Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1. Анализ особенностей процесса азотно-сульфатно-серно кислотного разложения апатита в производстве фосфатного раствора. Формулировка задач исследования.
Введение I5
1.1. Особенности технологии и оценка существующее системы управления 1б
1.2. Анализ возмущающих воздействий стадии разложения апатита, 27
1.3. Формулировка задач исследования 2-У
2. Оптимизация процесса с применением методов распознавания образов
Введение
2.1. Исследование и оптимизация процесса на базе метода логического распознавания образов с использованием булевой математической модели 32
2.2. Распознавание и классификация технологических ситуаций процесса АСС разложения апатита на базе метода собственных векторов 46
2.3. Пути повышения эффективности производства 64 Выводы 66
3. Разработка системы оптимального управления процессом ,
Введение 68
3.1. Выбор структуры системы оптимального управления. 63
3.2. Разработка и исследование математической модели ,статики 6
3.3. Постановка задачи оптимизации и выбор критерия ,оптимального управления ЮН
Выводы 12.1
4. Исследование динамических характеристик и разработка ,алгоритма системы цифрового управления 23
Введение 12-3
4.1. Процесс разложения апатита как объект управления.
4.2. Исследование статистических характеристик объекта
4.3. Исследование динамических характеристик объекта
4.4. Разработка алгоритма реализации задающих воздействий с учетом динамики каналов управления 45
Выводы 150
5. Реализация системы управления процессом АСС разложения ,апатита в промышленных условиях /5 Введение 151
5.1. Общая характеристика АСУ процессом АСС разложения апатита и состав задач управления 152
5.2. Результаты промышленного внедрения системы оптимального управления 15 І
Выводы 156
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 160
ЛИТЕРАТУРА 161
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Основным направлением, определяющим развитие социалистического производства в П-й (I98I-I985 гг.) и последующих пятилетках, в соответствии с решениями XX7I съезда КПСС [i], является повышение его эффективности за счет увеличения производительности путем совершенствования оборудования, технологии, организации производства, автоматизации. Создание и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУШ), позволяющих оптимизировать технологические процессы, является важной задачей исследователей и разработчиков на современном этапе.
Настоящая работа посвящена повышению эффективности производства нитратно-фосфатного раствора (НФР) и улучшению качества выпускаемого продукта путем создания системы оптимального управления и в конечном итоге направлена на повышение эффективности производства сложного минерального удобрения - нитроаммофоса, получаемого из НФР.
Согласно прогнозам экономистов [2] к 2000 году мировая потребность в соединениях фосфора возрастет по сравнению с 1970 г. в 4 раза. Продовольственной программой СССР на период до 1990 г. предусмотрено увеличить поставки сельскому хозяйству минеральных удобрений по сравнению с 1980 г. в 1,7 раза. В 1985 г. запланировано получить 26,5 млн.т, а в 1990 г. - 30-32 млн.т полезных веществ в минеральных удобрениях [3]. Доля концентрированных и сложных удобрений в XI пятилетке должна вырасти с 83/ до 91$. Важнейшими путями интенсификации производства минеральных удобрений является увеличение коэффициентов использования сырья, улучшение качества выпускаемой продукции.
В производстве нитроаммофоса получение НФР является важным и ответственным этапом, характеризующим степень использования исход ного сырья и влияющим на качество минерального удобрения. Азотно-сульфатно-сернокислотный (АСС) метод разложения природных фосфатов, в результате которого получается НФР, является новым, перспективным направлением, основанном на азотнокислотной технологии, и существенно отличается от традиционно-распространенных методов вскрытия фосфатов серной кислотой, или ее смесью с азотной.
Обеспечение высокой эффективности производства НФР и его отдельных стадий невозможно без создания АСУТП, функционирование которой позволит не только учесть влияние возмущающих факторов, но и осуществить оптимальное управление отдельными процессами и производством НФР в целом.
В данной работе решается задача оптимизации первой стадии производства НФР - процесса АСС разложения апатита путем создания системы оптимального управления.
В работе проведен анализ особенностей технологии и химизма процесса АСС разложения апатита, выявлены основные возмущающие воздействия на процесс и дана оценка эффективности существующей системы управления.
Разработан критерий оптимальности процесса, позволяющий учитывать основные требования производства НФР и на основании имеющейся информации количественно оценивать эффективность процесса.
Проведены исследования процесса по математической модели на основании которых была произведена оценка эффективности технологических режимов промышленного объекта, выбраны основные каналы управления объекта.
Разработана математическая модель, пригодная для использования в алгоритме статической оптимизации процесса.
Осуществлен выбор структуры системы оптимального управления на основании анализа возмущающих воздействий и выбранного крите -8 рия оптимальности.
На базе статической математической модели процесса разработаны алгоритм компенсации контролируемых возмущающих воздействий, позволяющий повысить качество управления в динамике.
Проведено исследование динамических характеристик основных каналов управления с целью их учета при построении алгоритма оптимального управления процессом.
Результаты научно-исследовательской части работы нашли практическое применение в производстве НФР на Прикаспийском горнометаллургическом комбинате, где были опробованы и внедрены: рекомендации по оптимизации процесса на основании булевой математической модели; алгоритм распознавания образов на основании метода собственных векторов; алгоритм компенсации основных контролируемых возмущающих воздействий на базе статической математической модели процесса; алгоритм реализации управляющих воздействий, позволяющий повысить быстродействие системы оптимального управления.
По работе имеется 3 публикации; получены положительные решения на 2 заявки на изобретения. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры автоматизированных систем управления ЛТЙ им .Ленсовета и на ХУ научно-технической конференции молодых специалистов, посвященной 65-летию НИУИФа (г.Москва).
Работа состоит из 5 глав и приложений.
В первой главе рассматриваются особенности химизма, технологии, аппаратурного оформления процесса ACG разложения апатита и производства НФР, отмечаются недостатки существующей системы управления и формулируются задачи исследования, которые необходимо было решить в работе.
Во второй главе приводятся результаты исследования процесса на базе методов распознавания образов, дается их сравнительная характеристика. На базе булевой математической модели осуществляется предварительная оптимизация процесса, намечаются пути дальнейшего повышения эффективности процесса.
В третьей главе разрабатывается комбинированная система оптимального управления в выделенном классе состояния. Разрабатывается и исследуется математическая модель для компенсации основных возмущающих воздействий, осуществляется выбор критерия и постановка задачи оптимизации.
В четвертой главе приводятся результаты исследования динамических характеристик основных управляющих каналов и алгоритм реализации управляющих воздействий, позволяющий повысить быстродействие системы оптимального управления.
Пятая глава отражает результаты экспериментальных испытаний и опытной эксплуатации разработанных методик и алгоритмов оптимизации процесса АСС разложения апатита в производстве НФР на Прикаспийском горно-металлургическом комбинате. Внедрение результатов работы обеспечивает экономический эффект в размере 102,5 тыс. руб/год.
Работа выполнялась на кафедре АСУ ЛТЙ им.Ленсовета.
Основными положениями, защищаемыми в настоящей работе являются:
I; Результаты исследования и выводы о причинах низкой эффективности производства НФР и путях ее повышения сделанные на основании применения метода логического распознавания образов на базе математического аппарата булевой алгебры.
2. Логическая булевая математическая модель процесса АСС разложения апатита, позволившая осуществить предварительную оптимизацию процесса путем уменьшения поддиапазонов изменения техноло -логических переменных.
3, Алгоритм оптимального управления процессом АСС разложения апатита в производстве НФР, отражающий 2-х уровневую структуру системы оптимального управления с применением метода распознавания образов на первом уровне и комбинированной системы оптимального управления в выделенном классе состояний на втором.
4, Результаты исследования и классификации состояния процесса, полученные при использовании метода собственных векторов для распознавания технологической ситуации объекта на первом уровне системы оптимального управления.
5Ф Статическая математическая модель процесса АСО разложения апатита на базе общего и покомпонентного материальных балансов, учитывающая физико-химические закономерности процесса, позволяющая определять удельные расходные нормы реагентов на единицу сырья и используемая для компенсации основных контролируемых возмущающих воздействий в разомкнутом контуре комбинированной системы управления.
6. Критерий оптимальности для производства НФР, учитывающий основные требования, предъявляемые к производству НФР, ПОЗВОЛЯЮЩИЙ оперативно, на базе имеющейся информации оценивать эффективность процесса.
7. Результаты экспериментального и теоретического исследования динамических характеристик объекта.
8. Алгоритм реализации управляющих воздействий, позволяющий повысить быстродействие системы оптимального управления.
