Применение адаптивного трёхпозиционного регулирования в системе автоматизированного управления тепловым объектом

Цель исследования. В качестве объекта управления рассматривался тепловой агрегат в виде модифицированной двухъярусной туннельной печи, предназначенной для производства пеностекольных блоков. Основной целю данной работы являлось исследование, состоящее в повышении качества выпускаемой продукции, снижении брака и в конечном итоге в повышении производительности за счёт разработки автоматизированной системы управления тепловым полем технологического агрегата по производству пеностекольных блоков с использованием адаптивного трёхпозиционного закона управления с адаптацией под нагрузку средней позиции регулятора.
Методы. На начальном этапе разрабатывалась функциональная схема автоматизации модифицированной двухъярусной туннельной печи. Для моделирования динамических дискретных систем применялся математический аппарат в виде помеченных сетей Петри, в результате чего осуществлялась алгоритмизация технологического процесса производства пеностекольных блоков. Данное решение поставленной задачи целесообразно использовать в виде методики алгоритмизации и программирования логического контроллера, входящего в структуру системы автоматизации. Разработанную функциональную схему автоматизации можно преобразовать в мнемосхему, тем самым реализовав SCADA-систему, предназначенную для управления и визуализации, диагностики и слежения за процессом на централизованном пункте управления, что является частью автоматизированного рабочего места оператора-технолога. Изложенный подход к разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом имеет обобщённое представление. Решение носит методологический характер, демонстрирующий удобство использования модели в форме помеченной сети Петри.
Результаты. В ходе исследований разработан граф операций производственного процесса с дискретным адаптивным трёхпозиционным регулированием средней позиции под нагрузку. Для проверки правильности графа операций выполнено построение дерева достижимых маркировок, и проведен его анализ на соблюдение условий безопасности и живости сети. Разработана блок-схема основного алгоритма и алгоритма адаптации управляющей программы контроллера.
Заключение. Изложенный подход к разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом производства пеностекольных блоков имеет обобщённый характер хотя и проиллюстрирован на применении к конкретному объекту, поскольку допускает изменение как числа переменных x_i , z_i , так и их функционального назначения, то есть вместо датчиков, толкателей, задвижек, значений параметров, например температуры, могут применяться другие элементы автоматики и другие физические переменные и их параметры. Таким образом, представленное решение носит методологический характер, демонстрирующий удобство использования модели в форме сети Петри и дерева достижимых маркировок для алгоритмизации и программирования логического контроллера, входящего в структуру системы автоматизации.

1. Демидович Б.К. Пеностекло. Минск: Наука и техника, 1975. 248 с.

2. Шилл Ф. Пеностекло. Производство и применение. М.: Стройиздат, 1965. 308 с.

3. Пеностекло – современный эффективный неорганический теплоизоляционный материал / Н.И. Минько, О.В. Пучка, Е.И. Евтушенко [и др.] // Фундаментальные исследования. Технические науки. 2013. №6. С.849-854.

4. Севостьянов В.С., Кононыхин В.С., Зубаков А.П. Техника и безотходная технология производства пеностекла // Строительство. 2000. №10. С.74-79.

5. Rubanov V.G., Velichko D.V., Lutsenko O.V. Mathematical model of temperature field dynamics in complex shaped glass articles during firing // Glass and Ceramics. 2018. № 5-6 (75). P.171-176.

6. Рубанов В.Г., Величко Д.В., Луценко О.В. Математическая модель динамики температурного поля стеклоизделий сложной конфигурации при их отжиге // Стекло и керамика. 2018. №5. С.3-8.

7. Величко Д.В., Магергут В.З. Построение детерминированной и стохастической динамических моделей процесса нагрева пеностекольной шихты // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015. №2. С.90–94.

8. Величко Д.В., Рубанов В.Г. Математическое моделирование процессов тепло- и влагопереноса при нагреве пеностекольной шихты // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXIII Междунар. науч. конф. / отв. ред. В.С. Балакирев. Саратов: Изд-во СГТУ, 2010. Т.3. С.18-21.

9. Величко Д.В., Рубанов В.Г. Математическое моделирование теплотехнологических процессов с межфазным переходом // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. / отв. ред. В.С. Балакирев. Саратов: Изд-во СГТУ, 2008. Т.3. С.53-55.

10. Городов Р.В. Экспериментальное определение зависимости температуропроводности пеностекольной шихты от температуры // Известия ТПУ. 2009. Т.314, №4. С.33-37.

11. Величко Д.В., Рубанов В.Г. Параметрическая идентификация термодинамической системы экспресс-анализа // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXXI Междунар. науч. конф. / отв. ред. А.А. Большаков. СПб.: Изд-во СПбПУ, 2018. Т.3. С.22-26.

12. Магергут В.З., Величко Д.В., Костин С.В. Адаптивное трёхпозиционное регулирование в системе управления туннельной печи // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXIX Междунар. науч. конф. / общ. ред. А.А. Большаков. Саратов: Изд-во СГТУ, 2016. Т.4. С.44-47.

13. Магергут В.З., Величко Д.В., Андреев А.А. Автоматизация двухъярусной туннельной печи с использованием адаптивного трёхпозиционного регулятора // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XXVIII Междунар. науч. конф. / отв. ред. А.А. Большаков. Саратов: Изд-во СГТУ, 2015. Т.8. С.133-139.

14. Магергут В.З., Величко Д.В., Андреев А.А. Система автоматического перемещения тиглей в двухъярусной туннельной печи для производства пеностекольных блоков // Вестник ПНИПУ. 2015. №14. С.108-122.

15. Романников Д.О., Марков А.В. Об использовании программного пакета CPN Tools для анализа сетей Петри // Сборник научных трудов НГТУ. 2012. №2 (68). С.105-116.

16. Порхало В.А., Бажанов А.Г., Магергут В.З. Информационные представления адаптивного трёхпозиционного алгоритма для его аппаратных и программных реализаций // Научные ведомости БГУ. 2011. №1 (96). Вып.17/1. С.161-168.

17. Автоматизированная система управления производством пеностекольных теплоизолирующих облицовочных блоков / В.Г. Рубанов, А.С. Кижук, О.В. Луценко [и др.] // Строительство. 2000. №10. С.93-97.

18. Ильюшин Ю.В. Проектирование системы управления температурными полями туннельных печей конвейерного типа // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникация. Управление. 2011. №3. С.67-72.

19. Юдицкий С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. М.: Машиностроение, 1987. 176 с.

20. Пат. 2146033 Российская Федерация, МПК F27B 9/02, F27B 9/06. Туннельная печь-утилизатор / Волынский В.А., Ивахнюк В.А., Колчунов В.И., Кононыхин В.С., Мальцев А.Н., Новичков С.Г., Титаренко Ю.Д., Уваров В.А.; заявитель и патентообладатель «Белгород. технол. акад. строит. материалов». №99111279/03; заявл. 31.05.1999; опубл. 27.02.2000. 6 с.