Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК

The problem of modeling of automated control system (ACS) of technological complex (TC) with a discrete mode of operation of technological equipment and actuators on the basis of Petri nets is considered. The problem is solved on the example of the technological process of production of combined fod...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Diordiev, V. T., Kashkarov, A. A.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2013
Онлайн доступ:	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45619
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System research and information technologies
Завантажити файл:

Репозитарії

System research and information technologies

_version_	1867334241189101568
author	Diordiev, V. T. Kashkarov, A. A.
author_facet	Diordiev, V. T. Kashkarov, A. A.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "V. T. Diordiev", "institution": null }, { "author": "A. A. Kashkarov", "institution": null } ]
author_sort	Diordiev, V. T.
baseUrl_str	http://journal.iasa.kpi.ua/oai
collection	OJS
datestamp_date	2018-03-30T15:14:54Z
description	The problem of modeling of automated control system (ACS) of technological complex (TC) with a discrete mode of operation of technological equipment and actuators on the basis of Petri nets is considered. The problem is solved on the example of the technological process of production of combined fodder. With this purpose the state and ways of improvement of ACS TC with a discrete mode of operation, consumer indicators SCADA-systems and functionality of ACS are analyzed. For synthesis of the technological scheme of complex, its simulation model and system of its control the use of the mathematical apparatus of Petri networks is justified. Such approach allows to take into account the technological scheme of complex and parameters, which are subject to monitoring, control and registration. An example of the use of the proposed method of modeling is shown. By algorithms of the analysis of the duration of operation of the actuators and time of reaction of sensors the information functions of ACS TC are expanded with the help of the mathematical apparatus of harmonic analysis. The dialog boxes of the developed by the complex of combined fodder production software of ACS are presented. The results of industrial tests are shown.
first_indexed	2025-07-17T10:19:03Z
format	Article
fulltext	© В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов, 2013 26 ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 УДК 004.94:681.5 АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ КОМПЛЕКСАМИ З ДИСКРЕТНИМ РЕЖИМОМ РОБОТИ ВИКОНАВЧИХ МЕХАНІЗМІВ В УМОВАХ ГОСПОДАРСТВ АПК В.Т. ДІОРДІЄВ, А.О. КАШКАРЬОВ Розглянуто задачу моделювання автоматизованої системи керування (АСК) технологічним комплексом (ТК) з дискретним характером роботи технологіч- ного обладнання та виконавчих механізмів на основі мереж Петрі. Розв’язання задачі виконано на прикладі технологічного процесу виробництва комбікорму (ВК). Для цього проаналізовано стан та шляхи удосконалення АСК ТК з дис- кретним режимом роботи виконавчих механізмів, споживчі показники SCADA-систем та функціональність АСК. Обґрунтовано використання мате- матичного апарату мереж Петрі для синтезу ТК, його імітаційної моделі та АСК ним. Такий підхід дозволяє враховувати технологічну схему комплексу та параметри, які підлягають контролю, керуванню та реєстрації. Наведено приклад використання запропонованого способу моделювання. За рахунок ал- горитмів аналізу тривалості роботи виконавчих елементів та часу спрацювання датчиків за допомогою математичного апарату гармонійного аналізу розшире- но інформаційні функції АСК ТК. Наведено діалогові вікна розробленого програмного забезпечення АСК ТК ВК. Представлено результати виробничих досліджень. ВСТУП Автоматизація технологічних процесів (ТП) в АПК має низку особливостей, зумовлених не лише технічними, технологічними умовами виробництва та переробкою продукції сільського господарства, але й різноманіттям техніко- технологічних рішень, що не дозволяє типізувати інжинірингові рішення автоматизованих систем керування (АСК) технологічними процесами [1, 2]. У сільському господарстві поширені ТП, які реалізуються технологіч- ними комплексами (ТК) із дискретним режимом роботи обладнання та/або виконавчих механізмів: маршрутизація зернових на елеваторах та їх перед- посівна та післязбиральна обробка, зрошування закритого та відкритого ґрун- ту, робота інкубаторів, прибирання гною, напування тварин, виробництва комбікормів, роздача кормів тощо. Отже, для ефективного розвитку АПК України господарства необхідно забезпечити не тільки якісним генетичним матеріалом, ресурсоощадними технологіями та сучасним технологічним об- ладнанням, а ще й надійною, функціонально насиченою гнучкою АСК ТП виробництва та переробки продукції сільського господарства [3]. Саме тому, організація АСК, обґрунтування та розробка алгоритмічного забезпечення, функцій керування та сервісу, а також їх впровадження у виробництво є ак- туальною задачею. Рівень розвитку аналітичних методів теоретико-математичного обґрун- тування структури математичних моделей, законів керування та регулюван- Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 27 ня координат ТК, систем енергоекономічного керування ТП і виробництвом, побудова ієрархічних систем автоматизації на основі регулюючої обчислю- вальної техніки, яка керує, характеризується математичними методами при- йняття рішень із урахуванням функції втрат або на основі алгоритмів, які дозволять їх ідентифікувати [2, 4]. Головними напрямами дослідно-експериментальних розробок є: розроб- ка методів аналізу і синтезу інтегрованих систем обробки даних та інформа- ції різних рівнів ієрархії; створення інтегрованих АСК, обробки інформації та підтримки прийняття рішень; розробка крізних алгоритмів керування ТП, перехід до систем автоматизованого інжинірингу; застосування в управлінні методів штучного інтелекту адаптації й оптимізації [2, 4, 5]. Мета роботи — представлення АСК ТК із дискретним характером ро- боти технологічного обладнання та виконавчих механізмів на основі мереж Петрі на прикладі ТП ВК в умовах господарств АПК. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАНЬ Інформація, яка отримана за допомогою систем проектування, підготовки виробництва та планування дозволяє організувати безпосереднє керування виробничою системою [6]. Проте, як правило, на першому етапі використо- вують розрізнені набори алгоритмів технічного та економічного керування окремими ТК (підсистемами). Сформувати крізне алгоритмічне забезпечен- ня, не вдаючись до моделювання, можна лише завдяки проводженню трива- лих і затратних експериментів, що зазвичай призводить до корекції як засо- бів, так і методів керування [7]. Тому вибір та обґрунтування єдиного математичного апарату моделювання дозволить уніфікувати процедуру проектування, тестування та упровадження результатів досліджень АСК. Ефективним засобом побудови крізного алгоритмічного забезпечення є сис- темне моделювання, що дозволяє вирішувати задачу в поліваріантній поста- новці з урахуванням варіативних можливостей і зовнішніх умов на функціо- нування виробничої системи [1, 5]. Для цілей програмно-логічного керування та регулювання ТП і ТК ши- роко використовується обчислювальна техніка, загальною метою та концеп- цією використання якої є ідентифікація відхилення ТК від нормального ре- жиму роботи та підтримка заданої амплітуди автоколивань основного контуру під час впливів зовнішнього середовища або зміні параметрів об’єкта керування [4, 7]. У цьому напрямі мають використовуватися інтег- ровані системи, які об’єднують усі рівні ієрархії керування виробництвом на основі технологій математизованого комп’ютерного забезпечення SOFTLOGIC, SCADA, MES, ERP тощо. Перелічені напрями використання програмного забезпечення (ПЗ) на базі персональних комп’ютерів (ПК) за останнє десятиріччя суттєво впли- нули на розвиток АСК ТП. Завдяки ним ПК не тільки перейшли в диспет- черські пункти, але й інтегруються на апаратному рівні до ТП. Однак умови господарств АПК не дозволяють використовувати сучасні програмні про- дукти з повним переліком їх функціональних можливостей (OPC- та Web- технології на різних етапах керування виробництвом) (рис. 1), що безпосе- редньо впливає на вартість автоматизації та вимагає від господарства певної В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 28 виробничої та моральної готовності переходу [8, 9]. У той же час, самими господарствами розробляються та впроваджуються локальні АСК ділянок ТП. Крім того, на ринку користуються попитом «бюджетне» ПЗ, яке забез- печує мінімальний набір функцій керування. Тобто, є потреба в АСК на су- часній елементній та алгоритмічній базі. Вважаємо, що в умовах господарств АПК є необхідність розробки гнуч- кої АСК ТП, які характеризуються дискретним характером роботи виконав- чих механізмів, з метою забезпечення серійності, універсальності, прос- тоти налагодження та експлуатації. Вирішення цього питання має забезпечити підвищення якості готової продукції, надійності роботи ТК та зменшення експлуатаційних витрат. Тому, дослідження питання організації АСК, обґрунтування та розробка алгоритмічного забезпечення, функцій сервісу та їх впровадження є доцільною та актуальною задачею. Для розв’язання поставленої задачі та досягнення поставленої мети об- рано ТП виробництва комбікормів (ВК) на автоматизованих ТК в умовах господарств із порційним принципом дозування. Слід зазначити, що у кон- тексті ВК на автоматизованих ТК в умовах господарств АПК деякі чинники системного характеру, обумовлені станом вітчизняної науки і техніки, ускладнюють вирішення питань реалізації гнучкого виробництва, а саме: більшість існуючих систем є дослідно-експериментальними; серійно випус- кається обмежена кількість фрагментів систем; неповна уніфікація устатку- вання, що виготовляється, і недостатньо адаптовані до умов України зару- біжні ТК; відносно велика кількість комплектуючих компонентів Обмін даними Зручність використання Надійність Технічна підтримка Вартість • Підтримка стан- дартних мережних протоколів та фор- матів даних. • Наявність вбудо- ваних драйверів до засобів автома- тизації. • Продуктивність у реальному часі. • Підтримка ОРС- та Web-технологій. •Можливість авто- матичної побудови проекту. • Наявність стан- дартних мов мате- матичного опису даних та процесів. • Зручність інтер- фейсу користувача. • Протоколювання дій та звітність. • Можливість симу- ляції каналів та сигналів. • П ро гр ам на т а ін ст ру ме нт ал ьн а на ді йн іс ть . • З ах ис т ві д не са нк ці он ов ан ог о до ст уп у • В ід су тн іс ть в ід мо в. • К іл ьк іс ть ін ст ал яц ій : з аг ал ьн а та за г ал уз ям и. • Д ок ум ен та ці я та П З на м ов і к ор ис ту - ва ча . • Т ех ні чн а пі дт ри мк а ві д ро зр об ни ка . • Н ая вн іс ть « га ря чо ї» лі ні ї. • З ал еж ні ст ь ва рт ос ті с ис те ми в ід її ко нф іг ур ац ії. • О тр им ан ня н ов их в ер сі й та б ез ко ш - то вн е он ов ле нн я. • Н ая вн іс ть б ез ко ш то вн ог о се ре до ви щ а ро зр об ни ка . SCADA — системи з можливістю інтеграцій MES та ERP: Sitex (Великобританія), WinCC (Германія), Citect (Австралія), Elipse (Іспанія), Factory Link, InTouch, Advantech, Genesis, Real Flex, WizCon, iFix, RSView (США), TraceMde, DataRate, MasterScada, Круг-2000, Статус-4 (Російська федерація) Споживчі характеристики SCADA-систем Рис. 1. Критерії споживчої оцінки та перелік поширених SCADA-систем Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 29 апаратурного виконання, що ускладнює фізичну інтеграцію системи; недо- статня структурна гнучкість інтерфейсу в програмному та математичному забезпеченні; недостатня функціональна повнота характеристик устаткуван- ня і апаратури керування; недостатньо висока інтегральна надійність функ- ціонування системи в умовах виробництва, особливо в умовах господарств АПК. Вибір даного ТП пояснюється широким різноманіттям технологічного обладнання, технологічних операцій та їх сполучень у певні ТП та ТК, а та- кож можливістю підвищення якості комбікормів, вироблених на автомати- зованих ТК, за рахунок АСК ТП. ОБГРУНТУВАННЯ МАТЕМАТИЧНОГО АПАРАТУ Сучасні засоби автоматизації та методи побудови АСК ТП дозволяють на основі алгоритмічного забезпечення реалізувати інформаційні функції спрямовані на автоматизацію звітності, визначення поточного стану техно- логічного процесу, реєстрацію часових діаграм роботи обладнання, індика- цію та сигналізацію подій тощо [5, 8]. Також, об’єднання устаткування і за- собів обчислювальної техніки для інтерактивного керування та моделювання ТП реалізує широкий набір функціональних можливостей, які підрозділяються на наступні компоненти: сприйняття і аналіз образної ін- формації у візуальній формі; інтерактивна графіка й інтерактивне образне моделювання. Існує багато способів опису систем за допомогою моделей. Конкретний вибір залежить від відомої інформації, можливостей збору даних про хід процесу та мети моделювання під час його реалізації. На відміну від науко- вих задач, де метою моделювання є поглиблене вивчення будови системи та обґрунтування оптимальних режимів роботи, модель у інженерному розу- мінні вважається адекватною, якщо відповідні процеси керування викону- ються прогнозованим способом, тобто вихід є стійким із незначним відхи- ленням від заданого значення. Тому, можливість своєчасної ідентифікації відхилення виробничих даних від модельних дозволяє АСК та персоналу, що обслуговує, адекватно реагувати на зміни у стані ТП, що забезпечується у випадку адекватного математичного опису ТП та АСК ним. Основні функції керування задаються локальними арифметико- логічними процедурами, які можуть бути представлені в наступній формі [1] ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ≤< ≤< ≤< = − ;conякщо ;conякщо ;conякщо ,1 3,22 2,11 , LmnLL mn mn mn YXYU YXYU YXYU U LLLLLLL (1) або у вигляді ,con ,, mnmn XU = (2) де X — матриця внутрішніх змінних станів; Y — матриця вихідних ре- зультатів (результати вимірювань); U — матриця керуючих впливів (змін- них). Таке представлення ТП ВК вимагає визначеності технологічної схеми та випуску одного виду рецепту, що в умовах тваринницьких господарств В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 30 АПК України не є ефективним, оскільки, як правило, у таких господарствах відсутня вузька спеціалізація та можливі зміни виробничого напрямку. Тому необхідно детально розглядати технологічні схеми, з урахуванням техноло- гічного обладнання його ієрархічної підпорядкованості та сучасних засобів математичного та комп’ютерного моделювання. ТП ВК можна представити як динамічну нелінійну систему зведену до дискретної, яку можна апроксимувати різницевими рівняннями [10]: ),()(])1[( UXfhhkXhkX ⋅+⋅≈⋅+ , (3) де h — інтервал дискретизації (шаг інтегрування); k — порядковий но- мер h . У матричному вигляді рівняння стану лінійної системи UBXA dt dX ⋅+⋅= , (4) де BA, — матриці, які містять постійні коефіцієнти: . ... , .... 1 221 111 21 22221 11211 ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = nrn r r nnnn n n bb bb bb B aaa aaa aaa A K K K K K K (5) Представлені рівняння (3–5) дозволяють формалізувати керованість, можливість спостереження та оцінку системи, але вимагають докладного математичного опису ТП, що в умовах господарств, а саме за гнучкості тех- нологічних схем та різноманіття рецептів, ускладнює перехід від моделю- вання ТК до автоматизованого керування ним. Вирішення задачі оптимального керування проводиться на основі за- стосування методів математичного програмування [2, 4]. При такому підхо- ді різницеві рівняння динаміки об’єкту є обмеженнями завдання математич- ного програмування. Найбільш простим, в алгоритмічному відношенні для розглянутого випадку, є проекційно-градієнтний метод, який дозволяє ефек- тивно враховувати двосторонні обмеження на керовані та контрольовані змінні [2]. Урахування обмежень пропонується виконувати за допомогою спеціально вибраної неевклідової метрики, залежної від відстаней, що проек- тує на гіперплощину, відповідно позначеною двостороннім обмеженням. У такому випадку, для об’єкту керування, який розглядається, узагальнена модель дискретного типу матиме вигляд [4]: ;][][ 0 1 00 kkk uBxAx rrr += − ;,1 tNk = ,dimdim 00 pNux == rr (6) де ][ 0A — матриця параметрів об’єкту; ][ 0B — матриця параметрів управ- ління; xr — вектор керованих координат; ur — вектор координат, що управляють (величин); xrdim — оператор зрушення; tN — кількість тактів управління при цьому для подальшого аналізу прийнято, що розмірність вектора дій, який керує, дорівнює розмірності pN вектора регульованих величин. На вказані величини накладаються двосторонні обмеження: ,max0min xxx k rrr ≤≤ max0min uuu k rrr ≤≤ ,,1 tNk =∀ (7) Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 31 де ставиться завдання знаходження такої послідовності },1,{ / tk Nku = r дій, що керують, які забезпечують мінімум деякому критерію якості функціону- вання системи при заданому векторі початкових умов об’єкту .0xr За відпо- відних позначень це записується у вигляді еквівалентного завдання матема- тичного програмування: ,0)(][min)(:opt =→= Δ xhxfxx rrr ,maxmin xxx rrr ≤≤ (8) ,]...[][ 1 tN TT hhh Δ = ,dim mNNh pt Δ == (9) ,][][ 0000 1 0 kkkk xuBxAh rrr −+= − Δ (10) ,],,...,,,[ 000 1 0 1 0 0 T N T N TTTT tt uxuxxx rrrrrr Δ = ,)12(dim nNNx pt Δ =+= r (11) тобто складність алгоритму розрахунку параметрів оптимального керування об’єктом (6) визначається функціональною складністю рішення задачі ма- тематичного програмування (8–11). Тут шуканий вектор визначається за до- помогою рекурентної процедури: ,)(1 kkk uxtxx rrrr Δ+= − ,...,2,1=k ,2/)( maxmin 0 xxx rrr += (12) де tΔ — крок процедури; k — номер ітерації, а розмірність введених век- тора змінних xr та вектора зсуву ur обумовлені формою завдання (8–11). Вектор зсуву є загальним рішенням невизначеної системи лінеаризованих рівнянь: ,][: buAu rrr = ,hb rr −= Δ ,min\|\|\|\| →∇− fu rr (13) ,][ 00 00 00 0 ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = Δ BEOA BEOA BEA A MMM O MMM MM (14) де ][ 0A — якобіан обмежень-рівності; ( )xf r ∇ — вектор градієнта функції, що оптимізується при цьому .dim pp NNE ×= Надалі, значення якобіана можна використовувати для обґрунтування кількісних та якісних показників і параметрів АСК, що не є сумою якостей складових її елементів, а саме володіють системо- і схематичною самостій- ністю. Крім того, необхідно зазначити, що якобіан розраховується для квад- ратних матриць (в іншому випадку їх доповнюють «0» до таких), що у реаль- них умовах достатньо важко забезпечити. Останній підхід дозволяє вирішити задачу розрахунку оптимального керування динамічними дискретними об’єктами при значній кількості тактів керування, що, з обчислювальної точки зору, є обмежуючою умовою. В якості суттєвої переваги цього алгоритму слід зазначити, що для остаточ- ного формування вектора зсуву використовується початкова розріджена В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 32 матриця коефіцієнтів, тобто не використовується процедура заміни в проце- сі алгоритмічних перетворень нульових елементів на ненульові, характерна для відомих методів оптимізації [4]. При цьому значно зменшується кіль- кість ітерацій для отримання рішення за алгоритмом проекційно- градієнтного метода оптимізації, що сприяє спрощенню алгоритмічного і програмного забезпечення завдань оптимального оперативного управління динамічними об’єктами. Але представлені методи моделювання ТП, АСК ним та оптимізації са- мої АСК (1, 3, 4, 6, 13) здебільшого мають місце у задачах наукового харак- теру. В умовах господарств АПК задача синтезу АСК ТК ВК полягає в тому, щоб за отриманими вхідними даними про технологічну схему комплексу ВК синтезувати імітаційну модель ТК та узгодити її із засобами керування, що забезпечить підвищення якості комбікормів за рахунок керованості комплек- су та розширення функцій управління та сервісу АСК. Для синтезу ТК ВК в умовах господарств запропоновано використову- вати мережі Петрі (МП) [6,11]. Пропозиція ґрунтується на основі виділення технологічних операцій ВК в окремі ТМ та визначення ТП ВК за допомогою графового та матричного представлення МП: перехід — ТМ, вузол — дат- чик, дуга — лінія зв’язку між датчиком та ТМ. МП задається двома матрицями з цілих чисел, окрім множин необхід- них за визначенням, котрі допомагають визначити структуру мережі та пра- вила спрацювання переходів: A (розмірністю \|\|\|\| TP × ) та B (розмірністю \|\|\|\| PT × ) та вектором 0M (довжиною \|\| P ). Ряд ,i \|\|1 Pi ≤≤ , матриці A відповідає місцю ,Ppi∈ стовпець ,j \|\|1 Tj ≤≤ , матриці А відповідає пере- ходу Tt j ∈ (множини P та T строго упорядковані). Ряд ,i \|\|1 Ti ≤≤ , мат- риці B відповідає переходу .Tt j ∈ Стовбець ,j \|\|1 Pj ≤≤ , матриці B від- повідає місцю .Ppi ∈ Елемент ),( jiA матриці A дорівнює ,),( ji ptF елемент ),( jiB матриці B дорівнює ),( ji ptF . Вектор 0M — початкова розмітка [6]. Можна забезпечити співставлення відповідних векторів стану об’єкту та керуючих впливів у матричній (1, 4) та векторній (6) формах із представленими матрицями інцедентності МП. Такий підхід відкриває нові можливості та задачі щодо розробки функцій сервісу, а також обґрунтуван- ня та розробки алгоритмів оцінки якості роботи АСК, технологічного облад- нання та ТК у цілому. Таким чином, задача синтезу АСК ТК ВК формулюється так: на основі аналізу технологічної схеми комплексу ВК, ТП як об’єкта автоматизації та параметрів, які підлягають контролю, управлінню та реєстрації необхідно скласти мережну імітаційну модель ТП [4]. МОДЕЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА КОМБІКОРМУ Моделювання ТП виробництва комбікорму показали простоту використан- ня, гнучкість та універсальність запропонованої методики (рис. 2) [7]. Під час складання мережі визначаються вузли програмної генерації маркерів та Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 33 які генеруються за правилами спрацювань МП. Останні здійснюють керу- вання ТП та інформують про його поточний етап. Вузли з програмною гене- рацією маркерів 2P синхронізують паралельні процеси або дозволяють ви- конання відповідного етапу технологічного процесу (рис. 2, б). Дворівнева структурована МП відповідає ТС модельованого ТК та складається з двох рівнів. Перший рівень визначає послідовність технологіч- них операцій, що містить складені переходи, розкрита множина яких пред- ставляє другий рівень — рівень операцій. Топологією першого рівня визна- чається послідовність технологічних операцій, в яких комбікорм або компонент комбікорму транспортується на тривале або тимчасове зберіган- ня чи проходить певні етапи зміни фізико-хімічних властивостей. Топо- логією другого рівня визначається послідовність операцій, пуск виконавчих механізмів та контроль стану вимірювальних пристроїв [11]. У випадку, коли вхід будь-якого переходу 1-го рівня має у своєму скла- ді маркер, здійснюється звернення до відповідної послідовності функцій моделі 2-го рівня, яка є нерозгалуженою мережею, що має по головній діа- гоналі матриці інцедентності значенням «1». Після виконання послідовності функцій мережі 2-го рівня маркер передається до розмітки 1-го рівня з від- повідною індикацією засобами візуалізації. Необхідно зазначити, що запро- понований спосіб тільки координує послідовність реалізації функцій, які P7 t4 t1 t6 t5 t3 t2 P6 P4 P2 P5 P3 P8 off P1 t1 t2 t3 t4 t5 t6 P1 1 1 P2 1 P3 1 P4 1 P5 1 P6 1 P7 1 P8 1 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 off t1 1 t2 1 1 1 t3 1 t4 1 t5 1 t6 1 a б в Рис. 2. Моделювання ТП виробництва комбікорму: а — технологічна схема комплексу періодичної дії (1 — норія; 2 — розподільчий шнек; 3–4 — засувка; 5–6 — бункер компоненту; 7–8 — дозатор; 9 — дробарка; 10 — змішувач; 11 — вивантажувач); б — модель ТП 1-го рівня, в — матриця інцедентності моделі 1-го рівня В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 34 можуть складатись із традиційних алгоритмів керування технологічним об- ладнанням. РОЗШИРЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ Використання матриць інцедентності дозволяє реалізувати ряд сервісних функцій контролю стану ТП та елементів ТК на основі контролю тривалості роботи виконавчих механізмів (транспортерів, засувок) та часу спрацювань датчиків (рівень, положення засувок) — таймінг [7]. Аналіз даної інформації базується на методах виключення грубих помилок або хибних даних, зна- чення яких перевищує похибки, обумовлені умовами виробництва та станом елементів ТК. У контексті таймінгу грубі похибки приймають дещо інше значення, яке дозволяє акцентувати увагу оператора або ідентифікувати аварійний стан на певній ділянці ТК ВК. У свою чергу, формальним критерієм аномальності результату спосте- реження (часу спрацювання), а відповідно і висновку про належність даних до еталонної групи вимірювань, є нерівність [7]: нн \|1\| Stx* ⋅≥− , (15) де *xн — умовно помилкове спостереження; t — коефіцієнт, який залежить від виду та закону розподілу, об’єму вибірки та рівня значущості; нS — нор- моване стандартне. Така нерівність має критичну ситуацію, яка властива еталонним даним 0( н =S або .)0н ≈S Чутливість критерію зростає, що унеможливлює надан- ня об’єктивних та достовірних висновків про техніко-технологічну значу- щість відхилень. Враховуючи незалежний характер даних можна прийняти значення t таким, яке відповідає критерію Стьюдента (при довірчій ймовір- ності 0,05 .)96,1=t Для розрахунку АЧХS використовуємо вибірку об’ємом n2 ( K,2,1∈n ), що дозволяє використовувати алгоритм швидкого перетворення. Тригоно- метричний багаточлен Фур’є, який у контексті дискретних даних часу про таймінг за наближеними формулами Бесселя матиме вигляд [12]: ,sincos)( 2/ 1 2/ 1 0 ∑∑ == ⋅⋅+⋅⋅+= N i i N i i ibiaaty ππ (16) ∑ = = N i iy N a 0 0 1 , 00 =b , (17) ,2,...,212cos2 0 N/,m, N miπy N a N i im = ⋅⋅ ⋅= ∑ = (18) ,2,...,212sin2 0 N/,m, N miπy N b N i im = ⋅⋅ ⋅= ∑ = (19) де iy — масив вхідних значень, N — кількість рівних частин, на які поді- лено період .T Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 35 Тоді визначення площі АЧХ матиме вигляд ∫= N dttyS 0 АЧХ )( , або у контексті поточних дискретних даних датчиків та виконавчих механізмів ∑ = += m i mm baS 1 22 АЧХ . (20) Методика обробки вхідних даних така: формувались вибірки об’ємом .22 Отримані сукупності нормувались відносно середньоарифметичного. До сукупності додається час ,1+N який нормується відносно середнього арифметичного еталоної сукупності. Розраховувався t (1) та обчислювалась нАЧХS (6) для сукупності ]1,2[ +N . Отримана множина даних ),( нАЧХSt сортувалась та визначався коефіцієнт кореляції за стандартною методикою. ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ АСК Згідно з метою досліджень було розроблено ПЗ (рис. 3, а) [13], яке забезпе- чує моделювання роботи мережних моделей ТП ВК, тестове та поточне ке- рування роботою технологічного обладнання, отримання експертом (опера- тором, користувачем) експериментальних вхідних даних для подальшого їх аналізу [7]. Рис. 3. Діалогові вікна «MiniAPCSCombi»: а — головна форма та розгорнутий вигляд верхнього меню; б — редагування параметрів елементів МП — вузлів а б В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 36 Встановлення параметрів і властивостей вершин та переходів мережі здійснюється викликом їх контекстного меню, яке містить меню «Властиво- сті» (прив’язка елементів МП до команд та датчиків) та «Перелік дуг» (рис. 3, б). Особливістю ПЗ є розширення повноважень експерта або оператора ТП, який може виконувати корегування послідовності керуючих команд та на- строювань АСК без участі програміста. На основі даного ПЗ здійснено від- працювання алгоритмів оцінки функцій таймінгу виконавчих механізмів й датчиків окремо та в цілому технологічного комплексу. Виробничі випробування було виконано на базі комбікормового цеху № 2 ТОВ «Агропромислова компанія» (м. Мелітополь, Запорізька обл.). Ре- зультати роботи також були передані до ВАТ «Уманьферммаш» (м. Умань, Черкаська обл.). У результаті обробки експериментальних даних, об’ємом 4 та 8 зна- чень, необхідно зазначити, що у випадку порівняння можливих помилкових даних (максимальний час спрацювання), які відповідають нормальному за- кону розподілу, за допомогою критерію Стьюдента (1) із нАЧХS коефіцієнт кореляції між цими показниками складає менше ніж 0,3 та 0,7 відповідно у різних варіантах повторів. Таке значення обумовлене врахуванням дина- міки контрольованих значень. У той же час збільшення об’єму вибірки до 16 значень дозволило отримати коефіцієнт кореляції більше ніж 0,9 за різними повторами, що дозволяє надавати об’єктивні достовірні висновки. ВИСНОВКИ Виробничі випробування показали, що упровадження АСК ТП ВК сприяє підвищенню якості комбікормів за рахунок розширення функцій керування та сервісу. Економічний ефект: у товарній формі 21 т/рік, економія експлуа- таційних витрат 2500 грн/рік. Економічний та технологічний ефекти дося- гаються за рахунок попередження аварійних ситуацій та своєчасної іденти- фікації зміни режиму роботи елементів ТК. За результатами обробки експериментальних даних рекомендовано на етапі початкової експлуатації АСК на основі МП використовувати критерій Стьюдента (при об’ємі вибірки від 4), для виключення можливих аварійних ситуацій та формування бази еталонних значень мережної моделі ТП. А при 16 значень і більше — використовувати запропоновану методику на основі ДПФ. Результати досліджень можуть лягти в основу АСК ТП у сільському господарстві та промисловості, які реалізуються на ТК із дискретним режи- мом роботи обладнання та/або виконавчих механізмів, а також використані у вітчизняній SCADA-системи з інтегрованими функціями проектування ТК, керування виробництвом та підприємством. ЛІТЕРАТУРА 1. Мусин А.М., Ерков А.А. Компьютерный анализ и синтез систем управления сельскохозяйственными объектами // Техника в сельском хозяйстве. — 1998. — №2. — С. 15–19. Автоматизована система керування технологічними комплексами з … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 37 2. Диордиев В.Т. Основные факторы системотехнического и программно- целевого подходов к организации оптимального управления кормопроиз- водством // Пр. ТДАТУ. — Мелітополь: ТДАТУ. — 2010. — Вип. 10, Том 10. — С. 14–21. 3. Лысогор В.Г., Скидан Ю.Я. Автоматизация — не роскошь, а необходимый компонент успеха современного производства // Хранение и переработка зерна. — 2001. — №2. — С. 61–65. 4. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Пер. с англ. О.В. Шихеевой. — М.: Радио и связь, 1988. — 128 с. 5. Згуровський М.З., Панкратова Н.Д. Основи системного аналізу. — К.: Вид. гр. BHV, 2007. — 544 с. 6. Діордієв В.Т., Кашкарьов А.О. Використання мереж Петрі для моделювання технологічного процесу приготування комбікормів // Вісн. ЛНАУ: Агроін- женерні дослідження. — Л.: Львів. нац. аграр. ун-т, 2008. — Т. 2., №2 — С. 55 – 61. 7. Діордієв В.Т., Кашкарьов. А.О. Методика експериментальних досліджень АСУ комплексом виробництва комбікормів // Пр. ТДАТУ. — Мелітополь: ТДАТУ. — 2010. — Вип. 10, Т. 9. — С. 187–193. — http://nbuv.gov.ua/portal/ Chem_Biol/Ptdau/2010_10_9. 8. Глухов Ф.В. Сравнение SCADA-систем по соотношению «цена/качество». — http://www.adastra.ru/reports/expo10/gluhov-SCADA_comparation_.htm. 9. Деменков Н.П. К вопросу о сравнительном анализе и тенденциях развития SCADA-систем — http://www.adastra.ru/reports/expo9/Demenkov-SCADA_ trends_ and_benchmarks.htm. 10. Густав Олссон, Пиани Джангуидо. Цифровые системы автоматизации и управления. — СПб.: Невский Диалект, 2001. — 557 с. 11. Пат. №54511 Україна. МПК9 A23N 17/00, G06Q 10/00. Спосіб автоматизова- ного керування технологічним процесом виробництва комбікорму / В.Т. Діордієв, А.О. Кашкарьов / Заявник та власник патенту Таврійський державний агротехнологічний університет. — № u201006332; заявл. 25.05.2010; опубл. 10.11.2010, бюл. № 21/2010. 12. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. — СПб.: Питер, 2003. — 604 с. 13. Діордієв В.Т., Кашкарьов А.О. А.с. 36841 України. Комп’ютерна програма «MiniAPCSCombi» / Заявник та власник ТДАТУ. — № 37087; заявл. 08.12.2010; опубл. 08.02.2011. Надійшла 17.05.2011
id	journaliasakpiua-article-45619
institution	System research and information technologies
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2025-07-17T10:19:03Z
publishDate	2013
publisher	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
record_format	ojs
resource_txt_mv	journaliasakpiua/6b/b17119edaf2efc29205a124787393b6b.pdf
spelling	journaliasakpiua-article-456192018-03-30T15:14:54Z Automated control system of technological complex with a discrete mode of operation of the actuators in the conditions of AIC Автоматизированная система управления технологическими комплексами с дискретным режимом работы исполнительных маханизмов в условиях хозяйств АПК Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК Diordiev, V. T. Kashkarov, A. A. The problem of modeling of automated control system (ACS) of technological complex (TC) with a discrete mode of operation of technological equipment and actuators on the basis of Petri nets is considered. The problem is solved on the example of the technological process of production of combined fodder. With this purpose the state and ways of improvement of ACS TC with a discrete mode of operation, consumer indicators SCADA-systems and functionality of ACS are analyzed. For synthesis of the technological scheme of complex, its simulation model and system of its control the use of the mathematical apparatus of Petri networks is justified. Such approach allows to take into account the technological scheme of complex and parameters, which are subject to monitoring, control and registration. An example of the use of the proposed method of modeling is shown. By algorithms of the analysis of the duration of operation of the actuators and time of reaction of sensors the information functions of ACS TC are expanded with the help of the mathematical apparatus of harmonic analysis. The dialog boxes of the developed by the complex of combined fodder production software of ACS are presented. The results of industrial tests are shown. Рассмотрена задача моделирования автоматизированной системы управления (АСУ) технологическим комплексом (ТК) с дискретным характером работы технологического оборудования и исполнительных механизмов на основе сетей Петри. Задача решена на примере технологического процесса производства комбикорма. С этой целью проанализировано состояние и пути усовершенствования АСУ ТК с дискретным режимом работы, потребительские показатели SCADA-систем и функциональность АСУ. Для синтеза технологической схемы комплекса, его имитационной модели и системы управления им обосновано использование математического аппарата сетей Петри. Такой подход позволяет учитывать технологическую схему комплекса и параметры, которые подлежат контролю, управлению и регистрации. Представлен пример использования предложенного способа моделирования. За счет алгоритмов анализа длительности работы исполнительных и времени срабатывания датчиков с помощью математического аппарата гармонического анализа расширены информационные функции АСУ ТК. Представлены диалоговые окна разработанного программного обеспечения АСУ комплексом производства комбикорма. Показаны результаты производственных испытаний. Розглянуто задачу моделювання автоматизованої системи керування (АСК) технологічним комплексом (ТК) з дискретним характером роботи технологічного обладнання та виконавчих механізмів на основі мереж Петрі. Розв’язання задачі виконано на прикладі технологічного процесу виробництва комбікорму (ВК). Для цього проаналізовано стан та шляхи удосконалення АСК ТК з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів, споживчі показники SCADA-систем та функціональність АСК. Обґрунтовано використання математичного апарату мереж Петрі для синтезу ТК, його імітаційної моделі та АСК ним. Такий підхід дозволяє враховувати технологічну схему комплексу та параметри, які підлягають контролю, керуванню та реєстрації. Наведено приклад використання запропонованого способу моделювання. За рахунок алгоритмів аналізу тривалості роботи виконавчих елементів та часу спрацювання датчиків за допомогою математичного апарату гармонійного аналізу розширено інформаційні функції АСК ТК. Наведено діалогові вікна розробленого програмного забезпечення АСК ТК ВК. Представлено результати виробничих досліджень. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2013-06-19 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45619 System research and information technologies; No. 2 (2013); 26-37 Системные исследования и информационные технологии; № 2 (2013); 26-37 Системні дослідження та інформаційні технології; № 2 (2013); 26-37 2308-8893 1681-6048 uk https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45619/41830 Copyright (c) 2021 System research and information technologies
spellingShingle	Diordiev, V. T. Kashkarov, A. A. Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title	Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title_alt	Automated control system of technological complex with a discrete mode of operation of the actuators in the conditions of AIC Автоматизированная система управления технологическими комплексами с дискретным режимом работы исполнительных маханизмов в условиях хозяйств АПК
title_full	Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title_fullStr	Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title_full_unstemmed	Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title_short	Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК
title_sort	автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах апк
url	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45619
work_keys_str_mv	AT diordievvt automatedcontrolsystemoftechnologicalcomplexwithadiscretemodeofoperationoftheactuatorsintheconditionsofaic AT kashkarovaa automatedcontrolsystemoftechnologicalcomplexwithadiscretemodeofoperationoftheactuatorsintheconditionsofaic AT diordievvt avtomatizirovannaâsistemaupravleniâtehnologičeskimikompleksamisdiskretnymrežimomrabotyispolnitelʹnyhmahanizmovvusloviâhhozâjstvapk AT kashkarovaa avtomatizirovannaâsistemaupravleniâtehnologičeskimikompleksamisdiskretnymrežimomrabotyispolnitelʹnyhmahanizmovvusloviâhhozâjstvapk AT diordievvt avtomatizovanasistemakeruvannâtehnologíčnimikompleksamizdiskretnimrežimomrobotivikonavčihmehanízmívvumovahapk AT kashkarovaa avtomatizovanasistemakeruvannâtehnologíčnimikompleksamizdiskretnimrežimomrobotivikonavčihmehanízmívvumovahapk

Автоматизована система керування технологічними комплексами з дискретним режимом роботи виконавчих механізмів в умовах АПК

Репозитарії

Схожі ресурси