Введение к работе
Актуальность работы. В современных" условиях рыночной экономики выпуск промышленной продукции обусловлен потребительским спросом. Ушли в прошлое времена, когда жесткие плановые задания позволяли вести технологический процесс обычно в одном, как правило, номинальном технологическом режиме, обеспёчивагааем необходимое количество и качество целевых продуктов. В том случае, когда потребность в них по каким-либо причинам была меньше, чем необходимая, объект чаще всего продолжал функционировать в прежнем режиме и выпускал ненужный продукт.
Теперь, когда сырье и энергия, составляющие значительную долю себестоимости продукции, имеют цены, близкие к мировым, выпуск излишней продукции просто н-допустим, так как экономически разорителен.
Таким образом, возникает 'задача ведения технологиче-.ского процесса в условиях переменного потребления, когда производительность на интервале работы объекта меняется .. неоднократно. Переход к рассмотрению функционирования объекта на интервале времени создает новые возможности для определения оптимальных технологических режимов в том случае, если возможно расширить область допустимых управлений этого объекта и, следовательно, создать возможности улучшения оптимальных статических- режимов, соответствующих новым производительностям. Такого рода задача является актуальной, поскольку ее решение позволяет выявить дополнительные резервы -ведения технологического процесса.
В дальнейшем в работе рассматриваются сложные технологические объекты большой производительности, а для них дополнительный экономический эффект может быть наиболее ' значителен.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационными планами: научно-исследовательских работ АН СССР по комплексной проблеме "Кибернетика" на 1976-1980 гг.; Минвуза РСФСР по комплексной научной проблеме "Системы автоматизированного проектирования" на 1981-1985, 1986-1990 гг.; АН ZCCP по направлению 2.27 "Теоретические основы химической"технологии" на 1981-1985, 1986-1990 гг. (Разделы: 2.27.6.14; 2.27.7.4); АН РФ по комплексной программе "Теоретические основы химической
2 технологии" на 1991-1995гг. (Разделы: 2.27.6.14 2.27.7.4).
Цель работы. Создать теоретические основы оптлмизациі дестабилизационных режимов сложных технологических оОъ ектов, функционирующих на определенном интервале времені в режиме переменной производительности, реализация которых позволит повысить эффективность ведения процессов.
Разработать методологию дестабилизационного управления сложными технологическими объектами и решить комплекс связанных с этим научных проблем.
Применить полученные результаты для решения задачі управления конкретными технологическими объектами, работающими при переменной производительности по целевыь продуктам.
Методы исследования. В работе для решения сформулированных задач использовались методы математического моделирования, теории оптимального управления, теории автоматического управления, теории вероятностей и химическое кибернетики.
Научная новизна. Разработана теория дестабилизацион-ной оптимизации режимов сложных технологических объектов, функционирующих в условиях переменной производительности. Для практически важных случаев сформулировань и решены задачи определения оптимальных на рассматриваемом интервале времени управляющих воздействий. Решень вопросы перевода объекта с одних оптимальных дестабилизационных режимов на другие.
Предложена методология разработки и исследования дестабилизационных систем управления сложными технологическими объектами, определены принципы их функционирования.
Разработан подход, позволяющий автоматизированно на основе знаний динамики отдельных аппаратов сложного технологического объекта генерировать уравнения, описывающие его поведение вместе с соответствующими системами управления.
Предложена"методика проектирования и исследования эффективности систем управления сложными технологическими объектами с учетом возможности нахождения систем в различных состояниях функционирования, обусловленных отказами отдельных элементов.
Разработан необходимый математический аппарат определения вероятностей состояний систем для различных схем обслуживания и законов распределений Еремен работы и ремонта их элементов.
Построена математическая модель сложного технологического объекта- воздухоразделительной установки (ВРУ) низкого давления большой производительности, пригодная для исследования и оптимизации ее статических и дестаби-лизационных режимов работы применительно к переменной производительности установки по получаемым продуктам.
Поставлены и решены задачи статической и дестабилиза-ционной оптимизации режимов работы ВРУ. Для задачи дес-табилизационной оптимизации предложен и обоснован метод декомпозиции.
Разработан алгоритм адаптивного управления установкой и получена адаптивная управляющая модель в виде функций оптимальных управляющих воздействия от расходов продуктов разделения, коэффициенты которой идентифицируются по данным текущей эксплуатации.
Поставлена задача перевода ВРУ с одного оптимального технологического режима на другой и разработаны оригинальные последовательности технологических операций, позволяющие переводить установку с режима на режим с сохранением в процессе перевода качества продуктов разделения не хуже заданного.
Формализована и решена задача многокритериального выбора множества предпочтительных вариантов совокупности АСР технологических параметров ВРУ.
Практическая ценность. Разработанные алгоритмы деста-билизационной оптимизации охватывают широкий спектр встречающихся на практике ситуаций и могут быть примене- » ны для различного рода объектов, в которых возможна организация дестабилизационных режимов.
Построенная адаптивная управляющая модель ВРУ КА-32 может быть использована в системе управления, а разработанные алгоритмы адаптивного управления пригодны для использования в системах для других установок.
Разработан на основе модульного подхода пакет программ, реализующих сконструированные в диссертации алгоритмы, который позволяв?: определять оптимальный статический и дестабилизационный технологический режимы для
конкретного задания потребителя на количество получаемы газообразных и жидких продуктов разделения; определяті последовательность статических режимов ВРУ, реализащ-и которых позволит перевести установку с одного технологического режима на другой Оез нарушений в процессе перевода ограничений на качество получаемых продуктов; н; основе знания динамики отдельных аппаратов строить линеаризованную модель всей установки, пригодную для исследования ее динамики совместно с локальными АСР; авто-матизированно решать задачу формирования исходного множества и многокритериального выбора предпочтительных вариантов АСР технологических параметров установки.
Пакет программ передан в АО "КРИОГЕНМАШ" и используется при исследовании и оптимизации режимов, а также выборе структур автоматических систем регулирования .технологических параметров установок разделения низкого давления, предназначенных для получения технического кислорода, чистого азота и чистого аргона.
Проведено исследование эффективности различных вариантов систем управления печью пиролиза ацетона и осуществлен выбор наиболее эффективного варианта, а результаты использованы при разработке системы управления процессом пиролиза ацетона на Владимирском химзаводе и Тамбовском АО "Пигмент".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VI1-ом Всесоюзном совещании по проблемам управления (Минск, 1977г.); Научно-техническом семинаре "Актуальные вопросы эффективности и качества сложных технических систем" (Москва, 1977г.); 11-ом Всесоюзное совещании "Автоматизация проектирования систем автоматического и автоматизированного управления" (Челябинск, 1978г.); Всесоюзном совещании по созданию теоретических основ синтеза машин-автоматов химических производств (Тамбов, 1979г.); Республиканской научной конференции "Сушка и грануляция продуктов микробиологического тонкого синтеза" ._СГамбов, 1981г.); III Всесоюзной научно-технической конференции "Криогенная техника- 82" (Балашиха, 1982г.); III Всесоюзной научно-технической конференции "Современные машины и аппараты химических производств (Химтехника- 83)" (Ташкент, 1983 г.); XI-ом Всесоюзном совещании по проблемам управления (Ереван,
5 1983г.); Всесоюзной научной конференции "Процессы и оборудование для гранулирования продуктов микробиологического синтеза" (Тамбов, 1984г.); IV Есесоюзной научной конференции "Математическое моделирорание сложных химико-технологических систем (CXTC-I-IV)" (Одесса, 1985г.); Всесоюзных научных конференциях "Автоматизация и роботизация в химической промышленности" (Тамбов, 1986, 1988гг.); IV Всесоюзной научно-технической конференции по криогенной технике (Москва, 1987г.); VI Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" (Новочеркасск, 1989г.); Всесоюзной научной конференции "Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств" (Тамбов, 19С9г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Реахим-техника- 3" (Днепропетровск, 1989 г.); III Всесоюзной научно-технической конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Воронеж, 1990г.); VII Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" (Казань, 1991г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Холод-- народному хозяйству" (Санкт-Петербург, 1991г.); Международной конференции "Математические методы в химии (ММХ-9)" (Тверь, май 1995 г.).
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в одном методическом пособии и 60 публикациях в научных журналах и сборниках.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложений .