Введение к работе
Актуальность темы. Каталитический крекинг - один из важнейших процессов нефтепереработки, существенно влияющий на эффективность работы нефтеперерабатывающего предприятия, предназначен для производства высокооктановых бензинов для авиационных, моторных и котельных топлив. Определяющим в работе установки каталитического крекинга является качество функционирования реакторного блока.
Теоретические основы, технология процесса, современные схемы и аппаратурное оформление установок каталитического крекинга представлены в работах Смирдовича Е.А., Бондаренко Б.И., Суханова В.П. В 1970-80-х г.г. Отраслевые исследования направлены на выявление эффективных технологий осуществления процесса. Вопросы управления установками каталитического крекинга и математического моделирования процессов, протекающих в реакторном блоке, рассмотрены в работах Серебрянского А. Я., Метта А. Ю. Исследование процесса регенерации закоксованного катализатора после крекинга и его моделирование - в работах Массагутова P.M.
Каталитический крекинг - это процесс, технологический режим которого зависит от характеристик сырья и катализатора, атмосферного воздуха и др., не все из которых могут быть измерены или же измеряются в лабораторных условиях, что приводит к необходимости использования в системах автоматизации управления установками опыта экспертов. На технологический процесс накладываются жесткие ограничения на диапазоны значений температуры, концентраций и давления в аппаратах реакторного блока. Одним из способов использования опыта оперативного персонала является применение для алгоритмизации задач управления математического аппарата теории нечетких множеств. С 2000 г. опубликован ряд работ отечественных авторов (Алиев Р.А., Юсупбеков Н.Р.) и зарубежных (Azeem M.F., Osofisan Р.В., Taskin Н.), использующих в алгоритмах управления реакторным блоком каталитического крекинга методы нечеткой логики.
В известных способах нечеткого управления установками каталитического крекинга продукционные модели представления действий оперативного персонала, в частности функции принадлежности лингвистических переменных в импликациях, формируемые эмпирически по результатам функционирования установки за некоторый прошлый промежуток времени, не учитывают текущую, меняющуюся под воздействием возмущений, часто неконтролируемых, технологическую ситуацию, что отрицательно сказывается на качестве функционирования реакторного блока, в частности регенератора закоксованного катализатора.
В связи с этим актуальной становится задача разработки адаптивных алгоритмов, позволяющих системе управления отслеживать текущую технологическую ситуацию и формировать адекватные ей управляющие воздействия, эффективно компенсирующие неконтролируемые возмущения.
Дальнейшей интеллектуализации автоматизированных систем управления установками каталитического крекинга на основе применения алгоритмов нечеткого управления с целью повышения качества их функционирования и
посвящена настоящая работа.
Объектом исследований являются процессы управления автоматизированной технологической установкой каталитического крекинга в подвижном слое катализатора гидроочищенного вакуумного газойля на нефтеперерабатывающем предприятии.
Предмет исследования - алгоритмы управления процессом каталитического крекинга на основе формализованного опыта экспертов.
Цель работы - разработка алгоритмов интеллектуализации системы управления технологическим процессом реакторного блока установки каталитического крекинга вакуумного газойля на основе нечетких продукционных моделей представления экспертных знаний с автоматическим формированием функций принадлежности для значений лингвистических переменных в условиях неполной информации.
Основными задачами, подлежащими решению, являются:
анализ реакторного блока установки каталитического крекинга как объекта управления;
параметрическая идентификация математической модели реакторного блока на основе экспериментальных данных с промышленной установки каталитического крекинга и исследование факторов влияющих на выход целевых продуктов;
разработка алгоритма построения функций принадлежности лингвистических термов для фаззификации измерительной информации и формирование нечетких продукционных моделей управления регенератором;
разработка алгоритмов нечеткого управления технологическим режимом реакторного блока с использованием нечетких продукционных моделей логического вывода и фаззифицированной измерительной информации с объекта управления;
разработка методик вычислительного эксперимента по моделированию технологических процессов реакторного блока с целью исследования алгоритмов управления, проведение исследования алгоритмов.
Методы исследования. Исследования, выполненные в работе, опираются на теоретические основы химической технологии, методы физической химии, теории систем и теории управления, теории нечетких множеств, статистики, а также на математическое моделирование, натурный (наблюдение за режимом работы промышленной технологической установки) и вычислительный эксперимент, метод экспертных оценок.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
разработана математическая модель процесса каталитического крекинга гидроочищенного вакуумного газойля в реакторном блоке с подвижным слоем регенерируемого катализатора, с адаптацией к режиму действующей установки, предназначенная для исследования технологического процесса и алгоритмов системы управления, оптимизации процесса крекинга;
разработан алгоритм управления процессом регенерации катализатора, основанный на нечетких продукционных моделях представления знаний и
опыта персонала по управлению реакторным блоком, отличительной особенностью которого является адаптация функций принадлежности для значений лингвистических переменных к меняющемуся под воздействием возмущений со стороны внешней среды состоянию технологического процесса;
- разработан алгоритм автоматического формирования функций принадлежности для значений лингвистических переменных по текущей четкой измерительной информации о значениях технологических переменных процесса регенерации катализатора, предназначенных для применения в алгоритме нечеткого управления, основанный на модели автоматической нечеткой классификации.
Практическое значение работы.
Алгоритмы нечеткого управления и их компьютерная реализация приведены к виду, позволяющему интегрировать их по протоколу ОРС DA (OLE for Process Control Data Access) и применять в действующей промышленной автоматизированной системе в супервизорном или автоматическом режиме.
Разработанные методики построения адаптивных нечетких продукци
онных моделей представления экспертных данных и параметризации матема
тической модели по экспериментальным данным технологического режима
реакторного блока предназначены для применения в подразделении нефтепе
рерабатывающего предприятия, осуществляющего инженерно-
исследовательскую поддержку действующих технологических установок.
Разработанные методики и программное обеспечение применяются в учебном процессе кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств» ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Математическая модель и система нечеткого управления могут быть использованы также в тренажере для обучения персонала установки каталитического крекинга.
Основные положения диссертации могут быть применены в интеллектуальных системах управления процессами химических и других производств.
Реализация результатов работы.
Разработанные методики и алгоритмы системы нечеткого управления приняты к использованию в ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез», используются в учебном процессе кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств» ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».
На защиту выносятся:
математическая модель реакторного блока установки каталитического крекинга и методика ее адаптации к условиям технологического режима промышленной установки;
алгоритм автоматического формирования функций принадлежности для представления значений лингвистических переменных на основе «исторических» данных функционирования АСУ ТП установки каталитического крекинга;
- алгоритм нечеткого управления, основанный на применении нечеткой продукционной модели представления экспертных знаний об управлении технологическим процессом и фаззифицированной измерительной информации с объекта управления.
Достоверность результатов и выводов работы подтверждается корректным применением для их обоснования аппарата известных методов исследований ряда научных дисциплин, адекватностью результатов вычислительного эксперимента на математической модели технологического процесса с алгоритмом нечеткого управления экспериментальным данным, экспериментальными данными (наблюдение) технологического режима промышленной установки каталитического крекинга, управляемой оператором-технологом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях:
XIX международной научной конференции ММТТ-19 (г. Воронеж 2006), XXII международной научной конференции ММТТ-22 (г. Псков 2009), XXIII международной научной конференции ММТТ-23 (г. Саратов 2010), 2-ом международном форуме «Актуальные проблемы современной науки» (Самара 2006), 3-ем международном форуме «Актуальные проблемы современной науки» (Самара 2007).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков.
