автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Теория и практика автоматизированного проектирования систем логического управления энергосберегающими технологиями

РГБ ОД

4 #. ГЛ •'¡"»¡"»Г

и на правах рукописи

ПАГИЕВ КАЗБЕК ХАЗБИЕВИЧ

УДК 681.3

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ

Специальность 05.13.12 - "Системы автоматизации проектирования"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996 г.

Работа выполнена в Московском Государственном горном университете Северо-Кавказском государственном технологическом университете.

Научный консультант: академик, д.т.н., проф. В.А.ГОРБАТОВ

Официальные оппоненты: академик МАИ, д.т.н., лауреат Государственной премии РФ

про<р В.МЛОХИН академик МАИ, д.т.н., заслуженный деятель науки и техники РФ,

проф. И.Г.ШРАМКОВ академик, д.т.н.,проф., В.Н.РЕВЕНКО

Ведущая организация: Быковский завод средств логического управления.

Защита состоится • 1996г. в 15® часов на заседании

диссертационного Совета Д-053.12.12 при Московском Государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП-1, Москва,Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного горного университета.

Автореферат разослан 9 | ОК^, . 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, к.т.н., доц.

М.А РЕДКОЗУБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие горнодобывающих отраслей промышленности, вовлечение в разработку новых участков земной коры требует нейтрализащш вредного воздействия разработок на окружающую среду путем оптимизации производственных процессов.

Особую актуальность приобретают вопросы управления массивами, вмещающими полезные ископаемые, при увеличении глубин и усложнении условий разработки месторождений. Существует актуальная проблема сочетания полноты использования недр с сохранением окружающей среды при минимальных затратах, особенно - затратах электроэнергии.

Электроэнергия является главным и универсальным эквивалентом прогресса технологий. Однако до сих пор в добывающих и перерабатывающих отраслях народного хозяйства меры по сокращению расхода электроэнергии нельзя считать действенными.

Расход электроэнергии неразрывно связан с энергетическим потенциалом участка литосферы в рамках которого добываются геоматериалы. Силовые поля техногенного происхождения усиливают или ослабляют напряженность и деформируемость пород, вызывая в том числе отклонения от нужных размеров кусков руды, состояния выработок и других параметров разработки. Необходимость разработки научных методов согласования энергетических потенциалов объектов технологии не вызывает сомнения, а аспекты этой проблемы рассматриваются как составной элемент глобальной проблемы природо- и ресурсосбережения. Проблема решается в комплексной увязке естественных и техногенных процессов добычи и переработки руд.

До сих пор экономия энергии не стала основным предметом исследований в крупнейших технологических потребителях тока - рудниках и металлургических цехах, а вопросы экономии энергии не увязываются с технологическими процессами добычи и переработки. Неполностью использованы возможности оптимизации на стадии проектирования технологий. Недостаточно исследуются скрытые наукоемкие процессы преобразования электрической энергии.

Недостаток публикаций с подобным комплексом вопросов объясняется сравнительной молодостью научных направлений механизации и комплексной автоматизации производства и в еще большей мере -электроники. В горном деле освоение наукоемких электронных технологий уступает другим отраслям знаний. С изменением системы хозяйствования количество публикаций еще более сократилось.

Решение проблем экономии энергии с использованием свойств смежных технологий пользуется повышенным вниманием. Если ранее природные связи минералов в процессе дробления разрушались приложением

превосходящей энергии, то сейчас все самозаклинивание структурных блоков пород за счет остаточной прочности.

Это позволяет обеспечивать добычу сырья с меньшими затратами энергии или увеличить объем добычи при равных затратах . При этом происходит как количественное снижение расхода электроэнергии, так и качественное улучшение электропотребления с устранением нежелательных побочных электроэффектов, ухудшающих качество продукции. Влияние энергетических полей на окружающую среду менее разрушительно и опасно, чем других мер воздействия, например, химических. Анализ [45]основных энергосберегающих технологий (ЭГТ):

• энергетики сложноструктурных массивов;

• электроприводных технологий;

• электротехнологии разведки месторождении;

• электротехнологии активации материалов;

• энергетики механо-и виброактиваторов;

• электрохимических технологий;

• энергетики утилизации отходов показал, что одной из основных проблем их широко эффективного внедрению является функциональное прецезионное токовое обеспечение этих технологий.

Разработка теории автоматизированного проектирования систем логического (СЛУ) при функциональном, прецезионном, токовом обеспечении энергосберегающих технологии (ЭГТ), и ее внедрении, посвящена данная диссертационная работа. Эта актуальная научная проблема имеет важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнялась в рамках научно-технических как государственных, так и отраслевых программ:

- единому научному заказу по заданию ГоскомВУЗа РФ по научно-тематическому ГоскомВУЗа РФ, по спецтематике "Конверсия";

- по межвузовской научно-технической программе, утвержденной приказом ГоскомВУЗа РФ №630 от 16.10.92 г;

- по государственной программе "ГорЫ Осетии";

- по программе Правительства РСО-Алания "Производственные ресурсы РСО-Алания" , ряду других программ.

Целью настоящей работы_является разработка методов и программных средств автоматизированного проектирования СЛУ при функциональном, прецезионном токовом обеспечении ЭГТ и их внедрении.

Идея работы заключается в исследовании дескриптивной семантики между энергосберегающей технологией и ее токовым обеспечением, с одной стороны, и проективной семантикой между токовым обеспечением и структурой СЛУ, реализующей его, с другой стороны, что позволило провести оптимизацию проектируемой СЛУ на семантическом уровне знаний.

Задачи исследований. Научная проблема и цель работы определили следующие задачи исследований:

- систематизация энергосберегающих технологий и определение дескриптивной семантики между ними и их таковым обеспечением с целью получения оптимальных законов управления токовыми источниками в реальном масштабе времени;

- специфицирование оптимальных электронных компонентов функционального, прецезионного, токового обеспечения ЭГТ;

- создание теории автоматизированного проектирования СЛУ при функциональном , прецезионном токовом обеспечении ЭГТ, включающей в себя новые модели, методы и быстродействующие алгоритмы, с учетом свойств энергосберегающей технологии;

- разработка инструментальных программных средств автоматизированного проектирования СЛУ ЭГТ и внедрение их в промышленность.

Методы исследованиябазируются на использовании и развитии энергосберегающих технологий, электроники, дискретной математики и особенно характеризационном анализе и теории сетей Петри. Научная новизна работы заключается в:

- определение дескриптивной семантики между энергосберегающими технологиями и их токовым обеспечением с целью оптимального расходования энергии с учетом свойств смежных технологий;

- специфировании электронных компонентов электроснабжения для повышения безотказности функционального, прецезионного токового обеспечения ЭГТ;

- разработка трехсегментной трансформационной сети , являющейся обобщением сетей Петри и позволившей впервые моделировать во времени токовое обеспечение ЭГТ с целью определения корректности, конфликтности и тупиковости законов управления источниками тока;

- создании семантических методов проектирования систем логического управления токовым обеспечением ЭГТ на основе использования нейронной технологии,

- характеризации проектирования параллельной микропрограммной сета на базе использования остаточных классов.

Практическая значимость работы состоит в:

- разработка программных инструментальных средств, позволивших эффективно решить проблему автоматизированного проектирования СЛУ при функциональном, прецезионном токовом обеспечении энергосберегающих технологий;

■ промышленном внедрении методов, алгоритмов и программных инструментальных средств и проектирования СЛУ при прецезионном токовом эбеспечешш ЭГТ на горных предприятиях;

■ использование научных результатов при чтении лекций для студентов "орных специальностей высших учебных заведений.

Реализация, внедрение и использование результатов диссертационнной тботы.

Предложенные модели, методы, алгоритмы и программные инструментальные средства реализованы на ПЭВМ PC (язык Турбо СИ), внедрены на рудниках и горно- обогатительных комбинатах Северного Кавказа: заводе "Электроцинк", Тырныаузском вольфрамо-молибденовом комбинате, Садонском свинцово-цинковом комбинате, производственном объединении "Бином" использованы при чтении лекций по дисциплинам: "Основы промышленной электроники и информационно-измерительной техники", "Системы разработки месторождений полезных ископаемых", в Северо-Кавказском государственном технологическом университете и в Московском Государственном горном университете при чтении лекций по прикладной теории алгоритмов для студентов специальности САПР.

Ежегодный объем внедрения результатов диссертационной работы по автоматизированному проектированию СЛУ при прецезионном токовом обеспечении ЭГТ составил екодо 300 млрд.руб. в ценах 1995 г., о чем имеются соответствующие акты о внедрении.

Диссертация обобщает результаты двенадцати-летних исследований, проводившихся под руководством и при непосредственном участии автора.

Апробации работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, доложены и обсужден на многочисленных международных конгрессах, всесоюзных, всероссийских и республиканских симпозиумах и совещаниях, в том числе координационных совещаниях АНСССР "Математическое обеспечение интеллектуальных систем САПР -ГАП" (Ижевск - 1986, Устинов - 1987, Орджоникидзе - 1988), симпозиуме "Логическое управление с использованием ЭВМ" (Орджоникидзе - 1988), Международной конференции по системам управления (Бухарест, 1993г.), научной конференции по логическому управлению (София, 1994г), Всемирном Конгрессе "Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети" (Москва - 1995), Международном конгрессе информатизации, посвященному памяти А.Нобеля (Ижевск - 1995).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в публикациях, в том числе четырех книгах, две из которых - монографии.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, содержит 242 страницы машинописного текста, 93 рисунка, список литературы из 137 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Анализ основных энергосберегающих технологий (ЭГТ), исследованию которых посвящены труды многих отечественных и зарубежных ученых: В.В.Ржевского , М.Н.Агошкова, В.И.Шуцкого, В.И.Голика, Ляшенко В.И., И.Хинта и др. показал, что разработка оптимальных законов управления токовым обеспечением ЭГТ позволяет наряду с увеличением качества получаемого продукта, экономить электроэнергию на 10-20%.

ЭНЕРГЕТИКА СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МАССИВОВ.

Каждое месторождение представляет собой энергетическую систему, которая находится в сбалансированном состоянии до тех пор, пока ее не нарушают горными работами.

В границах рудовмещающих массивов действуют два энергетических поля:

эндогенное - природного происхождения, обусловленное гравитационными, тектоническими, планетарными и иными объективно действующими силами и усиленное тектонической нарушенностью массивов;

экзогенное - техногенного происхождения, возникающее как реакция геоматериалов и массива на технологические процессы: взрывания, принудительного и естественного обрушения, вибрации и т.п.

В процессе эксплуатащш месторождений поля накладываются, усиливая пли ослабляя друг друга. В последнем случае возможны неэффективные затраты труда и материалов, снижение качества продукции, например, снижение выхода машинного класса руд, нейтрализуется высвобождающая энергия обоих полей.

Задача оптимального сочетания энергетического потенциала природного массива и техногенных процессов решается с использованием ресурсосберегающих технологий разработки, основу которых составляет рациональное использование свойств естественных массивов в процессе эксплуатации недр.

Наибольшей энергетической неоднородностью отличаются сложно-структурные месторождения, в которых сосредоточена большая часть цвешых, редкоземельных, полиметаллических и других металлов. Энергетика этих месторождений определяется разрывными структурами. Рудные тела приурочены к сочленению нарушений, неоднородностей, усложнениям литологической и петрофизической ситуациями.

Потенциальная энергия аккумулмруете^ и высвобождается, когда превышает энергию, затрачиваемую на ее нейтрализацию, если энергетическая система испытывает влияние более мощного поля, образуемого, например, пригрузкой самозаклинивающихся блоков массой обрушенных пород. Поэтому применительно к проблеме управления массивами месторождений оптимальный энергетический режим эндогенной зоны обеспечивается при условии непревышения предельных параметров технологии. Для экзогенной зоны это условие формулируется в виде равенства энергии взаимодействия критической энергии разрушения молекулярных связей, чтобы энергия не расходовалась непроизводительно, например, переизмельчение при взрывании зарядов взрывчатых веществ (ВВ), превышение частоты вибрации и т.д.

Если энергетический уровень эндогенной зоны формируется параметрами технологии, то уровень экзогенной зоны при использовании токовых

установок корректируется параметрами тока путем стабилизации силы и напряжения тока.

ЭЛЕКТРОПРИВОД В ГОРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

Прогресс технологий подземной разработки месторождений включает в себя развитие техники различного функционального назначения с электроприводом, который экономичнее пневматического и моторного привода.

Одно из основных направлений механизации технологических процессов - замена пневматических бурильных машин машинами с электрогидроприводом, что повышает скорость и улучшает условия труда; применение электрических погрузочно-транспортных машин на пневмо-колесном ходу с грузонесущим ковшом; использование машин многоцелевого назначения для механизации трудоемких операций; применение электровозной откатки и вибропитателей на выпуске руд.

Электроприводимая и электрогидрофицированная горнопроходческая техника позволяет проходить горизонтальные выработки со скоростью не менее 300-400 м/мес при производительности труда проходчиков более 7 м3/чел.-смену. Комплекс механизмов при проведении выработок включает в себя самоходные погрузочно-транспортные машины, буровые каретки, перегружатели и механизмы вспомогательного назначения.

При проходке восстающих выработок используют бурение пилот-скважин сверху вниз с последующим расширением снизу вверх с помощью комбайна 2КВ и установок УБВ-1,25 с электрическим приводом.

Расширение области использования электропривода на рудниках связано с увеличением расхода электроэнергии. Даже при относительно меньшей удельной стоимости электроэнергии по сравнению с органическим топливом и сжатым воздухом увеличение расхода электрической энергии служит препятствием для перевооружения производства. Отсюда -большая актуальность стабилизации токового обеспечения, которая повышает коэффициент полезного действия на 15-20%.

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Решение горно-технических задач на стадиях проектирования и эксплуатации горных предприятий предполагает использование электрофизических методов исследований, например, при выделении тектонических нарушений в массивах пород.

Целью исследования гидротермальных месторождений полиметаллических руд является выделение участков разуплотненных пород, используя положение о том, что в зонах разломов измененные породы имеют более высокую пористость. В литологических разностях возможно непосредственное выделение разноуплоткенных пород с помощью электроразведки. Разуплотненные, интенсивно измененные породы, например, терригенно-осадочные разности ордовика имеют плотность (ст) 2400-2600 кг/м3 и

удельное электрическое сопротивление (р) около 200 Ом.м, тогда как неизмененные, соответственно, 2750 кг/м3 и 600 Ом.м. Измененные кварцевые порфиры отмечаются понижением сопротивления до 400-200 Ом.м на фоне неизмененных пород, имеющих сопротивление 4000-8000 Ом.м и т.д.

Разуплотненные породы отличаются пониженными значениями гравитационного поля и уменьшенным кажущимся электрическим сопротивлением на фоне значений, свойственных неизменным породам. Однако реальные физические поля месторождений имеют более сложный характер. Исследованиями редкоземельных месторождений установлены аномально высокие сопротивления и плотность пород, примыкающих к рудным зонам. Эффузивно-осадочные породы девона, терригенно-осадочные породы ордовика и кристаллические сланцы протерозоя характеризуются увеличением (р) в 3-20 раз (до 15000-2000 Ом.м) и повышением (о) в среднем на 30 кг/м3.

Увеличение удельного электрического сопротивления связано с окварцованием и карбонатизацией пород, а повышение плотности - с кар-бонатизацией. При ранговой корреляции удельного электрического сопротивления и карбонатности пород определено наличие положительной связи этих параметров, превышающей критический уровень в полтора раза. Коэффициент корреляции между р и карбонатностью для различных пород района составляет 0,72-0,84.

Увеличение электрического сопротивления плотности пород, примыкающих к рудным зонам, выявляют электроразведкой. Разуплотненные породы отличаются относительно локальными минимумами гравитационного и электрического полей.

При электроразведке пород устанавливают зоны высоких значений р и повышенных сг и вытягивающихся вдоль известных разломов, контролирующих оруденение в районе. Электроразведкой рыхлых отложений по скважинам и измерением электрического сопротивления образцов определяют увеличение сопротивления пород.

Электрокаратажом скважин, микроэлектропрофилированием горных выработок, наземной электроразведкой выявляют слои высоких и пониженных значений р и а

По характерным особенностям в физических полях выделяют перспективные участки, которые при дальнейшей разведке формируются в ру-допроявления и месторождения. Запасы месторождений изменяются в широких пределах, имея величину от сотен тысяч, до десятков миллионов кубометров по руде. По данным практики, затраты на разведку достигают 10-20 % от суммарных затрат на добычу, что оценивается величиной порядка миллион долларов США. При коэффициенте вероятности измерений электрических параметров, достигающим 20-30 %, возрастает цена ошибки при решении вопроса о дальнейшей разведке потенциальных место-рождегаш. Повышение точности измерений при оконтуривании структурных неоднородностей массива формирует самостоятельную и

объективную проблему для технологий разведки руд, успех решения которой во многом определяется прецезионными источниками тока.

ЭНЕРГЕТИКА АКТИВАЦИИ МАТЕРИАЛОВ.

Наряду с известными способами технологического воздействия : изменение температуры и давления, диспергирование , катализ получает развитие принципиально новое направление технологии - активация материалов, под которой понимается воздействие на вещество с целью изменения его свойств в нужном направлении.

Эффект активации наиболее реализован в горном деле при развитии технологий изготовления твердеющих смесей. Это объясняется особенностями процесса изготовления закладных смесей, вооруженностью комплексов для оперативного и систематического контроля качества смесей. В технологии приготовления твердеющих смесей используют способы активации веществ, с целью сокращения расходов дефицитных вяжущих материалов и вовлечения в производство негативных ресурсов.

Большинство аппаратов-активаторов являются низковольтными потребителями постоянного тока или для привода установок или для целей управления и контроля. Особенность питания и контроля заключается в использовании низкого постоянного напряжения при токах специальной формы. Эффективность активации существенно зависит от стабилизации подводимого к аппаратам напряжения. Эта зависимость наиболее выражена для электрохимических установок, которые характеризуются большими величинами тока при относительно невысоких напряжениях, часто соизмеримых с величиной падения напряжения на открытых вентилях силовой схемы, нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) с малым дифференциальным сопротивлением на рабочем участке и определенной длительностью реверсивности полярности питания. Технологические требования поэтому должны определять специфику схемотехнического построения агрегатов-активаторов.Например, электрохимическая обработка имеет параметры электропитания: диапазон изменений номинального напряжения 12-48 В, диапазон регулирования напряжений 0-100 %, точность стабилизации тока 2 %.

Ошибка в выборе и поддержании в заданном режиме параметров питания снижает эффективность активации, что подтверждает коэффициент вариации опытов до 30-50 % при исследовании процессов активации в промышленных аппаратах.

ЭНЕРГЕТИКА МЕХАНОАКТИВАТОРОВ

Изменение свойств материалов при измельчении в активатора, моделирует процесс измельчения, который является средством взаимоотношений живой и неживой частей природы. Повышение активности твердых тел достигают разрушением структуры тел механической энергией. Эф-

фективность измельчения оценивают по приращению общей поверхности измельченного вещества.

При измельчении в хорошо освоенных в различных областях шаровых мельницах твердые хрупкие тела испытывают критические напряжения, сопровождающиеся критическими деформациями с разрушением вещества и образованием новых поверхностей.

Важной технологической характеристикой дезинтеграторов в стадии их освоения является количество потребляемой электроэнергии, которую принято разделять на два вида:

потребляемая для обработки материала,

расходуемая на холостой ход роторов.

Параметры энергообеспечения процесса активации в дезинтеграторах характеризуют их как энергонасыщенную систему с повышенным расходом электроэнергии и большими потерями как при рабочем режиме, так и при холостом ходе роторов. Учитывая дефицит энергии и большие объемы активируемых материалов, особую актуальность приобретает проблема стабилизации токового обеспечения энергоустановок. Решение этой проблемы - регулирование процессов путем оснащения цепей электронными средствами логического управления.

ЭНЕРГЕТИКА ВИБРОАКТИВАТОРОВ

Виброактивацию - воздействие на материал энергией удара, истирания, раздавливания, встряхивания и т.п. эффектов, увеличивающих траекторию движения зерен компонентов с дестабилизацией возникающих продуктов диспергирования и перекристаллизации, т.е. восстановлением взаимодействующих поверхностей, электрических частиц материала, широко применяют в горном деле.

Виброактивацию применяют как самостоятельный способ или в комбинации с другими способами - механический, электрический и др. Чаще всего активируют сыпучие материалы во избежание потерь физико-химической активности уже приготовленной смеси или повышения природной активности ее компонентов. Наиболее часто это требуется при использовании отходов.

Виброактиваторы относятся к механизмам, в которых технологические процессы возбуждаются электроприводом. Необходимые параметры вибротехнологии обеспечиваются оптимальным соотношением характеристик тока. По данным опыта, непроизводительные потери электроэнергии при вибротехнологиях достигают 30-40 % от затраченного количества. Б ряду случаев нерегулируемые изменения параметров токового обеспечения дискредитируют вибротехнологию.

Поэтому основные направления совершенствования электроустановок питания виброактиваторов, определяющие перспективы использования технологий активации,- развития глубокорегулируемых источников питания этих технологий. Главные требования к источникам питания -

способность адаптации к изменяющимся в широких пределах параметрам электрической нагрузки, обеспечивающей энергетические и массогабарит-ные показатели, надежность и простоту эксплуатации.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Среди наукоемких технологий добычи и получения минерального сырья и повышения активности материалов наиболее динамично развиваются электрохимические технологии. Этому способствует их оперативность, управляемость и соответствие природо- и ресурсосберегающим тенденциям развития промышленности.

В горной промышленности увеличивается роль геотехнологических способов добычи растворением с применением электрохимической обработки оборотного выщелачивающего раствора в процессах подземного, кучного и перколяционного выщелачивания , а также при гидрометаллургической проработке руд.

Электрохимические переработки применяют в практике обеспечения жизнедеятельности , например, при получении воздушно-механических пен повышенной устойчивости и кратности.

Электрохимическая технология целенаправленно изменяет важнейшие показатели и свойства воды, увеличивает устойчивость пенообразующдх растворов и повышает кратность и стойкость пены без реагентов и увеличения концентрации пенообразователя.

Существенное отличие технологии от других в том, что она не вызывает изменения поверхностного натяжения и вязкости обрабатываемой воды.

Подавляющее большинство электротехнологий потребляет электроэнергию на постоянном токе или переменном токе нестандартной частоты. Большие потери электроэнергии при несогласовании источников питания и потребителей формируют самостоятельную проблему, актуальность которой возрастает с увеличением области применения электротехнологий.

В системе элементов электротехнологии особенно важна точность поддержания выходных параметров, прежде всего - плотность тока. Широкий диапазон применения режима работы источника питания, работа в предельных режимах (технологические короткие замыкания и холостой ход), необходимость регулирования выходных параметров не могут быть обеспечены без реверсивного тока высокой частоты. Отсюда, актуальной проблемой является проблема прецезионного токового обеспечения.

ЭНЕРГЕТИКА УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

Развитие горных предприятий зависит от объема использования малоактивных отходов производства и дешевых местных материалов. Потребителями таких материалов являются горная, металлургическая, строительная отрасли, сельское хозяйство и др. Исследования направлены

на развитие энергосберегающих технологий, позволяющих сократить расход энергии на активацию материалов.

Применению хвостов фабрик и заводов препятствует остаточное содержание полезных компонентов. При сооружении ответственных объектов, зданий и других строек возможно выщелачивание металла с потерей надежности конструкции. Отсутствие твердого компонента в смеси лишает ее структурного скелета и повышает компрессионные способности смеси.

Отличительная способность хвостов пщрометаллургического передела - высокая дисперность.

Хвосты обогащения сходны с хвостами металлургических переделов, обладая еще большей водонасыщенностью, пластичностью и глинизацией, так как они не проходили температурную обработку.

Эффективность утилизации отходов создается на основе положительных результатов практики и подготовки, приготовления и транспортировки, включающей: замена цемента искусственными вяжущими веществами из отходов производства с обработкой компонентов смеси до состояния, при котором раскрываются их активные свойства: применение местных некондиционных заполнителей с компенсацией их качества в процессе подготовки, приготовления и транспортирования, увеличение длины транспортирования твердеющих закладочных смесей с активацией в ходе перемещения по трубопроводам, отказ от строительства новых комплексов при увеличении длины транспортирования смесей.

В создании экономического эффекта активацией отходов ведущую роль играют активаторы, приводимые электроэнергией или создающие электрическое поле. Благодаря активаторам, рудники обеспечивают потребности в материале закладки за счет утилизации отходов и обеспечивают положительный баланс соотношения земель в районе горных разработок.

Проблема электроснабжения путем оптимизации токовых параметров наиболее актуальна для активаторов, в которых перепады параметров могут вызвать побочные эффекты, искажающие конечные показатели продукта: застревание полупластичных материалов, переуплотнение и т.п.

Высокие энергетические затраты при токах нагрузки порядка 100 А, выходном напряжении до 300 В и мощности до 100 кВт нередко препятствуют расширению области использования электротехнологий. Потери тока при электротехнологиях достигают 30-40 % потребляемого количества при нестабильности токовых параметров.

Проведенный анализ основных ЭГТ показал, что актуальной проблемой их практического использования является проблема токового обеспечения: стабилизированного, функционального, адаптируемого, прецезионного в зависимости от типа ЭГТ. Решение этой проблемы возможно на базе разработки соответствующих электронных средств управления процессом токового обеспечения ЭГТ.

Вопросы интенсификации производственных процессов и повышения качества технологий требуют дальнейшего совершенствования источников питания, обеспечивающих заданный технологический режим.

Большой вклад в решение этой проблемы внесли отечественные и зарубежные ученые: Ю.Г. Бацежев, С.Г.Лаевский, А.М.Миляк, И.В.Волков, С.С.Букреев, К.А.Липковский, В.А.Бизиков.

Для автоматизированного проектирования систем управления электронными средствами, определяющими токовое обеспечение ЭГТ, рассмотрим спецификацию соответствующих предметных областей.

Каждая предметная область соответствует ЭГТ, для реализации токового обеспечения которой необходимо соответствующее множество его компонент. Пара, состоящая из компоненты токового обеспечения (КТО) и ЭГТ определяют закон управления (ЗУ) соответствующими электронными средствами, который реализуется системой управления. Исследуем бинарное отношение "ЭГТ - КТО".

Особенностью источников питания для большинства технологий является то, что они должны быть низковольтными и иметь большие токи на выходе, обеспечивать высокую точность поддержания выходных параметров, в первую очередь, стабилизацию плотности тока. Разнообразие режимов технологий требует широкого диапазона изменения параметров работы источника питания, возможности регулирования их выходных параметров в режиме источника тока и устойчивой работы в предельных режимах (технологические короткие замыкания и холостой ход). Исследования, связанные с улучшением качества технологий, показали необходимость применения реверсивного тока относительно высокой частоты.

Среди инженерно-технологических решений эффективным является применение в качестве источников питания электронных преобразователей, обладающих способностью адаптации к изменяющимся в широких пределах параметрам нагрузки, технологии гальванопокрытий.

Высокая энергоемкость процессов ставит задачу снижения потерь и повышения КПД источников питания, решение которой затруднено в связи с тем, что падение напряжения на вентильных элементах низковольтного выпрямителя сравнимо с величиной выпрямленного напряжения. Перспективен путь схемотехнических решений, обеспечивающих минимальное количество последовательно включенных в низковольтном контуре тока вентильных элементов, выбора оптимальной токовой нагрузки этих элементов т.п. решений.

Дальнейшее развитие и совершенствование низковольтных, сильноточных, глубокорегулируемых источников, обеспечивающих технологические режимы электроустановок, обладающих улучшенными и энергетическими и массогабаритными характеристиками, осуществляется в рамках концепции электросбережения.

Реализация концепции включает в себя:

исследование технологий, как объекта управления, определение комплекса критериев по выбору рациональных схемотехнических решений,

разработку обобщенной методики анализа потерь в элементах силовой части агрегата,

определение оптимальной токовой нагрузки низковольтных силовых полупроводниковых элементов,

разработку универсальной математической модели для проведения паро-метрической оптимизации схемных решешш.

При осуществлении концепции используется комплекс методов, включающих возможности теории электрических цепей, вентильных преобразователей, аппроксимации функций, прямого преобразования Фурье, поиска экстремумов, переменных состояний, топологический метод, операторный метод Лапласа, методы математического моделирования на ЭВМ.

Системность концепции, определяющей отношение "ЭГТ - КТО", определяется:

комплексностью экспериментального определения структуры и параметров технологических схем,

многофакторностью анализа по энергетическим, массогабаритным и регулировочным показателям схем построения сильноточных источников постоянного тока,

установлением рациональных структур построения базовых ячеек питания и определение их параметров,

установлением оптимальных коэффициентов токовой нагрузки вентильных элементов сильноточных блоков выпрямления,

развитием принципов построения источников питания на основе параллельной работы базовых преобразователей ячеек,

развитием принципов построения систем управления реверсивных глубокорегулируемых источников питания технологий. Исследуем компоненты токового обеспечения.

Значительная часть потребляемой на постоянном токе электроэнергии приходится на долю электротехнологии горнодобывающих и горно-перерабатывающих отраслей: рудники, карьеры, обогатительные фабрики, заводы и т.п. С прогрессом технологии эта доля возрастает.

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Основные низковольтные промышленные потребители постоянного тока условно можно разделить на группы:

связанные с процессами электрохимии - установки электролиза цветных металлов и материалов, гальванопокрытий, электрохимической обработки, зарядки аккумуляторных батарей и др.;

связанные, с процессами электротермии - электр о дуговые печи, как правило, вакуумные, низковольтные плазмотроны, установки электросварки; прочие, в том числе потребители токов нестандартных параметров.

СИЛЬНОТОЧНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Среди сильноточных электрохимических технологий наиболее_рас-пространена технология гальванопокрытий..

Особенность питания установок гальванопокрытий заключается в использовании низкого постоянного напряжения при токах специальной формы.

Основное технологическое требование при электроосаждении металлов и их сплавов - стабилизация плотности тока на уровне, заданном для каждого вида покрытия. При решении этой задачи путем стабилизации подводимого к гальванованне напряжения наблюдается зависимость плотности тока от возмущающих факторов: концентрации и температуры электролита, состояния контактных поверхностей т.д.

Эффективным способом интенсификации гальванических процессов с одновременным улучшением качества покрытий является автоматическое реверсирование тока в гальванованне. Введение реверсивных режимов с помощью низковольтных преобразователей улучшает показатели процесса гальванопокрытий. Осаждение металлов может осуществляться при более высокой рабочей плотности тока по сравнению с покрытием при токе одного направления. Это обусловлено регулярным выравниванием катеонитов в прикатодном слое и во всем объеме электролита в период анодной поляризации, чему способствует анодное растворение покрытия. Кроме того, реверсирование тока положительно влияет на структуру осадков гальванического процесса, что обусловлено образованием большого количества центров кристаллизации. В то же время реверсирование и регулирование тока ограничивает рост кристаллов.

При реверсировании тока повышается скорость осаждения металлов, улучшается равномерность его распределения, уменьшается пористость, снижается внутреннее напряжение, повышается твердость покрытия, кристаллы имеют более правильную геометрическую форму, а покрытие получается мелкокристаллическим.

Токи специальной формы повышают эффективность технологического процесса, поскольку позволяют увеличить скорость электроосаждения, производительность процесса, увеличить номенклатуру изделий с заданными физико-механическими свойствами, создавать многослойные покрытия и т.д.

При наличии пауз в прямой период, во время перерыва протекания тока расход катионов металла покрытия за счет разряда прекращается, но поступление катионов в прикатодный слой электролита из отдельных слоев продолжается, при этом фронт диффузии не успевает отойти на значительное расстояние от поверхности детали. Происходит частичное выравнивание концентрации ионов, что позволяет во время импульсов

протекания тока повысить его плотность, так как указанные эффекты предотвращают движение предельного диффузионного тока. Во время "паузы" на поверхности покрываемой детали адсорбируются иоверхност-но-активные вещества, присутствующие в растворе.

Поверхностно-активные вещества являются пассиваторами, повышающими катодную поляризацию детали в момент включения тока после перерыва.

Гак как потенциал появления зародыша больше потенциала роста кристалла, увеличение катодной поляризации деталей ускоряет образование новых зародышей по сравнению с ростом кристаллов. Поверхность сглаживается, становится мелкозернистой, плотной. Прерывистый характер прямого тока, уменьшая концентрационную и увеличивая катодную поляризацию, способствует повышению качества и интенсификации процесса.

Чем выше скважность импульсов, тем большую плотность тока можно использовать при гальванопокрытиях с высоким качеством покрытия.

При использовании тока ступенчатой формы, особенность проявляется в начальном броске тока - высокой начальной плотности, за счет чего снимается пассивность анода.

Применение высоких начальных плотностей тока в короткое время значительно повышает поляризацию. Во время броска достигается потенциал, при котором материал покрытия начинает отлагаться на малоактивных участках поверхности. С ростом плотности тока растет скорость возникновения кристаллических зародышей. Сплошной начальный слой материала покрытия превращается в основу для последующего роста покрытия. Поэтому наличие сплошной мелкокристаллической прокладки способствует получению мелкокристаллического сплошного покрытия и при последующем осаждении.

При увеличении частоты чередования прямого и обратного токов и уменьшении полного периода протекания тока снижается внутреннее напряжение слоя и покрытия.

Основными факторами, влияющими на процесс гальванопокрытия, являются плотность и форма тока, состав и температура электролита, свойства материала покрытия. Первые два фактора - плотность (сила) и форма тока являются определяющими, предъявляемыми к преобразовательной установке электрохимической и других технологий с постоянными и нестандартными токами.

При рассмотрении бинарного отношения 'ЭГТ-ЗУ" определяются требования, предъявляемые к электронным компонентам токового обеспечения, основными требованиями являются выполнение функций стабилизации и регулирования тока, при этом основой электронных компонент токового обеспечения являются вентильные преобразователи.

Этап структурного синтеза вентильных преобразователей сводится к известной проблеме схемности, поставленной в середин 19 в. Пуанкаре,

Кирхгофом и Максвелом и, несмотря на многочисленные исследования (Седербаум, Окадо, Лефгрен, Веблен, Гоулд и др.), оставшейся открытой. Этот этап решается на основе известных схемотехнических решений, образующих соответствующий банк знаний при автоматизированном проектировании.

Для оптимизации параметров вентильных преобразователей и их моделирования в диссертации разработан пакет прикладных программ МОДЕЛЬ.

В главе разработан пакет прикладных программ ориентированный на моделирование и оптимизацию параметров вентильных преобразователей. В основу вычислений в разработанном пакете положены методы структурных чисел, непрерывного преобразования Лапласа, переменных состояний и кусочно-припасовочный метод.

Для моделирования объектов более высокого уровня, а именно для моделирования взаимодействующих, параллельно функционирующих процессов и систем в работе введено понятие трехсегментной трансформационной сети (ТТ-сети), принципиально отличающееся от известных формализации (предикатные сети, сети Петри и их модификаций и расширений - Джонотан, С.А.Редкозубов, Мекли, Крупа и др.)

Трехсегментной трансформационной сетью называется граф

G=<v,({xb,{SA,{yk}),u>, UcV>,

каждая вершина которого представляет трехсегментную структуру, связывающую входные {x¡/x¡-предусловие}, внутренние {Sj/Sj - событие}, и выходные {ук/ук - постусловие} термы.

Все термы являются временными функциями, при этом входные и выходные переменные x(t) и y(t), как правило, описываются экспоненциальной зависимостью с насыщением.

Вершина е V допускает трансформацию, если каждая ее позиция насыщена, т.е. значения всех функций, взвешивающих входящие дуги, имеют максимальные значения. Трансформация в вершине и, осуществляется путем обнуления всех позиций x¡ и возбуждение всех событий Sj, соответствующих элементам среднего сегмента этой вершины. Каждое событие определяется событийным графом Gc=< Vc , Uc > (Vc - множество технологических состояний процесса, Uc с Ус2), определяющим реализуемую технологию на этом элементе среднего сегмента. После выполнения всех событий {&}, соответствующих вершине 1/í, возбуждаются все дуги, исходящие из этой вершины. Процесс возбуждения определяется экспоненциальной зависимостью во времени с насыщением.

Последовательность чередующегося выполнения трансформаций в вершинах определяет трансформацию ТТ - сети. Принципиальным отличием предложенной ТТ- сети от сети Петри и от других ее модификаций является то, что механизм перемещения фишек заменен возбуждением дуг,

определяемым экпоненциальной зависимостью от времени. ТТ - сеть определяет причинно-следственные связи событий и позволяет меделироватъ важные свойства протекающих процессов - параллелизм, конфликтность, тупиковатостъ, достижимость. Таким образом, предложенное понятие ТТ -сетей является эффективным аппаратом моделирования взаимодействующих параллельно протекающих в реальном (или нормированном) масштабе времени событии. Возможность реального (или нормированного) масштаба времени является существенным преимуществом перед существующими развитиями теории Петри (Мерлин П., Джонатан Б., Лауэр П., Ной Дж., Ямоун М., Крупа Т. и др.).

Используя предложенный аппарат ТТ - сетей, была разработана методика определения дескриптивной семантики между ЭГТ и их токовым обеспечением, гарантирующая оптимальность построенных законов управления источниками тока (ИТ).

Поставим в соответствие событиям средние сегменты соответствующих вершин, начальным сегментам - предусловия, конечным сегментам -постусловия. Соединим дугами пары позиций (секторов), соответствующие условиям, одно из которых влечет другое, получим ТТ - сеть, моделирующую взаимодействие процессов (систем).

Трансформации рассматриваются во времени, что принципиально отличает предлагаемое моделирование от предыдущих публикаций, в которых трансформации происходили мгновенно. Это преимущество позволяет определить реализуемость временных микропрограмм управления токовым обеспечением ЭГТ при работе с несколькими объектами и одним транспортным средством.

Определение связности путей в ТТ - сети позволяет моделировать важные для практики свойства - параллелизм и конфликтные ситуащш. Параллелизм моделируется в ТТ - сети независимыми (непересекающимися) допустимыми трансформациями в вершинах.

Ситуация конфликтна, если найдутся три вершины, одна из которых, представленная одним и тем же выходным термином уа, является началом дуг, концами которых являются входные термы двух других вершин.

Общий подход к моделированию процессов и систем на основе ТТ -сетей заключается в следующем. На основе исследования релевантных событий, условий и установления их взаимосвязи строится представление исследуемого процесса (системы) в виде ТТ - сети.

Затем анализируются свойства сети : параллелизм, конфликтность, тупи-ковость (наличие событий, которые не могут быть запущены), достижимость. Если эти свойства удовлетворительны, рассматриваемый проект может быть принят, в противном случае анализ свойств, показывает причины невыполнения необходимых требований, устранить которые нужно при модификации проекта.

Затраты при моделировании существенно меньше потерь, вызванных устранением тупиков и конфликтов в процессе функционирования и вос-

становления спроектированной и уже эксплуатируемой системы (технологии).

Существенным недостатком используемых в настоящее время систем управления токовым обеспечением ЭГТ является их нерегулярность, что не позволяет эффективно использовать современные электронные технологии. В настоящее время системы управления токовым обеспечением ЭГТ представляют собой композицию специальных узлы: синхронизаторы, схемы импульсного или импульсно-фазового управления, генераторы временных интервалов, генераторы специальных сигналов, узлов раздельного управления группами вентилей, выходные формирователи, узлы контуров обратной связи, счетчики, попостоянные запоминающие устройства, устройства реверсирования и др.

В диссертации предлагается проектирование систем логического управления (СЛУ) токовым обеспечением ЭГТ, реализованных на основе нейронной технологии, обладающих свойством регулярности, что позволяет эффективно использовать современные достижения микроэлектроники при реализации законов управления электронными средствами ТО ЭГТ.

Проектирование основано на предложенном автором критерии параллельной декомпозируемости автоматной грамматики, основанном на использовании остаточных классов.

Проблема проектирования параллельной декомпозиции автоматной грамматики (управляющего автомата) исследовалась многими учеными. Эти исследования можно разбить на две группы. К первой группе относятся результаты, основанные на использовании специального языка - языка разбиений со свойством подстановки (СП - разбиения), предложенного Хартманисом. Здесь отдельные результаты были получены Стирнзом, Йоли, Гинзбургом, Кохаби, О.П.Кузнецовым, А.Н.Мелиховым, Нобуеки, Тадаши, Нориоши. Результаты носят, в основном, теоретический характер, т.к. практические грамматики не обладают свойством подстановки. Ко второй группе относятся результаты, основанные на характеризации многокомпонентной раскраски специального графа - графа зацеплений нетерминальных символов, предложенной В.А.Горбатовым. Здесь интересные результаты получены А.Г.Дедепсаевым. При этом подходе для случая, когда автоматной грамматике соответствует полный граф зацепления, приходится для построения параллельной декомпозиции производить много штриховок входных терминальных символов, что усложняет проект. Показано, что СЛУ токовым обеспечением ЭГТ относятся именно к этому классу автоматных грамматик. Для оптимальной декомпозиции СЛУ этого класса в диссертации разработана теория, развивающая научное направление второй группы исследований.

В работе показано, что исследуемые процессы управления описываются цунговыми автоматами (грамматиками).

Цунгом называется граф переходов автомата (грамматики), в котором найдется вершина £„, включаемая во все контуры; входной терминальный символ X изменяется только на дугах, началом которых является эта вершина, и не найдется ни одного пути, не принадлежащего контуру, проходящему через вершину Бн. Вершина (нетерминальный символ) 5„ называется инициальной. Она соответствует блокам "НАЧАЛО" и "КОНЕЦ" реализуемого алгоритма управления.

Автомат (грамматика), граф переходов которого является цунгом, называется цунговым.

Отношением зацепления 113, а / Б1 - нетерминальный символ}/называется отношение вида

Г(&) - фактор-множество нетерминального символа Sei.

Утверждение 1. Если граф зацепления G3 грамматики С является ре-берно пустым графом, то грамматика G декомпозируема в виде параллельно функционирующих попарно несвязных грамматик G„

<7с=ПС,

i

Утверждение 1 является достаточным условием существования параллельной декомпозиции автоматной грамматики.

К сожалению, для СЛУ рассматриваемого класса справедливо утверждение 2.

Утверждение 2. Граф зацепления для цунговой автоматной грамматики является полным.

С целью преодоления этих трудностей, для цунговых автоматных грамматик, соответствующих законам управления токовым обеспечением ЭГТ, была развита теория проектирования параллельных автоматных сетей, основанная на использовашш остаточных классов и сжатии графов.

Утверждение 3. Если мощности носитей автоматной грамматики

Ga =< Va,Fa >

Ge =< Vtj Ге > равны соответственно 0,5^4\V\ +1 - и + / + /¡j , то любая центовая

автоматная грамматика <7= ¿У, Г)>, У>4 декомпозируема с точностью до локальной штриховки терминальных символов в виде произведения

грамматик и . Это условие является достаточным при параллельной декомпозиции цунговой автоматной грамматики С= { V, ГУ, I У \ >4. При ЭТОМ каждый нетер/минальный сигнал грамматики С=<'И, /^представляет код в остаточном классе.

/ОД) Д^,)

Г7„ N

где N(5^ " номер нетерминального символа при нумерации вершин осТ овл - цепи графа зТ^еолех-тЯ • Суз

N (Б1)с{0,1,2...{№-!)}

Цунговые автоматные грамматики с числом нетерминальных символов равным 3 или 4 декомпозируются грамматикой с числом нетерминальных символов равным двум на основе двойственного кодирования зацепленных состоянии.

Последовательное применение утверждения 3 и разложение грамматик с нетерминальными символами равными 3 или 4 на основе двойственного кодирования состоянии позволяет эффективно ослаблять функциональную зависимость элементов памяти соответствующего микропрограммного автомата.

Каждой энергосберегающей технологии соответствует граф связности цунговой автоматной грамматики С, определяющей законы управления токовым обеспечением, с определенным коэффициентом линейности КЛ(С).

Коэффициентом линейности Кл (С) графа связности С называется

] N

- степень ьй вершины (нетерминального символа).

Величина К, (С) определяет линейность графа связности грамматики.

Анализ коэффициента линейности Кл((.1) для автоматных грамматик, соответствующих ЭГТ, показал, что его значение находится в интервале 1,05-И,25. Малое значение коэффициента КЛ(С) показывает слабую связность графов, соответствующих автоматным грамматикам управления - большое количество вершин со степенью, равной двум. Этот вид цунго-вых грамматик образует класс микропрограммных автоматов, играющий большую ¡золь при внедрении систем логического управления в промышленность.

Малое значение коэффициента K,(G) позволяет перед синтезом параллельной декомпозиции автоматной грамматики произвести сжатие соответствующего графа переходов.

Подграф (7'называется сжимаемым, если он представляет собой путь, начало которого является концом нескольких дуг, конец - началом нескольких дуг, остальные вершины - двуинцидентны. Сжатием подграфа G' называется замена его на вершину, которая взвешивается последовательностью соответствующих терминальных символов.

После сжатия получаем граф G, гомеоморфный заданному G.

На основе предложенного критерия параллельной декомпозируем ости автоматной грамматики (утверждение 3) и сжатия графа, разработана структура СЛУ, включающая функционально ослабленную память, счетчик и нейронную сеть, в которой формируются микрооперации управления источниками тока.

Неделимый (элементарный) процесс управления называется микрооперацией. В системах реального времени время разбивается на микротакты. Каждый временной микротакт соответствует временному кванту. Временное квантование производится исходя из вычисленной путем моделирования точности/точн управления.

yt-[\og2 (max Т,/ tnmm) ] yt - глубина временного квантования,

Ti - время выполенения линейного участка в автоматной грамматике.

При временном квантовании каждый временной квант взаимнооднозначно соответствует конституенте единицы в пространстве Pyi+l, где у,+ 1 - размерность пространства. Тогда любая временная булева функция f(t) представима в виде булевой функции <р(ад,а,, ... ,яу ) от переменных а0,а,, ... ,ау , являющихся введенными эталонными булевыми

функциями. Временной квант сответствует времени между двумя соседними переключениями младшего разряда счетчика, включенного в СЛУ.

Множество микроопераций, соответствующих одному и тому же временному кванту, называется микрокомандой.

Последовательность микрокоманд, соответствующая линейному участку автоматной грамматики, называется микролучом.

Множество последовательностей микрокоманд, соответствующее автоматной грамматике, определяющей закон управления токовым обеспечением ЭГТ, называется микропрограммой управления соответствующей ЭГТ; само управление при этом называется микропрограммным, а автоматная сеть, реализующая этот вид управления - параллельной микропрограммной сетью.

Для задания реального временного сигнала T(t) в виде булевой функ ции f(x) с заданной точностью ртонн, аналогично произведем простран ственное квантование:

Yp~ I log: (/шах /р™чн ) ]

где /тах - максимальная величина тока (без учета смещения при отрица тельном токе),

ур - пространственная глубина квантования.

Эталонные пространственные функции обозначим каж

дая из этих функций соответствует микрооперации - одному разряду вы ходного терминального символа У, управляющей источником тока. Числ< выходных каналов автомата, соответствующих одному источнику ток: равно /^ЛТогда реальный сигнал I(t) можно представить в виде булево] функции f(a0,a,, ... ,ау< пространстве размерности

2+ У г

р х р - р

Jul ( 7,+Г,+2

Каждая форма токового обеспечения 1-(t) соответствует микролучу i микропрограмме.

Для получения автоматного отбражения, каждой микрокоманде cono ставим нетерминальный символ грамматики. Тогда каждая дуга линейно го участка графа G, взвешена выходным терминальным символом У который задан соответствующим десятичным эквивалентом; дуги, имею щие начало - внутреннее состояние, в котором происходит ветвление про цесса управления, взвешены (a, Y), где - а логический признак определяющий состояние процесса управления.

Код нетерминального символа S¡, грамматики G и состояние счетчи ка однозначно определяют реализуемую микрокоманду У. Код символа i реализуется памятью СЛУ. Для ослабления функциональной связност элементов памяти, а, следовательно, для уменьшения аппаратных затра логической части СЛУ, граф переходов G = (\1, Г) декомпозируем в вид параллельной структуры

i

где граф G¡ определяет функционирование г'-го элемента памяти.

Для реализации законов управления токовым обеспечением ЭГТ диссертации разработаны методы и семантические алгоритмы проектирс вания систем логического управления. Проектирование основано на ис

пользовании проективной семантики между токовым обеспечением ЭГТ и структурой СЛУ, что позволило решить проблему "информационного взрыва" в САПР СЛУ при токовом обеспечении ЭГТ.

Будем оценивать качество проекта на этапе декомпозиции функционалом качества фкач, равным сумме первичных термов (zp, которыми конкатенируются терминальные символы X грамматики G. Физически эта первичные термы zf реализуются в виде связи между автоматами, реализующими соответствующие компоненты разложения. В пределе, когда автоматы не связаны между собой, <ркя,, = 0. Чем меньше значение функционала качества, тем лучше проект.

Значение функционала качества сркач зависит от выбранного остова -цепи графа /ЬсЦепления, соответствующего грамматике G.

Используя предложенный критерий характеризации параллельной декомпозиции (утверждение 3) разработаем алгоритм проектироавния СЛУ.

Алгоритм проектирования:

Исходной информацией являются токовые зависимости от времени, определяющие закон управления токовым обеспечением ЭГТ, полученые в результате оптимизащш и моделирования технологического процесса и переходы от реализации от одной зависимости к другой.

п. 1. Зная точность представления токовой зависимости от времени, производим временное и пространственное квантования. Строим временную микропрограмму. Для построения автоматного отображения каждому микротакту взаимнооднозначно сопоставляем нетерминальный символ 5,-. В результате получаем граф переходов G, определяющий соответствующую грамматику.

п. 2. Вычисляем коэффициент линейности K,(G) графа переходов' (связности грамматики).

Если K,(G) не больше 1,25, то переходим к п. 3, в противном случае- к

п. 5.

п. 3. Производим сжатие графа переходов G, полученный граф G и граф G - гомеоморфны.

п. 4. Линейным участкам грамматики G сопоставляем счетчик, длина L которого равна /log ( шах I,)] ,где I, число вершин подграфа, соответствующего линейному участку.

п. 5. Используя утверждение 3, синтезируем декомпозицию грамматики G = ¡V, Г) . Вычислив мощности носитей автоматной грамматики I Va I

и | V, | , проводим нумерацию вершин остов-цепи графа 1ац,ег\лени9\

. Определяем нетерминальные символы сомножителей, используя остаточные классы: Каждый нетерминальный символ исходной грамматики Sj

нормируется парой

ЛЧ^) ЩБ,)

ге^ , и га*

Далее строим граф пе-

1^1 ' N

реходов Са и Ск

При нарушении автоматности в грамматиках производим штриховку входных терминальных символов.

п. 6. Если мощность грамматики I К. I и I У, I >4 , то повторно проводим п.5., пока эти значения не станутравными 3 или 4. Если I У„ I и I У, I равны трем или четырем, то проводится двоичное кодирование на основе отношения зацепления и переходим к п.7.

п. 7. Полученная параллельная декомпозиция грамматики С/,

с-Пе.

определяет функционально ослабленное кодирование нетерминальных символов грамматики С. Найденные коды определяют состояние памяти СЛУ. Состояния памяти и счетчика однозначно определяют формируемую микрокоманду.

п. 8. Построение секвенциальной таблицы, определяющей функционирование СЛУ.

п. 9. Построение булевых функций /¡, определяющих функционирование выходных каналов и каналов обратной связи.

п. 10. Реализация булевых функций в виде логической части СЛУ, представляющей собой нейронную сеть. Применение нейронной технологии позволяет, применяя принцип временной декомпозиции, использовать одно и то же оборудование при реализации различных временных микропрограмм. Настройка СЛУ на новую временную микропрограмму осуществляется изменением весов синапсов и порогов нейронов и межнейронной коммутацией.

Для успешного внедрения в практику промышленного проектирования СЛУ токовым обеспечением ЭГТ предложенное математическое обеспечение доведено до программной реализации на ПЭВМ РС. Оно включает в себя операционные модули моделирования взаимодействующих процессов и операционные модули собственно проектирования СЛУ с использованием нейронной технологии: ТТ-сеть, КОНФЛИКТ, ТУПИК, ДОСТИЖИМОСТЬ, КОРРЕКТНОСТЬ, СЖАТИЕ, ДЕКОМПОЗИЦИЯ, СЕКВЕНЦИИ, МИКРООПЕРАЦИЯ, ВОЗБУЖДЕНИЕ, СТРУКТУРА. НЕЙРОН. Модуль ПЛАНИРОВЩИК обеспечивает процесс оптимального планирования при автоматизированном проектировании; модуль ДИРЕКТОР - управление процессом проектирования.

Другие операционные модули моделирования взаимодействующих процессов характеризует:

Модуль ТТ-сеть - входная информация графа переходов соответствующей грамматики автоматного управления, выходная информация -ТТ-сеть, определяющая взаимодействие процессов (систем);

Модуль КОНФЛИКТ - сканированием ТТ-сети определяются вершины, у которых одна и та же выходная позиция является концом двух дуг, концы которых различны между собой;

Модуль ТУПИК - определяются невостребованные события.

Модуль ДОСТИЖИМОСТЬ - определяются достижимости каждого события.

Модуль КОРРЕКТНОСТЬ - на основании анализа ТТ-сети и дескриптивной семантики между источниками тока и электронными компонентами ТО делается заключение о корректности реализуемого закона управления источником тока.

Операционные модули САПР взаимодействуют друг с другом через единую интегрированную базу данных.

Процесс автоматизированного проектироавния - это последовательность примененния определенных модулей.

Операционные модули проектирования СЛ У-

Модуль МИКРОПРОГРАММА - по заданной временной зависимое- _ ги и заданной точности воспроизведения токовых зависимостей 1Ц) производится временное и протсранственное квантование, на основе которого законы управления источником тока задаются в виде временных микропрограмм. По временной диаграмме введением нетерминальных символов ггроится граф переходов , определяющий автоматную грамматику.

Модуль СЖАТИЕ - граф переходов <7 преобразуется в гомеоморфный :му граф С путем сжатия двуинцидентных подграфов, при этом каждой вершине графа С соответствует микролуч, составленный из микрокоманд, соответствующих вершинам двуинцидентного подграфа.

Модель ДЕКОМПОЗИЦИЯ - на основе предложенного критерия 3 граф (7 разлагается в параллельную предельную декомпозицию графов (Си / Сгг граф переходов, определяющий функционирование ¡-го элемента тамяти СЛУ.}.

Модуль СЕКВЕНЦИЯ - на основе результатов работы модулей МИКРОПРОГРАММА, СЖАТИЕ, ДЕКОМПОЗИЦИЯ строится секвен-диальная таблица, каждая строка которой включает

штецедент - состояние памяти, текущее состояние счетчика и логический тризнак а, характеризующий объект управления;

;укцедент - следующее состояние памяти , начальную установку значения летчика, прибавление единицы в счетчик; микрооперации, определяющие -илу тока.

Модуль ВОЗБУЖДЕНИЕ - строятся булевы функции управления зходными каналами элементов памяти.

Модуль МИКРООПЕРАЦИЯ - строятся функции управления выхс ными каналами нейронной сети, каждый из которых соответствует одн микрооперации.

Модуль СТРУКТУРА - используемые в России нейроны имеют чет ре синапса, поэтому, используя разложение Шеннона, декомпозируем С леву функцию от п переменных, п > 4, в виде разложения булевых функц от К переменных (7Г < 4), Модуль СТРУКТУРА - определяет тополоп нейронной сети.

Модуль НЕЙРОН - совместно решая системы, определяющие раз] шенные и запрещенные квазипороги, определяем настройку нейрона - ве его сигналов и порога.

Результат работы одного модуля передается на последующие зта1 проектирования через единую интегрированную базу данных. В завис мости от параметров проектирования последовательности модулей мог быть различной. Все это требует включение в САПР планировщика, 061 дающего свойством интеллектульной программы. Интеллектуальный ш нировщик решает четыре основных задачи:

1. По заданному множеству входных и выходных формальных мо; лей, определяющих входную и выходную информацию, определяет вс можность реализации данного проекта - полноту задания входш моделей для получения заданных выходных моделей.

2. Если множество входных моделей не обладает свойством полнот то доопределяет это множество до полной системы.

3. Определяет последовательность выполнения операционных мо,п лей для получения заданных выходных моделей, определяющих проект.

4. Определяет информацию, которую необходимо хранить на кажд< шаге проектирования.

Полученные теоретические результаты доведены до программ» реализации в виде инструментальных средств, разработанных на язы Турбо СИ.

Разработанные инструментальные программные средства офрмлены виде САПР СЛУ при токовом обеспечении ЭГТ, позволяющей проектир вать системы большой размерности: до 64 входных каналов, до 48 выхо ных каналов, до 4096 внутренних состояний СЛУ, при этом врем отнесенное к отработке одного бита секвенциальной таблицы составля Ю-4 с.

Программный инструментарий успешно внедрен в практику промьп ленного проектирования на ряде предприятий, в том числе, на заво 'Электроцинк", Тырныаузском вольфрамо-молибденовом комбинате, С донском свинцово-цинковом комбинате п/о "Бином" с ежегодным экон мическим эффектом около 300 млрд. руб. в ценах 1995 г., о чем имеют соответствующие акты о внедрении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Анализ основных энергосберегающих технологий (ЭГТ), определяющих энергетику сложноструктурных массивов, электропривод в горном производстве, электротехнологиии разведки месторождений; энергетику активации материалов, механоактиваторов, виброактиваторов электрохимические технолопш, энергетику утилизации отходов показал, что одной из актуальных проблем их практического использования является проблема токового обеспечения: стабилизированного, функционального, адаптируемого, прецезионного в зависимости от типа ЭГТ. Решение этой проблемы возможно на базе разработки соответствующих электронных средств управления процессом токового обеспечения ЭГТ.

2. В результате исследования дескриптивной семантики между энергосберегающей технологией и ее токовым обеспечением, была проведена спецификация предметных областей ЭГТ, на базе которой выделены электронные компоненты соответствующего токового обеспечения, решены задачи стабилизации и регулирования тока с помощью соответствующих электронных компонент.

3. Для моделирования электронных компонент разработан пакет прикладных программ МОДЕЛЬ, позволивший на базе теоретако-графовых преобразований произвести моделирование вентильных структур, расчет электромагнитных процессов в условиях динамики (переходных и квази-установившихся режимах), параметрический синтез и оптимизацию вентильных преобразователей размерностью до 40 элементов и 20 узлов на ПЭВМ РС с использованием алгоритмического языка Турбо СИ.

4. Для моделирования взаимодействующих параллельно функционирующих процессов и систем в диссертации предложено понятие трехсег-ментной трансформационной сети (ТТ-сети), принципиально отличающееся от известных формализации наличием процесса насыщения входных секторов (позиций) вместо маркировки, что позволило учесть реальное время, а также дало возможность компактного описания моделируемого процесса (системы).

5. На основе проективной семантики между токовым обеспечением и структурой системы логического управления (СЛУ) предложен семантический критерий параллельной декомпозиции автоматной грамматики, основанный на использовании остаточных классов, что, впервые, позволило декомпозировать СЛУ, которой соответствует граф зацепления, являющийся полным.

6. Разработана оптимальная структура микропрограммной сети управления токовым обеспечением ЭГТ, эффективно реализующей цунго-вую грамматику, определяющую закон управления источниками тока, и

включающей в себя счетчик, функционально ослабленную память и нейронную сеть гексагональной структуры.

7. На основе введенного понятия ТТ-сети и предложенного критерия параллельной декомпозиции цунговой грамматики разработано быстродействующее математическое обеспечение моделирования взаимодествую-щих процессов и проектирования оптимальных систем логического управления токовым обеспечением ЭГТ.

8. Для успешного внедрения теоретических результатов в промышленность математическое обеспечение доведено до программной реализации в виде соответствующего программного инструментария на ПЭВМ РС, позволившего автоматизирование моделировать и проектировать СЛУ сложностью до 64 входных каналов, до 48 выходных каналов, до 4096 внутренних состояний СЛУ, при этом время, отнесенное к обработке одного бита секвенциальной таблицы, составляет Ю"4 с.

9. Теоретические результаты, полученные в диссертации, внедрены в учебный процесс при чтении дисциплин "Основы промышленной электроники и информационно-измерительной техники" и "Разработка месторождений полезных ископаемых" в Северо-Кавказском государственном технологическом университете и при чтении дисциплины "Прикладная теория алгоритмов" в Московском государственном горном университете. Разработанньш программный инструментарий внедрен в практику промышленных предприятий, в том числе на заводе "Электроцинк", Тыр-ныаузском вольфрамо-молибденовом комбинате, Садонском свинцово-цинковом комбинате, с п/о "Бином" экономическим эффектом около 300 млрд. рублей в год в ценах 1995 г., о чем имеются соответствующие акты с внедрении.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В 68 РАБОТАХ ОСНОВНЫМИ ИЗ КОТОРЫХ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Бизиков В.А., Бидеев Г.А., Пагиев К.Х., Цалагов С.Х. Реверсивный источник тока для электротехнологии, В сб. - Приборы и техника эксперимента, АН СССР, 1983, №4.

2. Бидеев Г.А., Пагиев К.Х.Подсистема автоматизированого выбора оптимальной токовой загрузки силовых полупроводниковых приборо! для вентильных преобразователей.-В сб. Математическое обеспечение интеллектуальных систем САПР - ГАП, АН СССР, Москва - Ижевск, 1986 39-41.

3. Пагиев К.Х., Обухов С.Г. Чаплыгин Е.Е. Цифровые и микропроцес сорные системы управления ведомыми сетью вентильными преобразовате лями, В сб. Проблемы преобразовательной техники, изд-во института электродинамики АН УССР, Киев, 1987, 191-193.

4. Бизикое В. А., Пагиев К.Х., Чаплыгин Е.Е., Цалагов С.Х. Реверсивный источник тока для установок гальванопокрытий, - В сб. Полупроводнико-зые преобразовательные устройства, ЧГУ, Чебоксары, 1987, 78-81.

5. . Бизикое В.А., Бидеев Г.А., Пагиев К.Х. Принципы построения автоматизированного источника питания для технологических процессов в ~орно-обогати тельном производстве.- В сб. Перспективы автоматизации "орно-обогатнтельного производства с применением и микропроцессорной техники, СКГМИ, Орджоникидзе, 1987.

6. Бидеев Г.А., Пагиев К.Х. Выбор силовых элементов для низковольтных источников тока. - В сб.Источники тока, СКГМИ, Орджоникидзе, 1988, 102-103.

7. Чаплыгин Е.Е., Пагиев К.Х. Трехпульсные выпрямители с тиристорами на первичной стороне трансформатора. - В журн. Известия ВУЗов. Электромеханика. №8. М.,1988.

8. Пагиев К.Х. Исследование элементов микропроцессоров, изд-во СКГМИ, Орджоникидзе, 1988, 72 с.

9. Пагиев К.Х. Исследование многофазных схем выпрямителей, изд-во СКГМИ, Орджоникидзе, 1988, 64 с.

10. А.С.СССР№ 1443093. Фазосмещающее устройство/ Е.Е. Чаплыгин, К.Х.Пагиев. Открытия. Изобретения, 1988, № 45.

11. A.C. СССР № 1458956. Реверсивный преобразователь для гальванических установок / Бизикое В.А., Чаплыгин Е.Е., Бидеев Г.А., Пагиев К.Х., Цалагов С.Х. Открытия, изобретения, 1989,№6.

12. A.C. СССР № 1529390, кл.Н02М 9/06. Преобразователь переменного напряжения в постоянное для питания гальванических установок.

Е.Е. Чаплыгин, К.Х.Пагиев. Открытия. Изобретения, 1989, №46.

13. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Пагиев К.Х., Ремизевич Т.В. Однока-нальное цифровое управление вентильными преобразователями, Электричество, №3 Энергоатомиздат, М., 1989.

14. Пагиев К.Х. Выбор вентильных элементов низковольтных источников для электротехнологий. - В сб.Электронные приборы и системы в промышленности, СКГМИ, Орджоникидзе, 1989, 16-17.

15. Бизикое В.А., Кабъииев A.M., Пагиев К.Х. Идентификация гальванованны как объекта управления. - В журн.Известия ВУЗов. Цветная металлургия, № 2, 1991, 114-118.

16. Pagiev К.Н: Design the mikroprogram for mining technology Proceedings of Computer and control systems. BPI. Bucuresti, 1993 p.p.14-18.

17. Пагиев K.X., Петров Ю.С. Геометрические особенности поля блуждающих токов на горных предприятиях, - в сб. Теоретические и практические вопросы приложения начертательной геометрии в горном деле и геологии для решения научных и инженерных задач, изд-во Терек, Владикавказ, 1994.

18. Пагиев К.Х., Петров Ю.С. О преобразовании геометрических систем технологических объектов горного производства в алгебраические

образы, - в сб. Теоретические и практические вопросы приложения начер тательной геометрии в горном деле и геологии для решения научных и ин женерных задач, изд-во Терек, Владикавказ, 1994.

19. A.c. СССР № 1702500, кл.Н02М 7/08. Преобразователь переменного напряжения в постоянное. В.А.Бшиков, К.Х.Пагиев. Открытия. Изобре тения ,№48, 1001.

20. Пагиев К.Х., Моураов А. Учет особенностей процессов электротехнологий для автоматизированного проектирования гальванопроизводства, - в сб. 'Электронные приборы и системы в промышленности", изд-вс Терек, Владикавказ, 1994.

21. Пагиев К.X. Основные направления автоматизации электротехнологических систем и устройств, - с сб. Внедрение новых информационных технологии, изд-во Терек, Владикавказ, 1994.

22. Пагиев К.Х. Спецификация электротехнологий и формальные методы управления ими, - в сб. "Логическое управление. Интеллектуальные информационные технологии и стратегии", БАН, София, 1994.

23. Пагиев К.Х. Архитектура САПР систем логического управления электротехнологиями, - в сб. "Логическое управление. Интеллектуальные информационные технологии и стратегии", БАН, София, 1994.

24. Пагиев К.Х. Логическое управление электротехнологиями, - сб. "Логическое управление. Интеллектуальные информационные технологии и стратегии", БАН, София, 1994.

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

26. Пагиев К.Х., Голик В.И. Энергетическое обеспечение механоакти-ваторов. Тзвестия ВУЗов, Цветная металлургия, №3, 1995.

27. Дедегкаев А.Г., Пагиев К.Х. Характеризация параллельной декомпозиции СЛУ в системах реального времени, - в сб. Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети, Международная академия информатизации, М., 1995, 36-39.

28. Кюблер Ф-Д., Пагиев К.Х., Панфилов П.Б. Системы логического управления на базе транспьютерных сетей, - в сб. Информационные процессы, технолопш, системы, коммуникации и сети, Международная академия информатизации,М., 1995, 54-59.

29.Пагиев К.Х. Анализ простых временных сетей Петри, - в сб. Информационные процессы, технолопш, системы, коммуникации, и сети, Международная академия информатизации, М., 1995, 60-67.

30. Пагиев К.Х. Простые временные сети Петри для описания процессов, - в сб. Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети. Международная академия информатизации, М., 1995, 74-75.

31. Пагиев К.Х., Голик В.И., Голик Д.В. Технология извлечения металлов из растворов при очистке шахтных вод. Известия ВУЗов. Цветная металлургия, № 3, 1995.

32. Пагиев К.Х., Голик В.И. Перспективы развития электропривода ри механизации горных работ, Известия ВУЗов, Цветная металлургия, №

1995, 8-11.

33. Пагиев К.Х. Расчет коэффициентов передата тока и напряжения в азличных электротехнических системах горного предприятия, - в сб. На-тные труды СКГТУ, изд-во Терек, Владикавказ, 1995.

34. Пагиев К.Х. Энергетические проблемы горного производства, - в 5. Научные труды СКГТУ, изд-во Терек, Владикавказ, 1995.

35. Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Масков Ю.П. Опасное влияние трех-азных линий электропередач на электровзрывные сети, - в сб. Безопасность и экология горных территорий", изд-во Терек, Владикавказ, 995, 360-362.

36. Голик В.И., Пагиев К.Х. Электрохимические технологии в горном роизводстве. Цветная металлургия, №9-10, 1995, 9-14.

37. Пагиев К.Х., Голик В.И., ГоликД.В. Разработка системы управле-ия энергетикой горных массивов при добыче руд. Цветная металлургия, Г°6, М., 1995, 1-4.

38. Пагиев К.Х., Голик В.И. Развитие процессов активации материалов горном производстве. Цветная металлургия, № 6, М., 1995, 5-8.

39. Колосков В.А., Останков Б.Л., Пагиев К.Х. Логические микрокон-роллерные сети с оперативной перестройкой, - в сб. Информационные роцессы, технологии, системы, коммуникации и сети. Международная кадемия 1шформатизации, М., 1995, 76-79.

40. Пагиев К.Х. Двухуровневая многопроцессорная системы управле-[ия технологическими процессами, - в сб. Информационные процессы, ехнолопш, системы, коммуникации и сет. Международная академия информатизации, М., 1995, 170-174.

41. Пагиев К.Х. Автоматизированное проектирование систем логиче-кого управления энергосберегающими технологиями, - в сб. Информати-ация, памяти А.Нобеля межд.акад. информатизации - член ООН, Москва Ижевск, 1995, 95-97.

42. Пагиев К.Х. Микропрограммное управление энергосберегающими орными технологиями на базе нейронной сотовой сети, - в сб. Информа-цюш1ые процессы, технолопш, системы, коммуникации и сети, Междуна-юдная академия информатизации, Санкт-Петербург, 1995, 7.

43. Pagiev К.Н. Optimization purallel structure of logical control systems, )roceedings of computerand control Systems.,BPI, Bukuresti, 1993, p 19-23.

44. Pagiev K.H. Disign of neiron niikroprograni control automat in proceedings. (Development and aplecation systems). Suthava/BPI, 1996, 17-21.

45. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технолопш при до-5ыче руд. Изд-во Терек, Владикавказ, 1995, 372 с.

46. Пагиев К.Х. Проектирование систем логического управления галь-занопроцессами. Изд-во Терек, Владикавказ, 1996.

Подписано в печать 12.03.1996 г. Объем 2 п.л. Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Заказ №108

Типография Северо - Кавказского государственного технологического университета . Владикавказ, ул.Николаева, 44.