Реферат: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть I
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ"
Часть I
Составитель Мекинян Юрий Гургенович
Киев КПИ 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общие требования к содержанию курсового проекта и ходу курсового проектирования 3
2. Обзор современного. состояния исследований технологического процесса и уровня его автоматического управления 5
3. Разработка математической модели объекта управления 6
4. Оптимальное управление непрерывными технологическими процессами 10
5. Разработка функциональной схемы АСУНТП 14
6. Стадии проектирования АСУНТП и требования к содержанию проектной документации. 16
6.1. Технико-экономическое обоснование создания АСУНТП 16
6.2. Техническое задание на проектирование АСУНТП. 17
6.3. Технический проект 17
6.4. Рабочий проект 18
6.5. Технорабочий проект 19
6.6. Внедрение и анализ функционирования АСУНТП. 19
Приложения 19
Список литературы 39
^ I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ХОДУ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Разработка любой автоматизированной (автоматической) системы управления непрерывным технологическим процессом (АСУНТП) включает в себя следующие этапы [l].
1. Изучение объекта управления и формулирование содержательной постановки задачи оптимального управления объектом по некоторому техническому либо технико-экономическому критерию оптимальности.
2. Информационный поиск состояния вопросов исследования физико-химических закономерностей технологических процессов объекта управления, разработки его математической модели (ММ), уровня совершенства системы автоматического управления (САУ) объектом управления либо процессом-аналогом.
3. На основании всестороннего изучения современного состояния исследуемой проблемы формулирование постановки задачи разработки АСУ технологическими процессами объекта управления:
а) определение основных направлений теоретических и экспериментальных исследований по разработке математических моделей статики и динамики процесса;
б) определение перечня и технических характеристик датчиков и контрольно-измерительных приборов (КИП) для проведения исследований статических и динамических характеристик объекта;
в) составление технических требований и технических заданий (ТЗ) на разработку нестандартных приборов для исследований объекта управления и его автоматического управления;
г) разработка ТЗ на создание АСУНТП, содержащего предложения по функциональной структуре системы, ее информационному и техническому обеспечению, а также вопросы ее взаимодействия с верхним уровнем управления интегрированной АСУ (ИАСУ).
4. Проведение комплекса теоретико-экспериментальных исследований кинетики, термодинамики, гидродинамики, массообмена для разработки математической модели объекта управления.
5. Проведение комплекса экспериментальных исследований объекта управления на действующей (либо опытной) установке с целью подтверждения результатов теоретических исследований процессов, а также уточнения коэффициентов уравнений математической модели объекта управления. Экспериментальное определение уравнений формальных математических моделей статики и динамики процесса в тех случаях, когда неформальная модель по тем или иным причинам не может быть получена.
6. Синтез АСУНТП, предусматривающий математическую формулировку задачи оптимального управления процессом, а также выбор либо разработку математического метода решения оптимизационной задачи управления технологическим процессом. .
7. Проектирование АСУНТП, включающее в себя организацию информационного обеспечения системы (в том числе информационных потоков при взаимодействии верхнего и нижнего уровней интегрированной АСУ), создание базы данных АСУНТП, разработку алгоритмов и программ задач управления, выбор состава и архитектуры комплекса технических средств АСУНТП, проектирование специальных (нестандартных) средств контроля технологических параметров процесса, конструирование щитов и пультов управления процессом, а также организацию взаимосвязи проектируемой системы с другими АСУНТП и верхним уровнем управления интегрированной АСУ предприятием.
8. Опытно-промышленная эксплуатация АСУНТП с целью ее усовершенствования. Длительность опытной эксплуатации колеблется от I до 12 мес. в зависимости от сложности системы.
Исходя из необходимости проведения больших объемов работ практически по всем этапам разработки АСУНТП (кроме экспериментальных исследований и выполнения рабочего проекта) курсовой проект (КП) целесообразно выполнять в виде комплексной темы, причем каждый студент комплексной бригады выполняет один или несколько этапов.
Вариант КП (описание технологического процесса и его аппаратурного оформления, набор экспериментальных данных для разработки математических моделей статики и динамики процесса) выдается комплексной бригаде руководителем КП.
В зависимости от особенностей автоматизируемого технологического процесса (его сложности, объема экспериментальных данных и т.д.) руководитель КП формирует количественный состав комплексной бригады и распределяет этапы разработки АСУНТП в качестве индивидуальных заданий членам комплексной бригады. При этом допустимо выполнение одним студентом двух или нескольких этапов либо трудоемкого этапа двумя и более студентами.
В общей части комплексного КП приводится описание технологического процесса, его аппаратурного оформления, анализируются результаты информационного поиска по состоянию исследований физико-химических закономерностей автоматизируемого технологического процесса, а также по автоматическому управлению процессами-аналогами. Излагается концептуальная модель разрабатываемой АСУНТП. В заключении общего раздела приводится постановка задачи разработки комплексного курсового проекта АСУНТП; при этом по пунктам перечисляются все этапы научно-исследовательских и проектных работ (в повелительном наклонении), которые должны быть выполнены в процессе курсового проектирования и указываются фамилии студентов, ответственных за выполнение каждого из этапов. Кроме того, в общей части КП могут быть приведены материалы по расчету экономической эффективности разрабатываемой АСУНТП, сетевых графиков выполнения различных этапов научных исследований и проектирования либо АСУНТП в целом, выполнения исследований по функционально-стоимостному анализу проектируемых технических средств системы в объеме КП по организации планирования и управления предприятиями (ОПУП),если представление отдельного КП по дисциплине руководителем этого курсового проекта будет сочтено нецелесообразным.
В индивидуальной части КП каждый студент отражает результаты выполнения этапа (или этапов) разработки АСУНТП, являющегося его индивидуальным заданием в составе комплексного курсового проекта.
Индивидуальными заданиями комплексного курсового проекта могут быть;
I. Разработка неформальных математических моделей статики и
динамики автоматизируемого технологического процесса на основании анализа физико-химических закономерностей процесса в результате изучения соответствующей технической литературы.
2. Идентификация коэффициентов уравнений формальных математических моделей статики и динамики процесса на основании экспериментальных данных с разработкой программ, реализующих различные методы идентификации).
3. Математическая формулировка задачи оптимального управления технологическим процессом либо установкой, выбор математического метода решения задачи, разработка программы по известному алгоритму выбранного метода оптимизации.
4. Разработка функциональной схемы автоматического контроля и регулирования технологических параметров процесса, выбор аппаратуры КИП и автоматики, а также ЭВМ с комплексом периферийных технических средств.
5. Расчет аппаратуры для аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов.
6. Расчет сужающих устройств для измерения расходов жидких и газообразных веществ, а также регулирующих органов (с разработкой программ расчетов).
7. Анализ надежности аппаратуры сбора, передачи и преобразования информации с помощью ЭВМ, а также алгоритмов функционирования АСУНТП.
Количество чертежей в графической части КП должно быть не меньше числа студентов в комплексной бригаде. Содержанием графической части могут быть функциональная схема АСУНТП, схемы алгоритмов и программ идентификации, оптимизации, расчетов сужающих устройств и клапанов и т.д.
Защита курсового проекта назначается одновременно всем студентам комплексной бригады, причем от каждого студента требуются глубокие знания по всем его разделам.
Далее приводятся методические указания по выполнению тех этапов разработки АСУНТП, о которых недостаточно полно излагается в курсе лекций "Проектирование АСУНТП".
^ 2. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛ0ГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УРОВНЯ ЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Информационный поиск по указанным направлениям следует начинать с составления библиографических списков отечественной и зарубежной технической литературы. Существенную помощь при этом оказывают реферативные журналы (РЖ), выпускаемые по различным областям науки и техники, PЖ по химии, физике, энергетике, металлургии, тепло- и масоообмену, технологии и оборудованию целлюлозно-бумажного и полиграфического производства, автоматике, телемеханике и вычислительной технике и др.). Например, в "Реферативном журнале химии" (РЖХ) в соответствующих разделах можно найти рефераты по монографиям, статьям ( в том числе и депонированным) советских и зарубежных авторов по кинетике химических реакций, термодинамике, гидродинамике, массо-обмену, аппаратурному оформлению автоматизируемого технологического процесса. В разделе "Общие вопросы химической технологии" (серия И) в подразделе "Автоматизация химико-технологических процессов. Контрольно-измерительные приборы" РЖХ приведены рефераты по автоматическому регулированию и оптимальному управлению технологическими процессами.
Библиографические списки могут пополняться при изучении литературных источников, рекомендованных руководителем КП, а также найденных по РЖ, поскольку в каждой работе имеются ссылки на другие литературные источники.
Целесообразно просматривать РЖ за последние 5 лет, а ссылки на использованную литературу в прорабатываемых литературных источниках делать за последние 10 лет. Подбор литературы РЖ целесообразно начинать с пономерного предметного указателя за календарный год, в результате чего находят номер РЖ и номер реферата по нтересующей тематике (например, "автоматическое регулирование", "автомагическое управление", "оптимизация" и т.д.).
Существенную помощь в подборе технической литературы по интересующим вопросам оказывают предметный указатель в систематическом каталоге библиотеки и библиографические обзоры по различным проблемам науки в техники.
Изучению иностранных литературных источников существенно помогает просмотр "Экспресс-информации", выпускаемых по различным областям техники, так как в них приведены переводы на русский язык наиболее ценных статей зарубежных авторов. При выполнении курсового проекта патентную литературу можно не просматривать. Указанный информационный поиск можно производить с помощью Internet.
После завершения информационного поиска нужно составить аннотации по наиболее полезным литературным источникам, провести сопоставительный анализ данных, а также выписать сведения, которые могут быть использованы при выполнении курсового проекта.
При оформлении соответствующего раздела КП целесообразно приводить анализ сведений отдельно по физико-химическим закономерностям управляемого технологического процесса и отдельно - по опыту его автоматического оптимального управления.
Литературный обзор состояния решаемой проблемы выполняется всеми студентами комплексной бригады. Распределение работ по этому этапу производится либо внутри бригады студентами самостоятельно, либо руководителем курсового проекта.
^ 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
При математическом описании технологических процессов как объектов управления используются математические модели статики (ММС), описывающие установившиеся состояния, и математические модели динамики (ММД), описывающие переходные режимы процессов. И те, и другие могут быть построены аналитическими и экспериментальными методами или в результате их совместного использования. Кроме того, ММС могут быть получены из моделей динамики, если приравнять нулю все производные по времени дифференциальных уравнений, описывающих динамику процессов.
Аналитические методы построения математических моделей основаны на теоретическом анализе и экспериментальных исследованиях физико-химических закономерностей технологических процессов - гидродинамики, кинетики химических реакций, термодинамики, массопередачи. При построении неформальных математических моделей используется так называемый "блочный принцип" построения. Согласно этому принципу вначале на основании изучения процесса перемешивания вещества в технологическом аппарате составляется дифференциальное уравнение (обычное либо в частных производных), описывающее гидродинамику процесса с учетом интенсивности источника вещества. Поскольку источником вещества может быть либо химическая реакция, либо массопередача, на основании соответствующих исследований составляется уравнение кинетики либо массопередачи. Если технологический процесс сопровождается выделением либо поглощением теплоты, составляются дифференциальные уравнения, описывающие термодинамику процесса во всех зонах технологического аппарата, где возможно накопление теплоты (например, для реактора с охлаждащей рубашкой таких зон три: объем, занимаемый реакционной массой, стенка реактора и охлаждающая вода в рубашке).
Методы разработки неформальных ММ непрерывных ТП с большим количеством примеров подробно изложены в [2, с. 41-90; З, с. 237- 307; 4, с. 315-334 ; 5, с. 35-43 ] .
Соответствующий раздел комплексного курсового проекта должен выполняться на основании материалов по описанию технологических процессов, выдаваемых руководителем КП, а также сведений о характере физико-химических процессов автоматизируемого технологического процесса, полученных в процессе выполнения анализа современного состояния исследования технологического процесса и его автоматического управления.
Существует множество экспериментальных методов получения математических моделей объектов управления. Эти математические модели называют формальными, так как структура математических выражений не зависит ни от физико-химической сущности протекающих реальных процессов, ни от конструкций технологических аппаратов, а определяется требуемой степенью адекватности математической модели реальному процессу.
Далее приведена краткая характеристика методов определения уравнений статики и динамики объектов управления в результате проведения активных и пассивных экспериментов с указанием соответствующей технической литературы, где эти методы подробно изложены. Результаты исследований статических и динамических характеристик объектов (таблицы данных статистического исследования объектов при пассивном и активном экспериментах, графики переходных и импульсных функций) выдаются студентам руководителем КП совместно с описанием технологии управляемого процесса и дополняются в результате изучения соответствующей технической литературы.
При идентификация ММС непрерывных технологических процессов, используют методы пассивного и активного экспериментов. При пассивном эксперименте получают выборку экспериментальных данных, фиксируя с выбранной периодичностью значения всех технологических параметров процесса.
Оценку зависимости выходной величины от входных воздействий (уравнение статики исследуемого объекта управления)обычно ищут в форме уравнения множественной регрессии
,
где - оценка выходной переменной; - входные переменные; ,,,-коэффициенты уравнения регрессии,
^ Коэффициенты уравнения регрессии можно определить методом
наименьших квадратов из условия
где n - объем выборки из совокупности выходных переменных;
- фактические значения выходной переменной; - оценка выходной величины по уравнению регрессии.
Для увеличения точности ММС идентификацию коэффициентов уравнений статики объектов производят методом активного (факторного) эксперимента. Методика расчета коэффициентов уравнения регрессии на основании данных, полученных в результате факторного эксперимента, наиболее полно приведена в [l2; 13] .
В настоящее время при разработке систем оптимального управления технологическими процессами используются ММД процессов в виде систем дифференциальных уравнений высокого порядка, систем уравнений состояния, передаточных функций и частотных характеристик. Использование в качестве математической модели обычных дифференциальных уравнений и уравнений состояния в векторно-матричной форме требует применения при анализе и синтезе автоматической системы управления методов вычислительной математики и ЭВМ. Особенность использования передаточных функций и частотных характеристик при разработке САУ состоит в том, что они позволяют при анализе и синтезе систем операции интегрирования и дифференцирования заменить умножением и делением, так как при этом интегродифференциальные уравнения сводятся к алгебраическим.
В данных методических указаниях рассмотрены методы обработки экспериментальных данных, позволяющих определять передаточные функции и частотные характеристики объектов. При этом, имея передаточные функции проекта
и используя понятие операторной передаточной функции
, можно перейти к обычным дифференциальным уравнениям либо к уравнениям состояния.
Например, передаточной функции соответствует дифференциальное уравнение
и полагая , и , можно записать соответствующую систему уравнений состояния:
Методы и идентификации объектов в действующих системах автоматического регулирования, изложенные, например, в [6, C.356-382] , основаны на анализе частотных характеристик замкнутых систем. Идентификация на действующих объектах проводится также с использованием методов псевдослучайных сигналов, синхронного детектирования, эталонной модели и др. Однако эти методы при выполнении КП не могут быть использованы из-за невозможности получения соответствующих экспериментальных данных в условиях выполнения учебной темы курсового проекта.
В технической литературе описаны различные методы определения коэффициентов передаточных функций дифференциальных уравнений объектов управления, их обычных и расширенных амплитудно-фазовых характеристик на основании переходных характеристик (кривых разгона), полученных экспериментально.
При определении коэффициентов передаточных функций объектов с самовыравниваем и чистым, запаздыванием, описываемых передаточной
функцией типа (где К - коэффициент усиления объекта,
Т - постоянная времени, - время чистого запаздывания), широкое
распространение получили метод, использующий расчетные соотношения, и метод касательных [7, с. I59-I60; 8, с. 113-117] . Однако эти методы очень неточны и пригодны лишь для качественной оценки коэффициентов передаточной функции либо дифференциального уравнения.
Более точно передаточную функцию регулируемого объекта по графику кривой разгона можно определить методом, предложенным М.П.Симою, Этот метод пригоден для аппроксимации любых переходных характеристик, имеющих график монотонной функции (для объектов с самовыравниванием и без самовыравнивания, с наличием чистого запаздывания и без него с передаточными функциями соответственно: ; ;;;.
Метод Симою подробно, с большим количеством примеров для всех перечисленных типов объектов и вспомогательных таблиц для выполнения расчетов изложен в [9, с. 80-91].
Коэффициенты дифференциального уравнения объекта управления определяют также путем аналогового моделирования [10]. С этой целью на аналоговой вычислительной машине (АВМ) набирается схема, cоответствующая предполагаемой структуре передаточной функции объекта (о которой судят по характеру кривой разгона). Методика аналогового моделирования, аналоговые модели типовых динамических звеньев подробно изложены в [ll]. Суть метода состоит в том, что путем подбора параметров модели добиваются полного совпадения экспериментальной кривой разгона с кривой переходного процесса исследуемой модели объекта при скачкообразном возмущающем воздействии. Окончательно установленные параметры модели с учетом масштабных коэффициентов и являются искомыми коэффициентами дифференциального уравнения объекта.
^ 4. ОПТИМАЛЫЮЕ УПРАВЛЕНИЕ НЕПРЕРЫВНЫМИ ТЕХНОЛ0ГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
При разработке систем оптимального управления непрерывными технологическими процессами и производствами обычно выделяют три уровня задач оптимального управления, на каждом из которых используются специфические для данного уровня методы оптимизации.
На первом уровне решаются задачи оптимизации автономных процессов по технологическим критериям. На втором уровне выполняют оптимизацию стационарных режимов технологических процессов (аппаратов, агрегатов), а также целых комплексов таких процессов (технологических установок, технологических комплексов) по технико-экономическим критериям с учетом ограничений по ресурсам и показателям качества продукции. На третьем уровне принимаются сложные решения группой экспертов (экспертные системы) в масштабах всего производства на множестве критериев, зачастую противоречивые в условиях значительной неопределенности конъюнктуры рынка, с учетом факторов риска и т.д. Далее рассматриваются характеристики методов оптимизации первых двух уровней исходя из ограниченных возможностей решения проблемы в рамках курсового проекта.
В курсовых проектах студенты выполняют разделы по статической и динамической оптимизации технологических процессов.
В качестве критериев эффективности управления при оптимизации динамики переходных процессов в системах управления используются различные показатели качества переходных процессов (динамическое отклонение, перерегулирование, длительность переходных процессов, установившееся отклонение, интегральные оценки вида где - рассогласование между заданным и текущим значениями переменной.
В соответствии с выбранным критерием эффективности для оптимизации динамики переходных процессов рассчитываются оптимальные параметры настройки регулятора либо регулирующего программируемого микропоцессорного контроллера [коэффициента усиления , постоянной времени интегрирования и коэффициента дифференцирования передаточной функции пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора]
Другой возможный путь оптимизации переходного процесса-достижение требуемого характера переходного процесса в результате автоматического изменения структуры управляющей части системы в переходном процессе (синтез систем с переменной структурой).
Третье направление динамической оптимизации непрерывных технологических процессов - реализация методов теории оптимального управления (метод с использованием уравнения Эйлера, принцип максимума Понтрягина).
В теории автоматического управления разработаны различные инженерные методы расчета оптимальных параметров настроек пропорциональных (П), пропорционально-интегральных (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов и программируемых регулирующих микроконтроллеров в [9, с. 227- 251], приведены расчетные формулы для определения оптимальных параметров настроек всех типов регуляторов [9, с. 249-251], описаны графоаналитические методы определения оптимальных параметров настроек регуляторов и приведено большое число примеров, таблиц и номограмм [9, с. 251-282] , описаны методы расчета оптимально настроек регуляторов двухконтурных систем управления [9. c.283-328].
В [7, с. 169-184] приводятся расчетные соотношения, графики и номограммы, позволяющие рассчитывать параметры настроек П, ПИ-, ПИД регуляторов непрерывного действия, а также релейных и импульсных регуляторов.
Указанные методы расчета трудоемки и требуют большого количества вычислений и графических построений. Наличие программ ЭВМ, реализующих указанные методы рассчета, позволяет существенно упростить процедуру расчета оптимальных параметров настроек регуляторов. Поэтому в качестве одного из индивидуальных заданий комплексного курсового проекта целесообразно предложить разработать программу расчета оптимальных параметров регулятора, реализующую один из указанных методов.
Динамическую оптимизацию технологических процессов можно осуществить путем изменения структуры управляющей части системы в переходном процессе. Для этого в структуру системы вводятся такие функциональные элементы, которые во время протекания процесса могут изменять знак обратной связи, включать или отключать звенья, реализующие интегральные или дифференциальные составляющие закона регулирования, скачкообразно изменять параметры настроек регуляторов,т.е. изменять структуру системы. В такой системе удается сочетать полезные свойства каждой из совокупности структур, а также получать новые свойства, не присущие ни одной из них (например, создание скользящего режима регулирования). Такие системы получили наименование систем с переменной структурой (СПС).
Рис.1
Синтез СПС производится методом фазового пространства. Скачкообразно изменяя параметры системы либо вводя дополнительные элементы в структуре управляющего устройства, можно добиться такого поведения системы, которое описывается различными фазовыми портретами в различных областях фазового пространства. На рис. 1 показан пример того, как в результате "сшивания" в определенной последовательности участков неустойчивых траекторий удается получить устойчивое движение (скользящий режим) для любых начальных условий.
Наиболее полно методы синтеза СПС для различных классов объектов изложены в [14].
Метод динамической оптимизации с использованием уравнения Эйлера, а также метод максимума Понтрягина изложены в [15, с. 227-315; 16, с. 393-426]. Указанные методы позволяют синтезировать системы оптимальные по точности, быстродействию, различным интегральным критериям качества переходных процессов.
В [I7] приводятся алгоритмы в примеры расчета оптимальных в экстремальных систем управления.
Область применения указанных методов определяется структурой математической модели объекта управления и требованиями к характеру
управляющих воздействий. Так, метод уравнения Эйлера целесообразно применять для таких задач оптимального управления, где по физическому смыслу трудно ожидать решения в виде разрывных функций и где оптимизируемый функционал и уравнения связи (ограничения) существенно нелинейные. Принцип максимума Понтрягина целесообразно применять при формировании кусочно-непрерывных управлявших воздействий и при ограничениях на управления в виде неравенств.
^ Оптимизацию стационарных режимов непрерывных технологических процессов (статическую оптимизацию) производят, используя в качестве критерия эффективности управления различные технико-экономические показатели функционирования объекта управления - его производительность, себестоимость производимой продукции, энергетические затраты, степень превращения вещества в результате химической реакции, а также показатели качества продукции, некоторые комплексные показатели, характеризующие ход технологического процесса.
Статическая оптимизация заключается в определении нового, наилучшего с точки зрения выбранного критерия эффективности технологического режима, если необходимость в этом вызывается изменением внешних условий (возмущающих воздействий, качества сырья и т.д.). Такая оптимизация предполагает, что процесс находится в установившемся состоянии и может быть мгновенно переведен в новое, при этом динамика переходного процесса в новое установившееся состояние не существенна.
В зависимости от полноты знаний об объекте управления статическая оптимизация может выполняться с помощью:
-ЭВМ, использующих математические модели объектов и экономико-математические методы решения задач оптимизации (когда знания об управляемом процессе достаточно полны и задача оптимизации чисто математическая);
-автоматических оптимизаторов (когда создание математической модели статики процесса затруднено либо достаточно просто экспериментально определить экстремум регулируемого показателя);
-комбинированных методов, сочетающих методы математического и экспериментального определения оптимума.
Математические методы решения задач статической оптимизации непрерывных технологических процессов можно разделить на две группы: методы безусловной и условной оптимизации.
Методы безусловной оптимизации используются, когда математическая модель представляет собой целевую функцию, условия поддержания экстремума которой требуется определить. Такие задачи решаются методами математического анализа (методами нахождения экстремума функции одной либо нескольких переменных).
Если математическая модель технологического процесса представляет собой совокупностъ целевой функции и системы ограничений, оптимизация такого процесса может быть решена одним из известных из курса "Математические методы исследования операций" методов математического программирования (линейного, нелинейного, динамического и т.д.). Выбор того или иного метода математического программирования определяется характером управляемого технологического процесса и его математической модели (стадийность процесса, характер нелинейности математической модели и т.д.).
Метода поиска оптимума регулируемого параметра с помощью автоматических оптимизаторов (экстремальных регуляторов) изложены в ряде учебников курса “Теория автоматического управления”. В частности в [15] рассмотрены методы поиска экстремума функции одной переменной с помощью экстремального шагового регулятора, экстремальных регуляторов с запоминанием экстремума, с непрерывной модуляцией, с синхронным детектором и др.
Комбинированные методы требуют менее точного математического описания процесса, чем методы строгой математической оптимизации, однако эффективность(например, быстрота) поиска оптимума резко возрастает: грубый выход в район оптимума осуществляется по упрощенной модели, а оптимум уточняется в процессе экспериментов на объекте.
С комбинированными методами оптимизации тесно связаны методы определения и поддержания экстремума двух и более переменных, поскольку поисковые шаги при отыскании экстремума формируются с помощью соответствующих программ ЭВМ, а рабочие шаги осуществляются экстремальным регулятором. Из этих методов наиболее распространены методы: покоординатной оптимизации (Гаусса - Зайделя), градиента крутого восхождения (Бокса - Уилсона), случайного поиска и др. [15].
Особеностъю систем экстремального регулирования, реализующих указанные методы, является то, что в процессе регулирования постоянно уточняются условия экстремума оптимизируемого критерия и вырабатываются управляющие воздействия для оптимального ведения технологического процесса.
Программой комплексного курсового проекта предусмотрена разработка алгоритмов и программ статической и динамической оптимизации технологического процесса, основанных либо на экспериментальных данных по исследованию процесса, выдаваемых руководителем курсового проекта, либо на использовании неформальных математических моделей, разработанных в результате анализа физико-химических закономерностей технологического процесса.
^ 5. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АСУНТП
При проектировании АСУНТП все основные технические решения по автоматизации установок, агрегатов или отдельных узлов технологического процесса отображаются на функциональных схемах автоматизации.
Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники). Ее выполняют в виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают технологическое оборудование, коммуникации, органы управления, приборы и средства автоматизации.
В процессе разработки функциональных схем на основании анализа условий работы технологического оборудования и агрегатов, выявленных законов и критериев управления объектом, а также таких требований, предъявляемых к качеству работы систем автоматизации, как точность поддержания технологических параметров, качество регулирования и надежность, необходимо решить следующие задачи:
-получение первичной информации о ходе технологического процесса и состоянии технологического оборудования;
-непосредственное воздействие на технологический процесс для оптимального управления им;
-стабилизация отдельных технологических параметров процесса;
-контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния оборудования.
Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включавших в себя: отборные устройства, датчики, средства преобразования и переработки информации, отображения и выдачи информации обслуживающему персоналу. Результатом составления функциональных схем автоматизации являются:
-выбор методов измерения технологических параметров;
-выбор основных технических средств контроля и автоматизация (в том числе вычислительной техники);
-определение приводов исполнительных механизмов, регулирующих и запорных органов;
-размещение средств контроля и автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах;
-определение способов и технических средств для представления информации о состоянии технологического оборудования.
При разработке функциональной схемы АСУНТП нужно руководствоваться следующими основными принципами.
1. При разработке функциональных схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться вид и характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность рабочей и окружающей сред, требуемая точность и быстродействие средств автоматизации.
2. АСУНТП должна строиться, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники. При этом необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации и вычислительной техники.
3. В качестве локальных средств сбора данных (датчиков), вторичных приборов, регулирующих органов, средств централизованного сбора, передачи и обработки информации на ЭВМ следует использовать преимущественно приборы и средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП). Перечень и характеристики при
еще рефераты
Еще работы по разное
Реферат по разное
Методическое письмо о процедуре конкурсного отбора лучших педагогических работников в рамках реализации приоритетного национального проекта «Образование»
17 Сентября 2013
Реферат по разное
В г. Калининграде А. Г. Котенко Страхование методические указания
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения специальности 060500«Бухгалтерский учет, анализ и аудит»
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине финансовый менеджмент в
17 Сентября 2013