Введение к работе
Актуальность проблемы
Переход к использованию робототехнических комплексов (РТК) в качестве основного, а не только вспомогательного технологического оборудования дж выполнения таких операций, как сварка, окраска, сборка, лазерная обработка и т.д., явжется . необходимым условием дж формирования интегрированных, гибко перенастраиваемых технологических циклов, производственных участков и предприятий в целом.
Одной из основных проблем при создании и эксплуатации РТК явжется синтез систем управления. При синтезе систем управления разделение задач управления, идентификации и диагностики РТК не всегда приводит к корректному решению.
В современных системах автоматического управления (САУ) перспективным явжется дуальное управление, в котором управжющие воздействия носят двойственный характер: служат дж изучения объекта управления и дж приведения его в требуемое состояние. Дуальное управление применяют в САУ в том случае, когда априорная информация в регужторе об объекте управления не явжется достаточной и изучение поведения устройства управления может дать дополнительные сведения о его свойствах. При этом регулятор решает две задачи: на основании поступающей информации формирует диагноз состояния объекта управления и затем опредежет, какие действия необходимы дж управления. В общем случае в САУ процессы диагностики объекта управления и управления им взаимосвязаны и образуют сложный двойственный, или дуальный, процесс, развитие которого опредежет качество работы САУ.
В свое время Фельдбаумом А.А. был обоснован дуальный подход, заключающийся в совмещении процессов идентификации и управления. В настоящее время решение триединой задачи управления, идентификации и диагностики РТК, при комплексной автоматизации технологических
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ|
БИБЛИОТЕКА |
3 CfltwpWtor Л и *А
О» Vbtfajl *1
процессов, является необходимым условием обеспечения надежности, безопасности и конкурентоспособности производств.
Существующие программные системы для АСУТП, SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition) имеют ряд недостатков: затрачивается значительное время на их внедрение; как правило, отсутствует техническая поддержка, т.к. большая часть систем разработана за рубежом; ограничен набор поддерживаемых контроллеров. С другой стороны, развитие современных визуальных систем и средств разработки программного обеспечения позволяет создавать программы для управления и диагностики различного промышленного оборудования в короткий срок и с наименьшими затратами.
Следует отметить, что сегодня в России большинство производств располагает оборудованием 10-20-летней давности, которое при соответствующей модернизации систем управления и разработке комплекса программ, удовлетворяющих современным требованиям, позволит более эффективно решать задачи автоматизации технологических процессов.
При выборе аппаратного обеспечения для управления РТК необходимо решить следующие проблемы: адаптации к конкретному технологическому процессу; освоения незнакомой среды программирования; использования технологического оборудования, не приспособленного для управления с ЭВМ.
В связи с этими обстоятельствами актуальность решения задач по разработке методики построения АСУТП, алгоритмов и программ дистанционного управления, идентификации и диагностики РТК, при соответствующей модернизации устройств управления РТК, является вполне обоснованной.
Цель работы и задачи исследований
Цель диссертационной работы состоит в разработке и исследовании алгоритмов и программ идентификации и диагностики элементов РТК (на примере пневмопривода и следящего электропривода), дистанционного
управления РТК в направлении формирования автоматизированной системы диагностики РТК, эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения экспертных и диалоговых подсистем АСУТП.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести обзор и анализ методов идентификации и диагностики динамических элементов и систем, систем управления РТК и их аппаратно -программного обеспечения;
разработать и исследовать методы и алгоритмы идентификации и диагностики элементов и систем РТК на примере выдвижного звена пневматического манипулятора и следящего электропривода;
разработать контроллер ввода-вывода для связи ЭВМ и РТК и комплекс программ для дистанционного управления и диагностики РТК;
провести исследования разработанных алгоритмов
идентификации и диагностики следящего электропривода, системы дистанционного управления и диагностики РТК.
Методы исследования
В диссертационной работе использованы методы: теории автоматического регулирования, математического моделирования, параметрической идентификации, вычислительной математики, объектно-ориентированного структурного программирования, экспериментальных исследований и вычислительных экспериментов; использовано следующее программное обеспечение: Visual Basic 6.0, Visual C++ 5.0, Microsoft Excel, Corel Draw 5.0, MathCad 2001, Net Activity Diagram 1.1.90, Trace Mode 5.0.
Научная новизна работы
1. Разработаны прикладные методы первичной и вторичной идентификаций, диагностики, эвристический метод анализа множества
решений систем нелинейных алгебраических уравнений для исследования непрерывных объектов диагностики.
Предложены алгоритмы и комплекс программ для определения параметров приводов роботов второго и четвертого порядков по результатам восстановления их передаточных функций с использованием методов первичной и вторичной идентификаций, решений нелинейных алгебраических уравнений, метода функциональных проб.
Разработаны методы идентификации и диагностики, позволяющие определять такие параметры элементов и систем, которые не могут быть измерены или определены, а задаются на основе справочных данных или для их определения требуется проводить трудоемкие и дорогостоящие эксперименты.
Предложено ввести диагностическую передаточную функцию, как обобщенную характеристику элементов и систем в их техническую документацию, а также датчик выходного сигнала и устройство для ввода переходной характеристики в ЭВМ.
5. Разработан метод активной диагностики, который может быть
использован для формирования самонастраивающихся элементов и систем.
Практическая ценность диссертации
Для апробации разработанных алгоритмов и программ идентификации, диагностики, дистанционного управления и визуализации функционирования РТК была создана АСУТП холодной штамповки на базе промышленных манипуляторов МП-9 и МП-11 с комплексной системой управления, включающей в себя блок управления роботами МПЦУ-32-2 и IBM PC. С этой целью выполнена модернизация МПЦУ-32-2 для связи РТК и IBM PC по параллельному интерфейсу через LPT-порт, путем разработки и создания контроллера ввода-вывода.
Создана SCADA-система (Robot v. 1.00) для удаленного управления РТК и диагностики его работы посредством ЭВМ, обеспечивающая
функционирование ручного, автоматического, локального, сетевого, удаленного режимов управления и визуализацию технологического процесса во всех режимах.
Разработанные алгоритмы и программы могут быть использованы для практического решения задач синтеза САУ РТК и их диагностики. Рассмотрены вопросы адаптации существующих РТК к современному технологическому производству. Разработанный программный и аппаратный комплекс имеет значительно меньшую стоимость по сравнению с существующими и может быть использован для модернизации систем управления манипуляторами и роботами.
Разработанные автором методы: определения коэффициентов дифференциальных уравнений, первичной и вторичной идентификаций, функциональных проб, эвристический метод анализа множества решений нелинейных алгебраических уравнений - использованы для формирования алгоритмов и программ настройки системы группового регулирования активной мощности энергосистемы Братской ГЭС ОАО «Иркутскэнерго», проверки результатов системных испытаний при колебаниях частоты в энергосистеме, модернизации систем автоматического регулирования технологическими процессами на ТЭЦ-6 ОАО «Иркутскэнерго».
Результаты исследований использованы при формировании межкафедрального многоуровневого учебно-исследовательского комплекса по робототехническим технологиям ГОУВПО БрГТУ. Формирование таких учебно-исследовательских комплексов, в том числе и дистанционных, соответствующих современному уровню, при ограниченном финансировании - конструктивный способ решения задач, поставленных перед высшим образованием России.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических, научно-методических, межрегиональных конференциях
Братского государственного технического университета (XX-Братск, 1999 г.; XXI - Братск, 2000 г.; XXII - Братск, 2001 г.; Братск, 2003 г.), научно-технических семинарах кафедр УТС, ДМ, ВТ, Братск, 2003 г. и научно-техническом семинаре специалистов ТЭЦ-6 ОАО «Иркутскэнерго» и ОАО «БрАЗ», Братск, 2003 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 научных работ в виде статей, докладов, тезисов докладов и одного учебно-методического пособия. Получены 2 авторских свидетельства на программное обеспечение. Библиографическое описание публикаций приведено в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений, включающих описание аппаратного и программных комплексов, тексты программ, результаты внедрения. Объем диссертации составляет 132 страницы основного текста, 43 рисунка, 10 таблиц. Список литературы содержит 125 наименований.
