Введение к работе
Актуальность работы. Содорегенерационныс котлоагрегаты (СРК) являются одним из самых сложных и ответственных технологических агрегатов в целлюлозобумажной промышленности (ЦБП). От стабильности и надежности работы СРК зависит эффективность регенерации сульфида натрия из черных щелоков и возврат химикатов в варочный процесс при производстве целлюлозы.
Еще в 80-ых годах 20 века группой ученых: Жучковым П.А., Смороди-ным С.Н., Дорониным В.А и другими активно изучались процессы, происходящие в котлоагрегате, а так же способы управления технологическими процессами, обеспечивающие их стабильность. В настоящее время СРК оснащены современными сложными иерархическими системами автоматического управления технологическим процессом (АСУТП). Тем не менее, на этом технологическом процессе периодически возникают аварийные ситуации, порой чрезвычайно катастрофические. Иностранные компании повышают безопасность функционирования СРК с помощью тепловизоров, устанавливаемых в топках котлов. Однако без соответствующих технических реконструкций СРК и информационно-математического обеспечения управления их применение не решает проблемы обнаружения нештатных ситуаций в сложных химико-энергетических процессах СРК на предприятиях целлюлознобу-мажной промышленности.
В этой ситуации необходимо разработать новые подходы для обеспечения безопасности эксплуатации существующих и создаваемых СРК.
Цель диссертационной работы заключается в разработке диагностических методов, способов и алгоритмов слежения за состоянием технологических процессов в СРК для обнаружения нештатных ситуаций в работе СРК на ранних этапах их развития, определения причин нарушения и выдачи оператору рекомендации по их устранению еще до срабатывания систем автоматической защиты котлоагрегата. Задачи исследований.
-
Исследовать процессы, протекающие в СРК. Провести анализ существующей системы АСУТП и предложить информационно-измерительное обеспечение, которое можно использовать для диагностирования состояний процессов в СРК.
-
На основе проведенной декомпозиции технологических процессов в СРК проанализировать и выделить их потенциально опасные ситуации.
-
Изучить и обосновать выбор математических моделей для диагностирования нарушений в СРК.
-
Разработать алгоритмы для системы диагностики СРК, которые позволят в составе АСУТП, обнаруживать нарушения на раннем этапе их развития, определять причины их возникновения и их устранять.
-
Провести экспериментальное исследование предложенной диагностической системы для подтверждения ее работоспособности и эффективности.
-
Создана система диагностирования технологических процессов СРК с использованием их декомпозиции, позволяющая с помощью двухуровневых моделей диагностики обнаруживать и идентифицировать нештатные ситуации, а так же давать рекомендации по их устранению.
-
Выполнено аналитическое исследование процесса сжигания черных щелоков в СРК, позволившее адаптировать его математическое описание для идентификации нештатных ситуаций в котлоагрегатах.
-
Предложена комбинация двух типов моделей диагностирования нарушений в технологическом процессе СРК, обеспечивающая непрерывное вьивление нештатных ситуаций, их причин и способов устранения последствий.
-
Разработан алгоритм работы системы диагностики СРК на основе предложенной комбинированной модели ее функционирования.
Практическая ценность.
-
Разработано и практически опробовано программно-алгоритмическое обеспечение функционирования системы диагностики содорегенераци-онньгх котлоагрегатов, что позволяет реализовать диагностирование технологических процессов в составе АСУТП котлоагрегатов.
-
Составлена методика опроса экспертов, на основе которой формируется фреймово-продукционная модель для конкретного содорегенераци-онного котлоагрегата.
-
Синтезирована двухуровневая фреймово-продукционная модель, которая за счет иерархической структуры ускоряет работу диагностической системы.
-
Система диагностики с использованием результатов опроса экспертов Сегежского ЦБП реализована и опробована в виде отдельного программного модуля, что позволяет ее легко внедрить в любую существующую систему управления содорегенерационным котлоагрегатом.
Положения, выносимые на защиту.
-
Двухуровневая система диагностики технологических процессов содо-регенерационного котлоагрегата, построенная на основе двухуровневых моделей диагностирования, что позволяет обеспечить раннее обнаружение развития нештатных ситуаций, идентификацию причин нарушений в технологических процессах котлоагрегатов и их устранение.
-
Модель процесса сжигания черных щелоков в СРК, адаптированную к обнаружению нештатных ситуаций в котлоагрегатах.
-
Комбинированная диагностическая модель для содорегенерационного котлоагрегата, состоящая из модели по методу главных компонент и иерархической фреймово-продукционной модели, обеспечивающая обнаружение и идентификацию нарушений в технологических процессах даже при различной скорости их развития.
-
Алгоритм функционирования системы диагностики в составе действующей АСУТП содорегенерационного котла, включающий две стадии: непрерывный мониторинг технологического процесса в простран-
стве главных компонент, активизацию фреймов при обнаружении нарушений, поиск конкретной причины нарушения. 5. Методику опроса экспертов для создания фреймово-продукционной модели, которая определяет причины нештатных ситуаций обеспечивающую непротиворечивые оценки причин неисправностей в СРК на основе его декомпозиции. Методика исследований. В ходе выполнения работы были использованы методы теории технической диагностики, теории вероятностей, теории случайных процессов, математической статистики, сбора и обработки экспертной информации.
Достоверность основных положений и выводов подтверждается
полным аналитическим исследованием методов диагностирования и моделей технологических процессов, происходящих в СРК
положительными результатами имитационного моделирования системы диагностирования нештатных ситуаций в СРК на основе большого объема статистических экспериментальных данных.
апробацией результатов работы в печати и на научно-технических обсуждениях
Апробация работы. Основные положения сообщались на конференциях и семинарах института повышения квалификации «Крона» СПБГТУРП в 2009-2011 годах. Результаты работы обсуждались на научных семинарах кафедры автоматизации технологических процессов и производств и информационно-измерительных технологий и систем управления СПБГТУРП. Имеются акты внедрения: акт об использовании материалов математического и алгоритмического обеспечения системы диагностики состояний СРК и акт внедрения результатов диссертационной работы в учебные дисциплины на кафедрах факультета АСУТП.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы, в том числе 2 в ведущих журналах, рекомендованных ВАК РФ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 129 страниц машинописного текста, 30 рисунков, список литературы состоит из 133 наименований.
