Автоматизированные системы управления промышленными объектами

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Ярославский филиал Московского университета экономики, статистики и информатики, г. Ярославль.

Автоматизированные системы управления промышленными объектами

Маевский В.К. Доцент кафедры информатики

и информационных технологий, к.т.н.

Annotatіon

The examples of adaptive computer management in an industry are resulted. The adaptation is made with the help of parametrical identification of mathematical models describing objects of management. Active and passive methods of parametrical identification of mathematical models of technological processes are used. As objects of management I am considered branches of preparation of raw material of a factory of synthetic rubber

Адаптивные системы управления обычно строятся на базе математических моделей процесса. Эти модели подстраиваются (адаптируются) к процессу посредством корректировки некоторых коэффициентов модели на основании измеряемых параметров процесса.

Рассмотрим два технологических процесса, где используются адаптивные компьютерные системы управления: процесс непрерывного приготовления шихты и процесс непрерывного приготовления катализаторного раствора.

В химических и нефтехимических процессах, таких, как синтез каучука, используются катализаторные растворы. Процесс синтеза каучука обладает повышенной чувствительностью к активности катализатора. Известно, что чем выше концентрация катализатора в растворе, тем выше его активность, причем эта зависимость носит нелинейный характер. Задача заключается в приготовлении катализаторного раствора такой активности, которая обеспечит в данный момент времени максимальный выход каучука.

Катализаторный раствор готовится в реакторе 1 (см. рисунок 1), где в гранулированном виде находится твердый катализатор 2. Снизу реактора подается растворитель, а сверху выводится концентрированный катализаторный раствор, который в дальнейшем разбавляется растворителем. Расходы растворителя измеряются датчиками 3,4 и стабилизируются локальными регуляторами 7,8 с помощью регулирующих клапанов 5,6. Концентрация катализатора в готовом растворе периодически измеряется на выходе из системы в точке 9 высокоточным методом. Данные по концентрации, а также показания датчиков расхода 3,4 и датчика температуры 10 вводятся в компьютер. Активность катализатора в растворе определяется по расходу катализатора на единицу массы получаемого каучука.

Рисунок 1 Структура системы (пояснения в тексте)

Для решения указанной задачи используется адаптивная математическая модель, описывающая процессы растворения катализатора в реакторе 1. Реакционная зона условно разбивается на ряд ячеек, число которых подбирается по экспериментальным данным. Для каждой ячейки записывается материальный баланс в дифференциальной форме, где массовая скорость растворения катализатора определяется как:

mPi = mG • m? • mДC • KA , (1)

где: mG= f(G)

- зависимость скорости растворения от скорости потока в реакторе;

m? = f(?)

- зависимость скорости растворения от температуры в реакторе;

mДC = f(ДC)

- зависимость скорости растворения от перепада концентраций катализатора в растворе и на поверхности твердого катализатора;

KA - коэффициент адаптации, учитывающий зависимость скорости растворения от прочих неучтенных факторов (гидродинамики потока в гранулированном слое катализатора, наличия примесей в твердом катализаторе и др.).

Модель автоматически корректируется по данным измерения концентрации готового катализаторного раствора в точке 9. Рассчитанная по модели концентрация катализатора стабилизируется в точке 9 с помощью управляющих воздействий регуляторов 7 и 8, задания для которых рассчитываются компьютером по адаптивной модели.

В ряде химических и нефтехимических процессов для получения целевого продукта используется шихта, т.е. смесь исходных компонентов в требуемых соотношениях. К таким процессам относится синтез каучука. Рассмотрим процесс приготовления шихты, состоящей из трех компонентов: И - основной, П - дополнительный, X - растворитель (для растворения жидких компонентов И и П).

Рисунок 2 Положение буферной емкости (пояснения в тексте)

Шихта непрерывно готовится в буферной емкости 1 (см. рис.2), куда поступают потоки жидких компонентов И, П и Ф (возвратной фракции, состоящей из компонентов И и X). Емкость 1 имеет переменный уровень, который измеряется датчиком 5. Расходы компонентов И, П и Ф измеряются датчиками 2,3,4 и стабилизируются регуляторами 12,13,14 с помощью регулирующих клапанов 9,10,11. Концентрация основного компонента непрерывно измеряется анализаторами 6 и 7, имеющими плавающую статическую погрешность. Концентрации в шихте компонентов И, П и X измеряются дискретно хроматографом 8, имеющим случайную погрешность.

Задача предлагаемой системы управления - стабилизировать в шихте концентрацию компонентов И и П в условиях изменяющегося расхода шихты на выходе из емкости 1 и плавающего уровня в ней. Анализ параметров потоков во всех линиях с учетом запаздывания производится компьютером с помощью адаптивной ячеечной математической модели смешения в емкости 1. Модель содержит материальные балансы ячеек по каждому компоненту. Динамические свойства модели автоматически корректируются по показаниям анализатора 7, статическая погрешность которого, в свою очередь, автоматически корректируется по показаниям хроматографа 8. Случайная погрешность хроматографа отфильтровывается с помощью экспоненциального фильтра.

Расход компонента И регулируется по показаниям анализатора 7 с учетом его статической погрешности. Регулирование расхода компонента П производится по расчетной концентрации с учетом статической погрешности расчета. Статическая погрешность анализатора 6 определяется по данным лабораторного анализа и вводится в компьютер вручную.

Для коррекции динамических свойств математической модели емкости 1 на ее вход периодически накладываются активные возмущения по расходу потока компонента И в виде прямоугольной волны небольшой амплитуды. Измеряя отклик этого возмущения анализатором 7, автоматически корректируется число ячеек модели.

Компьютер обрабатывает поступающие на его вход данные по расходным характеристикам потоков и выдает управляющие воздействия на задания регуляторов 12 и 13. Рассмотренные адаптивные компьютерные системы автоматического управления успешно прошли испытания в промышленности

математический шихта катализаторный адаптивный

Литература

1 Дейч, A.M. Методы идентификации динамических объектов [Текст] / A.M. Дейч. - М.: Энергия, 1979. - 240с.

2 Маевский, В.К. Компьютерные системы управления [Текст] / В.К. Маевский // Сб. науч. тр.: Экономика, статистика и информатика, Вып.1. - Ярославль: Изд. МУБиНТ, 2000.-С.54-57.

3 Закгейм, А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов [Текст]: учеб. пособие для вузов / А.Ю. Закгейм. - М.: Химия, 1982. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru