Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
A multilevel resource-saving blast furnace process control
Статья научная
A multilevel resource-saving blast furnace process control is considered. The resource-saving control is provided for operating, adaptation, technical and economic control in the automated systems of blast-furnace processes. It is proposed to form optimal operation modes of blast furnace heating, metal charge structures, natural gas and oxygen consumption. Decisions are made using Kohonen neural networks taking into account current and planned parameters of coke quality, iron ore, raw materials and blast. At the level of operating control, the work suggests a model predictive control to improve the resource conservation indicators. The method is based on decomposition of the general problem of the process dynamics identification on particular problems: dynamic synchronization and identification of process transfer functions. At the level of adaptive control, optimal operating modes of blast furnaces are expedient to be developed with respect to blast furnace heating, structure of metal charge, natural gas and oxygen rate considering the current and planned parameters of coke, blasting. The blast furnace operating modes are suggested to be determined based on Kohonen neural networks. In evaluating the efficiency of introducing the model predictive control, the existing actual statistics of scatter of BF mode parameters should be based upon. The fact is that the introduction of model predictive control assumes no radical change of the BF melt technology. Like in all the control systems, the BF process is considered as the set control object with all its characteristics. Changing process settings, raw material content does not introduce any cardinal variation in the scatter of process characteristics. However, in this case a transient process occurs which is necessary for the control system to identify the changing conditions. The transient process is inherent to all the control systems and the blast furnace process is not an exclusion. As a result of transient process, the control system is set to the optimal mode.
Бесплатно
Статья научная
Introduction. Heat and mass transfer devices based on flow of a thin layer of viscous fluid are widely used in numerous industry fields (chemical, petrochemical, energy, food, etc.). Falling film devices (film rectifiers, absorbers, steam generators, etc.) efficiency is related to large contact surface area and low liquid flow rate. Aim. Numerical study of wave characteristics of a thin layer of a viscous liquid both during free flow and during evaporation. Materials and methods. This work presents results of computational modeling of vertical water liquid film flow at low Reynolds numbers in the framework of partial differential equation of the state of the free surface of the liquid film. Equation coefficients include different physicochemical factors such as surface tension parameter and temperature gradients influence parameter. Analytic dependence of Marangoni parameter critical values is presented. Liquid film flow is investigated both at free flow and at evaporation of liquid. Temperature gradients influence causing increase of instability region and changing parameters of liquid film wave flow is taken into account. Utility developed in C++ is used for computation of wave characteristics and instability regions of liquid films. Results. Computational experiments were carried out for the vertical water film both at free flow and at evaporation. As a result of computational experiments liquid film flow regimes with a maximum value of the increment were selected; such regimes are shown in experimental studies of other researchers. Marangoni parameters critical values, at which destruction of film is possible, were calculated. Conclusion. Increment increases and phase velocity decreases under conditions of evaporation, and conditions are created for the destruction of the liquid film in heat and mass transfer devices and formation of “dry spot” on their surface. Liquid films flows investigation is relevant due to wide use of industrial falling film devices based on evaporating liquid films (evaporators, vaporizing apparatus); its results could be used in the design or modernization of existing equipment and in the design of technological processes in liquid films.
Бесплатно
Development of automatic control system of hot-strip mill process parameters
Статья научная
It is observed that the contemporary trend of rolling development is widening of hot-strip mills assortment because of ultrathin hot-rolled strips production instead of cold-rolled ones. The advisability of the automatic control system of process parameters (such as tension, gauge, and roll speed) update is demonstrated on the examples of wide-strip mills 2000 and 2500 at Magnitogorsk Iron & Steel Works. Control algorithms for electric drives speed rates are examined, which provide proportional position control of finishing rolling speed under control and perturbation actions with corrective action transmission against rolling direction. Corrected digital algorithms of tension dynamic control enabling longitudinal grow-back decreasing due to accuracy increase of looper electric drive torque and loop size in interstand space computation are presented. The streamlined structure of automatic control system of strip gage (ACSG). The system realizes control method on base of indirect control with sensor values averaging over a specified period of time combined with direct control following exit gage signal and external correction providing perturbation actions compensation and draft redistribution in finishing trains. The developed system of automatic head end gage correction by moving rollers apart before strip enters mill with their subsequent return to specified position for main strip end rolling is demonstrated. The results of improved ACSG application investigations on operating rolling mill are presented. The method and the system of interactive tension and strip gage control are proved and examined whereby automatic correction of hydraulic roll screwdown position of the previous stand under perturbation and control actions caused by change of looper or roll screwdown of the next stand positions is implemented. The results of research and commercialization of the developed systems confirm technical-and-economic efficiency provided with reduction in input of materials, improvement in the quality of production and steadiness of the processing.
Бесплатно
Multilayered approach to model predictive industrial process control
Статья научная
The method of the industrial processes efficiency increasing based on the multilayered approach to the control task solution is proposed in the article. According to this approach the existing technology regulations of estimation process conducting in terms of the true accuracy of operating parameters holding is used as the regulatory constraint defining their acceptable region. Within the field specified the process of the controlled operating parameters values optimization according to the current data about operation is implemented. The optimization process is based on multidimensional simplex method usage and orthogonal planning of problem solving in combination with the method of effective domain elliptic approximation. The example of using the proposed method for the blast-furnace process efficiency increasing is given.
Бесплатно
Автоматизация группы питательных насосов в транспортабельной котельной установке
Статья научная
Модернизация систем автоматического управления электрических устройств играет важную роль с точки зрения энергоэффективности и энергосбережения при эксплуатации теплоэнергетических установок. Разработка учебного лабораторного стенда, который имитирует работу прямоточного парового котла змеевикового типа в составе транспортабельной котельной установки, позволила внедрить систему автоматического управления питательным насосом с помощью внедрения контроллера, частотного привода и управления устройством посредством программы SCADA. На основе экспериментальных данных в результате работы учебного лабораторного стенда предложена идея по созданию автоматизированной системы управления группой питательных насосов для прямоточных паровых котлов змеевикового типа, которые эксплуатируются в составе транспортабельной котельной установки на нефтепромысловой площадке. Данная установка и котельный агрегат приняты за базовые модели при проектировании учебного лабораторного стенда. Цель работы заключается в создании схемы автоматизации группы насосов транспортабельной котельной установки, используя экспериментальные данные с учебного лабораторного стенда, а также приняв во внимание теоретическую и практическую составляющую по применению автоматизации всей или части группы питательных насосов с точки зрения энергоэффективности и энергосбережения. Материалы и методы содержат информацию о создании и адаптации математической модели для описания работы насосов с учетом гидравлических сопротивлений, которые возникают за счет змеевиков котла - навитых труб сложной формы в виде коаксиального цилиндра. Результаты работы отражены в виде алгоритмической структурной схемы блока насоса и принципиальной схемы автоматизации группы насосов котельной установки. В ходе работы предложен перечень оборудования для модернизации системы управления блоком питательных насосов. В заключении рассмотрены перспективы дальнейшей разработки в данной области, приведены преимущества разделения насосов на подгруппы, такие как основные - регулируемые и вспомогательные - нерегулируемые, а также положительные аспекты в использовании частотного регулирования для основных насосов в составе эксплуатируемой котельной установки.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы повышения эффективности сверхмощных дуговых сталеплавильных печей. Отмечены особенности эксплуатационных режимов печей рабочим объемом 180 т (ДСП-180), представлен график изменения потребляемой активной мощности. Приведена функциональная схема и рассмотрен принцип действия двухканальной системы управления электрическим режимом ArCOS. Отмечены недостатки, связанные с регулированием импеданса вторичного контура и низким быстродействием системы. Рассмотрены стадии технологического процесса и типовые диаграммы переключения регулируемых параметров. Отмечена перспективность разработки трехканальной системы управления электротехнологическим режимом ДСП с автоматическим регулированием напряжения трансформатора, индуктивного сопротивления реактора и импеданса вторичного контура. Поставлена задача реализации данного принципа на действующем силовом электрооборудовании с использованием алгоритмов системы ArCOS. На основе анализа графиков активной мощности определены индуктивные сопротивления реактора для конкретных значений тока дуги при фиксированном вторичном напряжении. Предложен алгоритм расчета оптимальных соотношений вторичного напряжения трансформатора и индуктивного сопротивления реактора. С его использованием определены номера ступеней трансформатора и реактора, которые обеспечивают поддержание фиксированных значений потребляемой активной мощности. Данные соотношения рекомендованы для использования при разработке оптимальных электрических режимов ДСП-180. В качестве перспективного направления определена разработка системы управления электротехнологическим режимом ДСП с бесконтактным регулированием вторичного напряжения трансформатора и индуктивного сопротивления реактора.
Бесплатно
Выбор решений при оперативном нейроуправлении процессом помола шихты в цементном производстве
Статья научная
Предлагается метод нейроуправления технологическим процессом помола шихты в цементном производстве с целью повышения его энергоэффективности. Необходимость применения нейроуправления вызвано тем, что качество помола и потребление ресурсов зависит от многих факторов, которые представляют большие трудности их измерения и прогнозирования показателей эффективностей. Достоверное измерение влияющих факторов необходимо для решения задачи определения наилучшего сочетания объема шаровой нагрузки помола и необходимого количества твердых веществ для оптимизации показателя уменьшения размера частиц шихты при минимальном удельном расходе энергии. Нейроуправление строится на основе обучения нейронной сети с учителем, в роли которого выступает опытный оператор мельницы, реализующий эффективное управление процессом помола. Контроллер, построенный на основе нейронных сети, должен работать в реальном времени и отражать текущее состояние процесса помола. Выбор решений при решении задачи оперативного управления с использованием нейронной сети относится к классу многокритериальных задач. В работе предложен метод принятия решений, исходя из множества допустимых технических условий, накладываемых на процесс помола. Подобная постановка задачи в общем случае является противоречивой. В работе предложен подход к решению данной задачи на основе определения максимального числа совместных взвешенных условий, налагаемых на процесс. Подобный подход позволяет организовать интерактивную процедуру выбора допустимого решения при оперативном управлении процессом помола. Предложена оперативная компьютерная модель процесса помола клинкера при производстве цемента.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача выборочного контроля качества металлических функциональных материалов, которые должны обладать строго определенными и настраиваемыми физическими и химическими свойствами, дающими возможность реализовывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов. Предлагается проверять соответствие получаемых потребительских свойств создаваемого материала заданным значениям путем сравнения параметров микроструктуры, определяемым по фотографиям шлифов с помощью автоматизированной информационной системы. Именно проверка микроструктуры является отличительной особенностью производства функциональных материалов. Проверка их свойств на макроуровне производится лишь для подтверждения результатов анализа микроструктуры с целью повышения достоверности проведённого анализа. Рассматриваемая система поддержки принятия решений является информационно-аналитической системой, и предназначена для информационного сопровождения процедуры контроля качества функциональных материалов на уровне распознавания и расчета параметров образов по фотографиям микрошлифов, а также интеллектуальной поддержки процедуры контроля качества материалов на уровне формирования и применения специализированной базы знаний с возможностью объяснения полученных логических выводов. В качестве контролируемых величин выступают параметры фазового состава (объемные доли фаз) и зеренной структуры (размеры и степень анизотропии зерен) исследуемого материала. Предполагается, что построение метрик для сравнения комплексной оценки фазового состава и комплексной оценки зеренной структуры осуществляется экспертом материаловедом на этапе построения интеллектуальной системы в процессе разработки технологического процесса изготовления функционального материала в виде правил, которые сохраняются в экспертной системе. Далее полученные метрики будут использоваться на предприятиях по производству функциональных материалов для проведения контроля его качества. Принятие решения о качестве произведенного ФМ является многокритериальным решением, поскольку производится по совокупности результатов одновременного сопоставления целого ряда свойств произведенного материала с критериями, сформулированными его разработчиками. Приводится демонстрационный пример выборочного контроля качества арматурной стали с заданными прочностными свойствами, получаемыми за счет термообработки материала. Показывается, что путем сравнения значений трех параметров зеренно-фазовой структуры можно контролировать значение твердости исследуемой стали.
Бесплатно
Интеллектуальное управление процессами технологической подготовки машиностроительного производства
Статья научная
Рассмотрена модель автоматизированного управления процессами в машиностроительном производстве, основанная на процессном подходе и применении механизма обратных связей. Предложен новый подход к синтезу технологических операций на основе формирования последовательных цепочек знаний переходов. Гибкость процесса технологической подготовки достигается выбором наилучшего решения, удовлетворяющего требованиям текущей производственной ситуации. Предложен новый метод представления знаний на основе XML-схем, основанный на создании элементов знаний для технологических объектов и переходов. Элементы знаний включают атрибуты, определяющие их свойства и типы данных.
Бесплатно
Статья научная
Обозначена важность планирования добычи для улучшения показателей эффективности горнодобывающего предприятия. Показана возможность использования имитационного моделирования для этой цели. Показано, что созданная модель имеет большое количество стохастических параметров. Исследовано, что существует проблема отсутствия исследований влияния выбора различных статистических распределений на результаты моделирования горных работ. Известно, что при увеличении стохастических отклонений от заданных параметров производительность систем массового обслуживания падает. Цель исследования: исследование влияния четырех статистических распределений случайной величины (равномерное, нормальное, отрицательное биномиальное и распределение Пуассона) для отдельных операций и их комбинаций. Кроме того, нужно определить, насколько сильно изменение одного конкретного параметра повлияет на общий результат работы модели. Материалы и методы. В созданную ранее имитационную модель ко времени отдельных операций добавляется стохастическая задержка. Исследуется добавление такой задержки с разным статистическим распределением, но с одинаковым математическим ожиданием. Результаты моделирования сравниваются между собой, для каждой отдельной операции показывается абсолютное и относительное отклонение результатов. Далее производится аналогичное моделирование при изменении всех выбранных параметров одновременно. Результат. Показано, что величина отклонения значительно различается между собой для всех отклонений. Для различных единичных изменений операций наибольшее и наименьшее отклонение могут дать разные статистические распределения. Для исследования совместного изменения всех параметров реализуются 3 сценария моделирования: все равномерные распределения (этот случай используется сейчас), сценарий с наименьшим отклонением и сценарий с наибольшим отклонением. Показано значительное изменение результатов моделирования при переходе к другому сценарию. Заключение. Делается вывод, что показано значительное влияние выбора использованных статистических распределений на точность моделирования работы комбайна, особенно при их совместном учете. Полученные результаты могут использоваться для уточнения влияния отдельных факторов в имитационной модели и улучшения планирования калийных горно-выемочных работ, в том числе для отдельных комбайнов.
Бесплатно
Исследование возможности управления процессом ректификации нефти с применением типовых регуляторов
Статья научная
Рассматривается разработка нелинейной динамической модели процесса ректификации нефти с применением MATLAB. Динамическая модель включает систему уравнений материального баланса, парожидкостного равновесия, теплового баланса. Поставлена задача оценки возможности применения методов настройки регуляторов для нелинейной модели. Коэффициенты таких регуляторов могут быть подобраны для конкретного состояния объекта. При переходе в другие состояния не обеспечивается требуемое качество переходных процессов. Одним из контролируемых возмущений в системе является расход сырья. Получены функции этого возмущения по разным каналам, используя нелинейную модель объекта. Приведены результаты аппроксимации контролируемых возмущений в системе с применением метода наименьших квадратов. Определены подходы к управлению многомерными объектами: связанное регулирование, управление с использованием математической модели. Методами, альтернативными ПИД, являются следующие: применение нечетких, регуляторов, адаптивных регуляторов, структуры с применением генетических алгоритмов.
Бесплатно
Исследование возможности управления усреднением руды методами классической теории управления
Статья научная
Показана важность проблемы усреднения руды на калийных предприятиях и поиска оптимального комплекса мер по устранению проблемы. Обозначена проблема большого разброса нерастворимых остатков на калийных предприятиях Верхнекамья. На текущий момент она решается бункерным усреднением, но это работает не всегда эффективно. Было предложено использовать ранее описанный метод осмысленной рассыпки по складу и прицельной выборки в зависимости от состава. Была построена математическая модель загрузки и разгрузки склада, предложены алгоритмы и расчет координат точки сброса и выемки руды в зависимости от содержания в руде нерастворимого остатка и хлористого калия. Этот способ позволяет исключить возможность брака и осуществляет усреднение сырья оптимальным образом. По показателям в имитационной модели прицельная выборка на складе уменьшает процентный разброс нерастворимых остатков в руде. Было решено исследовать процесс выборки на складе для идентификации. Цель исследования заключается в проверке возможности управления выборкой как обычным технологическим объектом с помощью пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора. Для этого была проведена идентификация объекта управления, а именно: на вход системы был подан единичный скачок воздействия. Материалы и методы. Стандартное воздействие было смоделировано на ранее разработанной имитационной модели склада, где задаются геометрические параметры склада, физические параметры элементов руды, а также параметры движения сопла и скрепера. С ее помощью проводится эксперимент по выборке хлористого калия из руды. Фиксируются результаты выборки руды по начальным установкам, а затем после пятипроцентного скачка. Результаты моделирования представляются в виде нормированного графика для сравнения результатов и определения поведения системы. Результат. Полученный массив значений был перенесен в ранее разработанный калькулятор передаточных функций. По найденным значениям был построен сглаженный нормированный график, который и нужно было идентифицировать. В результате проделанной работы была получена передаточная функция апериодического звена первого порядка с запаздыванием. Заключение. При анализе графиков был сделан вывод о допустимости полученной функции. По полученным массивам значений была рассчитана погрешность, которая составляет 6,5 %. Передаточная функция была идентифицирована, следовательно, выборкой на складе можно управлять с помощью пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора.
Бесплатно
Методология системного моделирования адаптивного управления машиностроительным производством
Статья научная
Модельная парадигма цифрового управления в производственных системах основана на интеллектуальной интеграции виртуальных и реальных процессов с объектами производства (их системными моделями). При этом платформой (средой) интеллектуальной интеграции виртуальных и реальных процессов выступает информационная среда предметно-ориентированной области. Функции специалистов в этом случае сводятся к роли экспертов, которые реализуют формальные предикатные знания, прописанные в соответствующих методиках и должностных инструкциях (документах) и анализируют актуализированные данные реального производства из соответствующих БД и БЗ. Этим обеспечиваются свойства идентифицируемости и прослеживаемости объектов производства и их процессов. Пространственное и временное распределение объектов производства холдинга определяют базовую систему координат для их системного моделирования и управления. Автоматизация интеллектуальных процессов организации, планирования, мониторинга и управления взаимосвязанными производственными объектами в пространстве и времени с учетом влияния внешней среды в реальном и виртуальном аспектах является важной и актуальной задачей. Системное моделирование - одна из основных составляющих организации любого процесса, в том числе и производственного. Необходимо также отметить, что процесс системного моделирования сам по себе является интеллектуальным, трудоемким и объективным процессом. Цель исследования. Разработать методологию системного моделирования (системного описания) и адаптивного управления производственной деятельностью отдельными предприятиями в составе машиностроительного холдинга. Разработать методику реализации данной системной модели. Методы исследования, использованные в работе: - принципы методологии системной инженерии (процессного подхода, жизненного цикла и др.); - комплексный подход и структурный анализ разнообразия информационных процессов взаимодействия отдельных производственных предприятий в составе холдинга; - функциональное моделирование динамических систем. Результаты. Предложена методология системного моделирования (системного описания) многоуровневого адаптивного управления распределенными в пространстве и времени производственными системами с учетом влияния внешней среды. На примере машиностроительного холдинга показано, что данная интеллектуализированная системная динамическая модель может быть реализована в форме информационно-советующей системы. Заключение. Предложенная методология системного анализа и моделирования адаптивного управления машиностроительным производством в составе холдинга позволяет решать актуальные задачи эффективного управления производственной деятельностью с учетом влияния внешней среды.
Бесплатно
Статья научная
При прецедентном управлении автоматизированными насосными комплексами необходим учет характеристик динамических процессов с целью уменьшения или полного устранения различных нестационарных гидравлических процессов, в том числе кавитации. В статье рассмотрены условия возникновения в насосных комплексах локальных колебаний гидродинамического характера, способствующих возникновению или активизации указанных нежелательных процессов, с построением динамических моделей на основе метода электроаналогии и применением критериев устойчивости теории автоматического управления. Осуществлено построение математической модели локальных динамических процессов, анализ условий устойчивости и степени колебательности, их численное моделирование. Определение данных условий предоставляет дополнительную информацию для обоснованного выбора прецедентов при автоматизированном управлении насосным комплексом. Цель исследования: определение условий устойчивости локальных динамических процессов при прецедентном управлении автоматизированным насосным комплексом с учетом канала байпаса на основе моделирования с использованием метода электроаналогии. Материалы и методы. Для проведения исследования были использованы методы математического моделирования, в частности метод электроаналогии, методы теории автоматического управления с использованием аппарата передаточных функций, методы численного моделирования с применением программного комплекса SimInTech. Результаты. Осуществлено построение динамической модели насосного комплекса с учетом канала байпаса на основе метода электроаналогии. Это позволило провести анализ устойчивости и степени колебательности процесса перекачивания жидкости с использованием методов теории автоматического управления. Полученные в аналитическом виде условия, находящиеся в зависимости от статических и динамических параметров насосного комплекса, определили границы областей на напорно-расходной характеристике с определенной степенью устойчивости и колебательности динамических процессов. Заключение. Результаты исследования позволяют определить условия, при которых в насосных комплексах на основе центробежных насосов, оснащенных каналом байпаса, возникают локальные колебательные процессы, способствующие возникновению или активизации нежелательных гидродинамических процессов. Данные условия позволяют осуществлять формирование и использование базы прецедентов при управлении режимами работы насосных комплексов с учетом фактора колебательности.
Бесплатно
Статья научная
Прихват технологического инструмента считается одним из самых капиталоемких видов аварий в бурении нефтяных и газовых скважин, которые оказывают существенное влияние на стоимость скважины. Прогнозирование прихвата технологического инструмента на стадии проектирования и в процессе бурения скважин позволяет минимизировать риски их возникновения, а также позволяет выбирать оптимальный способ предупреждения их возникновения для конкретных геолого-технических условий. Работа посвящена модели и алгоритму прогнозирования прихвата технологического инструмента по глубине ствола скважины на основе 4-модульной нейронной сети. В работе приведена классификация группы методов прогнозирования прихвата, а также критический обзор существующих методов. В работе приводится метод преобразования элементов входных данных на примере текстовых и категориальных типов данных. Благодаря этому в модели представляется возможность включения в перечень элементов входных данных ранее не воспринимаемые моделями такие геологические параметры, как типы горных пород, которые являются одним из важнейших факторов, влияющих на процесс возникновения прихват. С целью формирования перечня значимых элементов входных данных представлен расчет коэффициентов корреляции между элементами входных данных и целевыми переменными. Экспериментальным методом выбирается тип и архитектура, а также гиперпараметры модульной нейронной сети. На основе обученной и проверенной 4-модульной модели прогнозирования предлагается алгоритм проведения процедуры прогнозирования прихвата на стадии проектирования и бурения скважины. Отличительной особенностью предлагаемого метода является то, что в модели прогнозирования в качестве элементов входных данных применяется широкий диапазон универсальных факторов, таких как геологические, технологические и реологические параметры бурового раствора, а также технико-технологические свойства и параметры бурения, влияющие на процесс возникновения всех типов прихват. Предложенная модель в перспективе имеет возможность дообучаться и адаптироваться к новым данным, что часто происходит при бурении скважин на новых месторождениях.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Существуют различные практические способы реализации магнитной левитации как метода удержания или подъема объекта с помощью одного только магнитного поля. В работе рассматривается следующий принцип создания равновесия тела. Небольшой цилиндрический неодимовый магнит удерживается при электромагнитном взаимодействии с пульсирующим током, протекающим через катушку. Для возникновения парящего эффекта при приближении магнита к катушке ток через нее отключается электронным ключом, срабатывающим от цифрового датчика Холла, расположенного на оси катушки. Вызывает практический интерес разработка простых рекомендаций, позволяющих прогнозировать факт удержания тела при данной конструкции катушки, токе через нее, размерах и свойствах постоянного магнита. Мало инженерных методик, позволяющих определять положение тела, его устойчивость и характер движения во взвешенном состоянии. Целью исследования является теоретическое и экспериментальное исследование динамических параметров постоянного магнита при его удержании в импульсном магнитном поле и создание упрощенной расчетно-экспериментальной методики для определения характеристик поведения тела во взвешенном состоянии. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы математического и компьютерного моделирования, а также экспериментального исследования. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки пакета Mathcad основывалось на известных методах численного интегрирования системы дифференциальных уравнений. Результаты. Предложена упрощенная расчетно-экспериментальная методика по определению магнитных моментов для постоянного цилиндрического магнита и катушки с током, а также примерного значения координаты положения тела во взвешенном состоянии. Разработана математическая модель одномерного движения магнита под действием силы тяжести и электромагнитной силы взаимодействия с импульсным магнитным полем при известном расстоянии, на котором происходит выключение тока. Заключение. Экспериментально и посредством компьютерного моделирования установлено, что чем выше частота пульсаций, тем при удержании тела наблюдается его меньшая амплитуда пульсаций и устанавливается более устойчивое равновесие. Частота пульсаций уменьшается с увеличением массы постоянного магнита, причем есть критическая масса, которая уже не удерживается в электромагнитном поле. При увеличении напряжения, подаваемого на коммутатор катушки, возрастает частота пульсаций тела и потребляемая электрическая мощность, при этом коэффициент заполнения импульсов тока снижается.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вопрос оптимального управления процессом нанесения гальванического покрытия в ванне с многосекционными анодами. Произведен анализ современных способов управления гальваническими процессами в ваннах с многосекционными анодами. Исследовано влияние плотности тока, межэлектродного расстояния, интенсивности перемешивания электролита, а так же форм и размеров обрабатываемых деталей на равномерность распределения толщины покрытия. В результате проведенных исследований установлен экстремальный характер зависимости равномерности покрытия от плотности тока и межэлектродного расстояния. Произведен анализ методов поиска экстремума. Разработан алгоритм решения задачи оптимального управления процессом нанесения гальванопокрытия в ванне с многосекционными анодами с использованием генетических алгоритмов.
Бесплатно
Повышение производительности дробильно-обогатительной фабрики на основе оптимизационной модели
Статья научная
В связи с высоким спросом на железорудные окатыши на российском внутреннем и мировом рынках высокую актуальность имеет задача повышения объемов производства железорудного концентрата при обеспечении требуемого качества. В работе предложена общая технико-экономическая постановка задачи оптимизации дробильно-обогатительной фабрики (ДОФ) по критерию максимума маржинальной прибыли предприятия. Решение задачи выполняется при соблюдении технологических ограничений по режиму работы технологической секции, типу производимого концентрата, обеспечению требуемого качества концентрата на выходе, составу работающего оборудования и другим параметрам. Подробно рассмотрена частная задача повышения производительности технологической секции ДОФ за счет оптимизации режимов работы оборудования. Традиционным подходом к решению данной задачи является применение физико-химических моделей в сочетании с экспериментальным изучением технологического процесса. В работе предложен подход на основе применения оптимизационной математической модели, разработанной с использованием интеллектуального анализа статистических данных Data Mining. В качестве метода построения модели принят метод деревьев принятия решений. Поиск наилучшего решения в смысле выбранного критерия выполняется методом перебора. Результатом моделирования является оценка производительности секции в зависимости от влияния входных управляющих факторов, параметров исходной руды, а также технологических ограничений. В работе приведен методический пример применения модели управления технологическим процессом производства железорудного концентрата технологической секции ДОФ с повышением производительности до 7 %. Практическое применение предложенного подхода позволит в рамках существующей автоматизированной системы управления в режиме реального времени предоставлять оператору рекомендации о корректировке параметров управления режимами работы технологического оборудования секции ДОФ с учетом текущих условий технологического процесса.
Бесплатно
Разработка автоматизированной системы управления для учебного лабораторного стенда
Статья научная
Учебный лабораторный стенд создан для имитации работы прямоточного котла с целью изучения гидравлических и теплофизических процессов, происходящих в таких устройствах. Изучив гидродинамику теплоносителя в цилиндрическом сложнонавитом змеевике, можно повлиять на паропроизводительность котла, улучшить его энергоэффективность. В учебных целях обучающийся может изучить режимы течения жидкости и воздуха, научиться управлять электрооборудованием, освоить работу запорно-регулирующий арматуры и проборов для измерения расхода, температуры и давления. Цель работы заключается в проектировании, создании и запуске учебного лабораторного стенда, который позволяет воспроизвести гидравлический и аэродинамический режимы работы прямоточного парового котла змеевикового типа без нагрева теплоносителя. Материалы и методы. Для проектирования была принята за основу модель реального парового котла змеевикового типа и адаптирована под условия эксплуатации для проведения лабораторных работ. Результаты. В качестве результата представлены тепломеханические схемы гидравлической и аэродинамической систем, алгоритм работы гидравлической системы, схема автоматизации, а также перечень подобранного оборудования и фото собранного лабораторного стенда. Заключение. Современные приборы автоматизации могут позволить снять показания теплоносителя и воздуха с высокой точностью, а также передать экспериментальные значения на персональный компьютер для сохранения и последующего анализа данных. Учебный лабораторный стенд позволит провести углубленное изучение гидравлических и аэродинамических процессов в прямоточном паровом котле змеевикового типа, процессы изменения и возникновения ламинарного и турбулентного режимов, а также их влияние на повышение энергоэффективности рассматриваемых котлов, а в перспективе и на отдельное теплообменное оборудование.
Бесплатно
Разработка системы автоматического регулирования флегмового числа ректификационной колонны
Статья научная
Введение. В статье приведен обзор способов управления установками первичной переработки нефти. Для улучшения эффективности разделения предложено стабилизировать флегмовые числа в ректификационной колонне. Цель работы. Разработать систему автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки. Исследовать режимы работы атмосферной колонны с участием полученной системы автоматического регулирования. Материалы и методы. Рассмотрены особенности процесса ректификации нефти атмосферного блока нефтеперерабатывающей установки малой мощности. Отмечены особенности отвода тепла с промежуточным циркуляционным орошением по сравнению с крупнотоннажной установкой. Выполнен выбор параметров объекта с разделением на группы. Для достижения поставленной в работе цели составлена динамическая модель секции кожухотрубных теплообменных аппаратов для нагрева нефти дизельным топливом на нефтеперерабатывающей установке малой мощности в виде системы дифференциальных уравнений теплового баланса. Для нахождения расхода обессоленной нефти и расхода соленой воды составлено уравнение материального баланса электродегидратора. Получена зависимость флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны от температур на входе и выходе циркуляционного орошения атмосферной колонны, расходов острого орошения, циркуляционного орошения и отбора нефтяных фракций. Результирующая модель состоит из двух частей: линейной части секции электродегидратора и теплообменников, определяющей температуры теплоносителей, и нелинейной выходной части, определяющей флегмовое число в зависимости от технологических параметров. Предлагаемая модель позволяет исследовать влияние возмущающих воздействий на управляемые параметры. Инструментом реализации полученной модели выбран программный продукт MATLAB/Simulink. С участием разработанной модели объекта исследования построена система автоматического регулирования флегмового числа в MATLAB/Simulink. Заключение. Получены результаты моделирования системы автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки малой мощности с учетом особенностей процесса в условиях воздействия возмущений.
Бесплатно
