Иерархическая система управления производством асфальтобетонной смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Пудовкин, Александр Николаевич

• Пудовкин, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пудовкин, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Цель работы

Методы исследования

К защите представляются

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Апробация результатов

Публикации

Объем диссертации

1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ

СМЕСИ, КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1 СОСТОЯНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РЕСПУБЛИКЕ БАШКОРТОСТАН

1.2 ОБЩИЕ ЗАДАЧИ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

1.3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ САУАБЗ

1.4 АНАЛИЗ ЗАДАЧ И СТРУКТУРЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

1.4.1 Задачи и структура САУ управления технологическим оборудованием.

1.4.2 Задачи и структура САУ управления производством асфальтобетонной смеси.

1.4.3 Задачи и структура САУ управления качеством асфальтобетонной смеси.

1.4.4 Другие задачи.

1.4.5 СВЯЗЬ ЗАДАЧ САУ АБЗ

1.5 ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИРОННОЙ РАБОТЫ

2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗДЕЛЕНИЯ САУ АБЗ НА

ИЕРАРХИЧЕСКИЕ УРОВНИ

2.1 ТОПОЛОГИЯ ОБЪЕКТА И САУ

2.1.1 Классификация АБЗ

2.1.2 Описание топологии АБЗ

2.2 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАДАЧ И АЛГОРИТМЫ ИХ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОДСИСТЕМ САУ

2.2.1 Задачи логико-программного управления

2.2.2 Задачи цифрового управления

2.2.3 Задачи контроля параметров материалов и технологического процесса

2.2.4 Задачи управления качеством

2.3 ОСНОВНЫЕ ВАРИАНТЫ СТРУКТУР САУ АБЗ

2.3.1 Централизованная структура

2.3.2 Распределенная структура

2.4 ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ЗАДАЧ САУ АБЗ

2.4.1 Алгоритмы логико-программного управления

2.4.2 Алгоритмы цифрового управления

2.4.3 Алгоритмы контроля

2.4.4 Алгоритмы управления качеством

2.5 ФОРМИРОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ РАЗБИЕНИЯ САУ АБЗ НА ИЕРАРХИЧЕСКИЕ

УРОВНИ

2.6 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ САУ

3.1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.2 АНАЛИЗИРУЕМЫЙ ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

3.3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ САУ АБЗ

3.3.1 Моделирование централизованной системы управления

3.3.2 Моделирование иерархической САУ

3.4 ВОЗМОЖНОСТЬ РАЗБИЕНИЯ САУ НА УРОВНИ В СООТВЕТСТВИИ С

РЕШАЕМЫМИ ЗАДАЧАМИ

3.4.1 Разбиение подсистемы САУ надбункерного отделения

3.4.2 Разбиение подсистемы САУ операцией дозирования

3.4.3 Типоразмеры САУ нижнего иерархического уровня.

3.5 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.5.1 Задание топологии технологического процесса

3.5.2 Задание иерархической структуры САУ

3.5.3 Подпрограмма «МОДЕЛИРОВАНИЕ»

3.5.4 Подпрограмма «АНАЛИЗ»

3.6 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

4. РАЗРАБОТКА ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

4.1 ИЕРАРХИЯ ЗАДАЧ САУ АБЗ

4.1.1 Задачи нижнего уровня иерархии

4.1.2 Задачи верхнего уровня иерархи

4.1.3 Задачи взаимодействия между уровнями иерархии

4.2 ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ САУ

4.3 СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НИЖНЕГО УРОВНЯ ИЕРАРХИИ

4.3.1 Контроллеры с бинарными входами/выходами

4.3.2 Контроллеры с бинарными и цифровыми входами/выходами

4.4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ МЕЖУРОВНЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ИЕРАРХИЧЕСКОЙ САУ АБЗ

4.5 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ИЕРАРХИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Иерархическая система управления производством асфальтобетонной смеси»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В настоящее время состояние автомобильных дорог России одерживает^ развитие народного хозяйства: Существующая; сеть автомобильных дорог недостаточна, а; качество автомобильных дорог неудовлетворительно;

В соответствии^ с прогнозируемыми темпами социально-, экономического развития? спрос на: грузовые перевозки; автомобильным транспортом к 2015 году увеличится в: Республике Башкортостан^ примерно на 30 - 40%, количество.грузовых автомобилей.увеличится к 2020 году - в 1,9 -2 раза,, уровень "автомобилизации- населения? возрастет до^ 300 - 350? автомобилей; на 1000) жителей: Этр приведет; к; повышению? интенсивности« движения на>автомобильных?дорогах регионального»йшежмуниципального; значения« нai 30 - 40%; Около 80% протяженности? автомобильных* дорог? регионального и межмуниципального значения и местного значения! уже сейчас требуют увеличения прочностных характеристик из-за ускоренной деградации дорожных, конструкций и снижения сроков службы, между, ремонтами:

Все это ставит задачу повышения качества асфальтобетонной смеси на= выходе' асфальтобетонного завода, что обеспечивается автоматизацией асфальтобетонного. • завода (АБЗ). Поэтому задача разработки распределенной иерархической системы управления является актуальной;

ЦЕЛЬРАБОТЫ

Создание методологической основы- для: разработки структур современных иерархических; систем« управления производством асфальтобетонной смеси,, обеспечивающих решение не только задач непосредственного управления технологическим процессом, но и более сложных задач - оперативного.управленияшачеством продукции.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведен, анализ производства- асфальтобетонной смеси; как объекта управления:

2. Разработаны общие принципы разделения САУ АБЗ на иерархические уровни.

3. Разработана и исследована модель иерархической структуры САУ АБЗ.

4. Разработана распределенная иерархическая САУ АБЗ.

5. Исследована эффективность разработанной иерархической структуры САУ АБЗ и оценены перспективы ее внедрения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты диссертационной работы получены на* основе комплексного использования методов теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем, и математического1 моделирования. Моделирование производственных процессов- и системный^ анализ проводились с использованием математическогопакета? Ма^аЫ

К ЗАЩИТЕ ПРЕДСТАВЛЯЮТСЯ*

• Комплекс математических- моделей/ включающий в себя, модели топологии.асфальтобетонных заводов, модели параметров системы управления, определяемых структурой САУ и топологией технологического процесса, модель взаимодействия- между^ подсистемами нижнего иерархического уровня.

Результатыч исследований' разработанных моделей и их взаимодействия, анализ полученных результатов и разработанная на» этой основе двухуровневая иерархическая- структура системы управления производством асфальтобетона. Эта структура обеспечивает решение не только задач непосредственного управления технологическим процессом, но и более сложных задач оперативного управления качеством продукции.

• ' Разработанная системачуправления промышленным производством асфальтобетонной смеси на базе всего двух- типов контроллеров. Универсальный контроллер «ТИП 1» с шестью бинарными входами и«шестью бинарными выходами. Универсальный контроллер «ТИП 2» с шестью бинарными входами и выходами плюс три* цифровых входа и два цифровых выхода. Таких контроллеров для обеспечения основных операций технологического процесса требуется 23 штуки

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Впервые предложена; концепция, синтеза оптимальной иерархической: структуры системы управления производством; асфальтобетона, которая обеспечивает решение- задач? непосредственного. управления-технологическим оборудованием: и. задач оперативного; управления качеством: асфальтобетонной смесиг На: основе: выдвинутой концепции; разработанных критериев; моделей- топологии САУ и АБЗ; моделей взаимодействия подсистем управления; и анализа, результатов моделирования:. '

• Доказана оптимальность двухуровневой структуры распределенной системыуправления производством асфальтобетонной:смеси!

• .Определена? оптимальная; номенклатура. контроллеров- систем управления^ нижнего иерархического уровня: на базе всего двух типов контроллеров; что обеспечивает минимальную избыточность систем- ввода/вывода- данных, а таю же высокую? ремонтопригодность» системы, управления. Такая* структура, позволяет легко адаптировать САУ> для различиых< вариантов; как< технологии; так; и топологии; АБЗ. Кроме1 того, это: позволяет использовать полученные результаты при? модернизации» существующих САУ АБЗ.

Научную новизнуфаботы таюже определяют:

• Разработанные методики модели и формальные критерии; позволяющие объективно исследовать эффективность различных структур САУ АБЗ для различных^технологийж топологий^АБЗ!

• Результаты исследований, и моделирования? взаимодействия подсистем САУ подачи минеральных материалов: и САУ управления бункерами, песка и> щебня; Это- позволило- оценить сложность, организации взаимодействия подсистем САУ и обосновать необходимость использования^ двухуровневой иерархической структуры.

• Методика поиска оптимальной номенклатуры контроллеров для реализации нижнего уровня подсистем САУ АБЗ. Решение этой задачи для определенного класса объектов автоматизации позволяет существенно снизить затраты на эксплуатацию, САУ и адаптацию САУ к различным технологиям и топологиям АБЗ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Результатом- проведенных, исследований, является возможность использования* предложенной концепции и методологический подход к исследованиям'и* разработке оптимальных* структур САУ для предприятий строительной,индустрии.

Внедрение результатов^исследований в ОАО/'Башкиравтодор" (г. Уфа) позволило проверить на практике основные результаты, исследований» и позволило адекватно оценивать эффективность решений, предлагаемых при модернизации^ асфальтобетонных заводов* САУ АБЗ, оценивать круг решаемых ими? задач, структуру предлагаемой САУ АБЗ и параметры соответствующих контроллеров.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Основные1 научные» положения и^ результаты^ диссертационного исследования докладывались и, обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции- (Оренбург, 2009) «Взаимосвязь теории и^ практики в< повышении* качества профессионального образования»; Международной научно-технической конференции - XV Академические чтения РААСН (Казань, 2010) «Достижения»^проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии»; Международной-, научно-технической конференции (Уфа, 2011) «Проблемы прочности и долговечности бетона и железобетона».

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных работах.

ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов,