Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время реализация процессов переработки и обогащения природной руды тесно связана с применением методов химической технологии. Интенсификация существующих производств, а также внедрение новых прогрессивных технологий позволяют снизить потери цветных металлов на различных этапах обработки сырья. Управление сложным химико-технологическим процессом переработки кобальтосодержащих руд на комбинате «ЮЖУРАЛНИКЕЛЬ» необходимо осуществлять с помощью распределенных систем управления, построенных на базе современных программно-технических комплексов.
Следует отметить, что большинство схем переработки природной руды лишь частично автоматизированы из-за отсутствия достаточного количества современных промышленных датчиков состава и свойств материалов. Использование в системе управления оптических анализаторов, микропроцессорной техники, а также распределенной структуры системы управления позволит существенно повысить эффективность технологического процесса.
Внедрение на действующем предприятии автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП) позволит увеличить производительность оборудования, снизить материальные и энергетические затраты за счет рационального использования имеющихся ресурсов, повысить качество готовой продукции и, соответственно, получить большую прибыль от ее реализации.
В связи с этим является актуальным решение вопросов, связанных с созданием системы управления процессом тонкой очистки кобальтовых растворов. Для этого необходимо рассмотреть математическое описание процесса и разработать алгоритмы оптимального управления химико-технологической системой.
Цель работы. Разработка типовых эффективных алгоритмов оптимального управления многостадийными процессами со сложной структурой потоков, формулировка задачи оптимального управления стадией тонкой очистки кобальтовых растворов и создание алгоритма ее решения на базе современных технических средств.
Методы исследований, Для решения поставленных задач в работе использованы методы, предоставленные аппаратом теории автоматического управления, методы математического моделирования и оптимизации.
Научная новизна. Дана постановка задачи оптимального управления процессом тонкой очистки кобальтовых растворов, обоснована возмож-
ность применения для ее решения. декомпозиционного подхода, используемого в иерархических системах.
С помощью вычислительного эксперимента проведено сравнение эффективности методов динамического программирования и явной декомпозиции для решения задач оптимального управления многостадийными технологическими процессами сложной структуры. Показано преимущество метода явной декомпозиции при решении данного класса задач. Предложены способы снижения вычислительных затрат при реализации алгоритмов оптимизации на базе рассмотренных методов.
Предложена математическая модель процесса очистки, построенная по балансовым уравнениям с учетом наличия в системе потока рецикла на основе экспериментальных данных и выбранной полиномиальной зависимости констант скоростей реакций для ключевых компонентов смеси от кислотности раствора.
Разработан алгоритм и получено решение задачи оптимального управления процессом тонкой очистки кобальтовых растворов для обеспечения максимально возможного выхода целевого продукта в зависимости от характеристик исходного сырья.
Практическая ценность. Предложенный алгоритм декомпозиционного управления многостадийными процессами может быть использован в качестве базового при решении задач оптимизации сложных химико-технологических систем.
Разработан пакет программ управляющей подсистемы АСУТП, включающий блоки моделирования процесса тонкой медеочистки и определения оптимального режима его проведения. Предложен вариант построения системы управления на основе современных приборов контроля и средств вычислительной техники. Составленные алгоритмы и программы предлагаются к внедрению на комбинате «ЮЖУРАЛНИКЕЛЬ» для решения задачи оптимизации процесса переработки кобальтсодержащих руд.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» (Тверь, 1995 г.), на XLVI научно-технической межвузовской конференции (Москва, 1995 г.), на научно-технических конференциях Московского государственного университета инженерной экологии. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в заключении реферата.