Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время разните технологии производства строительных материалов и изделий 'немыслимо без использования природоохранных процессов, позволяющих обеспечить как безопасность загрязнения окружающей среды, так и многократное использование сырь'евых и энергетичрских ресурсов. Именно поэтому в общей проблеме'автоматизации технологических процессов строительной индустрии особое место занимают вопросы, связанные с разработкой систем автоматического управления природоохранными технологическими комплексами, обеспечивающими экологичность производства в целом. Возросшее, особенно в последнее время, требования к качеству очистки производственных вентиляционных выбросов вызвали необходимость к существенному расширению круга научных исследований. направленных в первую очередь как на поиск наиболее эффективных методов газоочистки, так и на разработку комплексных систем автоматического управления ими. Особое место в связи с этим отводится адсорбционным методам очистки вентиляционных выбросов, которые являются основным элементом в создании мало- и безотходной технологии строительного производства. Однако несмотря на перспективность развития адсорбционной технологии очистки вентиляционных выбросов ее эффективность остается на невысоком уровне из-за низкой степени автоматизации, не обеспечиваюшей ведение процесса в оптимальном режиме. Объясняется это во многом отсутствием единой методологии в исследовании, оптимизации и управлении адсербционно-технологичес-кими комплексами газоочистки. В технической и научной литературе практически отсутствуют сведения по комплексному исследованию и решению задач автоматической оптимизации адсорбционных процессов очистки вентиляционных выбросов.
Именно поэтому уже с середины 70-х годов весьма важной проблемой являлась разработка теоретической и методологической багы построения автоматизированных адсорбционно-технолегических комплексов (АТК) очистки вентиляционных выбросов с учетом их структур -ного построения и условий взаимодействия аппаратов, физико-хими
ческих. технологических и технико-экономических особенностей. во-многом определяющих алгоритм функционирования средств контроля и управления данным классом процессов.
Настоящая работа посвящена разработке методов и систем авто
матической оптимизации адсорбционных процессов очистки вентиляци
онных выбросов. . ' ' '
Работа по созданию методологии синтеза автоматизированных АТК
очистки вентиляционных выбросов осуществлялась в рамках государс
твенной программы в полном соответствии с координационным планом
работ по проблеме 0.85. 03 "Создать и внедрить в народное хозяйс
тво новые и усовершенствованные методы и аппараты защиты воздушно
го бассейна от загрязнения вредными веществами", утвержденным пос
тановлением ГК НТ при Совете Министров СССР от 5 ноября 1976 г.
(N390), а такне в соответствии с межвузовским планом НИР ВЗИСИ
(отчет за N гос. регистрации 01870049880) по теме "Оптимизация ад
сорбционных процессов в инженерно-строительных производствах"
1988-1991 г. г.; планами НИР МГСУ по межвузовски программе "Гра
достроительные основы архитектуры и строительства"' (задание 7
"Разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий и конструкций
высоко эффективных систем водоснабжения и , теплоснабжения", тема:
"Системный анализ и автоматическая оптимизация природоохранных
комплексов очистки сточных вод, технологических и вентиляционных
выбросов" 1991-1993 г. г. Все указанные работы выполнялись под на
учным руководством и при непосредртвенном участии автора в течение
последних 20 лет. \\,>;\ "\^,^\'[::.
Цель и залачи работы. Основной целью работц-яшйлось:;';\-{ обобщение и развитие с единых теоретических";позиций;методов'» систем автоматической оптимизации адсорбцирнно-технрлогйческих; комплексов очистки вентиляционных выбросов с учетом их.^ физико-химических, технологических, конструктивных и технико-экономических
особенностей; _
разработка универсального технического средства исследования
и автоматизации - интерактивной моделирующей системы, позволяющей оптимальным образом учесть множественность состояний объекта управления и управляющей системы в условиях неполной информации об управляемом объекте;
практическая'реализация полученных результатов на промышленных предприятиях строительной индустрии и других отраслях народного хозяйства.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
осуществить анализ физико-химических, технологических, конструктавньк и технико-экономических особенностей адсорбционных методов газоочистки и выявить типовые структуры их реализации:
исследовать статические и динамические характеристики процессов адсорбции и десорбции - основных стадий адсорбционной очистки, как объектов управления;
разработать математические модели основных и вспомогательных процессов типового адсорбционно-технологического ксмплекса очистки вентиляционных вцбросов;
установить научно-методические принципы комплексного моделирования адсорбционных процессов газоочистки, как объектов с па-ременной структурой;
'- разработать интерактивную моделирующую систему адсорбционно-технологического комплекса очистки вентиля:,;:онных выбросоз на базе персональной ЭВМ PC AT с соответствующим программным обеспечением;
обосновать алгоритмы оптимального управления адсорбцион-но-технологическим комплексом, используя обобщенные критерии оптимальности;
разработать способы автоматической оптимизации промышленное
го процесса адсорбционной очистки вентиляционных выбросов и реализовать их на практике.
Методы исследования. Общей методологической основой работы явилось использование:
методов системного анализа и общей теории систем;
методов физического и математического моделирования технологических процессов, как объектов управления;
методов синергетического анализа:
методов объектно-ориентированного проектирования сложных систем;
оптимизационных методов линейного и нелинейного программирования;
теории вероятностей и математической статистики;
теории графов.
Средства исследование;
универсальная проблемно-ориентированная интерактивная моделирующая система на базе персональной ЭВМ PC AT;
физические и математические модели технологических процессов.
Научная новизна. Ка основании совокупности выполненных многолетних исследований осуществлены теоретические обобщения з области автоматизации адсорбционной технологии и решена крупная научная проблема по созданию методологических основ разработки систем ав-~ томатической оптимизации адсорбционно-технологаческих комплексов очистки вентиляционных выбросов.
Диссертантом впервые:
1. Дано расширенное толкование процесса автоматизации как целенаправленного конструирования искусственных активных, систем.
процессы самоорганизации в" которых приводили бы к образованию стационарных или меняющихся со временем структур, отвечающих заданным требованиям. Причем под структурой в данном случае понимается способ организации составных элементов системы и характер связей между ними, при несущественности природы самих элементов.
-
Разработана методика и нестандартные технические средства, включая интерактивную моделирующую систему, комплексного исследования адсорбционного процесса очистки вентиляционных выбросов как объекта управления. Даны научные основы использования принципов искусственного интеллекта в структурировании системы автоматической оптимизации процесса газоочистки на основе учета комплекса си-нергетических факторов;
-
Осуществлено многоуровневое физическое моделирование основных стадий исследуемого процесса очистки вентиляционных выбросов: адсорбции и десорбции - как объектов управления и получены их математические модели.
-
Обоснованы оптимальные алгоритмы и двухуровневая структура гибкой автоматизированной системы управления адсорбционным процессом очистки вентиляционных выбросов на базе стандартных и нестандартных технических средств, учитывающие всщросы самоорганизации адсорбционной технологии.газоочистки.
-
Подтверждена целесообразность управления процессом структурирования системы автоматического управления с помощью, так называема, "слабых воздействий", которые влияют на выбор того или иного конкретного пути развития в те моменты, когда развивающаяся структура оказывается в состояниях бифуркации, характеризующихся наличием нескольких равноправных предложений, отвечающих цели управления.
-
Указано, что для целенаправленного конструирования структур объекта управления и элементов управляющей системы необходимы два взаимосвязанных этапа - информационный и термодинамически".
что делает сам процесс автоматизации принципиально необратимым из-за деградации качества энергии в результате превращения механической работы в электрическую или химическую с последующим рассеиванием через тепловую энергию и требует в ряде случаев учета эк-сергетрческкх характеристик исследуемых объектов.
Практическая ценность. На основе теоретических и экспериментальных исследования решена важная для народного хозяйства проблема - создана и внедрена в практику типовая автоматизированная система управления адсорбционным процессом очистки вентиляционных выбросов, позволяющая обеспечить условия перехода к мало- и безотходной технологии в строительной индустрии.
Полученные в результате комплексных исследований, проведенных в диссертации, статические и динамические характеристики основных стадия газоочистки дают возможность осуществить их широкое внедрение в практику расчета и проектирования адсорбционных методов очистки вентиляционных выбросов для различных предприятий строительной индустрии.
Методологические основы расчета автоматизированных адсорбционных систем, доведенные до инженерных методик, позволяют определить оптимальные параметры всех стадий адсорбционного процесса очистки вентиляционных выбросов, установить их рациональную структуру и обосновать алгоритм управления.
Разработанные алгоритмы и системы автоматической оптимизации адсорбционными процессами очистки вентиляционных ьыбросов, новизна и оригинальность которых заадена 21 авторским свидетельством на изобретения СССР, подтвердили свою практическую значимость внедрением на ряде промышленных предприятий, а также 3-мя серебряными и 2-мя бронзовки медалями ВДНХ СССР.
Результаты исследований, полученные в диссертации, широко используются в учебных курсах подготовки инженеров во ВЗИСИ И МГСУ
по__специальностям:- 2906 "Производстве строительных изделий и конструкций"; 2907 "Теплогазоснабжение я вентиляция"; ЇООЇ "Бодоснаб-
.«V
жение и ьодоведение", а также для студентов специальности :-10.-: 07 "Автоматизация технологических процессов и производств (в строительстве}".
Апробация работа. Основные положения и. результата работы докладываешь, обсуждались и получили одобрение болея, чем на 15 Международных, Всесоюзных и Республиканских научно -тохкпчес.к.и конференциях, семинарах и совещаниях.
В разные годы отдельные разработанные системи автоматического контроля и управления экспонировались на ВДНХ СССР. За их создание и внедрение соискатель награжден 3-мя серебряным! и 2-мл сронзоиы-ми медаллми ВДНХ СССР.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 53 научных работ, в том числе: одна книга и 6 бретер. 30 научных статей и дск-ладов, 2: авторское свидетельство на изобретения СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, б глав основного текста, общего заключения, библиографического спиекг. литературы, насчитывающего Мб наименований и лрилоае-ния. Объем работы - 320 стр.. основной текст - 293 стр., к таблиц и 64 рисунка.