Введение к работе
з
Актуальность работы.
Актуальность темы, раскрываемой в диссертационной работе, обусловлена повышенным вниманием к технической и экологической безопасности установки получения полиэтилена высокого давления (ПЭВД) в реакторе автоклавного типа. Востребованность на рынке сырья, а также широкое распространение ПЭВД подтверждает целесообразность модернизации уровня оперативного управления этим процессом.
Производственный процесс обладает повышенной степенью опасности, что вызвано особенностями технологии (взрыво- и пожароопасностью сырья, высоким давлением на стадии синтеза, возможностью экзотермического разложения этилена в реакторе, ведением процесса вблизи верхней границы устойчивости, двойным каскадом сжатия, двойной рециркуляцией потока газа) и аппаратного оформления. В режиме нормального функционирования установка синтеза ведет себя достаточно устойчиво, однако, в результате действия неучтенных факторов, а также вследствие физико-химических особенностей процесса могут возникать колебания качественных характеристик полиэтилена. Выход продукта из заданной группы плотности базовой марки приводит к дополнительным трудностям на стадиях гранулирования.
Современный уровень средств автоматизации позволяет осуществлять непрерывный мониторинг состояния процесса, однако особенности технологии накладывают существенные ограничения на расширение информационной базы за счет установки дополнительных средств контроля.
Существующая АСУ ТП процессом включает локальный уровень автоматизации, систему сбора и представления информации оператору с сигнализацией по основным режимным параметрам, а также автономную систему защиты. В связи с опасностью и подчас непредсказуемостью поведения процесса большинство мероприятий системы защиты сводятся к уходу с режима, что влияет на общую производительность установки.
На современном уровне технического обеспечения АСУ ТП появилась опорная база для внедрения новых подходов при решении проблемы выявления на ранних стадиях развития возможных существенных нарушений течения потенциально опасных процессов, что позволяет своевременно внести необходимые коррективы в ход процесса, не допуская срабатывания системы защиты. Однако, отсутствие адекватных математических моделей, описывающих поведение процесса при выходе его из регламентного режима, усложняет эту задачу. Использование в качестве недостающей информации знаний экспертов в области технологии и кинетики процесса предопределило привлечение интеллектуальной технологии экспертных систем, которой сейчас уделяется большое внимание.
ИиС іілЦИОІІЛЛЬНЛЯ БИБЛИОТЕКА СПскрби"- rifVY1 О» ЮОЧм»'*, —*
Развитию этого подхода, связанного с непрерывной диагностикой состояния процесса, посвящена данная работа.
Таким образом, задача разработки системы оперативного управления и диагностики процесса получения ПЭВД является актуальной, т.к. позволит удерживать процесс в эксплуатационных пределах, не допуская срабатывания системы защиты и избежать экономических потерь.
Работа выполнена в рамках госбюджетной тематики по н/з 9.99.
Цель работы — разработка системы оперативного управления и диагностики (СОУД) потенциально опасного процесса получения ПЭВД, позволяющей обнаруживать, локализовать и идентифицировать возникающие на процессе нештатные ситуации и своевременно принимать меры по их устранению, не допуская перехода процесса в предаварийные зоны и не доводя до срабатывания системы автоматической защиты.
В рамках диссертационной работы рассмотрены и решены следующие задачи:
рассмотрены требования, функции и структура СОУД процесса получения ПЭВД;
проведен сбор, обработка и формализация теоретической и экспертной информации о состоянии процесса;
сформирована и идентифицирована диагностическая модель процесса;
разработан: алгоритм функционирования системы, обеспечивающий: непрерывный мониторинг и анализ состояния процесса, раннее обнаружение возможных нештатных ситуаций для принятия мер по предотвращению их нежелательного развития еще до точного выяснения причин возникновения, последующую идентификацию этих причин с выдачей рекомендаций по их устранению, архивирование всей значащей информации;
разработано программное обеспечение СОУД и выполнено исследование системы методом имитационного моделирования.
Методы исследования.
При разработке диагностической модели системы были применены методы искусственного интеллекта на этапе сбора и обработки экспертной информации, аппарат нечеткой логики на этапе составления алгоритма поиска и принятия решений и методы математического моделирования на этапе формирования упрощенной модели системы с двойным рециклом газа.
Научная новизна.
1. Сформирована фреймово-продукционная двухуровневая диагностическая модель системы оперативного управления и диагностики процесса получения ПЭВД на базе его декомпозиции по функционально территориальному признаку с расчетом неизмеряемых диагностических показателей по математической модели системы с двойным рециклом.
Разработан алгоритм работы системы оперативного управления и диагностики со следующими отличиями: раннее обнаружение группы нештатных ситуаций (макроситуации) по значимым диагностическим показателям до точного выяснения вызвавших ее причин, для принятия предварительных мер по ее устранению; идентификация конкретной нештатной ситуации (микроситуации) в случае дальнейшего ее развития с выдачей рекомендаций по возвращению процесса в регламентный режим.
Предложен модифицированный критерий для определения степени схожести реальной ситуации на процессе с декларированной в правилах базы знаний, с регулируемой чувствительностью, как к отдельным диагностическим показателям, так и к степени несоответствия наблюдаемого и декларированного векторов состояния процесса.
Практическая ценность и реализация.
Полученные результаты имеют прикладное значение в области формирования систем ситуационного управления процессами получения ПЭВД в нештатных ситуациях. Алгоритм и структура диагностической модели (при необходимой корректировке базы знаний системы) могут быть использованы для процессов получения сополимеров этилена, выполняющихся на том же оборудовании.
Методика построения СОУД может быть использована при синтезе аналогичных систем для других потенциально опасных процессов.
Материалы по разработанной системе переданы для использования в проектах ЗАО НПП «Центравтоматика» и института ИХФ РАН.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались: на международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-15 - Санкт-Петербург, 2002 и ММТТ-13 -Тамбов, 2001; на международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерения, контроля и диагностики» - Новочеркасск, 2001 и 2000; на третьей научно-технической конференции аспирантов СПбГТЩТУ), посвященной памяти Юрия Николаевича Кукушкина - Санкт-Петербург, 2000; на межвузовской научной конференции «XXX юбилейная неделя науки СПбГТУ» - Санкт-Петербург, 2001 и«ХХ\ТП неделя науки СПбГТУ» - Санкт-Петербург, 1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и набора приложений. Результаты работы изложены на 160 страницах основного текста, содержит 33 рисунка, 35 таблиц, библиографический список включает 111 наименований.
