Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Получение полиэтилентерефталата является энерго- и материалоёмким производством. В структуре себестоимости 1 тонны полимера, производимого на крупнейшем в Республике Беларусь Могилевском производственном объединении "Химволокно", затраты на сырье и материалы составляют 80 %, на топливо и энергию - 14 %, в то время как на заработную плату - менее 0.4 %. В условиях продолжающегося роста цен на энергоносители и дефицита собственного сырья экономия материальных и энергетических ресурсов становится актуальной. При производительности периодическим способом 10000 тонн полимера в год даже небольшая экономия этих ресурсов на единицу продукции дает ощутимый результат для производства в целом.
Управление процессом производства полиэтилентерефталата является большей частью интуитивным и основывается на опыте обслуживающего персонала. Основные стадии получения полиэтилентерефталата - переэтерифика-ция и полшеонденсация достаточно сложны в химическом отношении. Это затрудняет управление технологическим процессом, особенно при изменении режимов работы агрегатов, их конструкции, состава сырья и требований к параметрам выходного продукта, так как невозможно предсказать точное содержание побочных продуктов, и обеспечить необходимое качество полимера. Разработка и применение уточненных математических моделей для целей управления позволит оптимизировать параметры процесса, повысить эффективность производства, сэкономить материальные и энергетические ресурсы.
Улучшение оперативного управления процессом, повышение качества выпускаемой продукции может быть достигнуто при создании автоматизированной системы управления, базирующейся на современной вычислительной технике.
Таким образом, тема диссертационного исследования, направленная на решение этих задач, является актуальной.
Связь работы с крупными научными программами а темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с Государственной программой «Разработка принципов построения и создания приборов и средств автоматизации для научных исследований и народного хозяйства (Приборостроение)», утвержденной Постановлением Президиума АН БССР от 5.12.1990 г., и договором о научно-техническом сотрудничестве между БГУИР, Могилев-ским технологическим институтом и Могилевским производственным объединением «Химволокно» «Разработка рекомендаций по улучшению эффективности системы автоматического управления производством полиэтилентерефталата» от 15.02.1997 г., в рамках которых автором диссертации проводились исследования на кафедре автоматического управления БГУИР по плану аспирантской подготовки, и в рамках госбюджетной темы ГБ № 95-04 «Моделирование и оптимизация технологических процессов» (№ гос. регистрации 1995443) на кафедре автоматизации технологических процессов и производств
Могилевского технологического института в качестве ответственного исполнителя. .
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является повышение уровня автоматизации технологического процесса производства полиэтиленгерефталата периодическим способом на основе разработки эффективных алгоріпмкческнх и программных средств системы управления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить анализ технологического процесса производства полиэтилен-терефталата как объекта управления и обосновать структуру системы управления;
разработать математические модели основных стадий технологического процесса с учетом особенностей промышленных реакторов;
разработать алгоритмические и программные средства системы управления;
выработать рекомендации по выбору структуры комплекса технических средств системы автоматизации технологического процесса.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является технологический процесс производства шшгэтилентерефталата периодическим способом на Заводе синтетического волокна Могилевского производственного объединения "Химволокно".
Гипотеза. Уточненные модели стадии переэтерификации и поликон-денсации позволят прогнозировать ход технологического процесса производства полиэтиленгерефталата, разработанные алгоритмы оптимального управления процессом и рекомендации по усовершенствованию системы управления обеспечат экономию материальных и знергепїческих ресурсов, улучшат оперативное управление.
Методология и методы проведенного исследования. Решение поставленных задач основывается на использовании положений теории автоматического управления, автоматизации технологических процессов, числашых методов решения дифференциальных уравнений, математического моделирования на ЭВМ.
Научная новизна и значимость полученных результатов. Научная новизна и значимость полученных результатов заключаются в следующем:
-
На базе нового подхода получены алгоритмы комплексного моделирования технологического процесса производства полиэтилентерефталата, уточнены модели стадий переэтерификации и поликонденсации. Предложенные модели в отличие от существующих позволяют учесть особенности реального технологического процесса и промышленных реакторов, более точно определить программу изменения управляющих воздействий.
-
На основе полученной уточненной модели стадии переэтерификации разработано алгоритмическое и программное обеспечение оптимизации изменения температуры реактора.
3. Предложены алгоритмы адаптивного управления, позволяющие в реальном масштабе времени корректировать модель и поддерживать режимные характеристики технологического процесса при действии случайных возмущений.
Практическая значимость полученных результатов. Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:
-
Математические модели основных стадий производства полиэтилен-терефталата периодическим способом подтверждены экспериментально в химическом цехе Завода синтетического волокна МПО «Химволокно», программные средства их моделирования позволяют прогнозировать поведение реакторов в различных производствегаїьгх ситуациях.
-
Алгоритмы оптимального управления прошли апробирование на МГГО «Химволокно», что позволило за счет сокращения времени стадии переэтери-фикации сэкономить потребление на 1 тонну выпускаемой продукции 0.94 Гкал технологического пара и 41.3 кВт-ч электроэнергии, что подтверждено соответствующим актом.
-
Предложенные пакеты прикладных программ системы управления-позволяют осуществить прогнозирование хода технологического процесса, анализ и принятие решений в аварийных ситуациях, регулирование основных режимных величин, адаптивное управление процессом, автоматическое создание протокола с выводом результатов на печать.
-
Рекомендованная структура комплекса технических средств информационно-управляющей системы позволяет повысить уровень автоматизации, в ряде режимов исключить оператора из непосредственного цикла управления, улучшить оперативность управления и сервис представления информации о ходе технологического процесса.
Полученные результаты приняты для использования в ОКБ «Белхимав-томатика» при выполнении НИОКР по плану техперевооружения цехов МПО «Химволокно», что подтверждено актом внедрения.
Результаты исследований используются в практике преподавания дисциплин «Методы управления технологическими процессами», «Автоматика и автоматизация производственных процессов», «Автоматизация технологических процессов отрасли», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности Т. 11.03 «Автоматизация технологических процессов и производств» в Могилевском технологическом институте, о чем имеется акт внедрения в учебный процесс.
Разработанные алгоритмы, программы и предложения по комплексу технических средств ішформационно-управляющей системы могут быть рекомендованы к использованию в организациях, занимающихся проектированием и внедрением систем автоматизации технологических процессов химических производств, а также в вузах при обеспечении учебного процесса по соответствующим специальностям.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Математическое обеспечение основных стадий технологического процесса производства полиэтилентерефталата периодическим способом, учитывающее особенности промышленных реакторов.
-
Алгоритмы оптимального управления технологическим процессом на стадии переэтерификации, позволяющие осуществить экономию тепловых и энергетических ресурсов.
-
Система управления технологическим процессом получения полиэти-лентерефталата на основе разработанных эффективных алгоритмических и программных средств.
Личный вклад соискателя. Результаты диссертационного исследования, связанные с разработкой алгоритмов оптимального управления стадии переэтерификации периодическим способом, системы автоматического управления технологическим процессом на базе вычислительной техники с использованием адаптационных алгоритмов, получены автором лично и опубликованы в работах [1,6,7,12].
В остальных работах, выполненных в соавторстве, автору диссертации принадлежат результаты, связанные с экспериментальной проверкой алгоритмических и программных средств математического моделирования основных стадий технологического процесса производства полиэтилентерефталата периодическим способом, уточнением моделей, учитывающих особенности промышленных реакторов, выбором принципа и структуры системы управления технологическим процессом производства полиэтилентерефталата, получением требуемой точности регулирования показателей качества и режимных величин технологического процесса.
Апробации результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены: на научно-технической конференции "Современные проблемы радиотехники", БГУИР, г. Минск, 1995г.; научно-технической конференции "Автоматический контроль и управление", Б1 ГУ, г. Минск, 1995 г.; международной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности", МТИ, г. Могилев, 1995 г.; международной 52-ой научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА "Технические вузы - республике", БГПА, г. Минск, 1997 г.; международной научно-технической конференции "Техника и технология пищевых производств", МТИ, г. Могилев, 1998 г.; международной научно-технической конференции "Автоматический контроль и автоматизация производственных процессов", БГТУ, г. Минск, 1998 г.; международной конференции по статистической динамике информационных систем и потоков, БГЭУ, филиал г. Бобруйск, 1998 г.; международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в науке", БГУИР, г. Минск, 1998 г.; конференции по статистической динамике информационных и энергетических систем, БГЭУ, филиал г. Бобруйск, 1999 г.; П республиканской научно-технической конференции, ГГУ им. Ф. Скорины, г. Гомель, 1999 г.; ПІ республиканской научно-технической конференции, ГГУ им. Ф. Скорины, г. Гомель, 2000 г.; V республиканской научно-технической конференции «НИРС-2000», ГрГУ им. Я. Купалы, г. Гродно, 2000 г.
Оиубликованность результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 1 статье в научном журнале, 9 статьях в материалах конфе-
реіщий, тезисах 14 докладов на научно-технических конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, восьми приложений, изложена на 181 станице малшяописного текста, содержит 60 рисунков и 20 таблиц. Список использованных источников состоит из 155 наименований. Объем приложений - 64 страницы.
