Точная механика. Автоматика. Приборостроение

Учебное пособие содержит краткие теоретические материалы по изучению дисциплины и методические материалы по выполнению курсовой работы.

Рассмотрены нормативные материалы, которыми следует руководствоваться при создании современных автоматизированных систем управления технологическими процессами. Изложены принципы системного подхода к проектированию, правила оформления различных схем автоматизации и алгоритмов, требования к составу и содержанию технической документации.

Содержат краткие теоретические материалы по изучению дисциплины и методические материалы по выполнению курсовой работы.

Учебное пособие посвящено применению программного пакета SimInTech для изучения методов исследования систем автоматического управления путем компьютерного моделирования. В нем рассматривается краткое описание пакета моделирования SimInTech. Даются основные особенности построения в этом пакете моделей исследуемых систем на примере исследования системы автоматического управления температурой. Приводятся основные теоретические сведения, схемы набора моделей в SimInTech, порядок исследования и содержание отчетов по исследованию ряда систем автоматического управления. Кроме того, приведены контрольные вопросы и списки литературы по каждому исследованию. Учебное пособие позволяет закрепить теоретические знания по системам автоматического управления и практические навыки исследования этих систем как теоретически, так и практически путем компьютерного моделирования с использованием SimInTech.

Рассмотрены принципы организации автоматизации промышленных линий, основы производства и оборудование нетканых текстильных и стегальных материалов, основы производства и оборудование швейной промышленности. Приведены общие характеристики технологического оборудования по виду технологического процесса. Соответствует курсам дисциплин: «Основы машиноведения швейного производства легкой промышленности», «Оборудование швейного производства», «Моделирование и оптимизация технологических процессов», «Основы автоматизированного проектирования» и «Проектирование швейных предприятий».

Пособие составлено на основе курсов лекций «Проектирование автоматизированных систем», «Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления» и «Интегрированные системы проектирования и управления», много лет читаемых автором на кафедре интеллектуальных систем управления информационными ресурсами для студентов факультета управления и автоматизации Казанского национального исследовательского технологического университета.

Включает рекомендации по выполнению и оформлению магистерской диссертации, автореферата и презентации, а также сведения по прохождению практик. Даны указания по публикации материалов диссертации.

Рассмотрена разработанная авторами математическая модель процесса испарительного охлаждения воды в блоке оросителей с трубчатыми элементами градирни с принудительной тягой. Предложена методика расчёта геометрических параметров ВРС промышленных градирен. Представлены примеры модернизации находящихся в эксплуатации промышленных градирен, а также схемы управления и структуры АСУТП для вентиляторных градирен.

Рассматриваются вопросы организации и этапы проектирования, разработки функциональных схем систем автоматического контроля и регулирования, выбора средств измерения и регулирования, составления заказных спецификаций средств измерения и автоматизации. Приведены справочные материалы по средствам измерения и автоматизации, входящих в государственную систему приборов (ГСП).

В методических указаниях представлены требования к содержанию отчетов по производственным практикам, организуемым кафедрой «Технический сервис», рекомендации по их выполнению и подготовке к защите.

Пособие подготовлено в соответствии с ФГОС ВО, учебным планом и программой дисциплины. Содержит курс лабораторных работ, включающих основные теоретические данные об администрировании программного обеспечения, языке автоматизации bash и способах обеспечения безопасности Linux систем, а также практические задания, контрольные вопросы, литературу.

Монография посвящена вопросам проектирования пьезоэлектрических виброизмерительных преобразователей (акселерометров), широко используемых для измерения параметров вибрационных и ударных ускорений в различных областях техники. Приведены сведения о пьезоэлектрических материалах и пьезоэлементах, физико-технических основах работы акселерометров, их конструктивных схемах и технических характеристиках. Рассмотрены механизмы влияния внешних факторов, воздействующих на акселерометры в реальных условиях эксплуатации. Описаны методики измерения основных характеристик акселерометров и сравнительной оценки их технического уровня.

Кафедра процессов управления и информационной безопасности Пермского государственного национального исследовательского университета с 1972 г. издает межвузовский сборник научных трудов "Проблемы механики и управления". Авторский коллектив сборника - ведущие ученые России, профессора, преподаватели, аспиранты, студенты Пермского университета. Издание "Проблемы механики и управления" предназначено для научных работников, инженеров-механиков, аспирантов и студентов специальностей "Механика", "Прикладная математика" и всех интересующихся проблемами механики и управления.

Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР (Минприбор СССР) было образовано в 1965 г. Первоочередной задачей Минприбора стало упорядочение номенклатуры выпускаемых приборов и устройств в соответствии с достигнутыми на тот период техническими достижениями и, в первую очередь, требованиями автоматизации основных видов производств

Пытаясь разобраться в том, что с нами было вчера, год, полвека и век назад, мы обращаемся к истории в надежде извлечь уроки для нас и последующих поколений, прояснить день сегодняшний, понять, что ждет нас в обозримом будущем. Мы хотим предложить читателю совершить определенный экскурс в историю становления и развития отечественного приборостроения — ключевой отрасли, определяющей научно-технический уровень любой страны мира

В статье приводятся сведения о приборах для измерений профиля зеркального диска подпятника и уклона вала гидроагрегатов. Разработки Института физики Земли РАН прошли многолетние испытания на Загорской гидроаккумулирующей электростанции во время проведения плановых ремонтов и технических осмотров роторов гидроагрегатов. В настоящей статье приводятся краткие сведения о приборах и примеры результатов их применения

Разработана оптимизационная математическая модель и методика выбора оптимальных параметров манипуляционных систем мобильных транспортно-технологических машин, позволяющие повысить их эксплуатационные свойства и конкурентоспособность. Также разработана оригинальная структура комплексной целевой функции, аддитивно учитывающая влияние любого числа значимых показателей качества на формирование оптимального варианта проектируемой конструкции. Установлена целесообразность использования оптимизационных подходов к определению основных конструктивных размеров кинематической схемы и параметров привода гидрофицированной манипуляционной системы на предпроектной стадии – стадии разработки технического предложения на проектирование манипуляционной системы мобильной машины. При указанном подходе появляется возможность исходно заложить в подлежащую дальнейшему проектированию конструкцию оптимальные значения ее наиболее значимых количественных характеристик, определяющих реализацию максимально высоких значений показателей качества спроектированной манипуляционной системы. Для гидрофицированной манипуляционной системы мобильной машины целесообразно использовать такие показатели качества, как ее собственная масса и мощность насосной установки. Предпроектная оптимизация позволяет комплексно определить оптимальное сочетание достаточно большого числа базовых проектных параметров – характерных конструктивных размеров металлоконструкции манипуляционной системы (длин и габаритных размеров поперечных сечений звеньев, присоединительных размеров для гидродвигателей) и характеристик гидропривода (рабочего давления и расхода рабочей жидкости).

В статье предложены математические модели основных типов поворотных гидродвигателей, которые в настоящее время широко используемых в конструкциях манипуляционных систем отечественных и зарубежных мобильных транспортно-технологических машин широкого функционального назначения. Они позволяют учесть при их автоматизированном проектировании наиболее значимые с точки зрения обеспечения высоких технико-экономических показателей гидродвигателей критерии эффективности – минимум массы (веса), занимаемого объема и потери мощности. На базе указанных математических моделей сформулирована задача многокритериальной условной оптимизации конструктивных размеров поворотных гидродвигателей с учетом комплекса конструктивных, прочностных и деформационных ограничений. Она позволяет разрабатывать гидродвигатели, в оптимизированной конструкции которых в требуемой для целей проектирования мере комплексно учитываются критерии эффективности. Задача многокритериальной оптимизации носит универсальный характер, так при проектировании поворотных гидродвигателей позволяет проводить одно-, двух- и трехкритериальную оптимизацию без внесения изменений в алгоритм решения. Это имеет существенное достоинство для разработки универсального программного обеспечения при автоматизации проектирования мобильных транспортно-технологических машин.

Показаны возможности применения спектрального и корреляционного методов анализа, вейвлет-преобразования в обработке энцефалографических данных как новых подходов в анализе информативных параметров психологических отклонений человека. Приведены результаты исследований и показана перспективность их использования для внедрения в современные энцефалографические системы

В статье рассматривается информационная технология поиска индивидуальной траектории инклюзивного образования. Обучение детей с ограниченными возможностями сопряжено с определенными трудностями, с которыми сталкиваются как педагоги, так и родители обучающегося. Для достижения наиболее эффективного результата в обучении инвалидов используется программа, формирующая индивидуальную образовательную траекторию обучаемого, которая зависит от показателей психофизического развития индивида, ограничений, связанных с основным заболеванием обучающегося.

Одним из этапов обработки чисел в модулярной арифметике, который в наибольшей степени требует затрат машинных ресурсов и тем самым значимо понижает эффективность использования методов модулярной арифметики в качестве технологии обработки числовых данных в средствах вычислительной техники, является этап преобразования чисел из позиционной системы счисления (ПСС) в модулярную (МС) и наоборот. Однако в процессе обработки данных достаточно реализовать МС-ПСС преобразования только на самой начальной и на самой последней стадиях обработки, а в промежуточных преобразованиях использовать преобразования из одной модулярной в другую модулярную систему. Предлагается процедура преобразования чисел из одной системы остаточных классов (СОК) в другую без использования алгоритма Эвклида, т. к. его многократная реализация является наиболее трудоемким этапом нахождения представлений чисел в СОК и обратного преобразования представлений из СОК в искомые числа. Процедура опирается на использование предварительно подготовленных таблиц. На основе описанной процедуры может быть разработан алгоритм, ориентированный непосредственно на написание программного кода. Произведена оценка основных характеристик процесса преобразования. В качестве примера рассматривался четырехъядерный процессор, каждое ядро которого может обрабатывать числа длиной 64 бит. Приведенные в работе оценки показали, что затраты на заполнение таблиц оказались вполне приемлемыми, и это позволило сделать вывод о возможности практической реализации разработанной процедуры.

В данной статье рассмотрено применение технологии ОРС для настройки и тестирования системы управления без вмешательства в технологический процесс. Представлены примеры симуляции работы объектов подготовки и переработки нефти.

В статье рассмотрена возможность использования аппарата синтеза адаптивных систем для управления системами с распределенными параметрами на примере гидролитосферных процессов. Разработана методика расчета оптимальных распределенных ПИ-регуляторов с применением аппарата аналитического конструирования оптимальных регуляторов

В учебнике освещаются различные аспекты технологии принятия решений. Дается комплексное изложение основных положений теории и практики принятия решений. Показаны роль и место управленческих решений в условиях научно-технического прогресса и рыночной экономики, классификация решений и стратегии их формирования, методы и модели разработки, целевая ориентация в условиях неопределнности и риска при выборе решений, влияние управленческих решений на функционирование, сохранение и развитие производственных систем.

Суточные данные работы скважин часто содержат резко выделяющиеся значения (выбросы), которые способны значительно повлиять на результаты статистического анализа, например, при построении линейного тренда. Показано, что стандартный МНК очень чувствителен к выбросам в данных, что приводит в ряде случаев к искажению линейного тренда и неправильной оценке изменения показателя за интересуемый период. Предложено использовать робастные методы оценивания параметров тренда, чтобы повысить помехоустойчивость и эффективность получаемых оценок.

В статье изложены принципы построения и реализации систем функционально-группового пошагового управления (ФГУ) при оперативно-диспетчерском управлении нефтепроводами. Определены подходы к разделению технологического оборудования нефтепроводов по функционально-групповому принципу. Даны определения понятий функциональных групп и функциональных подгрупп оборудования. Приведено описание состава средств системы ФГУ, построенной по иерархическому принципу. Описан принцип организации и реализации алгоритмов "шагового" управления. Приведено описание структуры шага управления. Представлены методы описания алгоритмов ФГУ автоматными моделями и продукционными моделями. Описан человеко-машинный операторский интерфейс для представления процессов ФГУ.

В статье рассмотрена информационная система "СИРИУС", способная объединить всех участников строительства в едином информационном пространстве для управления строительными проектами. Система представляет собой стабильное решение, которое на сегодняшний день обеспечивает необходимый уровень автоматизации бизнес-процессов в производственных подразделениях любой строительной компании газовой отрасли. Приводится описание структуры, архитектуры и функциональных возможностей такой системы.

В статье изложены принципы построения когнитивного образа для оперативной интеллектуальной поддержки процесса принятия решений оперативно-диспетчерским персоналом при управлении нефтепроводами. Определены задачи когнитивной компьютерной графики для помощи диспетчерскому персоналу. Описаны механизмы оперативного мышления и их взаимосвязь с образным представлением состояния магистрального нефтепровода и входящих в него технологических участков. В качестве базового образа состояния процессов перекачки нефти по технологическим участкам нефтепровода (ТУ МН) описан подход, основанный на использовании диаграммы Кивиата. В качестве "когнитивного образа процесса перекачки нефти" по ТУ МН рассматривается подход, основанный на когнитивном образе "линия гидроуклона". Описаны когнитивные компоненты, входящие в обобщенный образ - "калейдоскоп" для принятия оперативно-диспетчерских решений и методы работы с этим когнитивным образом.

Статья раскрывает основные аспекты авторской прокси-модели расчета линий тока жидкости в пласте, использованной для автоматического построения блоков заводнения. Данный подход применяется для решения проблемы определения контуров блоков заводнения, а также сокращения перетоков жидкости между ними. Это позволит в дальнейшем проводить оперативный и качественный блоковый анализ эффективности заводнения месторождения.

В статье рассматривается вопрос обеспечения устойчивости двух и более параллельно работающих газодизель-генераторов в составе автономной электроэнергетической системы. Рассматриваются условия работы такой системы в составе автономной буровой платформы, где резкие изменения в нагрузке судовой электрической сети являются несовместимыми с существующими системами автоматического регулирования газодизель-генераторов, поскольку последние характеризуются высокой нестабильностью частоты вращения. На основе проведенного эксперимента были получены значения коэффициентов настройки регулятора частоты вращения газодизель-генератора, которые при заданной мощности обеспечивают наилучший переходный процесс. Настройку регулятора следует проводить при минимальной мощности газодизель-генератора. Показано, что при этом рост нагрузки будет приводить к увеличению запаса устойчивости. На основе метода логарифмической амплитудно-частотной характеристики определена аналитическая зависимость между параметрами регулятора и дизеля, позволяющая устанавливать допустимую степень колебательности системы.

Рассматривается поиск зависимости прироста добычи жидкости в результате применения соляно-кислотной обработки (СКО) от широко распространенных геологических параметров с помощью метода группового учета аргументов. Приводится сама зависимость, позволяющая оценить эффективность применения СКО практически для всех скважин месторождения и определить зоны желательности проведения СКО.

Одни из наиболее тяжелых с точки зрения последствий нештатных ситуаций в нефтегазовой отрасли связаны с поведением углеводородного сырья, в частности с фазовыми переходами – отложения парафинов, асфальтенов, солей, образование газовых гидратов. На условия образования газовых гидратов влияет большое число параметров, часть из которых не учитывается в применяемых на практике методах. В работе проведен анализ факторов, влияющих на процесс гидратообразования. Предложен подход для учета влияния состава газа на процесс гидратообразования в диспетчерском управлении.

Измерительные сигналы систем телесигнализации формируются в случае превышения контролируемым параметром порогового уровня, поэтому их амплитуды можно рассматривать как выбросы случайных процессов. Предложены формулы для вероятностей использования разрядов двоичного кода при оцифровке измерительных сигналов с экспоненциальной плотностью распределения амплитуд. Разработана модель оценки помехоустойчивости поэлементного приема оцифрованных сообщений укороченной длительности, зависящей от амплитуды измерительных сигналов. Исследованы зависимости дисперсии канальной ошибки от разрядности двоичного кода. Для каналов связи с различными помехами определены оптимальные значения разрядности кодов. Эти коды обеспечивают минимальные суммарные значения канальной ошибки и ошибки квантования при оцифровке и передаче сообщений укороченной длительности.

Рассматриваются основные тенденции в развитии современных информационных технологий, перспективы и подходы к их применению в системе поддержки принятия диспетчерских решений. Описывается эволюция архитектуры ПВК "Веста" и предлагаются архитектурные решения, обеспечивающие преемственность с существующими программными наработками при переносе комплекса моделирования в распределенную вычислительную среду.

В статье рассматриваются существующие и перспективные типы организации человеко-машинного операторского интерфейса для систем интеллектуальной поддержки принятия решений при управлении сложными и экологически опасными объектами и технологиями, включая операторские интерфейсы: приборный; технологический; экологический; функциональный; иммерсивный; когнитивный. Основываясь на методологии ситуационного человеко-машинного управления, автор вводит новый тип организации человеко-машинного управления – "по ситуациям" и определяет понятие – ситуационный человеко-машинный операторский интерфейс. Излагаются принципы выбора и организации представления информации для ситуационного человеко-машинного операторского интерфейса, а именно: при распознавании и оценке наличия нештатных ситуаций, требующих принятия управляющих решений; при диагностировании нештатных ситуаций и прогнозировании их развития во времени; при автоматизации машинного поиска управляющих решений, адекватных сложившимся нештатным ситуациям. Описывается архитектура средств ситуационного человеко-машинного операторского интерфейса.

В статье приведен обзор основных методов измерения влагосодержания нефти. Рассмотрены принципы измерения влагосодержания нефти в СВЧ диапазоне. Проведены оценки дополнительных погрешностей измерений, обусловленных изменением состава нефти, солености подтоварной воды, количества свободного газа. Предложены рекомендации по оптимизации выбора влагомеров для их применения в рабочих условиях эксплуатации.

В статье рассмотрены принципы формирования требований к организации и методам построения оперативных интерфейсов для диспетчеров трубопроводных систем. Сформулированы функциональные требования к информационному обеспечению человеко-машинного интерфейса. Описаны методологии группировки информации на экранах дисплеев. Показана роль информационной модели объекта управления как основы структуризации фрагментов для представления состояния объекта управления. Описаны требования к видеограммам как основному виду представления информации о состоянии объекта управления. Определены принципы распределения информации при многоэкранном построении средств человеко-машинного управления. Описаны принципы размещения информации на экранах.

К работе технологических объектов, используемых в информационных системах обработки в нефтяной и газовой промышленности, предъявляются жесткие требования, связанные со спецификой работы указанных объектов. В статье рассматриваются метод обеспечения минимального времени обнаружения возгорания, фиксации перепада давления и снижение стоимости систем сбора и обработки информации. Суть метода заключается в увеличении помехоустойчивости приемных устройств, используемых в блоке сбора и обработки информации СИКН. Повышение помехоустойчивости достигается за счет использования амплитудно-частотного преобразователя и решающего устройства по Д. Слепяну.

В статье рассматривается программное обеспечение, позволяющее осуществить автоматизированный синтез систем противоаварийной защиты. Синтез можно выполнить двумя методами: методом обеспечения заданных приемлемых частот возникновения опасных последствий; методом минимизации затрат на обеспечение безопасности в течение всего жизненного цикла системы. Программное обеспечение позволяет также рассчитать основные показатели безопасности разработанной системы противоаварийной защиты.

Основан в 1994 г. Журнал "Прикладная физика" в настоящее время предназначен в основном для срочной публикации кратких статей о последних достижениях в области физики, имеющих перспективу прикладного (технического и научного) применения. Графические материалы (фото, схемы, рисунки, графики и т.п.) представляются теперь в черно-белом и полноцветном форматах, что выгодно отличает данный журнал от абсолютного большинства других периодических научно-технических изданий, где обычно ограничиваются только черно-белым форматом. Журнал за прошедшие годы стал лидером в области освещения физических основ прикладных задач по некоторым наиболее наукоемким направлениям развития техники и технологии (фотоэлектронной, лазерной, плазменной, электронно- и ионнолучевой, микроволновой, наноматериалов, высокотемпературной сверхпроводимости и т.п.), публикуя научные статьи и обзоры по упомянутым вопросам. В журнале по-прежнему освещаются прикладные проблемы, обсуждаемые на важнейших отечественных и международных физических конференциях. В частности, журнал остается одним из официальных информационных спонсоров ряда таких периодически проводимых конференций, как Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Всероссийский семинар по электронной и ионной оптике и др., оперативно публикуя на своих страницах наиболее значимые их материалы, подготовленные и представленные (по рекомендации соответствующих Программных комитетов) в виде отдельных статей участников конференций. В журнале публикуются статьи авторов не только из РФ и стран СНГ, но и из Франции, США, Израиля, Польши, Индии и ряда других стран дальнего зарубежья.

Является руководством к выполнению курсового проекта по курсам «Интегрированные системы проектирования и управления», «Проектирование АСОИУ». Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления», а также по направлениям 220400 «Управление в технических системах», 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230100 «Информатика и вычислительная техника».

Изложены вопросы программирования и конфигурирования промышленных сетей Modbus, Modbus Plus, Ethernet и др. Для студентов, изучающих курсы «Управление в технических системах», «Основы автоматики и системы автоматического управления», «Проектирование интегрированных систем управления производственными процессами», «Управляющие ЭВМ и комплексы», «Алгоритмическое и программное обеспечение систем управления». Настоящее издание будет полезным также для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов технических университетов.

Рассмотрены вопросы проектирования АСУ ТП как с методологических позиций, так и с позиций их практической реализации. Материал изложен на примере отечественного программно-технического комплекса Контар (KONTAR).

Обязательным компонентом любого современного мехатронного устройства является микропроцессорная система, реализующая алгоритмы управления программным способом. В пособии изложены этапы и подходы к проектированию алгоритмического и программного обеспечения для микропроцессорных модулей мехатронных систем.

Рассмотрены вопросы, связанные с использованием методов и средств автоматической и автоматизированной настройки систем управления. Изложены вопросы автоматизации настройки ПИД-регуляторов как с методологической зрения, так и с точки зрения их практической реализации. Значительное внимание уделено существующим пакетам прикладных программ, реализующим оптимальную настройку: Concept, Unity Pro, Трейс Моуд и др.

Рассмотрен пример проектирования гироприбора на базе трехстепенного астатического гироскопа. Приведены способы построения структурных схем двухконтурной системы. Продемонстрирован способ подбора коррекции для обеспечения запасов устойчивости в двухконтурной системе при изменении структуры объекта регулирования с помощью стандартных компьютерных пакетов.

Изложены материалы, в которых отражен практический опыт промышленности в области проектирования электрогидравлических усилителей мощности, составляющих основу электрогидравлических следящих приводов. Рассмотрены двухкаскадные усилители с соплом-заслонкой и струйной трубкой в предварительном каскаде, цилиндрическим золотниковым распределителем в выходном каскаде, механической и электрической обратной связью по положению золотника. Представлены математические модели, изложена методика проектных расчетов параметров и характеристик, рассмотрены вопросы выбора конструкционных материалов и обоснования конструкции усилителей.

Рассмотрены принцип модульного построения пневматических систем автоматического управления (САУ), структура тактовых цепей, способы их построения и принцип действия, а также различные типы модулей, составляющих тактовые цепи, их техническая реализация и функциональные возможности. Приведен пример разработки принципиальной пневматической схемы управления технологическим процессом, заданным в формализованном виде - в виде циклограммы.

Рассмотрена задача расчета параметров ПИД-регулятора. В работе предлагается ее решение на основе метода локализации. Применение этого метода обеспечивает желаемые свойства для линейных систем второго порядка. Параметры объекта не влияют на качество переходного процесса, а внешнее возмущение быстро отрабатывается.

Приводится обзор программно-технических комплексов и отдельных контроллеров отечественных производителей для построения АСУТП. Подготовлено на кафедрах интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами, систем автоматизации и управления технологическими процессами КГТУ.