Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблемы диагностического управления объектами непрерывной технологии в химико-технологических системах . 11
1.1 Анализ средств и методов повышения эксплуатационной надежности управляемых технологических систем 12
1.2 Обзор принципов диагностирования технических и технологических систем. 17
1.3 Функциональная диагностика управляемых ХТС 31
1.4 Анализ методологии корректирующего управлениям 38
Глава 2 Совершенствование методов и систем автоматизированного контроля объектов непрерывной технологии в условиях возникновения скрытых источников нарушений . 51
2.1 Особенности математического моделирования управляемых технологических систем непрерывной технологии 51
2.2 Параметрическое моделирование неисправностей и возмущений. 59
2.3 Функциональное диагностирование типовых АСР 63
2.4 "Балансовое" диагностирование изменения состава материальных потоков. 69
Глава 3 Структуризация корректирующего управления. 79
3.1 Анализ существующих методов структурного синтеза оптимальных программ корректирующего управления 80
3.2 Использование структурных особенностей задачи технического обслуживания для совершенствования методов синтеза программ корректирующего управления 94
3.3 Задача стабилизации установившихся режимов в условиях действия неисправностей систем автоматизации и источников технологических нарушений 100
Глава 4 Корректирующее управление объектами нефтехимической технологии 108
4.1 Описание ХТС нефтехимической технологии как объекта корректирующего управления 108
4.2 Диагностирование "потокового" состава подачи нефтей месторождений 115
4.3 Диагностические схемы типовых АСР 122
4.4 Совершенствование алгоритмов первичной переработки информации движения и накопления материальных потоков... 140
Глава 5 Построение имитационных моделей корректирующего управления 145
5.1 Задачи имитационного моделирования в составе систем корректирующего управления 145
5.2 Используемый инструментарий имитационного моделирования. 147
5.2.1 Построение управляемого формирователя псевдослучайных процессов 147
5.2.2 Разработка алгоритма помехозащищенного дифференцирования 154
5.3 Выполнение численных экспериментов в подсистеме диагностики потокового состава нефтей. 161
5.4 Выполнение численных экспериментов в подсистеме диагностики АСР. 177
5.5 Выполнение численных экспериментов в подсистеме сбора информации о движении материальных потоков 179
Основные результаты работы и выводы 184
Список использованных источников 186
Приложения
- Анализ средств и методов повышения эксплуатационной надежности управляемых технологических систем
- Особенности математического моделирования управляемых технологических систем непрерывной технологии
- Анализ существующих методов структурного синтеза оптимальных программ корректирующего управления
- Описание ХТС нефтехимической технологии как объекта корректирующего управления
Введение к работе
Актуальность работы
Необходимым условием выживаемости І предприятий в среде рыночной экономики, завоевания ими конкурентных преимуществ является сближение: характеристик и значений показателей объектов действующего производства с их проектными или нормируемыми (значениями. Последние должны отвечать современному уровню технологии и управления производством; Это сближение представляет собой процесс адаптации к меняющимся требованиям рынка сырья : и продукции, который зачастую осуществляется в условиях непредвиденных технологических нарушений при: функционировании химико-технологических систем (XTG) предприятия.
При изменении технологической ситуации, вызванном нарушениями предписанных условий работы ХТС, требуется: решение задач оперативного выявления скрытых причин таких нарушений (технического диагностирования), построения эффективной стратегии; устранения выявленных дефектов и узких мест (технического обслуживания), коррекции технологического режима; приводящей к восстановлению предписанных или оптимальных условий функционирования (управления) ХТС. Системное связывание этих задач составляет сущность корректирующего управления.
В существующих системах автоматизации оперативного управления проблема системного связывания задач коррекции либо не решается, либо решается без учета специфики производства непрерывной технологии: В силу этого известные методы и алгоритмы диагностики и коррекции управляемых процессов ; непрерывной технологии недостаточно гибки и эффективны. В\ литературе не освещены пути решения проблем корректирующего управления для предприятий нефтехимического комплекса с учетом структурной организации их производства.
Это приводит к тому, что потенциал повышения эффективности функционирования производств указанного типа оказывается в существенной; мере не реализованным.
Цель работы
Совершенствование методов автоматизированного управления функционированием химико-технологических систем, корректирующего их техническое состояние и технологические режимы в условиях возникновения скрытых источников нарушений.
Для достижения цели решаются следующие задачи исследования: . формализация проблемы и постановка задач корректирующего управления ХТС непрерывной технологии; . развитие существующих и разработка новых методов и математических моделей функционального диагностирования ХТС с непрерывным характером технологических процессов и технических средств автоматизации; . совершенствование методологии системно связанного решения задач технического обслуживания и управления объектами ХТС (методологии синтеза стратегий корректирующего управления); . применение разработанных принципов для корректирующего управления объектами нефтехимического производства.
Методы исследований
Для исследования проблемы и решения задач корректирующего управления в работе используются методы системного анализа, функциональной диагностики, математического моделирования, теории идентификации, математического программирования, оптимального управления, статистического анализа.
Научная новизна
Решена проблема построения эффективного корректирующего управления в условиях устранения возникающих скрытых источников технологических нарушений.
В рамках решения этой проблемы предложены: . метод синтеза корректирующих программ путем отсеивания неперспективных состояний в совокупности условно оптимальных решений уравнений Беллмана;
. использование постоптимизационного анализа для управления многомерной статической ошибкой стабилизации технологического режима ХТС в условиях ограниченности ресурсов управления;
. структурно-ориентированное диагностирование автоматизированных систем регулирования (АСР) типизацией структурных составляющих динамики дополнительных движений, которые вызваны действием скрытых источников технологических нарушений;
. методы явного решения контрольно-диагностических уравнений на базе использования помехозащищенного дифференцирования измеренных (выходных) переменных;
. метод диагностирования систем контроля; и оборудования резервуарных парков с учетом астатизма объектов контроля;
. имитационная модель оценки точности косвенного контроля состава потока сырьевой смеси, поступающей на переработку.
Практическая значимость
На базе разработанных принципов и методологических основ корректирующего управления . созданы алгоритмы и программное обеспечение подсистем корректирующего управления, предназначенные для использования в составе автоматизированных: систем: управления: технологическим: процессом: (АСУТП) на.пред-приятиях химии, нефтехимии и нефтепереработки; . предложены алгоритмы и программное обеспечение функционального диагностирования типовых одноконтурных и многоконтурных систем автоматического регулирования; . разработаны алгоритмы и программное обеспечение диагностирования потокового состава нефтей, поступающих на предприятие; . разработаны алгоритмы и программное обеспечение диагностирования систем контроля и оборудования резервуарных парков.
Результаты работы приняты к использованию в составе подсистемы определения состава сырьевых потоков по их оперативно измеряемым физико химическим показателям системы оперативного управления на ОАО «Слав-нефть-Ярославнефтеоргсинтез» и могут быть рекомендованы к применению на предприятиях нефтехимической отрасли.
Результаты исследований используются в учебном процессе.
Апробация работы и публикации
Основные результаты и научные положения диссертации обсуждались и; докладывались на Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-14, Смоленск, 2001; ММТТ-15, Тамбов, 2002; ММТТ-16, Ростов на Дону, 2003; ММТТ-17, Кострома, 2004); на Международной научно-технической і конференции "Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов; и; систем" (Вологда, 2004); на Межвузовской научной конференции "Математика и математическое образование. Теория и практика" (Ярославль, 2002).
По результатам исследований опубликовано. 11 научных работ.
Структура и основное содержание работы
Диссертация состоит из введения пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературных источников и приложения.
Во введении показана актуальность, сформулирована цель, определены научная новизна и практическая ценность даннойработы:.
В первой главе исследованы проблемы диагностического управления объектами непрерывной технологии.. Проведен анализ средств и методов повышения эксплуатационной надежности управляемых технологических систем. Выполнен обзор? принципов диагностирования технических и технологических систем. Проанализирована работа ХТС в условиях возникновения скрытых источников нарушений. Определена проблема корректирующего управления объектами нефтехимической технологии.
Во второй главе исследуются и разрабатываются методы и системы автоматизированного диагностирования технического состояния объектов непрерывной технологии в условиях возникновения скрытых источников нарушений.
Рассмотрены особенности математического моделирования управляемых технологических систем непрерывной технологии и диагностирования, выполняемого в условиях влияния неточности уравнений и случайных погрешностей контроля измеряемых переменных.
В третьей главе предложена методология синтеза оптимальных корректирующих программ для установившихся режимов динамических объектов ХТС. Методология синтеза базируется на процедурах оптимальной координации для различных вариантов описания объектов автоматизированного технологического комплекса.
В четвертой главе общетеоретические положения диагностирования непрерывных объектов конкретизируются с учетом структурных особенностей ХТС нефтехимических производств.
В пятой главе применение разработанных методов иллюстрируется примерами диагностических алгоритмов, использующихся в целях корректирующего управления объектами ОАО "Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез".
Выполнено исследование предложенной в работе расчетной схемы для диагностического выявления? повышения; содержания тяжелых парафиновых, углеводородов в сырьевой смеси. Проанализирована система контроля составам и свойств сырьевого потока, который представляет собой смесь нефтей трех месторождений
Имитационное моделирование-использовано-для:исследования: в:подсистеме диагностического контроля резервуаров хранилищ и исследования предложенного метода в -• условиях помехозащищенного диагностирования для выделенных участков технологических установок, регулируемых типовыми АСР.
Анализ средств и методов повышения эксплуатационной надежности управляемых технологических систем
Одним из аспектов обеспечения эффективности эксплуатации технологических систем является совершенствование системы управления надежностью автоматизированного управления, которое тесно связано с совершенствованием систем управления качеством продукции химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Повышение эксплуатационной надежности в условиях таких производств является актуальной проблемой, которая находится в поле зрения исследователей и проектировщиков систем автоматизации. Это обусловлено созданием и; эксплуатацией высокоинтенсивных химико-технологических процессов, крупногабаритного оборудования) большой единичной мощности и сложных ресурсосберегающих технологических схем ДЛЯ! переработки высокоагрессивных веществ при; высоких температурах и давлениях. [ 1 ].. Отмеченная І взаимосвязь систем управления качеством; продукции; и; надежность автоматического управления выражается, в первую очередь,,мерами по предотвращению технологических нарушений;
В литературе вопросы обеспечения надежности освещены весьма обширно. В теории надежности одной«из важнейших считается ; проблема безаварийности эксплуатации технологических систем и связанные с ней задачи резервирования, . выбора или синтеза систем, обладающих требуемыми г показателями (безотказности, ремонтопригодности и т.д.) [2, 3]і
Управление эксплуатационной надежностью рассматривается как управление технологическими режимами и структурой сложных химико-технологических систем; (ХТС) в условиях непрогнозируемых изменений и флуктуации параметров; объектов.. Это направление развивается \ учеными; школы академика Кафарова [1, 4-6].
Согласно [1] надежность — это свойство объектов выполнять требуемые функции, сохраняя во времени значения,установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям работы, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность как комплексное свойство объекта в зависимости от целей функционирования и условий его эксплуатации характеризуется отдельными частными свойствами: безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость, либо сочетанием этих свойств.
Под обеспечением надежности объектов понимается совокупность научно-методических и организационно-технических мероприятий, направленных на достижение или поддержание заданных показателей надежности..
В соответствии с [ 1 ] обеспечивать и поддерживать требуемый высокий уровень надежности современных производств возможно при использовании следующих трех классов;общих теоретических методов повышения надежности: 1) резервирования объектов, 2) уменьшения интенсивности отказов объектов и 3) уменьшения среднего времени восстановления объектов.
К числу мероприятий по обеспечению требуемых показателей надежности также относятся облегчение нагрузочных режимов работы, организация процедур диагностирования, восстановления и обслуживания.
Процесс восстановления объекта в общем случае включает следующие, операции: обнаружение факта существования отказа; обнаружение места появления или причин возникновения отказа; обеспечение хорошей; приспосабли-ваемости к восстановлению или к замене отказавших элементов.
На рис. 1.1 приведена функциональная блок-схема автоматизированной системы управления: надежностью: химического производства. Наблюдаемые переменные производства контролируются; с помощью измерительных приборов., Ненаблюдаемые диагностические показатели вычисляются методами метрической диагностики. По прогнозируемым значениям показателей распознают дефекты производства. При наступлении предаварийного состояния включается система управления эксплуатационной надежностью, которая может работать в режиме "советчика" или в режиме реального времени - в зависимости от структуры технических средств автоматизации.
Гибкое техническоеобслуживание иремонт ; Контроль наблюдаемых переменных ; Внешняя среда } \ і ч ) Управление \ критическими режимами I Химическое производство " Контроль і наблюдаемых переменных \ \ t I Распознавание ; дефектов; ] Прогнозирование \ } Оперативная изменения-! состояния "параметрическая I диагностика Рис.. 1.1 Функциональная блок-схема управления эксплуатационной надежностью химического производства.
В [4] рассматриваются вопросы, связанные с обоснованием структуры и функций автоматизированных систем управления эксплуатационной надежностью химических производств. Автоматизированная система состоит из функциональных подсистем, которые решают задачи диагностики отказов и управления процессом вывода производства из предаварийных состояний. Состав функциональных подсистем показан на рис. 1.2.
Подсистема параметрической диагностики предназначена для? обнаружения технологических отказов. Она решает задачи вычисления ненаблюдаемых показателей для распознавания неисправимых газовых или гидравлических-связей и распознавания отказавших элементов в неисправных связях.
Подсистема1 виброакустической;диагностики предназначена для;обнаружения механических отказов оборудования с вращающимися элементами.
Подсистема диагностики АСУТП служит для формирования гибкого графика ремонтов изменения структуры и элементного состава каналов АСУТП;
Подсистема?прогнозирования диагностических показателей предназначена для прогнозирования; значений диагностических показателей на заданном интервале времени.
Особенности математического моделирования управляемых технологических систем непрерывной технологии
Производства или технологические установки химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности как объекты научно-инженерной деятельности представляют собой различного уровня сложности химико-технологические системы (ХТС), потребляющие для выпуска разнообразных продуктов и полупродуктов различные виды сырья, топливно-энергетические ресурсы и конструкционные материалы [118].
Под ХТС понимают совокупность всех физико-химических процессов и средств, обеспечивающих эффективное производство продукции заданного качества и ассортимента [42, 119]. ХТС состоит из элементов, в которых протекают технологические операции, необходимые для достижения цели. В самом; общем случае ХТС можно описать при помощи следующей схемы, представленной на рис. 2.1 [120]. Здесь Х- вектор входных переменных, 7- вектор выходных переменных, d — параметры состояния, К - вектор параметров элементов, G — технологическая топология ХТС, Рим — соответственно векторы наблюдаемых и управляющих параметров, связывающие рабочие элементы ХТС с подсистемой управления (ПУ). Задачей эксплуатации ХТС является постановка и решение таких научно-технических вопросов, которые обеспечивают интенсификацию технологических процессов и оптимизацию эффективности функционирования действующих ХТС [121]. ХТС характеризуется типом функционирования и структурой (топологией), т.е. составом элементов и их взаимными связями [42]. По типу функционирования различают ХТС, предназначенные для производства одного продукта (непрерывно, непрерывно-циклически и непрерывно-периодически работающие) и ХТС, предназначенные для производства нескольких продуктов (многоцелевого производства - гибкая ХТС (ГХТС), многоассортиментного производства). При классификации ХТС по структуре различают последовательное и параллельное соединение элементов, байпассирование, обратная (рециклическая) технологическая связь. ХТС нефтехимической технологии по типу функционирования относятся к многоассортиментным, а по структуре - к иерархическим. Далее целесообразно рассмотреть следующие иерархические уровни ХТС [42]. На этом уровне иерархии решаются следующие задачи: оптимальное распределение ограниченных ресурсов для достижения максимального дохода; определение мощностей новых подсистем; время их ввода в эксплуатацию; выбор типа технологии для производства новых продуктов. Такие задачи решаются некоторыми системами оперативного управления, например RPMS (см. п. 1.4).
Для решения этих задач используются технико-экономические линейные модели подсистем, которые отражают взаимосвязь по линии сырье — продукты.
Для типовой системы (рис. 2.3) можно сформулировать математическую модель (2.1). где (7/ — количество /-го вещества-сырья; да.— число:технологий- (производственных систем); а,у — коэффициент эффективности переработки/-го продукта в 7-ой подсистеме; ау 0, если / - сырье; ау О, если / — продукт производства, а характеризует матрицу преобразования вещества в результате реализации технологии; Xj — количество вещества, перерабатываемого в у -ой подсистеме; gt - количество/-го вещества-продукта производства; 5/— количество сырья; dt — требуемое количество /-го сырья; pj — ограничение по мощности у-ой подсистемы; п — число различных веществ в системе (сырье, полупродукты,. продукты).
Аналогичные модели можно простроить и для других балансовых величин (энергии, стоимости).
Уровень: производство/технологическая линия. Технологическая линия является ХТС с преимущественно последовательно І соединенными: подсистемами, в которых сырье последовательно перерабатывается в один или несколько продуктов. ХТС этого типа предназначены для производства определенного; продукта или; полупродукта. Производство состоит из, подсистем: подготовки сырья, собственно химического превращения; выделения целевых продуктов; энергообеспечения; автоматизации и т.д.
Математические модели ХТС подразделяют на символические и иконографические модели [121]. Символические математические модели ХТС представляют собой совокупность математических соотношений в виде формул, уравнений, операторов, логических условий или неравенств, которые определяют характеристики состояния ХТС в зависимости от параметров элементов системы и от параметров входных технологических потоков системы.
Также различают два главных вида математических моделей [42]: I. Детерминированные (аналитические) модели, построенные на основе физико-химической сущности процессов, происходящих в элементе. ІІІ Статистические (эмпирические) модели, полученные в виде уравнений линейной или нелинейной множественной регрессии на основе обработки экспериментальных данных. Они устанавливают соотношения между входными и выходными параметрами элемента ХТС, но не отражают сущность физико-химических процессов.. Физико-химические детерминированные модели і более универсальны.. Они имеют, как правило, более широкий интервал адекватности. Однако вид связей выходов элементов ХТС с входами, параметрами и т.д. [у -Дх, и, р, t)] относительно сложен, часто нелинеен или представляет собой дифференциальные уравнения в обыкновенных или частных производных. Физико-химическая модель состоит изтрех групп уравнений: - балансовые уравнения (вещества, энергии); - кинетические уравнения (химическая кинетика, кинетика массо- и те-плопереноса и т.д.); - уравнения состояния (фазовые равновесия и т.д.).
Анализ существующих методов структурного синтеза оптимальных программ корректирующего управления
Методология формирования воздействий на объект, связанных с нежелательным изменением его характеристик, является важным предметом разработок в области повышения качества и надежности эксплуатации систем различного назначения.
Классическими примерами полученных в этой области результатов служат предлагаемые динамическим программированием алгоритмы решения задач о смене катализатора, замене оборудования и подобные им [135 и др.]. Еслш источники возможных нарушений разнообразны и; многочисленны, разрабатываются; интегрированные системы автоматизированной поддержки принятия решений о восстановлении исходного технического состояния объектов [136]. Поскольку в подобных задачах тенденции изменения параметров объекта должны быть определены заранее, значительные усилия, прилагаются в; направлении совершенствования методов прогнозирования трендов, характеристик и отказов оборудования [137-140]; Математические модели промышленных: объектов и систем, которые могут использоваться для целей такого прогнозирования следует строить с учетом как физико-химических закономерностей протекания процессов; так и данных промышленных экспериментов, в том числе наблюдений за ходом нормальной эксплуатации объектов [Г4Г,.Г42]1.
Зачастую возможности достаточно надежного прогнозирования событий остаются ограниченными, в силу чего управление носит корректирующий; характер. В этих случаях задачи идентификации и формирования управляющих воздействий решаются во взаимосвязи друг с другом [143-145].
Эффективность управления; сложными; системами в существенной мере зависит от их структурной организации [ 13 , 42]. Системные аспекты структурной и параметрической адаптации сложных ХТС к изменениям условий их функционирования полномасштабно и развиваются учеными школы академика; Кафарова В.В. [9; 43; 44, 145]: Теоретические основы гибкости химико технологических процессов в условиях неопределенности исследуются і в работах Островского [24,.119, 146; 147].
Для І лица, принимающего решение; (ЛПР) о; характере: изменения: управления, представляет существенныйtинтерес оценка степени и характера;"повреждения объекта; с точки і зрения возможностей і рационального «управления им до момента устранения дефекта. При формировании корректирующего действия необходимо учитывать специфику управления;под влиянием;неконтролируемых возмущений и возникновениям дефектов. Проявление действия возмущений в 5 составе: невязки аналогично проявлению дефектов. Поэтому ЛПР принимает решение в -условиях неполноты и недостаточной оперативности поступления информации, уточняющей; источник: возрастания і нормы невязки. В ї силу этого) могут приниматься решения і о способе г первоочередной; реакции на нарушения? путем коррекции технологических режимов. В условиях: редкогоf появления дефектов, даже приfотсутствии?информации об их возникновении, такая реакция вполне правомерна:
Управление технологическими режимами и структурой? сложных XTG в условиях непрогнозируемых изменений и флуктуации; параметров объектов рассматривается; как управление эксплуатационной( надежностью последних (см. п..1.1).
В; существующих исследованиях и разработках проблема; восстановления і технического- состояния: автоматизированного: технологического комплекса, выражаемого оптимизацией последовательности устранения і известной совокупности его дефектных элементов, либо не изучается, либо не анализируется? как единое целое с управлением технологическими режимами объектов автоматизированных ХТС.
В названных работах: могут рассматриваются как альтернативные два;; направления ликвидации технологических нарушений: формированием новыхтехнологических режимов, устранением с обнаруженных отказов посредством графика ремонтов;. корректируемого по данным о фактическом состоянии; технологического оборудования; В) работе [123]: делается попытка формализации системных представлений о формировании корректирующего действия, выраженного двуединством коррекции характеристик и управлении технологическими режимами объектов.
При параметрическом описании источников нарушений алгоритмом коррекция предлагается целенаправленное изменение технологического режима -лг, связанное с воздействие на компоненты Aat вектора отклонений Ла параметров я/ объекта от предписанных им значений. Это воздействие уменьшает норму 1а на последовательности корректирующих шагов.
В общем случае задача обслуживания (устранения источников возникших и возможных нарушений) формализуется последовательным изъятием отдельных элементов или их групп из множества / номеров источников нарушений в многомодельном описании системы.
Поэтому при диагностировании из множества моделей может быть выделена такая их совокупность, которая соответствует текущей комбинации источников нарушений.
Предполагается существование для каждого значения J (для каждой из; функций /о» fи/29/3...) программы u(t), которая за конечное время Тп переводит вектор состояния у из любого начального состояния у(0) =уоВ заданную точку пространства состояний: (например, начало координат у(Тп) = 0). Это означает выполнение для всех У условий управляемости ; по Калману [148]. Однако для некоторых или всех значений J0 обеспечить, корректность (3.2), то есть допустимость соответствующих управлений u(t) оказывается і невозможным. Такие значения J соответствуют группам неисправностей, не позволяющим удержать все переменные ,- одновременно в рамках технологических допусков (3.2).
В промышленных условиях эксплуатации ХТС, как правило, оказывается невозможным одновременное устранение всех дефектов. В силу высокой трудоемкости необходимо поочередное обслуживание групп или каждого из элементов технологического оборудования. На каждом шаге коррекции изымается) только один или. несколько, но не все элементы J, что обусловлено принятым характером обслуживания дефектного оборудования ХТС.
Этим обосновывается целесообразность решения задачи; выбора стратегии, определяющей последовательность замены. дефектных элементов автоматизированных ХТС. Формализация; устранения дефекта изъятием элемента из множества J означает изменение: варианта математического описания объекта ХТС. Для каждого получающегося нового варианта описания необходимо-определить программу u(f); переводящую х по траекториям (3". 1) в. допустимую; область, то есть удовлетворяющую (3;2) при dy/dt.= О, или приближающую значение х к этой области.
Описание ХТС нефтехимической технологии как объекта корректирующего управления
Предприятие нефтехимической и нефтеперерабатывающей отрасли представляет собой сложный комплекс, состоящий: из большого числа- аппаратов; связанных материальными и энергетическими потоками. Целью основного производства является переработка нефти для получения заданного ассортимента товарной продукции. Основными выходными продуктами являются различные марки бензинов, керосинов, дизельных топлив и масел. Кроме этого на предприятии производится широкая гамма других продуктов.
Основное производство грубо можно разделить на 3 части: первичнаяше-реработка нефти; вторичные установки (процессы) и товарно-сырьевой блок.
Специфической характеристикой первичной переработки нефти является четкость погоноразделения на каждом из допустимых режимов и допустимый уровень разделения между "светлой" и "темной" частью нефти для конкретного режима [117].
Вторичные процессы существенно более разнообразны. К ним относятся: разделительные процессы (характеризуются коэффициентами отборов для разного типа1 сырья); процессы; типа гидроочистки; (характеризуются степенью очистки в определенном интервале активности катализатора) и конверсионные процессы типа риформинг, каталитический крекинг и т.п. (характеризуются выходом целевого продукта с заданным качеством на конкретном режиме).
Для товарно-сырьевого блока важен способ приготовления и хранения товарных нефтепродуктов. Основная операция при; приготовлении товарных нефтепродуктов - смешение. Выделяют спецификационное смешение (для обеспечения требуемого качества; товарного нефтепродукта), которое г используют для приготовления топлив, и рецептурное смешение для приготовления масел [116].
Кроме этого часть продукции нефтепереработки идет на собственные нужды, а часть представляет разного рода потери с возвратом;(улов:на.факеле:и ловушке), и безвозвратные.
По направлению прохождения материального потока нефтеперерабатывающее производство можно разделить на следующие части (рис. 4.1): сырьевой парк, технологические установки и товарный парк со станцией смешения;
Сырье: от; поставщика-через: сырьевой - парк поступает на технологические установки, где перерабатывается и виде полуфабрикатов (фракций) направляется на; станцию смешения;, где смешиванием получаются готовые продукты, хранящиеся в товарном парке до момента их отправки потребителю. Товарный \ и; сырьевой; парки на; большинстве предприятий объединены в один производственный участок.
В процессе функционирования нефтеперерабатывающего предприятия получается широкий ассортимент готовой продукции. Выпуск различных продуктов взаимосвязан, так как исходные рецептурные фракции используются в нескольких конечных продуктах. Планирование: и управление производством; осуществляется в соответствии с целевым критерием, каковым могут являться прибыль или издержки.
Целью управления процессом основного производства является получение максимальной прибыли от реализации продукции или удовлетворение требований заказчиков по номенклатуре товарной продукции. Основными возмущениями являются спрос на рынке и колебание цен на готовую продукцию, количество перерабатываемой нефти и концентрация компонентов в ней.
Множественность вариантов нефтепереработки, возможности покупки различных вспомогательных материалов, часто изменяющиеся требования рынка к качеству и ассортименту продукции обуславливают необходимость принятия своевременных управляющих воздействий.
От режима работы технологических установок зависят получаемые продукты и их качество. Таким образом, изменяя режимы работы установок и объем подаваемого на установки сырья, можно менять выходные продукты, полу чаемые в процессе производства. Из этого следует, что распределение сырья по установкам и паркам смешения является управляющим воздействием.
Рассмотрим задачу корректирующего управления как способ решения проблем управления нефтехимическим производством.
Существенные выгоды при работе предприятий нефтеперабатывающего комплекса приносит отыскание оптимального плана производства, обеспечивающего максимальную величину прибыли. В варианте работы на давальче-ском сырье актуальной! является задача не отыскания оптимального плана, а выполнения заданного давальцем плана. При этом возникает вопрос о возможности выполнения заданного плана. Этот вопрос связан с потенциальным содержанием фракций в перерабатываемой нефти, которые являются перекрывающимися, поэтому увеличение выпуска какого-либо одного вида продукции приводит к уменьшению возможного выпуска другой продукции;
В этой ситуации становится актуальной задача разработки алгоритмов автоматизированной коррекции распределения сырьевых потоков, которую можно сформулировать следующим образом.
Если возможности регулирующего воздействия достаточны для удовлетворения заданных требований, то задача корректирующего управления не используется. В противном случае применяются некоторые действия для примерного допустимого выполнения заданных условий. При этом либо используется резерв управляющих переменных, или (при отсутствии такового) установление допусков на выходные переменные. Ограничения, накладываемые на управляющие переменные образуют область допустимых значений, в которых может находится выходная величина.
Имеющиеся-возможности-по регулированию немогут: обеспечить достижения заданного значения выходной величины, однако, при увеличении ресурсов управляющих переменных задание может быть достигнуто.
В этом случае решением задачи может стать: уменьшение жесткости ограничений на управляющие переменные, привлечение дополнительных дефицитных ресурсов, уменьшение возмущений, смена оборудования, или, в случае невозможности выполнения вышеперечисленного, уменьшение задания, или корректирующее управление, обеспечивающее минимальную сумму ошибок по регулирующим переменным.
