Диссертация (1152184), страница 24
Текст из файла (страница 24)
К ним прежде всего относятся температура, влажность ихимический состав атмосферного воздуха, подаваемого извне. В зависимости отвремени года воздухоподготовка может быть очень энергозатратной, как в случаенеобходимости охлаждения, так и подогрева. То же касается обеспечения заданнойконцентрации углекислого газа. Все эти параметры являются взаимосвязанными,например,повышениеконцентрацииуглекислогогазаможетснизитьэнергозатраты на подогрев воздуха до необходимой температуры [52]. Однако143поддержание концентрации углекислого газа в заданных пределах, с свою очередь,также является весьма энергозатратной и технически сложной задачей [120,122].Всевышеперечисленноеоптимальногонаборадемонстрируетпараметровсложностьтехнологическогоопределенияпроцессанаосновепротиворечивых показателей стоимости их поддержания, требований к качеству,особенностей технической реализации.Применение в разработанном ПАК микрокомпьютера взамен традиционныхПЛК позволило разместить автономную версию базы данных экспертных знанийнепосредственно на экземпляре ПАК, чтобы в случае аварий на линиях связи ипотери коммуникации с ИАСУ качество управления процессами не деградировало.В результате разработанный ПАК стал представлять собой нечеткий (fuzzy)регулятор [122].По вопросу математического обеспечения управления технологическимипроцессами в части обеспечения заданных параметров микроклимата существуетбольшое количество работ [119, 102, 107, 108].Традиционно математические модели микроклимата делятся на два типа.1.
Математические модели, оперирующие данными о процессах тепло- имассообмена в помещении. Эти модели описываются дифференциальнымиуравнениями с параметрами, имеющими физическую интерпретацию.2.Кибернетическиемодели,рассматривающиепроцессуправлениямикроклиматом как «черный ящик» с изучением его входов и выходов. Дляопределения параметров могут быть применены нейросетевые модели.Для реализации разработанного ПАК были применены модели второго типа,так как их реализация на микрокомпьютере достаточно эффективна, в отличие оттрадиционных ПЛК.
При этом регулирование получается более качественным, безбольших амплитудных всплесков.Для измерения температуры и влажности в ПАК был применен гибридныйдатчикDHT22.Онпозволяетопределятьвлажностьвдиапазоне0-100% и температуру в диапазоне от -40 °C до +125 °C. Частота опроса составляет1441 раз в две секунды. Выбор датчика был обусловлен хорошим соотношением ценакачество, а также цифровыми выходами датчика.Применение в разработанном ПАК микрокомпьютера Orange Pi Oneпозволило в полном объеме задействовать функционал промышленного языкапрограммирования C/C++. В результате была разработана функция для работы сгибридным датчиком DHT22.
Полученные результаты каждые 5 секундотправляются в главный программный модуль ПАК и участвуют в формированииструктуры параметров для выработки команд управления климатическойустановкой.Структурно-логическаятехнологическихисхемауниверсальногообеспечивающихПАКпроизводственныхавтоматизациипроцессов,функционирующего в режиме реального времени в составе ИАСУ, представленана рисунке 36.Однако по результатам эксплуатации ПАК качество регулирования оказалосьнестабильным вследствие плохой обученности нейронной сети.
Вероятно, на этоповлиял незначительный размер обучающей выборки и плохая достоверностьданных. В результате сеть часто переходила в состояние «переобучения» ивыдавала заведомо некорректные управляющие сигналы.Несмотря на значительные вычислительные ресурсы, разрабатываемый ПАКможет применяться лишь для исполнений готовой нейронной сети, ее обучениеприходится проводить на мощных стационарных ЭВМ, с промышленнымиграфическими видеокартами.По результатам проведенных с подсистемой СППР ИАСУ исследованийбыло показано, что обученная нейросеть может с успехом исполняться наэкземплярах ПАК, система при этом работает стабильно, зафиксировано времянепрерывной работы более 5 дней.
Однако большой проблемой являетсяотсутствие больших объемов достоверных обучающих выборок. При этом накаждую попытку обучения сети (при размере выборки порядка 20 млн записей)уходит значительное время – до 2-3 часов.145Рисунок 36 – Структурная схема модели универсального ПАК автоматизациитехнологических и обеспечивающих процессовФотографиядействующегоопытногообразцаразработанногоПАКпредставлена на рисунке 37.Универсальный ПАК при функционировании порождает значительныйинформационный обмен, критичный к надежности и времени отклика, что должнобыть обеспечено опорной сетью передачи данных.146Рисунок 37 – Действующий опытный образец универсального ПАКавтоматизации производственно-технологических и обеспечивающих процессов4.2 Реализация подсистем передачи данных и контроля доступаДаже в случае малого предприятия пищевой промышленности опорная сетьпередачи данных (ОСПД) является ключевой коммуникационной магистралью,соединяющей все службы предприятия.
ОСПД включает в себя передачу данныхпользователей, телефонной связи, системы видеонаблюдения, системы контроля иуправления доступом, сигнализации, коммуникации с контрольными точкамиHACCP, подсистемы управления технологическими процессами и др. Примерполной мнемосхемы мониторинга и управления ОСПД предприятия пищевойпромышленности представлен на рисунке 38. Укрупненный фрагмент ядра ОСПДорганизации показан на рисунке 39. Данные рисунки позволяют оценить важностьмнемосхем мониторинга и управления ОСПД предприятия.147Рисунок 38 – Полная мнемосхема мониторинга и управления ОСПД предприятияпищевой промышленностиРисунок 39 – Фрагмент мнемосхемы мониторинга и управления ОСПД (ядросети) предприятия пищевой промышленностиУчитывая, что ОСПД играет ключевую роль при обеспечении интеграцииразличных подсистем в режиме реального времени, крайне важно иметь148возможность контролировать соответствующие параметры, работая при этом не наустранение аварий и сбоев, а на их упреждение и предотвращение.Современное активное сетевое оборудование позволяет отслеживать этипараметры в режиме реального времени, централизовано управлять ОСПД,обеспечивая для каждого сервиса необходимый уровень приоритета.
Это преждевсего достигается соответствующим классом сервиса (COS), сегментациейвычислительной сети на vlan (виртуальные сети).Активное сетевое оборудование можно условно поделить на уровни ядра,распределенияидоступа.КуровнюядраотноситсяоборудованиеLayer 3, обладающее большим функционалом, аппаратным обеспечениемнадежности за счет дублирования модулей и источников питания. В качествеоборудования ядра при написании диссертации был применен модульныйкоммутатор Cisco Catalyst 4506 с центральным модулем Supervisor EngineV-10GE (рисунок 40).Рисунок 40 – Управляющий модуль шасси Cisco Catalyst 4500Данный коммутатор может быть применен в качестве оборудования ядрасетикрупноготерриториально-распределенногопредприятияпищевойпромышленности, насчитывающего тысячи или даже десятки тысяч пользователей.В качестве недостатков решения необходимо отметить высокое энергопотреблениеи большие габаритные размеры, в качестве достоинств – низкую стоимость ибогатый функционал наряду с высокой пропускной способностью.149На уровне распределения обычно используют управляемые коммутаторы сбольшим количеством портов 1 Гбит/сек.
К этим коммутаторам применяютсятребования Layer 2 и частично Layer 3. Необходимо учитывать общее количествоаппаратных(MAC)адресов,которымибудетоперироватькоммутаторраспределения в часы пиковой нагрузки. В целях рационального использованиясредств при написании диссертации было использовано оборудование Huawei,SNR, D-link и др. В качестве достоинств такого оборудования необходимо отметитьхорошие показатели соотношения цена/качества, более того, коммутаторы SNRдекларируются как оборудование российской сборки.К оборудованию уровня доступа предъявляются стандартные требования дляэтого уровня: необходимое количество пользовательских портов (как правило, 100Мбит/сек), необходимое количество магистральных портов для различных средпередачи (как правило, 1 Гбит/сек).
Управляемые коммутаторы должны обладатьфункционалом администрирования vlan, иметь возможность привязки аппаратныхадресов к определенным портам и пр. Необходимо отметить, что реализацияуровня доступа в ОСПД для управления технологическими и обеспечивающимипроизводственнымипроцессамипредприятияпищевойпромышленностипредставляет определенные сложности. С одной стороны, за счет общностиобеспечивающихподсистемповышаетсяуправляемостьиэффективностьинфраструктуры, с другой стороны – повышаются требования к активномусетевому оборудованию.
Помещения, в которых происходят технологическиепроцессы часто содержат агрессивные химические среды, что исключает установкуобычного оборудования. Необходимо специальное, промышленное активноесетевое оборудование, которое может работать в большом диапазоне температур,при наличии в помещении агрессивных сред, выдерживать колебания в цепяхпитания. При подготовке диссертации был проведен обзор существующихрешений и сделан выбор в пользу оборудования SNR [86] как наиболееподходящего по соотношению цена-качество. На рисунке 41 представленпромышленный коммутатор S212i-9POE-DC.150Рисунок 41 – Промышленный коммутатор S212i-9POE-DCРеализованная опорная сеть передачи данных позволила повыситьнадежность приложений, критичных к времени отклика и обеспечениюцелостности передаваемых пакетов.
В случае территориально-распределенногопредприятии, таким приложением является, прежде всего, СКУД.СКУД предприятия пищевой промышленности относится, как правило, кадминистративно-хозяйственной деятельности и находится в ведении управлениябезопасности. В результате научно-технического прогресса стали более доступныметки формата UHF-RFID, и в настоящее время существует возможностьмаркировки сырья, готовой продукции, объектов материального учета дляконтроля их перемещения. Помимо этого, каждому физическому лицу в КИСсоответствует свой электронный пропуск (уникальный идентификатор).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
