из строя механического оборудования и облегчает заправку кабеля.

Как при косвенном, так и при прямом регулировании натяжения кабеля контуры скорости ОУ и ПУ настраиваются на скорректированный оптимум (СКО), что обеспечивает стабилизацию динамики СЭП при вариации параметров объекта (моментов инерции барабанов). Данная настройка была предложена профессором В.М. Шестаковым и состоит в следующем: в контур, настроенный на симметричный оптимум (СО), вводится параллельная коррекция так, чтобы передаточная функция контура с учетом данной коррекции соответствовала настройке на оптимум по модулю (ОМ).

Передаточная функция звена параллельной коррекции будет

Ч,(р)=2.(10Т1Эр + 1)(0ДТпр + 1)' О)

Контур скорости тяговой секции ввиду достаточно большого значения механической инерционности настраивается на СО.

Упругие связи 2-го рода оказывают существенное влияние на динамику СЭП кабельных линий. При этом возникает задача эффективного подавления упругих колебаний юу0 на ОУ и ПУ. Рациональным решением данной задачи в

СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля является введение параллельной ПД - коррекции \У13(р) с передаточной функцией

(2)

т,,р+1

гол/г-Тп-р.-к 1 I т -т.

и параметрами

"" ю.р4к,-к,

на вход РС.

Коррекция \У,2(р) надежно подавляет упругие колебания, стабильно работает в условиях изменения параметров системы и реализуется предельно просто.

При прямом регулировании натяжения кабеля в качестве регулятора натяжения (РН) целесообразно применить "скорректированный" ПИ - РН с передаточной функцией

т;р+1п (4)

т0р-(т,р + 1)

и параметрами (1-я ступень оптимизации АСРН)

2" т =_±МЧ_ (5)

0 Т Р ' ^ '

что обеспечивает частоту среза контура натяжения ас0 = ,

где £у0- коэффициент демпфирования упругих колебаний 2-го рода.

В ряде случаев полученное быстродействие АСРН оказывается недостаточным по требованиям технологии, что предопределяет необходимость введения в АСРН коррекции для подавления упругих колебаний 2-го рода. Среди приемлемых видов коррекции наиболее эффективной является параллельная ПД - коррекция с передаточной функцией (2) и параметрами

20л/2 • к 1

к»-Т^-соу0 10-<ву0

введенная на вход РС.

В данном случае параметры РН с передаточной функцией (4) выбираются по формулам (2-я ступень оптимизации АСРН)

2к 8-ку-кф

Ро=;—=-; т» т-Г"

к, 'Тд-со,, Тм£ • соу0

при обеспечении частоты среза

Основными возмущениями на электроприводах ОУ и ПУ являются изменения момента сопротивления А(Хи, скоростей смежных секций Дум0 и радиуса барабана . На тяговой (ведущей) секции основным возмущением является изменение момента сопротивления

Экспериментальные исследования действующей СЭП ЭКЛ "ЕХ - 80", составляющей часть производственного комплекса "Оптен - Кабель", выявили, что возмущение, вызванное изменением радиуса барабана , оказывает наиболее существенное влияние на динамику СЭП.

В ряде работ в качестве средства подавления рассматриваемых возмущений предлагается введение соответствующих инвариантных каналов или применение устройства компенсации инерционных масс (УКИМ). Однако, для компенсации возмущения требуется соответствующая идентификация Рб, что требует применения дополнительных технических средств.

Следовательно, возникает задача синтеза такой эквивалентной коррекции, которая позволила бы подавить как упругие колебания 2-го рода, так и колебания натяжения, обусловленные возмущающими воздействиями.

В результате исследования взаимосвязанной СЭП частотным методом была получена передаточная функция такой коррекции

= (0,8Твр + 1)(0,4Тюр + 1)(0,08Ткэр +1)' (8)

Данная коррекция, содержащая 2-ю производную в зоне резонанса ,

вводится с выхода датчика натяжения на вход PC вместо коррекции WK2(p)

Имитационное моделирование СЭП на ЭВМ, а также экспериментальные исследования на действующей линии подтвердили эффективность предложенной модифицированной ПД - коррекции \Ую(р) как в СЭП с косвенным, так и в СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля.

Третья глава посвящена имитационному моделированию и исследованию динамики автоматизированных ЭП ЭКЛ на ЭВМ с использованием приложения "^тиИпк" программного пакета "Matlab".

В соответствии с разработанным в главе 1 математическим описанием построены структурные имитационные модели взаимосвязанных СЭП ЭКЛ с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля. Показано, что полученные модели могут быть использованы для исследования динамики линий в заданном множестве технологических режимов с учетом вариации параметров систем.

Разработана методика многофакторного имитационного моделирования СЭП, базирующаяся на поэтапном исследовании и достижении требуемых динамических характеристик систем. В ходе имитационного моделирования установлено, что оптимизированные СЭП с прямым и косвенным регулированием натяжения в целом удовлетворяют технологическим требованиям, предъявляемым при производстве оптоволоконных кабелей.

Однако, при проектировании высокопроизводительных линий рассматриваемого класса предпочтение следует отдавать СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля, что обусловлено следующим:

- в данных СЭП отклонения натяжения в переходных режимах, а также динамические ошибки по скорости и натяжению при возмущающих воздействиях ниже, чем в СЭП с косвенным регулированием натяжения;

- СЭП с прямым регулированием натяжения обеспечивает лучшую работу линии при вариации параметров кабеля.

Выполнено исследование динамики СЭП при основных возмущающих воздействиях, а также осуществлена апробация предложенных способов коррекции СЭП на имитационных моделях. Установлено, что возмущения на секциях ОУ и ПУ, а также изменения скорости ведущей секции оказывают существенное влияние на динамику взаимосвязанной СЭП. Возмущение может быть вызвано эксцентриситетом барабана, неравномерностью намотки кабеля на барабане, а также переходом от текущего слоя кабеля к последующему в процессе перемотки. В первом случае изменение может быть описано гармоническим сигналом, а во втором и третьем случаях имеет ступенчатый характер.

При имитационном моделировании СЭП в среде "81шиЦпк" целесообразно рассматривать упрощенный цикл работы экструзионной линии, состоящий из трех этапов: 1 - разгон до рабочей скорости; 2 - перемотка кабеля на рабочей скорости; 3 - торможение.

Время реального цикла работы линии составляет несколько десятков минут. При имитационном моделировании продолжительность каждого этапа работы была принята равной 10 секундам. Таким образом, общее время цикла составило 30 секунд.

На рис.3 представлены графики переходных процессов на секции ПУ при прямом регулировании натяжения кабеля до и после введения корректирующих устройств. Графики 1 и 3 соответствуют ступенчатому изменению радиуса барабана Др8 = 2 % на 15-й секунде имитационного цикла. Графики 2 и 4

соответствуют гармоническому изменению радиуса барабана.

В результате проведенных исследований подтверждена эффективность коррекции как в СЭП с прямым, так и с косвенным регулированием натяжения кабеля при действии возмущений и вариации параметров системы. При этом величина отклонений натяжения снижается приблизительно на 35%, что позволяет добиться требуемого качества функционирования СЭП.

Рис.3. Переходные процессы по натяжению между тяговой секцией и ПУ до (а) и после (б) введения корректирующих устройств и W,^э

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям динамики действующей ЭКЛ. В качестве объекта исследований выбрана линия "ЕХ-80", являющаяся частью производственного комплекса "Оптен - Кабель".

В процессе исследований проведено экспериментальное определение основных параметров линии, выполнена оценка вариации параметров СЭП, а также исследована динамика линии "ЕХ-80" с косвенным регулированием натяжения кабеля. При этом выявлены наиболее существенные возмущающие воздействия.

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что динамика оптимизированной линии с косвенным регулированием натяжения в целом удовлетворяет требованиям при производстве оптоволоконного кабеля. Однако, возмущения, действующие на линии, приводят к существенным отклонениям натяжения, в особенности между тяговой секцией и секцией ПУ.

С целью более точного поддержания натяжения кабеля на секциях ОУ и ПУ в структуру СЭП введены микропроцессорные РН с параметрами, синтезированными выше. Выполнено исследование динамики оптимизированной СЭП с усовершенствованной структурой. Сравнительный анализ полученных результатов для СЭП с косвенным и прямым

регулированием натяжения позволяет сделать вывод о повышении качества работы взаимосвязанной СЭП линии после введения прямого регулирования натяжения кабеля.

Даны рекомендации по реализации модифицированной ПД - коррекции на базе программируемого контроллера, что обеспечивает:

- простоту режимной настройки параметров коррекции;

- возможность включения коррекции в общую структуру управляющей

программы АСУ линией.

Лфи,%1

•5 ........У........i........i........i........[

-10'-1-1-'-'-'-1-'-'-'--►

0 500 1000 15£0 2000 2500 3000 3500 4000 4500 ТОО

б) t>C

Рис.4. Переходные процессы по натяжению между тяговой секцией и ПУ при косвенном регулировании натяжения кабеля (а) и при прямом регулировании натяжения после введения модифицированной ПД - коррекции

WK3 (б)

Введение в структуру СЭП на секциях ОУ и ПУ предложенной коррекции Wig дало возможность уменьшить отклонения натяжения, вызванные возмущающими воздействиями, на 25% и добиться желаемого качества функционирования линии. В целом введение прямого регулирования натяжения и применение предложенных средств коррекции СЭП позволило снизить отклонения натяжения между смежными секциями линии "ЕХ-80" приблизительно на 45%.

Соответствующие осциллограммы переходных процессов для секции ПУ представлены на рис.4, где четко видны колебания натяжения, вызванные эксцентриситетом барабана с кабелем, а также переходом от текущего слоя намотки кабеля к последующему.

Сходный характер динамических процессов, полученных в ходе экспериментов на действующей линии и при компьютерных исследованиях математических моделей СЭП, доказывает адекватность разработанного математического описания и правомерность рекомендаций по оптимизации взаимосвязанной системы.

Пятая глава посвящена разработке АСУ ТП ЭКЛ. В данной главе сформулирован подход к построению современных АСУ непрерывно-поточных агрегатов, основанный на интеграции управления различными процессами, характерными для кабельных линий, в единой управляющей программе, что позволяет существенно снизить затраты на создание АСУ ТП, обеспечить эффективное ведение технологической базы данных и интеграцию АСУ ТП в единую информационную сеть предприятия. Принимая во внимание существенное количество аналоговых сигналов с датчиков, а также большую протяженность кабельных линий, для создания АСУ целесообразно применение распределенных систем на базе модулей удаленной связи с объектом (УСО).

Выполнен сравнительный анализ существующих в настоящее время программно-аппаратных платформ, в результате которого произведен выбор средств для создания АСУ современной ЭКЛ. Наиболее полно отвечающими предъявляемым требованиям были признаны контроллеры серии 1-7000 южнокорейской фирмы "ICP-Das" и SCADA - система "Good Help", разработанная фирмой "Икос" (Москва). Серия 1-7000 была признана наиболее подходящей для создания АСУ ТП линии, поскольку модули этой серии являются наиболее дешёвыми, не уступая модулям других серий по функциональности.

Предложена классификация SCADA - систем (рис.5), а также разработаны рациональные алгоритмы функционирования ЭКЛ в заданном множестве режимов (рис.6), которые использованы для написания управляющей программы АСУ ТП.

На базе выбранных программно-аппаратных средств и с использованием созданных алгоритмов функционирования разработана АСУ ТП линии. Полученные результаты внедрены на производственной базе компании "Оптен - Кабель" при модернизации АСУ ТП ЭКЛ "ЕХ-45", а также при

Локальные Распределенные Иерардаческие

По типу аппаратной платформы

1ВМ - совместимые платформы

М • несовместимы«! платформы

1 1п(е1 ] 1 А1те1 | | У1А } |нроооо| Г'уах. 1 1' я'&бооо]

Универсальные тсго-Эсайа

8САОА-системы системы

5са0в • системы топлтио-экергетичесжно _комплекса_

, 8са0а • системы м егал пурги ческой промышленности

5еа<1а- системы

кабельной промышленности '

По типу программной платформы

ОС общего назначения

I

ОС реального времени

[М5УУ|Пйо*г»Н ЦпЫ || НР-ЦХ | Г ОЫХ 11УхУУоЯ<ё1] 0880001

По степени ииюграции

По степени

ОТфЫТОСТИ

высокой степени I Средней степени I Нижой степени [ интеграции } | интеграции |1 иктетрации |

Высокой степени! Г Средней степени [ Низкой степени открытости 11 открытости 11 опфытост

Рис.5. Классификация БСАБА - систем

разработке систем управления линии наложения бронепокрытия "БМ-18/400" и линии окраски оптического волокна "ЛЦМ-400".

Применение предложенного подхода к созданию АСУ ТП линий кабельного производства, а также использование SCADA - системы "Good Help" дало возможность существенно сократить затраты на разработку, обеспечило базу для создания единой информационной сети предприятия, а также позволило создать качественный человеко-машинный интерфейс диспетчера (оператора).

Кроме того, в данной главе выполнены исследования проблемы, связанной с недостаточной точностью поддержания заданного диаметра кабеля на этапах разгона и торможения линии, что актуально при производстве тонких кабелей, так как предельно допустимые отклонения диаметра при этом значительно ниже. В частности при диаметре кабеля 2,5 мм допуск составляет ±0,05 мм. Указанные обстоятельства приводят к излишнему расходу дорогостоящих материалов.

Проведенные исследования показали, что при линейном изменении скорости двигателя экструдера расход пластиката изменяется нелинейно, что обуславливает отклонения диаметра кабеля на этапах разгона/торможения линии.

Для решения указанной задачи разработана новая структура программного задатчика скоростей (ЗС) секций, реализующего нелинейное изменение скорости двигателя экструдера при линейном изменении скорости ведущей секции. Применение разработанного ЗС на ЭКЛ "ЕХ-45" позволило добиться требуемого качества функционирования линии и снизить затраты на сырье.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным научным результатом диссертации является разработка, исследование и внедрение на производстве автоматизированной системы многодвигательного электропривода ЭКЛ с прямым регулированием натяжения кабеля, а также создание и внедрение современной АСУ ТП.

Существенные научные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Получены нормированные структурные схемы (НСС) ЭМС линий с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля. НСС характеризуются высокой физической наглядностью и являются основой для комплексного исследования динамики ЭМС агрегатов рассматриваемого класса. Адекватность полученных моделей подтверждена в процессе экспериментальных исследований на действующих ЭКЛ.

2. Установлены закономерности вариации параметров упругих колебаний 2-го рода для отдающего (ОУ) и приемного (ПУ) устройств в процессе

перемотки кабеля, а также при изменении скорости линии и расстояния между смежными секциями. Показано, что увеличение скоростей поточных линий и сокращение межсекционных промежутков является рациональным как с точки зрения повышения их производительности, так и улучшения динамического поведения систем.

3. Разработаны способы коррекции взаимосвязанных СЭП линий с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля. Отмечено, что в СЭП с широким изменением параметров объекта целесообразно применять настройку контура скорости на скорректированный оптимум, что обеспечивает высокое быстродействие и стабильность работы системы при внешних и внутренних (параметрических) возмущениях.

4. Проведены исследования частотным методом динамики взаимосвязанной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля при основных возмущениях, действующих на линиях. Синтезирована модифицированная ПД - коррекция, введение которой в СЭП позволяет эффективно подавить упругие колебания 2-го рода, а также снизить колебания натяжения кабеля, вызванные различными возмущениями.

5. Разработаны структурные имитационные модели и методика многофакторного исследования СЭП линий с прямым и косвенным регулированием натяжения кабеля. Показано, что разработанные модели обеспечивают адекватный анализ динамики взаимосвязанных СЭП линий в заданном множестве технологических режимов при учете вариации параметров систем.

6. Выполнено исследование динамики СЭП при основных возмущающих воздействиях. Установлено, что возмущения, вызванные изменением радиусов барабанов с кабелем на секциях ОУ и ПУ, а также изменением скорости ведущей секции, оказывают существенное влияние на динамику взаимосвязанной СЭП.

7. Исследована динамика действующей линии "ЕХ-80" (предприятие "Оптен - Кабель") с косвенным регулированием натяжения кабеля в процессе производства различных типов продукции. Проведено экспериментальное определение основных параметров ЭМС, выявлены наиболее существенные возмущения, действующие на линии.

8. С целью более точного подержания натяжения кабеля на секциях ОУ и ПУ линии "ЕХ-80" в структуру СЭП введены микропроцессорные РН и модифицированная ПД - коррекция, что позволило снизить динамические отклонения натяжения кабеля приблизительно на 45% и обеспечить требуемое качество работы оптимизированной СЭП.

9. Сформулирован рациональный подход к построению современных АСУ ТП непрерывно-поточных агрегатов кабельного производства. Создана классификация SCADA - систем, а также разработаны эффективные алгоритмы и управляющие программы ЭКЛ. Внедрение предложенных рекомендаций на объекте позволило сформировать распределенную систему управления,

обеспечивающую требуемое функционирование линии в заданном множестве режимов, прямое регулирование натяжения кабеля на секциях ОУ и ПУ, а также качественный человеко-машинный интерфейс диспетчера.

10. Выполнены экспериментальные исследования процесса наложения полимерной оболочки на этапах разгона и торможения ЭКЛ. Анализ полученных данных показал, что нелинейность характеристики расхода пластиката оказывает существенное влияние на точность поддержания диаметра кабеля. Разработана новая структура программного задатчика скоростей (ЗС) секций. Применение предложенного ЗС на линии "ЕХ-45" ("Оптен - Кабель") позволило добиться требуемого качества вырабатываемой продукции и снизить затраты на дорогостоящее сырье.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Ермаков К.А. Разработка и оптимизация секционного электропривода переменного тока бумагоделательной машины. Современное машиностроение: Сборник трудов молодых ученых. Вып.4.-СПб.: Изд. С.-Петербургского института машиностроения, 2002.

2. Шестаков В.М., Ермаков К.А. Построение систем электропривода экструзионных кабельных линий. Современное машиностроение: Юбилейный сборник научных трудов. Вып.5.-СПб.: Изд. С.-Петербургского института машиностроения, 2003.

3. Ермаков К.А. Исследование и оптимизация СЭП автоматизированных линий по производству оптоволоконного кабеля. Сборник трудов XXXII недели науки СПбГПУ, 2003.

4. Ермаков К.А. Выбор программно-аппаратной платформы для создания АСУ ТП экструзионной кабельной линии. Записки горного института. -СПб.: Изд. С.-Петербургского горного института, 2004.

5. Построение и оптимизация многодвигательных электроприводов экструзионных кабельных линий. // Грант Министерства Образования РФ №А0З-3.14-326,2004.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать ОР/ОМО?, формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л (О Тираж /И? . Заказ .

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

"2055 3

РНБ Русский фонд

2005-4 21859

Введение

Глава 1. Разработка математического описания СЭП поточных линий по производству оптоволоконных кабельных изделий

1.1. Требования, предъявляемые к электроприводам экструзионных линий по производству оптоволоконной кабельной продукции

1.2. Построение автоматизированных электроприводов экструзионных кабельных линий

1.3. Математическое описание много двигательного электропривода экструзионных кабельных линий

1.3.1. Уравнения динамики электропривода отдающего устройства

1.3.2. Математическая модель электропривода отдающего устройства с косвенным регулированием натяжения кабеля

1.3.3. Динамические характеристики механической части электроприводов отдающих устройств

1.3.4. Математическая модель электропривода отдающего устройства с прямым регулированием натяжения кабеля

1.3.5. Математические модели электроприводов приемных устройств

1.3.6. Построение НСС взаимосвязанного электропривода экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля

1.4. Эквивалентные математические модели СЭП экструзионных кабельных линий

1.5. Оценка вариации параметров упругих колебаний 2-го рода

Выводы по 1-й главе

Глава 2. Оптимизация СЭП поточных линий по производству кабеля

2.1. Общие замечания 5 О

2.2. Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с косвенным регулированием натяжения кабеля

2.3. Оптимизация динамики СЭП отдающих и приемных устройств с прямым регулированием натяжения кабеля

2.4. Оптимизация динамики СЭП тяговой секции

2.5. Оптимизация процессов пуска и торможения экструзионных кабельных линий

2.6. Оптимизация динамики экструзионных кабельных линий по возмущающим воздействиям 61 Выводы по 2-й главе

Глава 3. Имитационное моделирование и исследование многодвигательных ЭП поточных линий по производству оптоволоконных кабельных изделий

3.1. Общие замечания

3.2. Разработка и исследование имитационной модели взаимосвязанной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля

3.2.1. Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию

3.2.2. Исследование СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля по возмущающему воздействию

3.2.3. Исследование динамики СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля при вариации параметров рб и ТмГ

3.3. Разработка и исследование имитационной модели взаимосвязанной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля

3.3.1. Исследование СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля по управляющему воздействию

3.3.2. Исследование СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля по возмущающему воздействию

3.3.3. Исследование динамики СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля при вариации параметров рб и Тм

Выводы по 3-й главе

Глава 4. Диагностика и экспериментальные исследования СЭП экструзионной кабельной линии

4.1. Экспериментальное определение параметров секционных ЭП

4.1.1. Определение механических постоянных времени

4.1.2. Определение параметров упругих колебаний 1-го и 2-го рода

4.2. Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с косвенным регулированием натяжения кабеля

4.3. Экспериментальное исследование динамики оптимизированной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля

4.4. Введение в СЭП специальных корректирующих устройств

Выводы по 4-й главе

Глава 5. Разработка АСУ ТП экструзионной кабельной линии

5.1. Проблематика АСУ ТП и диспетчерского управления

5.2. Уровни АСУ ТП. Общая характеристика SCADA - систем

5.3. Выбор программно-аппаратной платформы для создания

АСУ ТП кабельной линии. Классификация SCADA - систем

5.4. Рациональный подход к построению АСУ экструзионных кабельных линий

5.5. Разработка алгоритмов управления и управляющей программы АСУ ТП экструзионной кабельной линии

5.6. Разработка программного задатчика скоростей секций 163 Выводы по 5-й главе

В современном мире телекоммуникации и связь играют все большую роль. Растут потребности в скоростях и объемах передачи информации. Если еще 5 лет назад объемы измерялись килобитами и мегабитами, то, вступив в новый век, актуальными стали являться только гигабитные технологии. В связи с такими тенденциями развития появилась потребность в надежных высокоскоростных каналах передачи данных, наиболее перспективными из которых являются оптические. Это привело к существенному увеличению использования оптоволоконного кабеля при построении сетей за последние пять лет, и рост, по мнению аналитиков, будет сохраняться.

Технологический процесс производства оптоволоконного кабеля состоит из ряда операций, основными из которых являются:

1) Вытяжка оптического волокна;

2) Окраска оптического волокна;

3) Производство оптических модулей;

4) S-Z — скрутка оптических модулей вокруг силового элемента (стальная проволока или стеклопруток);

5) Нанесение первичной полимерной оболочки;

6) Бронирование кабеля силовыми элементами (стальная проволока, высокомолекулярные арамидные пряди или стеклопруток);

7) Нанесение наружной полимерной оболочки.

Оптический модуль представляет собой изготовленную методом экструзии полимерную трубку, внутри которой располагаются скрученные между собой оптические волокна.

В зависимости от конструкции кабеля операции бронирования и наложения оболочки могут повторяться несколько раз. Существуют кабели, конструкция которых не предусматривает силовых элементов, в частности это кабели, предназначенные для внутренней прокладки в помещениях, в кабельной канализации, трубах и т.д., а также кабели, присоединяемые к внешним силовым элементам [70]. Такие кабели имеют только одну полимерную оболочку. г

Большая часть стадий производства оптоволоконного кабеля связана с нанесением оболочки методом экструзии. Для выполнения данной операции служат экструзионные кабельные линии, относящиеся к широкому классу агрегатов непрерывно-поточного действия.

Стремление к повышению производительности за счет увеличения рабочих скоростей, а также повышение требований к качеству продукции выдвинули ряд новых проблем перед разработчиками автоматизированных электромеханических систем (ЭМС) экструзионных кабельных линий по производству оптоволоконной кабельной продукции.

Существующие в настоящее время в ряде фирм автоматизированные линии по производству данного вида кабеля не всегда удовлетворяют предъявляемым технологическим требованиям, что приводит к повышенному браку продукции. Таким образом, задача исследования функционирования многодвигательного электропривода экструзионных кабельных линий, улучшения качественных показателей его работы, а также повышения производительности является весьма актуальной.

Для производства кабеля производители часто используют оборудование зарубежных фирм, таких как Rosendahl, Nextrom, Hitec, Fusion и т.д. Как правило, это целые линии для производства кабеля, со своими автоматизированными системами управления (АСУ) и четко определенными параметрами. Однако стоимость такого оборудования весьма высока и составляет от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов, причем значительную часть стоимости при этом составляет система управления линией. В настоящее время в России практически отсутствуют фирмы, занимающиеся производством линий кабельного производства в целом, однако существует возможность приобретения отдельных агрегатов s кабельного производства (экструдеров, гусеничных и колесных тяг, приемных и отдающих устройств и т.д.). При этом возникает задача создания системы управления кабельной линией.

Следует также отметить, что задача разработки системы управления также актуальна в связи с потребностью в модернизации устаревших систем, которые все еще применяются на производстве и часто не отвечают современным технологическим требованиям, а также требованиям безопасности.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка, исследование и внедрение на производстве автоматизированной системы электропривода (СЭП) экструзионной кабельной линии с прямым регулированием натяжения кабеля, а также разработка современной АСУ ТП экструзионной кабельной линии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработка рационального математического описания ЭМС экструзионных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля с учетом характеристик механических передач и вырабатываемого кабеля;

- разработка способов оптимизации динамики СЭП поточных линий по производству кабеля с учетом действующих возмущений;

- проведение многофакторного имитационного моделирования и исследование многодвигательных ЭП (МЭП) поточных линий на ЭВМ с применением современных программных пакетов (Simulink);

- диагностика и экспериментальные исследования МЭП на объекте;

- разработка и внедрение АСУ экструзионной кабельной линией с учетом реализации прямого регулирования натяжения кабеля;

- модернизация СЭП действующей в ООО "Оптен - Кабель" высокопроизводительной экструзионной кабельной линии.

Некоторые из перечисленных задач решались в работах профессора Санкт-Петербургского института машиностроения В. М. Шестакова [32, 33, 76, 77, 78, 79], в работах, проводимых В.Н. Егоровым [32, 33], Г.М. Ивановым [35], а также в работах ряда зарубежных авторов. Кроме того, необходимо отметить труды в областях, близких к исследуемой: это системы с упругими связями и непрерывно-поточные агрегаты бумагоделательной промышленности. Здесь большая роль принадлежит таким ученым, как В. М. Шестаков [32, 33, 76, 77, 78, 79], Ю. А. Борцов [9, 10, 11, 12, 13], В. Л. Вейц [18, 19, 20, 21], С. А. Ковчин [42, 43], Г. Г. Соколовский [66].

При исследовании и решении вышеизложенных задач, а также для экспериментальной проверки и внедрения полученных результатов, за основу была взята экструзионная кабельная линия "ЕХ-80", являющаяся частью производственного комплекса ООО "Оптен" (Санкт-Петербург).

Данная линия предназначена для нанесения изоляции на кабели с номинальными диаметрами от 6 до 30 мм.

Настоящая диссертационная работа охватывает исследование комплекса режимов функционирования экструзионных кабельных линий, таких как пуск, работа в установившемся режиме и торможение.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, которые выносятся на защиту:

1) Рациональное математическое описание взаимосвязанных систем электропривода (СЭП) экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля с учетом взаимосвязи электрических и механических факторов и вариации режимов функционирования.

2) Закономерности вариации параметров электромеханических систем (ЭМС) в процессе производства различных типов кабеля; оценка степени влияния наиболее существенных возмущений на динамику СЭП.

3) Способы оптимизации динамики взаимосвязанных СЭП экструзионных кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля при основных возмущениях, действующих в системе.

4) Оригинальная структура программного задатчика скоростей агрегатов экструзионной кабельной линии, применение которого позволило добиться требуемой точности поддержания диаметра кабеля на этапах разгона и торможения линии и снизить расход дорогостоящих материалов.

5) Новый подход к созданию АСУ ТП кабельных линий, основанный на интеграции управления различными процессами, характерными для кабельных линий, в единой управляющей программе, что дало возможность существенно снизить затраты на создание АСУ ТП, обеспечить эффективное ведение технологической базы данных и интеграцию АСУ ТП в единую информационную сеть предприятия.

6) Эффективные алгоритмы управления, на базе которых разработана распределенная АСУ ТП экструзионной кабельной линии, реализующая требуемое множество режимов работы, прямое регулирование натяжения кабеля на секциях отдающего и приемного устройств, качественный человеко-машинный интерфейс оператора.

Полученные в диссертационной работе результаты были использованы при модернизации взаимосвязанной СЭП экструзионной линии "ЕХ-80", при модернизации системы управления экструзионной линии "ЕХ-45", а также при разработке систем управления линии бронирования кабеля "БМ 18/400" и линии цветовой маркировки оптического волокна "ЛЦМ-400". Получены акты практического использования результатов работы.

Работа выполнена в рамках гранта Министерства Образования РФ (шифр гранта: АОЗ-3.14-326).

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXII неделе науки СПбГТУ (2003 г.), секции ЭМС МЭА (2004 г.), ежегодной научно-практической конференции СПбГИ (ТУ) (2004 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры ЭТ, ВТ и А СПбИМаш.

По работе имеется 5 публикаций.

Выводы по 5-й главе

1. Выполнен сравнительный анализ существующих в настоящее время программно-аппаратных платформ для создания АСУ ТП, в результате которого произведен выбор средств для создания АСУ современной кабельной линии.

2. Сформулирован общий подход к построению современных АСУ непрерывно-поточных агрегатов кабельного производства. Отмечено, что для создания АСУ целесообразно применение распределенных систем на базе модулей удаленной связи с объектом (УСО). Показано, что выбранные программно-аппаратные средства наиболее полно отвечают предъявляемым требованиям.

3. Разработаны рациональные алгоритмы функционирования экструзионных кабельных линий в заданном множестве режимов, которые легли в основу написания управляющей программы АСУ ТП.

4. Выполнены экспериментальные исследования процесса наложения полимерной оболочки на этапах разгона и торможения экструзионной линии. Установлено, что нелинейность характеристики расхода пластиката оказывает существенное влияние на точность поддержания диаметра в указанных режимах работы линии. В результате анализа проведенных исследований разработана новая структура программного задатчика скоростей (ЗС) секций. Применение разработанного ЗС на экструзионной кабельной линии "ЕХ-45" (ООО "Оптен - Кабель") позволило добиться требуемого качества функционирования СЭП и снизить затраты на дорогостоящее сырье.

5. На базе выбранных программно-аппаратных средств и с использованием созданных алгоритмов функционирования разработана АСУ ТП кабельной линии. Полученные результаты внедрены на производственной базе ООО "Оптен - Кабель" при модернизации АСУ экструзионной кабельной линии "ЕХ - 45", а также разработке систем управления линии наложения бронепокрытия "БМ-18/400" и линии окраски оптического волокна "ЛЦМ-400". Применение предложенных рекомендаций по созданию АСУ ТП автоматизированных линий кабельного производства позволило существенно сократить затраты на разработку, а также обеспечило базу для формирования единой информационной сети предприятия. Использование SCAD А — системы "Good Help" дало возможность создать качественный человеко-машинный интерфейс оператора.

Заключение

Основным научным результатом диссертации является разработка, исследование и внедрение на производстве автоматизированной системы многодвигательного электропривода экструзионной кабельной линии с прямым регулированием натяжения кабеля, а также разработка и внедрение современной АСУ ТП на высокопроизводительной кабельной линии.

Существенные научные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Получены НСС электромеханических систем кабельных линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля. НСС характеризуются высокой физической наглядностью и являются основой для комплексного исследования динамики электромеханических систем агрегатов рассматриваемого класса. Адекватность полученных моделей подтверждена в процессе экспериментальных исследований на действующей экструзионной кабельной линии.

2. Установлены закономерности вариации параметров упругих колебаний 2-го рода для отдающего и приемного устройств в процессе перемотки кабеля, а также при изменении скорости линии и расстояния между смежными секциями. Показано, что увеличение скоростей поточных линий и сокращение расстояния между смежными секциями является рациональным как с точки зрения повышения их производительности, так и улучшения динамического поведения взаимосвязанных систем.

3. Рассмотрены принципы и разработаны способы оптимизации динамики взаимосвязанных СЭП линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля. Отмечено, что в электроприводах с широким изменением параметров объекта целесообразно применять настройку контура скорости на скорректированный оптимум, что обеспечивает высокое быстродействие и стабильность работы СЭП при внешних и внутренних (параметрических) возмущениях.

4. Проведены исследования частотным методом динамики взаимосвязанной СЭП с прямым регулированием натяжения кабеля при основных возмущениях, действующих на экструзионных кабельных линиях. В результате исследований синтезирована модифицированная ПД -коррекция, введение которой в СЭП позволяет эффективно подавить упругие колебания 2-го рода, а также снизить колебания натяжения кабеля, вызванные различными возмущениями.

5. Разработаны имитационные модели и методика многофакторного исследования СЭП линий с косвенным и прямым регулированием натяжения кабеля. Показано, что разработанные модели могут быть использованы для исследования динамики взаимосвязанных СЭП кабельных линий в заданном множестве технологических режимов при учете вариации параметров систем.

6. Выполнено исследование динамики СЭП при основных возмущающих воздействиях. Установлено, что возмущения, вызванные изменением радиуса барабана с кабелем на секциях ОУ и ПУ, а также изменением скорости ведущей секции оказывают существенное влияние на динамику взаимосвязанной СЭП.

7. Исследована динамика действующей экструзионной кабельной линии "ЕХ-80" (ООО "Оптен") с косвенным регулированием натяжения кабеля, в процессе производства различных типов кабельной продукции. Проведено экспериментальное определение основных параметров ЭМС экструзионной кабельной линии. В ходе исследований выявлены наиболее существенные возмущающие воздействия, действующие на линии.

8. С целью более точного подержания натяжения кабеля на секциях ОУ и ПУ линии "ЕХ-80" в структуру СЭП введены микропроцессорные регуляторы натяжения и модифицированная ПД - коррекция. Применение прямого регулирования натяжения кабеля, а также предложенных средств коррекции позволило снизить динамические отклонения натяжения кабеля, вызванные действующими в системе возмущениями приблизительно на 45 % и, таким образом, обеспечить требуемое качество функционирования оптимизированной СЭП.

9. Сформулирован рациональный подход к построению современных АСУ ТП непрерывно-поточных агрегатов кабельного производства. Создана классификация SCADA — систем, а также разработаны эффективные алгоритмы и управляющие программы экструзионных линий. Внедрение предложенных рекомендаций на объекте позволило сформировать распределенную систему управления, обеспечивающую требуемое функционирование линии в заданном множестве режимов, прямое регулирование натяжения кабеля на секциях отдающего и приемного устройств, а также качественный человеко-машинный интерфейс диспетчера (оператора).

10. Выполнены экспериментальные исследования процесса наложения полимерной оболочки на этапах разгона и торможения экструзионной линии. Анализ полученных данных показал, что нелинейность характеристики расхода пластиката оказывает существенное влияние на точность поддержания диаметра в указанных режимах работы. В результате проведенных исследований была разработана новая структура программного задатчика скоростей (ЗС) секций. Применение разработанного ЗС на экструзионной кабельной линии "ЕХ-45" (ООО "Оптен") позволило добиться требуемого качества вырабатываемой продукции и снизить затраты на дорогостоящее сырье.

Полученные в диссертационной работе результаты были использованы при модернизации взаимосвязанной СЭП экструзионной линии "ЕХ-80", при модернизации системы управления экструзионной линии "ЕХ-45", а также при разработке систем управления линии бронирования кабеля "БМ 18/400" и линии цветовой маркировки оптического волокна "ЛЦМ-400". Получены акты внедрения и практического использования результатов работы.

1. Автоматизированое проектирование систем управления. / Под ред. М.Джамшиди, Ч.Дж.Хергета. / Пер. сангл. В.Г.Дунаева, А.Н.Косилова М.: Машиностроение, 1989.

2. Александров А.Г., Артемьев В.М., Афанасьев В.Н., Ашимов А.А. и др. Справочник по теории автоматического управления. М.: Наука, 1987.

3. Андриевский Б. Р., Фрадков A. J1. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. СПб.: Наука, 1999.-467 с.

4. Андриевский Б. Р., Фрадков A. J1. Элементы математического моделирования в программных средах MATLAB 5 и Scilab. СПб.: Наука, 2001.-286 с.

5. Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний. 2-е изд. М.: Физматгиз, 1959.

6. Анисимов С.А., Зайцева И.С., Райбман Н.С. и др. Технология системного моделирования. М.: Энергоатомиздат, 1983.

7. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами. JL: Энергоиздат, 1982.

8. Болонкин В.Е., Чипаев П.И. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ: Алгоритмы и программы. М.: Радио и связь, 1986.

9. Борцов Ю. А. Математические модели автоматических систем. Л.: ЛЭТИ, 1981.

10. Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. -288 с.

11. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Тиристорные системы электропривода с упругими связями. Л.: Энергия, 1979.

12. Борцов Ю.А., Суворов Г.В. Методы исследования динамики сложных систем электропривода. Л.: Энергия, 1966.

13. Борцов Ю. А., Суворов Г. В., Шестаков Ю. С. Экспериментальное определение параметров и частотных характеристик автоматизированных электроприводов. Л.: Энергия, 1969.

14. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. М.: Высшая школа, 1990.

15. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. Москва, 1961.

16. Вавилов А.А., Имаев Д.Х. Машинные методы расчета систем управления. Учебное пособие. Л.: ЛГУ, 1981.

17. Вавилов А.А., Имаев Д.Х., Плескунин В.И. и др. Имитационное моделирование производственных систем. М.: Машиностроение, 1983.

18. Вейц В. Л., Бейлин И.Ш., Меркин В.М., Петров В.М. Динамика и оптимизация механизмов с гибкими связями. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.

19. Вейц В. Л., Вербовой П. Ф., Кочура А. Е., Куценко Б. Н. Декомпозиционные методы расчета динамических характеристик электромеханических приводов. Киев: ИЭД, 1984. — 45 с.

20. Вейц В. Л., Коловский М. 3., Кочура А. Е. Динамика управляемых машинных агрегатов. М.: Наука, 1984. 351 с.

21. Вейц В. Л. Динамика машинных агрегатов. М.: Машиностроение, 1969.

22. Гультяев A. MATLAB 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows. М.: Корона принт, 2001.

23. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. СПб: Питер, 2000.

24. Динамика машин и управление машинами.: Справочник / Под ред. Г. В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

25. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления: Перевод с английского. М.: Бином, 2002.

26. Дьяконов В.П. Mathcad 2001. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2001.

27. Дьяконов В.П. Simulink 4. Специальный справочник. СПб: Питер, 2000.

28. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя. М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 567 с.

29. Дьяконов В. П., Абраменкова И. В. MATLAB 5.0/5.3 — система символьной математики. М.: 1999. — 633 с.

30. Дьяконов В.П., Круглов В.В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. — 448 с.

31. Дэбни Дж., Харман Т. Simulink 4. Секреты мастерства. М.: Бином, 2003.

32. Егоров В. Н., Шестаков В. М. Динамика систем электропривода. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 214 с.

33. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Современные методы расчета динамики замкнутых САУ электроприводами, учебное пособие. Л.: 1982.34.3агальский Л.Н., Зильберблат М.Э. Частотный анализ систем автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1968.

34. Иванов Г.М., Никитин Б.К. Автоматизированный электропривод агрегатов непрерывного действия. М.: Энергоатомиздат, 1986.

35. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Радио и связь, 1987.

36. Ицкович Э.Л., Соловьев Ю.А., Мурзенко И.В. Опыт использования открытых SCADA-программ. Промышленные АСУ и контроллеры., №11,1999.

37. Кирьянов Д. Самоучитель Mathcad 2001. СПБ.: BHV-Петербург, 2001.

38. Клюев А.С., Колесников А.А. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию. М.: Энергоиздат, 1982.

39. Ковалев С. Н. К методике имитационного моделирования систем массового обслуживания., www.gpss.ru.

40. Ковалев С.Н. К применению информационно-компьютерных технологий в математическом моделировании систем. Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.: МАДИ, 2001.

41. Ковчин С. А. Основные вопросы теории и принципы построения точных систем электропривода. Диссертация на соискание учёной степени доктора техн. наук. JI.: ЛПИ, 1973. — 890 с.

42. Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода: Учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 2000.-496 с.

43. Коловский М. 3. Динамика машин. Л.: Машиностроение, 1989. — 264 с.

44. Корнеева А.И. ПТК и SCADA-системы на отечественном рынке промышленной автоматизации. Промышленные АСУ и контроллеры., №12, 1999.

45. Куперман М.А. О некоторых тенденциях развития АСУТП Промышленные АСУ и контроллеры., №3,1999.

46. Куцевич Н.А. SCADA-системы. Взгляд со стороны. Промышленные АСУ и контроллеры., №1, 1999.

47. Куцевич И. В. SCADA-системы. Стратегия клиентских приложений. Мир компьютерной автоматизации, №1, 2001.

48. Куцевич И. В., Григорьев А. Б. Стандарт ОРС путь к интеграции разнородных систем. Мир компьютерной автоматизации, №1, 2001.

49. Леонов Г. А., Буркин И. М., Шепелявый А. И. Частотные методы в теории колебаний. СПб.: СПбГУ, 1992.51 .Макаров.Е. Инженерные расчеты в MathCAD. Учебный курс. СПб.:. Питер, 2003.

50. Марков А.А. Моделирование информационно-вычислительных процессов: учебное пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 г.

51. Матвейкин В.Г., Фролов С.В., Шехтман М.Б. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов. М: Машиностроение, 2000. 176с.

52. Материалы сайта компании ИКОС: www.ipc2u.ru.5 5. Морозове кий В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М.: Энергия, 1970.

53. Наймарк Ю.И., Коган Н.Я., Савельев В.П. Динамические модели теории управления. М.: Наука, 1985.

54. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. Под ред. А.С.Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1989.

55. Первозванский А. А., Гайцгори В. Г. Декомпозиция, агрегатирование и приближенная оптимизация. М.: Наука, 1979. 344 с.

56. Попов Е. П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978.

57. Потемкин В.Г. Система MATLAB: Справочное пособие. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997.

58. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x (в 2-х томах). М.: Диалог-МИФИ, 1999.

59. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СДАМ II / Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

60. Сильвестров А.Н., Чинаев П.И. Идентификация и оптимизация автоматических систем. М.: Энергоатомиздат, 1987.

61. Слепокуров Ю.С. MATLAB 5. Анализ технических систем: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2001.- 167 с.

62. Советов БЛ., Яковлев С.А. Моделирование систем (учебник для вузов). М.: Высшая школа, 1998.

63. Соколовский Г.Г. О возможности пренебрежения влиянием упругой связи на работу автоматической системы регулирования скорости электропривода. Электричество, 1978, №3, с.45 — 50.

64. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983. — 256 с.

65. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыкина, М. Л. Салювера. — 3-е изд., М.: Энергоатомиздат, 1982. —416 с.

66. Тарарыкин С. В., Тютиков В. В. Системы координирующего управления взаимосвязанными электроприводами. Иваново: ИГЭУ, 2000. 212 с.

67. Технические условия: ТУ 3587-009-48973982-2000. / ООО "Оптен", 2000.

68. Фролов Ю.М., Романов А.В. Автоматизированное проектирование электроприводов: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2003. 205 с.

69. Чиликин М. Г., Ключев В. И., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. — 616 с.

70. Шварце X., Хольцгрефе Г.-В. Пер. с нем. А.П.Фомина Использование компьютеров в регулировании и управлении. М.: Энергоатомиздат, 1990.

71. Шенфельд Р., Хабигер Э. Автоматизированные электроприводы. / Пер. с нем.; Под ред. Ю. А. Борцова. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

72. Шестаков В.М. Автоматизированные электроприводы бумаго- и картоноделательных машин. М.: Лесная промышленность, 1978.

73. Шестаков В.М. Регулируемые электроприводы отделочных агрегатов целлюлозно-бумажной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1982.

74. Шестаков В. М., Егоров В. Н. Типовые замкнутые системы автоматического управления. Л.: СЗПИ, 1979. — 70 с.

75. Шестаков В. М., Поляхова В. А. Методология, математическое и программное обеспечение САПР много двигательных электроприводов непрерывно-поточных агрегатов. Тезисы доклада в кн. 75 лет отечественной школы электропривода. СПб.: СПбГЭТУ, 1997.

76. Штейнберг Ш.Е. Идентификация в системах управления М. Энергоатомиздат, 1987.

77. Ямпольский Д.С., Орлова Т.А., Решмин Б.И. Определение динамических параметров электропривода постоянного тока. М.: Энергия, 1971.

78. D. Johnson. Data Acquisition Systems Fit Wide-Ranging Applications / Control Engineering №1, 2004.

79. Gary A. Mintchell. HMI/SCADA Software-More than Pretty Pictures / Control Engineering №12, 2002.

80. Han Seong Son, Kee-Choon Kwon, Junbeom Yoo, Sungdeok Cha. Formal Verification of FBD-Based PLC Software at Software Design Phase / www. salmosa.kaist.ac .kr.

81. IEC (International Electrotechnical Commission), IEC Standard 61131-3: Programmable controllers -Part 3, 1993.

82. Mark T. Hoske. Choose the right programming language / Control Engineering №7,2003.

83. SQL Server Magazine / www.windowsitpro.com88. www.citect.com89. www.iconics.com90. www.qnx.com91. www.wonderware.com