Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее характерных черт современных химических производств является стремление к совершенствованию технологий, повышению производительности оборудования и увеличению единичной мощности агрегатов. Наряду с этим происходит усложнение динамики объектов управления, сказывается рост числа нестационарных и нелинейных объектов. При этом развитие современного производства сопровождается непрерывным возрастанием требований к качеству функционирования технических систем, которые необходимо учитывать на этапе разработки систем автоматического управления химико-технологическими процессами.
В последнее время все большее применение находят методы теории адаптивных систем, позволяющие разрабатывать системы управления, обеспечивающие нормальный режим функционирования химико-техпологических объектов в условиях априорной неопределенности и в условиях нестационарности параметров объекта.
Применение принципа адаптации в системах управления позволит улучшить качество выпускаемой продукции, уменьшить затраты сырья и энергии, снизить требования к точности математического описания управляемых процессов, а потому упростить процесс проектирования АСУ, сократить сроки наладки и испытаний.
В настоящей диссертационной работе рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и расчетом локальных систем управления, построенных на базе компьютерных станций управления, а также вопросы, связанные с разработкой эффективных методов и алгоритмов их настройки. В качестве конкретного примера рассматривается подсистема управления тепловым режимом химических реакторов стадии каталитического рифор-минга при производстве ароматических углеводородов из прямогонной бензиновой фракции на СП «ФОБОС», г. Кременчуг.
Задача стабилизации температурного режима для данного производства является одной из основных задач управления. Это объясняется тем, что степень превращения исходных веществ и безопасность проведения процесса имеет ярко выраженную зависимость от температуры на входе в ре-
акторы. Решение этой задачи возлагается на локальную систему автоматического регулирования, обладающую свойством адаптивности, т.е. возможностью перенастройки в процессе функционирования. Реализация процесса оптимизации настроек на локальном уровне распределенной системы управления каталитическим риформингом позволит корректно решать задачи управления более высокого уровня. Таких, например, как расчет технико-экономических параметров, координация работы локальных систем управления, определение частоты регенерации катализатора и т.д.
Целью настоящей работы является разработка эффективных методов и алгоритмов расчета настроек адаптивных автоматических систем регулирования (АСР), пригодных для использования в распределенных автоматизированных системах управления, построенных на базе компьютерных станций управления и их реализация на примере создания локальной системы стабилизации температурного режима реакторов на стадии каталитического риформинга.
Методы исследования. В процессе решения поставленной задачи в работе использовались методы, разработанные в теории автоматического управления, методы математического моделирования и оптимизации.
Научная новизна. Рассмотрена методика оптимизации настроек регулятора, заключающаяся в решении трехмерной задачи оптимизации, что позволило оценить различные критерии качества переходных процессов.
Задача расчета настроек в работе сформулирована как задача векторной оптимизации. Найден наилучший способ представления векторного критерия в скалярной форме, который обеспечивает оптимальное качество функционирования АСР.
В качестве операции свертки предложено использовать взвешенную сумму критериев и показателей качества. При этом оптимизация проводилась по двум группам переменных: по вектору настроек и по весовым коэффициентам.
Алгоритм адаптивной настройки регулятора по методике ВЛ. Рогача реализован в виде библиотеки наглядных блок-диаграмм с помощью инструмента SIMULINK пакета MATLAB.
Практическая значимость работы заключается в построении простой
и надежной модели адаптивной АСР температурного режима в реакторах каталитического риформинга и в выборе эффективного критерия оптимизации работы этой АСР, что позволит просчитать все возможные ситуации на модели и, тем самым, избежать аварийных ситуаций на реальном объекте.
Алгоритм расчета оптимальных настроек и методика выбора эффективного критерия реализованы в виде прикладных программ в среде PASCAL и MATLAB и предлагаются в качестве программного обеспечения для локальной системы управления стабилизацией теплового режима химических реакторов каталитического риформинга прямогонных бензинов в составе Кременчугского СП «Фобос».
Апробация работы. Результаты работы апробированы на следующих конференциях:
- Межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника
и автоматика - 96», г. Зеленоград, МИЭТ, 1996.
-Межвузовская научно-техническая конференция «Моделирование в химии и химической технологии», г. Тверь, 1997.
-47-ая научно-техническая конференция, посвященная 65-летию МГАХМ, г. Москва, 1997.
- V-я Международная научная конференция, посвященная 85-летию со
дня рождения академика В.В. Кафарова, «Методы кибернетики химико-
технологических процессов», г. Казань, 1999 г.
При этом конкретное участие автора заключалось в постановке задач, проведении вычислительных экспериментов, анализе полученных результатов. Все соавторы принимали участие в постановке задач и обсуждении результатов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего ... наименования, и ... приложений. Основной текст занимает ... страниц машинописного текста и содержит ... рисунков и ... таблиц. Приложение состоит из ... страниц.