автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптимизация управления технологическими процессами с помощью ЭВМ на примере производства стеновых керамзитобетонных панелей и изготовление бумаги на буммашине

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР МОДЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОНА И АЛГОРИТМОВ

УПРАВЛЕНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЕМ БУМАГИ

1.1. Математическое описание производства бетона

1.2. Сравнительный анализ АСУ ТП ЦБП

1.3. Вывода к главе I 29 ПОСТАНОША ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ ОПИСАНИЯ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЖНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

2.1. Описание процесса производства панелей

2.2. В^бор алгоритма оптимального регулирования на основе анализа математической модели

2.3. Описание процесса изготовления бумаги

2.4. Распространение алгоритмов оптимального управления на объекты с запаздыванием типа буммашин

2.5. Выводы к главе

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

КОНТУРОВ ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ АСУ ТП

3.1. Определение и классификация системных оболочек

3.2. Построение генератора моделей 57 '3.3. Разработка управляющего комплекса 63 3.4. Вывода к главе

ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ НА РЕАЛЬНЫХ

МАССИВАХ ДАННЫХ

4.1. Прогнозирование прочности панелей

4.2. Вэшение задачи о повышении однородности характеристик панелей

4.3. Выводи к главе

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ВАРИАНТА

СТРУКТУРЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНТУРОВ

ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ АСУ ТП 87 5.1. Моделирование алгоритмов идентификации объекта

5. 2.Сокращение описания объекта

5.3. Исследование работы управляющего комплекса

5.4. Выводы к главе 5 129 ОСНОВНЫЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ 130 СПИССК ЛИТЕРАТУРЫ 132 ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Производство изделий из керамзитобетона с воз дух ововлек ающими добавками на Пермском заводе КПД

2. Работа буммашины J?» 10 Малинской бумажной фабрики

3. Графики переходных процессов

4. Расчет экономического эффекта от АСУ ТП "ДНЕВМАССА" на Пермском целлюлозно - бумажном комбинате

5. Справка о внедрении Главзападуралстроя

6. Акт о внедрении на Малинской бумажной фабрике подсистем управления качеством продукции

7. .Акт о внедрении АСУ ТП "ДРЕВМАССА" на Пермском целлюлозно - бумажном комбинате

В "Основных налравжниях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года" рекомендуется "сооружение новых и расширение действующих предприятий начинать в том случае, если потребности народного хозяйства в данном виде продукции не могут быть обеспечены путем улучшения использования производственных мощностей с учетом их реконструкции и технического перевооружения"

Эффективным средством повышения качества продукции и наращивания производства зарекомендовали себя автоматизация и роботизация технологических процессов, оптимизация управления ими с помощью ЗБМ. Часть объектов, не достигших ещё нужного уровня автоматизации, связанных с использованием большего количества ручного труда, не имеюцих достаточного количества автоматических датчиков для измерения различных параметров, нуждается в первую очередь в шработке рекомендаций для совершенствования управления, осуществляемого в традиционной форме. Примером такого процесса является производство панелей для промышленного и жилищного строительства.

Стремление увеличить производительность установок приводит к новым технологииским схемам, увелишению скоростей протекания процессов, что сразу же требует автоматизации управления. Очень динамично развивается сейчас целлюлоз но -бумажная промышленность, в которой рост скоростей и объемов производства повлек за собой широкое внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами, число которых уж исчисляется сотнями.

Дальнейшее развитие систем управления в этой отрасли сдерживается из-за отсутствия типовых алгоритмов управления, адаптируемых к конкретному технологическому процессу, позволяющих достичь оптимальности управления, увязав количественные и качественные характеристики производственного процесса.

Целью данной работы является такое развитие теории управления технологическими процессами,которое позволит повысить уровень унификации и типизации алгоритмов управления, рас- ' ширит возможности адаптации систем управления к технологии с-кому процессу, резко сократит сроки разработки и внедрения.

Для практической проверки и использования результатов теоретических построений были.избраны - производство стеновых панелей из керамзитобетона с воздухововлекавзцими добавками и изготовление бумаги на буммашинах.

Для выполнения теоретической части работы привлечены ■ дифференциальные,интегральные и алгебраические уравнения и неравенства, теория распознавания образов и теория автоматического управления, на основе которых было сформулировано понятие системной оболочки и показана возможность применения синтезированной на его основе системы алгоритмов для совершенствования управления дискретным и непрерывным технологическим процессом с запаздыванием.

Основные результаты работы проверены путем цифрового моделирования и обработки реальных массивов данных, полученных: из производственных журналов Пермского завода крупнопанельного домостроения; во время экспериментов в лаборатории Пермского завода крупнопанельного домостроения; в ходе экспериментов, наладки и эксплуатации АСУ ТП буммашины № 10 Малинской бумажной фабрики; при проведении экспериментов на бумагоделательной машине $ 3 Краснскамской,бумажной фабрики Гознак.

На защиту выносятся следующие положения:

1.Структура математического обеспечения контуров прямого управления АСУ ТП для процессов типа производства панелей и изготовления бумаги.

2.Теоремы, в которых строго формулируется задача оптимального регулирования для процессов типа производства панелей /по критерию минимума стоимости сырья и материалов/ и изготовления бумаги /по критерию минимума обобщенной работы/; 3.Генератор моделей ?позволявший оптимизировать структуру моделей процессов типа производства панелей и изготовления бумаги в реальном масштабе времени;

4.Набор алгоритмов поддержи структуры математического обеспечения контуров прямого управления АСУ ТП для процессов типа производства панелей и изготовления бумаги,проверенные путем моделирования и в реальных производственных условиях.

Целесообразность и ценность теоретических и практических предложений, высказанных в работе, проверена в реальных производственных условиях.

Рекомендации по совершенствованию технологического процесса производства стеновых панелей внедрены в Главзапад-уралстрое /г. Пермь/.

На Малинок ой бумажной фабрике /г .Малин, Гитомирск ой обл./ внедрена подсистема управления качеством продукции.

В математическое обеспечение АСУ ТП "Древмасса", разрабатываемой для Пермского ЦБК, включены контура самонастройки и самоорганизации.

Описание отдельных алгоритмов опубликованы в изданиях Пермского межотраслевого территориального центра научно -технической информации.

Общий экономический эффект от внедрения составляет 120 тысяч рублей.

Материалы диссертации обсуждались на семинаре отдела управления динамическим движением института проблем механики АН СССР, семинаре кафедры № 37 Военно - воздушной академии им. проф. Н.Е Лыковского, на XIX и XX научно-технических конференциях Пермского политехнического института.

Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы содержит 132 стр.машинописного текста, 18 стр. иллюстраций и таблиц, 78 наименований литературы.

5.4. Выводы к главе 5

1. Предложенные в данной главе алгоритмы идентификации, сокращения описания объекта и оптимального регулирования имеют высокий уровень унификации и типизации и,как показало математическое моделирование, эффективно решают поставленные перед ними задачи.

2. Показано, что алгоритмы,предложенные в данной главе,, вместе с алгоритмом Козинца являются основой рабочего варианта системной оболочки.

3. Рабочий вариант системной оболочки долиен явиться эффективным средством управления процессами типа изготовления бумаги и производства .панелей, о чем свидетельствуют эксперименты с цифровыми моделями и обкатка алгоритмов на реальных массивах данных. основные вывода и рекомендации .

1. Предложенная в работе структура математического обеспечения контуров прямого управления АСУ ТП для процессов типа производства панелей и изготовления бумаги обеспечивает новый подход к конструированию систем управления, сочетает в себе высокую гибкость подстройки с унификацией и типизацией алгоритмов.

2. Сформулированные и доказанные теоремы делают предложенную структуру контуров прямого управления АСУ ТП обоснованной в теоретическом плане, а испытания в производственных условиях и почти тысяча модельных экспериментов демонстрируют эффективность рабочего варианта предлагаемой структуры.

3. Алгоритмы, включенные в генератор моделей предлагаемой структуры,позволяют получать и подстраивать, модели процессов типа производства панелей и изготовления бумаги в реальном масштабе времени, набор этих алгоритмов определен и не увеличивается с ростом сложности АСУ ТП.

4. Унификация и типизация алгоритмов, включенных в управляющий комплекс предлагаемой структуры,достигается за счет того, что во всех контурах прямого управления АСУ ТП используется единый функционал оптимизации: для процессов типа производства панелей'- минимум стоимости сырья и материалов; а для процессов типа изготовления бумаги - минимум обобщенной работы.

5. Алгоритмы получения моделей, включенные в предлагаемую структуру,контуров прямого управления АСУ ТП для процессов типа производства панелей и изготовления бумаги,позво

- 131 ляют эффективно решать реальные цроизводственные задачи, так например, экономический эффект от решения задачи прогнозирования прочности керамзитобетона с воздухововлвкавдими добавками и задачи повышения однородности характеристик панелей на Пермском заводе крупнопанельного домостроения составил пятьдесят тысяч рублей.

6. Обоснование эффективности каддого из отобранных алгоритмов сотнями экспериментов на математических моделях, обязательное сравнение их с используемыми аналогами повышают надежность предлагаемого алгоритмического обеспечения, что позволяет с уверенностью включать их в проекты разрабатываемых АСУ ТП. Так например, ожидаемый экономический эффект от АСУ ТП "Древмасса", в которой задача адаптации состоит из алгоритмов^ включенных в генератор моделей, составляет семьдесят тысяч рублей.

7. Рабочий вариант структуры математинекого обеспечения контуров прямого управления АСУ ТП является эффективным средством управления процессами типа изготовления бумаги и производства панелей, о чем свидетельствуют эксперименты с цифровыми моделями и обкатка алгоритмов на реальных массивах данных.

1. Аким Э.Л. Обработка бумаги. М.: Лесная промышленность, 1979. - 232 с.

2. Ахвердов И.Н., Годзиев Н.С., Овадовский И.М. ЛЬгаий бетон. М.: Госстройиздат, 1955. - 100 с.

3. Акулич И.Л. Элементы линейного программирования. -Рига: Эвайгзене, 1978. 108 с,

4. Ахвердов И.Н., Из рае лит М.М. Технология и физико -механические свойства аглопоритобетона. Бетон и железобетон, 1963, й 7, с 292 - 298.

5. ВвиЖе. М//* Ptoe-t^o/ihg, -ik^c SuvfupM-iufiон T-uliug owe! JUUhoefi of-LijMuMigM1. Jf алла? йЛх-, ,

6. Баженов Ю.М., Вознесенский В.А. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона. М.: Стройиздат, 1974. - 192 с.

7. Беркман Е.М. и др. Словарь целлголозно бумажного производства. - М.: Лесная промышленность, 1969. - 299 с.1.. ВггшйЬг/л. аис( RtSinSW Коц^бсмруШ

8. QAi, Cwitoltl^fy ZuhlUQW он Ой- Pajt&L JMcuUILUM <?cOp, Mcwufc^, Z.1.. Бушмзлев В.А., Вольман Н.С. Процессы и аппараты целлюлозно бумажного производства. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1969. - 408с.

9. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. М.: Наука, 1977. - 320 с.

10. Вутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1979. - 224 с.

11. Бужевич Г.А. Легкие бетоны на пористых заполнителях.- М.: Стройиздат, 1970. 272 с.

12. Е!ужевич Г.А., Корнев Н.А. Керамзитожелезобетон. М.: Госстройиздат, 1963. - 23 с.

13. Валентинович К.А., Солодников И.Б. Численные оценки эффективности градиентного контура адаптации. Пермь, 1980.- 4с. Г^копись представлена Перм.политехи.ин-тсм. Деп. в ЦНШТЭИприборостроения 21 мая 1980, & 1323 - 80.

14. Вайнштейн М.З. Легкие бетоны на основе керамзитов и вспученного витрофира из минерального сырья Казахстана. В сб.: Технология лэгких бетонов на пористых заполнителях и их применение в строительстве. М., Стройиздат, 1966, с I09-II6,

15. Грант Юлиус. Лабораторный справочник по производству целлюлозы и бумаги. М.: JfecHan прмышленность,1965. - 421с.

16. Довжик В.Г., Дорф В.А. Назначение, составов высокопрочных керамзитобе тонов. Опыт ЕНИШз лез обе тона и заводов железобетонных изделий Главмоспромстройматериалов. М.: Стройиздат, 1966, - 41 с.

17. Довжик В.Г., Дорф В.А., Петров В.П. Технология высокопрочного керамзитобетона. М.: Стройиздат, 1976. - 136 с.- 134

18. Довжик В.Г., Кай сер Л.А. Конструктивно теплоизоляционный керамзитобетон в крупнопанельном домостроении. - М.: Стройиздат, 1964. - 180 с.

19. Довжик В.Г., Дорф В.А. Иссждование особенностей работы пористых заполните лей в высокопрочном легком бетоне и вывод формулы прочности. В сб.: Легкие и селикатные бетоны.- Минск, 1969, с. 47 54.

20. Довжик В.Г., Фролова Л.В., Гроссман Э.А. Изготовление панелей наружных стен из керамзитобетона с воз дух ©вовлекающими добавками. М.: Стройиздат, 1969. - 49 с.

21. Довжик В.Г. и др. Производство керамзитобетонных изделий с добавкой микропенообразователей. М.: Стройиздат, 1964. - 36 с.

22. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен.- М.г Мир, 1976. 511 с.

23. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967. - 287 с.

24. Зайцев Г.Ф., Костюк В.И., Чинаев П.И. Основы автоматического управления и регулирования. Киев: Техника, 1975.- 495 с.

25. Иванов С.Н. Технология бумаги. М. - Л.: Гослес бумиздат, I960. - 719 с.- 135

26. Иванов Дятлов И.Г. и др. Применение керамзитобетона в доролшо - мостовом строительстве. - М.: Автотрансиздат, 1963. - 272 с.

27. М,й. CcMfwivt- Cwittl Смш ,1. TflPPl), Уин^, PP U-4s.

28. Козмал Ф. Производство бумаги в теории и на практике. Б 2-х т. М.: Лесная промышленность, 1964. -т. I, 879 с.

29. Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно экстремальных новигационных систем. - М.: Наука, 1979. - 447 с.

30. Красовский А.А., Буков B.H., Шендрик B.C. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М.: Наука, 1977. - 271 с.

31. Козинец Б.Н. Рекурентный алгоритм разделения выпуклых оболочек двух множеств. В сб.: Алгоритмы обучения распознаванию образов. М., Сов.радио, 1973, с. 43 50.

32. Казаков И.Е., Артемьев В.М. Оптимизация динамических систем случайной структуры. М.: Наука, 1980. - 384 с.

33. Корнилович Ю.Е., Нациевский Ю.Д. 0 формуле прочности легких бетонов. Б сб.: Технология легких бетонов на пористых заполнителях и fx применение в строительстве. М., Стройиздат, 1966, с. 90 97.

34. Корнилович Ю.Е., Вержбицкая М.Г. Керамзитобе тон -прогрессивный строительный материал. Киев: Госстройиздат УССР, 1955. - 68 с.

35. Корнилович Ю.Е. Исследование прочности растворов и бетонов. Киев: Госстройиздат УССР, I960.- 234 с.- 136

36. Кузнецова С.Г. и др. Новые методы прогнозирования прочности керамзитопенобетона в зависимости от его состава. В сб.: Строительные конструкции, основания и фундаменты. /Межвузовский сборник научных трудов № 179/, Пермь, 1976,с. 108 113.

37. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981.- 223 с.

38. Ожгибесов Ю.П. Производство изделий из керамзитопенобетона. Пермь: Главзападуралстрой, 1972. - 14 с.

39. Пособие бумажнику. М.: Лесная промышленность, 1969.- 328 с.

40. Пермское СПНУ по АСУ. Исполнительные алгоритмы подсистем управления АСУ ТП БДЛ J& 10 Малинской бумажной фабрики.- Пермь, 1978, 5 с.

41. Цузырев С.А. и др. Испытание бумаги и картона. М.: Лесная промышленность, 1966. - 411 с.

42. Практическое применение цифрового компьютера в цел-люлозно бумажной промышленности. Монк Мид Хауз, Хер Хатч, Твифорд Беркс, Англия, Корпорейшин Мелу рекс, 1976. .

43. Попов Н.А., Чуйко А.В. Основы технологии строительных изделий. М.: Стройиздат, 1964. - 216 с.- 137

44. Попов Н.А., Элинзов М.П., Штейн Я.Ш. Подбор состава легких бетонов на искусственных пористых заполнителях. М.: Госстройиздат, 1962. - 83 с.

45. Понаскшенков Я.Д. Исследование свойств керамзитобе тона. Под ред.Бужевича Г.А. М.: Госстройиздат, 1963. - 132с.

46. Петров Б.Н. и др. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. М.: Машиностроение, 1972. - 259 с.

47. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Статистика, 1968. - 288 с.

48. Положительное решение от 26.04.83 по заявке на авторское свидетельство $ 3451409/29-12 . Способ сценки производительности цепного дефибрера. Бутырин Б.П., Солодников И.Б.

49. Вохин Н.Б., Грибоедова Е.А. Справочник технической литературе по целлюлозно бумажному производству /1950 -1967/. - М.: Лесная промышленность, 1970. - 536 с.

50. Растригин Л.А., Маджаров И.Е. Введение в идентификацию объектов уцравжния. М.: Энергия, 1977. - 215 с.

51. Романов В.А. Автоматизация типовых производственных процессов. М. - Л.: Энергия, 1964. - 288 с.

52. Сборник научных программ на Фортране: Вып. 2. М.: Статистика, 1974. - 223 с.

53. Солодников И.Б. Алгоритм расчета запаздывания в непрерывных технологических процессах.Инф.лист, ИЛ $ 534-80 ЦНТИ, Пермь 1980.

54. Солодников И.Б. Алгоритм идентификации статических объектов в системах управления технологическими процессами. Инф.лист, ИЛ JS 536-80, ЦНТИ, Пермь, 1980.- 138

55. Солодников И.Б. Алгоритм идентификации для непрерывных технологииских процессов. Инф.лист, ИЛ Jfc 535-80,ЦНТИ, Пермь, 1980. '

56. Скрамтаев Б.Г. Легкие бетоны. -М.: Промстройиздат, 1956. 76 с.

57. Симонов М.З. Бетон и железобетон на пористых заполнителях. М.: Госстройиздат, 1955. - 256 с.

58. Симонов М.З. Основы технологии легких бетонов. М.: Стройиздат, 1973. - 584 с.

59. Статистический анализ неоднородности бетона./Из опыта ЦНИИОМТП и заводов железобетонных изделий № 6 и 18 Главмос-стройматериалов/. М.: Стройиздат, 1968. - 81 с.

60. Солодников И.Б. Управление технологии сними процессами целлюлозно бумажной промышленности. - Пермь, 1980.7 с. Рукопись представлена Перм.политехи.ин-том. Деп. в ЦНИИТЭИприб ор ос трое ния 29 мая 1980, № 1322 - 80.

61. Солодовников В.Б., Шрамко JT.C. Расчет и проектировг-ние аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М.: Машиностроение, 1972. - 270 с.

62. Техническое задание на проектирование АСУ ТП "КОРД 2" Братского ЛПК ВНПОбумпром, Л., 1976.

63. Француз А.Г. Об одном алгоритме опознавания образов. -Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1965, В 5, с. 74-84.

64. Худовердян В.М. Методы проектирования составов туфобетона. Ереван: Изд-во АН Арм.ССР, 1950. - 38 с.

65. Хренков Л.А. и др. Прогнозирование механических свойств керамзитобетона с помощью статистических модежй. В сб.: Структура, прочность и деформация легкого бетона.

66. М., Стройиздат, 1973, с 155 163 .

67. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. -М.: Наука , 1977. 559 с.

68. ЧалкинК.П., Петров В.П. Проектирование состава конструктивного керамзитобетона плотной структуры. В сб.: Сб. трудов НШкерамзит. Вып. I, Куйбышев, 1966, с 57-66.

69. Чаки Ф. Современная теория управления. М.: Мир, 1975. - 424 с.

70. Шитов Ф.А. Технология целлюлозно бумажного производства,3-е изд. пере раб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 382 с.

71. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния. М.: Мир, 1975. - 683 с.

72. Экспресс информация /ЦНШШприборостроения/, ТС - 2, вып. 3, 1979, 12с.

73. Юревич Е.И. Теория автоматичзского управления. 2 -е изд. перераб. и доп. Л.: Энергия, 1975. - 413 с.

74. Янушевский Р.Т. Управление объектами с запаздыванием. М.: Наука, 1978. 416 с.