Разработка мультипроцессной системы адаптивного управления электрическими печами сопротивления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Смирнов, Максим Александрович

• Смирнов, Максим Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Максим Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЕЧАМИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

1.1 Классификация электрических печей сопротивления и их место в промышленности

1.2 Режимы термообработки в электрических печах сопротивления

1.3 Достоинства и недостатки применяемых на практике регуляторов электрических печей сопротивления

1.4 Актуальность проблемы адаптивного управления электропечами

Выводы

ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Условия целесообразности применения систем адаптивного управления в промышленном производстве

2.2 Проблемы построения адаптивных контроллеров и применяемые на практике методы самонастройки

2.3 Обзор программных продуктов настройки регуляторов

2.4 Обзор серийных адаптивных контроллеров

Выводы

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МУЛЬТИПРОЦЕССНОЙ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЕЧАМИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

3.1 Способы построения адаптивных систем управления. Типовые структурные схемы и алгоритмы функционирования

3.2 Обоснование структуры адаптивной системы

3.2.1 Обоснование метода идентификации

3.2.2 Обоснование закона регулирования

3.2.3 Обоснование метода адаптации

3.3 Программная реализация и апробация процесса идентификации

3.3.1 Идентификация на основе метода наименьших квадратов

3.3.2 Параметрическая идентификация по переходной характеристике

3.4 Процедура синтеза цифрового астатического регулятора состояния

3.5 Мультипроцессная организация системы адаптивного управления

3.5.1 Обоснование мультизадачной архитектуры

3.5.2 Варианты межпроцессного взаимодействия

3.5.3 Программы мультипроцессной системы адаптивного управления

Выводы

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МУЛЬТИПРОЦЕССНОЙ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1 Основные требования к системе управления процессом термообработки сварочных электродов

4.2 Моделирование и натурные испытания адаптивной системы управления процессом термообработки

4.3 Разработка промышленной установки с системой адаптивного управления и рекомендации по ее применению

4.4 Практические рекомендации по использованию мультипроцессной

системы адаптивного управления

Выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

АдР

АдСУ

АКОР

АРМ

АФХ

АЦП

ВИМ

ДПФ

ДТ

инс

КФН КФУ

кчх

МВА

мдвв

мк

мм

ММУ МНК

мое

МП МПСУ

мск

НС ОС ОСРВ ОУ

пид

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

адаптивный регулятор адаптивная система управления

аналитическое конструирование оптимальных регуляторов

автоматизированное рабочее место

амплитудно-фазовая характеристика

аналого-цифровой преобразователь

вещественно-интерполяционный метод

дискретная передаточная функция

датчик температуры

искусственная нейронная сеть

каноническая форма наблюдаемости

каноническая форма управляемости

комплексная частотная характеристика

модуль ввода аналоговый

модуль дискретного ввода-вывода

микроконтроллер

метод масштабирования

метод модального управления

метод наименьших квадратов

многозадачная операционная система

микропроцессор

микропроцессорная система управления метод стандартных коэффициентов наблюдатель состояния операционная система операционная система реального времени объект управления

пропорционально-интегрально-дифференциальный (регулятор)

ПЛК - программируемый логический контроллер

ПК - персональный компьютер

ПО - программное обеспечение

ПФ - передаточная функция

РМНК - рекуррентный метод наименьших квадратов

РС - регулятор состояния

САР - система автоматического регулирования

САУ - система автоматического управления

СКО - среднее квадратичное отклонение

ТАУ - теория автоматического управления

ТР - твердотельное реле

УУ - управляющее устройство

ШИМ - широтно-импульсная модуляция

ШИП - широтно-импульсный преобразователь

ЭВМ - электронная вычислительная машина

ЭМ - эталонная модель

ЭПС - электрическая печь сопротивления

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка мультипроцессной системы адаптивного управления электрическими печами сопротивления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Уровень развития микропроцессорной техники на сегодняшний день позволяет реализовывать в полной мере положения классической и современной теории автоматического управления (ТАУ), тем самым решать задачи автоматизации сложных технологических процессов и производств, добиваться высоких показателей качества систем автоматического управления (САУ).

Замена аналоговых регуляторов универсальными микроконтроллерами (МК), способными программно перестраиваться на реализацию различных по сложности законов регулирования, записанных в их память, обеспечивает повышение точности, надежности, гибкости, производительности и снижение стоимости систем управления. Большим достоинством МК является поддержка дополнительных системных функций: автоматизация процесса настройки, автоматическое обнаружение ошибок, контроль предельных значений параметров, оперативное отображение состояния систем и т. п.

В то же время, несмотря на растущие требования к показателям качества технологических процессов и стремительное развитие микропроцессорной техники, современные достижения теории автоматического управления практически не находят своего применения в реальном производстве. Порядка 9095% регуляторов, находящихся в настоящее время в эксплуатации, используют пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм работы. Причинами столь высокой популярности являются простота построения и промышленного использования, ясность функционирования, пригодность для решения большинства практических задач и низкая стоимость.

Однако, в условиях удорожания ресурсов, энергии и растущих требований к качеству продукции при вариации параметров объекта управления (ОУ), а также действии внешних и параметрических возмущений, типовые ПИД-регуляторы не обеспечивают необходимые статические и динамические показатели. В частности, данные проблемы возникают при создании систем автоматического управления электрическими печами сопротивления (ЭПС), при-

меняемыми во многих технологических процессах, например, при производстве сварочных электродов.

Многочисленные публикации по нечетким, нейросетевым, генетическим адаптивным регуляторам (АдР) свидетельствуют также о попытках повысить качество выпускаемой продукции за счет неклассического подхода. Как правило, данные системы управления «привязаны» к конкретной технологической установке, требуют знаний эксперта, больших трудозатрат на отладку и внедрение, поэтому не нашли пока серийного применения. Наиболее перспективным является использование регуляторов состояния (РС), но они требуют знания точных моделей объектов управления.

В этом отношении явным прогрессом при реализации типовых регуляторов в цифровом исполнении по сравнению с аналоговым является введение функций автонастроек. Эти процедуры повышают эксплуатационные качества микропроцессорных систем управления и снижают требования к квалификации специалистов, обслуживающих технологические установки. Поэтому многие разработчики промышленных контроллеров снабжают свою продукцию фирменными алгоритмами автонастройки. Однако, как показала практика, использование таких процедур в подавляющем большинстве случаев мало эффективно: операции автоматического вычисления коэффициентов регулятора продолжительны по времени, а вводимые тестовые воздействия могут нарушать условия протекания технологического процесса; автонастройка осуществляется только при работе «в малом» и требует, как правило, уточнения параметров и контроля со стороны оператора.

Таким образом, отсутствие универсальных и эффективных алгоритмов и программных средств самонастройки, которые отслеживали бы в реальном времени изменение параметров объекта управления при изменении режимов его работы, что позволило бы в свою очередь использовать более совершенные законы управления, говорит об актуальности решения задачи разработки таких адаптивных систем управления (АдСУ).

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка адаптивной системы управления промышленного назначения для электрических печей сопротивления.

В соответствии с указанной целью в работе поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих алгоритмов адаптивного управления и способов их реализации на серийно выпускаемых микропроцессорных регуляторах и промышленных компьютерах.

2. Обосновать необходимость использования адаптивной самонастраивающейся системы управления электрическими печами для многорежимных технологических процессов.

3. Разработать систему адаптивного управления на основе использования промышленного компьютера и программируемого логического контроллера.

4. Дать рекомендации по практическому использованию результатов работы и апробировать технические решения в реальном производстве.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использовались элементы теории адаптивного управления, методы теории пространства состояний и модального управления, аппарат передаточных функций и структурных схем, методы процедурного программирования.

Исследование синтезированной цифровой системы выполнялось с помощью имитационного моделирования и натурных экспериментов на лабораторном и опытно-производственном оборудовании.

Научная новизна работы состоит в следующих положениях:

1. Для промышленных электрических печей сопротивления со сложным технологическим циклом обосновано применение адаптивной системы управления, включающей в себя блоки параметрической идентификации, параметрической адаптации и динамического регулятора состояния.

2. Разработаны параметрические идентификаторы однократного, по начальному участку переходной характеристики, и многократного, на основе метода наименьших квадратов, принципов действия, предназначенные в зависимости от сложности технологического цикла решать задачи адаптации первого и второго уровней.

3. Предложены мультипроцессная организация адаптивной системы и способы межпроцессного взаимодействия, позволяющие на основе использования режимов асинхронного и синхронного обмена данными осуществлять многозадачное управление технологическими установками с применением промышленного компьютера или программируемого логического контроллера как в модельном, так и реальном времени.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Создано программное обеспечение функциональных блоков мульти-процессного адаптивного управления.

2. Реализован расширяемый модульный комплекс адаптивного управления, функционирующий с помощью средств межпроцессного взаимодействия, который может быть реализован на основе программируемого логического контроллера или промышленного компьютера.

3. Даны рекомендации по применению мультипроцессной адаптивной системы управления электрическими печами сопротивления, которая осуществляет самонастройку параметров регулятора при смене режимов работы технологического оборудования.

Реализация работы. Разработанная мультипроцессная адаптивная система нашла применение на Судиславском заводе сварочных материалов Костромской области (ООО «СЗСМ») для управления процессом термообработки сварочных электродов.

Результаты работы используются также в учебном процессе кафедры «Автоматика и микропроцессорная техника» Костромского государственного технологического университета при подготовке инженеров по автоматизации

технологических процессов и производств.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на международных научно-технических конференциях: «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2009 г.), «Лен-2010» (Кострома, 2010 г.), «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения, Иваново, 2011 г.); пятой международной конференции-выставке «Промышленные АСУ и контроллеры 2010: от А до Я» (Москва, 2010 г.); шестой международной конференции «Автоматизированные, информационные и управляющие системы 2011: от А до Я» (Москва, 2011); 61-й, 62-й, 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов КГТУ «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (Кострома, КГТУ, 2009 г., 2010 г., 2011 г.), на научно-методических семинарах и заседаниях кафедры «Автоматика и микропроцессорная техника» КГТУ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Функциональная схема и мультипроцессная организация адаптивного управления электрическими печами сопротивления.

2. Диаграмма деятельности и использования мультипроцессного адаптивного управления.

3. Способы организации межпроцессного взаимодействия и режимов асинхронного и синхронного обмена данными, позволяющие осуществлять моделирование и настройку замкнутой системы автоматического управления в темпе технологического процесса.

4. Алгоритмы параметрической идентификации однократного и многократного принципа действия и автоматической настройки динамических регуляторов состояния.

5. Результаты моделирования и натурных испытаний мультипроцессных адаптивных систем управления электрическими печами и рекомендации по их практическому использованию.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в центральных научных журналах; получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011611749 от 24 февраля 2011 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 110 наименований, и приложений. Работа изложена на 130 листах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 3 таблицы.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ

ПЕЧАМИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

1.1 Классификация электрических печей сопротивления и их роль в промышленных установках

Электротермическая технология, основанная на использовании электротермических установок - электропечей и электронагревательных устройств, применяется для получения новых высококачественных материалов, которые иным путём получить нельзя, а также для улучшения свойств уже существующих; для нагрева заготовок перед обработкой давлением, для термической обработки деталей и узлов машин, механизмов и элементов различных конструкций и других назначений [15, 41, 50, 87, 108].

Применение электротехнологии дает высокие температуры и скорости нагрева благодаря концентрации большого количества энергии в весьма малых объемах; позволяет получить любое желательное распределение температур в рабочем пространстве и высокую равномерность нагрева изделий; облегчает автоматизацию процессов термообработки (с точки зрения регулирования температурного режима печи и операций загрузки-выгрузки подвергаемых нагреву материалов) и увеличивает производительность труда; предоставляет возможность обрабатывать изделия в газовых средах любого химического состава и в вакууме; обеспечивает наименьшее по сравнению с другими процессами загрязнение окружающей среды.

Самым распространенным и многообразным видом электротермического оборудования являются электрические печи сопротивления [19, 50, 104, 105]. Они работают с обычным окислительным нагревом (без муфеля) или с применением защитных атмосфер, предохраняющих изделия от окисления (муфельные печи).

На основе анализа [15, 19, 23, 50, 105, 107] разработана классификация

ЭПС, представленная на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификация электропечей сопротивления

В печах сопротивления согласно закону Джоуля-Ленца происходит выделение теплоты в твердых или жидких телах при прохождении по ним электрического тока. Последний может протекать по самому нагреваемому телу - в печах прямого действия, либо по специальным нагревательным элементам, от которых выделяемое тепло передается посредством теплообмена обрабатываемому изделию - в печах косвенного действия.

В ЭПС косвенного нагрева теплопередача возможна путем излучения (вакуумные печи), излучения и конвекции (в высоко- и среднетемпературных печах с рабочей температурой выше 700 °С доминирует излучение, а в низкотемпературных и среднетемпературных печах с принудительной циркуляцией атмосферы преобладает роль конвекции), конвекции и теплопроводности (электрованны) [105].

В зависимости от технологического назначения печи сопротивления можно поделить на термические (для различных видов термической и термохимической обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс и других материалов), плавильные (для плавления легкоплавких цветных металлов и химически активных тугоплавких металлов и сплавов), сушильные (для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т.п.).

По температурному режиму ЭПС классифицируют на низкотемпературные (с рабочей температурой до 600-700 °С), среднетемпературные (с рабочей температурой от 600-700 °С до 1250 °С) и высокотемпературные (с рабочей температурой свыше 1250 °С). Указанные группы печей отличаются как конструктивно, так и механизмом передачи тепла от нагревателя к обрабатываемому материалу [23, 105].

Область использования низкотемпературных печей - процессы сушки, операции отпуска стальных изделий, нагрев под термическую и механическую обработку легких и цветных металлов. Технологические применения среднетемпературных печей - процессы закалки, нормализации, отжига, термохимическая обработка черных металлов, нагрев под обработку давлением черных и

цветных металлов. Высокотемпературные печи предназначены для нагрева изделий из высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов под штамповку и закалку, для обжига керамики и фарфора, для спекания и литья металлов под давлением, для пайки твердым припоем в вакууме и для обработки магнитных материалов [15, 41, 87].

По режиму работы выделяют печи периодического действия (садочные), для которых характерно неизменное положение нагреваемого тела в течение всего времени термообработки, и непрерывного действия (методические), когда обрабатываемое изделие перемещается через несколько температурных зон с заданной скоростью от загрузочного окна к разгрузочному.

В отличие от электропечей непрерывного действия периодические предназначаются для обработки часто меняющейся номенклатуры изделий в условиях, когда одна и та же печь нередко применяется для различных видов термообработки, отличающихся уровнем и режимом изменения температуры, продолжительностью процесса, составом атмосферы и другими параметрами [23, 107].

Печи непрерывного действия удобны для работы в поточных технологических линиях с металлообрабатывающими станками и другими агрегатами и устройствами.

Из ЭПС периодического действия наибольшее распространение получили камерные (также камерные с выдвижным подом), шахтные, колпаковые и элеваторные. К методическим печам относятся конвейерные, протяжные, тол-кательные, карусельные, туннельные, ручьевые, барабанные, рольганговые. К этой же группе относят печи с шагающим и пульсирующим подом. Все указанные виды печей отличаются по конструкции, принципу действия и области использования [23, 105].

Назначение печей периодического действия - термическая обработка металлов, металлоконструкций и сплавов (операции отпуска, старения, отжига, закалки, нагрев под ковку и штамповку), сушка и прокаливание, обжиг керамики и стекла, спекание, эмалирование и многое другое [19].

Конвейерные печи применяются для нагрева сравнительно малых деталей (например, кольца подшипников), для обжига эмалированных изделий, сушки после окраски; толкательные печи - в электроламповом производстве, при производстве металлокерамических деталей и твердых сплавов, для обжига и спекания керамики, для отжига и пайки металлических деталей, для цементации стальных изделий; протяжные - для нагрева проволоки, прутков или ленты, труб большой протяженности, для сушки и полимеризации лаков и пластмасс; рольганговые - для нагрева листов и плоских крупных изделий (например, зубчатые колеса); карусельные - для низкотемпературного отпуска стальных изделий, для закалки мелких стальных изделий, для нагрева под закалку перед штамповкой, для нагрева под прокатку в металлургии; барабанные - для термической и химико-термической обработки изделий с максимальным размером до 80 мм, а также для нагрева порошкообразных материалов; ручьевые - для закалки стальных изделий массового производства (кольца подшипника, втулки, звенья траков); туннельные - для обжига керамики, в некоторых случаях для сушки сварочных электродов [50, 105, 107].

Для многих технологических процессов требуется вакуум или инертные газы в рабочем пространстве печи. Исходя из этого обстоятельства ЭПС выполняют вакуумными, газонаполненными или вакуумно-компрессионными.

Подводя итог, перечислим основные отрасли промышленности, где на сегодняшний день находят применение ЭПС [15, 23, 38, 48, 50, 63, 87, 105]:

- металлургия черных, цветных и легких металлов (производство электрографита, порошковая металлургия, выплавка цветных и легких сплавов);

- машиностроение (нагрев под ковку и штамповку, производство алунда и карборунда, сушка сварочных электродов, литейных стержней и форм);

- химическая промышленность (производство синтетического волокна, пластмасс, синтетических смол, парфюмерное и фармацевтическое производство);

- пищевая промышленность (хлебопечение, общественное питание);

- легкая промышленность (сушка тканей, нагрев пластмасс, кожи);

- деревообрабатывающая промышленность (сушка древесины, шпона);

- ювелирная промышленность (прокалка литейных форм);

- стекольная и фарфоро-фаянсовая промышленность (производство и обработка стекла, обжиг керамики);

- строительная промышленность (производство муллита, электропрогрев бетона, каменное литье);

- сельское хозяйство (обогрев помещений, инкубаторы, парники).

Печи сопротивления широко используются также в научно-исследовательских целях и в быту.

Проведенный обзор и классификация электрических печей сопротивления показал их огромную значимость в современном промышленном производстве.

1.2 Режимы термообработки в электрических печах сопротивления

Электрические печи функционируют в соответствии с определенной циклограммой, вид которой определяется физико-химическими свойствами подвергаемого обработке материала, состоянием окружающей среды, назначением операции, конструктивными особенностями и мощностью установки, степенью и конфигурацией загрузки и, наконец, предъявляемыми к технологическому процессу требованиями.

Цикл термической обработки изделий в общем случае включает в себя три этапа, каждый из которых характеризуется временем выполнения и числом повторений [41, 55, 87]:

1. нагрев до требуемой температуры;

2. выдержка при заданной температуре;

3. охлаждение.

Наиболее часто в производстве встречаются следующие виды обработки: без выдержки времени (рис. 1.2 а), с выдержкой времени (рис. 1.2 б), с выдержкой времени и остыванием внутри печи (рис. 1.2 в).

Рис. 1.2. Режимы термообработки: ^ - время нагрева; - время выдержки; ^ - время остывания;

1;п - время простоя; 1;ц - время цикла

Особенностями многих производственных операций (маятниковый отжиг стали, сушка и прокалка сварочных электродов, обжиг керамики и кирпича, прокаливание опок и др.) являются многоступенчатые циклы нагрева и охлаждения [15, 41, 55].

На рис. 1.3 представлены кривые термообработки электродов одной и той же марки и диаметра, каждая из которых соответствует определённому значению начальной влажности и температуры (рис. 1.3 а соответствует максимальной влажности электродного покрытия). При переходе от одной стадии выдержки к другой температура в печи должна плавно повышаться, иначе на поверхности электродов могут образоваться повреждения в виде трещин, что приведет к выбраковке продукции [63, 90, 96].

Многие операции электротермии не допускают перерегулирования и большой степени колебательности; требуют соблюдения скоростных режимов нагрева; допускают статическую ошибку регулирования не больше 5 °С. Охлаждение производится плавное при закрытой дверце печи или на воздухе [87].

В производственных условиях требуемая скорость нагрева достигается

различными способами [55].

При обычном нагреве изделия загружаются в печь, разогретую до рабочей температуры. Скорость нагрева в этих условиях будет зависеть от температуры печи, массы и температуры нагреваемых деталей, тепловой мощности печи. Такой режим работы характерен, например, для термообработки стекла.

Рис. 1.3. Кривые термообработки электродов в зависимости от их начальной влажности и температуры: Т„ - начальная температура; Тс - температура сушки (80 °С); Тп - температура прокалки (140 °С - 400 °С). [0; 11] = 30 мин - 1.5 ч; [и; г2] = 40 мин -2 ч; = 40 мин - 1 ч; 14] = 20 мин - 1 ч; [и\ 15] - остывание на открытом воздухе.

Замедленный нагрев осуществляется тремя методами:

а) изделия помещают в печь, имеющую температуру ниже рабочей, и нагрев происходит замедленно по мере повышения температуры печи;

б) изделия также загружают в печь с пониженной температурой, но подъем ее производится ступенями с выдержками на каждой ступени для выравнивания температуры по сечению изделий;

в) последовательный нагрев в многозонных печах: в первой зоне - подогрев, а во второй - окончательный нагрев.

При скоростном нагреве температура в печи устанавливается на 100300 °С выше требуемой. Когда детали нагреваются до необходимой температуры, их выгружают из печи. Благодаря большому перепаду температуры скорость нагрева возрастает, а продолжительность его уменьшается. Несмотря на очевидные преимущества, скоростной нагрев применяют только для деталей, толщиной до 100 мм, поскольку из-за высокой разницы температур в центре и на поверхности материала может произойти его коробление.

Таким образом, электротермия на сегодняшний день характеризуется разнообразием температурных режимов работы электроустановок и большой номенклатурой обрабатываемого материала [15, 41, 55, 87, 105, 107]. Указанные особенности необходимо учитывать при решении задачи высокоточного поддержания температуры в ЭПС.

1.3 Достоинства и недостатки применяемых на практике регуляторов электрических печей сопротивления

Электрические печи можно охарактеризовать как статические ОУ с монотонной апериодической переходной характеристикой, без запаздывания или с малым запаздыванием (которое может быть аппроксимировано за счет малых постоянных времени) и с большой инерционностью, детерминированные (экспериментально установлено для печей мощностью от 1 кВт до 100 кВт, что шумы по сравнению с полезным сигналом имеют малую интенсивность и с достаточной для практики точностью могут быть описаны нормальным распределением со средним квадратичным отклонением (СКО), равным 0.1). Поскольку нагреватель в печах один, то вводится предположение, что описываемый объект описывается дифференциальным уравнением с сосредоточенными параметрами. По указанным выше причинам во многих литературных источниках данный класс технологических установок относится к ПИД-

управляемым [51, 57, 82, 101, 102, 106].

Проблемам автоматизации электротермических операций уделяется в последнее время большое внимание, что нашло отражение в ряде современных публикаций [47, 48, 90]. Для успешного осуществления процессов термической обработки необходимо точное регулирование температуры в пределах 5 °С независимо от объема печи и вида нагревателя. Нарушения температурного режима могут сказаться на несоответствии механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что в свою очередь может вызвать аварийные ситуации на производстве [15, 55, 87]. Так, например, несоблюдение регламента термообработки сварочных электродов приводит к ухудшению их сварочно-технологических свойств и образованию дефектов сварных соединений [63, 96], поэтому электроды относятся к объектам повышенного риска.

На сегодняшний день задачу управления температурными режимами промышленных электрических печей сопротивления выполняют системы двухпозиционного или ПИД-регулирования [60, 106], что объясняется их простыми и понятными алгоритмами работы, сложившемся в теории и практике управления мнением об их универсальности [21, 32-34].

Стремительное развитие микропроцессорной техники привело к минимизации элементной базы и соответственно миниатюризации габаритных размеров приборов, к программной реализации законов регулирования и появлению вспомогательных сервисных функций. Большинство серийно выпускаемых электропечей оснащены встроенными микропроцессорными регуляторами. Это приборы фирм «ОВЕН», «ТЕРМОДАТ», «OMRON», «FELLER», «SIEMENS» и др. Для печей сопротивления с тремя и более зонами нагрева применяются программируемые логические контроллеры, например, той же фирмы «SIEMENS» или «ОВЕН».

Использование в цифровых устройствах позиционных и типовых законов регулирования при современных требованиях к качеству электротермического производства недостаточно [102].

Применяемые для управления электропечами современные цифровые

ПИД-регуляторы имеют на выходе ШИМ-преобразователь, который определяет величину отбираемой от нагревательного элемента мощности. Однако такие факторы, как огромное количество формул для вычисления коэффициентов настройки [7, 9], наличие большого числа модификаций [2, 3, 29], отсутствие свойств адаптации к изменяющимся в процессе эксплуатации параметрам электропечи, приводят к следующему выводу: вопреки сложившемуся мнению ПИД-регуляторы не универсальны, что создает проблемы эффективного и точного управления процессом термообработки при вариации параметров объекта.

Задачу адаптации разработчики микропроцессорной техники пытаются решить за счет автоматической настройки и подстройки коэффициентов ПИД-регулятора. Принцип действия данных процедур основан на выводе системы в автоколебательный режим [3, 29, 39], что при термообработке дорогостоящей продукции недопустимо по причине нарушения технологического цикла.

Перспективным для управления температурными режимами ЭПС является применение нечетких и нейросетевых регуляторов, о чем свидетельствуют научные публикации [6, 37, 38]. В то же время нечеткое управление и нейронные сети требуют знаний эксперта или предполагают наличие опыта управления объектом [45].

При использовании нечеткого регулятора высокие показатели качества управления можно получить только за счет большого количества термов лингвистической переменной и правил, закладываемых в базу знаний. Следовательно, увеличивается трудоемкость процесса настройки и возрастают требования к опыту эксперта [30, 89].

Главным преимуществом искусственных нейронных сетей (ИНС) перед традиционными алгоритмами управления является возможность обучения, что позволяет передавать им опыт эксперта. С технической точки зрения процесс обучения заключается в нахождении коэффициентов связей между нейронами [29]. Однако отсутствие стандартной методики конструирования является сдерживающим фактором массового производства и для нейросетевых регуляторов. К недостаткам использования ИНС также можно отнести невозмож-

ность предсказания погрешности регулирования для воздействий, которые не входили в набор обучающих сигналов, отсутствие критериев выбора количества нейронов в сети, времени обучения, диапазона и количества обучающих воздействий [71].

Нейронные сети и нечеткая логика могут использоваться как для построения самого регулятора, так и для настройки его коэффициентов. В последнем случае принято говорить о так называемых гибридных регуляторах, как то фаззи-ПИД, нейро-ПИД, нейро-фаззи-ПИД [74].

Очень часто совместно с нейронными сетями и нечеткой логикой используются генетические алгоритмы. Они применяются для поиска оптимальных параметров регулятора, для поиска оптимальных положений функций принадлежности в нечетких регуляторах и для обучения нейронных сетей [29, 30].

«Интеллектуальные технологии управления» [89], включающие в себя нейронные сети, нечеткую логику, генетические алгоритмы, несомненно, представляют большой научный и практический интерес, но на сегодняшний день их применение обосновано только для ответственных, высокотехнологичных и требующих больших материальных и трудовых затрат производственных процессов. Несовершенство методик проектирования позволяет применять такие системы пока только для конкретных технологических установок.

Ведущие производители программируемых логических контроллеров уже поставляют со своими приборами за отдельную плату пакеты для проектирования регуляторов на основе нейронных сетей и нечеткой логики. Но такие программные продукты очень дороги. Например, пакет «NeuroSystems» фирмы «Siemens», выпускаемый для программируемого логического контроллера (ПЛК) SIMATIC S7, стоит около 2500 евро [54].

В последнее время стали появляться научные публикации, посвященные разработке адаптивных систем управления электрическими печами сопротивления [8, 101, 102]. В тоже время существующие адаптивные регуляторы характеризуются отсутствием ясного и структурно обоснованного алгоритма работы, результатов промышленных испытаний, практических рекомендаций,

универсальных методов и программ микропроцессорной реализации. Эти и многие другие причины на сегодняшний день препятствуют серийному выпуску адаптивных регуляторов [72].

В таблице 1.1 приведены достоинства и недостатки регуляторов, применяемых для управления процессами электротермии.

Таблица 1.1. Сравнение регуляторов электрических печей сопротивления

Регулятор Достоинства Недостатки

Позиционный + Не требует настройки; + Обладает простым и понятным алгоритмом работы; + Имеет широкое практическое применение. - Обеспечивает низкую точность поддержания требуемого по технологии значения температуры; - Переходный процесс носит колебательный характер со степенью затухания, равной нулю; - Применение данного типа регулятора приводит к сокращению срока службы нагревательного элемента и большим затратам электроэнергии.

пид + Обладает простым и понятным алгоритмом работы; + Имеет широкое практическое применение; + Обеспечивает высокие показатели качества при стационарности, линейности и невысокой информационной сложности ОУ. - Требует ручной или автоматической настройки; - Не обладает свойствами адаптации к изменяющимся параметрам ОУ.

Нечеткий + Не требует адекватной математической модели ОУ; + Учитывает изменение параметров ОУ. - Не имеет универсальной методики синтеза; - Характеризуется трудоемким процессом настройки; - Применим к конкретной технологической установке.

Нейросетевой + Не требует адекватной математической модели ОУ; + Учитывает изменение параметров ОУ; + Способен к обучению. - Не имеет универсальной методики синтеза; - Характеризуется трудоемким процессом настройки.

Адаптивный + Обеспечивает необходимое качество регулирования при нестационарности параметров ОУ. - Не находит широкого практического применения; - Не имеет универсальных алгоритмов и программ микропроцессорной реализации.

Таким образом, проведенный обзор применяемых на практике регуляторов показал, что ни один из них не обеспечивает всего комплекса требований, предъявляемых технологическими регламентами термообработки. Это относится в первую очередь, например, к производству сварочных электродов, изделий ювелирной промышленности и т.п.

1.4 Актуальность проблемы адаптивного управления электропечами

Проблема прецизионного поддержания температуры не является новой и впервые была поднята в работе [51]. Однако и на сегодняшний день она по-прежнему актуальна, поскольку не имеет универсального решения.

Эффективность решения задачи высокоточной и оптимальной по затратам электроэнергии и времени термообработки зависит в первую очередь от изменяющихся в широких пределах (в 2-4 раза) за производственный цикл параметров системы управления промышленными электропечами [102]. Это вызвано априори неизвестными физическими свойствами находящегося в печи материала, разной степенью и видом загрузки, особенностями технологического режима, состоянием установки и т.д.

Высокая стоимость современного электрооборудования, стремление увеличить полезную площадь заводского помещения, сократить материальные и трудовые затраты приводят к тому, что промышленные ЭПС работают без необходимого технического обслуживания, осмотра и ремонта, на разных мощностях и разных температурных режимах. Все это также отражается на изменении статических и динамических характеристик электропечей. Многократно изменяющиеся в процессе эксплуатации параметры ЭПС создают проблемы высокоточного управления температурными режимами с помощью ПИД-регуляторов, которые не обладают свойствами адаптации.

Ручная или автоматическая настройка коэффициентов ПИД-регулятора проводится, как правило, один раз на незагруженной печи, поскольку данная процедура занимает много времени, может вызвать недопустимые изменения

температуры и привести к браку дорогостоящей продукции. Поэтому показатели качества управления тепловыми режимами загруженной печи будут уже зависеть от «новых» характеристик ОУ и отличаться от оптимальных.

В то же время вычислительные ресурсы современных микропроцессорных устройств позволяют реализовать положения классической теории адаптивного управления и обеспечить тем самым высокие требования к качеству получаемого в результате термообработки изделия в условиях вариации параметров технологической установки и действия внешних и параметрических возмущений. Поэтому проектирование и разработка адаптивных систем управления печами сопротивления востребованы и носят актуальный характер.

Выводы

1. Термическое производство характеризуется многократными изменениями параметров электроустановок в широких пределах и одновременно высокими требованиями, предъявляемыми к статическим и динамическим показателям процессов термообработки, что говорит о необходимости использования адаптивных законов управления.

2. Вычислительные возможности современной микропроцессорной техники в принципе позволяют реализовывать достаточно сложные адаптивные законы управления, однако в применяемых в термическом производстве регуляторах используются лишь функции однократных автонастроек, что не обеспечивает требуемое качество управления. Имеет место разрыв между достижениями теории адаптивного управления и масштабами её практического применения.

3. Проектирование и разработка систем управления на основе микропроцессорной техники, осуществляющих адаптацию к изменяющимся параметрам электропечей в течение всего технологического цикла, являются востребованными промышленным производством и носят актуальный характер.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Смирнов, Максим Александрович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена мультипроцессная организация адаптивной системы, которая обеспечивает требуемое качество управления промышленными электропечами при изменении их параметров в широких пределах.

2. Разработано программное обеспечение функциональных блоков адаптивной системы управления, а именно идентификаторы однократного и многократного действия, наблюдатель полного порядка, регулятор состояния, цифровая модель объекта управления, связь с реальным объектом, задающее устройство и диспетчер.

3. Разработаны диаграммы использования и деятельности, описывающие принцип работы мультипроцессной системы управления и взаимодействие программных модулей.

4. Реализованы механизмы межпроцессного взаимодействия, позволяющие осуществить мультизадачное управление с применением промышленного компьютера или программируемого логического контроллера как в модельном, так и в реальном времени.

5. На основе средств межпроцессного взаимодействия реализована расширяемая модульная система адаптивного управления.

6. Предложены алгоритмы параметрической идентификации, позволяющие решать задачи адаптации первого и второго уровней, в том числе, разработан способ автоматической настройки динамического регулятора состояния по начальному участку переходной характеристики объекта управления.

7. Приведены рекомендации по практическому использованию мультипро-цессного комплекса цифрового адаптивного управления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнов, Максим Александрович, 2012 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Astrom К. J., Wittenmark В. Adaptive Control. - Addison-Wesley, 1994. - 2nd ed. 550 p.

2. Astrom K., Hagglung Т., Hang С., Ho W. Automatic tuning and adaptation for PID-controllers - a survey // Control Eng. Practice. 1993. Vol. 1, №4. P. 699-714.

3. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID control. - ISA (The Instrumentation, Systems, and Automation Society), 2006. - 460 p.

4. Chien K.L., Hrones J.A., Reswick J.B. On the automatic tuning of generalized passive systems // Trans. ASME. 1952. № 74. P. 175-185.

5. GNU Scientific Library. Reference manual. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.gnu.org/software/gsl/manual/gsl-ref.pdf

6. Hongxing L., Bingzhang L. Adaptive control using compensatory fuzzy neural network for vertical electric furnace // IEEE International Conference on Information and Automation, 2023 June 2010. P. 1630-1635.

7. Li Y., Ang K.H, Chong G.C.Y. Patents, software, and hardware for PID control. An overview and analysis of the current art // IEEE Control Systems Magazine. Feb. 2006. P. 41-54.

8. Nguyen D.H., Bui Т.Н. Application of self-tuning controller using pole assignment method in controlling electric oven // International Symposium on Electrical & Electronics Engineering, 24, 25 Oct 2007. P. 48-53.

9. O'Dwyer A. Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules (2nd Edition). - London: Imperial College Press, 2006. - 546 p.

10. Ziegler J.G., Nichols N.B. Optimum settings for automatic controllers. // Trans. ASME. 1942. № 64. P. 759-768.

11. Автонастройщик Delta V. Технический проспект. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.pea.ru/docs/fileadmin/files/emeson/deltav/technical/ PDS_R6_DeltaV_Tune_Rus.pdf

12. Адаптивное регулирование в SCADA системе TRACE MODE. Электронный ресурс. Режим доступа:

http://www.adastra.ru/products/overview/adaptive

13. Адаптивные фильтры: Пер. с англ./ Под ред. К.Ф. Н. Коуэна и П.М. Гранта. - М.: Мир, 1988.-392 с.

14. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах». - М.: Высш. шк., 1989. - 263 с.

15. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его эффективности. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 128 с.

16. Анзимиров JL, Айзин В., Фридлянд А. Новая версия TRACE MODE для Windows NT // Современные технологии автоматизации. - 1998. -№3. - С. 56-59.

17. Антропов А.А. Синтез регуляторов в системе управления энергоблоком // itech. -2010.-№17.-С. 32-37.

18. Антропов А.Т., Сергеев И.А. Программный модуль для автоматизированной настройки регуляторов на базе SCADA Infinity // itech. - 2010. - №17. - С. 38-41.

19. Арендарчук A.B., Бородачев A.C., Филиппов В.И. Общепромышленные электропечи периодического действия. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 112 с.

20. Ауслендер Д.М., Такахаси Я., Томидзука М. Применение микропроцессоров для прямого цифрового управления и алгоритмы для контроллеров на микропроцессорах // ТИИЭР.- 1978,-№2.-С. 113-124.

21. Ахремчик O.J1. Некоторые тенденции в области создания и применения промышленной автоматики // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2006. - №11.- С. 4-6.

22. Бажанов В.Л. Функция самонастройки по методу масштабирования для цифровых ПИД-регуляторов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - №12. - С. 39-42.

23. Вельский В.И., Сергеев Б.В. Промышленные печи и трубы. Учеб. пособие для техникумов. Изд. 2-е, испр. и доп. - M.: Стройиздат, 1974. - 301 с.

24. Варламов И.Г., Сережин Л.П., Филимонов Б.В. "Гаечный ключ" для наладчика САР // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2004. - №9. - С. 17-22.

25. Вещественный интерполяционный метод в задачах автоматического управления: учебное пособие / A.C. Алексеев, A.A. Антропов, В.И. Гончаров, C.B. Замятин, В.А. Рудницкий; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 219 с.

26. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. - M.: Наука, 1979. - 336 с.

27. Все для автоматизации. Встраиваемые компьютеры, АСУ ТП, коммуникации. Электронный ресурс. Режим доступа:

http://empc.ru/e-store/compact_pc_ark/

28. Деменков Н.П., Сенькин A.B. Настройка регуляторов методом уравнений синтеза // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2003. - №4. - С. 32-34.

29. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - M.: Горячая линия - Телеком, 2009. - 608 с.

30. Ерофеев A.A., Поляков А.О. Интеллектуальные системы управления. - СПб.: СПбГТУ, 1999.-265 с.

31. Изерман Р. Цифровые системы управления. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 541 с.

32. Ицкович Э.Л. Классификация микропроцессорных программно-технических комплексов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 1999. - №10.

33. Ицкович Э.Л. Методы совершенствования систем регулирования технологических процессов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - №1. - С. 3-9.

34. Ицкович Э.Л. Проблемы развития контроллеров российских производителей // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - №2.

35. Ковриго Ю.М., Мовчан А.П., Полищук И.А. Метод построения самонастраивающихся регуляторов для промышленного применения // Автоматика, Автоматизация, Электротехнические комплексы и системы. - 2005. - №1. - С. 152-157.

36. Козлов Ю.М., Юсупов P.M. Беспоисковые самонастраивающиеся системы. - М.: Наука, 1969.-455 с.

37. Кокорев C.B., Букреев В.Г. Система нечеткого регулирования температуры электронагревательных установок // Известия Томского политехнического университета. - 2005. -Т.308. -№ 6.

38. Кудинов Ю.И., Кудинов И.Ю., Келина А.Ю. Адаптивный нечеткий регулятор температуры отжига стали в электрической колпаковой печи // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2005,- №9. - С. 37-40.

39. Кузищин В. Автоматическая настройка регулятора ТРМ 101 // АиП. - 2003. - №2. - С. 2-7.

40. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. - М.: Машиностроение, 1976.- 184 с.

41. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1983.

42. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 416 с.

43. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. Пер. с англ. - М.: Наука, 1991.-432 с.

44. Мазуров В.М., Кондратьев В.В. Адаптивный ПИД-регулятор с частотным разделением каналов управления и самонастройки // Приборы и системы управления. - 1995. - №1. -С. 33-35.

45. Марахимов А.Р., Сапаев М., Гулямов Ш.М., Юсупбеков А.Н. Базы правил нечеткого регулятора на основе знаний экспертов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. — №5.-С. 30-34.

46. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т.З: Методы современной теории автоматического управления / Под ред. Н.Д. Егу-пова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 748 с.

47. Мокрушин С. Автоматизация управления электрическими печами // АиП. - 2008. - №2. - С. 27-29.

48. Морозов В. Автоматизированная система обжига керамических изделий // СТА. - 2006. -№3.- С. 64-68.

49. Общая информация о программируемых логических контроллерах ОВЕН. Электронный ресурс. Режим доступа:

http ://www. owen.ru/ru/about/13568456

50. Общепромышленные электропечи непрерывного действия / A.B. Арендарчук, Н.М. Ка-тель и др. - М.: Энергия, 1977. - 248 с.

51. Певзнер В.В. Прецизионные регуляторы температуры / В.В. Певзнер. - М.: Энергия, 1973.- 193 с.

52. Петров Б.Н. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления / Петров Б.Н., Рутковский В.Ю., Крутова И.Н., Земляков С.Д. - М.: Машиностроение, 1972. - 259 с.

53. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. пособие. - 2-е изд., стер. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 256 с.

54. Программные пакеты регулирования для SIMATIC S7. Режим доступа: http://www.siemens.ru/iadt

55. Райцес В.Б. Термическая обработка: в помощь рабочему-термисту. - М.: Машиностроение, 1980. - 192 с.

56. Репин А.И., Смирнов Н.И., Сабанин В.Р. Идентификация и адаптация САР с использованием эволюционных алгоритмов оптимизации // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008. -№3. - С. 31-35.

57. Ротач В.Я. Автоматизация настройки систем управления / В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, A.C. Клюев и др. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 272 с.

58. Ротач В.Я. Адаптация в системах управления технологическими процессами // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2005. - №1. - С. 4-10.

59. Ротач В.Я. Настройка регуляторов модифицированным методом Циглера-Николса // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008. -№2. - С. 38-42.

60. Рубанов В.В. Многоканальные измерители и регуляторы температуры // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. - №4. - С. 52-58.

61. Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И. Параметрическая оптимизация и диагностика с использованием генетических алгоритмов // Промышленные АСУ и контроллеры. -2004.-№12.

62. Салихов З.Г., Шубладзе A.M., Гуляев C.B., Черепова Т.И. Самодиагностирующиеся автоматически настраиваемые ПИ и ПИД системы управления // Цветные металлы. -2001.-№12.

63. Сидлин З.А. Производство электродов для ручной дуговой сварки. - К.: «Екотехнолопя», 2009. - 464 с.

64. Смирнов М.А. Алгоритм прямой цифровой самонастройки микропроцессорного регулятора для апериодических объектов / М.А. Смирнов // Научные труды молодых ученых КГТУ. - Кострома: КГТУ. -2011. -Вып. 12.-Ч. 1.-С. 54-59.

65. Смирнов М.А. Алгоритм цифрового управления электрической печью методом пространства состояний / М.А. Смирнов, Б.А. Староверов, В.В. Олоничев // Вестник КГТУ. -2011.-№26.-С. 62-65.

66. Смирнов М.А. Алгоритмы управления технологическими установками на ПЛК. Особенности и перспективы / Е.С. Морозов, М.А. Смирнов // Материалы 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» - Кострома: КГТУ. - 2011. - Т.2. - С. 106.

67. Смирнов М.А. Аналитический обзор алгоритмов самонастроек микропроцессорных регуляторов / М.А. Смирнов // Вестник КГТУ. - 2010. - № 23. - С. 77-80.

68. Смирнов М.А. Дискретные алгоритмы идентификации для систем управления на основе микропроцессорных контроллеров / В.В. Олоничев, Б.А. Староверов, М.А. Смирнов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2010. -№ 6. - С. 27-31.

69. Смирнов М.А. Микропроцессорная система управления печами термообработки сварочных электродов / В.В. Олоничев, Б.А. Староверов, М.А. Смирнов // Труды международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 20-23 октября 2009 г.). - Пенза: ПГУ. - 2009. - С. 225228.

70. Смирнов М.А. Мультипроцессный комплекс цифрового управления технологическими установками / В.В. Олоничев, М.А. Смирнов, Б.А. Староверов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611749. Зарегистрировано в Рее-

стре программ для ЭВМ 24 февраля 2011 г.

71. Смирнов М.А. Наиболее перспективные алгоритмы управления, применяемые в современных микропроцессорных регуляторах / М.А. Смирнов // Материалы 61-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» - Кострома: КГТУ. - 2009. - Т.2. - С. 136-137.

72. Смирнов М.А. Особенности применения адаптивных микропроцессорных регуляторов для управления технологическими процессами / М.А. Смирнов // Материалы 62-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» - Кострома: КГТУ. - 2010. - Т.2. - С. 79-80.

73. Смирнов М.А. Повышение качества электродной продукции за счет самонастраивающихся систем управления / М.А. Смирнов // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ. -2011. -Т.З. - С. 260-261.

74. Смирнов М.А. Проблемы классификации микропроцессорных регуляторов технологических параметров / М.А. Смирнов // Научные труды молодых ученых КГТУ. - Кострома: КГТУ. - 2009. - Вып. 10. - Ч. 1. - С. 82-86.

75. Смирнов М.А. Расширяемая модульная компьютерная система управления на основе средств межпроцессного взаимодействия UNIX / Б.А. Староверов, В.В. Олоничев, М.А. Смирнов // Вестник ИГЭУ. - 2010. - № 4. - С. 110-113.

76. Смирнов М.А. Самонастраивающаяся система управления с цифровым астатическим регулятором состояния / Б.А. Староверов, В.В. Олоничев, М.А. Смирнов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 6. - С. 43-47.

77. Смирнов М.А. Цифровая самонастраивающаяся система управления процессом сушки / М.А. Смирнов // Материалы 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» - Кострома: КГТУ. - 2011. - Т.2. - С. 104-105.

78. Смирнов М.А. Цифровой адаптивный регулятор для промышленного контроллера с многозадачной POSIX-совместимой операционной системой / Б.А. Староверов, В.В. Олоничев, М.А. Смирнов // Вестник ИГЭУ. - 2011. - №3. - С. 37-39.

79. Соболев О.С. О проблемах адаптивного регулирования промышленных процессов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2004. - №10. - С. 7-9.

80. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. A.A. Красовского. - М.: Наука, 1987.-712 с.

81. Староверов Б.А. Цифровые системы автоматического управления техническими объектами: Учеб. пособие. - Кострома: Изд-во Костромского государственного технологического ун-та, 2005. - 102 с.

82. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов / Е.П Стефани. - М.: Энергия, 1972. - 176 с.

83. Стивене У. UNIX. Взаимодействие процессов. - Спб.: Питер, 2003. - 576 с.

84. Страшинин Е.Э., Утешев К.А., Андреев Д.В. Адаптивный ПИ регулятор для систем промышленной автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - №5. -С. 15-19.

85. Тарарыкин C.B. Системное проектирование линейных регуляторов состояния: учебное пособие / C.B. Тарарыкин, В.В. Тютиков / Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2000. - 98 с.

86. Тверской Ю.С., Таламанов С.А., Агафонова H.A. Методы интервальной оценки частотных характеристик и робастной настройки систем управления / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2010. -220 с.

87. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. - М.: Машиностроение, 1980. - 783 с.

88. Тютиков В.В., Тарарыкин C.B., Варков Е.А. Дискретное модальное управление динамическими системами с заданной статической точностью // Электротехника. - 2003. -№7. - С. 2-6.

89. Усков A.A., Кузьмин A.B. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечёткая логика. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 143 с.

90. Усов В.В., Олоничев В.В. Автоматизированная система термообработки электродов // АиП. - 2008. -№1. - С. 26-28.

91. Фитерман Н.Я., Орищук A.A. Настройка контуров регулирования САР // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - №8. - С. 19-21.

92. Фрадков А.Л. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы. - М.: Наука, 1990.-286 с.

93. Фролов C.B., Елизаров И.А., Солуданов М.Н. Самонастраивающаяся нейросетевая система управления // Вестник ТГТУ. - 2005. - Т. 11. - №4. - С. 848-854.

94. Хэвиленд К., Грей Д., Салама Б. Системное программирование в UNIX. Руководство программиста по разработке ПО. - М.: ДМК Пресс, 2000. - 368 с.

95. Цифровой регулятор OMRON Е5СК. Руководство пользователя. Электронный ресурс. Режим доступа:

http://omron.com.ru/dynamic/managers/manage_13/files/H078RU203.pdf

96. Шелепов Е.П. Кинетика провяливания сварочных электродов II Конструкция и строительство тепловых агрегатов. ВНИПИТеплопроект. - М.: 1984. - С. 115-119.

97. Штейнберг Ш.Е. Идентификация в системах управления. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-80 с.

98. Штейнберг Ш.Е., Залуцкий И.Е. Адаптация стандартных регуляторов к условиям эксплуатации в промышленных системах регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. -2003. - №4. - С. 11-14.

99. Штейнберг Ш.Е., Залуцкий И.Е., Сережин Л.П., Варламов ИТ. Настройка и адаптация автоматических регуляторов. Инструментальный комплект программ // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2003. -№10. - С. 43-47.

100. Штейнберг Ш.Е., Сережин Л.П., Залуцкий И.Е., Варламов И.Г. Проблемы создания и эксплуатации эффективных систем регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2004. - №7. - С. 1-7.

101. Шубладзе A.M., Гуляев C.B., Малахов В.А., Олыпванг В.Р., Кузнецов С.И. Автоматически настраивающиеся адаптивные промышленные регуляторы // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - №7. - С. 12-17.

102. Шубладзе A.M., Гуляев C.B., Шубладзе A.A., Олыпванг В.Р., Малахов В.А. Сравнение качественных показателей работы адаптивного регулятора с кусочно-непрерывным выходным сигналом с работой ПИД регулятора при управление электропечами // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2006. - № 8. - С. 19-23.

103. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления / Пер. с англ. под ред. Н.С. Райбмана. - М.: Мир, 1975. - 685 с.

104. Электрические печи сопротивления и дуговые печи: Учебник для техникумов / М.Б. Гутман, J1.C. Кацевич, М.С. Лейканд и др.; под ред. М.Б. Гутмана. - М.: Энергоатомиз-дат, 1983.-360 с.

105. Электрические промышленные печи. Учебник для вузов. В 2-х частях. 4.1. А.Д. Свен-чанский. Электрические печи сопротивления. Изд. 2-е, перераб. - М.: Энергия, 1975. -384 с.

106. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник / Под ред. А.П. Альтгаузена, М.Д. Бершицкого, М.Я. Смелянского, В.М. Эдемского. - М.: Энергия, 1978.-303 с.

107. Электротермические установки: Учебное пособие / Б.А. Сокунов, Л.С. Гробова. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2004. - 122 с.

108. Электротермическое оборудование: Справочник / Под общ. ред. А.П. Альтгаузена. - М.: Энергия, 1980.-416 с.

109. Ядыкин И.Б. Адаптивное управление непрерывными технологическими процессами / И.Б. Ядыкин, В.М. Шумский, Ф.А. Овсепян. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -240 с.

110. Языки программирования промышленных контроллеров: Учебное пособие / Под ред. К.А. Пупкова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 172 с.

мсотШЖА.

ж

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2011611749

Мультипроцессный комплекс цифрового управления технологическими установками

Правообладатель(ли): ТЬсударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университетр 'пгп

• Ж

Автор(ы): Олоничев Василий Вадимович, Смирнов Максим Александрович, Староверов Борис Александрович (ЯП)

Заявка №2010618352 Дата поступления ЗОдекабря 2010 г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ

24 февраля 2011 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной ' собственности, патентам и товарным, знакам-

БЛ. Симонов

"УТВЕРЖДАЮ" Геисрал1,иы^^0гор ООО "СЗСМ"

Усов

-—„.................-- ..у,

____2011 г

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

мультипроцессной системы адаптивного управления электрическими печами

Настоящий акт составлен в том, что на предприятии "Судиславский завод сварочных материалов" (ООО "СЗСМ") сотрудниками кафедры "Автоматика и микропроцессорная техника" (AMT) Костромского государственного технологического университета смонтирована, налажена и внедрена автоматизированная мультипроцессная адаптивная система управления электрическими печами, используемая для термообработки сварочных электродов.

В состав системы входит сервер баз данных, автоматизированное рабочее место технолога по термообработке и автоматизированное рабочее место прокальщика (управляющий компьютер) под управлением ОС Linux. Объектом автоматизации является камерная электропечь периодического действия; управление электрокалориферами осуществляется через твердотельное реле прибором ТРМ-151, который связан с управляющим компьютером через интерфейс RS-485 по протоколу Овен.

На управляющем компьютере выполняются следующие процессы, синхронизирующие свои действия при помощи семафоров System V:

- диспетчер;

- связь с объектом;

- идентификатор однократного действия;

- модальный регулятор;

- наблюдатель полного порядка;

- задатчик программы термообработки.

Авторские права защищены свидетельством о регистрации программы для ЭВМ РОСПАТЕНТа РФ № 2011611749.

Профессор кафедры AMT

Староверов Б.А.

Аспишн^кафедры AMT

Смирнов М.А.

Доцент кафедры AMT

Олоничев B.B.

АКТ

о внедрении «Мультипроцессного комплекса цифрового управления технологическими установками»

В Костромском государственном технологическом университете под руководством д.т.н. профессора Староверова Б.А. и к.т.н. доцента Олоничева В.В. аспирантом Смирновым М.А. разработан «Мультипроцессный комплекс цифрового управления технологическими установками», позволяющий исследовать и практически реализовывать алгоритмы цифрового адаптивного управления (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2011611749).

Мультипроцессная система используется в лабораторных практикумах, а также в курсовом и дипломном проектировании по дисциплинам «Теория автоматического управления» и «Управляющие системы реального времени» специальности 220301 кафедры «Автоматики и микропроцессорной техники» Костромского государственного технологического университета.

Заведующий кафедрой АМТ

д.т.н., профессор

Староверов Б.А.