Автореферат (Разработка интеллектуального комплекса для адаптивного управления параметрами микроклимата процессов хранения муки)

На правах рукописиКарелина Екатерина БорисовнаРазработка интеллектуального комплекса дляадаптивного управления параметрами микроклиматапроцессов хранения мукиСпециальность 05.13.06 –«Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами(в пищевой промышленности) (технические науки)»АвторефератДиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2018Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный университет пищевыхпроизводств»Научный руководитель:доктор технических наук, профессор,заслуженный деятель науки РФБлаговещенская Маргарита МихайловнаОфициальные оппоненты:Шкапов Павел Михайлович,доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Московский государственныйтехнический университет имени Н.Э. Баумана»,кафедра «Теоретическая механика»,заведующий кафедрой.Шаверин Андрей Вениаминовичкандидат технических наук, менеджер попродукции компании ООО «ОмронЭлектроникс», г.

Москва.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования «Омский государственныйтехнический университет».Защита состоится «30» октября 2018 г. в 12.00 на заседании диссертационного советаД.212.148.02 на базе ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевыхпроизводств» по адресу 109316, г. Москва, ул.

Талалихина, дом 33, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Московскийгосударственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва,Волоколамское шоссе, д. 11 и на сайте ФГБОУ ВО «МГУПП» http://mgupp.ru.Отзывы на автореферат и диссертацию отправлять по адресу: 125080, г. Москва,Волоколамское шоссе, д. 11. ФГБОУ ВО «МГУПП»Автореферат разослан «___» _________ 20___года.Ученый секретарьДиссертационного советаД.212.148.02,доктор технических наук, профессорМитин Владимир Васильевич2Общая характеристика работыАктуальность темы.В современном социально-экономическом и геополитическом развитии России напервый план выходит развитие сельского хозяйства и пищевой промышленности. Какследствие, многократно возрастают требования к качеству и безопасности готовогопродукта, что существенно влияет на его конкурентоспособность.

Среди множества отраслейпищевой промышленности важнейшая роль принадлежит мукомольной. Её продукцияявляется чрезвычайно востребованной населением нашей страны. А это значит, что ккачеству этой готовой продукции предъявляются особые повышенные требования. Хранениемуки является одним из важнейших этапов технологического процесса производства муки.Бестарноехранениемуки(БХМ)всилосахпредставляетсобойсложныйтехнологический процесс, который в значительной степени подвержен воздействиюокружающей среды (температура, давление, влажность и др.). Если не приниматьсоответствующих мер, то под влиянием указанных факторов технологические свойства мукибудут изменяться и выходить за пределы допустимых значений, т.е.

мука можетиспортиться.На практике наиболее часто для стабилизации отдельных параметров используютавтоматические регуляторы, а выбор стратегии и режима управления осуществляется наусмотрение операторов-технологов. Такой подход не обеспечивает достаточный уровеньавтоматизации процесса и обуславливает зависимость качества процесса от субъективноговлияния ведущих процесс технологов.

Достичь высокого качества возможно посредствомсозданияадаптивныхавтоматизированныхсистемуправлениятехнологическимипроцессами.На сегодняшний день наиболее перспективным представляется использованиенейросетевых регуляторов для управления параметрами микроклимата в процессе хранениямуки. Создание такой системы позволит: улучшить адаптационные способности регулятораза счет применения более гибкой технологии управления, повысить качество управления и,следовательно,качественныепоказателитехнологическогопроцесса,повыситьэкономическую эффективность производства в результате более точного поддержанияосновных технологических параметров и, соответственно, снижения расхода материальных иэнергетических ресурсов, уменьшения процента порчи и т.п.Исходяизвышеизложенного,темадиссертационнойработы«Разработкаинтеллектуального комплекса для адаптивного управления параметрами микроклиматапроцессов хранения муки» является актуальным направлением развития мукомольнойотрасли промышленности, имеющей важное народнохозяйственное значение.3Цельработы.Цельюдиссертационнойработыявляетсяразработкаинтеллектуального комплекса для адаптивного управления параметрами микроклиматапроцессов хранения муки (на примере силоса для бестарного хранения муки) и повышениеэффективности управления технологическими процессами (ТП) хранения муки путемиспользования интеллектуальных технологий.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1.

Анализ технологического процесса хранения муки как объекта автоматизации.2. Обзор и анализ современных способов применения нейронных сетей дляуправления сложными техническими системами.3. Разработка структурно – параметрической модели ТП бестарного хранения муки.4. Разработка математической модели объекта управления с учетом присущих емувнутреннихсвязеймеждупараметрамитехнологическогорежимаивнешнимивозмущающими факторами.5. Разработка структуры и алгоритма нейросетевого регулятора для управлениянестационарным технологическим процессом (на примере параметров микроклиматапроцесса бестарного хранения муки).6. Разработка системы слежения и управления параметрами микроклимата силоса вSCADA-системе Trace Mode.7.

Разработка РС-совместимой среды для проведения опытно-промышленныхиспытаний.8. Разработка технических решений для реализации системы интеллектуальногоуправления параметрами микроклимата в процессе хранения муки и оценка результатовопытно-промышленной эксплуатации.Объектом исследования является типовой силос для бестарного хранения муки, атакже процессы сбора, анализа и обработки информации, в задачах непрерывного контроляпоказателей микроклимата в процессе хранения муки.Предметом исследования и разработок являются совокупность теоретических,методологических и практических задач, связанных с созданием интеллектуальногокомплекса для адаптивного управления параметрами микроклимата в процессе хранениямуки и соответствующее информационное, математическое, алгоритмическое и программноеобеспечение.Методы и средства исследований.

В работе используются аналитические методыисследования, методы компьютерного моделирования и экспериментальные исследования,выполненные на натуральных объектах в производственных условиях.4Поставленные в работе задачи решены с использованием методологических иматематических основ построения адаптивных систем поддержки и принятия решений,основных положений теории автоматического управления, теории нейронных сетей, общихпринципов математического моделирования, элементов теории искусственного интеллекта.Численнаяиграфическаяобработкарезультатовисследованийпроизводиласьсприменением MatLab, системы визуального моделирования Simulink и SCADA-системыTraceMode.Научная новизна работы.1.Представлена математическая модель микроклимата в силосе в видемногосвязной структуры внутренних и возмущающих параметров.2.Разработана структура нейросетевого регулятора, используемого в силосе дляадаптивного управления параметрами микроклимата в процессе бестарного хранения муки.3.Представленоматематическоеописаниенейросетевогорегулятора,структурная схема нейросети и алгоритм обучения нейросети.4.Разработан алгоритм работы модуля контроля и регулирования параметровмикроклимата в процессе бестарного хранения муки.5.Представлено имитационное моделирование ТП БХМ в среде AnyLogic.6.Разработана РС-совместимая платформа для проведения экспериментальныхисследований с дальнейшим их анализом.Практическая значимость работы.Практическая значимость работы представлена:1.

Структурно-параметрической моделью процесса бестарного хранения муки.2. Рекомендациями по учету взаимосвязей технологических параметров процессахранения муки при разработке его математической модели.3. Рекомендациями по разработке структуры нейросетевого регулятора.4.

Методикой выбора архитектуры и алгоритма обучения нейросети.5. Моделирование склада БХМ в среде AnyLogic.6. Разработкой системы слежения и сбора параметров ТП хранения муки в SCADAсистеме TraceMode.7. РазработкойРС-совместимойсредыдляпроведенияопытно-промышленныхиспытаний.8. Результатамиисследованийопытно-промышленнойэксплуатациисистемыинтеллектуального управления параметрами микроклимата в силосе.Достоверность полученных в работе результатов обеспечиваетсяадекватнымиспользованием методов исследований и соответствующего математического аппарата,5проверкой полученных выводов, моделированием и проведением натурного эксперимента впроизводственных условиях ОАО "Мельничный комбинат в Сокольниках", в ходе которогополучены данные, соотносящиеся с вычислительным экспериментом.Основные положения, выносимые на защиту:1.

Формализованное описание параметров микроклимата технологического процессахранения муки в виде многосвязной системы автоматического регулирования.2. Структурная схема нейросетевого регулятора.3. Архитектуранейросети,математическоеописаниеиалгоритмобученияинтеллектуальной нейросетевой модели (ИНСМ).4. Алгоритмы работы нейросетевой модели и интеллектуального комплекса адаптивногоуправления параметрами микроклимата в процессе БХМ.5.