???????

???????

???????

???????

???????

???????

???????

???????

???????

?????????«?Если обозначить «коэффициент теплопередачи»:

то уравнение тепловых потерь через наружную поверхность примет вид:

В термодинамических расчетах часто используется величина «полного термического сопротивления», обратная коэффициенту теплопередачи:

В общем случае коэффициент теплопередачи зависит от условий перемешивания (характера потока, свойств составляющих, скорости течения газовой смеси и т. п.).

Третья глава посвящена вопросам моделирования технологических процессов обжига клинкера при производстве цемента.

Обращаясь вновь к процессу обжига сырьевого материала как объекта управления, представим его как внутренний элемент общей структуры, рис.4. Очевидно, что большая часть ранее перечисленных параметров недоступна для регулирования. Для задачи необходимо выделить параметры, доступные контролю и регулированию, с тем, чтобы обоснованно отнести их к вектору управления.

В целом вектор управлений Х объединяет в себе множества функций вектора заданий и обратной связи. В состав вектора управлений при этом входят: скорость перемещения материала; количество включенных нагревателей (горелок); параметры регулируемой мощности нагревателей; открытие заслонок на дымососе.

Заметим, что скорость перемещения материала во вращающихся печах непосредственному управлению не подлежит: она представляется функцией свойств материала, которые также недоступны управлению и могут быть, скорее, отнесены к среде. На скорость перемещения непосредственно влияют вполне управляемые параметры печи — угол наклона, скорость вращения, а также свойства обрабатываемого материала (плотность, вязкость, размеры частиц), они тоже недоступны регулированию (но, тем не менее, доступны контролю). А также влияющие на скорость, точнее — на свойства материала — его плотность, вязкость и т. п., непосредственно зависящие, во-первых, от состава материала, а во-вторых — от его температуры.

В этом смысле имеем параметры управления Х: угол наклона печи (п; скорость вращения печи (п; температура материала Тм.

Что касается последнего, температуры, то с ним тоже связаны определенные проблемы. Фактически он управляется не непосредственно, а путем регулирования подачи топлива в нагреватели, а также их расположением и включением. Температура материала не распределена по печи равномерно, хотя в принципе контролируема в любой точке (зоне) печи. Неопределенны и тепловые свойства обрабатываемого материала, в этом смысле их в некотором смысле можно отнести и к параметрам среды: они фактически неуправляемы и трудно контролируемы.

К вектору управления Х добавятся параметры: количество включенных нагревателей (горелок); параметры регулирования мощности нагревателей; открытие заслонок на дымососе.

Вектор влияния среды У имеет смысл объединить с вектором состояния объекта Н и отнести к нему: тепловые свойства обрабатываемого материала; параметры нагнетаемых газов; температуру окружающей атмосферы; параметры теплоотвода; параметры газоотвода.

Выходной вектор Z: масса (расход) полученного клинкера; характеристики клинкера; параметры отводимых газов.

Сложность объекта, неопределенность большинства параметров и их взаимосвязей, указывают на целесообразность прибегнуть для решения задачи управления к методам имитационного моделирования.

К наиболее популярным системам имитационного моделирования относятся AnyLogic, Aimsun, Arena, GPSS, ИМИТАК, Triad.Net, РДО, PTV, Tecnomatix Plant Simulation, NS-2, Transyt, Vision VISSIM, eM-Plant, Powersim.

Моделирование технологических процессов термической обработки цементного клинкера проведено в диссертации с использованием системы имитационного моделирования РДО (РЕСУРСЫ – ДЕЙСТВИЯ – ОПЕРАЦИИ), которая позволяет более глубоко и точно учитывать особенности динамики объекта автоматизации. В среде РДО удобно не только проводить имитационное моделирование технологического процесса, но и проводить анимацию для наблюдения его хода в реальном времени, что немаловажно при решении задач оптимизации управления.

Сложная динамическая система на концептуальном уровне представляется в виде множества некоторых взаимодействующих между собой ресурсов.

Ресурс — это элемент сложной системы, внутренней структурой которого можно пренебречь, в то время как его наличие и свойства как целого важны для целей описания.

Все ресурсы Сложных Дискретных Систем (СДС) образуют некоторое множество:

где: ri — i-ый ресурс СДС, а N(t) — число ресурсов СДС в данный момент времени. Основным составляющим СДС, каковыми являются ее элементы, производственный процесс, законы функционирования, соответствуют следующие информационные объекты: ресурсы, действия, нерегулярные события и операции. Представление СДС в РДО-методе показано на рис.5.

. Представление СДС в РДО-методе

Ресурсы могут быть разбиты на несколько типов; каждый ресурс определенного типа описывается одними и теми же параметрами.

В среде РДО можно моделировать информационные потоки с различными законами распределения (равномерным, нормальным, экспоненциальным и т. п.). Обобщенно процесс анализа системы посредством вычислительной модели показан на рис.6.

Процесс моделирования начинается с определения структуры системы, на основе которого устанавливаются границы составляющих модели и необходимый уровень детализации моделируемых процессов. Обосновывается выбор зависимых и независимых переменных, определяется тип модели (стохастическая, детерминированная и др.). Исходные данные определяются на основе эмпирических данных, идентификации и спецификации определяемых переменных. Что касается рассматриваемого технологического процесса — термической обработки цементного клинкера, то для формирования исходных данных необходимо учитывать сложность объекта: процесс обжига клинкера в печи подвержен влиянию множества разнородных факторов. Главные из них — количество, химический состав шлама, расход, температура, калорийность топлива, расход и температура вторичного воздуха и множество других.

Рис.6. Обобщенное представление процесса моделирования

Исходные данные и начальные условия, уровень детализации которых на начальном этапе определяется оператором, могут быть представлены, например, в виде некоторой матрицы, строки которой соответствуют определенной операции процесса, а столбцы как раз и являются характеристиками операции. Успешность моделирования зависит от того, насколько хорошо оператор умеет выделять существенные элементы и взаимосвязи между ними.

Исходя из специфики технологического процесса, могут быть сформулированы следующие ограничения на:

количество операций, заданных технологией;

последовательность выполнения операций;

расход шлама;

производительность печи (по техническому паспорту печи);