Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей задачей автоматизации технологических процессов во всех отраслях народного хозяйства и в области научных исследований является повышение производительности труда и эффективности производства. Однако, это кокет произойти лишь тогда, когда используемые средства автоматизации.об- ' ладают высокими надёжностью, быстродействием и помехоустойчивостью к промышленным помехам.
Большинство современных средств автоматизации,'в том числе и базирующихся на использовании микропроцессорной техники, функционируют на основе последовательного метода выполнения арифметико-логических операций. Такие методы присущи программной pea- лизании технических средств. В то хе время, при аппаратной их ' реализации арифметико-логические операции могут выполняться в статическом режиме, обеспечивающем достижение высоких быстродействия и помехоустойчивости одновременно.
Используемиа для автоматизации технологических процессов системи включают: средства получения, преобразования, кодирования, кодопреобразования и передачи технологической информации, а. также средства регулирования технологических параметров и автоматизированного управления технологическим процессом, как единым целым в рамках иерархической системы. Успешное функционирование такой системы обеспечивается качеством используемых в ней компонентов. Поэтому разработка научных основ построения взаимостыку-ющихся, быстродействующих, помехоустойчивых цифровых средств измерения, кодирования, кодопреобразования и передачи технологической информации, а также помехоустойчивых цифровых систем автоматического регулирования технологических параметров, их практическая реализация и использование для организации автоматизированных технологий, представляет перспективный подход к решению проблемы автоматизации технологических процессов.
Цель работы. Разработка научных основ построения цифровых средств измерения и регулирования параметров технологических процессов, обладающих вноокими помехоустойчивостью и.быстродействием, обеспечиваниях практическую реализацию преобразователей "угол-код", "напряжение-код", преобразователей двоичного кода в десятичный,- двоично-десятичного в двоичный, однопеременного'кода однодорожечной шкалы в двоичный, цифровых покэхозавдпценных.ере-
дотв кодирования и передачи информации, обладающих малой избыто- чностью., Разработка научных основ построения цифровых систем автоматического управлений, функционирующих на основе стандартной и нестандартной широтас-импульсной модуляции (ШЙМ), в том числе и ШШЛ-систем, обеспечивающих оптимальное быстродействие. Практическая реализация комплекса технических средств, включающего перечисленные компоненты, для организации на их основе автоматизи-: рованных технологий забора, транспортирования и распределения водычдежду потребителями, подаваемой по каналам с открытыми рус-. лами; автоматизированных ресурсосберегающих, экологически чис-" тых технологий орошения сельскохозяйственных культур; автоматизированных систем управления процессом производства листового материала и управления процессами с запаздыванием в различных отраслях народного хозяйства и в области научных исследований; разработка математических моделей рассматриваемых технологических процессов.
.Научная нонгзна работы. Развитое автором научное направление посвящено решению проблем - повышения быстродействия и помехоустойчивости цифровых систем автоматизации, а выдвинутые им идеи пс решения этих проблем положены в основу созданного под его руководством комплекса взаимостыкувдихся технических средств, включающего: преобразователи "угол-код", "напряжение-код", кодопреобразователи., цифровые средства помехозащищенкого кодирования в передачи технологической информации, цифровые средства измерения расхода воды в трубопроводах и открытых руслах каналов, цифровые интегральные термометры, цифровые психрометры, цифровые* системы автоматического управления, функционирувдие на основе широтнс-импульсной модуляции и др.
.Впервые эти проблемы решены на основе единого подхода, при котором арифметико-логические операции, обеспечивающие функцдс— нирование цифровых средств автоматизации, выполняются в статическом режиме.'
Предложен алгоритм синтеза одноперемекных кодов однодсро-кечкой шкалы с минимальной избыточностью, позволяющий выполнить Их кодопреобразование в двоичный позиционный-код по формуле А + В, где, например, А - пятидесятки, В - единицы пятидесяток. ' , Сформулирован принцип построения мнотооборотных преобразователей "угол-код" и многокаскадных преобразователей "напряже-иие-код", исключающий грубые ошибки считывания кодов в следящем
режиме работы. Осуществлена техническая реализация указанных пре
образователей. ' .
Предложены алгоритмы преобразования двойного позиционного
кода в десятичный, двоично-десятичного в двоичный ПОЗИЦИОННЫЙ,
единичного - в код Грея и двоичный позиционный и осуществлена их
техническая реализация.
Показано, что в случае, когда вопросы быстродействия не.яв-. ляются решающими, обеспечение качества переходного процесса без ' перерегулирования может быть достигнуто применением нестандарт^-ной широтно-импульсной модуляции.
Предложен метод синтеза оптимальной по быстродействию-широтно-импульсной последовательности, при котором исключается неоднозначность в определении синтезируемых параметров.
Создан ряд цифровых регуляторов, функционирующих на основе широтно-импульсной модуляции для управления технологическими процессами на гидромелиоративных системах, обеспечивающих: коррекцию длительности управляющего импульса по величине перепада уровней верхнего и нижнего бьефов гидротехнического сооружения, отработку рассогласования по частям,' исключающую размыв русел необлицованных каналов, изменение зоны нечувствительности регу- ' лятора в зависимости от величины дисперсии случайных колебаний водной поверхности в открытых руслах каналов, о целью продления сроков слукбы оборудования.
Б линейном приближении решена задача определения расхода воды в замыкающем створе по известному расходу во входном створе.
На основе теоремы о среднем- значении и в предположении степенной зависимости между скоростью потока в открытых руслах и относительной его глубиной найдена величина средней скорости потока и глубина, где она достигается.
Предложена модель продукционного процесса растений, учитывающая факторы их аизнеобеспечения.
Предложены автоматизированные технологии забора воды Н8 источника орошения и- её распределение между потребителями, а также технологии орошения сельскохозяйственных культур, организуемые на базе созданных технических средств автоматизации. Бредлсненн цифровые средства автоматизации.различных технологических процессов, в-том числе и с запаздыванием, для ор-
ганизации автоматизированных систем управления в промышленности и в области научных исследовании
Практическая значимость и внедрение результатов исследований. ..Разработка научных основ построения цифрових средств измерения и регулирования параметров технологических процессов, обладающих высокими помехоустойчивостью и быстродействием, обеспечила практическую реализацию комплекса взаимостнкувдихся технических 'средств автоматизации с такими характеристиками. Предложенные способы, алгоритмы и технические средства реализованы в составе различных устройств комплекса технических средств контроля и регулирования параметров технологических процессов, средств обмена информацией между объектами и пунктом управления.
На основании решения Коллегии Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР'(Москва, I960 г.) испытания указанного комплекса-были осуществлены совместно с управлением Главкараку-мстрой на объектах Гарагумского канала.
Результаты приемки опытных образцов разработанного оборудования оформлены четырьмя актами приемки и соответствующими протоколами их испытаний.
. -Ло материалам разработок комплекса технических средств контроля ирегулирования было подготовлено и разослано письмо заинтересованным организациям бывшего СССР с просьбой предоставить ориентировочную потребность в указанных разработках для организации их- производства. Материалы были обобщены и представлены ВШІ0 "Союзвсдчвтоматнка".
Только по восьми районам эксплуатации Гарагумского канала 8кономический аффект от его автоматизации в ценах 1980 г. составил Г 368 890 руб.
Результаты исследовании в части создания автоматизированной, ресурсосберегающей технологии внутрипочвенного орошения внедрэны в проект опытного хозяйства "Каракум",,выполненный институтом "Зуркменгицроводхоз". Проведены производственные испытания автоматизированной системы внутрипочвенного орошения на опытном участке физико-технического института АН Туркменистана.
Система телединамомётрировання глубияонас'оснкх скваяин /16, 17/, обеспечивающая не только качественное, но л количественное, определение нагрузок и состояния подземного оборудования, внедрена на промыслах ЩУ "Кумдагнефть" объединения "Турюленнефть".
Апробация работы. Результаты работы докладывались нп совещании
по вопросам исследований і проектирования и эксплуатация автоматизи
рованных гидромелиоративных систем з г. Ташкенте (1975 г.), на засе
дании научно-технического Совета ВНІЮ- "Союэводавтомотика" в г. Фрун
зе (І97В г.), где было принято решение об освоении производством
преобразователей "угол-код" г качестве цифровых датчиков .технологи
ческих параметров, а такте цифровых регуляторов, функционирующих на
основе вмротно-иипульсной модуляции, для использования их "в качества
средств локально? автоматики гидромелиоративных систем,' получили одо
брение на Коллегии Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР
в г. JiocKse (1980 г.) с участием представителей института ИНЭУМ (г.
Москва), на общем собрании Отделения математических, физико-техниче
ских, химических и геологических наук АН Туркменистана, г. Ашгабат
(1967 г.). * . '
Обоснованность научных положений, достоверность вътодов и реко
мендации. Созданием комплекса взаимостыкующихся цифровых средств ав
томатизации на базе разработанных научных основ их построения, вклю
чающего аналого-цифровые преобразователи, другие цифровые датчики,
преобразователи кодов, средства покехазвщищенного кодирования и пере
дачи информации, о также цифровые системы автоматического управления,
функционирующие на основе широтно-импульсной модуляции, арифметико-
логические операции в которых выполняются в статическом режиме, обе
спечиваем высокие их эксплуатационные характеристики, доказана обос
нованность научных положений, достоверность сделанных выводов и ре
комендаций. . .'
Эти положения подтверждаются также исполнением всех технических средств на уровне изобретений,,их практической реализацией и созданием на их основе автоматизированных систем управления забором, учетом, распределением водн ме'чду потребителями, питающимися из открытых каналов оросительных систем, автоматизированных технологий орошения сельскохозяйственных культур и др.
Защищаемые положения. На защиту представляются:
концепция создания автоматизированных систем управления и автоматизированных технологий' на базе комплекса взпимостыкувщихся цифровых средств измерения, кодирования, передачи и кодопреобраэования инфор--мации-и средств регулирования технологических параметров, функционирующих на основе статического режима выполнения.арифметико-логических операций, обестачиващего высокие помехоустойчивость и быстродействие; ''.
математические модели технологических, процессов» обеспечигюиа воз-
мощность разработки научно-технических основ создания комплекса вза-икостьжуюгріхся цифровых средств их автоматизации: а)модель"зкспрессного способа измерения расхода в открытых, каналах;
б) модель"объектов регулирования, представляющих гидротехническое со
оружение с участком канала, примыкающим к его нижнему бьефу;
в) модель расчета гидрографа выходного бьефа я характерных участков
канала по известному входному гидрографу;
г) модель продукционного процесса растений, основанная на использова
нии процессов роста-старения-омоложешя растительного организма в те
чение периода -вегетации;
алгоритм синтеза однопеременных кодов однодорожечной шкалы, обеспечивающий получение малоизбыточннх кодов и их дешифрацию по схеме:-пятидесятки плюс единицы пятидесяток;
малоизбыточный способ помехозащищенного кодирования технологической информации, основанный на образовании сумм смежных двоичных слов на передающем конце и разностей на приемном,тчем достигается передача одного-и того же слова двачде в составе сметных сумм;
научно-технические основы и принципы построения составляющих комплекса взеимостыкующихся цифровых средств измерения технологических и агро'метео'нареыегров, средств кодирования, передачи и кодопреобразова-та информации и средств регулирования технологических параметров;
реализованные технические средства автоматизации и их особенности;
созданные автоматизированные системы управления и автоматизированы ные технологии на основе реализованного комплекса вэаимостыкующихся цифровых средств автоматизации;
е) автоматизированная система экспрессного измерения расходов воды в открытых каналах;
б) автоматизированная система управления расходами воды, отпускаемы
ми потребителям, путем их непосредственного отбора из канала;
в)' автоматизированная технология внутрипочвенного орошения садов и
виноградников, а также автоматизированная система полива пропашных .
культур по бороздам; ...
г) автоматизированная'система управления солнечными установками;.
- методики рвсчета цифровых .систем автоматического; управления (САУУ7
функционирующих с использованием несталдартной широтно-импульсной .
модуляции ІШ1І) и синтеза ШШ-шследовательвдстей,„доставляющих оп-'
тимальное быстродействие САУ (для случая стандартной ЩШ).
Публикации» До теме диссертации опубликовано 67 научных работ,
в том числе 38 авторских свидетельств на изобретения и одна моног
рафия объемом 38,4 п.л. - :
