автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Проектирование систем логического управления технологическими процессами в горнодобывающей и электрохимической отраслях

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ основных потребителей энергии в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях

1.1. Сложноструктурные массивы

1.2. Электропривод в горном производстве

1.3. Активация материалов

1.4. Механо - и виброактиваторы

1.5. Обогащение руд

1.6. Электрохимические технологии

1.7. Утилизация отходов Выводы по первой главе

Глава 2. Энергообеспечение технологических процессов

2.1. Основные схемотехнические решения компенсационных и параметрических выпрямителей

2.1.1. Компенсационные схемы выпрямления

2.1.2. Параметрические схемы выпрямления

2.2. Определение оптимальных параметров схемы вентильного преобразователя

Выводы по второй главе

Глава 3. Проектирование систем логического управления ЭГТ 3.1. Построение микропрограммной структуры управления 3.2 Декомпозиционный синтез

3.3. Коррекция раскраски графоида выделением блоков СП - разбиения

Развитие горнодобывающей и перерабатывающей отраслей промышленности влечет за собой необходимость совершенствования технологических процессов при минимизации энергозатрат. Одним из путей решения энергетической проблемы является использование энергосберегающих технологий 4

ЭГТ), исследованию которых посвящены труды отечественных и зарубежных ученых: В. В. Ржевского, М. Н. Агошкова, И. Хинта и др. Основное препятствие для расширения области применения ЭГТ представляет сложность их токового обеспечения, так как большинство технологий требуют низковольтные источники питания, имеющие большие токи на выходе.

Перспективным направлением проектирования источников питания для энергосберегающих технологий является разработка универсальных установок с регулируемыми параметрами для различных технологий, обеспечивающих стабильность выходных параметров, устойчивость работы в предельных режимах, широкий диапазон регулирования выходных параметров. Решение поставленной задачи может быть достигнуто использованием средств автоматизации в управлении токовым обеспечением ЭГТ.

Повышенные требования к точности управления и увеличение размерности математических моделей, используемых для формального описания процессов управления приводят к необходимости применения дискретных управляющих систем, основной моделью которых является автомат. Синтез конечных автоматов исследован в работах многих отечественных и зарубежных ученых: Глушкова В. М., Горбатова В. А., Мелихова А. Н., Трахтенброта Б. А., Кобринского Н. Е., Лазарева В. Г., Пийля Е. Н., Варшавского В., Дж. Хартманиса, Р. Стирнза, Д. Ауфенкампа, Ф. Хона, 3. Кохави и др.

Наиболее эффективной формой представления дискретных управляющих систем являются графовые модели, широкое применение которых обу5 словлено высокой степенью формализации и инвариантностью относительно предметной области. Однако возможность нахождения оптимальных проектных решений на основе использования графовой модели в значительной мере зависит от сложности системы. Для дискретных систем промышленной автоматики решение задач оптимизации, как правило, связано с «проклятием размерности», что приводит к необходимости декомпозиции уже на абстрактном уровне проектирования. Декомпозиция системы позволяет ослабить функциональную связность состояний, что, в свою очередь, улучшает технико - экономические показатели. Среди различных способов декомпозиции предпочтение отдается параллельной декомпозиции с общим входом характеризующейся наибольшей универсальностью и быстродействием.

Целью работы является разработка системы управления токовым обеспечением энергосберегающих технологий на основе анализа графовой модели функционирования объектов электроснабжения.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- проведением анализа основных энергосберегающих технологий в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях для выявления специфики энергообеспечения каждого процесса и определения основных требований к источникам питания;

- нахождением в графовой модели структур (запрещенных фигур), наличие которых не позволяет представить работу системы управления в виде параллельно функционирующих подсистем;

- разработкой методов оптимального расщепления выделенных запрещенных фигур.

Методы исследования. При выполнении работы применен комплекс методов, включающий методы оптимизации, использующиеся в теории графов, методы математического моделирования на ЭВМ. Методическую осно6 ву исследований составила теория характеризационного анализа, предложенная и разработанная В. А. Горбатовым.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена зависимость между свойствами системы управления и параметрами энергосбережения в технологических процессах;

- обоснована целесообразность распараллеливания управления энергосберегающими технологиями горнодобывающих и электрохимических процессов;

- установлен изоморфизм процедур расщепления запрещенных фигур распараллеливания управления и нахождения СП - разбиений на множестве состояний СЛУ;

- дана сравнительная оценка целесообразности гомеоморфного расширения носителя графа автономного функционирования СЛУ и штриховки входного вектора с целью сохранения детерминированности компонент разложения;

- даны оценки разложимости и рекомендации по преобразованию к разложимому виду для контуров автономного функционирования с прерывистой общей частью.

Практическая значимость работы состоит:

- во внедрении разработанных методов и алгоритмов проектирования систем логического управления в практику автоматизации технологических процессов, позволяющих обеспечить экономию энергетических ресурсов;

- в возможности обеспечения контроля за технологическим процессом благодаря автоматизации анализа режимов процесса.

Реализация результатов работы. Полученные результаты внедрены в практику проектирования систем логического управления технологическими процессами на НПК «Югцветметавтоматика». 7

Разработанные теоретические положения, методы и алгоритмы используются при чтении курса лекций «Дискретная математика», а также в курсовом и дипломном проектировании в СКГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГТУ (19971999 г.г.), Международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии» (г. Москва - г. Владикавказ, 1999г.)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 143 стр., в том числе 40 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 82 наименований, приложение на 2 стр.

Выводы по четвертой главе

На основе предложенных методов спроектирована абстрактная декомпозиция системы управления процесса обработки детали на электрохимическом станке. Граф переходов системы управления ЭХС содержит 16 вершин, каждая из которых соответствует некоторому состоянию устройства управления. Дуги графа взвешены значениями 16-ти входных векторов. В результате проведенной декомпозиции исходный автоматный графоид разложен в произведение двух графоидов, содержащих по четыре вершины.

Система управления на основе декомпозиции реализуемого ею закона была разработана также для автоматизации управления процессом обмена вагонеток в надшахтных зданиях. Графоид автомата состоит из 18 вершин, входные переменные х].х20 соответствуют сигналам с датчиков, определяющих положение вагонеток. В силу свойств полученного графа переходов для его разложения в произведение двух графоидов с четырьмя и пятью вершинами соответственно была использована процедура выделения блоков СП - разбиения.

132

133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате проведенного анализа основных энергосберегающих технологий в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях выявлена специфика энергообеспечения каждого процесса. Показано, что одной из актуальных проблем их практического использования является проблема токового обеспечения.

2. Сформулированы основные требования к источникам питания, определен экономический критерий оптимальности выбора энергетического оборудования для технологических процессов.

3. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритм определения оптимальных параметров схемы выбранной конфигурации.

4. Обоснована целесообразность распараллеливания управления с целью уменьшения функциональной связности и сокращения размерности задач оптимизации на последующих этапах.

5. Установлен изоморфизм процедур расщепления запрещенных фигур раскраски графа зацепления и нахождения СП - разбиений; (разработана процедура модификации метода коррекции раскраски путем включения соцветных вершин в блоки разбиения со свойством подстановки).

6. Для контуров автономного функционирования с прерывистой общей частью даны оценки целесообразности гомеоморфного расширения носителя графа автономного функционирования СЛУ и штриховки входного вектора с целью сохранения детерминированности компонент разложения.

7. На основе разработанных СЛУ технологических процессов показана зависимость используемого метода декомпозиции от свойств исходного гра-фоида.

8. В результате проведенных исследований создана модель СЛУ технологическими процессами с оптимальными параметрами.

134

1. Агошков М. Н., Борисов С. С., Боярский В. А. Разработка руд и нерудных месторождений. - М.: Недра, 1983.

2. Протодьяконов М. М. Давление горных пород и рудничное крепление. -М.: ОНТИ, 1993.

3. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии добычи руд. Издательство «Терек» СКГТУ. Владикавказ, 1995.

4. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. -М.: Недра, 1982.

5. Молчанов В. И., Селезнева О. Г., Жирнов Е. Н. Активация минералов при измельчении. М.: Недра, 1988.

6. Попов В. М. Двухдвигательный электропривод для шахтных высоконапорных насосов. Горный журнал, №2, 1994.

7. Сентемова В. А. Проблемы повышения качества концентратов на железорудных обогатительных фабриках. Обогащение руд, №2, 1997.

8. Абрамов А. Н., Денисов В. Я. Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности. Ч 1. Вентильные преобразователи с естественной коммутацией М.: Информэлектро, 1978.

9. Милях А. М., Волков И. В. Системы неизменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей. Киев: Наукова думка, 1974.

10. Писарев А. Л., Деткин Л. П. Управление тиристорными преобразователями. М.: Энергия, 1975.

11. Волков М. В., Губаревич В. Н., Исаков В. И., Кабан В. П. Принципы построения и оптимизация схем ИЕП,- Киев: Наукова думка, 1981.

12. Липковский К. А. Трансформаторно-ключевые структуры преобразователей переменного напряжения. Киев: Наукова думка, 1983.

13. Силовые конденсаторы. Справочник. М.: Энергия, 1975.

14. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. М.:1351. Высшая школа, 1987.

15. Чуа Л.А., Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. М: Энергия, 1980.

16. Справочник по преобразовательной технике. Киев: Техника, 1978.

17. Пагиев К. X. Исследование многофазных схем выпрямителей, изд-во СКГМИ, Орджоникидзе, 1988.

18. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергетические проблемы активации отходов горного производства при утилизации, Известия ВУЗов. Цветная металлургия, № 4-6, 1995.

19. Дубицкий М.А., Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Выбор и использование резервов генерирующей мощности в электро энергетических системах. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

20. Источники вторичного электропитания. Под редакцией Конева Ю.И. -М.: Радио и связь, 1990.

21. Веников В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики). -М.: «Высшая школа», 1976.

22. Северне Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. Перевод с англ. М.: Энергоавтоматиздат, 1988.

23. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для ВУЗов. М.: Энергия, 1980.

24. Пагиев К. X. Теория и практика автоматизированного проектирования систем логического управления энергосберегающими технологиями. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.,1996

25. Энкарначчо Ж., Шлехтендаль Э. Автоматизированное проектирование: Основные понятия и архитектура систем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986.

26. Hartmanis I. On the state assignment problem for sequential mashines I, IRE136

27. Trans. On Electronic Computers. EC-10, N2,1961.

28. Hartmanis I., Stearns R.E. Pair algebra and its application to automata theory // Information and control, I., N7,1964.

29. Yoli M. The cascade decomposition of sequential machines // I. ERE Trans. On Electronic Computers, ES-10, N4, 1961.

30. Харари Ф. Теория графов,- M.: Мир, 1973.

31. Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики. Информационная математика. М.: Наука. Физматлит, 1999.

32. Горбатов В.А. Схемы управления ЦВМ и графы. М.: Физматгиз, 1962.

33. Григорян А.К. Метод декомпозиции конечных автоматов с выделением выходного и входного автоматов // Автоматика и телемеханика, №10, 1968.

34. Горбатов В.А. Теория частично упорядоченных систем. М.: Сов. радио, 1976.

35. Горбатов В.А. Основы дискретной математики .- М.: В.Ш., 1986.

36. Ope О. Теория графов,- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980.

37. Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем.- JI.- М.: Энергия, 1964.

38. Кузнецов О.П. Параллельная декомпозиция автоматов с разделением входов // Автоматика и телемеханика, №3, 1969.

39. Мелихов А.И., Дворянцев Ю.А. Разложение графов и конечных автоматов относительно операции умножения // Кибернетика, №3, 1965.

40. Мелихов А.И., Бернштейн Л.С., Карелин В.А. Разложение графов и конечных автоматов по операции суммирования // Изв. АН СССР. Техн. ки137бернетика№2, 1968.

41. Мелихов А.И., Бернштейн J1.C., Карелин В.П. О декомпозиции абстрактных автоматов // Кибернетика, №3, 1969.

42. Горбатов В.А. Логическое и металогическое управление в промышленности. // В сб. Логическое управление в промышленности. Москва, 1977.

43. Мелихов А.И. Ориентированные графы и конечные автоматы,- М.: Наука, 1971.

44. Горбатов В.А., Дедегкаев А. Г. Метод расщепления запрещенных фигур при построении параллельной декомпозиции систем / Сб. Прикладные вопросы теории систем и системотехнике. М.: МДНТП, 1973.

45. Горбатов В.А., Дедегкаев А. Г. Запрещенные фигуры при параллельной декомпозиции автоматов / В кн. : Оптимизация дискретных систем управления ГВЦ Госплана СССР, 1972.

46. Горбатов В.А., Макаренков C.B. Запрещенные фигуры при совместной минимизации булевых функций в классе решетчатых ДНФ / В кн.: Оптимизация дискретных систем управления,- ГВЦ Госплана СССР, 1972.

47. Дедегкаев А.Г. Использование зависимой раскраски графов при построении декомпозиции автоматных операторов / В сб. Логическое управление в промышленности. Ижевск, ИМИ, 1984.

48. Горбатов В.А., Кафаров В.В., Павлов П.Г. Логическое управление технологическими процессами. М.: Энергия, 1978.

49. Горбатов В.А. Синтез композиции операционного и управляющего автоматов в вычислительной технике .- М.: В.Ш., 1973.

50. Горбатов В.А. Семантическая теория проектирования автоматов М.: Энергия, 1979.

51. Дедегкаева JI. М. Разработка и оптимизация графовых моделей САПР систем управления. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владикавказ, 1999.

52. Отчет о НИР «Разработка параллельных систем логического управления138для САПР «Компас-Р» (Заключительный)», Орджоникидзе, 1985.

53. Разработка параллельных систем логического управления для САПР-ГАП. Отчет о научной работе. Владикавказ, 1998.

54. Автоматизация проектирования сложных логических структур // Горбатов В.А., Демьянов В.Ф., Кулиев Г.Б. и др. Под ред. проф. Горбатова В.А. -М.: Энергия, 1978.

55. Горбатов В.А., Павлов П.Г., Четвериков В.Н. Логическое управление информационными процессами .- М.: Энеогоиздат,1984.

56. Горбатов В.А., Крылов A.B., Федоров Н.В. САПР систем логического управления М.: Энергоиздат, 1988.

57. Горбатов В.А., Смирнов М.И., Хлытчиев И.С. Логическое управление распределенными системами. Энергоиздат, 1991

58. Горбатов В.А. Синтез микропрограммных автоматов по временным диаграммам их функционирования. Цифровая вычислительная техника и программирование, вып.5- М.: Сов. радио, 1969.

59. Юзвишин И.И. Информациология,- Радио и связь, 1996.

60. Горбатова М.В. Быстродействующий алгоритм раскраски вершин графа // В кн.: Логическое управление в промышленности. Ижевск: ИМИ, 1984.

61. Бондаренко H.H., Братолюбов В.Г. Низковольтные преобразователи для гальвано техники и электрохимических станков. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

62. Горбатов В.А. Дедегкаев А. Г. Метод расщепления запрещенных фигур при построении параллельной декомпозиции систем.// Прикладные вопросы теории систем и системотехники. МД НТП, Москва, 1975.

63. Макаренков С.В., Очкин JI.B. Структурная декомпозиция многовыходных логических схем. // В сб. Логическое управление в промышленности. -Москва, 1977.

64. Дедегкаев А.Г. Декомпозиция нелинейных микропрограмм . // В сб. Ло139гическое управление в промышленности. Москва, 1977.

65. Горбатов В.А. Характеризационное управление при оптимизации систем. // В сб. Оптимизация дискретных систем управления. Москва, 1979.

66. Дуков Л.Б., Кузнецов А.И., Четвериков В.Н. Уменьшение трудоемкости минимальной раскраски графов. // В сб. Оптимизация дискретных систем управления. Москва, 1979.

67. Дедегкаев А.Г. Уменьшение связности графа зацепления автоматного графоида. // Ё сб. Оптимизация дискретных систем управления. Москва, 1979.

68. Елисеев М.М Оптимизация параллельной декомпозиции управляющего автомата. // В сб. Оптимизация дискретных систем управления. Москва, 1979.

69. Захаров В.Н. Оптимизация автоматных моделей систем управления. // В сб. Оптимизация дискретных систем управления. Москва, 1979.

70. Дедегкаев А.Г. Расщепление запрещенных фигур параллельной декомпозиции абстрактных автоматов оптимальным расширением памяти. //В сб. Разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования в машиностроении. Ижевск, 1983.

71. Дедегкаев А.Г. Использование зависимой раскраски графов при построении декомпозиций автоматных операторов. // В сб. Логическое управление в промышленности. Ижевск, 1984.

72. Горбатова М. В. Быстродействующий алгоритм раскраски вершин графа // В сб. Логическое управление в промышленности. Ижевск, 1984.

73. Смирнов М.И. Характеризация многокомпонентной раскраски графа // В сб. Логическое управление в промышленности. Ижевск, 1984.

74. Брагин В.В. Мультираскраска графов и ее применение. // В сб. Логическое управление в промышленности. Ижевск, 1984.

75. Елисеев М.М. Параллельная декомпозиция автоматов в к значной логике. // В сб. Логическое управление в промышленности. - Ижевск, 1984.140

76. Гаглоева Л. А. Проблемы автоматизации электротехнических процессов. //В сб. трудов «Логическое управление организационными структурами».- Владикавказ: Терек, 1997.

77. Гаглоева Л. А. Анализ основных потребителей энергии в горнодобывающих отраслях. //Труды СКГТУ, выпуск 4. Владикавказ: Терек, 1998.

78. Пагиев К. X., Гаглоева Л. А. К вопросу о выделении полных подграфов.//Владикавказ, 1999.

79. Утверждаю» зам. директора по науке АО НПК «Югцветметавтоматика»1. Л 2000 г.1. В. Жуковецкий1. АКТ О ВНЕДРЕНИИ

80. Начальник учебного отдела,к. т. н., доц.1. Яровой И. Ф.1. Зам. зав. кафедрой1. ИИГЬппмяпипннтлр ГИГТРМЫ1. Арунянц Г. Г.