Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Чепелев Станислав Аркадьевич

Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях
<
Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Чепелев Станислав Аркадьевич. Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.06 : Воронеж, 2003 366 c. РГБ ОД, 71:05-5/66

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Системный анализ объектов управления химической технологии в условиях экстремального функционирования 25

1.1 Основные положения теории систем применительно к ХТС 26

1.2 Проблемы управления ХТС в экстремальных условиях 28

1.3 Задача принятия решений и оптимизации в ХТС 32

1.4 Системный подход к математическому моделированию нестационарных ХТС 37

1.5 Имитационное моделирование сложных ХТС 42

1.6 Определение категории «система» через противоречия ХТС 44

1.7 Системный анализ SCADA - систем для формирования инструментальных средств синтеза управления ХТС 49

Выводы 53

ГЛАВА 2 Разработка системной модели синтеза управления хтс в экстремальных ситуациях 56

2.1 Формализация притязаний как одной из категорий отношения противоречий подсистем ХТС 57

2.2 Управление объектами ХТС в зоне критических ограничений 59

2 -3 Приоритет аварийных и чрезвычайных задач управления ХТС 61

2.4 Идентификация и адаптации моделей объектов ХТС 62

2.5 Использование новых информационных технологий управления в задачах принятия решений нестационарных ХТС 66

2.6 Адаптация методов представления данных л знаний к условиям экстремального функционирования информационного обеспечения ХТС .,. 70

2.7 Системная модель синтеза управления технологическими процессами получения и использования синтетических каучуков 76

Выводы 90

ГЛАВА 3 Формирование методов синтеза и средств реализации управления хтс в экстремальных ситуациях 93

ЗЛ Состав и формализация методов принятая решений 94

3.2 Задача принятия решений по количественным отношениям параметров в условиях притязаний 95

3.3 Противоречия многокритериальных задач оптимизации ХТС 100

3.4 Методы принятия решений на качественных шкалах множества альтернативных состояний ХТС 102

3.5 Ситуационный выбор решений задаче нечеткой целью 103

3-6 Комбинированные методы альтернативного выбора 104

3.6Л Структурная модель организации альтернативного выбора 104

3.6.2 Организация функционального ядра алгоритмического обеспечения комбинированного выбора 106

3.7 Организация диалогового общения ЛПР с управляющей ЭВМ— 112

4 3.8 Дискретный многоразрядный клапан в составе технических средств быстрого реагирования потенциально опасными ХТС 118

Выводы 122

ГЛАВА 4 Синтез управления процессом дегидрирования н-бутиленов по альтернативным моделям 125

4.1 Технология процесса дегидрирования н-бутиленов 126

4.2 Возмущающие воздействия 127

4-3 Оценка эффективности существующей системы управления 130

4.4 Математическое моделирование процесса дегидрирования н-бутиленов на катализаторе К-16У 136

4-4Л Основные физико-химические процессы дегидрирования 136

4.4.2 Обобщенная математическая модель процесса 138

4.4.3 Математическая модель для расчета оптимальной длительности цикла контактирования 142

4.4.4 Математическая модель для оптимизации конверсии сырья. 144

4.4.5 Алгоритмы идентификации математических моделей 146

4.4.7 Идентификация модели, используемой для определения оптимальной длительности цикла контактирования 148

4 4.8 Идентификация обобщенной модели 158

4.4.9. Оценка адекватности математических моделей 159

4.5 Оптимизация процесса дегидрирования н-бугаленов 160

4.5.1 Анализ оценок эффективности процесса дегидрирования и выбор критерия оптимальности 161

4.5.2 Постановка задачи синтеза оптимального управления процессом дегидрирования н-бутиленов 165

4.5.3 Алгоритм оптимального управления конверсией сырья 168

4.5.4 Оптимизация длительное цикла контактирования 171

4.5.5 Оптимизация температурной траектории в цикле контактирования 183

4.5.6 Синтез управления в ситуации с неопределенностью цели, вызванной иерархической структурой АСУ ТП 192

4.5.7 Синтез управления в условиях притязаний параллельных подсистем управления 195

4.5.8 Синтез управления в подсистеме регенерации катализатора. 197

4.5.9 Подсистема автоматической обработки хроматографической информации на управляющей вычислительной машине* 201

4.6 Синтез управления класса аварийных ситуаций в зоне критических температур 203

Выводы 205

ГЛАВА 5 Синтез управления полимеризацией бутилкаучука 207

5.1 Технология процесса полимеризации 208

5.2 Математическая модель реактора процесса синтеза бугалкаучука в растворе изопентана 209

5.3 Алгоритм идентификации модели вязкости по Муни 212

5.3Л Автономный режим алгоритма идентификации для класса ситуаций с неопределенностью 214

5.3.2 Автоматический режим алгоритма идентификации для класса оптимизационных задач 215

5.4 Синтез управления узлом приготовления шихты 216

5.5 Синтез управления нестационарным процессом полимеризации. 217

5-6 Алгоритм пуска реакторной установки 219

5.7 Отключение реактора в штатной ситуации 225

5.8 Управление процессом в аварийной и чрезвычайной ситуациях. 226

5.9 Особенность применения операционной системы Kent Process Control для работы АСУ ТІЇ в различных ситуациях 232

Выводы 235

ГЛАВА 6 Синтез управления технологическим процессом приготовления резиновых смесей 237

6.1 Функции центральной системы 238

6.2 Функции оперативного управления 240

6.3 Функции обработки чрезвычайных ситуаций 241

6.4 Построение моделей технологического оборудования в системе управления линией смешения 242

6.5 Подсистемы управления линиями смешения 247

6.6 Управление смесителем 254

6Л Система слежения Check 258

Выводы 267

Выводы 268

Библиографический список 270

Приложения - 293

Введение к работе

Актуальность темы. Развитие на пути интенсификации технологических процессов получения и использования синтетического каучука (СК), обладающих большим энергетическим запасом, требует создания методов синтеза управления в нештатных ситуациях функционирования, построенных на результатах применения системного подхода. Провести быструю оценку сложившихся на объекте условий с целью своевременного принятия управленческих решений позволяют методы ситуационного управления. Для этого необходимо осуществить классификацию ситуаций, возможных на химико-технологических системах (ХТС) производства и переработки СК,и организовать преемственность результатов применения ситуационных методов в последующих процедурах синтеза управления в рамках классической теории.

На этапе разработки математических моделей, адекватных полному набору ситуаций, возможных на промышленных ХТС» желательно получить экспериментальные данные на лабораторных установках физико-химического моделирования в зоне критических ограничений технологических параметров. В этой зоне возможны необратимые явления, например: спекание пористой структуры катализатора, отложение нерастворимого полимера, деструктуризация резиновой смеси, которые потребуют описания нелинейными математическими зависимостями.

Надежность современных технических средств (наработка на отказ более 10 000 часов) позволяет ориентировать автоматическую часть системы на работу в реальном времени режима непосредственного цифрового управления (НЦУ). Однако роль супервизора реального времени в процессе выхода из аварийной ситуации должно исполнять лицо, принимающее решение (ЛПР), В ситуациях псевдореального времени, когда решение должно быть принято не позднее определенного времени или события, ЛПР может представлять собой коллектив людей. Для интеллектуальной поддержки принимаемых управленческих решений необходима комплексная специализированная база знаний и данных, позволяющая использовать накопленный опыт обслуживающего персонала. Чтобы сократить временные, финансовые затраты и избежать дублирования работ различными исполнителями f необходимо выбрать метод ведения базы знаний и инструментальные средства реализации соответствующих баз данных Дальнейшая интенсификация рассматриваемого класса технологических процессов ставит задачи синтеза оптимального управления на позиции приближения параметров состояния к критическим ограничениям и повышает потенциальную опасность производств. Это приводит к усилению роли противоречий, что потребует уточнения определения химико-технологической системы как категории отношений.

Применение системного подхода на стадии исследования проблемы позволяет из многообразия способов абстрагирования выделить необходимые и достаточные уровни стратификации, что дает возможность структурировать комплекс задач, возникающих при функционировании системы управления в процессе всего жизненного цикла ХТС,

Цель и задачи работы. Цель заключается в разработке методов синтеза систем автоматизированного управления, обладающих инструментальными средствами интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений для технологических процессов получения и использования синтетических каучуков, функционирующих в нештатных ситуациях. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач.

L Анализ методов принятия управленческих решений объектами химической технологии с потенциальной опасностью применительно к условиям нештатного функционирования, 2 Исследование категорий отношений, определяющих параметрическую интенсификацию, и уточнение определения химико-технологической системы.

3. Выделение ключевых технологических процессов в последовательности воздействия на предмет труда получения и использования синтетических каучуков.

4. Стратификация задачи синтеза управляющих воздействий на объекты ключевых технологических процессов получения и использования синтетического каучука.

5. Классификация нештатных ситуаций, возникающих на технологических системах в условиях динамической среды обитания.

6. Определение методов преемственности результатов ситуационного принятия управленческих решений для синтеза управляющих воздействий на технологические процессы в каждом классе детерминированных задач.

7. Выбор принципа координации взаимодействия подсистем иерархической структуры управления для ключевых технологических процессов СК.

8. Создание алгоритмов функционирования в нештатных ситуациях,

9. Формулирование дополнительных гипотез для задачи исследования операций с неопределенностью цели и синтез многокритериального оптимального управления по альтернативным математическим моделям.

Ю.Разработка автоматической системы регулирования критических технологических параметров на базе многоразрядного дискретного клапана. 1L Формирование инструментальных средств в виде программного комплекса реализации алгоритмов для управляющих вычислительных машин. 12.Внедрение результатов диссертационной работы на ведущих предприятиях нефтехимической отрасли Российской Федерации.

Объект и методы исследований. Объектами исследований являются автоматизированные системы управления технологическими процессами производства мономеров методом дегидрирования, полимеризации в растворе изопентана и приготовления резиновых смесей для изготовления шин. Обшей методологической основой исследования является системный анализ проблем управления сложными техническими системами. Выполненные теоретические исследования базируются на использовании методов детерминированного и ситуационного управления, методов решения систем дифференциальных уравнений в полных н частных производных, прикладных аспектах теории сетей, методов поиска экстремума функций и функционалов, концепции фреймовых структур.

Научная новизна работы;

- синтез автоматизированных систем управления объектами с потенциальной опасностью (производства мономеров, полимеризации и приготовления резиновых смесей), отличающийся направлением системного подхода на исследование противоречий, обостряющихся при интенсификации химической технологии, что позволяет предложить определение химико-технологической системы как совокупности противоречащих элементов, структурированной общей целью;

системная модель стратификация задачи синтеза автоматизированного управления химико-технологическими системами с потенциальной опасностью, отличающаяся тремя уровнями абстрагирования: технологическим, ситуационным и классическим;

- классификация экстремальных ситуаций, отличающаяся учетом приоритета противоречий и пятью типами экстремальных ситуаций: чрезвычайная, аварийная, недостаток ресурсов, неопределенность, оптимизация;

- методы формирования признаков текущей ситуации по классам, отличающиеся: применением таблиц истинности, построенных на моделях сетей Петри; расчетом запасов номенклатуры необходимых ингредиентов и диалоговым общением лица, принимающего решение с базой знаний;

- альтернативные модели для штатного управления полимеризацией бутилкаучука и оптимального управления дегидрированием н-бутиленов, отличающиеся диапазоном применения в зависимости от текущей ситуации с номограммами разрушения катализатора в зоне критических температур процесса дегидрирования, полученными на лабораторных установках;

- метод последовательной оптимизации с альтернативными моделями по комплексу критериев (функций и функционалов), отличающийся поэтапным наследованием результатов в зависимости от вида противоречий и степени свободы выбора управляющих воздействий;

- метод расчета и выдачи управляющих воздействий быстрого реагирования на многоразрядный дискретный клапан с отсечными функциями;

- метод формирования инструментальных средств в виде программного обеспечения алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений, отличающийся погружением комплексной, специализированной базы знаний в базу данных современных SCADA- систем.

Теоретическое значение. Полученные результаты диссертационной работы на основе стратификации комбинированной структуры ситуационного н классического управления с использованием альтернативных моделей, методов и алгоритмов адаптации развивают теоретические основы автоматизированного управления в условиях параметрической интенсификации химико-технологических систем, обладающих потенциальной опасностью, функционирующих в штатных и экстремальных ситуациях.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты развивают методологию практического применения системного анализа в течение жизненного цикла и синтеза автоматизированных систем управления потенциально опасными химико-технологическими системами, функционирующими в условиях экстремальных ситуаций. Разработанные инструментальные средства в виде комплекса программ конкретных автоматизированных систем управления могут быть использованы в САПР и АСУ различного уровня иерархии Методические аспекты могут быть эффективно использованы в учебном процессе при подготовке студентов широкого круга специальностей в области управления. Основные теоретические разработки диссертации в виде предметно-ориентированных моделей, алгоритмов и программ внедрены на Тольягганском производственном объединении «Синтезкаучук», Воронежском шинном заводе» Воронежским проектным институтом «Гипропром» включены в проектные решения изделий Конструкторского бюро «Химавтоматика». Результаты, выносимые автором на защиту:

- системная модель синтеза управления процессами дегидрирования на зернистом катализаторе, полимеризации в растворе изопентана и приготовления резиновых смесей;

- методика создания АСУ . технологическими процессами дегидрирования н-бутиленов и регенерации, выжигом отложений из пористой структуры катализатора, функционирующими в штатном режиме и в зоне критических значений температур;

- математические модели процесса дегидрирования н-бутиленов, методика последовательных упрощений, идентификации с помощью функций чувствительности, адаптации методами градиента и стохастической аппроксимации по информации с автоматических хроматографов;

- методика оптимизации периодического процесса дегидрирования на неподвижном слое зернистого катализатора;

- методика создания АСУ ТП полимеризации бутилкаучука в растворе изопентана;

- альтернативные модели вязкости по Муни с адаптацией по информации с автоматических вискозиметров, рефрактометров, хроматографов и данным лабораторных анализов;

- алгоритм ситуационного определения точек входа в аварийные последовательности в дуплексном режиме работы управляющих ЭВМ;

- методика создания АСУ ТП приготовления резиновых смесей для производства шин;

- таблицы замещения ингредиентов рецептуры резиновых смесей и метод организации общения с базой знаний лица, принимающего решение в ситуации недостатка ресурсов;

- метод организации тотального контроля состояния линии смешения ф по таблицам истинности, сформированных на базе анализа сетей Петри.

Ащюбация результатов исследования. Основные результаты исследований, выполненных по теме диссертации, были доложены: на Третьей Всероссийской конференции «Разработка АСУ ТП в системе ТреЙс Моуд; задачи и перспекгивы» Adastra research group, LTD, Москва, 25 - 27.02 1997; на Второй республиканской электронной конференции «Современные проблемы информатизации» ВГТУ, Воронеж, 1997; на 13 Международной конференции - «Математические методы в технике и технологиях», Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет), Санкт-Петербург, 2000; на Третьей международной конференции «Современные сложные системы управления» ВГАСУ, Воронеж, 26-28. 05. 2003 г.

Публикации. Для представления наиболее важных результатов исследований и практических разработок к защите диссертации из имеющихся . публикации выбраны 35 источников, рекомендованных ВАК для публичной апробации докторских диссертаций: 1 монография, 10 авторских свидетельств на изобретения, 12 реферированных депонированных рукописей и докладов на Всесоюзных, Всероссийских и международных конференциях, 9 статей в центральных научно-технических журналах, 3 программы для ЭВМ. В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении проблемы, формализации постановки задачи, планировании экспериментальных работ, теоретическом обосновании исследования и непосредственном участии в создании инструментальных средств в виде алгоритмов и программ для управляющих ЭВМ, Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения» шести глав, заключения, списка литературы из 260 источников, включая в себя 366 страниц, 8 таблиц и 34 рисунка.

Основное содержание работы

В первой главе проанализированы функции управления и обозначен круг проблем, возникающих в рассматриваемом классе ХТС в течение жизненного цикла, которые в экстремальных ситуациях полностью не решаются существующими методами синтеза управляющих воздействий.

Показана необходимость включения в классификацию экстремальных ситуаций чрезвычайной, когда произошло частичное разрушение конструкции объеюга, и оптимизационной как отличающейся от штатной в благоприятную сторону, позволяющей получить дополнительную прибыль.

Применительно к рассматриваемому в диссертационной работе набору объектов, составляющих технологические процессы получения и использования синтетического каучука, предложено определение: система -это совокупность противоречащих элементов, структурированная общей целью. Такое определение позволяет провести однозначную классификацию ситуаций и определить приоритет задач каждого класса по уровню напряженности противоречий между элементами технологической системы.

С учетом дальнейшей интенсификации ХТС показана перспективность распространения эргатических принципов формализации опыта человека в виде знаний, заложенных в искусственный интеллект, в управление объектами с потенциальной опасностью с последующим переходом к классическим методам управления технологическими процессами.

Модели, создаваемые для систем управления, в которых предполагается возникновение экстремальных ситуаций, наряду с сочетанием математических объектов различного типа имеют существенные дополнительные отличия в диапазоне изменения технологических параметров, охватывающих зону критических ограничений, преемственности результатов идентификации в итеративном процессе решения штатных и экстремальных задач управления.

В качестве первого приближения при моделировании ХТС для целей комбинированного управления использовано имитационное моделирование как наиболее доступное средство. Модульный принцип позволяет создавать модели объектов управления из набора однотипных модулей, каждый из которых представляет собой модель определенного технологического оборудования. Для программно-алгоритмической формализации набор векторов, описывающих модельный модуль, представляется совокупностью одинаковых элементарных универсальных объектов - каналов. Канал имеет структуру фрейма, который содержит слоты с информацией: о своем типе, значении данных, хранящихся в нем, о связях с другими каналами. Временные связи позволяют осуществить интерпретируемость сведений и тем самым выполнить погружение базы знаний в базу данных современных SCADA-систем.

Анализ показал, что современные инструментальные средства необходимо дополнить интуитивно понятным языком сценариев, позволяющим преобразовать алгоритмическое обеспечение в комплекс программ управляющей ЭВМ в объектно-ориентированной среде разработки. Наличие динамических о&ьектов является удобным средством в момент перехода на экстремальные задачи для осуществления контроля незавершенного производственного процесса и быстрого изменения конфигурации технологического процесса и системы управления при переходе на другую структуру в случае возникновения аварийной ситуации или замещения ресурсов. Изложен принцип организации диалога ЛПР с комплексной, специализированной базой знаний и данных.

Во второй главе выделены ключевые производства получения и использования синтетических каучуков,для которых методами системного подхода выполнена стратификация задач управления с позиции трех уровней абстрагирования: технологического, ситуационного и классического управления. Определены классы ситуаций и сформированы определяющие их признаки. Задача анализатора состоит в выделении нештатной ситуации» Задача классификатора заключается в отнесении текущей ситуации к одному из пяти классов: 1) чрезвычайная ситуация, 2) аварийная ситуация, 3) недостаток ресурсов, 4) ситуация с неопределенностью, 5) оптимизация.

Приведеньт методы формирования признаков принадлежности текущей ситуации к каждому из пяти классов: 1) по таблицам истинности, построенным на моделях сетей Петри; 2) путем анализа технологических параметров на принадлежность заданной области; 3) путем анализа запасов в складских помещениях номенклатуры ингредиентов, необходимых для выполнения производственной программы, и производительности смежного оборудования; 4) по результатам диалогового общения ЛПР с базой знаний; 5) путем анализа комплекса инициированных прикладных программ, уже решающих оптимизационные задачи.

Предложенный принцип формирования инструментальных средств для ведения комплексной 9 специализированной базы знании и данных поддерживает характерные свойства знаний: наличие смыслового истолкования или интерпретируемости сведений; классифицируем ость связей между отдельными сведениями; ситуативность смысловых и целевых отношений между сведениями, которые позволяют установить их взаимную совместимость. В результате достигается унификация базы данных в единых рамках классического управления и специализированной базы знаний ситуационного принятия управляющих решений.

Третья глава посвящена формированию методов синтеза и средств реализации управления ХТС в экстремальных ситуациях.

Синтез комбинаций методов, позволяющих осуществить не пустой выбор решений, формализуется на основе анализа условий существования и единственности решений, условий сходимости и эмпирических последовательностей. Основные функции ядра, организующего алгоритмические процедуры выбора решений, следующие: ведение базы знаний (ввод, интерпретация» описание состояний, представление решений); управление заданием целей и логикой выбора на множестве прототипов; совместно с ШТР распределение ресурсов реального времени.

Общение ЛПР с системой управления построено на отслеживании состояния сценария диалога как функции текущей цели в конкретной фазе решения задачи с помощью обмена сообщениями на установленном языке.

При формировании инструментальных средств быстрого реагирования системы управления на чрезвычайные ситуации представлен набор элементарных программно-алгоритмических модулей (минилогов) и материалы разработки системы автоматического регулирования давления газа на базе дискретного десятиразрядного клапана, обладающего отсечными функциями,

В четвертой главе приведены результаты применения разработанного комбинированного метода синтеза управления на примере периодического нестационарного процесса дегидрирования н-бутиленов на зернистом катализаторе, который обладает практически полным набором задач класса оптимизационных ситуаций. Задача оптимизации температурной траектории с явно выраженным экстремумом нестационарное™ катализатора решена с привлечением гипотезы о симметричности процесса разработки и старения. Подчеркивается особенность интенсивных технологий, в которых экстремум результирующего критерия оптимальности находится вблизи критических ограничений на технологические параметры, что при завершении процедуры оптимизации приводит к активизации алгоритмов управления объектом, предназначенных для работы в опасной зоне.

Идентификация выполнена по данным лабораторных испытаний, проведенных на проточных установках, позволяющих исследовать процесс в диффузионной и кинетической области. Произведен численный расчет кинетических констант по методу функций чувствительности и коэффициента диффузионного торможения. Первый этап задачи решен аналитически с переходом в заключительной фазе к конечно-разностным уравнениям. Дальнейшая корректировка полной математической модели используемой в задачах оптимизации АСУ ТП, заключается в уточнении коэффициентов градиентным методом покоординатного спуска.

Выбор гипотез т постулирующих корректность цели многокритериальной оптимизации, осуществляет ЛПР в классе ситуаций с неопределенностью- Для процесса дегидрирования такой выбор ограничен основным противоречием кинетической схемы химической реакции -интенсификация наряду с повышением выхода целевого продукта приводит к нежелательному увеличению выхода побочных продуктов. В частном случае используется гипотеза весовых коэффициентов, приводящая к линейной свертке набора качественных показателей. Продемонстрировано изменение значения критерия в зависимости от температуры, нагрузки и разбавления водяным паром. Отмечено наличие оптимума в рабочем диапазоне технологических параметров в близи критических ограничений.

Показаны условия применения принципа координации цели оптимизации систем верхнего и нижнего уровней через согласующий параметр, величину которого определяет ЛПР на основании менеджмента и производственной необходимости.

При оптимизации конверсии сырья воздействием на температурный режим реактора использована регрессионная модель с начальными значениями коэффициентов, полученными из лабораторных данных, В дальнейшем адаптация регрессионной зависимости проводится на объекте методом стохастической аппроксимации по информации, поступающей от автоматических хроматографов.

Цель первого этапа оптимизации заключается в оптимизации цикла и получении начального приближения температурной траектории с применением упрощенной модели процесса с использованием условия трансверсальности принципа максимума Л,С. Понтрягина. Система уравнений имеет аналитическое решение, наглядность которого позволяет оценить корректность результата. На втором этапе оптимизации методом релаксаций целенаправленно решается задача определения оптимальной температурной траектории, но уже с фиксированным временем управлення (длительности цикла контактирования).

Основываясь на гипотезе о симметричности процессов разработки и старения катализатора, активность которого носит явно экстремальный характер, задача определения оптимальной температурной траектории решается в прямом и обратном времени относительно максимума.

Представлено решение задачи регенерации катализатора в режиме непосредственного цифрового управления воздействием на процесс горения углистых отложений через подачу воздуха и водяного пара. При необходимости имеется возможность задавать на поле приращений рекомендуемую температурную траекторию спекания реакционных пор до желаемого конечного состояния. При этом система оценивает физическую возможность выполнения рекомендаций на реальном объекте и в благоприятном случае активизирует алгоритмы автоматической стабилизации заданной траектории. В случае аварийного выхода объекта в зону критических температур наряду с функционированием соответствующих алгоритмов вывода объекта в безопасную зону параметров (или на останов) производится отслеживание изменения структуры катализатора, которое в дальнейшем используется в моделях задач оптимизации.

Пятая глава посвящена синтезу управления процессом полимеризации бутилкаучука. Особенность технологического процесса заключается в инерционности, порожденной необходимостью использования аппаратов большого объема, и в быстротечности развития процессов в аварийной и чрезвычайной ситуациях. Нестационарность теплопередачи, вызванная отложениями на стенках аппаратов нерастворимых в полимере продуктов, приводит к необходимости плановых остановов процесса на промывочные операции. При синтезе управления полимеризацией показательна алгоритмическая составляющая, обеспечивающая последовательность безопасного переключения оборудования, четкую фиксацию моментов принципиальных изменений в развитии химической реакции. Особое внимание уделено разработке методов синтеза надежного управления последовательностями пуска и останова процесса. Повышенная степень надежности системы управления достигается использованием дуплексного режима, когда участки, определяющие работоспособность всей технологической линии, подключаются одновременно к двум управляющим ЭВМ, каждая из которых осуществляет взаимное отслеживание полного набора задач функционирования в ситуациях всех классов. При этом нагрузка по управлению параллельными агрегатами распределяется между двумя ЭВМ поровну. Сбой одной ЭВМ управляющего комплекса вполовину уменьшает мощность технологической линии, а общая часть оборудования переходит под управление параллельной ЭВМ, Идея выхода из аварийной ситуации основана на предложенном ситуационном принципе определения точек входа в алгоритм аварийной последовательности.

Математические модели процесса полимеризации бутилкаучука в растворе изопентана базируются на кинетической схеме: инициирование рост цепи - обрыв цепи, а также на материальном и энергетическом балансах реактора. В энергетическом балансе наряду с тепловым эффектом реакции полимеризации рассчитывается тепло5 вносимое мешалкой за счет вязкого трения о полимер. При синтезе управления учитывается противоречие в том, что, с одной стороны, при увеличении скорости вращения улучшается перемешивание и тем самым возрастает коэффициент теплопередачи, а с другой стороны, увеличивается тепловыделение от трения. Основной показатель качества - вязкость по Муни полимера рассчитывается по показаниям автоматических вискозиметров, рефрактометров и датчика температуры. Используются три альтернативные структуры уравнений регрессии, В расчете функций полезности процесса предусмотрен вариант с учетом перепада температур между низом и верхом полимеризатора, что косвенно характеризует дисперсию молекулярно-массового распределения.

Шестая глава посвящена заключительному в цепочке ключевых технологических процессов - приготовлению резиновых смесей на примере пяти параллельных линий смешения производства шин.

При синтезе управления особое внимание уделено формированию признаков чрезвычайных ситуаций через Check-подсистему, осуществляющую предпусковую и текущую тотальную проверку объекта на корректное алгоритму управления состояние.

Функционирование АСУ ТП предусматривает: управление процессами дозирования компонентов на весах в соответствии с рецептом; загрузку компонентов в смеситель и управление процессом смешения; обеспечение ритмичности работы экструдера; альтернативный выбор оборудования для охлаждения и транспортирования гранул в барабаны хранения; установку маршрутов перемещения технического углерода и гранул. Формирование признаков чрезвычайной ситуации осуществляется проверкой корректности текущей ситуации по матрицам» построенным на анализе сетей Петри.

Вмешательство ЛПР в ситуацию замещения ресурсов для оперативного изменения и ввода рецепта осуществляется через базу знаний посредством диалогового общения через систему команд, мнемонически отображающих минимальные технологические операции (минилоги)- Создана программа, которая организует работу с рецептами, включающими в себя описание технологических процедур и номенклатуру материалов.

Системный подход к математическому моделированию нестационарных ХТС

Математическому моделированию ХТС посвящено много работ, в том числе [85, 93, 99, 102, 107, 109].

Задача моделирования в системном анализе, отраженная в работах [94, 95, 124, 130, 140, 144], решается в трех аспектах: выделение системных компонент, определяющих важнейшие общесистемные характеристики [166, 182]; архитектурный подход [123, 124, 234]; причинно-следственный подход [84].

В плане первого аспекта система представляется как кортеж ее важнейших характеристик, напримеругаких как: целъ, функция, компоновка, организация целъ, функция, структура, компоновка, организация цель, стратегия, ресурсы .

Второй подход основывается на следующих признаках декомпозиции: управляющие параметры и слои компонентов задач; решающие системы; фазы процесса управления.

В основе третьего подхода лежит модель расширенной системы управления:

Mrs = Mf, Mfe, Ms, MSb MF , (1Л 0) где: Mf - модель внешней среды на выходе;

Мр - модель внешней среды на входе;

Ms - модель системы управления;

Mfs и MSF - модели внешней среды с системой управления на выходе и выходе.

В работах [89, 117] в основу построения концептуальной модели, призванной описывать материальные объекты (продукты переработки, оборудование) и объекты информационной технологии (модели, алгоритмы), положен системный подходов рамках которого информационная технология управления (ИТУ) рассматривается, как система средств производства информационного продукта. Тогда на множестве состояний система представляется множеством объектов Q={fij}, каждому из которых fij є Q, ставится в соответствие описание состояния Xj в виде следующего кортежа

ХІ = АІ,ОІ , (1.11)

где Aj - {Ап ,Aj2,.»,Ain } - множество имен свойств (атрибутов) і-го объекта; Dr={djb da,.. -d } - множество доменов соответствующих атрибутов.

Каждый домен djj є Dj содержит допустимые значения переменных а , измеряемых в количественных и качественных шкалах. Множество всех допустимых состояний ИТУ определяется подмножеством декартова произведения:

X- cxtAijxdij} Vij. (1.12)

Для системной декомпозиции ИТУ и классификации ее состояний применена модель целенаправленно функционирующей системы [182]:

Ц,Ф,СэК,0 , (1.13)

где Ц - цель системы; Ф - ее функции; С - структура реализации функций; К - компоновка элементов Ц,Ф,С в соответствующем пространстве; О - организация функционирования системы.

На множестве функциональных отношений выделяются классы качественных F и количественных F отношений:

={F9P). (1.14) Отношения типа "вход-выход" на множестве Xz определяются материальными и информационными потоками двух классов Р, связывающими соответствующие "средства труда" [152]:

Р={Р ? Ь 0-15)

где Р - качественные, Р - количественные отношения-Временные отношения, Т , в общем случае имеют место как на множестве Xs э так и на множестве Хг, определяя временные изменения соответствующих состояний. На множестве Т также существуют качественные Т и количественные Т отношения [130]:

Т={ Т9Т } (1.16)

Временные отношения и отношения типа "вход-выход" в общем случае относятся к классу гиперотношений типа "многие к многим11 [6, 122].

Предполагается наличие в материальной технологии и в технологии принятия решений, функциональных отношений F и состояний Xzs определяемых соответствием:

GFXCFXXZ (1.17)

Соответствие ( 1.8 ) в материальной технологии интерпретируется как соответствие типовым технологическим операциям типового оборудования, а в информационной технологии - как соответствие типовым операциям ИГУ типовых методов решения. При этом каждой типовой операции может соответствовать несколько альтернативных состояний "средств груда".

Проведенная структуризация ИТУ позволяет классифицировать объекты ИТУ и определить типовые (характерные для этих объектов) отношения (1Л2), устанавливаемые в процессе их функционирования. Полученные результаты служат основой для построения метамоделей системообразующих компонент Ц, Ф и С, являющихся описанием состояний объектов ИТУ, и метамоделей процессов организации их функционирования в виде описания системообразующей компоненты О, Термин "метамодели" используется в смысле обобщения формализованных моделей объектов ИТУ в виде дифференциальных и алгебраических уравнений и соответствующих алгоритмов принятия решений. Наличие классификации состояний X и отношений между ними позволяет построить метамодели системных элементов Ц, Ф и С в виде графов Мц, Мф и Мс соответственно. Метамодель функций ИТУ в виде сетевого графа: Мф = XS,(F/T) . (1.18) Поскольку целевые состояния "предмета труда 1 составляют подмножество Хц с Xs, на котором устанавливается функциональные ц с: F и временные Тц с Т отношения, то метамодель целей ИТУ будем представлять в виде графа: Мц = Х,ь(Рц Тц) ,М,1с: Мф. (1Л9) Метамодель структуры реализации функций представляется графом; MC = XZ,(P,T) . (1.20) С помощью метамоделей (1Л 8 - 1.20) формулируются задачи организации функционирования системы в виде процессов планирования и управления [166]. Построение метамоделей процесса организации функционирования системы основано на понятие функции выбора, которая рассматривается как наиболее универсальный язык теории принятия решений [142, 143, 185], Функция выбора С(Х) записывается в виде: C(X)={xix(yb (1-21) где х - множество альтернатив, у - условия (механизм) выбора, В работах [4, 215] механизм выбора описывается парой: у = 6,тс , (1.22) где б - совокупность всех сведений о состояниях х ; 7t - правила выбора. Функция выбора С(Х) определяется механизмом выбора у. Определенному набору сведений соответствует несколько альтернативных правил выбора л. G6?tc бхк. (1.23) Функции комбинированного выбора имеют следующие особенности: - критерии Q и отношения L определяются на всем множестве состояний X, которое, может иметь большую размерность, что приводит к трудностям формализации Q и L;

- комбинированный выбор, определяемый пересечением различных функций выбора-может оказаться пустым С (X) = 0, или неоднозначным, что недопустимо в условиях традиционного управления и совершенно реально в условиях неопределенности цели, вызванной многокритериальностью задачи.

Под формализацией критериев Q и отношений L понимается процесс установления соответствия между семантически неопределенными критериями типовых задач принятия решений, а также абстрактными отношениями предпочтения, и показателями состояний объектов ИТУ, с определенным предметно-семантическим содержанием. Как правило, такое соответствие устанавливается ЛПР при выборе критериев Q и отношений L.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что возникает необходимость построения комбинаций функций выбора, удовлетворяющих следующим требованиям;

- должно обеспечиваться последовательное сужение альтернатив, назначением порядка применения функций выбора;

- должен исключаться пустой выбор и обеспечиваться однозначный выбор на последнем шаге последовательного сужения;

- выбор качественных показателей технологического процесса и формирование на их основе критериев Q и отношений L должны про изводиться на максимально суженных множествах альтернатив, что позволит облегчить соблюдение корректности при формализации постановки задачи управления;

Адаптация методов представления данных л знаний к условиям экстремального функционирования информационного обеспечения ХТС

Информационная структура данных и знаний, в обычном понимании, требует адаптации к задачам управления ХТС t функционирующим в экстремальных ситуациях, так как она должна оперировать со специфическими понятиями и обеспечивать заданное быстродействие и надежность, определяемые конкретным набором ситуаций, следовательно, не может быть универсальной [10,48,63, 115, 157, 178, 186, 187].

Основу представления знаний составляет знаковая (семиотическая) система. Важнейшими понятиями семиотической системы являются экстенсионал и интенсионал знака [86, 118]. Экстенсионал определяет конкретный класс (множество) всех его допустимых денотатов, т.е. объектов, обозначаемых данным знаком. Интенсионал определяет содержательный смысл связанного с ним понятия. Соответственно в составе базы знаний (БЗ) различают интенсиональные знания и экстенсиональные знания.

Даталогическая модель, описывающая структуру компоновки информации, безразлична к семантическому содержанию размещаемых данных и знаний. Формально методологический базис даталогических моделей включает наиболее широко распространенные формы представления знаний [126, 149, 154, 193]:

- логические модели, основанные на правилах "если - то";

- семантические сети;

- фреймовые структуры.

Логические модели базируются на понятии формальной системы, задаваемой четырьмя множествами [115]:

Mnor= T,P,A,F , (233)

где: Г- множество базовых элементов;

Р - множество синтаксических правил, позволяющих строить из Г синтаксические правильные выражения;

А - множество априорно истинных выражений (аксиом);

F - семантические правила вывода, позволяющие расширять множество аксиом другими выражениями.

Наиболее широко применяются модели, опирающиеся на исчислении предикатов [177, 193].

Семантическая сетевая модель представляется двумя множествами [149]: MCEM= VsE y (2.34) где: V - множество узлов, соответствующих некоторым понятиям; Е - множество дуг, соответствующих отношениям между парами понятий. Различают интенсиональные и экстенсиональные семантические сети. Так5интенсионалом отношения ЕІ Є Е называется набор пар [ 157]: INT(Ei) = {/Vjt DOMfVj)/ (2.35) где: DOM(Vi) - домен Vi9 т.е. множество значений понятия (атрибута) Vj ev отношения ,-. Экстенсионалом отношения , называется множество: Ext(Ei) = {F tFp}t (2.36) где: Fk(K=lfp) - факт отношения Eh Факт задается парой "атрибут -значение 1 Концепция фреймов базируется на представлениях, согласно которым распознавание любой реальной ситуации начинается с определения соответствия этой ситуации некоторой схеме-стереотипу [126]. В системах представления знаний понятийная схема-стереотип моделируется формальной конструкцией - фреймом. В общем случае эта конструкция имеет вид [126,154,]: Fr:: = имя фрейма ( гь qj , ... г& qn ), (2.37) где;:: = - знак "есть по определению"; rt(i=ltn) - имя слота фрейма; qi(i=ltn) - значение слота. Модель представления знаний можно рассматривать как семантическую сеть фреймов, тогда вершины V сети - суть фреймы. По аналогии с семантической сетью различают интенсиональные и экстенсиональные фреймовые описания, В первом случае определяется фрейм - прототип, значения слотов которого представлены доменами: DOM(r$ = {gij}9 (2.38) где: (gij) " множество допустимых значений слота г,. При экстенсиональном представлении, каждый слот фрейма-примера определяет факт в виде конкретной пары: г„ ?у , (239) где:?у ЄВОМ(ГІ) . Значение слота может рассматриваться как имя фрейма нижнего иерархического уровня. Такое представление обеспечивает построение сложных иерархических систем описания знаний. Разработка БЗ в составе системы управления сопровождается построением концептуальной модели предметной области и выбором типовой структуры даталогической модели [186, 187]. Концептуальная модель (семантическая [75, 228], мифологическая [157]), описывающая смысловое содержание информации, определяет адекватность состава БЗ классам решаемых задач. Синтез концептуальной модели базируется на системном подходе, а не на моделях, полученных интуитивным путем [75, 196].

Основной задачей дахалогического моделирования является отображение объектов предметно-семантических моделей, наполненным конкретным содержательным смыслом, в строго формализованные, безразличные к какому-либо содержанию структуры данных и знаний. Даталогическая модель определяет организацию информации в такой форме, которая позволяет осуществлять распознавание данных и знаний, доступ к ним для принятия решений, а также изменения и дополнения базы знаний в процессе функционирования [10]. При разработке даталогической модели опираются на инвариантность свойств концептуальной модели, а не на модели конкретной предметной семантики.

Последовательность частичной смены свойств объектов ХТС в процессе развития событий х, є X можно представить на рис. 2,2, где общие (неизмененные) свойства двух смежных состояний xt и Xj, изображаются в виде заштрихованной области. При этом предполагается, что между состояниями х, и Xj существует функциональное отношение Г, определяющее переход от состояния xj к состоянию #,. Вследствие данной особенности, состояния xt {Aij ,atj} Н образуют на множестве атрибутов Ац и их значений щ классы толерантности - / х = х, X/ 0 0 при (xJt х$ є Г. Другими словами, описание Xj нарушает одно из основных требований, предъявляемых к даталогическим моделям - целостность описания [157,187],

Последовательность изменения свойств состояний объектов информационных технологий управления

Целостное, полное и неизбыточное описание состояния предлагается в работе [118]:

Xl = (xi\xJ/(xJlxl) еД (2,40)

где Xj - описание /-ого-состоянияа содержащее только вновь приобретенные свойства объекта.

Сложные модели динамического информационного пространства можно упростить, работая в дискретном времени с экстраполяцией нулевого порядка значений свойств хи на интервале квантования времени At [148]. Предполагается квазистационарный процесс, т.е. состояние объекта не изменяется внутри интервала Л t [138]. В момент поступления информации / принятие решения осуществляется за период At- ti+t - th где ti+I - время поступления новой информации.

Противоречия многокритериальных задач оптимизации ХТС

Пусть х - некоторая альтернативная (не обязательно количественная) характеристика состояния из множества X. Будем считать, что для хАХ может быть задана количественная зависимость q(x) - критерии, оценивающий альтернативы х : x =arg шах q(x) хЁХ (3 IS) Цели выбора могут характеризоваться не одним, а несколькими критериями [184,1851: Q qi 42 чв " яв D (316) где Q - вектор локальных критериев ф; х - вектор параметров состояний; D - область допустимых значений параметров х. Для сопоставления локальных критериев qi различной размерности (стоимостные, параметрические) необходимо осуществить нормирование путем введения безразмерных оценок. Задание приоритета можно выполнить с помощью весовых коэффициентов оц в свертке [90,91]: Я -jf -qiCx), (3-17) В условиях противоречия критериев ( построение глобальных сверток не всегда обосновано. Полностью формализуемым способом многокритериального выбора является подход Парето [182]. В общем случае, для векторного критерия С введено правило, позволяющее оценивать варианты решений в виде безусловного критерия предпочтения (БКП), Из множества допустимых решений D БКП выделяется подмножество не худших решении, определяющих множество Парето. Такое 101 множество может содержать до нескольких сотен альтернативных вариантов» поэтому для его сужения следует применять другие методы выбора, В ХТС выбор осуществляется в условиях ограничений на изменение параметров состояний: ЬшІЧі Чг — Чг).- Pt (3.18) D: qi=qi(x), i=I7s, f3(x) 0, j=T7S. (3.19)

Чаще всего (3.19) представляет собой балансовые технологические зависимости и ограничения на используемые ресурсы производства [90]. Задача условной опти мизации (3 Л 8)э (3,19) может быть сведена к безусловной (3 Л 6) применением метода множителей Лагранжа для ограничений типа равенств и штрафных функций в случае ограничений типа неравенств [19, 103], Зависимости (ЗЛ6) представляют собой определенной точности математические модели реальных объектов- Стремление учесть в модели как можно больше факторов приводит к проблеме высокой размерности и громоздкости математических описаний, что сказывается на возможности выбора метода решения. Большинство методов выбора относятся к поисковым алгоритмам, осуществляющим последовательное приближение к оптимальной точке или траектории с заданной степенью точности.

Иногда результаты, полученные в процессе оптимизации, требуют в качестве последнего шага участия ЛПР, тогда система оптимального выбора выполняет функции компьютерной поддержки принятия решений (DSS -Decision Support Systems) [143],

Математическая формализация методов принятия решений на качественных шкалах должна включать описание выбора по заданным отношениям с известными структурными свойствами.

База знаний должна включать набор решающих правил установления отношений [70, 72] в следующем виде:

где 7ь и Si - посылки и следствия, записанные в виде высказываний. Продукционная система (3.20) принимается в качестве средства реализации функций выбора СГ(Х) и CL(X)

Задача выбора с использованием Рг = {Рг;} определяется набором:

б,Я = х, г, L, хц, Рг , (3.21)

где X - множество альтернативных состояний;

хц - подмножество желаемых (целевых) состояний, определяемых при планировании и управлении на качественных шкалах.

Правило выбора по качественным отношениям в работе [116] формализовано в виде продукции:

"xi( "k А (а - А )) = ЕХ3(ХД Є сг(Х) ) . (3.22)

Продукция (3.22) записывается в базу знаний в виде фреймов-правил выбора по качественным отношениям. Структура фреймов-правил представлена в таблице 3.2, Фрейм-правило работает с фреймами-примерами описания состояний и активизируется при помощи программных средств решателя. Заполнение слотов А а фрейма-примера осуществляется на основе предпочтений ЛПР, установленных в процессе диалога.

В ХТС, работающих в экстремальных ситуациях, часто возникают случаи, когда цель формируется по ходу развития событий. Естественно, отсутствует формальное описание цели управления. Тогда формализация основывается на опыте действий ЛПР и осуществляется классификация ситуаций [8, 76, 152]. В работе [116] применительно к перерабатывающим предприятиям предполагается, что ситуация - это структурированное множество состояний информационных технологий управления - Xs и Xz, Метамодели Мф = = X5,(F,T) и Мс = Х z, (FfT) описывают текущие ситуации на графах "предмета труда" и "средств труда" соответственно, а объединение Мф U Мс описывает полную ситуацию. Такой подход однозначно распространяется на объекты ХТС.

Текущие значение XSj и Х могут удовлетворять или не удовлетворять отношениям Г {F,T,P,R}. Качественные и количественные отношения записываются в виде предикатных функций

Математическая модель для расчета оптимальной длительности цикла контактирования

Целью оптимального управления процессом дегидрирования н-бутиленов является нахождение закона изменения температуры в реакторе во времени и длительности цикла контактирования, обеспечивающих максимизацию приведенного дохода (4.120) с одной из п параллельно включенных установок при соблюдении следующих ограничений:

TH T(t) TB; (4.121) tk (n-l)tp. (4.122)

Верхнее ограничение Тв обусловлено теплостойкостью катализатора, а нижнее Тн - прекращением химических превращений.

Поставленную задачу оптимизации можно решить поэтапно.

Используя математическую модель (4,22 — 4.24), задачу нахождения оптимальной длительности цикла контактирования можно решить аналитическим способом [134], Отметим, что указанный подход позволяет составить циклограмму работы параллельно включенных реакторов.

При переключении системы с контактирования на регенерацию и обратно скачкообразно меняется нагрузка на реактор по сырью. Это приводит к резкому изменению условий работы испарительной станции, в результате возникают возмущающие воздействия по расходу сырья на остальные системы и изменяется нагрузка на компрессорное оборудование, что приводит к ухудшению условий работы последующих цехов. Поэтому целесообразно производить переключение одновременно двух систем, одна из которых выходит на контактирование и нагружается сырьем, а другая - на регенерацию и разгружается.

Ограниченная мощность установок, подающих воздух на регенерацию, не позволяют длительное время осуществлять регенерацию двух и более систем одновременно. Наиболее желательным является режим, когда в каждый момент времени на регенерации находится только одна из систем. Это приводит к ограничению (4.122).

Кроме того, реализация на управляющей ЭВМ циклограммы работы реакторов с разной длительностью цикла контактирования снижает надежность всей автоматизированной системы» а в случае сбоя ЭВМ аппаратчику трудно осуществить переход на ручное управление.

Основная цель аналитического решения задачи оптимизации состоит в определении длительности цикла контактирования., одинаковой для всех систем на весь срок службы катализатора.

Работы, проведенные в институте проблем управления (ИПУ, г. Москва) [81, 82]fопределяют задачу управления производством в целом, как достижение максимальной производительности по целевым продуктам на выходе последнего цеха получения мономеров, то есть второй стадии газоразделения.

Ограничениями при решении этой задачи являются объемы складских емкостей и запасы продуктов в них, а также мощностные возможности оборудования. Решение задачи получается в виде распределения нагрузок по сырью на установки цехов и производительности по целевым продуктам.

Ограничения, накладываемые задачей управления производством, могут быть учтены следующим образом.

Представим критерий (4.120) в виде двух интегралов

Учитывая наличие промежуточных емкостей между цехами, демпфирующих колебаний по производительности, для второй стадии дегидрирования ограничение по заданной производительности в каждый момент времени можно заменить заданием величины интегральной

После составления циклограммы работы реакторов, когда время контактирования задано, становится возможным решить задачу определения оптимального закона изменения температуры контактирования во времени по модели (4Л 0 —4.14). Для этой цели используется критерий maxQ3 = J[n(T,t)-yX(T,t)]lt. (4Л26)

Т(0 о

Если задача управления производством мономеров накладывает ограничения на производительность по целевому продукту, то возможно использование критерия (4Л25).

Задачу оптимального управления можно упростить, используя для этих целей критерий вида (4.117) (квазистационарная задача) и метод стохастической аппроксимации с применением математической модели процесса (4.32), не учитывающей старения катализатора [132]. Преимущество такого подхода заключается в относительной простоте алгоритмов управления и идентификации, где нестационарность процесса отслеживается адаптивными алгоритмами с использованием оперативной информации о качественных показателях, поступающей с автоматических хроматографов, установленных на потоках сырья и контактного газа.

Целенаправленное ведение процесса регенерации катализатора возможно только в условиях функционирования АСУ ТП в режиме непосредственного цифрового управления, так как параметры состояния всегда находятся на границах близких к критическим [204]. Вопросы оптимизации регенерации сводятся к предварительному анализу режимов 168 ведения процесса с дальнейшим выбором наиболее приемлемого с точки зрения быстроты проведения процесса, безопасности и удобства в эксплуатации. Из вышесказанного следует, что для различной постановки класса оптимизационных задач требуется свой математический аппарат [107, 241], который определит в конечном итоге структуру системы управления и мощность вычислительной техники, необходимой для реализации алгоритмов управления на объекте,

Похожие диссертации на Методы синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами производства и переработки синтетических каучуков в нештатных ситуациях