Спосіб керування багатопараметричними технологічними об’єктами

Спосіб керування багатопараметричним технологічним об'єктом, що містить вхідні регулюючі, вихідні регульовані та збурюючі координати, а також системи автоматичного керування вихідними технологічними координатами, які складаються з 3 Технічною задачею, на вирішення якої спрямований запропонований спосіб, є оптимізація процесу керування багатопараметричними об'єктами за рахунок стабілізації критерію оптимальності, який визначається як різниця за сумою масових витрат вхідних матеріальних потоків та масовою витратою основного вихідного матеріального потоку при зміні стану об'єкта керування. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в заявленому способі матеріальний баланс технологічного апарата стабілізується за зміною різниці масових витрат між сумою вхідних матеріальних потоків та масовою витратою основного (пріоритетного) вихідного потоку, за якою визначається критерій оптимальності технологічного процесу при дії на об'єкт керування як зовнішніх, так і внутрішніх впливових факторів. На відміну від відомих способів, в яких керування здійснюється за рахунок зміни «третього» параметра (наприклад температури, тиску чи рівня рідини в апараті) при зміні різниці витрати однотипного вхідного і вихідного матеріальних потоків, у заявленому способі керування здійснюється за відхиленням різниці сумарних масових витрат різнорідних вхідних матеріальних потоків та одного пріоритетного вихідного матеріального потоку та стабілізації критерій оптимальності, котрий розраховується за цією різницею масових витрат за рахунок зміни витрати одного або більше вхідних, основного (пріоритетного) вихідного або співвідношення двох вхідних матеріальних потоків. Для оптимізації керування технологічними процесами, наприклад, у виробництві аміачної селітри (стадія нейтралізації азотної кислоти, стадія упарювання аміачної селітри), використовують, як правило, температурний режим, який є достатньо інерційним, а при наявності сильних збурюючих впливів призводить до появи коливальних нестійких або квазістійких процесів, що викликає відхилення від оптимального режиму роботи технологічного апарата (автоматичні системи керування працюють в критичних режимах, коли регулюючі органи різко збільшують і зменшують вхідні та вихідні матеріальні потоки). Як показали експериментальні дослідження, вплив різниці між сумою вхідних масових витрат і витратою пріоритетного вихідного матеріального потоку на ефективність технологічного процесу є сильнішим, ніж зміна температурного режиму, наприклад, при використанні принципу керування за температурною депресією. Збільшення різниці між сумою масових витрат вхідних і пріоритетним вихідним матеріальними потоками призводить до зниження ефективності роботи установки за рахунок збільшення енергозатрат (наприклад перегрітої пари) на переробку вхідних матеріальних потоків і зменшення продуктивності апарата за рахунок зменшення витрати вихідного матеріального потоку. Надмірне зменшення цієї різниці призводить до погіршення температурного режиму (наприклад до зменшення температури), а відповідно, до збільшення часу перебування речовини в технологічному апараті, а також до збільшення (наприклад концентрації цільового компоненту в абсорбційному газі) або зменшення витрат другорядних мате 66191 4 ріальних потоків (наприклад зменшення вторинної пари випарної установки). На фіг. 1 показана експериментальна крива залежності критерію оптимальності =f(F, FC, TP) роботи апарата нейтралізації азотної кислоти у виробництві аміачної селітри від зміни різниці масових витрат F  F  FC  FK  FA    FK  FA   FC , де FK, FA, FC - масові витрати азотної кислоти, аміаку та плаву аміачної селітри відповідно; FK, FA - зміни відповідних витрат. Наприклад, для технологічного апарата нейтралізації азотної кислоти аміаком у виробництві аміачної селітри сумарна витрата F складається з масової витрати FK азотної кислоти та масової витрати FA рідкого аміаку, а основним (цільовим) потоком є масова витрата розчину аміачної селітри FC на виході апарата; для випарної установки F=FCP+FT, де FCP, FT - масові витрати свіжого розчину, який подається у випарний апарат, та перегрітої пари, яка подається в кип'ятильник цього апарата, відповідно, а вихідним (цільовим) потоком є масова витрата упареного розчину; для абсорбера F=FГ+FС, де FГ, FС - масові витрати газу та абсорбенту відповідно, а вихідним (цільовим) потоком може бути або масова витрата абсорбційного газу (абгазу), або масова витрата (за концентрацією цільового компоненту, який поглинається абсорбентом) насиченого кубового розчину. Реалізація принципу керування багатовимірним технологічним об'єктом показана на фіг. 2. Функціональна схема автоматичної системи керування складається з технологічного об'єкта керування ТОК, камерних діафрагм 1, 6, 11 і 16, призначених для вимірювання об'ємних витрат вхідних і вихідних потоків; дистанційних перетворювачів 2, 7, 12 і 17, призначених для перетворення перепадів тиску на діафрагмах в уніфікований електричний сигнал 4-20 мА; аналізаторів концентрацій цільового продукту 3, 8, 13 і 18 (або густиномірів) при необхідності і мікроконтролера (МК) 21 для первинної обробки вимірювальної інформації, розрахунку масових витрат вхідних і вихідних матеріальних потоків, розрахунку різниці між сумою вхідних масових витрат і вихідною масовою витратою, а також формування закону регулювання матеріальними витратами. Вихідний сигнал мікроконтролера МК може подаватися на виконавчий механізм 4 регулюючого органу 5 або на виконавчий механізм 9 регулюючого органу 10, або на виконавчий механізм 14 регулюючого органу 15 вхідних матеріальних потоків, або на виконавчий механізм 19 регулюючого органу 20 вихідного матеріального потоку, або на два й більше виконавчих механізми одночасно вхідних матеріальних потоків таким чином, щоб критерій оптимальності =max. Алгоритм керування багатовимірним технологічним об'єктом працює наступним чином: 1. Вимірюються поточні значення об'ємних витрат вхідних Fвx1, Fвx2, … Fвxn матеріальних потоків, концентрації цільових компонентів (або густини) цих матеріальних потоків і вимірювальна інформація поступає на вхід мікропроцесорного контролера 21, де запам'ятовується - окремо значення об'ємних витрат матеріальних потоків і окремо 5 66191 значення концентрацій (густин) цільових компонентів цих потоків. 2. Вимірюється поточне значення об'ємних витрат Fвиx вихідного матеріального потоку, концентрація (густина) цього потоку і вимірювальна інформація поступає на вхід мікропроцесорного контролера 21, де запам'ятовується - окремо значення об'ємної витрати матеріального потоку та окремо значення концентрації (густини) цільового компоненту цього потоку. 3. У мікропроцесорі 21 розраховуються масові витрати потоків за формулами: FМ1=Q1Fвx1, FM2=Q2Fвx2, FMn=QnFвxn і FM=QFвux (або FМ1=1Fвx1, FM2=2Fвx2, FMn=nFвxn і FM=Fвux), де Q1, Q2, Qn, Q - концентрації цільового компоненту першого, другого та n-го вхідних матеріальних потоків і вихідного відповідно; 1, 2, n,  густини першого, другого та n-го вхідного матеріального потоку і вихідного відповідно. 4. За результатами поточних вимірювань витрат і концентрацій (густин) у мікропроцесорі розраховується різниця між сумою масових витрат вхідних матеріальних потоків і масовою витратою вихідного потоку за формулою n F   FiM  FM . i1 5. Розраховується критерій оптимальності (F) за формулою (метод парзеновського вікна) Гаусса  F  F 2  N 1  i H  F   exp    max , (1)   22 N2D / 2 D i1   де N - кількість вимірювань різниці F за деякий заданий час; D - кількість вхідних матеріальних потоків; Fi - поточне виміряне значення перепаду масових витрат; FH - номінальне значення перепаду масових витрат згідно з технологічним N  регламентом;   1/ N Fi   F i1 2 - дисперсія; 6 F - середнє значення перепаду масових витрат за деякий заданий час. Максимальне значення критерію оптимальності може бути задане в технологічному регламенті або розраховуватися за формулою 1 . ОПТ F  (2) D/ 2 D N2  Якщо (F)