Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 12. -
Вып. 3. - 2013. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-39-html/TITL-39.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-39-html/cont.htm
УДК
621.317.791
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ
ДОЗИРОВАНИЯ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
Ó
2013 г. Прокофьева П. А., Якименко Ю. И.
В работе изложен способ
создания и принцип работы автоматической системы дозирования активной жидкости
в технологическом процессе. Предлагаемый способ основан на обмене информацией между подсистемами контроля активности
технологического процесса и дозирования подачи активной жидкости через подсистему
управления. На основе способа автоматического дозирования разработан алгоритм
работы автоматической системы дозирования активной жидкости в технологическом
процессе.
Ключевые слова: автоматическое
дозирование, техническое зрение, активная
жидкость, технологический процесс.
В настоящее время получили широкое распространение
современные информационно-вычислительные технологии, часть которых базируется
на цифровых методах управления. Наибольший интерес представляет собой создание
новых или усовершенствование уже имеющихся технологий, использующихся в
масштабах крупного промышленного производства, продвинутых областях медицины,
изучении космоса, в военной промышленности. Одной из таких областей,
нуждающейся в автоматизации, является автоматическое управление дозированной
подачей активной жидкости в технологическом процессе при условии, когда присутствие
человека-оператора в производстве ограничено или невозможно из-за
технологических условий.
В научно-технической литературе общепризнанной
является классификация систем автоматического дозирования (САД) по основным
принципам действия.Здесь выделяются: замкнутые системы автоматического распределения
(САР) параметров технологического процесса (ТП) с расходомерами на линиях
подачи дозируемой жидкости в объект – приемник доз и насосы-дозаторы,
реализующие функции непрерывных САД; системы автоматического отмеривания доз с
расходомерами и интегрирующим устройством, дозирующие устройства (ДУ) сифонного
и эрлифтного типов, а также ДУ с мерной емкостью, реализующие функции
порционных САД.
Перечисленные ДУ работают только в автоматизированном
режиме. Существуют такие технологические процессы, где участие оператора невозможно.
Это процессы с микро и нанострукурами, а так же технологические процессы,
связанные со стерильностью среды производства. В этих случаях необходимо
заменить человека автоматической системой управления, способной наблюдать,
анализировать и принимать решения в автоматическом режиме в соответствии с
заданным алгоритмом.
Таким образом, необходимо создать систему, способную в
автоматическом режиме обеспечивать дозацию подачи технологической жидкости к
объекту. Управляющие сигналы для определения дозы необходимо получать с выхода
подсистемы видеонаблюдения, обеспечивающей «техническое зрение». В дальнейшем
она будет называться подсистемой контроля активности. Подсистема контроля активности должна быть способна используя
процедуры цифровой обработки выделять, тот сегмент изображения объекта технологического
процесса, который получил наибольшее развитие. Выделение «продвинутого» сегмента
является основой для выработки сигнала управления, который отрабатывается подсистемой
дозирования. Таким образом, увеличенное количество активной жидкости будет
получать та часть объекта, которое опережает остальные в развитии. Остальные
части будут получать увеличенное количество жидкости по мере их включения в
технологический процесс.
Рисунок 1 – Структурная схема САД
Предлагаемый способ автоматического управления
дозированной подачей активной жидкости
в технологическом процессе основан на обмене информацией между подсистемами контроля активности
технологического процесса и дозирования подачи активной жидкости через
подсистему управления. Подсистема управления реагирует на сигналы,
вырабатываемые подсистемой контроля активности технологического процесса. Подсистема
контроля активности снабжена датчиками
технического зрения, работающими в оптическом диапазоне длин волн. Это
объясняется тем, что развитие объекта, потребляющего активную жидкость,
является случайным процессом и предсказать
направление развития невозможно. В связи с этим подсистема контроля активности,
опираясь на данные полученные с устройств «технического зрения» производит непрерывное видеонаблюдение за состоянием подконтрольного
объекта. По результатам наблюдения в автоматическом режиме формируется сигнал в
виде матрицы, названной «матрицей
участия», поступающий в подсистему управления, которая, в свою очередь, на
основе полученных данных о наличии или отсутствии развития в объекте
наблюдения, вырабатывает управляющие сигналы для подсистемы дозирования подачи
активной жидкости. В конечном итоге подсистема дозирования жидкости
вырабатывает управляющий сигнал в виде вектора, названного «вектором распределения». На основе вектора
распределения формируются управляющие сигналы, подаваемые на исполнительные
устройства управления потоком, которые представляют собой дозаторы
диафрагменного типа. Которые являются исполнительными механизмами в системе
дозированной подачи активной жидкости в
технологическом процессе.
Таким образом, разработанный способ основан на обмене информацией между подсистемами контроля активности технологического
процесса и дозирования подачи активной
жидкости через подсистему управления. Особенностью подсистема контроля активности
технологического процесса являются специальные датчики технического зрения, чувствительные к изменениям
в динамике случайного технологического процесса, на основе которых подсистема
управления вырабатывает сигналы для подсистемы дозирования.
Основой алгоритма является расчет вектора
распределения, получаемый путем перемножением матрицы участия и вектора
дозирования (рис. 2).
Бинарная матрица участия формируется подсистемой
контроля активности технологического процесса по данным полученным со
специальных датчиков технического зрения,
чувствительных к малейшим изменениям в
динамике случайного технологического процесса. Единица - если сработал
датчик технического зрения и ноль - если изменений в технологическом процессе
не наблюдается. Вектор дозирования рассчитывается подпрограммой ввода исходных
данных.
Подпрограмма ввода исходных данных предназначена для
задания ряда необходимых для расчета параметров (рис.3). Итогом работы
подпрограммы ввода исходных данных является формирования вектора дозирования.
Набор исходных данных включает минимальный уровень подачи жидкости, число рабочих каналов и датчиков, объем
создаваемого запаса жидкости. Используя исходные данные, оцениваются доли
резерва на каждый канал, что является
элементами вектора дозирования.
Рисунок 2 – Блок-схема
алгоритма автоматического управления дозированной подачей активной жидкости в
технологическом процессе.
Основой алгоритма подпрограммы коррекции потоков в
каналах является анализ вектора распределения, полученного путем перемножением
матрицы участия и вектора дозирования. Вектор распределения, является основой выработки
команд управления подсистемы дозирования.
Каждый элемент вектора распределения (Ri) показывает
какую долю распределяемой жидкости
потребляет каждый канал в зависимости от случайной активности технологического
процесса.
Рисунок 3 – Блок-схема
алгоритма работы подпрограммы ввода исходных данных
Таким образом, системы управления дозированием
активной жидкости в технологическом процессе снабженная цифровой системой
управления, работающая по разработанному алгоритму, способна в реальном
масштабе времени обеспечивать технологический процесс в особых условиях без участия
человека оператора.
Литература
1. Прокофьева П. А., Найденов Е. В. и др. Клеточная и
тканевая инженерия эндотелия IN VIVO и IN VITRO (инженерные подходы) //
Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический
журнал. – Т. 12. – Вып. 2. – Смоленск, СГМА, 2013.–URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-38-html/naydenov/naydenov.htm.
2. Прокофьева П. А., Найденов Е. В. и др. Разработка универсальной архитектуры
биореактора с цифровой системой управления на основе искусственного интеллекта
// Материалы всероссийской научной интернет-конференции с международным
участием «Современные системы искусственного интеллекта и их приложения в
науке». – Казань, Сервис виртуальных конференций PaxGrid. – 2013 – с.94-97.
Филиал ФГБОУВПО «Национальный исследовательский
университет»
МЭИ» в г. Смоленске