Системи управління

КОМПЛЕКСІВ ЯК ОБ'ЄКТІВ УПРАВЛІННЯ.

ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ І

Автоматизація виробництва дає найкращі результати лише при системному підході, коли досконало вивчаються властивості об'єкта автоматизації, розробляється функціональна структура як сукупність виконуваних системою функцій. У відповідність до цього ставиться технічна структура як сукупність технічних засобів і певних зв'язків між ними, а ефективність системи управління оцінюється єдиним узагальненим показником. Нині існує велика кількість визначень поняття "система", оскільки в різних ситуаціях у нього вкладається різний зміст, але в будь-якому випадку система являє собою підмножину взаємозв'язаних елементів певної природи, залежно від розв'язуваного завдання. Головним є те, що система - це не сума елементів, а цілісне утворення з новими властивостями, яких не мають окремі елементи. Кожна система функціонує в зовнішньому середовищі, утвореному своєю підмножиною елементів. У реальності немає ізольованих систем. Усі вони пов'язані із зовнішнім середовищем і взаємодіють з ним.. Крім того, реальні системи є відкритими, вони можуть з часом змінюватися за складом елементів і зв'язків між ними. Системи управління виділяються в особливий клас систем, які мають самостійні функції й задані цілі, а також високий рівень спеціальної системи організації, необхідної для реалізації цих функцій і завдань. Система управління завжди є взаємозв'язаною сукупністю об'єкта управління (керованої підсистеми) та регулятора в широкому значенні цього слова (управляючої підсистеми). Об'єкт управління, наприклад, випарна установка, сушильний агрегат, холодильна камера, котлоагрегат тощо, є відкритою системою і взаємодіє із зовнішнім середовищем, яке в свою чергу може порушувати режим роботи об'єкта за рахунок впливу збурень. Регулятор, а це може бути мікропроцесорний засіб, їх сукупність чи ЕОМ, маючи інформацію про стан об'єкта та мету управління, формує управляючу дію (управління), яка забезпечує відповідність реального стану об'єкта бажаному. При управлінні об'єктами потрібно враховувати, що всі процеси розвиваються не миттєво, а протягом певного часу, тобто об'єкти є інерційними. Процес управління складається з певних етапів, основними з яких є: збір і обробка інформації про об'єкт та її попередня обробка, збір і обробка інформації про навколишнє середовище; аналіз інформації; вироблення управління як функції порівняння поточного стану об'єкта та бажаного; реалізація управління за допомогою технічних засобів. Системи управління технологічними об'єктами функціонують у реальному масштабі часу, тому вони повинні реагувати на такі події, як: зміна параметрів зовнішнього середовища, передусім кількості та якості сировини; зміна характеристик самого об'єкта за рахунок зміни робочих режимів і об'ємів чи поверхонь; зміна складу об'єкта при введенні нових агрегатів або виведенні їх у ремонт; збої та похибки в роботі програмних технічних комплексів; зміна завдань системи тощо.

Для визначеності будемо вважати, що об'єктом автоматизації в сучасній постановці питання буде технологічний комплекс (ТК) харчового виробництва, а у сукупності з ним узгоджено працюють інші підрозділи підприємства, утворюючи складну комп'ютерно-інтегровану систему. Ці системи є багаторівневими, або ієрархічними, серед яких найчастіше виділяються системи з трьома функціональними рівнями: технологічний процес (агрегат); технологічний комплекс (виробництво); підприємство. Для кожного рівня системи визначається характерний комплекс завдань, але визначальною є багаторівнева структуризація систем прийняття рішень та управління, що реалізується при таких підходах:

- складна система розбивається на ряд взаємозв'язаних підсистем, кожна з яких має свої завдання й критерії оцінки ефективності їх

функціонування;

- визначальним в ієрархічних системах управління є сукупність підзавдань, яким відповідає ієрархія математичних моделей та ієрархія технічних засобів;

- для узгодженого функціонування системи формується додаткове спеціальне завдання координації роботи підсистем - для узгодження їх цілей з глобальним завданням ТК, в чому проявляється інтеграція підсистем.

Технологічні комплекси харчових виробництв мають значну кількість ступенів (процесів) переробки сировини чи напівпродуктів, при яких відбуваються складні хіміко-фізичні перетворення речовини. Машинно-апаратурна схема ТК включає як паралельно, так і послідовно з'єднані елементи, а також дільниці з байпасами та зворотними (рециклічними) технологічними зв'язками. З погляду завдань автоматизації технологічні комплекси харчових виробництв (цукрового, спиртового, хлібопекарського та ін.) характеризуються рядом специфічних особливостей:

- технологічні комплекси складаються з підсистем (дільниць), які мають складні зв'язки між собою і навколишнім середовищем; - окремими підсистемами ТК можна управляти на основі різних критеріїв оптимальності, а для узгодження роботи підсистем формується спеціальне завдання координації;

- необхідність врахування змінюваних у широкому діапазоні властивостей сільськогосподарської сировини;

- наявність ієрархічної структури, що зумовлено існуванням глобальної мети системи та окремих цілей підсистем.

В харчовій промисловості працюють різні за своїми характеристиками, структурою і властивостями технологічні комплекси, які для типізації розроблюваних систем управління, їх інформаційного та програмного забезпечення доцільно класифікувати за такими основними ознаками:

- за способом функціонування: неперервні, неперервно-циклічні, неперервно-періодичні, періодичні. Визначальним тут є характер потоків на вході та виході і особливості регульованих параметрів. Так, для неперервних ТК потоки не змінюються, а технологічні параметри змінюються постійно або неперервно-довільно;

- за продуктивністю: велико -, середньо - та малотоннажні, що визначається по середній для галузі продуктивності;

- за кількістю виконуваних функцій: одно - та багатофункціональні що відповідає виробництву одно - чи багатоасортиментної продукції:

- за кількістю ланок (дільниць) – мало - та багатоланкові, починаючи від трьох;

- за ступенем однорідності ланок виділяють однорідної й неоднорідні ТК, (перші з них називають з регулярною структурою).

- за способом з'єднання ланок (технологічною топологією): однонапрямлені та зустрічно напрямлені (із зворотними рециркуляційними зв'язками);

- за характеристиками потоків - враховується стан середовища (газоподібне, рідке, сипуче);

- за наявністю нагромаджувальних місткостей: з місткостями на різних дільницях і без них, а також з різним запасом сировини напівпродуктів чи готового продукту;

- за інформаційною потужністю виділяють ТК з різною кількістю змінних, необхідних для контролю та управління: до 40- найменша до 160 - мала, до 650 - середня, до 2500 - підвищена, понад 2500 - велика потужність. Це надзвичайно важлива ознака для вибору структури системи управління і необхідних технічних засобів. Можна виділяти й інші ознаки ТК стосовно, наприклад, математичних моделей, завдань оптимізації та координації тощо.

Технологічні комплекси, як складова частина комп'ютерно-інтегрованого виробництва, пов'язані з іншими підрозділами підприємства, які вирішують завдання управління, поточного та довгострокового планування, адміністративно-господарської діяльності. У зв'язку з цим розрізняють такі види інтеграції:

- функціональну, що забезпечує єдність мети та узгодженість виконання технологічних і виробничо-господарських функцій;

- організаційну, яка дає можливість організувати потрібну взаємодію оперативно-технологічного персоналу на різних рівнях управління;

- програмну, що в умовах комп'ютерно-інтегрованого виробництва дозволяє використовувати узгоджені й взаємозв'язані комплекси програм;

- інформаційну, яка грунтується на комплексному підході до створення інформаційної бази, що забезпечує інформаційну взаємодію всіх компонентів системи управління;

- технічну, яка полягає у створенні єдиного комплексу "технологічний об'єкт - система управління" - автоматизованого технологічного комплексу.

Всі ці ознаки та характеристики ТК наведено для того, щоб показати складність об'єкта, його багатовимірність, залежність показників функціонування від багатьох факторів. У такому разі діє об'єктивно існуючий принцип складності: складність системи управління повинна відповідати складності об'єкта.

Процес функціонування технологічних комплексів харчових виробництв визначається також різними факторами. Так, є ТК з постійними параметрами, які працюють у постійних режимах, а управління ними, в тому числі оперативна оптимізація, зводиться до оптимального розподілу матеріальних потоків. Значно більшу групу становлять ТК із змінюваними параметрами. Крім оптимального розподілу матеріальних потоків, у цьому випадку потрібно знаходити й підтримувати такі режимні параметри (технологічні режими), які забезпечують найвищі техніко-економічні показники їх роботи. Більше того, часто зміна технологічного режиму однієї з підсистем(дільниць) викликає необхідність зміни технологічних режимів решти підсистем.

На кожну з підсистем і на ТК в цілому діють численні збурення, тобто фактори, які порушують обраний чи заданий режим роботи, через що виникають перехідні процеси, тобто зміна в часі технологічних параметрів. Це так званий динамічний режим роботи (динаміка). На певних відрізках часу в ТК та підсистемах можуть встановлюватися режими, при яких технологічні параметри є постійними або змінюються мало - це статичний режим (статика). При функціонуванні ТК різні режими роботи виникають під впливом факторів, що змінюються з різними частотами. Так, зміна якісних показників сировини, структури ТК, зупинка і запуск окремих агрегатів належать до низькочастотних збурень, а зміна витрат робочих речовин і потоків енергоносіїв - до високочастотних. При управлінні ТК вважають, що основним режимом їх роботи є статичний, коли тривалість перехідних процесів по технологічних змінних значно менша від інтервалу часу між моментами виникнення суттєвих збурень (періодом їх зміни).

Вважаючи статичний режим основним при функціонуванні ТК, управління здійснюють таким чином, щоб показник ефективності роботи підсистем і ТК у цілому був найвищим в інтервалі часу. Для окремої підсистеми (дільниці) ТК показник економічності має вигляд:

E_і = (1.1)

де В - випуск продукту чи напівпродукту (або продуктивність, розрахована за готовим продуктом);

Ці - частина загальної ціни, яка умовно формується на даній стадії виробництва, причому

∑Ц_{і =} Ц - ціна готового продукту; 3j - витрати, що залежать від вибору технологічного режиму.

При послідовному характері переробки сировини і напівпродуктів економічність ТК є адитивною функцією від економічності підсистем:

n

E =∑ E_i, (1.2)

і-1

де n - кількість підсистем.

У даній постановці завдання управління підсистемами й ТК в цілому полягає у забезпеченні умови: Е, E_t —> max, то реалізується в системі пошуком та підтриманням необхідних технологічних режимів.

Дата добавления: 2014-01-07