автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и исследование информационно-измерительной системы для управления процессом абсорбции

На правах рукописи

Болдырев Илья Анатольевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

АБСОРБЦИИ

05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы

(по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

804606784

Москва, 2010

004606784

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре информационно-измерительной техники.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Желбаков Игорь Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор кафедры управления и информатики Московского энергетического института (технического университета) Филаретов Геннадий Федорович

кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и технологии программирования Волгоградского государственного технического университета Лясин Дмитрий Николаевич

Ведущая организация: ОАО «НИИТеплоприбор»

Защита состоится « 9 » сентября 2010 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.08 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу:

Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Малый актовый зал МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «Л/» мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.08, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В промышленности широко распространены процессы абсорбции. Они применяются для получения готового продукта, для выделения ценных компонентов из газовых смесей, для очистки газовых выбросов от вредных примесей, а также для осушки газов. Аппараты, в которых протекают процессы абсорбции, называют абсорберами. Они представляют собой крупногабаритные цилиндрические колонны, в которых происходит контакт газовой смеси и абсорбента. При этом один из компонентов смеси растворяется в абсорбенте и в дальнейшем может быть выделен в чистом виде.

Абсорбер как объект управления представляет собой сложную техническую систему, обладающую большой инерционностью. Система управления процессом абсорбции может быть разбита на ряд локальных контуров регулирования; ТсМПсраТурЫ ГаЗОБОй СМсСй, ДаБЛсНйЯ 3 КОЛОННС, урОВНЯ НаСЫЩСННОГО абсорбента, количества подаваемого в колонну абсорбента и другие.

Известно большое количество различных способов управления процессами абсорбции. Одним из них является способ, направленный на повышение эффективности протекания процесса абсорбции, основанный на использовании обобщенного показателя - степени насыщения абсорбента. Для реализации указанного способа необходимо обеспечить измерение текущего значения степени насыщения, для чего требуется информационно-измерительная система, являющаяся частью системы управления.

Работа по созданию системы измерения степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции проводилась в рамках выполнения гранта РФФИ по проекту № 10-08-00125-а.

Целью работы является создание измерительной системы для управления процессом абсорбции и анализ ее метрологических характеристик для снижения методической динамической погрешности системы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ аппаратов и процессов абсорбции, анализ систем автоматического управления процессами абсорбции, а также метрологических характеристик измерительных систем.

2. Разработано уравнение измерения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения.

3. Разработана система для измерения степени насыщения абсорбента.

4. Построены и проверены на адекватность математические модели метрологических характеристик измерительной системы.

5. Проведено исследование зависимости метрологических характеристик от значений параметров настройки измерительной системы.

6. Разработана и опробована методика снижения методической динамической погрешности обработки информации в измерительной системе, основанная на предложенных моделях погрешности.

7. Рассмотрены переходные процессы и качество управления процессом абсорбции при использовании алгоритмов управления по степени насыщения абсорбента.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы теории случайных функций, теории линейных и нелинейных цепей и сигналов, теории автоматического управления, а также метод имитационного моделирования.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложено уравнение измерения текущего значения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения и предназначенное для реализации способа управления процессом абсорбции.

2. Предложены математические модели формирования методической динамической погрешности в программно-аппаратной измерительной системе при действии на систему помех типа «белый шум» и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида при измерении степени насыщения абсорбента по уравнению, учитывающему динамические свойства объекта измерения.

3. Предложена методика снижения методической динамической погрешности в программно-аппаратной системе для измерения степени насыщения абсорбента, основанная на предложенных моделях погрешности.

Практическая значимость работы. Основные результаты диссертационного исследования, имеющие практическую значимость, заключаются в следующем:

1. Разработана программно-аппаратная система для измерения степени насыщения абсорбента, состоящая из полевого изменяемого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

2. Разработан пакет прикладных программ для имитационного моделирования метрологических характеристик системы для измерения степени насыщения абсорбента.

3. Разработан стенд для диагностики программного обеспечения и измерительных каналов многофункциональных систем контроля и управления. Стенд используется в учебном процессе на кафедре «Автоматизации технологических процессов и производств» филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых (г. Волжский, 2006 г.), XV Межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых (г. Волжский, 2009 г.), XXII - Международной Научной Конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-22» (г. Иваново, 2009 г.), Межрегиональной конференции «Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий» (г. Волжский, 2009 г.), Шестнадцатой Меж-

дународной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2010 г.).

Внедренне результатов работы. Информационно-измерительная система внедрена на ОАО «Волжский Оргсинтез» в составе системы регулирования степени насыщения абсорбента на установке получения цианистого натрия. Разработанные модели метрологических характеристик измерительной системы и экспериментальная установка используются филиалом ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском для проведения лабораторных занятий по дисциплинам «Интегрированные системы проектирования и управления», «Технические средства автоматизации» и «Автоматизация технологических процессов и производств».

Достоверность результатов исследований подтверждена методом имитационного моделирования и результатами экспериментов. Эксперименты по проверке адекватности моделей сигналов и объектов проводились На ОАО «Волжский Оргсинтез». Эксперименты по проверке работоспособности алгоритмов измерительной системы и моделей погрешностей проводились на экспериментальной установке, созданной специально для этих целей.

Положения, выносимые на защиту.

1. Уравнение измерения текущего значения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения и предназначенное для реализации способа управления процессом абсорбции.

2. Математические модели формирования методической динамической погрешности в программно-аппаратной измерительной системе при действии на систему помех типа «белый шум» и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида при измерении степени насыщения абсорбента по уравнению, учитывающему динамические свойства объекта измерения.

3. Методика снижения методической динамической погрешности в программно-аппаратной системе для измерения степени насыщения абсорбента, основанная на предложенных моделях погрешности.

4. Программно-аппаратная система для измерения степени насыщения абсорбента, состоящая из полевого изменяемого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Лично автором проведены следующие этапы научного исследования:

1. При разработке математических моделей методических динамических погрешностей лично автором проведены аналитические расчеты и выкладки, а также проверка адекватности моделей на физической экспериментальной установке.

2. Разработана и опробована методика снижения методической динамической погрешности системы для измерения степени насыщения абсорбента.

3. Разработан изменяемый полевой прибор.

4. Разработан пакет прикладных программ для обеспечения функционирования полевого прибора.

5. Разработан пакет прикладных программ для имитационного моделирования метрологических характеристик системы для измерения степени насыщения абсорбента.

6. Разработан пакет прикладных программ для визуализации процессов измерения на экспериментальной установке.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов работы, кратко изложено содержание диссертационной работы, приведены данные о структуре и объеме работы.

В первой главе диссертации проведен анализ аппаратов и процессов абсорбции, анализ систем автоматического управления процессами абсорбции, а также метрологических характеристик измерительных систем, применяемых в системах автоматического управления технологическими процессами.

На основе анализа литературы показано, что для управления процессом абсорбции целесообразно использовать критерий качества протекания процесса - степень насыщения абсорбента:

где Х\{() - концентрация абсорбируемого вещества в абсорбенте на входе в абсорбер; Х2(1) - концентрация абсорбируемого вещества в абсорбенте на выходе из абсорбера; Х2* - значение равновесной концентрации абсорбируемого вещества в абсорбенте.

Анализ литературы показал, что измерительные системы, применяемые в системах автоматического управления технологическими процессами, работают в динамическом режиме, при этом значительную долю в итоговой погрешности занимает динамическая составляющая. Исходя из того, что значение последней может быть снижено путем подбора оптимальных значений параметров настройки компонентов системы без изменения её аппаратной структуры, сделан вывод, что рассмотрение методической динамической составляющей погрешности представляется важным.

Показано, что измерительная информация, которой оперируют измерительные системы, применяемые в системах управления технологическими процессами, является стохастической, поэтому наиболее подходящими для анализа и построения метрологических характеристик таких систем являются статистические методы.

На основе анализа литературы сделан вывод, что существующие модели динамических погрешностей измерительных систем не соответствуют структуре рассматриваемой системы, так как не учитывают дробной нелинейности уравнения измерения (1), а также компенсации динамических свойств объекта измерения.

Во второй главе рассмотрена структура системы для измерения степени насыщения абсорбента, выбраны математические модели компонентов измерительных каналов. Получено уравнение измерения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения. Получены математические модели метрологических характеристик системы для измерения степени насыщения абсорбента.

Измерительная информация G(t) на входе в измерительный канал системы была представлена как сумма случайной функции полезного сигнала концентраций вещества в абсорбенте X{i) с о г личным ш нуля математическим ожиданием Мх и случайной центрированной помехи я(/):

G(t) = X{t) + n(t). (2)

Корреляционная функция полезного сигнала представлена в виде:

Kx(t) = Dxexp(-ca), (3)

где Dx - дисперсия величины концентрации; а - скорость изменения корреляционной функции концентрации.

Были рассмотрены помехи двух видов: высокочастотные помехи типа «белый шум» с корреляционной функцией вида (4) и помехи с корреляционной функцией экспоненциального вида (5) с конечной скоростью изменения.

K„(t) = S6(t), (4)

K„O) = Dnexp(-0t), (5)

где S- уровень шума, S(t) - дельта-функция Дирака, Dn - дисперсия помехи, Д-скорость изменения корреляционной функции помехи.

Использование модели (4) позволяет дать оценку помехи по верхнему уровню в условиях априорной неопределенности, то есть когда невозможно получить для помехи более точного аналитического описания.

Были рассмотрены два процесса абсорбции: сероуглерода и цианистого натрия. На основе архивных данных системы управления процессом абсорбции цианистого натрия были получены следующие модели измерительной информации:

- автокорреляционная функция центрированной случайной функции концентрации цианистого натрия в абсорбенте на входе в абсорбер и на выходе из абсорбера, соответственно:

Кх, (Г) = 3,94 • 10"6 • ехр(-2,5 • 1 (Г2 • ?); (6)

Кх2(0 = 2,52-10"6 • ехр(-2,0 • 10"2 • f); (7)

- взаимная корреляционная функция центрированных случайных функций концентраций цианистого натрия в абсорбенте на входе и на выходе из абсорбера, приведенных к одному моменту измерения:

Kxn{t) = 3,15-КГ6 • ехр(-3,3 • 1 (Г2 ■ t); (8)

- автокорреляционная функция помехи, наложенной на полезный сигнал концентрации цианистого натрия в абсорбенте на входе в абсорбер и на выходе из абсорбера, соответственно:

Кпх (?) = 2,72-10"5 • ехр(-3,3 ■ 10"1 • t); (9)

Кщ (0 = 1,74 • 10"5 • ехр(-3,3 • 10"1 • t). (10)

Для процесса очистки сероуглерода получены следующие модели измерительной информации:

- автокорреляционная функция центрированной случайной функции концентрации сероуглерода в абсорбенте на входе в абсорбер й Hä вылоде из абсорбера, соответственно:

Кх, (0 = 0,15 ■ ехр(-2,5 • 10"2 • /); (11)

Кх2 (/) = 0,15 ■ ехр(-2,0 • 10"2 ■ t); (12)

- взаимная корреляционная функция центрированных случайных функций концентраций сероуглерода в абсорбенте на входе и на выходе из абсорбера, приведенных к одному моменту измерения:

Кх} 2 (г) = 0,06 • ехр(-3,3 • 10"2 • 0; (13)

- автокорреляционная функция помехи, наложенной на полезный сигнал концентрации сероуглерода в абсорбенте на входе в абсорбер и на выходе из абсорбера, соответственно:

Kt\(t) = \0~5 -¿¡{t)-, (14)

Кпг{() = \^ -S(t). (15)

Для проведения статистического анализа погрешности выражение (1) было линеаризовано разложением в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки с номинальными значениями концентраций Xx(t) и X2(t). Линеаризованное выражение (1) представлено в виде:

y{t) = Afr(t) + A2G2{t) + Ai, (16)

. Мх,- X, * . 1 . Мх,2 - Мх, ■ Мх-, где А, =-i-L-r-; А, =-; л, = —--—- коэффициенты

1 (Х2* ~Mxt) 2 Х2*-Мх} 3 {X2*-Mxxf

линеаризации.

Каждый измерительный канал системы был представлен как последовательное соединение компонентов: первичного и вторичного преобразователей, аналого-цифрового преобразователя, блока перевода в требуемые единицы измерения, программного фильтра помех, компенсатора динамических свойств абсорбера, блока линеаризации и восстанавливающего элемента.

Первичные преобразователи представлены в виде апериодических звеньев первого порядка с весовой функцией:

Ир,(0 = ^ет\ (17)

где I - номер измерительного канала; Кр, - коэффициент преобразования, характеризующий статические свойства первичного преобразователя; Тр, - постоянная времени, характеризующая динамические свойства преобразователя.

Нормирующий преобразователь был представлен простым усилительным звеном с коэффициентом усиления Ки, и весовой функцией:

Ля,(0 = Аи,«У(0. (18)

Операция аналого-цифрового преобразования включает в себя квантование сигнала по уровню и дискретизацию по времени. В связи с тем, что на значение динамической составляющей погрешности влияет операция дискретизации, модель аналого-цифрового преобразования задана в следующем виде:

( г

с 1 п-Е —

где Тб - период опроса датчиков, п - порядковый номер дискретного времени в решётчатой функции; £[...]- целая часть числа.

Для компенсации статических преобразований, осуществляемых над измеряемым сигналом в первичном и нормирующем преобразователях, используется операция перевода в требуемые единицы измерения с весовой функцией вида:

Динамическая характеристика программного фильтра была задана в виде массива весовых коэффициентов:

И д,(п) = 3

(19)

Г т V 1-Т$

(21)

Т/и

Весовая функция Ь!,(!) звена линеаризации определяется следующим образом:

Ы,(1) = АД(). (22)

Весовая функция восстанавливающего элемента, реализующего ступенчатую экстраполяцию, имеет вид единичной функции-окна:

[1, пщ Oйt-kTs<Ts•,

^'Мп , УГ^Т (23)

[О, при I - ¿75 > 7л'.

Для повышения точности измерений в состав измерительных каналов включены программно реализованные компенсаторы динамических свойств объекта измерения, имеющие импульсные характеристики вида:

йс,(0 = <*(/-Те,), (24)

где 7с, - постоянная времени компенсатора динамических свойств объекта измерения, определяемая как время запаздывания абсорбера по соответствующему каналу.

Действие компенсатора заключается в смещении по времени значения концентрации Х\ (() для создания условий одномоментного измерения с соответствующим ему значением ^СО-

Наличие компенсаторов в составе измерительных каналов позволяет на основе выражения (1) получить уравнение измерения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения:

( ' \ К ' ^

1/(0 = ад- \hc(ti)X,(t-iiW /\Х2*- \hc{ß)Xx(t-ß)dß . (25)

V I-Tc )l V 1-Тс у

Методическая динамическая погрешность Ад(() представлена разностью показаний программно-аппаратной и эталонксй измерительных систем (см. рис. 1).

X,(t)

m

n,(ti

* hcj(t) - hl,(t)

n2(t)

ЭЙЙС

hc2(t)

hl2(t)

hls(t)

hp,(t) ■ hn,(t) ¡Aq,(n) ■ hsi(n) - hfj(n) - hc,(n) - hl,(n) ■

"Шшс"

+&> hp2(t) ■ кпЩкд2(п)

hs2(n)

NM

MM ■

Ж

hc2(n) ■ hl2(n) Wf> hr(t)

СH°

m

Рпс. 1. Схема выделения методической динамической погрешности:

ПАИИС - программно-аппаратная измерительная система; ЭИИС - эталонная измерительная система.

На основе моделей измерительной информации и компонентов измерительных каналов были получены математические модели дисперсии показаний программно-аппаратного канала для измерения концентрации абсорбируемого вещества в абсорбенте в случае действия помех типа «белый шум»:

ГГс,"

£Г =

A:ts

2T/-TS

1-

Ts

ч-2£ ■

Уи

Dx

S„ РхЛТр, j 7/1 - e~TslTp' (Tf, - Ts) 2TPi 1 - (a,Tp,)2 J Tf, + e-Ts,Tp> (Tf, - Ts)

Tf-ea*T'{Tft-Ts)

l-(ahTPl)2 Tfl+e-°<n(Tf,-Ts)

и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида:

А"

Д2Тз '

2Т/-Т5

1-

И

тг,.

-[I]

Рх„ Рщ Г/-е-л':'(Т/-Г5)

1-(а,1Гр,)1 Т^+с-^'ХТ/,-^) 1 -(Д,7>,)2 Ту; + е"д/1 -7>)"

Щ,а„Тр, , РпАТр,

1-(аа7>,)2 1-(Д,7>,)2

Т^ - е'п>Тр' (Т/, - 7д)

(27)

Также получена модель взаимной корреляции показаний эталонного и программно-аппаратного каналов для измерения концентрации абсорбируемого вещества в абсорбенте:

О 0) =

Д27Шх '

аиТр,-\

1-

У,

..ГгсЛ

Тр,

Тр,

Т/.-е^уу.-Тз) апТр1 +1 ~

(28)

Были получены модели динамической погрешности в случае воздействия на систему помех типа «белый шум»:

-2а,/з

Н?1

м 1=\ м >1 -1 V VI,

2аЩ

Тр,

Т/-еа*т\ТГ-Т$) а9Тр, +1,

+ 11

Га

гМ

(г

\\

Т/гет,11>>Щ-Ъ)

+1 - (а^)2 Г/у + е4*' (Т/; - Тз) у и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида:

/=1 ]=\ /

мм 1

75

Т/,

у#]

-2-5-

Тр,

Т^-е-^Ю-Тз) а:]Тр,+\

1-

7«

Я.

Тс,

1-

V,

1)

/ Рхи Т^-е-а*т\Т/гТв) | £>л, Щ-е^'Щ-Тз) -(а,ГЛ)2 Г/, + е'""п{Т/1 -Т7) ' 1 -(Д,7р/ Г/, + ^(Г/, -7у)

_ РпДТр} Щ-еп1Тр<{Т/гТя)

1 - (а. 1 - (Д/р^; Г/, + (Г/, -

(30)

Здесь г, у - номер измерительного канала; ая, Д,, , ^ - соответственно, элементы матриц скорости изменения концентрации, скорости изменения помехи, коэффициентов корреляции измеряемых сигналов и помех, уровня шума (при г = у элементы матриц являются дисперсиями измеряемых величин, при г ф являются характеристиками взаимных корреляционных функций).

Показано, что математическое ожидание случайной функции методической динамической погрешности равно нулю.

В разработанном пакете прикладных программ проведен анализ зависимости нормированной дисперсии методической динамической погрешности

от значений настроечных коэффициентов каналов и системы, а также от параметров измеряемых сигналов.

А,

(31)

где 1)Дд - дисперсия погрешности определения искомой величины, Ву - дисперсия показаний эталонной измерительной системы:

^¿¿^^"^"Ч (32)

м >1

Показано (рис. 2), что при уменьшении периода опроса датчиков Т>ч происходит уменьшение динамической погрешности, так как при этом снижается влияние на погрешность потери информации, связанной с дискретизацией сиг-

1x10

1x10'

1x10"

0.01 «Т5, отн. ед.

Рис. 2. График зависимости погрешности от периода опроса датчиков

/Т£=СЛЛ п Т£ — ЛЛЛ „ Т.,. — 1 1ПП - ~ 1М

......... ..........................~ 1 "41

> "II"

налов по времени. Существует верхняя оценка ТУ, начиная с которой дальнейшее уменьшение периода опроса датчиков практически не приводит к снижению динамической погрешности, так как большее влияние на ^ значение погрешности начинают оказывать динамические свойства компонентов измерительных каналов. Уменьшение периода опроса датчиков меньше верхней оценки с целью снижения динамической погрешности обработки информации в измерительной системе является нерациональным, так как уменьшение погрешности лри этом происходит незначительно, но существенно возрастает вычислительная нагрузка на измерительную систему.

Показано, что дробное взаимодействие измеряемых сигналов приводит к различию видов зависимостей динамической погрешности от настроечных коэффициентов динамических преобразователей в программно-аппаратной измерительной системе. При увеличении постоянной времени программного фильтра в канале измерения концентрации вещества в абсорбенте на входе в абсорбер Т/\ происходит уменьшение динамической погрешности (рис. За).

Зависимость методической динамической погрешности от параметров программного фильтра в канале измерения концентрации вещества в абсорбенте на выходе из абсорбера Т/2 имеет минимум (рис. 36), соответствующее которому значение постоянной времени программного фильтра целесообразно выбирать при настройке параметров программно-аппаратной измерительной системы.

_,_ %

Рис. 3. График зависимости погрешности постоянной времени фильтра

а) в первом канале при разной скорости изменения первого сигнала (7я = 50 с, = 550 с, Тс1 = 1300 с): 1 -ац = 1,0-10"71/с; 2-а,, = 1,4-10"3 1/с; 3 -ац= 1,4-10"2 1/с.

б) во втором канале при разной скорости изменения второго сигнала (Тя = 50 с, Т}\ = 500с, Тс2 = 1300 с): 1 - а22= 1,0-10"11/с; 2 - а22 = 2,0-10"41/с; 3 - а22= 5,0-Ю4 1/с.

Показано, что характер зависимости методической динамической погрешности от постоянной времени датчика в канале измерения концентрации вещества в абсорбенте на входе в абсорбер изменяется с увеличением скорости изменения сигнала (рис. 4а).

Рис. 4. График зависимости погрешности от постоянной времени датчика

а) в первом канале при разной скорости изменения первого сигнала (7й = 50 с, 7/1 = 500 с, Т/г = 150 с, Трг = 10 с, Тс2 = 1300 с):

1 -ан^ 0,5-10"2 1/с;2-ац= 1,0-10"21/с;3-ац= 1,4-10"2 1/с.

б) во втором канале при разной скорости изменения второго сигнала (Тз = 50 с, 7/1 ~ 500 с, Т/г = 150 с, Тр\ = 10 с, Тс2 = 1300 с):

1 -ап= 1,0-Ю"4 1/с;2-а22= 2,0-Ю"4 1/с; 3 -а22= 5,0-Ю"41/с.

При меньшей скорости сигнала характер зависимости погрешности от постоянной времени датчика является монотонно возрастающим. При увеличении скорости изменения сигнала на кривой зависимости появляется минимум.

Показано, что зависимость погрешности от постоянной времени датчика в канале измерения концентрации вещества в абсорбенте на выходе из абсорбера имеет минимум при любых значениях скорости изменения сигнала (рис. 46). При больших скоростях изменения сигнала минимум на кривой является более выраженным.

Значения постоянных времени датчиков, соответствующие минимумам на рассмотренных кривых, целесообразно выбирать при настройке параметров программно-аппаратной измерительной системы.

В третьей главе представлена программно-аппаратная система для измерения степени насыщения абсорбента, состоящая из полевого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

В работе предложен изменяемый, то есть свободно конфигурируемый, полевой прибор, имеющий возможность подключения до четырех первичных преобразователей. Предложенный прибор позволяет получать значения технологических параметров по результатам косвенных измерений. Функциональная схема прибора показана на рисунке 5.

Основу прибора составляет микроконтроллер (МК) Р1С16Б877. Прибор оснащен двухстрочным дисплеем (ДСПЛ) для отображения текущего значения степени насыщения, и служебной информации, клавиатурой (КЛ) для измене-

ния настроечных коэффициентов, цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), генерирующим токовый сигнал 4-20 мА для передачи значения степени насыщения в вышестоящую управляющую систему. Прибор также оснащен цифровым интерфейсным преобразователем (ИП) 115232 для передачи результатов измерений в ЭВМ. Блок питания (БП) обеспечивает требуемое напряжение питания для компонентов прибора.

Пакет прикладных программ рассматриваемой измерительной системы состоит из программы, хранящейся в памяти микроконтроллера, и обеспечивающей функционирование прибора, а также программного обеспечения, устанавливаемого на ЭВМ, предназначенного для визуализации процессов изменения измери-

л/7

Рис. 5. Функциональная схема изменяемого полевого прибора

тельной информации, поступающей с прибора по цифровому интерфейсу.

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке работоспособности полевого изменяемого прибора и адекватности математических моделей методической динамической погрешности системы измерения степени насыщения абсорбента.

Для проведения экспериментов была разработана программно-аппаратная установка (см. рис. 6), которая содержит программный блок генерации сигналов 1 и связанный с ним программно-аппаратный блок обработки измерительной информации 2. Блок 1 представляет собой проект ПО «Trace Mode» и состоит из блока имитации измерительной информации 3, блока интерфейса пользователя 4, блока регистрации измерительной информации 5, соединенных с блоком приема-передачи измерительной информации 6.

1. Программное обеспечение Trace Mode

3, Имитация изм.' ; -информации * ?

..;<иИйТйрфейс.; пользователя

iSrPe гкстрайий., йзм; информации-

. sail' S 8-s

Il'

a:

r-- 5 -

• S

2, Контроллер DeCûnt.'

? =

tt -S."!

8. Вычисление

V*

З.ЦАП

Ш:АЦП

11. Исследуемая

иис

Рис. 6. Функциональная схема стенда для проверки работоспособности устройств систем контроля и управления

Блок обработки измерительной информации 2 реализован на базе промышленного контроллера БеСоЩ и содержит блок приема-передачи измерительной информации 7, связанный с блоком вычисления эталонного значения параметра уэт 8, блоком вывода сигналов (ЦАП) 9 и блоком ввода сигналов

(АЦП) 10. К вводам и выводам стенда подключается исследуемая измерительная система 11.

В блоке имитации сигналов генерируется измерительная информация с заданными статистическими характеристиками (математическое ожидание, дисперсия, скорость изменения), передаваемая в блок эталонных вычислений, а также в исследуемую систему. Результаты измерений с выхода исследуемой измерительной системы цгпр и блока эталонных вычислений передаются в блок интерфейса пользователя для отображения, а также записываются в архив блоком регистрации измерительной информации для последующего анализа.

Проверка адекватности математических моделей методической динамической погрешности измерительной системы осуществлялась путем сопоставления по критериям Фишера и Стьюдента результатов, получаемых расчетом по математическим моделям, с результатами, полученными на экспериментальной установке.

Сравнение полученных значений критериев с табличными показало, что отличие значений математического ожидания и дисперсии, полученных расчетом по математическим моделям от оценок, полученных расчетом по экспериментальным реализациям, можно считать несущественным. Из этого был сделан вывод, что полученные в работе математические модели адекватно описывают зависимость методической динамической погрешности измерения степени насыщения абсорбента от параметров работы измерительной системы.

В пятой главе рассматривается применение предложенной методики снижения методической динамической погрешности. Также в главе рассмотрены результаты моделирования переходных процессов в системе и качество управления процессом абсорбции при использовании способа управления по степени насыщения абсорбента.

На рисунке 7 показана схема системы управления процессом абсорбции по степени насыщения абсорбента. Здесь 1 - абсорбер; 2 -система для измерения степени насыщения абсорбента; 3 - сумматор; 4 - регулятор; 5 - регулирующий клапан; 6 и 7 -датчики концентраций вещества в абсорбенте.

Проведенный анализ результатов моделирования переходных процессов, а также анализ качества управления процессом абсорбции при использовании способа управления по степени насыщения абсорбента без компенсации и с

Рис. 7. Принципиальная схема реализации способа управления процессами абсорбции

компенсацией динамических свойств абсорбера показывает работоспособность способа управления.

На основе полученных математических моделей была предложена методика снижения методической динамической погрешности измерительной системы, согласно которой определяют статистические характеристики сигналов и параметры объекта измерения, строят графики зависимостей методической динамической погрешности от параметров работа системы по выражениям (29) или (30) и выбирают значения настроечных коэффициентов системы, обеспечивающие уменьшение динамической погрешности.

Применение предложенной методики снижения методической динамической погрешности при определении значений настроечных коэффициентов измерительной системы рассмотрено для двух процессов абсорбции в технологических процессах производства цианистого натрия и сероуглерода, осуществ-

-----------ГЧ А ^ ..Г»----------_____________

лл&мшл па ипи ^шилжскии ^ишс^«.

Для процесса абсорбции цианистого натрия показано, что при существующих параметрах настройки измерительных каналов системы управления (Тз = \ с, = Т/2 = 300 с, Трх = Тр2 — 0,5 с) доверительный интервал относительной методической динамической погрешности при Р = 0,95 составляет 8д = ± 0,96 %. Применение предлагаемой методики позволяет определить значения настроечных коэффициентов (7я = 4 с, Т/\ = 600 с, Т/2 = 10 с, Тр\ = 10 с, Тр2 = 15 с), при которых относительная методическая динамическая погрешность может быть снижена до 8Й = ± 0,03 %.

Для процесса абсорбции сероуглерода показано, что при существующих параметрах настройки измерительных каналов системы управления (Тз = 1 с, Т/\ = Т/2 = 240 с, ТР\ = Тр2 = 0,5 с) доверительный интервал относительной методической динамической погрешности при Р = 0,95 = ± 6,5 %, при этом суммарная относительная погрешность измерения степени насыщения абсорбента составляет 8 = ± 7,6 %. При выбранных согласно предлагаемой методике значениях настроечных коэффициентов системы (7Ъ = 2 с, 77", = 700 с, Т/2 = 60 с, Тр\ = 0,5 с, Тр2 = 20 с) относительная динамическая погрешность может быть снижена до 8д = ± 1,0 %. В таком

Рис. 8. Переходный процесс в системе регулирования с учетом погрешности измерении степени насыщения абсорбента

1 - Истинное значение степени насыщения абсорбента;

2 - Погрешность измерения степени насыщения абсорбента при отсутствии динамической составляющей;

3 - Погрешность измерения степени насыщения абсорбента при налнчии динамической составляющей.

случае доверительный интервал суммарной относительной погрешности измерения степени насыщения абсорбента составит 5 = ± 4,0 %, что в 1,9 раза меньше погрешности при существующих параметрах настройки системы.

Таким образом, применение предложенной в работе методики позволяет практически в два раза снизить погрешность измерения степени насыщения абсорбента для процесса абсорбции сероуглерода.

На рисунке 8 показан переходный процесс в системе управления абсорбером с учетом погрешности измерения степени насыщения абсорбента. Очевидно, что наличие погрешности приводит к отклонению измеренного значения степени насыщения абсорбента от истинного значения, которое является оптимальным. В свою очередь, это приводит к снижению точности регулирования, то есть, к перерасходу абсорбента. Учитывая масштабы производства, следует отметить, что повышение точности поддержания оптимального значения расхода абсорбента позволяет значительно повысить экономическую эффективность производства.

Основные результаты и выводы по работе

1. Предложено уравнение измерения текущего значения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения.

2. Получены математические модели измерительной информации для двух технологических процессов абсорбции: цианистого натрия и сероуглерода.

3. Построены модели метрологических характеристик измерительной системы для определения степени насыщения абсорбента.

4. Показано, что методическая динамическая погрешность измерительной системы является центрированной случайной функцией, зависящей от статистических характеристик измерительной информации, а также от значений настроечных коэффициентов измерительной системы.

5. Предложены модели дисперсии методической динамической погрешности системы для измерения степени насыщения абсорбента с учётом динамических свойств объекта измерения и дробного взаимодействия измеряемых сигналов в уравнении измерения. Модели могут быть использованы для определения значений настроечных коэффициентов системы в случае, когда в качестве верхней оценки воздействующих помех можно применить аппроксимацию свойств помех сигналом типа "белый шум" и когда корреляционные функции помех могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью.

6. Для определения текущего значения степени насыщения абсорбента предложена программно-аппаратная измерительная система, состоящая из изменяемого полевого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

7. Экспериментально доказано, что построенные модели адекватно описывают зависимость методической динамической составляющей погрешности

измерения степени насыщения абсорбента от параметров измерительной информации и значений настроечных коэффициентов измерительной системы.

8. На основе предложенной методики снижения методической динамической погрешности измерительной системы были найдены значения параметров измерительных систем, применяемых в системах управления процессами абсорбции цианистого натрия и сероуглерода, обеспечивающие снижение методической динамической погрешности. Показано, что применение предложенной методики снижения методической динамической погрешности измерительной системы для процесса производства сероуглерода позволяет существенно снизить значение методической динамической составляющей погрешности измерения степени насыщения абсорбента, что уменьшает итоговую погрешность практически в два раза.

9. Рассмотрены результаты моделирования переходных процессов в системе при использовании способа управления по степени насыщения абсорбента. Показано, что способ является работоспособным и может применяться в промышленности для управления процессами абсорбции.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Болдырев И.А., Качегин Д.А,, Шевчук В.П. Прибор для измерения степени насыщения абсорбента // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2008. - № 2. - с. 30-34.

2. Шевчук В. П., Болдырев И. А. Метрологические характеристики информационно-измерительной системы для определения степени насыщения абсорбента // Метрология. - 2009. - № 12. - с. 31- 40.

3. Шевчук В. П., Болдырев И. А. Система измерения степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции // Вестник МЭИ. -2010. - № 2. - с. 127-132.

4. Качегин Д.А., Болдырев И.А., Загребин В.Н. Система стабилизации степени насыщения абсорбента // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Сборник научных статей. - Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2006 - с. 141-144.

5. Качегин Д.А., Болдырев И.А., Загребин В.Н. Виртуальный прибор для измерения степени насыщения абсорбента // Ресурсо-энергосбережение и эко-лого-энергетическая безопасность промышленных городов: Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Сборник научных статей. - Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском. - 2006. - с. 151-153.

6. Болдырев И.А. Метрологические характеристики информационно-измерительной системы для определения значения степени насыщения абсорбента // XV Межвузовская научно-практическая конференция студентов и молодых ученых, г.Волжский. - 2009. - с. 27-28.

7. Болдырев И. А. Модель динамической погрешности измерения текущего значения степени насыщения абсорбента // XXII - Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-22» Псковский государственный политехнический институт. - 2009. - с. 186-187.

8. Болдырев И.А., Шевчук В.П. Методика оптимизации параметров информационно-измерительной системы для определения степени насыщения абсорбента // Межрегиональная конференция «Моделирование и создание объектов энерго-ресурсосберегающих технологий»: Материалы научно-практической конференции / Сборник научных статей. - Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском. - 2009. - с. 126-131.

9. Болдырев И.А., Желбаков И.Н. Система измерения степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Шестнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3 т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ. - 2010. - с. 453454.

10. Пат. 84965 МПК 00103/02 Изменяемый полевой прибор / Шевчук В. П., Болдырев И. А; патентообладатель: ГОУВПО «МЭИ (ТУ)». - №2009110109/22; заявл. 20.03.2009; опубл. 20.07.2009; бюл. № 20.

Подписано в печать №(£■№ За к. Тир. ЮС п.л./У^ Полиграфический центр МЭИ(ТУ) Красноказарменная ул.,д.13

Введение.

1. Анализ информационно-измерительных и управляющих систем процессом абсорбции.

1.1 Анализ особенностей процесса жидкостной абсорбции газов.

1.2 Анализ систем управления процессами абсорбции.

1.3 Анализ метрологических характеристик измерительных систем, применяемых при управлении технологическими процессами.

1.4 Анализ методов количественной оценки динамических погрешностей измерительных систем.

1.5 Выводы и постановка задач исследования.

2. Математическое описание элементов измерительной системы.

2.1 Модели измерительной информации.

2.2 Модель измерительной системы для управления процессом абсорбции

2.3 Исследование погрешности линеаризации измерительной системы.

2.4 Математические модели компонентов измерительной системы.

2.5 Исследование свойств показаний программно-аппаратной измерительной системы.

2.6 Модели метрологических характеристик измерительной системы.

2.7 Свойства динамической погрешности измерительной системы.

2.8 Выводы.

3. Разработка системы для измерения степени насыщения абсорбента.

3.1 Разработка аппаратной части измерительной системы.

3.2 Разработка программного обеспечения измерительной системы.

3.3 Выводы.

4. Исследование метрологических характеристик изменяемого полевого прибора.

5. Определение параметров измерительной системы.

5.1 Система измерения в процессе производства цианистого натрия.

5.2 Система измерения в процессе производства сероуглерода.

5.3 Исследование качества управления процессами абсорбции.

5.4 Методика снижения динамической погрешности.

5.5 Выводы.

В" промышленности широко-распространены процессы абсорбции. Они применяются для> получения готового продукта, для выделения ценных компонентов из газовых смесей, для очистки газовых выбросов от вредных примесей, а также для осушки газов. Аппараты, в которых протекают процессы абсорбции (абсорберы), представляют собой крупногабаритные цилиндрические колонны, в которых происходит контакт газовой смеси и абсорбента. При этом один из компонентов смеси растворяется в абсорбенте и в дальнейшем может быть выделен в чистом виде.

Абсорбер как объект управления представляет собой сложную техническую систему, обладающую большой инерционностью. Система управления процессом абсорбции может быть разбита на ряд локальных контуров регулирования: температуры газовой! смеси, давления в колонне, уровня, насыщенного, абсорбента, количества подаваемого в колонну абсорбента и другие.

Известно большое количество различных способов управления процессами абсорбции. Одним из них является способ [1]; направленный на повышение эффективности протекания процесса абсорбции, основанный < на использовании обобщенного показателя - степени насыщения абсорбента. Для реализации указанного способа необходимо обеспечить измерение текущего значения степени насыщения, для чего требуется информационно-измерительная система, являющаяся частью системы управления.

Таким образом, актуальной* является работа по созданию* системы измерения степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции и анализ ее метрологических характеристик для повышения точности измерений.

Многие исследователи отмечают, что для измерительных систем, применяемых в системах управления технологическими процессами, динамическая составляющая погрешности может достигать достаточно больших значений. Так как; значение методической динамической погрешности измерительных систем может быть снижено путем подбора, оптимальных параметров настройки компонентов, измерительных каналов без* изменения аппаратной' структуры систем, то важным является анализ именно динамической составляющей погрешности.

Измерительная; информация, которой оперируют измерительные системы, применяемые в системах, управления технологическими процессами, является? стохастической, поэтому наиболее подходящими для анализа и построения метрологических характеристик таких измерительных систем являются статистические методы.

Анализ* литературных источников1 показал,, что известные: модели динамических погрешностей' измерительных систем не соответствуют структуре рассматриваемой системы с дробно-нелинейным взаимодействием измеряемых сигналов и компенсацией динамических; свойств объекта измерения. Поэтому, целью' работы; является создание измерительной системы для управления процессом абсорбции и анализ ее метрологических характеристик для снижения методической динамической погрешности системы; :

Для достижения поставленной цели- были решены> следующие задачи:

Г. Проведен; анализ аппаратов и процессов абсорбции, анализ систем автоматического управления процессами абсорбции, а также метрологических характеристик измерительных систем.

2. Разработано уравнение измерения степени? насыщения * абсорбента^ учитывающее динамические свойства объекта изхмерения.

3. Разработана система для измерения степени; насыщения абсорбента:

4. Построены иг проверены на адекватность математические модели метрологических характеристик:измерительной системы.

5. Проведено исследование зависимости метрологических характеристик от значений параметров настройки измерительной системы.

6. Разработана и опробована методика снижения методической динамической погрешности обработки информации в измерительной системе, основанная на предложенных моделях погрешности.

7. Рассмотрены переходные процессы и качество управления процессом абсорбции при использовании алгоритмов управления по степени насыщения абсорбента.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы теории случайных функций, теории линейных и нелинейных цепей и сигналов, теории автоматического управления, а также метод имитационного моделирования.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложено уравнение измерения текущего значения! степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения и предназначенное для реализации способа управления процессом абсорбции.

2. Предложены математические модели формирования методической динамической погрешности в программно-аппаратной измерительной системе при действии на систему помех типа «белый шум» и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида при измерении степени насыщения абсорбента по уравнению, учитывающему динамические свойства объекта-измерения.

3. Предложена методика снижения методической динамической погрешности в программно-аппаратной системе для измерения степени насыщения абсорбента, основанная на предложенных моделях погрешности.

Практическая значимость работы. Основные результаты диссертационного исследования, имеющие практическую значимость, заключаются в следующем:

1. Разработана система измерения степени насыщения абсорбента, состоящая из полевого изменяемого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

2. Разработан пакет прикладных программ для имитационного моделирования метрологических характеристик системы для измерения степени насыщения абсорбента.

3. Разработан стенд для диагностики программного обеспечения и измерительных каналов многофункциональных систем контроля и управления. Стенд применяется в учебном процессе на кафедре «Автоматизации технологических процессов и производств» филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения; пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

5.5 Выводы

Расчеты показывают, что применение математических моделей метрологических характеристик для определения значений настроечных коэффициентов измерительных каналов системы управления процессом абсорбции в процессе производства сероуглерода позволяет существенно снизить значение методической динамической составляющей погрешности измерения степени насыщения абсорбента и уменьшает итоговую погрешность практически в два раза (с 7,6 % до 4,0 %).

Характер зависимостей методической динамической погрешности от параметров настройки измерительной системы позволяет сформулировать методику снижения динамической погрешности измерительной системы.

Снижение погрешности измерения степени насыщения абсорбента за счет компенсация динамических свойств абсорбера в измерительном канале приводит к уменьшению времени регулирования и величины перерегулирования и позволяет существенно повысить качество управления процессом абсорбции.

Результаты моделирования переходных процессов в системе при использовании способа управления по степени насыщения абсорбента показывают, что способ является работоспособным и может применяться в промышленности для управления процессами абсорбции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В промышленности широко используются процессы абсорбции. Абсорбер как объект управления представляет собой сложную техническую систему. В работе [1] предложен новый способ управления абсорбционной установкой, направленный на повышение эффективности протекания процесса абсорбции и основанный на использовании обобщенного показателя - степени насыщения абсорбента. Для реализации указанного способа необходимо обеспечить измерение текущего значения степени насыщения, для чего требуется информационно-измерительная система, являющаяся частью системы управления.

Так как для измерительных систем, применяемых в системах управления технологическими процессами, динамическая составляющая погрешности может достигать достаточно больших значений и может быть снижена, путем подбора оптимальных параметров настройки компонентов измерительных систем без изменения аппаратной структуры систем, то важным является<анализ именно динамической составляющей погрешности.

Анализ литературных источников показал, что известные модели динамических погрешностей измерительных систем не соответствуют структуре рассматриваемой системы с дробно-нелинейным взаимодействием измеряемых сигналов.

Актуальной является задача создания системы измерения степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции и анализ ее метрологических характеристик для определения параметров настройки системы, обеспечивающих максимальную точность измерений.

В результате проведенного диссертационного исследования были получены следующие результаты:

1. Предложено уравнение измерения текущего значения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения (2.32).

2. Получены математические модели измерительной информации для двух технологических процессов абсорбции: цианистого натрия и сероуглерода.

3. Построены модели метрологических характеристик измерительной системы для определения степени насыщения абсорбента.

4. Полученные модели (2.80) и (2.81) определяют дисперсию показаний программно-аппаратного измерительного канала в случае действия помех типа «белый шум» и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида с учётом динамических свойств объекта измерения и дробного взаимодействия измеряемых сигналов в уравнении измерения.

5. Полученное выражение (2.85) определяет взаимную корреляционную функцию показаний эталонного и программно-аппаратного измерительных каналов с учётом динамических свойств объекта измерения и дробного взаимодействия измеряемых сигналов в уравнении измерения.

6. Полученные выражения (2.89) и (2.90) определяют дисперсию методической динамической погрешности системы для измерения степени насыщения абсорбента с учётом динамических свойств объекта измерения и дробного взаимодействия измеряемых сигналов в уравнении измерения. Модели могут быть использованы для определения значений настроечных коэффициентов системы в случае, когда в качестве верхней оценки воздействующих помех можно применить аппроксимацию свойств помех сигналом типа "белый шум" и когда корреляционные функции помех могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью.

7. Методическая динамическая погрешность измерительной системы является центрированной случайной функцией, зависящей от статистических характеристик измерительной информации, а также от значений настроечных коэффициентов измерительной системы.

8. На основе результатов анализа зависимостей методической динамической погрешности измерительной системы от параметров работы системы построена методика снижения методической динамической погрешности системы измерения-степени насыщения абсорбента.

9. Для определения текущего значения степени насыщения абсорбента I была разработана программно-аппаратная измерительная' система, состоящая из изменяемого полевого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

10. Для проверки работоспособности измерительной системы и адекватности построенных математических моделей методической динамической погрешности измерения степени насыщения абсорбента была разработана программно-аппаратная экспериментальная установка.

11. Экспериментально доказано, что построенные модели адекватно описывают зависимость методической динамической составляющей погрешности измерения степени насыщения абсорбента от параметров измерительной информации и значений настроечных коэффициентов измерительной системы.

12. На основе методики снижения методической динамической погрешности измерительной системы были найдены значения параметров измерительных систем, применяемых в системах управления процессами абсорбции цианистого натрия и сероуглерода, обеспечивающие снижение методической динамической погрешности: Показано, что применение предложенной методики снижения методической динамической погрешности измерительной системы для процесса производства сероуглерода позволяет существенно снизить значение методической» динамической составляющей погрешности измерения степени насыщения абсорбента, что уменьшает итоговую погрешность практически в два раза (с 7,6 % до 4,0 %).

13. Рассмотрены результаты моделирования переходных процессов в системе при использовании способа управления по степени- насыщения абсорбента. Показано, что предложенный в работе [1] способ управления абсорбером по степени насыщения абсорбента является работоспособным.

Таким образом, на защиту выносятся:

1. Уравнение измерения текущего значения степени насыщения абсорбента, учитывающее динамические свойства объекта измерения и предназначенное для реализации способа управления процессом абсорбции.

2. Математические модели формирования методической динамической погрешности в программно-аппаратной измерительной системе при действии на систему помех типа «белый шум» и помех с корреляционной функцией экспоненциального вида при измерении степени насыщения абсорбента по уравнению, учитывающему динамические свойства объекта измерения.

3. Методика снижения методической динамической погрешности в программно-аппаратной системе для измерения степени насыщения абсорбента, основанная на предложенных моделях погрешности.

4. Программно-аппаратная система для измерения степени насыщения абсорбента, состоящая из полевого изменяемого прибора и пакета прикладных программ для обеспечения его функционирования.

1. Шевчук В.П., Качегин Д.А., Загребин В.Н. Система управления процессом абсорбции по степени насыщения абсорбента // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. - №7. - с. 1-8.

2. Гильперин Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1981. - 812 с.

3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е, в 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995.-368 с.

4. Рамм В. М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, переработ, и доп. - М.: «Химия», 1976. - 656 с.

5. Способ автоматического управления абсорбцией сероводорода из коксового газа / Полещук И.С. и др.; Пат. 2023485. № 4784154/26; заявл. 18.06.1990; опубл. 30.11.1994. '

6. Устройство для автоматического управления процессом абсорбции / Размолодин Л. П. и др.; Пат. 691176. № 2509814; заявл. 14.07.1977; опубл. 15.10.1979; бюл. № 38.

7. Способ управления процессом многоступенчатой абсорбции / Кондратов С.Н., Шумихин А.Г.; Пат. 2055633. № 92002656/26; заявл. 29.10.1992; опубл. 10.03.1996.

8. Способ автоматического управления процессом абсорбции — десорбции / Шевчук В.П., Ковалева Т.Н. и др; А. с. 736418. опубл. 29.01.80.

9. Способ управления процессом абсорбции / Кузьмина Е. Я. и др.; Пат. 689711. -№2478106; заявл. 13.04.1977; опубл. 05.10.1979; бюл. № 37.

10. Способ автоматического управления процессом абсорбции / Гольцман М.И., Верзилова Н. В; Пат. 504546. № 1969289/23-26; заявл. 14.11.73; опубл. 28.02.76; бюл. № 8.

11. Способ управления абсорбционно-дссорбциопными процессами: / Смольянов В. А., Рулыюв А.А., Бессмертная Е. К.; Пат. 521914. -2014480/26; заявл. 12.04.1974; опубл. 25.07.1976; бюл. № 27. .

12. Г4;Мйф, Н.11. Оптимизация; точности измерений в производстве; — М.: Издательство стандартов; 1991.— 136:с.

13. Кузнецов Б.Ф. Пинхусович P.JI. Минимизация динамической погрешности измерительных преобразователей // Измерительная техника. 2004. - № 1. - с. 12-14.

14. Кузнецов Б.Ф., Пинхусович P.JI., Пудалов А.Д. Расчет дополнительных погрешностей каналов ТТИС АСУТП // Приборы и системы: Управление, контроль, диагностика. 2006. - №61 — с. 51-54.

15. Метрология динамических измерений / Б.Ф. Кузнецов и др.// Сборник научных трудов: Естественные и технические науки. Социально гуманитарные и экономические науки! Аш арск: А1 ТА, 2001.131 , .

16. Кузнецов^Б;Ф: Анализ; динамического режима , работы неравноточных измерительных каналов; АСУТГГ // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование; ИрРУПС.- 20041- № 4. с. 99-103.

17. Шевчук В.П., Коровина Е.В. Оптимизация режимных параметров работы измерительных каналов виртуального прибора по учету потребленной тепловой энергии // Измерительная техника. 2007. - № 10. - с. 10-14.

18. Коптев B.C., Сычев Г.И. Теорема о среднем (О динамических погрешностях измерительных преобразователей) // Датчики и системы.2004. -№12. с. 52-55.

19. Грановский В.А. Динамические измерения:; основы метрологического обеспечения; JI1: Энергоатомиздат,: 1984. — 220 с:

20. Шевчук В.ГГ. Расчет динамических погрешностей интеллектуальных ' измерительных;систем. М.: Физматлит, 2008: — 288 с.

21. Кавалеров Г.И., Мандельштам С.М. Введение в информационную теорию измерений. М.: Энергия, 1974. - 375 с.

22. Новоселов O.I 1., Фомин»' А:Ф> Основы теории и расчета информационно измерительных систем. М.: Машиностроение, 1991.336 с. ,

23. Шевчук В.ГГ. Теория информационных каналов систем управления:, Математические основы описания линейных и нелинейных программно-аппаратных каналов; обработки информации: Учебное пособие. Волгоград: ВолгГТУ, 1993.- 128 с.

24. Цветков Э.И: Процессорные; измерительные средства: Л.: Энергоатомиздат, 1989: - 224 с.

25. Баранов J1.A. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1990; - 304 с.

26. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Издательство; стандартов, 1985. - 226 с.35/Айвазян G.A., Вшоков И.С., Мешалкин Л.Д. Основы моделирования и первичной обработки данных. М.: Финансы и ,статистика, 1983. - 471 с.

27. Грановский; В.А., Сирая; Т.Н- Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 228 с.

28. Коломейцев J1.A. Хрулло В.М. Номенклатура нормируемых характеристик ИВК и их контроль при испытаниях // Теоретические и прикладные исследования* в области; системных измерений: сб.науч. трудов. Львов: ВНИИМИУС, 1987. - с. 24-30.

29. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов.-Mi: Энергия, 1979! 1S12 с.

30. Ицкович Э.Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин. -М.: Энергия, 1975. 417 с.

31. Лачков В.И. О методической погрешности учета по средним значениям параметров энергопотребления // сборник «Средства автоматизации коммерческого учета энергоносителей». СПб: МЦЭНТ, 1994. - с. 65-69.

32. Башкшг Б.В., Милейковский Ю.С. Новые предложения для эффективного решения проблем энергоснабжения // Энергосбережение. 2002. - №4. - с.32-33.

33. Шевчук В.П., Свиридова О.В. Пакет прикладных программ для синтеза динамических компенсаторов в системах управления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика.- 2006. №6. -с. 21-25.

34. Самойлов JI.K., Жуков А.В. Выбор частоты дискретизации реальных сигналов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — 2009. №1.-с.31-35.

35. Hessling Jan Peter A Novel Method Of Estimating Dynamic Measurement Errors // XVIII IMEKO World Congress. Metrology for a Sustainable Development. Rio de Janeiro, Brazil, September 17-22 2006.

36. Hessling Jan Peter, Mannikoff Anders Dynamic Measurement Uncertainty Of HV Voltage Dividers // XIX IMEKO World Congress. Fundamental and Applied Metrology. Lisbon, Portugal, September 6-11 2009.

37. Ronald T. Azuma Correcting for Dynamic Error //• SIGGRAPH '97 Course Notes #30: Making Direct Manipulation Work in Virtual Reality, August 1997.

38. Лясин Д.Н. Параметрический синтез информационно измерительных систем с мультипликативным взаимодействием измерительных каналов: дис. канд техн. наук: 05.11.16; ВолгГТУ. - Волгоград, 2001.116 с.

39. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. — М.: Мир, 1986.-398 с.

40. Дороговцев А.Я. Теория оценок параметров случайных процессов. -Киев: Вища школа, 1982. 192 с.

41. Краус М., Вашны Э. Измерительные информационные системы. М.: Мир, 1975.-310 с.' '' '134 ■■.,■■■•' ' . ■. " .

42. Куликов; Е.И;, Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фонепомех. М.: Сов. радио, 1978. - 296 с.

43. Шелухин О.И., Беляков И.В. Негауссовские процессы. Спб.: Политехника, 1992.-312 с.

44. Корнюхов М.И., Рогачев II.H. Особенности метрологического обеспечения АСУТП // Измерительная техника. — 1991. №8: - с. 11-14.

45. Шевчук В.П., Муха Ю.11. Прикладные методы для автоматического проектирования АСУ 1 ГГ. Часть 2. Методы, проектированияуправляющих подсистем АСУ ТП: Учеб. Пособие. Волгоград: Волгоград. Политехи. Ии-т., 1990. — 80 с.

46. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969 т. - 576 е.: ил.

47. Тихонов В. И. Нелинейньге преобразования случайных процессов. — М.: Радио и связь, 1986. -296 е.: ил.

48. Быков Ю. М. Теория информационных каналов^ АСУ: Конспект лекций: М.: МИХМ, 1976.-ч. 1. - 38 с. - ч. 2. - 48 с.

49. Шевчук В.11. Исследование динамических погрешностей ИИК в системах автоматического* управления по косвенным показателям:

50. Дис. д-ра,техн. наук: 05.11.16. Волжский, 1995. - 390 с.

51. Лясин Д.ГТ., Данилов С.И., Шевчук В.П. Оптимизация параметров линейных программно-аппаратных измерительных каналов в; АСУТП; ВолгГТУ. Волгоград, 1999. - 19 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.06.99, № 1883

52. Исследования в области методологии метрологического обеспечения ИИС / сб. науч. трудов. Львов: ВНИИМИУС, 1984. - 84 с.

53. Шевчук В. П., Болдырев И. А. Система измерения-степени насыщения абсорбента для управления процессом абсорбции // Вестник МЭИ; — . 2010;'- № 2. — с. 127-132. • .64.0стрем, К. Системы управления с ЭВМ; М.: Мир, 1987. - 480 с.

54. Данилов С.И. Параметрический синтез измерительных каналов в автоматизированной системе управления.технологическим процессом: Дис. канд. техн. наук: 05.11.16; ВолгГТУ. Волгоград, 2000. - 146 с.

55. Шевчук В. П., Болдырев И. А. Метрологические характеристики информационно-измерительной системы для определения степени насыщения абсорбента // Метрология. 2009. - № 12. - с. 31-40.

56. Изменяемый полевой прибор / Шевчук В. П., Болдырев И. А; Пат. 84965 МПК G01D3/02. № 2009110109/22; заявл. 20.03.2009; опубл. 20.07.2009; бюл. № 20.

57. Изменяемый полевой прибор для автоматизации процессов / Да Сильва Нето Еугенио Ферейра, Ротт Йорг; Пат. 2327113. № 2004136606/28; заявл. 15.05.2003; опубл. 20.06.2008; бюл. № 17.

58. Болдырев И.А., Качегин Д.А., Шевчук В.П. Прибор для измерения степени насыщения абсорбента // Приборы и- системы. Управление, контроль, диагностика, № 2, 2008, стр; 30-34.

59. LM7800 series. 3-terminal> fixed voltage regulators FCI semiconductor datasheet. URL: http://w\vvv.allcomponents.ru/pdf/fci/lm7800.pdf.

60. AD420 serial input 16-bit 4mA-20mA, 0mA-20 mA DAC Analog Devices Data sheet. URL: http://www.analog.com/ static/ imported-files/ datasheets/AD420.pdf.

61. Предко M. Справочник no PIC-микроконтроллерам. M.: ДМК Пресс, 2002.-512 с.73:Белов А. В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. -СПб.: Наука и Техника, 2005. 256 е.: ил.

62. Самарин- А. Основы схемотехники! жидкокристаллических дисплеев // Схемотехника. 2001. - № 3.

63. WH0802C 8x2 character Winstar Professional LCD module manufacture Data Sheet. URL: http://www.winstar.com.tw/ productsdetailov.php? Iarig=ru&ProID= 13.136 . ' 'V.

64. Несвижский;В. Программирование аппаратных средств; в Windows. -СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 880 е.: ил.

65. Николайчук О. И; Системы малой автоматизации. М!: СОЛ0Н-Нресс, 2003.-256 с. ' —

66. Щелкунов Н. Н., Дианов А. П. Микропроцессорные средства и системы.— М.: Радио и связь, 1989.-288 с: ил.

67. МАХ202Е-МАХ213Е, МАХ232Е/МАХ241-Е ±15kV ESD-Protccted, 5V RS-232 transceivers Maxim 19-0175; Rev 3; 5/96. URL: http://www.allcomponents.ru/ pdf/maxim/max202.pdf.

68. Куцевич Щ В., Григорьев А. Б. Стандарт; ОРС путь к интеграции разнородных систем;// Мир компьютерной автоматизации. — 2001; №•• 1.-е. 12-21. .

69. Mikropascal For PIC PRO/mikroElectronika. URL: http:// w\vw.mikroe.com/pdf/mikropascaljicpro/mikropascalpicpromanual vl01.pdf. .

70. Программируемые контроллеры; Стандартные языки и приемы пршшадного проектирования / И. В. Петров; под ред. проф, В. П. Дьяконова. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 е.: ил.

71. Сташин В:В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф- Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. -^— М.: Энёргоатомиздат, 1990. 224 с.

72. Бродим В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. — М.: Изд-во ЭКОМ, 2002.— 400 е.: ил.

73. Интегрированная информационная' система для управления промышленным производством TRACE MODE / AdAstra. URL: http://www.adastra.ru.

74. Мобильный стенд для проверки программного обеспечения и оборудования многофункциональных систем контроля и управления / Лаврик Г. В. и др.; Пат. 71760. № 2007119037/22; заявл. 23.05.2007; опубл. 20.03.2008; бюл. № 8.

75. Ходасевич Г.Б. Обработка экспериментальных данных на ЭВМ : учеб. пособие. Ч. 1. Обработка одномерных данных; С.-Петерб. ун-т телекоммуникаций. — СПб. URL: http://dvo.sut.rn /libr/opds/ il 30hodopartl/5 .htm.

76. Румшинский Jl. 3. Элементы теории вероятностей. М.: Наука, 1970. -254 с.

77. РД 153-34.0-11.201-97 Методика определения обобщенных метрологических характеристик измерительных каналов ИИС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам агрегатных средств измерений. -Введ. 1999-02-01. -М.: Изд-во стандартов, 1999. 16 с.

78. Прибор для измерения массового расхода Optimass 1000. Руководство по монтажу и эксплуатации. URL: http://www.krohne.com/ fileadmin/PictureGallery/ KROHNEcompanies/ Russia/ Manuals/ OPTIMASSmanualrus.pdf.

79. Преобразователь модульного типа MFC 300 для массовых расходомеров. URL: http://www.krohne.com/ fileadmin/ PictureGallery/KROHNEcompanie s/Ru ssia/ Manuals/mfc300.pdf.

80. Руководство для массовых расходомеров по измерению концентрации.

81. URL: http://www.krohne.com/ fileadmin/ PictureGallery/

82. KROHNEcompanies/ Russia/Manuals/ OPTIMASS manual Concentrationrus.pdf.

83. ГОСТ 19213-73 Сероуглерод синтетический технический. Технические условия. Введ. 1973-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1973. 53 с.

84. Кузьмин JI.B., Схиртладзе А.Г. Теория систем автоматического управления: Учебное пособие.- Ульяновск: УдГГУ, 2002. 212 с.

85. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования; издание третье, исправленное. М.: Наука. - 1975. -768 с.