Математическое моделирование автоматизированного передела сгущения и промывки красного шлама

Proficy Architect.

Программная среда Architect позволяет разрабатывать модели процесса и управлять ими в режиме симуляции или напрямую контролировать процесс. Она содержит дружественный интерфейс и простые в использовании блоки, которые применяются для построения и управления моделью или процессом.

Импорт модели из Continuous Wizard в Architect

Чтобы продолжить работу с моделью, требуется её импортировать в среду Architect, для этого выполняем команду File -> Open, и в открывшемся окне выбираем модель, предварительно сохраненную в формате.mgd. На рисунке 29 показана модель, загруженная из Continuous Wizard без каких-либо изменений, именно в таком виде с ней предстоит работать в дальнейшем.

Синтез ПИ-регулятора и организация обратной связи через OPC

OPC DA

В рамках данной работы для организации обратной связи был использован стандарт OPC DA, поэтому логичным будет рассмотреть принципы функционирования этого стандарта более детально. На данный момент последней версией спецификации OPC DA является версия 3.0, однако наиболее распространенной остается версия 2.05a.

Центральным понятием стандарта OPC Data Access является элемент данных. Один элемент данных служит для представления текущего значения какого-либо из параметров технологического процесса или вспомогательной величины. Каждый элемент данных имеет тип. Кроме значения, каждый элемент данных обязательно имеет метку качества и времени. Качество определяет достоверность текущего значения элемента данных и может принимать значения Good (хорошее), Bad (плохое) или Non-Specific (не определено). Метка времени показывает момент, когда значение элемента данных или его качество изменялось в последний раз.

С каждым элементом данных, имеющим числовой тип, могут быть связаны ещё две величины: верхний и нижний предел изменения. В отличие от качества и метки времени, эти величины не являются обязательными.

Каждый элемент данных имеет уникальный в пределах сервера строковый идентификатор - имя элемента. Совокупность имён всех элементов данных составляет адресное пространство сервера. Адресное пространство может быть плоским и иерархическим.

Доступ к данным ОРС DА-клиент осуществляет через специальные объекты, называемые группами. Клиент может создавать неограниченное количество групп и добавлять в каждую из них неограниченное количество элементов данных. Один и тот же элемент данных может быть добавлен в несколько групп одновременно и несколько раз в одну группу.

После добавления элемента в группу клиент может считать его текущее значение, а также значения идентификатора качества и метки времени. Считывание может проводиться в одном из следующих режимов:

Синхронный режим - происходит отправка запроса и ожидание ответа от сервера. На время ожидания функции клиента блокируются;

Асинхронный режим - в отличиe от синхронного чтения приостановка функций клиента не происходит, и он может продолжать работу. После обработки запроса сервер посылает уведомление клиенту о возможности получения данных;

Режим подписки - клиент формирует список элементов, состояние которых должно отслеживаться сервером. При обнаружении изменения сервер уведомляет клиента через интерфейс обратного вызова. При этом также предусматривается наличие зоны нeчувствительности, которая позволяет игнорировать шум данных, не учитываю его в качестве изменения;

Режим обновления данных - клиент вызывает одновременное чтение всех элементов данных, помеченных как «активные», игнорируя «пассивные» элементы. Такое деление уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

Клиент может изменять значения элементов данных, добавленных в группу, если сервер данное действие разрешено сервером. Запись клиентом новых значений также может быть синхронной или асинхронной.

Согласно специфике OPC DA каждая группа обладает рядом параметров:

Имя группы - уникальный идентификатор группы, который может использоваться клиентом при поиске созданных групп и т.п.

Признак активности - отображает статус группы элементов. Неактивная группа не производит отправку клиенту уведомлений об изменениях значений элементов данных;

Частота обновления - задает интервал между отправками уведомлений об изменении значений клиенту;

Временной сдвиг - смещение времени относительно универсального времени;

Величина шума - диапазон, в пределах которого изменения игнорируются. Задаётся в процентах от характерного интервала изменения величины;

Региональные стандарты - учет региональных настроек при формировании группой сообщений, меток времени и т.п.

Значения данных параметров устанавливаются клиентом при создании группы и впоследствии могут быть изменены.

Ограничение частоты обновления в режиме подписки позволяет избежать частых вызовов функций интерфейса клиента. Кроме того, изменение значений параметров может происходить произвольно в любой момент времени. Таким образом, вызов функций, требующих отправки пакетов данных по сети и переключения между процессами, с каждым изменением какого-либо параметра оказывал бы негативное влияние на быстродействие системы. Ограничение частоты обновления позволяет уменьшить накладные расходы, так как все изменившиеся за период значения отправляются единым пакетом.

Исходя из этого, стоит отметить, что режим подписки является эффективным механизмом получения данных, так как, во-первых, позволяет работать только с реально изменившимися данными, а во-вторых, передача этих данных осуществляется единым блоком. В случае работы в синхронном или асинхронном режиме клиент вынужден запрашивать все интересующие его элемeнты, так как информация об изменении данных отсутствует. Следовательно, в ситуации, когда существует большое количество параметров, значения которых меняются редко разница в загрузке процессора и сети в режимах синхронного / асинхронного чтения и подписки может быть значительной.

В качестве необязательных возможностей сервера стандарт ОРС DA предусматривает поддержку так называемых публичных групп. Любая группа может быть объявлена публичной. После этого клиент не возможно изменение её параметров, а также добавление или удаление элементы данных. Публичная группа, в отличие от обычной, доступна не только создавшему ее клиенту, но и прочим клиентам сервера. При работе с OPC DA рекомендуется использование периодического чтения данных из устройства и их буферизации. СОМ-объекты групп при получении запросов могут вернуть клиенту значения из буфера или обратиться к подпрограмме связи с устройством, инициируя внеочередной запрос. В последнем случае клиент гарантированно получит последние значения элементов данных. Подпрограмма связи с устройством должна запрашивать только активные значения, которые добавлены хотя бы в одну активную группу. Это уменьшает загрузку сети, позволяя избежать ненужных запросов. При выборе источника данных СОМ-объект группы руководствуется следующими правилами:

При синхронном чтении клиент может явно указать источник данных. Если в качестве источника указан буфер, а элементы данных запроса являются неактивными, сервер устанавливает параметр качества элементов как Bad;

При асинхронном чтении источником данных всегда служит устройство;

При работе по подписке внеочередные запросы устройству не посылаются, вместо этого при поиске изменившихся значений используется информация из буфера.

Таким образом, OPCDA-клиент получает широкий набор возможностей по доступу к текущим значениям параметров процесса. Клиент создаёт необходимое число групп, в которые собирает интересующие его элементы данных, и получает значения в режиме подписки. Элементы, для которых скорость изменения критична, могут быть помещены в группу с высоким параметром частоты обновления. Прочие параметры также группируются определенным образом. При необходимости получить достоверную информацию о текущих значениях параметров клиент может сделать внеочередной синхронный или асинхронный запрос. Сложные клиенты, состоящие из нескольких независимых потребителей данных, могут создавать отдельные группы для каждого потребителя, динамически управляя активностью этих групп в зависимости от состояния потребителей.

Обратная связь через OPC

Для того чтобы организовать обратную связь через ОРС будет использоваться KepServerEx, соответственно, чтобы следить и, при потребности, изменять значения параметров, которые будут подаваться в обратную связь. Для данной работы был специально создан дополнительный кана, устройство (Device1) и группа тегов (Group1), в которые будут отправляться данные из регулятора на вход модели. Так же имеется возможность наблюдать за изменением параметров в реальном времени и, при необходимости, изменять их с помощью OPC Quick Client.

Синтез ПИ-регулятора

При создании регуляторов существенен не только их нормальный режим работы, но и другие функциональные режимы, такие, как переключение между ручным и автоматическим управлением. Разработчики ПЦУ-пакетов реализуют свои алгоритмы различными способами, и в частности, в зависимости от того, как они решают эти вопросы.

Регулятор с интегрирующим звеном - это, вообще говоря, неустойчивая система. Его потенциальная неустойчивость при определенных обстоятельствах может привести к серьезным неприятностям. «Залипание» или насыщение интегратора может произойти, если выход достиг верхней границы, а регулятор продолжает интегрировать ошибку. В этом случае сигнал на выходе интегратора может принять очень большое значение и потребуется много времени, чтобы вернуть его в нормальное положение. Такая проблема не возникает, если использовать дифференциальный алгоритм, так как при постоянном выходе интегрирование автоматически прекращается. Если все же необходим интегральный алгоритм, то следует проявлять определенную осторожность. Один из возможных способов - это отключить интегратор при насыщении выхода. Другой способ состоит в использовании условного интегрирования, в котором интегральная часть регулятора задействована при условии, что ошибка достаточно мала. В данной работе, чтобы избавиться от этой проблемы, применяется условное интегрирование.

Так как в Architect'е не предусмотрен блок регулятора, будет использоваться блок, воспринимающий язык MatLab, с помощью которого, будет писаться ПИ-регулятор. Регулируемыми параметрами являются разбавление флокулянта, которое зависит от расхода питающей суспензии, и расход разбавленного флокулянта, который зависит от содержания твердой фазы в верхнем сливе.

Интеграция регулятора и запуск модели

Для того чтобы подключить регуляторы, рекомендуется использовать суперблок, так как в этом случае появится возможность редактировать имена сигналов, что позволит избежать их конфликтов в дальнейшем. Для того, чтобы была возможность пользоваться полученными зависимостями в других программах, все данные, проходящие через процесс будут записаны в текстовый файл, для чего был добавлен блок TextSink. OPC связь в модели предоставляют блоки OPCClientSink и OPCClientSource.

Так как обратная связь осуществлена через ОРС, запустить модель получится только в режиме реального времени, из-за чего проведение всей симуляции займет продолжительное время, после окончания которого в окне графиков будут видны зависимости всех предварительно отмеченных входов и выходов модели.

Модель после установки регулятора стала более устойчивой к возмущениям, чем модель, построенная по архивным данным с производства.

Заключение

В данной выпускной квалификационной работе основе архивных данных по сгустителю с завода РУСАЛ'а Ewarton была создана математическая модель автоматизированного передела сгущения красного шлама, также с помощью пакета программ GE Proficy Intelligent Continuous Wizard модель была оптимизирована с целью, улучшить качественные показатели процесса и, как следствие, уменьшить себестоимость продукта.

Библиографический список

глинозем боксит коагулянт шлам

1. Острём К., Виттенмарк Б. - Системы управления с ЭВМ;

2. А.И. Лайнер - Производство глинозема. - Москва, 1967;

3. Технологические расчеты в производстве глинозема: Учебн. пособие для техн. / Л.Б. Самарянова, А.И. Лайнер. - М.: Металлургия, 1981. - 368 с.

4. Швецов Д. Новые технологии работы с данными OPC. - Журнал «Современные технологии автоматизации», 2007, c 67-69;

5. Шишов О.В. Современные технологии промышленной автоматизации: учебник. - Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - 250 с.

6. Data Access Custom Interface Standard, Version 2.05a - June 18, 2002 - OPC Foundation (http://www.opcfoundation.org).

Размещено на Allbest.ru