Публикации автора

В статье приведены основные понятия цифровых двойников, показана актуальность их разработки, сферы и перспективы их применения. В качестве примера в работе рассмотрен аппарат смешения, являющийся важным звеном в технологической схеме химического производства. Такие аппараты применяются на стадии подготовки сырья и предназначены для получения смеси заданной концентрации и температуры. Разработана математическая модель объекта и рассмотрен пример создания его цифрового двойника в MATLAB Simulink. Описана методика интеграции цифровой модели в симулятор системы управления (учебный тренажер) на базе программируемого контроллера и графической панели оператора. Приведен пример программы контроллера на графическом языке программирования FBD. Разработан интерфейс пользователя, обеспечивающий взаимодействие оператора с цифровым двойником. Описана методика интеграции цифрового двойника и промышленного контроллера посредством применения технологии OPC и библиотеки OPC Toolbox.

В статье рассматривается вопрос разработки OPC-клиента на языке програм-мирования Embarcadero Delphi для взаимодействия с различными узлами АСУТП. Приведены основные сведения о стандарте OPC (Open Platform Communications) и актуальность его использования в сфере промышленной автоматизации. В качестве примера рассмотрена работа с OPC-сервером Modbus Universal MasterOPC и процедура создания в нем новой конфигурации. Описан процесс добавления тэгов в OPC-сервер и приведены возможные настройки их параметров. Далее в работе показано, каким образом на языке Delphi можно реализовать механизм чтения и записи значений параметров в соответствующие тэги OPC-сервера. Приведен внешний вид разработанного приложения, описаны используемые компоненты. В качестве библиотеки для работы с OPC-серверами использовалась dOPC и входящий в ее состав компонент dOPCDAClient. Приведен исходный код процедур обработки событий эле-ментов формы программы. Продемонстрирован результат работы приложения и взаимо-действие с OPC-сервером Modbus Universal MasterOPC.

В научной статье исследуется возможность применения моделей машинного обучения для анализа и оптимизации работы многослойной криогенной системы. В работе анализируется применение гелия в различных областях, от критически важных медицинских применений до фундаментальных научных исследований, где он выступает в качестве охлаждающего агента для достижения экстремально низких температур. Особое внимание уделяется необходимости минимизации потерь гелия при его транспортировке и хранении, что обеспечивается использованием специализированных криогенных контейнеров с вакуумной изоляцией. В статье анализируются физические процессы, лежащие в основе работы криогенных систем, включая проблемы теплопередачи и поведение криогенных жидкостей при низких температурах. Особое внимание уделяется выбору материалов для криогенных систем и освещается процесс охлаждения гелия до криогенных температур, включая его сжатие, охлаждение и адиабатическое расширение. Анализируется возможность использования моделей линейной регрессии и решающих деревьев в задачах прогнозирования критических параметров системы, таких как уровень и давление жидкого гелия. Рассмотрены аспекты интерпретируемости моделей для обеспечения прозрачности и обоснованности управленческих решений в криогенной инженерии. В статье анализируются ключевые факторы, влияющие на точность моделей, включая качество и обработку данных. Предложены направления для будущих исследований, включая разработку ансамблевых методов и методов уменьшения размерности данных.

В работе описывается учебная лабораторная установка, реализующая технологический процесс ректификации. Приведена структура ректификационной установки на базе колонны типа НБК ХД-3d, работающей под вакуумом. Приведен внешний вид щита управления технологическим процессом на базе программируемого контроллера, модулей ввода-вывода и панели оператора. Описаны используемые датчики для измерения технологических параметров процесса, а также регулирующие органы и отсечные клапаны для управления подачей веществ. Для визуализации работы установки, мониторинга параметров, управления и сбора данных создан интерфейс оператора в SCADA-системе MasterSCADA. Приведен фрагмент разработанной мнемосхемы проекта, описаны элементы управления и функционал интерфейса оператора. Разработанный комплекс может применяться в учебных целях для изучения процесса ректификации, обучения основам автоматизации и проектирования систем управления технологическими процессами, а также приобретения навыков разработки программного обеспечения SCADA-систем.

В научной статье исследуется эффективность использования модели градиентного бустинга для прогнозирования управленческих решений в многослойных криогенных системах с использованием датасета из 730 наблюдений. Вводятся дополнительные нелинейные признаки, такие как квадратный корень из произведения уровней и давлений газов (He и N2) и уровень азота равный нулю, что позволило улучшить качество моделирования за счет более корректного учёта взаимодействий переменных. Модель градиентного бустинга показала высокую производительность, что подтверждается значением F1-меры 0,925, указывающей на эффективное сочетание точности и полноты предсказаний модели. Анализ матрицы ошибок показал надежную способность модели определять состояния, не требующие вмешательства, при минимальном допущении ошибок второго типа, что критически важно для поддержания стабильности системы. В работе была проведена оценка значимости признаков с использованием значений SHAP, которая подтвердила, что уровни и давления газов являются основными драйверами предсказаний модели. Доказывается эффективность использования градиентного бустинга для прогнозирования управленческих решений в криогенных системах. В перспективе дальнейших исследований возможно применение других моделей машинного обучения, таких как нейронные сети или ансамбли алгоритмов, на текущем объеме данных для сравнения и возможного улучшения результатов. Также целесообразно рассмотреть возможность расширения датасета, что позволит строить более сложные модели и обеспечить более точные и надёжные прогнозы.

В статье рассматривается вопрос разработки цифровых двойников типовых технологических процессов, которые могут использоваться при проектировании ХТС для расчета оптимальных параметров аппаратов и узлов химических предприятий, на этапе проектирования АСУТП для тестирования и отладки алгоритмов управления программируемых контроллеров, на этапе эксплуатации производства в задачах прогнозирования, а также для создания учебных тренажеров операторов технологических процессов. Приведены основные понятия цифровых двойников и сферы их применения, показана актуальность их разработки. Описан пример создания цифрового двойника жидкофазного химического реактора в среде программирования Delphi. Описана методика интеграции цифровой модели в разные узлы АСУТП, SCADA-системы и учебные тренажеры посредством применения технологии OPC и компонентов библиотеки dOPC среды Delphi. Приведены примеры применения разработанного приложения.