CC BY
12
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Регулирование параметров технологических линий
на основе многокритериального анализа
А.В. Баринов, В.И. Карпов
Московский государственный университет пищевых производств
Все предприятия пищевой отрасти ведут непрерывную работу по улучшению качества выпускаемой продукции. Это касается улучшения технологических, экономических и других показателей. Однако, как правило, улучшение характеристик одного показателя ведет к ухудшению характеристик другого. Оптимальное решение находится где-то посередине.
Реализация полученного решения на технологических линиях требует контроля и соблюдения параметров технологических процессов совместными усилиями специалистами различных направлений. Эта задача решается применением контрольно-измерительных приборов, датчиков различного назначения и систем автоматизированного управления (АСУТП) для анализа данных, получаемых от перечисленных приборов, и управления технологическими линиями в соответствии с заложенным заданием.
Налаженная работа оборудования позволяет соблюдать все требуемые параметры. Однако в случае отклонения от заданного режима возникает задача нахождения новых параметров работы оборудования для обеспечения требуемого качества продукта. При этом в процессе регулирования следует отслежи-
вать технологические параметры с учетом технологических, экономических и других требований. Таким образом, необходимо провести многокритериальную оценку возможных вариантов регулирования с целью нахождения оптимального решения.
Известные в настоящее время АСУТП обеспечивают регулирование параметров только с учетом технологических параметров. Для обеспечения регулирования с учетом других требований (например, экономических) нужно построить дополнительную систему управления. Для построения такой системы требуется введение дополнительных программируемых компьютерных систем, которые могли бы поддерживать более сложные алгоритмы управления и позволили бы на основании анализа математических моделей производить регулирование по выбранным критериям (экономическим, технологическим и т.д.). Внедрение подобных систем требует дополнительных вложений, а иногда и изменения алгоритма управления технологическими линиями, что усложняет и удорожает процесс.
Необходимо разработать систему управления, которая позволит регулировать параметры технологических линий на основе многокритериального анали-
Уровень 1 Цель регулирования
Уровень 2 Критерии выбора
Уровень 3
Альтернативы.
Возможные
варианты
регулирования
Иерархия процесса регулирования
за, а внедрение данной системы не потребует внесения изменений в алгоритм управления и введения дополнительного управляющего оборудования.
Существуют различные методы многокритериальных оценок и принятий решений, а также систем автоматического управления, основанных на некоторых из них [1]. Для решения поставленной задачи применим метод регулирования, основанный на методе анализа иерархий [2, 3]. Определим, какими функциями должна обладать АСУТП для реализации данного метода.
Система должна иметь возможность введения начальных данных. Это может быть ввод через систему визуализации, а может быть ввод при составлении программы. Таким свойством обладают практически все АСУТП. Далее необходимо, чтобы система обеспечивала ввод начальных значений параметров и возможность их автоматического обновления в зависимости от состояния в процессе работы, что также предусмотрено данными системами. Для обработки данных в соответствии с рассматриваемым методом необходимо, чтобы программируемый логический контроллер мог осуществлять операции сложения, вычитания, деления, умножения и сравнения для чисел с плавающей точкой [3]. Большинство производителей контроллеров, используемых в существующих АСУТП, реализуют в своих контроллерах основной набор команд: двоичная логика (определение фронта), сдвиги, операции с байтами данных; таймеры/счетчики; операции сравнения, преобразования; математические функции (включая тригонометрические, степенные, логарифмические); управление программой (скобки, переходы, вызовы); установка точек прерывания; установка входов/выходов.
Наличие данных функций позволяет производить все математические операции для обработки алгоритма многокритериального анализа, основанного на методе анализа иерархий и оценки критериев [2].
Работу алгоритма можно отображать через систему визуализации, но это не является обязательным условием. Для размещения программы также требуется некоторый объем свободной памяти в управляющем контроллере. Объем памяти зависит от количества используемых алгоритмов системы многокритериальной оценки, поскольку их может быть несколько, одновременно отслеживающих работу различных параметров, а также от сложности иерархии управления каждого из них.
Рассмотрим пример реализации данного метода в системе управления процессом регулирования уровня в смесительном баке [2]. В этой системе управляющим является контроллер Б7-300
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
фирмы Siemens. Иерархия управления представлена на рисунке.
Данная иерархия отображает процесс регулирования уровня в смесительном баке технологической линии производства шоколадных плиток с добавками [2]. В бак дозируются два компонента: основная масса и добавки. Уровень в баке зависит от скорости подачи компонентов. Уменьшение или увеличение скорости подачи компонента снижает или повышает уровень в баке. Регулируя расход компонентов, можно регулировать уровень в баке.
Применив для процесса регулирования метод анализа иерархий и алгоритм оценки критериев, получим систему регулирования уровня в смесительном баке. Программирование производилось на языке программирования STEP7, используемом для программирования контроллеров фирмы Siemens.
В результате получена программа, состоящая из 16 блоков общим объемом памяти 8438 байт, при общей памяти ЦПУ 8 Мбайт (для контроллера Siemens S7-300 от 128 Кбайт до 8 Мбайт). Девять блоков составляют реализацию непосредственно алгоритма, один блок применяется для хранения текущих технологических данных, используемых для анализа системы. Оставшиеся шесть блоков
нужны для ввода и обработки данных от контрольно-измерительных приборов и вывода результатов работы системы регулирования.
Время работы алгоритма не сказалось на общем времени работы основной технологической программы. Цикл обработки остался менее 150 мс.
Полученная система регулирования позволяет находить оптимальный вариант регулирования параметров в технологическом процессе на основании многокритериального анализа. Это приводит к сокращению издержек производства и дополнительному контролю качества продукта за счет регулирования параметров оборудования с учетом экономических, технологических и рецептурных критериев качества.
Реализация рассмотренной системы возможна в существующих системах автоматизированного управления технологическим процессом с использованием контроллеров без внесения изменений в состав управляющего оборудования.
Данный метод позволяет регулировать параметры, учитывая все необходимые критерии, что обеспечивает сохранение технологических параметров и соблюдение всех требований к конечному продукту. Полученные в результате применения алгоритма технические данные
позволяют сделать вывод, что этот метод можно реализовать на контроллерах, поддерживающих операции с плавающей точкой и свободной памятью от 10 Кбайт. При наличии подобного контроллера можно программировать данный метод и использовать его параллельно с рабочей программой, при этом не требуется введение дополнительного управляющего оборудования. При внедрении данной системы может потребоваться установка дополнительной контрольно-измерительной аппаратуры для получения дополнительных данных о текущем технологическом процессе, что позволит более тщательно контролировать технологический процесс, а также полностью выполнять технологические и экономические требования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. - М.: Дрофа, 2006.
2. Баринов А.В., Карпов В.И. Регулирование процесса дозирования/известия вузов. Пищевая технология. 2006. № 5. С. 71-76.
3. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. - М.: Радио и связь, 1993.
