Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Шабалов Александр Александрович. Разработка информационного и алгоритмического обеспечения проблемно-ориентированной системы управления выбросами промышленных предприятий : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 / Шабалов Александр Александрович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т аэрокосм. приборостроения].- Санкт-Петербург, 2009.- 163 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1807

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1 КОНЦЕПЦИЯ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЕЕ
ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ 10

  1. Концепция замкнутой системы управления «Природа-Техногеника» 10

  2. Синтез требований к системе управления концентрацией загрязняющих веществ в выбросах производственных предприятий и ее элементам 18

  3. Информационная модель аппаратно-программного комплекса управления концентрацией загрязняющих веществ 20

  4. Результаты и выводы к разделу 1 29

2 ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСАМИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ 30

2.1 Разработка и исследование математической модели распространения
загрязняющих веществ в атмосфере 30

  1. Синтез требований к модели распространения загрязняющих веществ в атмосфере 30

  2. Анализ и систематизация моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере 32

  3. Разработка уточненной математической модели распространения загрязняющего вещества 47

  1. Математическая модель системы управления очистными агрегатами 60

  2. Математическая модель одноконтурной замкнутой системы управления... 70

  3. Результаты и выводы к разделу 2 76

3 СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ МОДЕЛИ ЗАМКНУТОЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ. 77
3.1 Требования к качеству замкнутой системы управления 77

  1. Моделирование процессов обработки информации замкнутой системой управления 78

  2. Анализ устойчивости и качества замкнутой системы управления 82

  3. Структурно-параметрический синтез модели замкнутой системы управления 85

  4. Анализ устойчивости и качества регулирования замкнутой системы управления 97

  5. Структурно-параметрический синтез модели двухконтурной замкнутой системы управления 99

  6. Исследование процессов обработки информации двухконтурной замкнутой системы управления 101

  7. Результаты и выводы к разделу 3 103

4 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ
ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
ВЫБРОСАМИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 104

4.1 Разработка алгоритмического обеспечения сбора, обработки и передачи
измерительной информации 104

  1. Алгоритм поиска пространственных координат максимума концентрации загрязняющих веществ в атмосфере 104

  2. Протокол передачи данных между измерительной системой и центром управления 114

  1. Алгоритм коммутации информации измерительных систем 116

  2. Структура программно-аппаратного интерфейса системы управления и интерпретации информации 120

  1. Структура интерфейса 120

  2. Методика прогнозирования загрязнения местности 130

Результаты и выводы к разделу 4 141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 144

ПРИЛОЖЕНИЕ А 156

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 161

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АРМ — автоматизированное рабочее место

ЖМК — железомарганцевые конкреции

ГИС - геоинформационная система

ГБД - геоинформационная база данных

ЗВ - загрязняющие вещества

ЗСУ - замкнутая система управления

ЗСУПТ - замкнутая система управления «Природа - Техногеника»

ИС - измерительная система

КЧХ - комплексная частотная характеристика

ЛА - летательный аппарат

ЛВС - локальные вычислительны сети

ЛПР - лицо, принимающее решение

ПДК - предельно допустимая концентрация

ПО - программное обеспечение

ПТУ - пылегазоуловитель

ПП - производственное предприятие

СУ - система управления

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль

ЧИМ - частотно-импульсная

ШИМ - широко-импульсная модуляция

ЭВМ — электронно-вычислительная машина

GPS - Global Positioning System (глобальная система позиционирования)

Введение к работе:

Проблемы охраны окружающей среды и ее восстановления в настоящее время приняли глобальный характер и являются важными для задач современной науки. Данные проблемы связаны с возрастающей в последние десятилетия активностью антропогенной деятельности и вовлекаемыми в нее природными ресурсами. Это оказывает сильнейшее воздействие на биосферу, представляя для нее большую угрозу и делая ее все более нестабильной с все более и более непригодными для существования условиями. Одной из важнейших проблем экологии является защита атмосферы от выбросов загрязняющих веществ (ЗВ). Данная проблема особенно актуальна для больших промышленных городов, где ЗВ оказывают негативное влияние на здоровье, благосостояние и продолжительность жизни людей, приводят к развитию необратимых для природы последствий [1,2].

Необходимость разработки научно обоснованных решений управления концентрацией ЗВ в атмосфере усиливается тем, что с ростом промышленного производства усиливается загрязнение атмосферы. Развитие информационных технологий, включая значительный прогресс в создании средств измерения, обработки, передачи и хранения информации, позволяет создать автоматическую систему управления и непрерывного мониторинга концентрации ЗВ в атмосфере для задач анализа, принятия управленческих решений и контроля их исполнения.

Актуальность проблемы защиты атмосферы подчеркивается в соответствующей нормативно-законодательной базе, в частности в федеральном законе от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (с изменениями от 30 декабря 2001 г., 10 января 2003 г.), федеральном законе от 04.05.1999 N 3-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха" (с изменениями на 31 декабря 2005 года), федеральном законе РФ от 23 ноября 1995 г. № 174-ФЗ "Об экологической экспертизе", федеральном законе от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране

окружающей среды" (с изменениями на 22 августа 2004 года). В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 02.02.2006 №60 "Об утверждении положения о социально-гигиеническом мониторинге" мониторинг за источниками антропогенного воздействия на окружающую природную среду вошел в качестве одного из важнейших элементов в государственную систему социально-гигиенического мониторинга. «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы» включены в перечень критических технологий, утвержденный распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. № 1243-р.

Научные основы анализа распространения ЗВ в атмосфере были заложены в трудах отечественных ученных: Берлянда М.Е., Щербакова А.Ю., Ландсберга Г.Е., Бузало Н.С., Гаргер Е.К., Марчука Г.И. В работах Сольницева Р.И. была предложена концепция, структура и основные подходы к построению замкнутой системы управления (ЗСУ) концентрацией выбрасываемых производственными предприятиями в атмосферу ЗВ. Дальнейшее развитие это направление получило в работах российских ученых Сольницева Р.И., Коршунова Г.И., Грудинина В.П.

Результаты исследования существующих решений показали, что важной проблемой реализации системы управления качеством атмосферы является недостаточная проработка практически применимых алгоритмических и методических средств обеспечения, сбора и анализа информации мониторинга атмосферы, а также модели переноса ЗВ в атмосфере. Для реализации эффективной системы управления необходима разработка и исследование математических моделей, методов анализа и применение построенных на основе моделирования средств мониторинга и принятия решений, осуществляющих оперативные измерения концентрации ЗВ в условиях непрерывно изменяющихся параметров атмосферы и генерирующих управляющее воздействие.

Таким образом, разработка проблемно-ориентированной системы управления концентрацией ЗВ в выбросах промышленных предприятий и

обеспечивающих ее работу информационных и алгоритмических средств является актуальной и представляет научную задачу, имеющую важное теоретическое и прикладное значение.

Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности управления концентрацией загрязняющих веществ в выбросах производственных объектов посредством разработки информационного и алгоритмического обеспечения замкнутой системы управления, исследования процессов обработки информации, эффективности и качества управления.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе установлены следующие задачи:

  1. Разработка уточненной математической модели переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией ЗВ.

  2. Анализ математических моделей систем управления с точки зрения пригодности для управления выбросами ЗВ, исследование эффективности и качества управления.

  3. Разработка алгоритма поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для летательного аппарата (ЛА).

  4. Разработка алгоритма сбора и обработки информации мониторинга по критерию предельно допустимых концентраций (ПДК) для поддержки принятия управленческих решений.

  5. Разработка математической модели системы управления очистными агрегатами для управления очисткой газовоздушной смеси от нескольких ЗВ.

Методы исследования. Основой исследования является методология системного анализа, теория систем автоматического управления, аналитические и численные методы математического моделирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Разработана уточненная математическая модель переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией ЗВ, представленная в виде передаточной функции, позволяющая осуществлять управление концентрацией ЗВ в реальном времени.

  1. На основе анализа выбрана и проблемно ориентирована математическая модель системы управления выбросами ЗВ, отличающаяся от базовой введением в регулятор дополнительных компенсирующих связей, обеспечивающих минимизацию эффекта «интегрального насыщения» и необходимое качество управления при изменяющейся величине транспортной задержки переноса ЗВ в атмосфере.

  2. Разработан алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для ЛА, позволяющий осуществлять поиск координат и значения максимума концентрации ЗВ летательным аппаратом в широком диапазоне параметров атмосферы при различных формах факела.

  1. Разработан алгоритм сбора и обработки информации мониторинга по критерию ПДК, обеспечивающий коррекцию измерительных данных, необходимых для поддержки принятия управленческих решений.

  2. Разработана математическая модель системы управления очистными агрегатами, обеспечивающая требуемое качество управления очисткой газовоздушной смеси от нескольких ЗВ.

Практическая ценность. Разработанные в диссертационной работе
информационные и математические модели и алгоритмы позволяют успешно
реализовать аппаратно-программный комплекс (АПК) защиты атмосферы.
Практические результаты диссертационной работы использованы в разработках
ООО "НПФ "Торэкс"; НП "ИТЦ "Аэрокосмический" для ОАО "РУСАЛ"
филиал "Бокситогорский глинозем"; Международного института инжиниринга
в экологии и безопасности жизнедеятельности при ГУАП, а также внедрены в
учебный процесс кафедры «Инноватика и управление качеством» в Санкт-
Петербургском государственном университете аэрокосмического
приборостроения (ГУАП).

Внедрение результатов диссертационной работы позволяет снизить выбросы ЗВ в атмосферу для ТЭЦ, работающей на сланцах в 1,5-2 раза, не снижая показатели выработки основного продукта. Экономический эффект от

внедрения разработанного информационного и алгоритмического обеспечения ЗСУ составляет более 12 млн. рублей в год. Положения, выносимые на защиту:

  1. Уточненная . математическая модель переноса ЗВ в атмосфере, как объекта управления ЗСУ концентрацией загрязняющих окружающую среду веществ.

  2. Результаты моделирования и анализа эффективности и качества управления проблемно-ориентированной системы управления выбросами ЗВ.

  3. Алгоритм поиска координат максимума концентрации ЗВ в атмосфере для ЛА.

  4. Алгоритм сбора и обработки информации мониторинга по критерию ПДК для поддержки принятия управленческих решений.

5. Математическая модель системы управления очистными агрегатами.
Апробация работы. Основные положения, защищаемые идеи,

теоретические положения, научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Instrumentation in Ecology and Human Safety 2007», St. Petersburg 2007; на Десятой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2007; на Одиннадцатой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2008.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, из них 3 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК, а также в материалах международной конференции «Instrumentation in Ecology and Human Safety 2007», St. Petersburg 2007; в Сборнике докладов Десятой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2007; в Сборнике докладов Одиннадцатой Научной сессии ГУАП, Санкт-Петербург, 2008.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. В конце каждого раздела сформулированы выводы. Общий объем рукописи составляет 155 страниц, в том числе 5 таблиц, 50 рисунков и список используемых источников из 137 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net