автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка структур, моделей и алгоритмов управления глиноземным производством

РГЗ

Г> п

I; ! 9

На правах рукописи

ПОТАПОВА ТАТШШ БОРИСОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРЖОТ, МО/ЩЛЕЯ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ГЛИНОЗЕМШМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Специальность 05.13.07 Автоматизация тегшологическик процессов и производств (промыппенность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени . доктора технических наук

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ 1995

Рабата выполнена о АО "Всероссийский алиииниево магниевый институт" (ВАМИ, г.С.-Петербург* Россия и в АО "Павлодарский алюминиевый завод" (ПАЗ» г. Пав' лодар» Казахстан)*

Официальные оппоненты! доктор технических наук, профессор Кондрашсова Г.А., доктор технических наук, профессор Рулышв А.А., доктор технических наук» профессор Харазов В.Г.

Ведущая организация (предприятие) - АО "Центральны!; научно-исследовательский институт комплексной автоматизации" (ЦНИИКА, г. Москва)

на заседании диссертационного совета Д.063.15.09 при С.-Петербургском горном институте по адресу! 199026, С.-Петербург, 21 линия, дон 2, ауд.6309.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С.-Петербургского горного института.

Защита состоится в

Учении секретарь диссертационного совет

А.К.Орлов

/

ГГП В.ЫИ. Зйк. 246 Глр. ЮО 2. 11.05

ОБЩАЯ КАРЖГЕШЛЗШ РАШШ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Диссертация посвящена системный исследованиям глиноземного производства как объекта автоматизированного многоуровневого управления.

В последние годы в промышленности быстро осваивают распределенные системы автоматизации! контроллеры реализуют Функции автоматического 'управления? пульту управления с цветными мониторами представляют информацию . технологическому персоналу всех уровней иерархии,. изменяя прежние носители информации• , Специальные пакеты инженерного проектирования (т.н. конфигураторы) позволяют за несколько месяцев (против нескольких лет раньше) спадать математическое и информационное обеспечение средней системы с 1000 датчиками. Быстро развивающиеся системы с искусственник интеллектам (в т.ч. экспертные) позволяли* автоматизировать отдельные трудно Формализуемые операции диагностики технологических ситуаций» ситуационного управления и про-* ектирования систем автоматизации. Но узким звеном, препятствующим быстрому освоению экспертных систем» являются процедуры инженерного получения исходных знаний (моделей представления знаний).

Таким образом, современные технические и программные средства резко расширили границы автоматизации непрерывных производств, вовлекли в эту сферу все иерархические уровни 'чёлоееко-машшного управления непрерывными технологическими- процессами во всем спектре их Функций. Законы развития бсль-^ ыих систем требуют синхронного перевода на качественно более высокий уровень не только степени их контактности с внеиней средой и степени управляемости, но и сложности и степени понимания систем; т.е. требуют новых моделей представления знаний об объектах и алгоритмах управления. Большая Форнали-загхия и материализация этих знаний позволит уменьшить долю интуитивных решений при разработке оь'цг«-

системного, алгоритмического и информационного обеспечений, уменьшить число итераций| обеспечить высокую скорость создания систем автоматизации и их высокую эффективность и надежность.

Наибольший ущерб неразработанность этих проблем приносит сложным в управлении непрерывным производствам (глиноземное относится к их числу) и подсистемам представления информации персоналу верхних иерархических уровней, где требуется сжатие исходной информации на несколько порядков.

До начала проведения защищаемой работы были исследованы лишь отдельные проблемы и научные подходы к созданию интегрированной системы автоматизации глиноземного производства. Были хорошо изучены структуры! модели и алгоритмы для текущего (НЦУ и супервигнорного) автоматизированного управления отдельными технологическими процессами. Для самого верхнего уровня иерархического управления была сформулирована обвдая постановка задачи управления производством с целью минимизации переменной части себестоимости готового продукта (глинозена) при ограничении на его качество и количество и разработана математическая модель стационарной свази потоков и концентраций о производстве, пригодная для статической оптимизации его концентрационного рваима«

Глиноземное производства, управляемое людьми с помощью средств автоматизации не рассматривали как единый инерционный механизм, компенсирующий воздействие внешней среды совокупностью взаимосвязанных разноуровневых и р ¿^нефункциональных подсистем управления. Б частности, поэтому не были разработаны важнейшие для практики научные подходы и методики создания рациональных иlзpapxичfзc^cиx систем отображения технологической информации и обеспечения надежности Функционирования интегрироваиной АСУ, как большой человеко-машинной системы.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - получение научных и методических результатов, дающих инженерам разработчикам и проектировщикам современных систем автоматизации в глиноземном производстве совокупность новых знаний, представлений и навыков, которые поз-

валили бы им создавать системы с болев высоким» потребительскими свойствами к в более короткие сроки, чей прежде.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ - системное исследование структур 1 моделей и алгоритмов иерархического человеко-машинного управления технологическими процессами в глиноземном производстве со степеныо подробности! достаточной дли достижения поставленной цели исследований.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ. ' Для достижения намеченной цели потребовалось решить следующие задачи!

1-Проанализировать используемые в промышленной практике и описанные в специальной литературе системы автоматического й ручного управления технологическими процессами производства глинозема на всех уровнях иерархии? проанализировать их сходство и различие с системами управления в, других непрерывных производствах в связи .с осЬбеннастпни глиноземного производства»

2-Изучить структуры и методы иерархического управления производством, выполнить вербальное» структурное и математическое описание объектов и под-\ систем управления.

3.Разработать алгоритмы автоматического контроля и управления, технологическими процессами в составе интегрированной АСУ! разработать методические подходы к проектировании ИАСУ, Формализующие отдельные операции разработки общесистемного и математического обеспечений.

4«Показать в ' промышленных,условиях эффективность полученных научных и методических результатов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ. Для решения поставленных задач был выбран ■ комплексный метод исследований, сочетающий в себе элементы системного анализа, использование разнотипных моделей систем и объектов управления (структурные, математические и Фреймовые; детериииирооанные и эмпирические? динамические и статические? нелинейные и линейные? топологические, графовые, семиотические) и методов их идентификации (замкнутые и разомкнутые» поисковые и беспоисковые, стохастическая аппроксимация,

нелинейное программирование), экспериментальные исследования (специальные эксперименты на действу-щих промышленных объектах и пассивное наблюдение за ними, моделирование с помощью специально разработанных и универсальных пакетов программ на ПЭВМ)I математическую обработку результатов экспериментов (регрессионный» спектральный анализ и т.п.), систематизацию результатов наблюдений н разработанных автором и другими специалистами структур» моделей и алгоритмов управления, сопоставительный анализ материалов научных исследований и производственных данных по проблеме.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ состоит:

- в получении и обосновании структуры управления технологическими процессами глиноземного производства, удобной для проектирования и эксплуатации современной интегрированной АСУ и состоящей из 16 (функциональных блоков, располагающихся па четырех иерархических уровнях ?

- в разработке для трех верхних уровней структур, моделей и алгоритмов управления концентрационными режимами технологических участков и переделов и оперативного управления потоками и запасами на них,

- в классификации используемых структур и алгоритмов управлении потоками и концентрациями на ии-апви иерархическое уровне, о получении для этого уровня методики структуризации комплекса взаимосвязанных подсистем управления и "новых" универсальных алгоритмических модулей;

- в обосновании методики разработки математической модели для плохо Формализуемого координационного управления технологическим участком, как базы знаний для применении экспертной системы, и в получении алгоритмов сжатия информации о координационном управлении, пригодных для обеспечения рационального уровня надежности автоматизированного управления производством;

- в разработке методических подходов к созданию рациональных иерархических систем отображения информации на мониторах технологического персонала.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Полученные ре-

эультаты имеют практическое значениеt • 1•появление нового уровня понимания управления глиноземным производством (новые модели) создает предпосылки для повышения уровня знаний разработчиков и проектировщиков систем автоматизации?

2.новые методы и подходы к проектировании современных многоуровневых систем автоматизации позволяют увеличить скорость проектирования систем и улучшить их потребительские свойства!

3.указанные Факторы позволяют в итоге поеысить техника-экономичаские показатели действующего производства?

4.разработанные математические модели разноуровневых подсистем управления являются базой для создания методического и математического обеспечений класса-треная;а и подготовки персонала управления технологическими процессами производства глинозема всех иерархий.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ <ЕЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. Материалы диссертации докладывались на 25 всесоюзных, областных, республиканских и международных научно-технических конференциях и семинарах,. в т.ч. на. IX Всесоюзном совещании по проблемам управления (Ереван, 19S3), на. 111 Всесоюзном совещании по надежности и эффективности АСУТП и АСУП (Суздаль, 1984), на Всесоюзной научно-техни-ческои конференции "Методология измерений" (Ленинград, 1991), на Международной конференции АПЭП-94 (Новосибирск, 1994)на Международной конференции АЗП-95 (С-Петербург, 1995).

Содержание диссертации отражено в 77 научных работах, 53 из них напечатана в центральных журналах, трудах научно-исследовательских институтов и сборниках тезисов докладов конференций и семинаров! имеется S авторских свидетельств на изобретения СССР.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке и модернизации автоматизированных управляющих и информационных подсистем на трех действующих глиноземных заводах (ПАЗ, г.Павлодар, Казахстан? АГК, г.Ачинск, Риссия? НГЗ, г.Николаев, Украина) и двух проектируемых (БАЗ-2, г.Крас-

- Б - . . _ .

натурьинск, Россия? ЭТВА, Греция). Основная апробация - на ПАЗе, он работает па параллелыш-после-дивателъной схеме Бзиер-спеканив, что обеспечивает применимость большинства полученных для него результатов и для других заводов. Специальная техническая экспертиза на ПАЗе показала следумцу» оценку промышленного внедрения результатов работы автора! суммарный годовой экономический эффект в 1976-90 г.г. составил 3.3 клн-руб. СССР, экономия переменных затрат оценена в 3-Е) млрд.рос.руб. в 1991-94 v.r. и аналогично в последующие годы. Основной источник экономии - снижение затрат сырья и энергоносителей, увеличение производительности основного технологического персонала; улучшены также социальные и эргономические условия его работы.

ОБЪЕМ U СТРУКТУРА РАБОТЫ. Работа состоит из введения, девяти содержательных разделов и заключения. Она содержит 298 страниц машинописного текста, 56 рисунков, В таблиц, одно приложение. Список литературы включает 251 наименование, относящееся к тепе диссертации.

Во введении (раздел 1) дана общая характеристика работе, обоснована ее актуальность, сформулированы цель работы, основные защищаемые положения и ее практическая ценность, приводятся сведения об апробации и использовании результатов работы и о личном вкладе азтора в раыеиао проблемы.

Е разделе 2 списаны особенности глиноземного производства как объекта автоматизированного многоуровневого управлЕния и полученная в результате декомпозиции задачи управления всем производством структура системы улрааления. В разделе 3 систематизированы результаты научно-проактичегасих работ по исследований, разработке и моделированию подсистем высокочастотного хорошо формализуемого управления технологическими процессами на уровне участковых опраторов (АСУТШ. Раздел 4 посвящен методике структуризации комплекса подсистем высокочастотного управления концентрациями, потоками и запасами . В разделе 5 списаны модель объекта координа- " ционного управления технологическим участком, методика ев получения и примеры практических прило-

жений, а такие методика обеспечения рационального уровня надежности человеко-мдишшого управления производством•

Раздел ь содержит описание структуры управления гидрохимическим циклом получения глинозема на уровне сменного диспетчера производства и математических моделей, полезных для управления им. Раздел 7 посвящен подсистемам низкочастотного управления концентрационными реиянаии. на уровнях руководителей производства и участкоз и их математическому моделированию. Аналогично содержание раздела В для оперативного управления потоками и запасами» В разделе 9 изложены принципы разработки иерархических Фреймовых моделей„управляемого глиноземного производства и принципиальное содержания видеокадров и их Фрагментов для технологического персонала всех уровней. В разделе 10 описано использование результатов работы в промышленной практике.

3 заключительном, разделе 11- приведены общие выводы и рекомендации.

Автор искренне признательна профессору Э.А.Иц-ковичу за консультации, и критику при выполнении

диссертационной работы и профессору И.В.Аевину

за многолетнее плодотворное сотрудничество.

0СШЭ2Е ЗШ№Е№Е ПО/ЕЕЕНЯЯ

1. СТРУКТУРА ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛИНОЗЕМНЫМ ПРОИЗВОДСТВАМ, ВКЛЮЧАЩАЯ В СЕБЯ 12 ПРОБЛЕМНЫХ БЛОКОВ, 4 БЛОКА КООРДИНАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ДЕЙСТВУЮЩИХ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУ.

Исходными прототипами при разработке рациональной структуры управления технологическими процессами глиноземного производства послужили две структуры. Одна является типовой для многих непрерывных производств! оперативное управление цехами и производствами - оперативное управление технологическими переделами - динамическая стабилизация параметров технологических режиков- На двух верхних ступенях рЕшамт задачи статической оптиниза-

- 10 -

ции, корректируй с периодом dt нескольких часов до нескольких суток задаваемую для нштей ступени производительность переделав и hmtojc аппаратов и заданные значения технологических параметров.

Глшюзенпоа производство обладает особенностями, которые препятствуют использованию этой структуры! большие запасы веществ в незавершенном производстве ,(в десятки рая превышают их суточные количества на выходе), многочисленные возвратные потоки полупродуктов (переносят нассы веществ в несколько раз больше, чем прямые патоки), время прохождения веществ через основные гидрохимические переделы з несколько раз больше времени прохождения через разделяющие их буферные емкости и сопоставима с периодами измерения состава получаемых на переделах полупродуктов и периодами наиболее мощных составляющих возмущений со стороны состава сырья и характеристик оборудования (быстро зарастает, его часто выводят на чистку).

Вторая структура разработана для глиноземного производства (автор - М.В.Левин). В ней три основных блока! статическая оптимизация концентрационных режимов с целые минимизации переменных затрат S, динамическая стабилизация относительна избранных уставок режимных показателей, а также блок ситуационного управления, корректирующий при необходимости эти уставки и производительность переделов и ниток. В этот блок были объединены все процедуры оперативного, диспетчерского и координирующего управлений, алгоритма которых не были строго Формализованы.

В диссертации выполнены исследования характеристики глиноземного производства и декомпозиция общей многокритериальной задачи управления,- имеющей главной целью нинииизацию затрат Q(n) n-ых сырьевых материалов и.энергоносителей (С(п) - их цены), относимых к количеству G готового продукта, и главным ограничение ПВП на выпуск продукции (t -текущее время, Т - период интегрирования, dBlI -допуск на точность выполнения ограничения)!

jf|pC(n)* Q(w,t)*dt / fG< t)*dt -> rain, (1)

T r

- 11 -

ПВП - dBD < /G(t)«rit '< ПВП + сШП. (2) т

При решении этой задачи в команды управления исполнительными и запорными органами и приводами-силовых механизмов преобразуются внешние требования Í ВТ) к производству. Декомпозиция проводилась неформальными методами с использованием концепций многоуровневых иерархических систем.

В результате получена структура (рисунок), которая состоит из 16 блоков, располагающихся на четырех иерархических уровнях" операторы участков (ОУ), сменный диспетчер производства f ДПí f руководители участков (РУ) и рукойодитель производства (РП) (один участок объе^шает несколько технологических переделов). Девять блоков двух верхних уровней решают задачи низкочастотного управления со средним периодом 1 сутки, семь остальных - высокочастотные задачи (с периодом Формирования управляющих воздействий в каскадах от нескольких секунд до 2-4 часов). В разработанной структура -четыре типа управлений." управление концентрационными режимами <"Р"), оперативное управление потоками и запасами ("П"), управление состоянием оборудования ("С"), координационное управление ("К").

Управление концентрационными режимами разделено на три разноуровневых блока РП..Р, РУ.Р, 04.Р, первый и третий блоки взяты из второго прототипа (отмечены на рисунке "*"). По сравнению прототипом вввден промежуточный блок РУ.Р. Он преобразует по динамическим законам Формируемые в РП.Р (минимизация S при учете технологического регламента ТР и ограничений ПКП на качество продукции.) заданные значения режимных показателей производства в уставки для подсистем динамической стабилизации режимов отдельных переделов и аппаратов (ОУ.Р).

Для реализации функций оперативного управления потоками и запасами определены иесть блоков. В отличие от первого прототипа они работают на всех иерархических уровнях (ив только на верхних) и используют разные методы (нэ только статическую оптимизацию). На верхнем уровне один блок РП.П1 по алгоритмам ■ статической оптимизации формирует

и ащ {¡л< -

но«

унр -1-К2 К

Упр —м«

тргшм©««.

|»» Зга-К-тмм р

тигшоа иги»—«е

-ца состоя-кигн ая-

пюгсмпкм шдосггезд

П

С

(ЖЗ

шш

дзл.к «о

ВТ:

РП.И «С» И!. Е>«

М.К <Ф> 1П5.Р

СУ . Р«

айл

ьа-э© гл.оз» рп.т рга.с

ДЩ.П \

пар

145 .С

\

СУ . .П1—(.©и .С

Нспелиптельииа г-сгщ^кг^«"^?^ П?>»»яогг>» смло-м аппоинл!: орсата ' глада« иакшшал-и»,

Ст{т«гир« шфшзягетшя гфо%?з:;идосгион

ои ЛС <ф

Толстая стрелка на каждой уровне - координаци онное воздействие иа подсистемы этого уровня»

уровни управления: ОУ - сиенние операторы участков, дп - сиеиный диспетчер производства, ру - руководители участков, рп - руководитель производства,

-.13 -

заданную производительность для гидрохимических цепей переделов и участков печей, разделенных от-нисителыга большими буферами, с учетом плана ПВП на выпуск продукции (глинозема). Другой блок РП.П2 управляет по динамическим законам запасом реагента в кольце гидрохимических переделов, его команды - уставки блоку РУ.р, Блок РУ.П оптимизирует (максимизация показателей ГШ Фазовых переходов л перерабатываемых полупродуктах) низкочастотное распределение нагрузки между параллельными нитками аппаратов на переделах и использует при этом метода статической оптимизации. Результаты оптимизации - номинальные соотношения показателей V ренинов работы ниток. Блок ДП.П с учетом полученного от-РП.П1 задания определяет текущий произ-водительнаоть гидрохимических цепей! вариационное управление нагрузкой выбранного задающим передела в цешь На нижнем уровне блок 0У.П1| динамически синхронизирует с этой нагрузкой производительность остальных переделов. И, наконец, высокочастотный блок 0У-П2 также по динамическому закону распределяет между нитками заданную нагрузку^ с учетом сформированных в РУ.П номиналов отношений У на переделах выщелачивания, сгущеиия, промывки \с постоянно работающими нитками)•

Три блока участвуют в управлении оборудованием. Блок РП-С . преобразует календарный план ПВР восстановительных работ в текущий план, блок РУ«С Формирует суточный график останова оборудования в ремонт, на чистку и в резерв и пуску в работу с учетом текущего плана и задании па производительности отдельных участков (выходы блока РП.П1), блок ОУ.С реализует этот график, а также команды на выходе блока 0У.П1, касающиеся периодически работающих ниток (Фильтры, мельницы).

Очевидна взаимосвязь всех вышерапсмотренных проблемных блоков и решаемых в них них задач. Разделение их в данной структуре выполнено по относительно слабым в пространстве и времени связям. Условно назовем указанные задачи управления принципиально Формализуемыми, рациональная степень их Формализации уменьшается снизу вверх по уровням

- 14 -

иерархии. "На нижнем она колеблется от 30'А до 70'/, (для разных заводов, качественная оценка), на верхнем целесообразна автоматизация только процедур подготовки исходной информации.

Для обеспечения жизненности такого разделения в структуру введены четыре блока-координатора < 00•К♦ ДП.К, РУ.К, РП.Ю| па одному на ка&деш уровне иерархии. Эти блоки соединяют разорванные связи и обеспечивают выполнение общей (единой) тюга-коердинатной задачи управления производством и его участками (включая выполнение норм на частость нарушения технологического регламента), а такие связь с внешней средой. Координационное управление для сложного глиноземного производства плохо формализуемо и ниже условно называется таковым»

Разработанная структура опробована при проектировании новых и модернизации действующих заводов, а 'также при эксплуатации действующей АСУ на ПАЗе. Отличие ее от хшцеуказаш-алх прототипов обеспечила учет особенностей глпппзвинога производства.

2. СТРУКТУРЫ, ПОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ В ПОДСИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ, ЗАПАСАМИ И КОНЦЕНТРАЦИЯМИ НА ТРЕХ ВЕРХНИХ ИЕРАРХИЧЕСКИХ УРОВНЯХ', ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЙ НЕ ТОЛЬКО АЛГОРИТМЫ СТАТИЧЕСКОЙ ЛИНЕЙНОЙ И НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ, НО И АЛГОРИТМЫ СТОХАСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ И ВАРИАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ•

До выполнения настоящей работы было известно! <а) карты технологического контроля на глиноземных заводах предусматривают периодический контроль за суммарный запасам Мс реагента (каустической соды) в производстве? (б) потери реагента с отвальным шламом компенсируют • поддозировкай к патоку оборотного раствора свежей каустической соды и (или) подачей боксита в • ветвь спекания при ее наличии; (в) признаками ненормативного управления запасом реагв.нта могут служить сигналы наруиения уровней в буферных емкостях. Однако часто причины„ появления этих сигналов имеют другую природу -например, ненормативная синхронизация производительности смешных переделов.

- 15 -

Впервые выполненные «¿таран исследования позволили поставить специфическую для глиноземного завода задачу низкочастотного управления запасом реагента в незавершенном производстве Сблгас РП.П2), разработать структуру и модели управления им«. Показано, что эта задача решается методами динамической стохастической стабилизации. Периоды появления возмущений (колебания потерь реагента во внешним среду, восстановительные.работы на емкостном оборудовании, колебания концентрационного режима производства) сопоставимы с динамикой каналов управления и периодами Формирования управляющих воздействий. Длительность- пребывания реагента в кольце переделов - 15 суток, в буферных емкостях - 1-5 суток. Объект астатичен по каналам передачи управлений и основных возмущений. Обоснована цель управления - минимизация отклонения от нуля нормированного значения L6 так называемого "буферного" запаса реагента: (•

/£ШЬ)12 * dt -> min, (3)

т

а также алгоритм расчета L6, функции текущих ,и предельно допустимых уровней и показателей состава растворов и суспензий в буферных емкостях кольца. Чем блиав L6 к нулю, тем меньше вероятность нарушения заданных концентрационных режимов из-за ненормативной дозировки реагента в кольцо переделав»

Показано, что стабилизация L6 реализуется в трех разночастотних каскадах управления с примечанием в качестве промежуточной стабилизируемой относительно нуля величины Ln (фушеция уровней и показателей состава растворов и суспензий в буферных емкостях кольца и в аппаратах на чистке). Каскады различаются областями 'пропускания частот в Фильтрах обратной связи, управляющими воздействиями (дебаланс потока оборотного раствора меаду его буферами и аппаратами на чистке, корректировка графика восстановительных работ, внешним ввод реагента в процесс) а компенсируемыми возмущениями.

Исследованы алгоритмы получения осведомительной информации в контурах обратной связи и кпипан-

- 16 - -сации возмущений. Выполненное впервые натематичес-кое моделирование статических и динамических характеристик подсистемы управления запасом реагента показало зависимость выбора целесообразного способа его ввода от соотношения цен на сырье и энергоносители и весьма неблагоприятную динамику стабилизации запаса реагента при использовании ветви спекания. Эти результаты использованы при модернизации соответствующих подсистем ИР^У.

Для многих непрерывных производств характерной являетг-э задача оперативного управления производительностью цехов и участков с применением методов статической линейной оптимизации» Считалось , что для глиноземного производства эта задача неспецифична, поскольку основные гидрохимические переделы производства разделены буферными емкостями с вреиенем пребывания вещества в них, всреднен в несколько раз иекьи^м, чей время его пребывания и аппаратах переделок. Действительно, для чисто.байеровского завода при стабильных условиях поставки сырья и отгрузки глинозема решение этой задачи иалоактуально. Однако в СНГ многие заводы работают, используя ветви спекания. В этой случав на заводе появляются технологические участки и группы участков, разделенные относительно большими буферами, и проблемы оперативной оптимизации их производительности на уровне руководителя производства становятся актуальными

Выполненные в работе исследования динамики движения материалов через буферы и переделы показали возможность постановки и решения нетодзии статической линейной оптииизации задачи оперативного управления производительностью завода (блок РП.П1). Разработана принципиальная математическая модель управления, пригодная для формирования плановых заданий на период Тп (1 сутки и более) для гидрохимических цепей Байера и спекания и нескольких участков завода (кальцинация, спекание и приготовление шихты), исследованы способы получения исходных данных для управления и идентификации модели, сформулирован критерий качества управления:

а1*|Гвп-ПВП| + а2* ¡Fnn-Fni.í 0)J + аЗ* JZ-Z< uíj ->

-> min (4)

<Гвп - расчетный выпуск продукции за период Тп? Fnn, Fnn(O) - расчетная средняя за Тп и Фактическая на начало Тп производительность печных переделов; Z, 2<н) - расчетные и-номинальные значения нескольких важных качественных характеристик работы гидрохимических цепей, Функций их производительности; ali а2, аЗ -весовые коэффициенты)«

Результаты выполненных исследований использованы для проектирования специализированного программного .пакета - инструмента руководителя производства при выборе и анализе управляющих решений.

Наиболее исследованной из всех подсистем управления на уровне руководителя производства была подсистема . оптимизации концентрационных режимов производства (блок РП.Р) с цель» минимизации удельных (на 1т глинозема) затрат ч(п) сурья и зпер-носаителЕЙ, средних за расчетный' период!

В = С(м) * q(n) -> rain. (5)

п.

Были- разработаны варианты статических моделей СИП глиноземного производства, описывающих балансовые и регрессионные зависимости между потоками и концентрациями и предназначенных для решения задачи концентрационной оптимизации. Однако промышленная практика показала, что возлагавшиеся на эти модели надежды не оправдались. Для объяснения этого автор исследовала структуру подсистемы и необходимые условия концентрационной оптимизации производства и получила следующие новые результаты.

(А) Существуют такие соотношения цен на сырье и энергоносители, при которых соответствующие минимальна возможным затратан S значения показателей XX химического состава полупродуктов (например, каустический модуль и концентрация алмминат-ного раствора) находятся за границей технологического регламента. Области этих соотношений цен замкнутые, без разрывов и имеют определенную пространственную ориентации, границы их зависят от типа технологической схемы и реашиоп производства.

- 18 -

(Б) Нелинейность модели» представленной по преимуществу балансовыми уравнениями, моделирование циркуляционных пото5 зв и требование идентичности фактически наблюдаемый величинам не только составляющих себестоимости, но и отдельных промежуточных величии затруднили использование известных методов идентификации. Разработана специальная методика идентификации такой модели.

(В) Анализ параметров статических взаимосвязей в производстве, их сопоставление с параиатра-мм и взаимосвязями известных автору моделей СМП и анализ результатов нх практических применений и их точности позволили установить, что существует предел рациональной (для использования в блоке РП.Р) сложности модели - примерно 300 математических уравнений и формул расчета расходов и показателей состава получаемых на участках полупродуктов и составляющих затрат Б и и/^нтификации модели Однако и эта сложная модель может служить весьма ограниченным инструментом руководителю производства, описывая "30'/,' требуемых взаимодействий.

(Г) Показано, что необходимыми условиями для выработки руководителем производства рациональных решений являются: ( 1) аппроксимация изменяющихся во времени внешних возмущений Ни (основные из них - колебания показателей состава сырья) и параметров Р модели постоянными числами на расчетный период; (б) обеспечение нормативного уровня нарушений в работе остальных подсистем управления? (в) включение в СМП, используемую в блоке РП.Р, упрощенных моделей работы всех других блоков. Оценками точности СИП олуаат мары несовпадения Фактических и моделируемых значений параметров ее состояния - составляющих себестошюсти (СЩ), удельных (на единицу получаемого полупродукта) расходов сырья и энергоносителей на участка« (Д) и показателей Фазовых переходов (ПП). Исходя из этого первостепенными ¡задачами, решаемыми в блоке РП.Р, определены оперативное оценивание динамики измене-, ниа величин Пи, Р, Ой, <5, ПП с помощь» конфигурируемых инженерными методами моделей косвенного оценивания (шелшчают в себя системы балансовых

- 19 -

уравнений) и динамики уровня нарушений в подсистемах управления с помог?.» специальны*. показателей.

Вышеописанные результаты позволили определить группы подзадач, для которых может быть использована детерминированная статическая модель производства (методы их решения опробованы в заводской практике), а также сформулировать техническое задание на поиск целесообразных пакетов инженерного конфигурирования, пригодных для создания современных подсистем автоматизации низкочастотного уровня управления«

До выполнения защищаемой работы считали, что уставки Х(з) для подсистем стабилизации технологических параметров X' (блок ОУ-Р) Формируются на верхнем уровне в блоке РП-Р. . Задачи, решаемые в блоке РУ-Р руководителями участков при преобразовании выходов ХХ(з) блока РП-Р во входы Х(з) блока ОУ.Р не исследовали. [

В ходе структурного анализа способов управления технологическими параметрами для одного завода было показана, что кратность увеличения в блоке РУ.Р количества входных .зеличин ХХСз) в количество выходных Х(з) составляет 6.5. Показано, что лишь для четверти всех подсистем стабилизации величин X (как правило, температурные показатели) годится равенство Х(з)=ХХ(з). Для остальных X (концентрации, плотность, электропроводность и т.п.) необходимы дополнительные динамические преобразования, связанные с разной природой, спгсо-бом и местом измерения величин XX и Х> Дело в том, что большая инерционность основных технологических процессов и затрудненный контроль вынуждают использовать для текущего управления процессами в блоке ОУ.Р результаты измерения не величин XX, а некоторых промежуточных параметров X (например, XX показатели химического состава готового обескрвмненпого раствора, X - необескремненного? XX - весовое отношение асидкого к твердому в суспензиях, X - их плотность).

Впервые поставлена задача низкочастотной стабилизации основных показателей XX химического состава промежуточных продуктов глиноземного произ-

- 20 -

водства относительно заданных значений ХХ(з)

■ /[XX(t) - XX<3)]2*dt -> min (6)

Т

и Формировании с периодом ~1 сутки управляющих воздействии - изменений уставок Жз) для подсистем высокочастотного управления. Экспериментами на математических моделях и в промышленных условиях доказано, что автоматизация контуров обратной связи с применением динамических алгоритмов нецелесообразна? однако рациональны автоматизация контуров компенсации отдельных наиболее мощных возмущений и использование статистических алгоритмов разладки временных рядов XX и X для своевременной диагностики изпененмя характеристик моделей их связи.

Результаты исследований использованы в действующих АСУ на участках приготовления алюминатных растворов ветвей Байера и спекания и на участке приготовления спекательной шихты.

Широко известны описываемые в литературе алгоритмы оптимального управления нагрузкой параллельных ниток аппаратов, предусматривающие использование методов линейной и нелинейной статической оптимизации с целью максимизации (минимизации) выбранного показателя эффективности на выходе всех ниток. Для основных переделов глиноземного завода эти алгоритмы не подходят из-за малости разделяющих их буферных емкостей. Описаны спасабы динамического управления нагрузкой ниток, предусматривающие стабилизацию режимного показателя У соответствующей корректировкой нагрузки F на всех нитках кроме одной, на которую нагрузка определяется общим потоком на передел, синхронизируемым с производительностью смежных переделов. Однако такой способ управления не годится для многих переделов, например, сгущения и промывки шлама и др.

В работе для этих переделов разработан метод управления нагрузкой j - ых ниток на двух уровнях! высокочастотной (блок 0У..12) и низкочастотном (блок РУ.П). Задача низкочастотного уровня сводится к выбору оптимальных значении rYj(h) соотношений rYj величин Yj для высокочастотных подсистем

- .21 -

(н - количество ниток). Цель оптимизации - обычно максимизация показателя ПП Фазового перехода!

nn(rYj(н) 1 rFj(h), j=bM) -> max, (7)

rFj(n) - соотношения номинальных производительнос-тей Fj<н) ниток, соответствующих значениям Уо'(н). Например, ПП - степень разложения раг.твора, У -его каустический модуль? ПП - степень отмывки шлама от соды, У - концентрация сады в его жидкой Фазе) при ограничениях на нагрузку ниток (Функции их состояния). Исследованы математические детерминированные модели стационарного режима процессов разложения алмпинатногп раствора и промывки шлама, пригодные для решения поставленной задачи низкочастотного управления. В результате скорректированы математическое и информационное обеспечения действующих АСУТП и разработан программный пакет имитационного моделирования процесс промывки ыла-па для использования его руководителем участка.

Перед началом работ автора основная задача, решаемая диспетчером глиноземного производства (блок ДП.П), — выполнение смешшго задания ПГ(к) по производительности РЧк) к-ых гидрохимических цепей переделов (к=1,2)!

| JF(k,t)*dt' - nF(k)j -> min, (В)

Г

была сформулирована лишь в самом общем виде- Попытки решить ее, выдавая совет сменному диспетчеру в течение сиены и используя' при этом одну Формулу (преобразует планавоэ задание и результат его выполнения с начала сиены в текущую производительность Fa(t) задающего перядела) потерпели неудачу. Причина этой неудачи оаключалась в отсутствии разработанной математической модели управления текущей производительностью гидрохимических цепей. В то же время интуитивная модель у разработчиков систем автоматизации существовала и на ев основе были разработаны и внедрены на нескольких зародах информационные диспетчерские системы..

Размеры буферных емкостей проектировщики выби-

рали (и выбирают)« основываясь на прецеденте и своем эвристическом опыте. Типичном для заводов является ситуация обнаруг-эния недостаточного объема буферов и расширения их за счет каких-либо технологических аппаратов. В отличие от некоторых других производств для глиноземного не разработаны методы проектного оценивания рациональных размеров буферных емкостей в цепях гидрохимических переделов•

В защищаемой работе с позиций многоуровневой системы управления всем производством исследована структура управления текущей производительностью кольца Байера и разработана имитационная модель для прогнозирования расходов и запасов полупродуктов в кольце переделав, сигналов их нарушений и степени выполнения планового задания. Она конфигурируется на базе 12 специализированных алгоритмических модулей и пригодна лля Формирования диспетчером управления Рз(t).

Знание математических моделей для всех трех типов ьодсистем управления (блоки РП.П2, ДП.П, 0У.П1), воздействующих на запасы в буферах кольца Байера, позволило разработать методические подходы к оценивании их целесообразного размера.

Результаты выполненных исследований служат базой для разработки технического задания на создание специализированного программного пакета имитационного моделирования, пригодного для управления текущей скорость» гидрохимической цепи переделов, и базой для создания методики проектной оптимизации запасов в буферах цепи.

3. НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СИСТЕМАТИЗАЦИИ ОПЫТА ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТКИ, МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДСИСТЕМ ФОРМАЛИЗУЕМОГО УПРАВЛЕНИЯ НА НИЖНЕМ УРОВНЕ ИЕРАРХИИ: ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДИКА ЕГО СТРУКТРУЗАЦИИ! ПЯТЬ "НОВЫХ" УНИВЕРСАЛЬНЫХ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ? ВАЖНЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

На большинстве переделов нескольких глиноземных заводов уке длительное время работают высоко-

- 23 -

эффективные подсистемы автоматизированного управления отдельными технологическими процессами (выщелачивание, сгущение, выпаривание и т.п.). Они выполняют Функции одно- и многокаскадной стабилизации (блок ОУ.Р) режимных показателей X относительна заданий Х(з)!

/CX(t) - X(3)32*dt -> min, (9)

Т

синхронизации (блок 0У.ГТ1) производительности снежных переделов с целью выравнивания нормированных значений запасов в буферах на входа < LI) и выходе (L2) каждого передела!

jCLl(t) - L2(t)32*dt -> min (10)

Г

и распределения (блок 0У.П2) нагрузки между параллельными ' j-ыми нитками аппаратов с целью стабилизации текущих соотношений rYj режимных параметров Yj относительно номинальных значений Yj'(h)!

У ¿2 CrYj(t) - pYj(н)3 *dt -> min. (11)

T </

Многие из них используют сложные алгоритмы автоматического управления, включающие десятки и сотни математических операций (алгоритмы ПИ-регулйрова-ния, математические модели технологических процессов, алгоритмы оперативной адаптации и статической оптимизации), а такве методы и алгоритмы оперативного косвенного оценивания трудно измеряемых технологических параметров.

Внедрению этих АСУТП предшествовали соответствующие научно-исследовательские работы, в отдельных случаях сопровождавшиеся разработкой специализированных (обычно детерминированных) имитационных моделей. Были разработаны методы пр: .^проектно-го оценивания точности стабилизации состава спека-тельной шихти и выбора целесообразных объемов ее гомогенизаторов с применением методов упрощенного частотного моделирования.

Проблемы модернизации действующих АСУТП на базе новой управляющей техники актуализировали сис-

- 24 -

тематизацию опыта их разработай и эксплуатации. Такая систематизация была проведена автором диссертации •

Выполнена классификация применяемых структур высокочастотного динамического управления. Выделены пять основных типов структуры стабилизирующего управления (блок ОУ.Р). Определены типовые структуры управления производительностью передела а гидрохимической цепи (блок OU.ni) и управления распределением нагрузки между нитками аппаратов (блок 0У.П2). В большинстве подсистем на входе или выходе звеньев линейного динамического управления имеются звенья нелинейного преобразования'величин.

Разработана рациональная библиотека из 110 универсальных модулей каскадного управления. Сравнением с описанными в специальной литературе библиотеками модулей автоматического контроля и регулирования выяснено, что пять модулей являются ."навыки". Два первых модуля - части алгоритма синхронизации производительности снег.ных переделов,, два других модуля - высокочастотного распределения нагрузки между нитками. Пятый модуль по специальному алгоритму обеспечивает близкий к автоколебательному режим работы подсистемы стабилизации состава спекательной шихты, каналы управления которой характеризуются быстро изменяющими коэффициентами передачи, нестационарными возмущениями, редкими измерениями состава шихты.

Использование почти для всех участков ПЛЗа при исследовании динамики высокочастотного управления пакетов универсального имитационного и частотного моделирования показало допустимость линеаризации математического описания для всех типов подсистем, но необходимость обращения в отдельных случаях к детерминированному моделированию стационарного режима управляемых технологических процессов. Установлены соотношения настроек в контуре обратной связи, подбираемые для систем управления разных типов на разных участках на минимум дисперсии при частотном моделировании и на наилучшее качество переходных процессов при временном имитационном моделировании.

- 25 -

Разработанные универсальные алгоритмические модули использованы при модернизации действующих и разработке новых подсистем управления на ПАЗе, а так^е при проектировании алгоритмического обеспечения для двух участков нового завода БАЗ-2. Исполненное с применением универсальных программных пакетов моделирование подсистем АСУТП позволила выбрать рациональные варианты их модернизации.

Оптимизация управления - центральная проблема традиционной теории управления для сформулированных в точных математических терминах задач управления. Все более широкая и глубокая автоматизация технологических процессов поставила новую проблему: структуризация многомерных задач управления сложными объектами (их основные свойства - уникальность, динамичность структуры, отсутствие формализуемой цели существования, принципиальная неполнота описания). Для отдельных к/ассов объектов наметились подходы к Формализации решения задач структуризации (Формулирование реальных задач в зиде, поддающемся решении в райках теории управления) с применением компьютерных инженерных систем (включая экспертные). Однако первичной задачей при их решении остается получение исходной модели представления знаний о структуре управления, компактно отражающей сведениясо поведении сложного объекта и рациональных методах управления им«

Структура высокочастотного управления техноло-гическини процессами глиноземного производства далеко не очевидна! несколько сотен управляемых потоков? аппаратурно-техналогическиа схемы разные на разных заводах; замкнутость производства; наличие на одном уровне разнофункциональных взаимосвязанных подсистем. Достаточно часто наблюдаются ошибки при постановке задач управления отдельными технологическими процессами.

Опыт, полученный автором при структуризации управления для нескольких глиноземных заводов, послужил основой для исследования и опробования методики инженерного синтеза комплекса взаимосвязанных подсистем высокочастотного управления. Разработанная методика включает в себя четыре после-

довательных этапа.

На первой этапе все производство представляется в виде ориентированного графа, в которой узлы - технологические переделы, а связывающие их векторные величины - характеристики потоков материалов и энергоносителем. Сначала составляется детерминированная в общем виде модель связи составляющих векторов и с ее помощь» выясняется число степеней свободы, а далее - семиотическая модель, на входе которой сигналы-признаки Со наличия степеней свободы и сигналы-признаки Ср регламентации показателей (берутся из технологического регламента). На выходе модели - выбираемые для стабилизации технологические параметры XX, количества XX и Сс одинаковы. Содержание модели - неформальное сопоставление системным инженером планов значений Сс, Ср и XX и знаний им производства. На втором этапе в трех последовательных процедурах формируется структура высокочастотных подсистем (стабилизация технологических параметров и уровней, управление производительностью переделов и ниток) на базе известной аппаратурно-технологической схемы и знаний возможностей оперативного измерения величии и управления потоками. Третий этап - проверка корректности результата структуризации. Четвертый этап - качественная оценка степени выполнения технологического регламента исходя из результатов работ трех предыдущих этапов.

Применение именно такой последовательности процедур структуризации значительна уменьшает число возможных итераций на стадиях предпроечтных исследоьаний, проектирования и наладки систсл автоматизации. Поскольку знания о сложном объекте управления - принципиально неполные, то и полученная методика структуризации системы управления им не является строго Формализованным инструментом, оставляя место для необходимого проявления творчества инженера и обуславливая применение принципиальных и знаковых (семиотических) моделей.

Разработанная методика была использована для двух действующих (ПАЗ? НГЗ) и двух проектируемых (БАЗ-2! ЭТВА, Греция) глиноземных заводов. Полу-

- 27 -

чснные структуры высокочастотного управления били исходны« материалом для разработки принципиальных схеи автоматизации, технических заданий на разработку математического обеспечения АСУ, а также планов модернизации производства.

4. ЗНАКОВАЯ СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ ДАЙ КООРДИНАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА УРОВНЕ ОПЕРАТОРА УЧАСТКА, ЯВЛЯЮЩАЯСЯ ИСХОДНОЙ БАЗОЙ ЗНАНИЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ, И ДЕТЕРМИНИРОВАННАЯ МЕТОДИКА ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ," МЕТОДИКА И АЛГОРИТМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО СЖАТИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ О КООРДИНАЦИОННОМ УПРАВЛЕНИИ "СЛОЖНЫМ" ПРОИЗВОДСТВОМ, ОБЕСПЕЧИВАЕТЕ НАДЕЖНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНТЕГРИРОВАННОЕ АСУ КАК БОЛЬШОЙ Ч ЕЛО В ЕКО -МА18МНН0Й СИСТЕМЫ.

Задачи координационного управления в иерархических системах решаются при согласовании управляющих решений как меяду уровнями иерархии, так и на одной уровне (см. рисунок). Задачи управления - многокритериальные и многомерные» Управляющие воздействия на кандои иерархическом уровне - корректировки уставок, ограничений и результатов решений в подсистемах принципиально формализуемого управления и организационные взаимодействия с персоналом сивиных участков (производств), служб и уровней иерархии. Критерии качества управления для руководителя производства Формируются из внешних требований к , управлению всем производством (Формулируются на уровни планирования работы предприятия) и требований обесиачения итатности работы управляющих подстистви (си. положение 2). Руководитель производства видоизменяет тем или иным образом эти требования, определяя их для диспетчера производства и руководителей участков. Последние Формулируют требования для операторов своих участков«

Известны методы Фориального ршгЕнмя координационных задач в иерархических системах при их четкой постановке (определены весовые коэффициенты в сводной критерии, назначены управляющие воздействия и линейные ограничения равенства и иер-згзс-ист-ва). Для сложного глиноземного, кг.к п для многих

- 2В -

других непрерывных производств, эти методы не годятся, что означает допустимость применения толысо методов ситуационного управления. При автоматизации зтого вида управления в настоящее время используют экспертные системы, помогающие человеку'диагностировать причины наблюдаемых нарушений и Формировать управляющее воздействие. Однако принципиальная невозможность адекватно воспринять с применением словесных выражений от эксперта ( технолога-оператора) его интуитивные знания о методах ситуационного управления затрудняет получение исходной базы знаний для экспертных систем.■

Б работе исследовано координационное управления участком на уровне оператора. Разработана структурная модель объекта управления. Она представляет собой две матрицы инциденций, устанавливающие соответствие между элементами внешней среды управляемого участка и элементами комплекс.-, высокочастотного формализуемого управления, а также описание этих элементов и их связей с управляющими решениями персонала данного и спешных уровней иерархии с помощью типовых структур. Разработанная методика получения модели включает в себя три процедуры .

(А) Вербальное описание требований к управлений участком (Х2 - сигналы их нарушения) и внеш-•цкх возмущающих факторов (ХП - сигналы их нештатных состояния). Составление по результатам структуризации комплекса подсистем формализуемого управлении списка этих подсистем, обозначение сигналов нарушения качества управления в них ХС.

(Е) Составление матриц инциденций Ы и 12. Первая фиксирует отношении между составляющими векторов УС1 и /(С, вторая - между составляющими ХП и ХС. Значения отношений инциденций индексируются по данным четвертого этапа структуризации Формализуемого управления.

:В) Каждой подсистеме в соответствие ставится соответствующий ев типу ориентированный граф (от-ьажает структуру подсистемы). Выходы подсистем -ХС, а входы (инцидентны к разный узлам графа) -дискретные сигналы Ш разной природыГ сигналы ХП,

- 29 -

сбои в измерительных каналах и каналах передачи управляющих воздействии, а также координационные управления (изменения режимов работы регуляторов, уставок ин, значений управляющих воздействий и ограничений на них).

На примерах показана Формальность и однозначность операций получения из структурной подали семантических цепей для диагностики причин нарушений в эксперта»: системах и для прегнозирования последствий их появления, а таюхе подходы к Формальному оцениванию информационной нагрузки на операторов.

Выполненные исследования позволили разработать специализированный программный пакет для инженерного конфигурирования структурной надели для координационного управления участком.

Инженерия знаний по определению - уменьшение большого объема сведений и знаний до строго определенного набора фактов к правпл, соответствующих Функциям и возможностям человека. Узловая ее проблема - разработка методик такого уменьшения. Создания математических моделей управления пяляется основой для получения этих методик. Наиболее очевидные методики ногут быть получены для тех сведений, которые отражают формализуемое управлении. Для координационного плохо Формализуемого управления известна методика сжатия исходных данных (дискретные сигналы нарушений) для условно "простого" в управлении производства! частоты управления 1„а верхних и нижних уровнях достаточно резко различаются (на высокочастотном работают только подсистемы динамической стабилизации, на низкочастотном - статической оптимизации), технологический регламент относительно широк и число регистрируемых за сиену нарушений на одном участке не превышает нескольких десятков. Эта методика предусматривает подачу звуковых и цветов».« сигналов появления нарушений, ведение их протокола, который затем просматривает персонал верхних уровней, а также взаимосвязанные мнемосхемы разной степени подробности с отобракавмыми в них сигналами нарушений .

В глиноземном производстве ("слсшюв" п опре-

- 30 -

■ делаемом смысле) нечеткая рааделенность частот управлении иеаду верхними и нижними уровнями, динамическая взаииосвязанность управления концентрациями и потоками при объективно жесткой технологическом регламенте (взаимообратинне процессы) создают условия для перманентно высокого уровня нарушении. Количгство сигналов нарушений почти на порядок больше, чем в "простых" производствах. Поэтому для него не годится вышеуказанная методика сжатия информации ввиду . ограниченности оперативной человеческой памяти.

Разработанная методика сжатия исходной информации о координационном управлении предусматривает (1) формирование алгоритмов расчета дискретных сигналов ХИ, Ж, ХС, Щ текущего состояния объекта координационного управления на основе диализа его структурной модели и синтаксиса этих сигналов? (2) непрерывный расчет во времени т.н. "статистик" ЕЗ - разной степени сжатости во времени и пространстве исходных дискретных сигналов; (3) дополнения традиционных приемов отображения знаковой информации отображением значений статистик.

Типы статистик для разных уровней иерархии описаны в работе, размерность величин ББ - от 0 до 100К- Наличие практически непрерывной области 5Б разной степени сжатости в пространстве и вреие-•ни позволяет отразить на экране во Фрагменте любого размера всо нарушения, произошедшие на отображаемой пространство производства за интересующий промежуток времени, точнее меру их частости в этом объеме пространство-времени. Таким образом компенсируется самая "узкая" область памяти человека - оперативная, но повышаются требования к образному, творческому мышлению управляющего персонала и увеличивается размер базы данных.

Также разработанная методика предусматривает Формирование специальных частей отчетов (рапортов), в которых сопоставляются текущие и нормативные значения регламентируемых для персонала кая-У;ЭЙ иерархии статистик« 3*-а обеспечивает высокую надежность ¡л кивучеоть работы всего автоматизированного технологического комплекса получения гли-

- 31 -

НОЗЕИа, BCGX его частей и слуяб.

Разработанные призмы сжатия информации о координационном управлении являются базой созданной на ПЛЗе специализированной методики оперативного анализа функционирования подсистем АСУТП. Многолетнее использование ее на ПАЗа, а таюзге на АГК и НГЗ доказало свсю эффективность, ускорив процессы промышленного освоения подсистем, обеспечив их зксплутациониую надежность " живучесть.

5. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СИСТЕШ 0Т0БРЛ>1СЕПИа ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ; СТРУКТУРА ФРЕЙМОВЫХ КОДЕЛКИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ГАИНОЗЕКА НА ВСЕХ УРОВНЯХ.

Прл ¡шраряпчгнжпи управлении nonpnpimH№i!i тех-пологичееккгш прсщасслигг псе асиаатла функции принятия управддющмх ранений берпт на с»бя человек» автоматизируется линь часть из них на высокочастотном уровне управления. Поэтому задач!? синтеза рациональных систем отображения информации персоналу являются са'.:шш важными при автоматизации производства с приисканием современной управляющей техник». В современной терминологии их относят 1С задачам разработки прокышлешшх систем с искусственным интеллектом, использующим фреймовые модели представления данных, фрейм - нипиналыш возможное описание сущности какого-либо явления, состоящее из декларативной части < статичпская часть видеокадров и их Фрагментов), процедураль-ной (правила их использования) it слотов (динамическая часть, отслеживающая ситуацию па объекте). Бурное развитие научных основ Интеллектуальных систем и их приложений в последние года привело к созданию разнообразных и вксьма удобных пакетов инженерной разработки комплексов программ, обеспечивающих конфигурирование и эксплуатацию систем представления сведений технологическому персоналу. Однако и здесь узким нестаи является получение исходных знаний о проблемной области-

Выполненные исследования структуры, моделей и алгоритмов иерарархического управления глинозем-

-

ным производством стали той объективной базой знаний, на основе которой автором были разработаны методические подходы к созданию фреймовых моделей представления знаний. Е работе получено принципиальное описание содержания Фреймов и видеокадров (кадр содержит несколько фреймов) и связей между ними для всех четырех уровней иерархии- Суть этих подходов выражается следующими предложениями.

(A) В каидом кадре должен присутствовать определенный взгляд на производство, соответствующий определенной модели управления им.

(Б) Для подсистем динамической стабилизации главным (начальным при анализе) является Фрейм сочетании трендов основных входов и выходов объекта упраоления, для координационного управления - кне-носхема (таблица) с

дискретными сигналами п статистиками, для подсистен статической оптшщ'зации (и управления состоянием оборудования)- фрейм-значений технологических параметров, характеризующих определенный (обычно последний) разрез времени.

(B) Дополнительные Фреймы раскрывают исходны? данные, сжимаемые при их преобразовании ь отображаемые в основных фреймах ьходы-быходы модели управления, а такае в ее идентифицируемые параметры. Особенно много дополнительных Фреймов на верхних уровнях иерархии (сложные модели, сильное скатив исходных данных).

(Г) Начальный Фрейм отчета о работе отражает результат выполнения за рабочую смену требований, описываемых при постановке задачи управления участком (производствен).

(Д) Формальные подходы (Л)-(Г), как и любая другая формализация, - неполны. Поэтому предусматривается дополнительный способ доступа к любым данным на участке (в производстве) через его графовую схему с раскрытием в детализирующих Фреймах содержания дуг, узлов (характеристики потоков, процессов 41 аппаратов).

Разработанные методические подходы к созданию информационного обеспечения технологического персонала частично использованы на ПАЗе в составе действующей ИАСУ и при разработав проекта АСУТП

- 33 -

для двух участков БАЗ-2. Отмечено уменьшение практически на порядок итераций в процессе разработки и освоения систем отображения информации при применении этих подходов по сравнению с традиционными» Описанные подходы гадятся для любого непрерывного производства и хорошо вписываются в идеало-ги!о построения Фреймовых баз знаний экспертных систем.

Заложенное в их основу максимально детерминированное знание моделей управления создает максимально благоприятные условия для решении персоналам сложных творческих задач управления технологи-чвскиии процессами» Этот результат - не только необходимой условие повышенна технических, экономических и социальных показателей производства, по он также соответствует основной цели научно-технического прогресса - повышению доли творчрского труда в работе все большого числа люлк-п.

ЭШРСчИШЕ

1. Разработана удобная для анализа и проектирования современных систем автоматизации структура иерерхического управления технологическими процессами глиноземного производства, состоящая из 16 Функциональных блоков.

2» Впервы'з поставлена специфическая для глигш-зеииого производства задача низкочастотной стабилизации запаса реагента з незавершенном производстве кольца гидрохимических переделов. Разработаны структурная и математическая модяль управления! алгоритмы преобразовать! информации в контурах компенсации возмущений 51 обратной связи.

3» Исследована возможность применения для глиноземного завода методов статическом линайиой оптимизации его производительности. Показано, что применение этих методов актуально при комбинированных способах получения глинозема. Разработана математическая модель управления.

4. Исследована задача статической оптимизации концентрационных режимов производства. С помощью

- 34 -

надели разграничены области в пространстве соотношений цен на сырье и энергоносители, отличающиеся разными алгоритмами поиска оптимальных концентраций- Определены основные проблемы автоматизации управлении и методы их разрешения«

5. Впервые поставлены и исследованы на моделях задачи низкочастотной стабилизации показателей состава получаемых на участках полупродуктов путен корректировок уставок для подсистем высокочастотной стабилизации технологических параметров«

6. Выполнены исследования способов управления нагрузкой параллельно работающих ниток аппаратов с применением их математических моделей. Показано, что распределение этих нагрузок выполняется одновременно на двух уровнях руководителя п оператора участка.

7* Впервые разработаны структура и подели ' для вариационного одномерного управления текущей, производительностью кольца гидрохимических переделов Байера (уровень диспетчера производства).

0. Систематизирован накопленный ь подотрасли опыт исследования, разработки и эксплуатации АСУ отдельными технологическими процессами. В результате получены типовые структуры высокочастотных подсистем динамического управления технологическими параметрами и нагрузками, 5 "новых" универсаль-• ных алгоритмических модулей, а такие практические рекомендации, важные для моделирования динамических подсистем управления.

9. Еще одним результатом систематизации высокочастотного хорошо Формализуемого управления стала разработка методики его структуризации, позволяющей получить математическую постановку задач управления в подсистемах, а также качественную оценку степени выполнения технологического регламента на стадии проектирования завода.

10. Исследованы идеи иеформализуемсго для глучо-земного производства многокритериального координационного управления. Разработана методика получения знаковой структурной модели для этого управления на уровне оператора, служащая исходной базой знаний при применении современных.экспертных сис-

- 35 -

тем и при оценивании информационной нагрузки на оператора.

11. Для глиноземного производства, отличающегося объективно повышенным уровнем частости различных нарушении, разработана методика и алгоритмы сжатия семиотических исходных Данных при координационном управлении* Их использование обеспечивает высокий уровень надежности и живучести ИЛСУ, как сложной человеко-машинной системы.

12. Разработаны методические подходы к созданию систви отображения технологической информации, основанные на знании структур, моделей и алгоритмов проблемного и координационного управлений. Их использовании позволяет создать максимально благоприятные условия для проявления технологическим персоналом творчества. Последнее является необходимым условном повышения техгико-эканомических показателей производства, гдй все наиболее простые операции управления автоматизированы. С приманени-аи этих подходов разработано принципиальное содпр-аание Фреймовых моделей управления глинояемным производство«.

Вышеуказанные новые научные результаты часть« опробованы промышленной практикой (разработаны и внедрены соответствующее управляющий и информационные автоматизированные подсистемы на трех глиноземных заводах) и практикой проектирования (для двух вновь строящихс5! заводов). В полном объеме зти результаты рекомендуется использовать при модернизации на базе современных программно-технических комплексов действующих заводов и при проектировании новых, а также для разработки математического и методического обеспечений современного класса тренажа и обучения технологического персонала всех уровней управления. Многие из полученных результатов кмеют практическую ценность для других непрерывных производств.

СПИСОК РАБОТ, ОПЧВЛИКОВРННЫК ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Потапова Т.Б. Методы восстановления информации о химическом составе веществ в АСУТП многоком-

- Оо -

понентных смесей// Опыт разработки внедрения и использования АСУТП в объединениях и на предприятиях промышленности. Тезисы докладов Л.:ЛДНТП, 1980. - С.22-25.

2. Лазовская Т.Н., Потапова T>ß. ЭВМ в системе управления выпарной станцией// Опыт создания, разработки, внедрения и эксплуатации АСУТП. Тезисы докладов ■■ Л.: ЛДКТП, 1902. С.15-1В.

3. Блинников A.M., Лскшин Р.Г., Мазур Б.И., Потапова Т.Б. Система оперативно-диспетчерского управления производством глинозема// Автоматизация в глиноземном производстве цветной металлургии. Тезисы докладов - Л.: ЦНИИ экономики и информации, 19В2. С-24-25.

4. Алыков ф.Б., Ганзбург 51.Д., Мазур Б.И., Потапова Т.Б. Организационное обеспечение АСУТП на стадиях опытной и промышленной эксплуатации// Автоматизация в глиноземном производстве цветной металлургии. Тезисы докладов - Л.: ЦНИИ экономики и информации, 19В2. С.20-21.

5. фитерман М.Я., Потапова Т.Б., Лавин М.В. Структурные особенности управления материальными и энергетическими потоками в производстве глинозема// Совершенствование техники и технологии переработки бокситовых, нефелиновых и алюнитовых руд с цель» снижения энергетических затрат: Сб. ьаучн. тр./ ВАМИ. 1 Л., 1983. -С.126-133.

6« Левин М.В., Потапова Т.В., фитерман М.Я. Ситуационная декомпозиция задачи управления крупным технологическим комплексом с рециклом полупродуктов при переменной структуре ограничений// IX Всесоюзное совещание по проблеиан управления. Ереван. Тезисы докладов - М-: ИПУ, 19ВЗ. - С.327-32В.

7. Богданов A.B., Потапова Т.Б., Эйнгорн H.A., Ло:сшик Р.Г. Прогнозирующая модель кинетики выщелачивания боксита в составе алгоритиического обеспечения АСУТП // Совершенствование техники и технологии переработки бокситовых, нефелинс-вих и алюнитовых руд с цель» сниаеиия энергетических затрат! Сб. научи» тр./ВАМИ. - А.,

i903. - С.i 17-125. В- Красноппльский Е.Д., Левин М.В.,Потапова Т.В., фитерман М-Я. Адаптизные подсистемы в АСУТП производства глинозема // Теория адаптивных систем и ее применения. Тезисы докладоз - И. -Л.:Иод.АН СССР, 19ВЗ. - С.353. 9. Потапова Т.Б. Методика оперативного анализа Функционирования АСУТП на химика-металлургическом предприятии и организация социалистического соревнования// Опыт создания, внедрения АСУТП и организация гибких автоматизированных производств о объединениях и на предприятиях промышленности- Тезисы докладов -Л.: ДДНТП, 19ВЗ. - С.50-54.

10. фитерман М.Я., Потапова Т-Б-, Левин М.В. Алгоритмическое и .информационное обеспечение оперативного ситуационного анализа в АСУТП химико-металлургического производства// Опыт разработки и внедрения математического, программного и информационного обеспечения АСУ технологическими процессами. Тезисы докладов - И.! ЦНИИ информации и технико-экономических исследований, 1964. - С.41.

11. Потапова Т.Б.,Лазовская Т.И. Оперативный конт-■ . роль технологического состояния я энергетических паранетрпв выпарных батарей! Цветная металлургия. 1904. Н 7. С..69-71.

12. Аронзон В.Л», Потапова Т.Б. Автоматизированные технологические комплексм по приготовлению иихт для спекания// Основные направления и меры по ускорении» научно-технического прогресса алюминиевой промышленности. Тезисы докладов -М.:ЦИШ экономики и информации,19В4.- С.47-49.

13. Потапова Т-Б-, Ганабург Я.Д. Оперативный анализ Функционирования ЛТК для обеспечения его живучести // Надежность и эффективность АСУТП и АСУП* 111 всесоюзное с.автттс- Тезисы докладов. - М.: ЦПУ, 1994. C.SB-09.

14. Потапспа Т.Е., Полякова Л.А. АЕТСнатизирпван-нпя система оперативного контроля тпхника-эко-номических показателей при диспгатчтрскпи управлении глиноземный производством// Опыт соз-

дания, внедрения и использования АСУТП в объединениях и на предприятиях. Тезисы докладов -Л.: ЛДНТП, 1984. С.62-66.

15. Исаев А.И., Потапова Т.Е. Оперативная оценка запасов незавершенного производства при переработке бокситового сырья? Цветная металлургия. 19В5• N 2. С.60-64.

16. Андреетдев H.A., Потапова Т.Б., Талюкин А.П. Оперативный контроль показателей эффективности подсистем АСУТП и организации труда в автоматизированном технологической комплекса// Опыт разработки и эксплуатации АСУТП- Тезисы докладов - А.! АДНТП, 1985- С.15-19.

17. Исаев А.И., Иазур Б.И., Потапова Т.Е. Автоматизированное управление производством глинозема из боксита по комбинированной последовательной схеме! Цветные металлы. 1986« N'11. С.106-111.

1В. Ароизон В.А., Верх В.И., Потапова Т.Е. Автоматизированное управление технологическими процессами в глиноземном производстве! Цветная металлургия. I9Q6. Ы 11. С.17-21.

19. Гостев Е.И., Исаев А.И., Аазовская Т.И-, Левин М.В., Мальц Н.С., Потапова Т.Е. Информационное обеспечение оперативного прогноза при управлении глиноземным производством // Совершенствование технологических процессов в производстве глинозема: Сб. научн. тр./ ВАМИ. - Л., 1SB6. - С.97-104.

20. Богданов A.B., Потапова Т.О. Косвенное оценивание ненаблюдаемых величин при автоматизированном управлении выщелачиванием боксита // Разработка и внедрение АСУТП в условиях интенсификации производства. Тезис;.» докладов - А.: ЛДКТП. - 1936. С.69-72.

21. Аграфенина Е.А., Ибраев ДОК., Потапова Т-Б. Автоматизация кондиционирования алюминатниго раствора!Цветная металлургия.Hl 1.1986.С.45-49.

22. Потапова Т.Е., Талюкин A.B. Оперативный анализ Функционирования автоматизированных систем управления ."Цветная металлургия.1986. Ы5.С.69-72.

23. Налепов А>В., Полякова A.A., Потапова Т.Е. Ав-

- 39 -

таматиаиропанная система оперативного контроля техника экономических показателей: Цветная металлургия• 1906. N 1. С.50-53.

24. Левин И»В.| Потапова Т.О. Ситуационное управление глиноземным производством// Автоматизация производственных процессов о применением микропроцессорной техники! Сб.научи.тр./ НПО "^омгзцветнйтавтонатика"» - ¡М. »19B7. - С. 13-24.

25. Потапова Т.О. Косвенное сцеиизаниа паранетров при управлении процессами прог^водатвп глино-ои'лгл,- К.I ЦНИИЦсетивт экономики и информации. ~ 1V07» - 4Вс.

26. Пэтагшва Т.О.,Вог. лнппа Н»А»«Дубровских В.А.» Ибраен Д.Ж. Лотаиатмсшравашши технологический комплекс приготовления штаты в производство глинозема! Цветная металлургия» 1987. Н 10. 1937. С.47-50.

27. Ицковыч 3-А., Левин M-B«, Потапова Т.З. Управление ^ункционировашнаи АСУ хптнш-твхнологи-ческим производствен! Приборы и системы управления. 1907. Я 11. С.22-25.

28. Опыт соадания АСУТП на предприятиях цветной металлургии Казахской ССР (на примере глиноземного производства)/ Т»Б.Потапова и др.

Алма-Ата! КазНИИНТИ, 1983. - 64с.

29. Богданов А.Б., Жаров А»ф., Потапова Т.Б. Оптимальное распределение производительности параллельно работающих ниток декомпозиции а/ляия-натнаго раствора// Интенсификации глиноземного производства! Сб. научи» тр./ВАШ. - Л«? 19В0. - С.119-120.

30. Потапова Т.Б., Налепов A.B., Полякова А»А., Гостева Б.Г. Информационнее обеспечение сменного диспетчера глиноземного производства! Цветные металлы. 19ВВ. N 9. С.107-10В»

31. Рульнова А.З., Левин М-В», Потапаиа Т»Б. Эффективность использования систем и средств автоматизации на предприятиях цветной металлургии! Цветная металлургия» 19ВВ» N 11. С.5-7.

32. Дудка В.И., Крапииин С.И», Потапова Т.Б» Автоматизированная система диспетчерского управления энергоснабжением на глиноземном заводэ//

- 40 -

Проблемы развития глинозекного производства о СССР: Сб.научн.тр./ ВАМИ:- Л.,1990.-С.128-132.

33. Потапова Т.Е., Богданова H.H. Алгоритм управлении проточной линией приготовления шихты// Проблемы развития глиноземного производства в СССР: Сб.научи.тр./ВАМИ:- А.,1990.- С.11В-12В.

34. Аграфенина Е.А., Богданов А-В-, Ибраев Д«Ж., Потапова Т.Б- Управление процессом выщелачивания шламовых спекав! Цветные металлы-1990. К 4. С.101-106.

35. Левин M.B.« Потапова Т.Е., Богданов A.B. и др. Интеграция управляющих систем на глиноземном заводе! Цветные металлы. 1991. М 9. С.5В-61.

36. Потапова Т.Б. Методы получения и представления информации операторам в иерархической системе управления непрерывным химико-иеталлургическии производством// Всесоюзная научно-техническая конференция "Методология измерений". Тезисы докладов - Л.! ЛГ7У, 1991. С.90-91.

37. Потапова Т.Б. Особенности структуризации системы управления производством глинозема// Наука и новая технология в развитии Павлодар -Экибастузского региона. Материалы областной научно-технической конференции. Часть 1. - Ал-наты, 1993. - С.64-65.

ЗВ. Потапова Т.Б., Зайцева Н.М. Математическая модель оценивания целесообразности - оптимизации режимов АСУТП глиноземного производства// Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-94. Труды второй международной научно-технической конференции. Той 2. - НГТУ! Новосибирск, 1994. - С>115-117.

39. Потапсва Т.Б. Анализ путей модернизации автоматизированных систем управлении на глиноземных заводах СНГ! Цветные металлы- 1995. Н5. С-71-75.

40. Бургардт А.П.,Кряаеа В.П., Потапова Т.Б* Внедрение автоматизированной системы управления сгущением гидратнои пульпы: Цветная металлургия. 1995. Ы 5. С.37-43.