Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемной ситуации, постановка задач исследования 12
1.1 Характеристика проблемной ситуации 12
1.2 Аналитический обзор существующих методов управления процессоїм агломерации 17
1.3 Современные методы анализа и синтеза программных систем 27
1.4 Выводы и задачи исследований 39
2 Системный анализ процесса стабилизации химического состава агломерата ... 42
2.1 Технологический комплекс формирования химического состава агломерата как объект управления 42
2.2 Алгоритмическая схема замещения 48
2.3 Исследование технологического комплекса 57
2.4 Выводы 71
3 Синтез системы стабилизации хс агломерата 74
3.1 Формирование функциональных требований 74
3.2 Алгоритмическая структура системы стабилизации ХС агломерата...82
3.3 Решение задачи оптимизации 100
3.4 Выводы 112
4 Программная реализация 114
4.1 Архитектура реализуемой системы 114
4.2 Проектирование базы данных 127
4.3 Методика оценки эффективности 131
4.4 Выводы 140
Заключение 142
Библиография 146
Приложение а 155
Приложение б 156
Приложение в
- Характеристика проблемной ситуации
- Технологический комплекс формирования химического состава агломерата как объект управления
- Формирование функциональных требований
- Архитектура реализуемой системы
Введение к работе
Актуальность работы. В мировой практике агломерации все более актуальным становится вопрос создания современного малозатратного н экологически безопасного производстоа высококачественного железорудного агломерата, который и в дальнейшем будет оставаться основным компонентом доменной шихты. Последнее предопределяется тем, что агломерационный процесс в настоящее время является самым производительным и экономичным способом получения офлюсованного сырья для доменной плавки, а также попутной утилизации отходов металлургического производства.
В России в настоящее время работают 11 предприятий, производящих железорудный агломерат. Парк агломерационных машин России на 2005 год включает 56 машин общей площадью спекания 6600 м2 и производственной мощностью 57 млн. т агломерата в год. Однако технология производства агломерата на них по ряду причин не содержит в полном объеме ни одного из современных элементов, обеспечивающих требуемое качество агломерата при низких затратах. Несоответствие технологических схем и технического уровня оборудования шихтовым условиям, интенсивная эксплуатация большинства отечественных агломерационных фабрик без серьезной реконструкции в течение многих лет, привела к их износу и глубокому отставанию по техническому уровню от агломерационных фабрик зарубежных заводов, например Европы и Японии. Средние характеристики качества агломерата, например, колеблемость химического состава, в три-четыре раза хуже требуемого.
Усовершенствование технологии агломерации, главным образом, осуществляется путем интенсификации процесса спекания и роста единичной мощности. Управление мощными технологическими агрегатами на основании опыта и интуиции обслуживающего персонала, а также отсутствие совместной обработки информации, получаемой из разных источников, приводит к невозможности оперативного выявления причин разладки технологического процесса, не обеспечивает стабильность управления процессом агломерации и, как следствие, приводит к ухудшению качества выпускаемого агломерата.
Разнообразие агрегатов и режимов их работы, необходимость повышения стабильности химического состава агломерата в условиях формирования железорудной части шихты из компонентов, существенно отличающихся по своим химическим и физико-механическим свойствам (концентратов, агломерационных руд, отходов металлургического производства), существенная неполнота информации о состоянии технологического процесса -все это требует высокого уровня организации системы управления. Создание и внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом стабилизации химического состава агломерата с использованием современной информационной технологии является актуальной научно-технической задачей.
Объект исследования. Технологический комплекс, формирующий химический состав агломерата.
Предмет исследования. Алгоритмы моделирования и управления химическим составом агломерата.
Цель работы. Разработка алгоритмов и программ, использование которых позволяет повысить эффективность системы стабилизации химического состава агломерата в условиях изменения структуры и параметров технологического процесса.
Задачи исследования. Исходя из цели работы, были поставлены и решены следующие задачи:
выполнить совместное исследование технологических и информационных аспектов формирования стабильного химического состава агломерата;
разработать алгоритмическое обеспечение решения задачи синтеза системы стабилизации химического состава агломерата;
разработать программное обеспечение с использованием алгоритмов синтеза системы стабилизации химического состава агломерата, и апробировать его в промышленных условиях.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы вычислительного эксперимента, математической статистики,
методы системного анализа, объектно-ориентированного анализа и проектирования, математического моделирования.
Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов обеспечивается использованием аппарата системного анализа, математического программирования и оптимизации, численных методов, балансовых соотношении, математической статистики, сопоставлением результатов моделирования и экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с известными результатами, содержащимися в научной и справочной литературе, а также успешным промышленным внедрением выполненных разработок.
Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем.
Разработана методика синтеза системы стабилизации химического состава агломерата. Система включает в себя воздействия на процесс формирования железорудной части шихты, предупреждающие возникновения аномальных зон в усреднительном штабеле, а также коррекцию расходов флюсов и твердого топлива по прогнозируемым значениям основности агломерата и содержания монооксида железа в агломерате.
Разработан, исследован и апробирован комплекс упрощенных ба-лансово-статистических моделей, описывающих процесс стабилизации химического состава агломерата с учетом неопределенностей, связанных с изменениями структуры и параметров технологического процесса.
Выявлены и исследованы основные факторы, дестабилизирующие функционирование системы стабилизации химического состава агломерата.
Разработана интегрированная система стабилизации химического состава агломерата, включающая в себя процедуры прогнозирования химических свойств шихты и агломерата с использованием уравнений материального баланса и текущих значений расходов компонентов аглошихты.
На защиту выносятся:
результаты системного анализа процесса стабилизации ХС агломерата, позволившие обосновать структуру и параметры моделей, описывающих свойства компонентов шихты и регулировочные характеристики;
постановка и численное решение задач стабилизации средневзвешенного содержания железа в компонентах ЖРЧШ и ХС агломерата для конкретных предприятий;
комплекс концептуальных моделей, обосновывающих функции проектируемой системы, классы объектов, а также сущности и связи между ними;
многослоевая архитектура системы верхнего уровня стабилизации ХС агломерата, основанная на объектно-ориентированном подходе и обеспечивающая гибкость и простое развитие системы.
Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет прогнозировать химический состав шихты и агломерата, и реализовать АСУТП стабилизации химического состава агломерата, что способствует повышению качества управления процессом и увеличению производства годного агломерата.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы в форме алгоритмического и программного обеспечения АСУТП стабилизации химического состава агломерата внедрены на ОАО «ММК» г. Магнитогорск и ОАО «Северсталь» г. Череповец. Материалы диссертации включены в учебные курсы для студентов специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» направления 654600 - «Информатика и вычислительная техника» Уральского государственного горного университета г. Екатеринбург.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства»
(г. Череповец, 2003), на третьей Международной научно-практической конференции «На передовых рубежах науки и инженерного творчества. РУО ЛИН» (г. Екатеринбург, 2004), на III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (г. Пенза, 2003), на II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (г. Москва - г. Тула, 2004), па технических советах горно-обогатительного производства ОЛО «ММК» г. Магнитогорск и агломерационного производства ОАО «Северсталь» г. Череповец.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок, 19 таблиц, и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 90 источников отечественных и зарубежных авторов, трех приложений.
Характеристика проблемной ситуации
Одним из важнейших условий, определяющих экономичную и форсированную работу доменных печей, является высокое качество железорудного сырья, обеспечивающее необходимую газопроницаемость столба шихты и эффективное косвенное восстановление оксидов железа. Высококачественное железорудное сырье должно иметь максимальное содержание железа, высокую основность, обеспечивающую вывод сырого известняка из доменной шихты, стабильный химический состав, минимальное содержание вредных примесей. Оно должно обладать высокой восстановимостыо, высокой температурой начала размягчения и малым интервалом температур от начала размягчения до начала плавления, высокой механической прочностью как при низких температурах, так и при термохимическом воздействии, малой дробимостыо и истираемостью, высокой пористостью. И, наконец, сырье должно быть кусковым. Его крупность должна находиться в достаточно узких пределах (для агломерата - 5-40 мм). Увеличение содержания мелочи 0-5 мм в железорудной части шихты доменной печи на 1 % (абс.) приводит к снижению ее производительности и увеличению расхода кокса на 0,4 -0,7 % [1]. Уменьшение колеблемости содержания железа в агломерате на 0,5 % снижает удельный расход кокса на 1,08 % и повышает производительность печей на 1,5 % [2].
Важные показатели качества агломерата формируются на стадии определения расходов и дозирования компонентов шихты. Необходимо оптимизировать как расходы железорудных материалов и флюса, так и расход твердого топлива, формирующий важнейшие показатели качества агломерата - механическую прочность и содержание монооксида железа FeO. От величины и постоянства содержания FeO в агломерате зависят его физико-химические свойства - восстановпмость, прочность при восстановлении, температура начала и температурный интервал размягчения и т.д. Корректи ровка расхода твердого топлива при дозировании является единственным способом стабилизации содержания FeO в агломерате в темпе с процессом при любом изменении соотношения расходов компонентов шихты.
М.Г. Новожилов, Я.Ш. Ройзен, Л.М. Эрперт, И.Г. Товаропский, В.П. Миршавка [7] отмечают, что химический состав рудного сырья, поступающего в доменную печь, и его колебания оказывают влияние не только на стабильность химического состава продуктов плавки, но и на средний уровень показателей доменного процесса и качества чугуна.
Авторами при помощи балансового метода определено влияние колебания содержания железа в ЖРЧШ на изменение содержания железа в агломерате, на выход чугуна из единицы агломерата, выход шлака на 1 т чугуна и, в конечном счете, на потребность в коксе. Установлено, что при повышении содержания железа в ЖРЧШ (одинаковой окисленности) на 1 % возникает дефицит кокса в 1,5 - 2 %. Изменение содержания железа в агломерате на 1 % вызывает изменение потребности в коксе на 1-1,2 %. Возникающий при случайных колебаниях содержания железа в шихте разбаланс тепла в печи приводит к колебаниям температуры и состава продуктов плавки. При этом изменение теплопотрсбности, эквивалентное изменению на 1 % содержания железа в агломерате, вызывает отклонения содержания кремния в чугуне от среднего значения на 0,1 %, 0,09 %, 0,08 % при содержании железа в агломерате соответственно 50 %, 55 % и 60 %. При изменении на 1 % содержания железа в ЖРЧШ отклонение содержания кремния составляет 0,16 % независимо от абсолютного содержания железа. При ограничении величины отклонения содержания кремния в чугуне значением ±0,1 %, то допустимое отклонение содержания железа в агломерате (при стабильности других факторов) составит при содержании железа в агломерате, равном 50 %, 55 % и 60 %, соответственно ±1 %, ±1,1 %, ±1,25 %, а в агломерационной шихте — ±0,63 %. При отклонении содержания кремния равным ±0,05% эти значения будут соответственно ±0,5 %, ±0,55 %; ±0,63 % и ±0,31 % [7]. Проблемная ситуация, подлежащая разрешению, может быть проиллюстрирована примером Магнитогорского металлургического комбината (ММК), на котором используется металлургическое сырье, условно разделяемое натри группы [4]:
- концентраты, характеризующиеся стабильным гранулометрическим составом (92 % крупностью не более 1 мм), высоким содержанием железа с небольшими вариациями (66,09-67,77 %), и значительными объемами (72,7-77,4 % от общей массы сырья);
- аглоруды, характеризующиеся нестабильным гранулометрическим составом (крупность колеблется в пределах 0-10 мм), низким содержанием железа с большими вариациями (30,2-55,86 %), а также небольшими объемами (8,25-12,04 % от общей массы сырья);
- отходы металлургического производства (колошниковая пыль, окалина, конвертерный шлак, шлам), характеризующиеся большим диапазоном изменения содержания железа (39,99-72,97 %), и небольшими объемами (14,3-15,22 % от общей массы сырья).
Сложность задачи обеспечения стабильного качества аглошихты при больших вариациях химического состава и физико-механических свойств исходных компонентов становится ЯСЕЮЙ, если сопоставить диапазоны изменения этих свойств с жесткими требованиями, предъявляемыми на ММК к содержанию железа и основности аглошихты. Технология усреднения железорудных материалов на складе концентратов ММК должна обеспечить ровность усредненной смеси по железу ± 0,5 % и ± 0,08 % по основности [5].
По данным [3] отклонение содержания железа в любой пробе агломерата от заданного не должно превышать ± 1,5 %, а допустимые отклонения основности агломерата от заданной — составляют ± 0,05 абсолютных единиц.
В.И. Кармазин [8] отмечает, что при колебаниях содержания железа в агломерате больше 1% резко падает производительность и экономичность работы, так как при доменной плавке необходимо расходовать больше кокса. Автором также показано влияние колебаний содержания железа в агломерате на производительность доменной печи в виде графика нелинейной зависимости и влияние колебаний содержания железа в агломерате на удельный расход кокса в виде графика линейной зависимости.
Расход железной руды и флюсов при доменной плавке изменяется в широких пределах и составляет в среднем 1,8-2 т/т чугуна. При этом чем ниже качество руды, тем большее расход ее на 1 т концентрата, ферросплава, чугуна. Чем менее благоприятен состав пустой породы в руде, тем более расход флюсов в шихту, и чем выше удельный расход руды и флюсов, тем больше расход кокса на 1 т чугуна и ниже производительность доменной печи. Учитывая, что доля руднофлюсовой составляющей в капиталоемкости чугуна достигает 70 %, а суммарная доля руднофлюсовой и топливной составляющих - 90 %, то можно предположить, что даже незначительное улучшение качества сырья позволяет получить значительный ЭКОЕЮМИЧССКИЙ эффект [7].
Таким образом, анализ литературных источников показывает, что поддержание ХС агломерата на постоянном уровне представляет собой важную задачу, решение которой дает предпосылку стабильной работы доменной печи.
ХС агломерата определяется составом компонентов шихты, основностью шихт, расходом топлива на спекание. Внутризаводскими техническими условиями обычно нормируется содержание железа, FeO, 5Ї02, Al20 СаО и MgO в годном агломерате.
Технологический комплекс формирования химического состава агломерата как объект управления
Объектом управления является технологический комплекс формирования XC агломерата, оснащенный локальными системами регулирования расходов компонентов ЖРЧШ и аглошихты.
Технологический комплекс включает в себя операции смешивания в заданных пропорциях и гомогенизацию компонентов ЖРЧШ; смешивание ЖРЧШ с твердым топливом и флюсами, а также агломерации.
Эффективность стабилизации химического состава агломерата определяется свойствами материальных потоков компонентов сырья, морфологической структурой, конструктивной реализацией отдельных технологических звеньев, актуальностью и достоверностью информации о компонентах шихты и состоянии оборудования.
Морфологическая структура технологического комплекса и конструктивная реализация отдельных технологических звеньев, в рамках диссертационной работы, считается заданной. Исследования направлены: на оценку влияния различных видов неопределенностей влияющих на эффективность - --- -"іации химического состава агломерата; на определение возмущении, связанных с формТфЪ..їмием кабеля на усреднительном складе; на оценку чувствительности качественных характеристик ЖРЧШ к изменению характеристик компонентов шихты.
Пример графика-задания для УУК ММК приведен в приложении А. Комплекс является сложным объектом управления, что определяется, прежде всего, большой размерностью вектора качественных характеристик ЖРЧШ и агломерата. Большая размерность определяется тем, что свойства компонентов шихты рассматривается в признаковом пространстве Пи(ї), позволяющем оценить состояние каждого из звеньев процесса стабилизации. Это пространство должно быть достаточным для прогнозирования нарушений свойств шихты и агломерата по всей технологической цепи до доменной печи включительно.
Пришел химаналт смеси с ЦПЛШ Обнаружено отклонение по Fe отзаданйого СкоррекпірОЕзть задание по отгрузке концентрата с ДОФ-5 и руды с РОФ (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то пересматриваем сменное план-заллние отгрузки с ІІПАШ1 Обнаружено отклонение по основности от заданного Корректировать задание по отгрузке извести in бункеров [ІУ-114 и бункера УШІ 1.3 Пришел химлітиз коннеігтрата с ДОФ-5 Обнаружено отклонение по Fe от заданного Скорректировать задание по от грузке конисігграта с ДОФ-5 (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то пересматриваем сменное план-задание отппзки с 1ШАШЇ Обнаружено огкдоне-нис по основности от заъшного Корректировать задание но отгрузке извести из бункеров І1У-1І4 и бункера УНИ 1.4 Пришел химаналнз рулы : ГОФ (Смесь привозных руд к концентратов, склады б и 6-6 не. ДОФСР) Обнаружено отклоіс-шіе по Fe от заданного Скорректировать задание по отгрузке концешрзга С ДОФ-5 (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то пересматриваем сменное план-заллние отттлзки с 11ПЛНП .Хінаружсно отклонение ю осі ювносп і от затдт и ю-0 Корректировать задание по отгрузке извести из бункеров ПУ-114 II бункера УВИ I.S Пришел хичанализ извести с УШІ Обнаружено о ткд отії не но содержанию СаО от заданного Корректировать задание по отгрузке извести с УВИ (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то пересматриваем задание отгрузки из бункеров ПУ-114) 1.6 Пришел химаналнз извести с ИДП Обнаружено отклонение по содержанию СаО Of заданного Корректировать задание по отгрузке извести из бу нкеров [ІУ-114 (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то пересматриваем задание олтр\іки с УВИ) 1.7 Пришел хнманзлпт руды с ДОФ-5 {ССР и промпродукт(Ю-0 мм)) Обнаружено отклонение по Fe от задДітого Скорректировать задание по отгрузке концентрата е ДОФ-5 (если скорректированное задание превышает нормативные запасы, то переем а триваєм с vc н ное план-залан не отгр VIKI t с І ЦІ ЛІ 111 Обнаружено отклонение но основности от заданного Корректировать задан не по отгрузке извести и) бункеров НУ-114 и бункера У НИ I.S Изменение заданной основі ІОСТН агломерата Пересчет страхового запха извести и изэсстника, изменение расхода нівсстіика Таблица 2.2 - Аварийные режимы работы УУК
Остановка отгрузкн с СК штабеля 1(2) Переход на отгрізку со штабели 2(1) 2.8 Превышение нормативно ю времени выгрузки дастава рудного сырья ІЛЛІ!] ііа6\тіксра\ Изменение скорости выборки железорудного сырья и извести ні бункеров привозной руды 2.9 Не обеспечивается объем поставки смеси на аглофабрики Переход на отгрузку с двух штабелей. Заполнение штабеля на 2/3 оставшейся длины 2.10 Запас концентрата на склад ДОФ-5 Обнаружено нарушение ми инмалыюго запаса Выработка рекомендаций, пересмотр план-заданпя Сложность объекта определяется также отсутствием автоматического контроля качественных характеристик компонентов аглошихты и самого агломерата. Как следует из таблиц Б.1, Б.2 составленных для условий ЧерМК, вся информация о качественных характеристиках компонентов шихты и агломерата, получается путем опробования соответствующих технологических потоков с существенным запаздыванием.
Кроме перечисленных выше факторов, определяющих сложность объекта, следует отметить также неполную управляемость, проявляющуюся в отличии фактической производительности по компонентам: шихты от расчетной. В качестве примера приведен анализ точности поддержания заданных расходов компонентов ЖРЧШ с б ноября 2004 года по 19 ноября 2004 года в условиях ММК. Выбор периода обусловлен периодом опытной эксплуатации АСУТП УУК на ММК и наличием сигналов по расходам компонентов ЖРЧШ. Гистограммы распределения соотношений долей местного сырья к привозным рудам изображены на рисунках 2.3-2.5.
Формирование функциональных требований
Требования к функциональности проектируемой системы в форме многоуровневой функциональной модели АСУТП «Стабилизация ХС агломерата» в семантике и нотации IDEF0, методология SADT [51, 52] представлены на рисунках 3.1 - 3.4.
Сценарии и действия технологического персонала определяются возможными состояниями технологического процесса, в которых необходимо принимать решения, регламентируются технологическими инструкциями, например [5, 66-70]. Сценарии и действия описываются вариантами использования (Use Cases) в семантике UML [53-57], таблицы 2.1, 2.2, Б.2.
Плановые задания по объемным и качественным показателям задаются системой управления высшего уровня. Результаты работы персонала фиксируются в СУБД. Контроль и учет охватывает основные количественные и качественные технологические показатели работы системы стабилизации ХС агломерата: переработка компонентов ЖРЧШ и аглошихты, качественные показатели компонентов ЖРЧШ и агломерата. По этим данным воспроизводятся различные технологические нарушения для ЛПР за любой период времени. Выдача информации предусматривается в автоматическом режиме (по алгоритмам контроля и управления) и по требованию персонала комбината. Результаты декомпозиции, представленные на рисунке 3.4, справедливы для декомпозиции функций дозирования и агломерации.
Функции распределяются по трем уровням ЛСУТП стабилизации ХС агломерата в соответствии с принципом изложенном в аналитическом обзоре. Трехуровневой иерархическая конструкция АСУТП, характеризуется функциональной схемой, определяющей взаимодействия между технологическими объектами и соответствующими управляющими подсистемами. Разделение структуры системы на относительно независимо функционирующие уровни аппаратных и программных средств позволяет повысить показатели надежности, оптимизировать программное обеспечение, уменьшить стоимость и упростить модификацию системы [4]. Система нижнего уровня включает в себя следующие средства: - электроприводы конвейеров и питателей; - весоизмерители; - датчики контроля срабатывания пускателей и движения конвейеров; - датчики наличия материалов в бункерах.
Система среднего уровня представляет собой комплекс систем типа SCADA, операционные системы реального времени, СУБД реального времени со следующими функциями: - обеспечение сбора и предварительной обработки сигналов с датчиков; - обеспечение промежуточного хранения информации в энергонезависимой внутренней памяти; - контроль работоспособности датчиков и линий связи, самотестирование; - обеспечение обмена информацией с рабочей станцией оператора; - визуализация информации о текущих технологических параметрах; - передача управляющих воздействий системам локального регулирования; Система верхнего уровня обеспечивает: - непрерывное отображение информации о технологических параметрах в графических или других формах на дисплеях автоматизированных рабочих мест (АРМ); - создание и ведение базы текущих и архивных данных, доступной для использования другими программами; - архивирование и долговременное хранение информации о контролируемых параметрах; - расчет средних значений; - распечатку информации; - поиск информации; - статистическую обработку информации; - моделирование сценариев и прогнозирование значений регламентируемых переменных; - графическое отображение контролируемых процессов, результатов моделирования и прогноза. - защиту информации; - сбор информации в реальном масштабе времени, фиксирование событий с их временной привязкой; - оценку качества собираемых данных и выявление ошибок; - поддержку выбор лучшей альтернативы в процессе принятии решений и оценку эффективности решений.
Функционирование системы верхнего уровня базируется на использовании информации, поступающей как из системы среднего уровня, так и из системы верхнего уровня АСУП являющейся для АСУТП стабилизацией ХС агломерата внешней средой.
Результаты структурного анализа позволили выявить следующие задачи системы стабилизации ХС агломерата: 1) мониторинг объемных и качественных характеристик компонентов шихты; 2) интеграция данных о материальных потоках; 3) оперативное управление усреднением ЖРЧШ; 4) оперативное управление процессом агломерации; Мониторинг объемных и качественных характеристик компонентов шихты осуществляется с использованием следующей информации: - паспортов партий компонентов аглошихты, поступивших на уча-сток агломерации; - результатов измерения масс компонентов шихты и их влажности; - порядок прихода партий привозных руд на участок усреднения; - результатов анализов компонентов шихты; - результатов анализов агломерата; - результатов измерения параметров технологического режима.
Перечисленные задачи выполняются на основе использования ЭВМ; информация о поступлении партий привозных руд вводится персоналом вручную. Интеграция данных о материальных потоках осуществляется с ис-пользованием алгоритмов выявления и исключения аномальных результатов измерений, алгоритма синхронизации информации, полученной из различных источников.
Оперативное управление усреднением ЖРЧШ осуществляется с использованием алгоритмов стабилизации соотношений компонентов ЖРЧШ, а также прогнозирования химического состава шихты.
Оперативное управление процессом агломерации осуществляется с использованием алгоритмов стабилизации соотношений компонентов аглошихты, а также прогнозирования химического состава агломерата.
Полученные данные в результате выполнения алгоритмов используются в ЭВМ для формирования отчетной документации, которая по запросам ЛПР может быть представлена на мониторах и выдана на печать.
В диссертационной работе решается задача синтеза системы управления верхнего уровня АСУТП. Для описания алгоритмического обеспечения системы используется семантика и нотация UML [53-57].
Архитектура реализуемой системы
В качестве программного средства разработки интегрированной программной системы стабилизации ХС агломерата используется объектно-ориентированный язык программирования С#. Объектная технология основана на повторном использовании компонентов программного обеспечения. Язык программирования С#, как любой современный объектно-ориентированный язык программирования, позволяет создавать библиотеки классов. Эти библиотеки могут быть расширены путем добавления новых классов, а также путем образования новых классов на основе существующих. При этом новые классы наследует функциональность базовых классов. С# опирается на обширную библиотеку Microsoft NET Framework 1.1 технологии dot NET. В dot NET наборы классов объединяются в совокупности посредством пространств имен. Пространство имен в dot NET аналогично понятию пакет (package) используемое в языке моделирования UML. Пакеты имеют иерархическую структуру, любой пакет может включать в себя множество других пакетов или классов.
Следует отметить, что классы из пространства имен System.Web не использовались при разработке ЛСУТП стабилизации ХС агломерата. Совокупность классов, представленных в этом пакете, представляют веб-технологию ASP.NET.
Использование результатов проведенных исследований, возможностей, предлагаемые технологией dot NET и СУБД известных производителей, позволило решить вопросы: - разбиения системы по слоям (layer), определения содержимого и границ ответственности каждого слоя; - структурирования логики предметной области; - разработки пользовательского интерфейса; - связывания размещаемых в памяти ЭВМ объектов с реляционной базой данных, взаимного отображения объектов и реляционных структур данных; - распределения программных компонентов и данных; - простоты реализации с минимальным требованием вычислительных и других видов ресурсов; - производительности системы и способности ее к масштабированию; - обеспечения гибкости и повторного использования элементов системы; - повышения надежности системы за счет наличия механизма автоматического управления памятью и жизненным циклом объектов, использование механизма обработки исключительных ситуаций; - повышение надежности программного обеспечения за счет развития из меньших отлаженных систем; - организации параллельных вычислений; - надежного хранения и обеспечения целостности данных.
Слой представления выступает в роли интерфейса пользователя. Слой предоставляет услуги по отображению данных, обработке событий пользовательского графического интерфейса, поддержки функций командной строки и инициализации пакетного выполнения вычислений по созданным алгоритмам модели. Слой предоставляет необходимый графический интерфейс анализа технологического процесса и его управления персоналу аглопроизводства.
Слой интерфейс данных обеспечивает доступ к СУБД и работу с ней (чтение, создание, обновление и удаление данных), обмен сообщениями, управление транзакциями, взаимодействие со сторонними системами, которые выполняют задания в интересах приложения. Слой может быть реализован двумя способами. Первый способ, когда основная часть логики интерфейса данных сосредоточена в СУБД, в виде хранимых процедур, таким образом, хранимые процедуры инкапсулируют физическую структуру базы данных. Второй способ, когда вся логика интерфейса данных программируется в сборке.
Для передачи данных между слоями используется класс DataSet из пространства имен System.Data [71, 72]. Класс DataSet - это используемый на стороне клиента локальный набор данных модели предметной области (кэш данных), который хранит информацию в структуре, подобной структуре базы данных. Существует возможность работы с этими данными на рабочей станции клиента в отсоединенном режиме. Обновление экземпляра класса Data-Set происходит по требованию персонала и алгоритмов управления. Объект DataSet хранит данные в наборе таблиц, которые представлены экземплярами класса DataTable. Для быстрого доступа к необходимой информации используются ключевые и внешние ключевые поля, которые определяют связи между таблицами. Класс DataSet поддерживает сериализацию в формат передачи данных XML. Таким образом, объекты DataSet удобно передавать не только в пределах выполняемого процесса, собственного домена (application domain), но и на другие ЭВМ по сети.
Реализация программной системы в виде многослойной конструкции позволяет легко находить альтернативные решения любому слою. Для ЧерМК была разработана консольная программа, постоянно выполняемая на сервере и обеспечивающая расчет прогнозных значений ХС агломерата каждые 10 минут. Консольная программа (консоль) лишена интерактивного пользовательского интерфейса и занимает мало место в памяти, что позволило использовать менее мощную и с малым объемом памяти ЭВМ. Для поставки программного обеспечения в такой конфигурации понадобилось дополнительно разработать только альтернативный слой представления, поддерживающий консольный ввод и вывод. При этом слой модели и слой интерфейса данных не требуют изменений. В качестве иллюстрации преимущества много Рисунок 4.7 - Структура приложения - программной системы внедренной на ЧерМК слойной архитектуры рассмотрим рисунок 4.7.
