автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка системы автоматизированного управления барабанными сушильными установками углеобогатительных фабрик

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМЛТИЗОВЛНОГО УПРАВЛШНЯ БАРАБАННИМИ СУШИЛЬНИМИ УСТАНОВКАМИ ВУГЛЕЗБАГАЧУВАЛЬНИХ ФАБРИК

Специальность: 05.13.07 - автоматизащя технолопчних процеав

Автореферат

дисертаци на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук

На правах рукопису

Жарков Едуард Вячеславович

УДК 621.396

ДОНЕЦЬК-1998

Дисерташею с рукопис.

Робота виконана на кафедр! технично? кибернетики Схщиоукрашського державного ушверсигету. МШстерство освт! Украши.

Офщтт опоненти:

д.т.н., професор Силаев Виктор 1ванович, професор ДонецькоТ державно! академп управлшня (м. Донецьк);

к.т.н., доцент Зотов Вадим Олексшовнч, доцент Донбаського прничометалурпйного ш статуту (м. Алчевськ).

Провщна установа

Нацюнальний техшчний университет Украши «КП1», кафедра автоматизаци прниного виробництва, Мш1стерство осв1ти Украши, м.Кшв.

Захист вщбудеться « » 1998 р. о ^ годиш на зааданш

спешалпованоТ вчено! ради К11.052.03 при Донецькому державному техшчному унлверситет! за адресом: 340000, Донецьк, вул.Артема, 58.

3 дисерташею можна ознайомитися у бю/иотеш Донецького державного техшчного ушверситету за адресою: 340000, Донецьк, вул.Артема, 58, 2 учб. корп.

Науковий кер1вник:

д.т.н, професор Ульшин В^талш Олександрович професор СхщноукраТиського державного университету, Мш1стерств0 осв1ТИ Украши

Автореферат роз^сланий «.

1998 р.

Вчений секретар спешашзовано! вчсноТ раг"

Г.В. Мокрий

ЗАГАЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть теми

Основним джерелом теплово! та електрично! енергп в УкраУш е вуплля. ддприемства вугшъноТ промлсловосп поставляють свою продукшю на металурпйш эмбшати, електростанцп, kokcoxím¡4hí заводи. Теплов! електростанци виробляють до 60% :ieí електрично! енергп УкраТни. На вщм1ну вщ нафти та газу, запаси яких обмежеш, кра'ша не ¡мпортуе вуплля завдяки родовищам Донбасу.

■ Використання вугшля шдвищено! вологосп знижуе ефектившсть роботи основних южива'пв, призводить до збьчьшення обсягу перевезень баласту у вигляд! надлишковоГ >ди й у зимовий час створюе труднощ! при розвантаженю вуплля, яке змерзлося. ушильш вщдшення збагачувальних фабрик виконують обезводнення вуплля гхашчними та термшними методами до вологосп не бшьше 10% у зимовий перюд та 11-!% BnÍTKy.

Технолопчш схеми та компонування сушильних установок надто рЬномаштм та дрпняються конф1гурацкю й габаритними розм!'рами сушильних труб та барабашв, гпами паливних, тягодупвних та пиловловлюючих приладш. Найбшьше розповсюдження стали барабанш сушильш установки з топками на твердому палив1 (понад 50% в1д ycic'í nbKOcri). Процеси в барабанних сушильних установках погано пщдаються автоматизацп [аслщок великих величин затримання сигнашв у каналах ви\лру контрольованих ipaMeTpiB якосп та мають складну систему контролю теплотехшчних параметр1в та гнашзацй.

3m¡hh температурного режиму, навантаження по вологому матер1алу, початково! iro вологосп призводять до значних коливань вологосп" висушеного вуплля, що даантажуеться до споживач1В. Машимст установки, грунтуючись на власному досвщ!, на жазаннях прилад1в та сташ мехашзмш (впуальний огляд й анагпз шум^в) приймас [еративш р1шення щодо управлшня обладнанням сушильноТ установки. Таким чином, новне завдання щодо управлшня сушильною установкою полягае у контрол1 за станом ¡ладнання, ¡дентифжацп виробничих сигуашй, забезпеченш безпеки, а також стабЫзацй norocTi висушеного вугшля ¡ зниженш BMicry шюдливих речовин у димових газах.

В наступний час в^дсутш системи та техшчш засоби тдтримки ршень оператора по равлжню сушильною установкою а дпоча апаратура автоматизацм недостатньо ективна, тому що не забезпечуеться стабгазащя вологосп вкушеного вуплля. Означена цача до цього часу вир1шувалася шляхом застосування систем автоматичного гулювання, що засноваш на стабшнацм поб1чних параметрш (температура, запилешсть, norOBMicT димових пшв) корельоваиих ¡з волопстю висушеного вуплля. Розроблена ггитутом «НДШВуглеавтоматизащя» апаратура КАСУ-1 не застосовуеться тому що можливо вим1ряти волопсть вхщного вугшля.

В дисерташйшй po6oT¡ эапропонована система автоматиэованого управлшня рабанними сушильними установками з використанням експертно! системи для анализу робничоТ ситуацн та пщтримки прийняття piiuehb щодо управлшня bcím комплексом ладнання та адаптивно! САУ, що забезпечуе задану волопсть вуплля.

Зв'язок роботи з науковими програмами. планами, темами

Робота виконана вщповщно до тематичного плану Схщноукра'шського державного университету з тем ГН 76-93 «Розробка теора метода та програмних засоб1в адаптивного управлшня нсстацшнарними промисловими об'ектами ¡з затриманням в умовах зм1шано1 невизначеностт» та ГН 2-96 «Модел! й методи створення ¡нтегрованих комп'ютерних комплексов для систем ехолопчного момторшгу».

Мета! завдання дослшження

Метою дисертацшно! роботи е розробка системи автоматизованого управлшня барабанними сушильными установками, що забезпечус тдтримку прийняття ршень оператора та задану волопсть висушеного вуплля.

Для досягнсння поставлено! мети необхщно виршити наступт завдання:

- розробити та дослщити математичну модель барабанно! сушильно! установки;

- розробити принцип побудови системи автоматизованого управлшня сушильною установкою;

- розробити та дослщити експертну систему пщтримки прийияття ршень оператора;

- розробити та дослщити САУ процесом сушки, що забезпечус задану волопсть висушеного вуплля;

- розробити промисловий зразок системи автоматизованого управлшня барабанною сушильною установкою.

Методи дослшження

При ошга предметно! обласН та складанн! бази знань експертно! системи використовуеться метод детал1зацп складного керуючого впливу. Пщ час дослшження САУ процесом сушки й експертно! системи використовувався метод математичного моделювання.

Достовфтсть та обгрунтоватсть наукових дослщжень пщтверджуеться коректним використанням математичного апарату; адекватшстю розроблено! модел1 процесу сушки, результата моделювання яко! розб1гаються з даними випробувань на 6-10%; результатами ¡мгацшного моделювання при яких встаковлено, що щентифисашя вкробничоГ ситуацп виконуеться за 2 цикли поновленпя даних про стан об'екту управлшня; апробащею роботи на наукових конференщях.

Наукова новизна одержаних результаттв:

- запропонований принцип побудови системи автоматизованого управлшня барабанною сушильною установкою з використанням експертно! системи, шо виконус аналЬ виробничо! ситуаш! та пщтримку прийняття р1шень оператора та адаптивно! САУ процесом сушки вуплля, яка забезпечус автоматичну стабш1зац1ю задано! вологосп;

- розроблена бшьш точна модель процесу сушки, що враховуе волопсть оточуючого повггря, внаслщок чого похибка визиачення вологосгп знизилась майже вдв1ч! (з 39% до 17%);

- розроблена експертна система пщтримки прийняття ршень оператора сушильно! установки;

- розроблена адаптивна САУ процесом сушки вуплля, що забезпечуе задану волопсть висушеного вуплля при несташонарних параметрах об'екту управления та великому затриманш шформаш! про якнггь продукту.

HavKQBi положения

1. ГЩюищення безпеки експлуатацн та hkoctí управлшня барабанними сушильними установками вуглезбагачувальних фабрик можливо забезпечнти при використанш експертно! систем» шдтримки pimeHb оператора сушки на ochobí фреймового методу подання знань у вигляд|" сценарнв та принципу деталпацп складного керуючого впливу.

2. Автоматична стабшЬащ'я задано! вологосп' вуплля при невщомих характеристиках збурюючих впливш забезпечуеться шляхом змши навантаження по вологому вупллю на 6a3¡ адаптивно! системи автоматичного управлшня з ¡дентиф|кашею коефщгсита шдсилекня об'екту по спостереженню та корекшею коефщкнта тдсилення системи.

На захист виносяться:

- принцип побудови автоматизовано! системи управлшня барабанною сушильною установкою ¡з використанням адаптивно! САУ та експертно! системи;

- уточнена модель процесу сушки;

- експертна система шдтримки прийняття р)шень оператора сушильно! установки;

- адаптивна САУ процесом сушки.

Практичне значения одержаних результат

Фреймовий метод подання знань ¡з використаиням сценарнв дозволяс застосувати метод детал1заци складного керуючого впливу для управлшня барабанними сушильними установками та ¡ншими технолопчними процесами.

Запропонований адаптивний алгоритм управлшня волопстю висушеного вуплля може бути використаний для управлшня процесом сушки та ¡ншими процесами з великим затриманням у канал| вим1ру вихщно! координата. Модель адаптивно! САУ використовуеться для синтезу системи управлшня волопстю висушеного вуплля.

Реа.и'зпшя результата роботи

Розроблеш в дисертацШнш po6oT¡ методи та модели результата доипджень i синтезу САУ процесом сушки та програмного забезпечення експертно! системи, метод сполуки гкспертно! системи з керуючим обладнанням (мжроконтролерами) вюсористаш ¡нстнтутом :<НДП1Вуглеавтоматизац1я» при створенш м1кропроцесорно! апаратури автоматизаш! :ушильних вщшень збагачувальних фабрик «Нагольчанська» та «Кривор1зька» в 7уганськШ облает'.

Особистий внесок здобувача

Автору дисертацп належить: принцип побудови автоматизовано! системи управлшня ушильною установкою; розробка експертно! системи шдтримки прийняття р!шень шератора та i'í промислового зразка, включаючи подання даних та знань; опис режимш оботи експертно! системи та програмного забезпечення для отримання вх1дно! ¡нформаш! ро стан об'екту управлшня; розробка та досшдження САУ процесом сушки; розробка та ослЬцження математично! модел1 сушильно! установки.

Апробащя результа-пв дйсерташйно! роботи

Результата роботи й наукових дослщжень доповщалися на М1жнародшй науково-практичнш конференцп «Ушверситет та репон» (Луганськ, 1996р.), VII Всеукрашськш студентськш науковш конференцп «Охорона навколишнього середовища та ращональне використання природних ресурав (Донецьк, 1997г.), Мшнародшй науково-практичнш конференцп «Автоматизация проектування та виробництва впроб1в у машинобудуванш», на кафедр1 техшчноГ кибернетики СхщноукраТнського державного ушверситету, кафедр1 автоматики 1 телемехашки Донецького державного техшчного ушверситету, в жституп «НДШВуглеавтоматизащя».

ПублкащГ

За матер1алами дисерташйно! роботи опубликовано 6 наукових роб1т, 5 з яких у спешальних виданнях.

Структура та обсяг роботи

Дисертацш складаеться з1 вступу, п'яти роздшш, висновюв, додатав, 57 рисунюв, 12 таблиць, та списку використано'Г л1тератури з 64 найменувань. Матер1али роботи в и кладет на 203 сторшках машинописного тексту.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У першому роздш представлена загальна технолопчна схема процесу сушки, опнсаш р13ш типи сушильних установок (барабанш, киплячого шару, труби-сушилки). В узагальненому впгляд! наводиться опис процссу управлшня барабанними сушильнн.чи установками.

Розглядаеться стан автоматизацп сушильних установок. Для управлшня сушильними установками збагачувальних фабрик системи пщтримки р1шень оператора не розроблялися. ПроаналЬоваш шдходи до застосування експертних систем (ЕС) для управлшня складними системами та технолопчними процесами, у тому числ! працюючих у реальному масштаб! часу. Розглянул зразки ЕС для диагностики несправностей, анал!зу складних техжчних конструкцш та гщроспоруд, пошуку несправностей у модулях електронно'1техшки. Перспективним с застосування ЕС, працюючих у реальному масштаб! часу та використовуючих ¡нформашю про стан об'екту управлшня. Так! системи використовуються для управлшня приладами та процесами на хшшних заводах, атомних та теплових електростанщях, для управлшня енергосистемами шдприемств. Кр1м того, описаш роэповсюджеш засоби подання знань та способи створення ЕС з використанням р1зномаштних шетрументальних засоб1в розроблення: мови програмування, оболонки експертних систем.

Показано, що методи шженерн знань та системи штучного штелекту знаходять широке застосування в управлшш технолопчними процесами реального часу, та для подання знань у цих системах ефектнвною с фреймова модель.

Автоматизация барабанних сушильних установок у цей час зведена до контролю тегшотехшчних та аеродинам1чних параметрш, рекомеидованих правилами технжи безпеки. Анал1з рошробок показуе, що вс! системи автоматичного управлшня волопстю вугшля будувалися на основ! стабщЬаци непрямих параметр!В процесу (температура, запилешеть, вологовм!ст димових газ'ш). Локальш засоби автоматики цих систем

виконують регулювання основних теплотехшчних параметр1в, наприклад, температуру в топи!. Проте регулювання вологост! висушеного вугшля, аналЬ виробничо! ситуаци та прийняття ршень по керуванню виконуе оператор сушильно! установки. Проанал!зоват результата дослшжень та розробок ¡нститупв «НДПШуглеавтоматизашя», Южппрошахта, а також заруб1жних органЬащй. Проама.шзоваш шдходи до управлшня барабанними сушильними установками, алгоритми управлшня та стабЫзаци режимт робота. Зазначет !хт основт недолжи, що полягають у вщсутност) засобга анализу виробничоТ ситуацп I пщтримки прийняття р!шень та адаптацн до мультипл!кативних збурень.

Оскшьки барабанш сушильж установки мають велике транспортне затримання, вим1р вологост! на в и ход 1 здшснюеться з вщповщним затриманням. Тому розглянуп алгоритми управлшня об'ектами з великим затриманням у канал] вим'ару вихиноТ величини. Бшыщсть систем використовуються для об'екттв ¡з невеликим затриманням у межах постшноТ часу об'скту. Застосування типових закожв управления неефективне, бо вони призводять до появи значно! статично! помилки управлшня або до збшьшення перерегулювання, коливальносп та часу регулювання. Регулятори, що включають модель процесу сушки, важко реал!зуються 1 не можуть адаптуватася до змш параметр ¡в об'екту управлшня. Зроблений висновок про те, що застосування сучасно! теорп синтезу оптимальних систем управления об'ектами ¡з затриманням обмежене тим, що одержуваж регулятори важко реал!зувати техн!чними засобами та м!стять велику кшыастъ рпннх ланок. 1нший шдх!д до вир!шення завдання управлшня такими об'ектами полягае у синтез! наближених алгоритмш. АналЬ таких алгоритмш, наприклад, алгоритму ¡з ¡мов!рносною стратепею компенсацп збурень, показуе, що вони заснован! на використанш ¡нформаци, яку неможливо Еимфяти з допустимою похибкою у зв'язку з особливостями технолопчного процесу та засоб!в вим!ру.

У другому роздт розроблена математична модель процесу сушки вуплля у барабаннш сушильшй установщ. Бона складаеться з модел! шарово! топки та модел! процесу сушки.

При синтез! математично! модел! процесу гор'шня в шарх прийняте припущення про вщсутж'сть розпод!лу параметр!в по координатам часток палива 1 топки. Вихщними р^вняннями для отрицания математично! модел1 с р!вняння матер1ального та теплового балансу речовин, що реагують. Одержана система р1внянь взята за основу програмно! модел! шарово! топки.

Оскпьки теоретичш модел! процесу сушки складаються з велико! кшькостт диференцшних р!внянь та вимагають експериментального визначення вхщних коефвден-пв, анал!тичне розв'язання рхвнянь може бути одержане у найпроспших випадках. Тому при розробщ модел! процесу сушки використовувались лшШш аперюдичн! ланки !з затриманням вигляду:

■А+у^кла-т,),.

де Т, - постшна часу сушильно! установки по ¡-му каналу,

к; - коефщент шдсилення по ¡-му каналу,

у: - реакцш модел1 процесу по ¡-му каналу,

т | - затримання по ¡-му каналу,

I - час,

XI - вхщний параметр по ¡-му каналу.

Вхщними параметрами, як[ впливають на волопсть висушеного вуплля, прийняй так!: волопсть вхиного вуплля, видаток вхщного вуплля, видаток сушильного агента, кр!зь сушильну установку; температура сушильного агента.

На вщмшу в'щ ¡снуючо! модел! топки, розроблена модель враховуе змши вологост1 оточуючого повпря, а модель сушки враховуе температуру сушильного агента, що забезпечуе пщвищення точносп модел1 на 30% для температури у топщ, на 80% для температури сушильного агента та на 65% для вологосп висушеного вугшля.

У вщповщносп до р1внянь математичних моделей процеав горшня та сушки складена ¡мггацШна модель сушильно! установки. Вхщними параметрами ¡М1тацшно! модел1 с таю: волопсть вхщного вуплля, видаток вхщного вуплля, видаток первинного пов!тря, видаток вторинного пов!тря, швигвдсть решггки топки; продуктивность димососу, волопсть оточуючого повггря. Вихщш параметри: волопсть висушеного вугшля, температура сушильного агента у змшувальнш камер!, температура утопщ.

ЬптацШна модель призначена для дослщження функщонування ЕС та апаратури САУ процесом сушки, що надае шформащю про стан параметрш та обладнання сушильно! установки. Для цього з допомогою модел1 визначеш параметри процесу сушки, змша яких сильно впливае на волопсть висушеного вуплля та параметри, що дощльно використовувати для управлшня процесом сушки.

Дослщженнями моде.ш установлено, що на волопсть висушеного вуплля найбшьш впливае змжа вологост! вхщного вуплля та температури у топщ.Температуру у топщ вим1рювати недощлъно, тому що процес сушки мае значну ¡нерщоншсть. Видаток сушильного агента визначаеться кшьгаспо палива та обмежуеться температурним режимом, тому також не може бути використана в якост! керуючого впливу. Сдиним параметром для управлшня процесом сушки с видаток вхщного вугшля, що еквталентно змш! його вологостй Змши ¡нших параметрш у цьому випадку розглядаються як збурюючий вплив.

Трет1й розд1л дисертацн присвячений вибору методу подання знань та алгоритму функщонування експертно! системи пщтримки прийнятгя ршень оператора сушки.

Яккне та своечасне прийнятгя р1шень при управлшш складними техшчними системами, такими як барабанна сушильна установка, пов'язане ¡3 застосуванням ефективних ¡нтелектуальних програмних засоб1в пщтримки прийнятгя р1шень. 1'х основним завданням е анал1з виробничо! ситуаци та пщготовка рекомендащй, що становлять певну користь оператору сушки для вибору ращональних ршень у складних ситуацшх, що виникають при управлшш процесами реального часу. Вироблення рекомендаций вщбуваеться на основ! знань, накопичених спещалотами-експертами ¡з застосуванням обчислювалышх засоб!В обробки.

Запропонована органшшйна структура управлшня сушильною установкою, з використанням експертноТ системи пщтримки р!шень оператора, що забезпечуе 1дентиф1кащю стану об'екту управлшня та автоматизащю прийняття р!шень.

Запропоновано використати для управлшня обладнанням сушильно! установки ¡нтелектуальну систему автоматизованого управления, до складу яко! входить ЕС пщтримки прийняття р!шень оператора та САУ волопстю висушеного вуплля. До функцш ЕС входить: розппнання аварШних та режимних ситуац1й, ресстрашя режимних параметр'ш, навчання; анал1з ситуаци та видача рекомендацШ, адаптация на конкретне обладнання сушильно! установки, поповнення бази знань ЕС.

У роздш! викладеш основш етапи створення ЕС управлшня сушильною установкою. У результат! анал1зу рЬноматтних методт подання знань та опису предметно! облает!, а також враховуючи цМ створення та завдання, що вир!шуються ЕС (слщкування, шентифкащя та планування), пропонусться описувати знания та дат у випици фреймов. Частина зм1сту фрейма бази знань (БЗ) являс собою деякий сценарШ у вигляд! послщовносп дш або процедур, що описують споаб досягнення ц1ш або розв'язання певного завдання. Разом з там, при заповненш БЗ, пом1ж д!ями повинш дотримуватися так! види вщношень: Я1 - дш <1; виконуеться рашше И2 - д!я 4 с частиною 113 - Д1я с!1 ПрИЗВОДИТЬ ДО ДИ ¿¡\ Я4 - дЫ с!| суПрОВОДЖуетЬСЯ Д1€Ю (3;.

Враховуючи функци ЕС, розроблена структурна схема, яка складаеться з п'яти головних компонента (рис. 1): база знань, база даних, процедури розгазнання ситуаци, процедури лопчного виводу, штерфейс користувача.

База знань являе собою список сценарив у вигляд1 фрейм!в з однаковою структурою яка, складаеться з слот1в: (КСЦш'я: Д1яч 0; цшь ();

порядок дШ (); ситуаци О; умови 0; результата ()).

Слот "¡м'я" м;,стить назву сценарию, "вихонавець" - посада особи, що виконуе тосл1'довн|'сть дш з слоту "порядок дай". Слот "цшь" м!стить назву цш, що досягаеться при зиконанш зазначеного сценарцо. У слол "ситуаци" м1сппъся назва одше! або б1льше шробничих ситуацш, в яких необхщно виконати послщовшсть дШ. Слот "умови" М1стить збмеження або умови, за яких виникла певна ситуаци. Слот "результата" може м!стити серуюч! впливи або настановш значения для БД.

Формат фрейму БД вибраний виходячи з результате анал1зу й опису предметно! )бласт1, що являе собою складний технолопчний процес, який складаеться з вузлш та 1грегат1В. Показано, що доцщьним способом опису такого роду об'екта е декомпозищя розбиття) Тх на функцюнальн! консгрукцп, що мають певга властивосп або що арактеризуються певними параметрами. В якосп параметрш можуть виступати

температура, тиск, сила струму та ¡н., а у якосп мехашзм1в впливу на конструкшю -регулятори, реостати, крани, задвижки, перемикач! тощо.

Рис.1 Структура експертно! системи

Виходячи з вищезазначеного, запропонована така структура фрейму БД:

¡м'я конструкца (значения);

¡м'я властивосп конструкцп (значения);

поточне значения (величина);

ношкальне значения (величина);

одинищ ви.\пру (значения);

допустима рцниця (величина).

Слоти "¡м'я конструкцп" та "¡м'я властивосл" описують назву та стан конкретного вузла або агрегату, наприклад, температура у топщ: конструкшя - топка, властивкть • температура. Слот "поточне значения" м1стить величину параметру конструкцп у поточний момент часу. У слотт "номЫальне значения" знаходиться величину параметру, що рекомендуеться у режимнш карп або необхщна при оптимальному режим1 робота установки. 1нш1 слоти необхщш для забезпечення функщонування алгоритмт розпонания та навчання.

Розглянуто декшька моделей алгоршлпв розшзнання образов, серед яких вибраний та адаптований алгоритм, результата роботи якого можуть використовуватися процедурами лопчного виводу та задовольняти вимогам функшонування ЕС у режим! реального часу, При цьому поняття образ адаптоване до дано!' предметно! обласп та мае значения опис) ситуацн за допомогою ознак (властивостей конструкцш). Показано, що найбшыи доцшьним алгоритмом розшзнання е алгоритм обчислення оценок.

Завдання розшзнання ставиться таким чином: надана множина М об'ект1в ш; на ц!й

1ножин1 ¡снуе розбиття на кшцеве число пщмножеств (класш) П ¡=1,т

озбиття визначене не повшспо. Задана лише деяка шформашя 1о про класи П г. Об'ектисо адаються значениями деяких ознак X,, 3=1, п. Сукупшсть значень ознак X) визначае опис 'ю) об'екту со. Кожна з ознак може приймати значения з рЬних множин допустимих начень, наприклад: {0, 1} • ознака не виконана або виконана; {0, 1, (1-1} - стугань

ираженосп признаку мае р1зш градацп, с!>2. Опис об'екту I (со)=(Х1 (со)..... Хп (со))

азивають стандартним, якшо Xj (со) приймае значения з множини допустимих значень.

Завдання розшзнання з! стандартною шформащею полягае в тому, щоб для даиого

б'екту со та набору класш О 1,...,П ш по навчальнШ шформаци 1о (П).....П т) про класи та

пису 1(со) обчислити значения предикатш Р| (соеПо, ¡=1,т. Апрюрна шформащя у завданш озшзнання ¡з класами, що не перехрещуються, часто задаеться у вигляд! таблиц! авчання Т.ч. м (табл. 1).

В основ! класу алгоритмов, заснованих на обчисленш оц!нок, лежить природний зристичний принцип, яким користуеться людина, - принцип прецедентносп, тобто. рийияття рпиень.по аналоги, а саме: в аналопчних ситуаш'ях слщ дшти аналопчно. лгоритм розшзнання, заснований на принцип! частково! прецедентносп, пор1вшое описи б'екту ,що розшзнаеться, 1(о>') з описом об'екпв у Тц, м та приймае решения про те, до кого класу ели вщнести цей об'ект. Р!шення виноситься на основ! обчислення М1ри сожо<гп об'екту (рядка),що розшзнаеться, ¡3 рядками, приналежшеть яких до заданих гсасш вщома.

Таблиця 1 - Таблиця навчання Tn. м

Об'ект Xi X„ Клас

COI ai.i ai.j ai.n fii

0)¡ a¡. 1 a¡.J ai, к n¡

OJm am. 1 am.j 3m, n

со' bi bj b„ ?

Припустимо, що задан! стандартн! описи об'еюзв {со;}- (coiefi,), i=l,m. Необхщно пначпти належн!сть до класу fi¡ поданого для розшзнання об'екту со'. У найпросгпшому шадку узагальнена близьк!сть дор!внюе сум! м!ж частинами опис!в. В результат! 1рактер»стику

Г* (со')=Г* (ш',П i)= ¿ a.i (1)

/»I

ззивають значениям функци приналежносгп об'екту со' до класу О ¡.

Будемо користуватися поняттям опорно! множини алгоритму розшзнання. Опорною ножиною е пщмножина множини ознак, що описують об'ект. Розглянемо повний набф шак (х|,..„ х„) та видшимо систему опорних множин SI,..., S1. Усунемо довшьний Ha6ip так ¡3 рядк!в (31,0!,...,сош та позначимо одержат рядки через Sia, S2«.....Sm«>.

Правило близькосп, що дозволить ощнити схож!сть рядюв Эоз' та Бон, ¡=1, ш поляг, в такому. Припустимо, що «ус1чено» рядки мостять q перших ознак, тобто 5ш'=(Ь|,.., Ь,): 8<Вг= (аь... а,), та задай пороги е|,..., еч, 6. Рядки Бю' та Бол вважаються схожими, яки виконуеться не менше нож 6 нериностей виду:

(2)

Величини £|5 входять у якосто параметров до модел1 класу алгоритмов тиг АОО.

Розглянемо процедуру обчислення оцонок щодо шдмножини Переворяеты близьюсть рядка Ба' ¡3 рядками Эол, Бшг,..., 8саш, що належать до розних класш П. Яки виконано 6=q неровностей воду (2), то об'ыет <в' вважаеться ¡дентифшованим. При 6<я дг кожного рядка Бед вираховуеться водносна оцшка:

Г,(ы\ ПО =6>/ф. ¡=1<ЧО=1,т (3)

Серед уих рядгав Бсоо, Зшг,..., Бсот найболъш схожим вважаеться рядок оз найбшьшо: водносною ошнхою, однак о' вважаеться не щентифокованим, тому необхщно- виробит навчання шляхом внесения до таблиц! Т.ч.м ознак (х;.....х„) що описують об'скт ш\

Формування керуючоо послодовносп шструкщй для оператора сушки водбуваеться: допомогою процедури лопчного виводу на наступному етапо функщонування Е< Подставою для запуску машини виводу е виникнення ситуаца та н повне розпознанн: Розглянемо алгоритм функщонування машини висновку для бази знань з N фреймами.

Припустимо, що база знань мостить N фреймш виду:

Ф.(8|г, БД ЭР, М^, Мо», Мо»), оеЫ,

де Б/ - ¡м'я фрейма,

51" - Ы'я виконавця,

- цшь виконавця,

м," - список дай виконавця,

МЛ - список ситуащй,

м" - список умов виконання дШ МЛ

м," - результата виконання д!й МД

Кожний фрейм заповнений водповодно Ь схемами, як1 враховують взасмини мЬк д1ям протягом часу. Формування керуючоо послщовносп полягае у побудово деякс послщовносл виду:

М^ = М|<1 + Мг55 + ...+ МИ, к<п.

Основним принципом побудови послщовносто М,"1 е деталиащя списку М^. ' вщповодносто з послщовшстю:

-> Mjw -> М/

Машина виводу будуе розширену послщовшсть М;11 з Мо"1; обмеженням при вибор1 к го списку детал!зацц е виконання умов МоЛ 1люстрацш схеми пошуку рошення в ситуацй' с показана на рис. 2.

Запропонований споаб подання та обробки знань мае кшька переваг у пор!внянш з помими системами, як! основаш на використанн! сценарив, за рахунок компактного >дання необхщних сло-пв, багатовар!аптного вибору початкового сценарпо та його ггалЬаци, автоматизованого визначення поточно! ситуацн та можливост! навчання у :жим1 робота системи.

Четвертий роздш дисертаца присвячений розробц! структури системи автоматичного [равлшня процесом сушки вуплля та дослщженням модел! САУ з метою визначення |раметр!в регулятора, як! потрШно синтезувати, та розробки методики синтезу. Дослщження САУ виконан! у таюй послщовносп:

- визначення впливу нестащонарних параметр1В об'екту управл!ння на як!сть управлшня;

- визначення впливу параметрт керуючого приладу на ямсть управл!ння;

- визначення змшних параметр!в об'екту управл!ння, змшу яких необхщно компенсувати;

- розробка та дослщження методу компенсацп;

- виб!р параметрт керуючого приладу, що пщлягають визначенню при синтез) САУ. Р1зн! види сушильних установок описуються р!зними передатними функшями у

лежност! вщ сшввщношення м!ж технолопчними параметрами. Встановлено, що

барабанш сушильш установки можна апроксимувати аперюдичною ланкою Ь ,чист; затриманням виду:

W(p) = W(p) =

k(t)£

Т(0р+Г

k(t)e*"t)!'

(4)

Тг(0рг + 2^(t)T(t)p + l' де k(t) - коефщент шдсилення об'екту по керуючому входу, що випадково зм'шюеться у waci,

т (t) - час чистого затримання, що змшюетъся у 4aci, Т (t) - постШна часу об'екту, що змшюеться у 4aci, 5 (t) - коефщент затухания коливально! ланки, р - оператор Лапласа.

Завдання полягае у тому, щоб для об'екпв виду (4) синтезувати керуючий прилад, и забезпечуе допустиме перерегулювання та тривал!сть переходного процесу в систе управления при випадкових змЫах параметра об'екту та ймоверних характеристик; збурюючого впливу.

Для вир!шення поставленого завдання пропонуеться адаптивна САУ, структура як показана на рис. 3.

k,(t) е-чор

T(t),p+I

е(0

ГИдсилювач

що керустъси Интегратор

що

у(0

Ju,(t)

Ф(льтр 1

М{е(0>

X

V(t)

Фйьтр 2

ЛОЛ

|M(e(t))|

ОбЧгг* су шильна установка U(t)

W(p)

Тф+1

U(t) MTV(t)(

„•t(t>p

+ Y(t)

W(P)=

ЛОЛ - лопко-обчислювальна ланка

Рис. 3 Структурна exewa модс:п системи упранлшня провесом сушки

Принцип роботи САУ полягае у такому. Ланка пор1вняння 21 спдкус з розпогодженням м1ж завданням Y* та вихщною координатою Y(t). Якщо рЬнйця е( знаходиться у допустимому диапазон!, |c(t)|<£* (е*- завдання допустимо! помилки), т САУ роз1мкнута й сигнал на виход! керуючого пщеилювача доршнюе нулю Ui(t)=0. Якщ

е

милка eft) перевиецуе допустиме значения, на виходе керуючого шдсилговача з'являються лопощбн! ¡мпульси 3i змшною амгштудою, в залежностт вш величини помилки e(t) та тичики змши коеф!щента пёдсилення об'екту управлшня, що призводять до змсншення милки управления e(t) за рахунок регулювання вихщноё координата Y(t) у бж гбхщного значения У*. При попаданш Y(t) до ¡нтервалу [У*-е*, У *+е*] система знову ее розёмкнутого.

У результат! дослщжень впливу нестац10нарних параметрев об'екту управлшня >ефёцеента педсилення, часу чистого затримання та постейно! часу) на якёсть процесу равлёння встановлено, що бёлыш дёапазони допустимих значень часу регулювання та ререгулювання можна досягти за рахунок використання трикутно! форми емпульсёв ругочого пёдсилювача 3i змшною амплётудою, яка лёнёйно змёнюеться. Тому подальшё слёдження проводилися ¡з використанням трикутноё форми ёмпульсёв, для яко! визначенё новнё параметри, що синтезуються; допустима амплётуда, ширина ёмпульсу та довжшеа узи мёжёмпульсами.

3 метою компенсацё! змён коефёцёента пёдсеелення сушнльно! установки 1ропоновано використати фёльтр 2 у виглядё ланки корекцё! коефёцёента пёдсиленеея есилювача, що улравляеться, за спостереженнями промёжних координат без затримання :мпература у розвантажувальнёй камерё), корельованих з вологёстю висушеного вугёлля.

Дослёдженнями САУ з корекцёею встановлено, що оптимальне значения постёйко! су фёльтру 2 знаходиться у межах вёд однёе! до трьох постёйних часу об'екту управлшня. »слёдження САУ при впливё аддитивнх мультиплёкативних збурень показали ективнёсть введения корекцёё. Час регулювання зменшуеться вдвёчё, а переретулювання ижуеться на 15-20% при невеликих амплётудах коливань коефёцёенту пёдсилення об'екту 15% вёд усталеного значения).

Результатом дослёдження е запропонована методика синтезу адаптивно! САУ з рекцёею для управлшня барабанною сушильного установкою по вологостё висушеного гёлля, що полягае у виборё оптимально! амплётуди ёмпульсёв пёдсилювача ,що равляеться, довжини ¡мпульсу, що знаходиться у межах вёд одного до трьох величин гримання об'екту, та паузи, що знаходиться у межах вёд нуля до двох значень постейно! :у об'екту. Крём того, необхёдно вибрати постёйну часу фёльтру для корекци загального ефёцёента пщсилення САУ.

У п'ятому роздёлё описуються розробленё програмееё засоби автоматизовано! •електуально! системи управления барабанною сушильного установкою, засоби вимёру (нолопчних параметрёв та перетворення !х у формат експертно! сеестеми.

Сушильна установка являе собою складний техееологёчниеТ агрегат, який складаеться жремих, функцёонально зв'язаних ла!еок: бункера палива, топочного преелада, дутьовеех етиляторёв, змёшувально! камери, бункера сирого вугёлля, сушильного барабану, ггеми пилоуловлювання, прилади вивантаження висушеееого вуплля, насосёв жежогасёння, охолоджування панелей топки, об'еднаннх единим технологёчним оееесом.

Яюеть piuieiib, що приймаються оператором у багатьох випадках залежить повноти BxiflHoï шформаш! про стан технологичного процесу, стан вузл!в i агрегат метою шдвшцення якосп р!шень, що приймаються, розроблена схема шдключ датчиков вхщно! шформацн, включаюч! датчики температури та розрщження у Mic передбачених правилами експлуатацп сушильних установок. При цьому суши: установка була розбита на окре.\и конструкц!! з певними властивостями, таким! температура, розр!дження, сила струму тощо. Сигнали цих датчиюв надходять MÎKponpouecopHoï САУ, що реализована на 6a3i регулюючого м!кроконтролера «Рем!кс Р-130. При висутносп датчикщ вщповщна шформащя вводиться вручну операто сушильно! установки.

Для передач! данях з мжроконтролера до комп'ютера та Ухнього перетворе розроблений алгоритм та програма, яка здшснюе прийом данкх для ЕС та перед запила i команд регу.иоючому контролеру. При цьому використовуеться штерфейс 232С, що реалпований у сучасних персональних комп'ютерах. Наведен! формати зат та команд i описан! режимн роботи програми обм!ну даними.

Теоретичш схеми побудови бази знань, етапи вироблення р1шень, структури подл даних реалгюван! у промисловому зразку ЕС управления, для яко! сформован! база зна база даних та визначеш основн! режима роботи.

ЕС мае так! функщональш можливост!: розтзнання режимних та аваршних ситуа! реестращя режимних параметр!в, навчання у режим! роботи ЕС, анализ ситуацц вироблення рекомендации щодо управления сушильном установкою, адаптащя конкретне обладнання сушильно! установки, поповнення ¡нформаци у баз! знань.

У режим! навчання ¡нженер по знаниям формуе таблицю навчання, що Micri множину елементш, яка являе собою опорш множини повного набору ознак, i характеризуют виробничу ситуац!ю. У якосп ознак виступають значения властивост конструкцш, як! зиаходяться у БД. П!сля надходження нових даних вщ програми o6mî даними ЕС виробляе розп!знання ситуац'н шляхом перев'фки знаходження кож! властивост! в д!апазон! аналопчно! властивост! опорно!' множини у таблиц! навчаш Якщо Bci ознаки деяко! опорно! множини зб!глися з поточними даними, то виробни ситуац!я вважаеться щентиф'^ованою.

До складу ЕС входить власне програма ЕС, що виконус основн! функцн, написана i mobî Pascal !з використанням б!бл!отеки Turbo Vision, файл бази знань, файл бази даних файл таблищ навчання.

Перевфка алгоритмш розтзнання та навчання вироблялася шляхом Ытацшно] моделювання взаемодп ЕС та модел! процесу сушки у реальному масштаб! часу використанням багатозадачно! операцшно! системи Windows'95. 3 щею метою 6yi спрощеи файли БЗ та БД, що повинн! м!стити т!льки ti параметр!!, як! видаються моделл сушильно! установки в процеЫ моделювання.

Досл!дження виконаш у два етапи. На першому моделювався випадковий вплив г одному з канал!в модел! сушки та виконувалося навчання. На другому етап! оцшювалас яктсть розтзнання при аналопчному вплив!. У результат! дослщжень встановлено, ш

вне розшзнання вщбуваеться за перюд 2-4 циклш поновлеиня даних. Таким чином, "оритми навчання та розшзнання продемонстрували гарш результата та можуть користовуватись для аналпу режимннх та аваршних ситуацш процесу сушки.

висновки

!. Барабанна сушильна установка збагачувально! фабрики представляе собою досить шдний технолоп'чний комплекс, громвдку систему теплотехшчного контролю та налшщ'!. Ochobhí функци по управлшню обладнанням та прийняття piuieHb виконуе гратор сушильио! установки на ochobí опиту та не мае техтчнкх 3aco6ia пщтримки ийияття pimenb. Автоматичне управлшня здШснюеться за непрямими параметрами, rk¡ эельоваш з волопстю висушеного вуплля, тому не забезпечуетъся його задана волопсть.

2. Розроблена оргашзацшна структура управлшня сушильною установкою, яка тгачае експертну систему шдтримки прийняття pimeHb оператора та адаптивну САУ юпстю висушеного вуплля. Запропонована оргашзащя взаемодц цих шдсистем у иках системи автоматизованого управлшня сушильною установкою.

3. Розроблеш математичш модел! процесу горшня та сушки, що вщр!зняються вщ уючих врахуванням вологосп оточуючого пов!тря та температури сушильного агента ,i визначенш вологосп висушеного вуплля, що забезпечуе шдвищення точност1 модел1 30% для температури у топщ, на 80% для температури сушильного агента та на 65% для iorocT¡ висушеного вуплля. Дослщження модел1 показали, що у якосп керуючих вплив1в сушильну установку доцшьно використата швидюсть peinincu топочного приладу та гаток вхщного вуплля.

4. Розроблена структура експертно! системи шдтримки piuiefib оператора сушки та кими п функшонування. Показано, що найбшьщ рашоналышм засобом подання знань даних е фреймовий зааб з використанням сценарив. Це дозволяе при лопчному вивод1 сористати запропонований принцип деташзацн крупного cuenapiio, що полягае у вибор1 ■тернатив у залежносп вщ причин, що !х породжують, та умов виникнення ситуацн.

5. Запропонована структура САУ волопстю висушеного вугшля особлив1'стю яко! е сористання шдсилювача, що керуеться, який генеруе трикутш ¡мпульси з амшитудою, i лшйно зменшуеться при виникненж помилки управлшня, яка бшьше задано!, та >микае систему в шшому випадку. Розроблена методика автоматизованого синтезу САУ зцесом сушки, яка включае вибф характеристик шдсилювача, що управляеться, та •ротного зв'язку KopeKui! коефвдента тдсилення керуючого приладу в залежноси в!д ни коефщкнта шдснлення об'екту.

6. Розроблена структура та схема взаемодп ЕОМ експертно! системи та САУ щесом сушки на ochobí регулюючого мжропроцссорного контролера Р-130, що 1Воляють однозначно визначати стан об'екту управлшня та щентиф1кувати правносп. Запропонований алгоритм опитування датчигав та розроблена програма для ,йну даними мж комп'ютером експертно! системи та регулюгочим контролером.

7. Розроблена промислова експертна система управлшня й пщтримки ршень оратора барабанно! сушильно! установки, що дозволяе у процеа функц'юнування оматично поповнювати базу знань та розтзнавати ситуацн шляхом анал1зу поточно!

¡нформацп про стан обладнання, а також формувати рекомендацп оператору для ycyi виниклих несправностей. Дослщженнями ЕС сшльно з моделлю процесу с тдтверджена ефектившсть та правильтсть ii побудови.

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАНИХ РОБ1Т ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦЙ

1. Ульшин В.А., Жариков Э.В. Автоматизированное проектирование адапти САУ объектами промышленного транспорта II Транспортное машинострс Республиканский межведомственный научно-технический сборник. -К.: ВУГУ, 1995. -С.3-12.

2. Ульшин В.А., Жариков Э.В. Экспертная система управления процессом сушк^ с использованием сценариев // Вестник Восточноукраинского государстве! университета. - 1996,-Ns2.-С.28-33.

3. Ульшин В.А., Жариков Э.В. Гибридная экспертная система управления суши; установкой II Вестник Восточноукраинского государственного университета. - 1997,-С. 157-162.

4. Ульшин В.А., Жариков Э.В. Экспертные системы в управлении слож1 промышленными объектами // Материалы международной научно-практич! конференции «Университет и регион», 17-18 декабря 1996г. - Луганск, ВУГУ, 1996 - С 150.

5. Жариков Э.В., Ульшин В.А. Использование экспертных систем в сист управления промышленными объектами / «Охрана окружающей среды и рациона; использование природных ресурсов»: Сборник докладов VII Всеукраинской студенч! научной конференции. - Т. 1.- Донецк: ДонДТУ, ДонДУ, ДонДАУ, 1997.- С.35-36.

6. Жариков Э.В. Использование фреймовой модели представления знан! экспертных системах управления промышленными объектами / Междунарс научно-практическая конференция «Автоматизация проектирования и произво; изделий в машиностроении». Тезисы докладов. Часть 2. - Луганск: ВУГУ, 1996.- С.217

Жар1ков Е.В. Розробка системи автоматизованого управлшня барабан сушильними установками вуглезбагачувальних фабрик. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещалы 05.13.07 - автоматизацш технолопчних процеав. - Донецький державнин Texni ун1верситет, Донецьк, 199S.

Розроблено систему автоматизованого управлшня барабанною сушил; установкою з використанням експертнси системи, що виконуе анал13 стану обладнан: П1дтримку прийняття pimeHb оператора та адаптивно! САУ процесом сушки Byi Запропоновано алгоритм та методику проектуванкя адаптивно! САУ волопстю Byi Розроблений промисловий зразох експертно! системи та програмне забезпечен взаемод1! з керуючим м1кроконтролером.

Ключогп слова: управлшня, процес сушки, експертна система, мкроконтр адаптивна САУ, розшзнання образ1в, математична модель.

Жариков Э.В. Разработка системы автоматизированного управления барабанными шильными установками углеобогатительных фабрик. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по 1ециальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Донецкий кударственный технический университет, Донецк, 1998.

Разработана система автоматизированного управления барабанной сушильной :тановкой с использованием экспертной системы, выполняющей анализ состояния эорудования и поддержку принятия решений оператора и адаптивной САУ процессом 'шки угля. Предложен алгоритм и методика проектирования адаптивной САУ южностью высушенного угля. Разработан промышленный образец экспертной системы и зограммное обеспечение ее взаимодействия с управляющим микроконтроллером.

Ключевые слова: управление, процесс сушки, экспертная система, микроконтроллер, (аптивная САУ, распознавание образов, математическая модель.

Zharikov E.V. Development of the automated control system of drum drying engins of lalconcentrated plants. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree in speciality 05.13.07 - automation of technological ocesses. Donetsk, 1998.

The automated control system of drum drying engin with usage of expert system, which rries out analysis of state of equipment and support of operator's solutions and adaptive stem of automatic control of drying process is developed. The algorithm and methods of design adaptive system of damp of coal are offered. Industrial example of the expert system and ogram of its interaction with control equipment are developed.

Key words: control, drying process, expert system, control equipment, adaptive system, :ntification, mathematics model.

Подписано к печати 30.06.98.Формат 60x84 1/16,1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно. Ротопринт ВУГУ: 348034, гЛуганск, Молодежный 20а