Моделирование и анализ процессов функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом производства газобетона

Abstract

RU: Рассмотрена проблема повышения эффективности и качества процессов функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) производства газобетона. Актуальность данной проблемы обуславливается необходимостью учета человеческого фактора при разработке систем данного типа. Объект исследования – методы и средства автоматизации процессов управления сложными технологическими процессами (ТП). Предмет исследования – модели, методы и средства повышения эффективности и качества автоматизации процессов управления технологическими комплексами газобетонного производства. Цель работы – повышение эффективности и качества процессов управления ТП приготовления газобетона на основе создания комплексной математической модели, формализующей деятельность человека-оператора и физические процессы, происходящие в ходе ТП, с учетом характеристик исполнительных механизмов и режимов их управления, а также ее практическая реализация в виде имитационной модели (ИМ) процесса управления дозированием материалов газобетоной смеси на ЗАО «Мотор Сич» (г. Запорожье, Украина). Meтод. Предложено решение рассматриваемой проблемы в виде ИМ процесса функционирования АСУТП приготовления газобетона, основанной на комплексной математической модели процессов дозирования, смешивания компонентов газобетонной смеси и интерактивного взаимодействия оператора с человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ) АСУТП при решении им задач управления ТП. В ИМ человеко-машинная система «оператор-АСУТП» представлена в виде системы массового обслуживания. Для формализации алгоритма деятельности оператора использован обобщенный структурный метод А.И. Губинского. Особенность данной ИМ заключается в том, что она может быть использована для оценки и отладки работы АСУТП, алгоритмов работы с ЧМИ. Результаты. Разработано программное обеспечение и имитационная модель ТП изготовления газобетона u1085 на ЗАО «Мотор Сич», реализующие предложенную комплексную модель на основе транзактного способа организации квазипараллелизма в ИМ. Выводы. В работе предложена комбинированная (аналитико-имитационная) модель процесса автоматизированного управления технологическим процессом приготовления газобетона, которая в отличие от известных моделей управления, включающих процессы дозирования и смешивания, позволяет формализовать деятельность человека-оператора АСУТП, количественно оценить показатели его информационной загрузки, а также дополнительно учитывать в процессе дозирования влияние динамической составляющей веса набора компонентов в бункеры дозаторов и скорость истечения компонентов из расходных емкостей. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач обоснования оптимального выбора структуры, способов управления, вариантов ЧМИ, уточнения параметров системы управления указанным ТП, а также при создании интеллектуальных тренажеров для подготовки операторов. UK: Актуальність. Розглянуто проблему підвищення ефективності та якості процесів функціонування автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУТП) виробництва газобетону. Актуальність даної проблеми обумовлюється необхідністю врахування людського фактора при розробці систем даного типу. Об’єкт дослідження – методи і засоби автоматизації процесів управління складними технологічними процесами (ТП). Предмет дослідження – моделі, методи і засоби підвищення ефективності та якості автоматизації процесів управління технологічними комплексами газобетонного виробництва. Мета роботи – підвищення ефективності і якості процесів управління ТП приготування газобетону на основі створення комплексної математичної моделі, що формалізує діяльність людини-оператора і фізичні процеси, що відбуваються в ході ТП, з урахуванням характеристик виконавчих механізмів і режимів їх управління, а також її практична реалізація у вигляді імітаційної моделі ( ІМ) процесу управління дозуванням матеріалів газобетонної суміші на ЗАТ «Мотор Січ» (м. Запоріжжя, Україна). Meтод. Запропоновано рішення розглянутої проблеми у вигляді ІМ процесу функціонування АСУТП приготування газобетону, заснованої на комплексній математичній моделі процесів дозування, змішування компонентів газобетонної суміші та інтерактивної взаємодії оператора з людино-машинним інтерфейсом (ЛМІ) АСУТП при вирішенні ним завдань управління ТП. В ІМ людино-машинна система (ЛМС) «оператор-АСУТП» представлена у вигляді системи масового обслуговування. Для формалізації алгоритму діяльності оператора використаний узагальнений структурний метод А. І. Губинського. Особливість даної ІМ полягає в тому, що вона може бути використана для оцінки та налагодження роботи АСУТП, алгоритмів роботи з ЛМІ. Результати. Розроблено програмне забезпечення та імітаційна модель ТП виготовлення газобетону на ЗАТ «Мотор Січ», що реалізують запропоновану комплексну модель на основі транзактного способу організації квазіпараллелізма в ІМ. Висновки. В роботі запропонована комбінована (аналітико-імітаційна) модель процесу автоматизованого управління технологічним процесом приготування газобетону, яка на відміну від відомих моделей управління, що включають процеси дозування та змішування, дозволяє формалізувати діяльність людини-оператора АСУТП, кількісно оцінити показники його інформаційного завантаження, а також додатково u1074 враховувати в процесі дозування вплив динамічної складової ваги набору компонентів в бункери дозаторів і швидкість витікання компонентів з витратних ємностей. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення, що дозволяє рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні завдань обґрунтування оптимального вибору структури, способів управління, варіантів ЛМІ, уточнення параметрів системи управління зазначеним ТП, а також при створенні інтелектуальних тренажерів для підготовки операторів. EN: Context. The problem of increasing the efficiency and quality of functioning of the Automated Control System (ACS) for aerated concrete production is considered. The relevance of the problem is determined by the need to take into account the human factor in the development of systems of this type. Methods and means of control processes automation with the help of complex technological processes (TP) are the research object. The subject of the research is models, methods and means of increasing the efficiency and quality of control process automation of technological complexes in aerated concrete production. Objective. The complex mathematical model is to be developed to bring automated control of technological processes for aerated concrete production to the advanced level of its efficiency and quality. The complex mathematical model formalizes humanoperator activity and technological process on the physical level including characteristics of actuators and their control modes. Practically the complex mathematical model is implemented as a certain imitation model (IM), which represents control process for dosing the components for aerated concrete mixtures at JSC “Motor Sich” (Zaporizhzhia, Ukraine). Method. The solution of the considered problem in the form of the IM operating process of the ACS for aerated concrete preparation is proposed. It is based on a complex mathematical model of dosing and mixing aerated concrete components and the interactive work of the operator with the human-machine interface (HMI) of the ACS when solving the TP control tasks. In the IM, the human-machine system “operator-ACS” is presented in the form of a queuing system. To formalize the operator’s activity algorithm, the generalized structural method offered by A.I. Gubinsky is used. The peculiarity of this IM is that it can be used to evaluate and debug the ACS and HMI algorithms. Results. The software and IM of the technological process for aerated concrete production at JSC "Motor Sich" was developed. That implements the proposed complex model based on a transact technique of organizing quasi-parallelism in IM. Conclusions. The research proposes a combined (analytical-imitation) model of the automated control process for the aerated concrete preparation technology. Unlike other well-known control models which include dosing and mixing processes, this one suggests the approach that allows formalizing the activity of the ACS operator, quantifying the indicators of his information load and taking into account the influence of the dynamical changing of the components set weight in the dispenser hoppers and the components flow velocity from the consumable containers in the dosing process. The conducted experiments proved the operability of the software proposed; such software may be recommended for practical use in solving the problems of justifying the structure optimal choice, control methods, HMI variants, clarifying the ACS parameters for the specified technological processes, and also for development of intelligent simulators to be used for operator training.