Спосіб автоматичного керування брагоректифікаційною установкою

Реферат: Спосіб автоматичного керування брагоректифікаційною установкою передбачає регулювання тиску низу та верху в колонах брагоректифікаціної установки, регулювання подачі бражки в бражну колону, регулювання витрати бражного дистиляту в епюраційну колону, регулювання витрати епюрату в ректифікаційну колону, регулювання відбору спирту-ректифікату, стабілізацію рівня в колонах брагоректифікаційної установки, вимірювання міцності спиртуректифікату, вимірювання температури бражки. При цьому, додатково вимірюють температуру на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки, міцність бражки, міцність бражного дистиляту, міцність епюрату, на основі інформації про витрати пари в кожну колону брагоректифікаційної установки, витрату бражки, витрату бражного дистиляту, витрату епюрату, витрату спирту-ректифікату, температуру бражки, температур на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки проводять ідентифікацію математичних моделей, які зв'язують критерії оптимальності - міцності бражного дистиляту, епюрату, спиртуректифікату, продуктивності колон брагоректифікаційної установки та втрат спирту в кожній колоні брагоректифікаційної установки від режимних параметрів - температури бражки, температур на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки, витрат пари в кожну колону брагоректифікаційної установки, витрат бражки, бражного дистиляту, епюрату, спирту-ректифікату, і на базі отриманих математичних моделей обчислюються міжкритеріальні інтенсивності взаємодії, за якими проводять класифікацію ситуаційних конфліктів, і у випадку виникнення конфлікту антагоністичного характеру здійснюють коригування технологічних режимів шляхом зміни завдання регуляторам тиску низу та верху в колонах, регулятору подачі бражки в бражну колону, регулятору витрати бражного дистиляту в епюраційну колону, регулятору витрати епюрату в ректифікаційну колону, регулятору відбору спирту-ректифікату, регуляторам рівня в колонах брагоректифікаційної установки, переводячи ситуаційний конфлікт в неантагоністичну форму. UA 103724 U (54) СПОСІБ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ БРАГОРЕКТИФІКАЦІЙНОЮ УСТАНОВКОЮ UA 103724 U UA 103724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до систем автоматизації технологічних процесів спиртового виробництва. Як аналог вибраний спосіб автоматичного керування процесом ректифікації і пристрій для його здійснення (патент РФ № 250959, МПК B01D 3/42, G05D 27/00, заявл. 29.10.2012, опубл. 20.03.2014, бюл. № 8), який передбачає регулювання температури верху та низу колони, регулювання температури живильної суміші, регулювання витрати грійної пари, контроль складу цільового продукту та живильної суміші, регулювання витрати флегми і цільового продукту, контроль рівня кубової рідини. Даний спосіб не враховує як продуктових, так і інформаційних зв'язків між колонами, що не дає змоги забезпечити регулювання продуктивності колон. Також у відомому способі відсутня оцінка впливу змінювання якісних показників живильної суміші на якісні показники цільового продукту, що призводить до погіршення якості керування. Прототипом корисної моделі є спосіб автоматичного керування неперервнодіючим триколонним брагоректифікаційним апаратом (авторське свідоцтво СРСР № 502024, МПК C12F 1/04, заявл. 05.05.1972, опубл. 05.02.1976, бюл. № 5), який забезпечує регулювання витрати пари в колони апарата, регулювання витрати бражки та охолоджувальної води, стабілізацію рівня в колонах, регулювання відбору спирту-ректифікату в залежності від величини температури в контрольній зоні колони. За вказаним способом неможливо здійснити оцінку поведінки брагоректифікаційної установки при змінюванні показників сировини, проміжних продуктів (бражний дистилят, епюрат) і цільового продукту (спирту-ректифікату), а також немає змоги змінювати технологічні режими в залежності від технологічної ситуації, яка склалася на об'єкті, в тому числі і конфліктних ситуацій технологічних режимів, наприклад, погіршення якості продуктів вимагає зменшення продуктивності апаратів, збільшення втрат спирту передбачає регулювання витрати флегми на колони, змінювання температур на контрольних тарілках. В основу корисної моделі поставлена задача досягнення високої ефективності функціонування брагоректифікаційної установки при різних можливих технологічних ситуаціях конфліктного характеру. Задача корисної моделі полягає в тому, що за рахунок всебічного аналізу особливостей ситуацій, що складається при веденні процесу брагоректифікації, визначаються фактори виникнення ситуаційного конфлікту та формуються керуючі дії для усунення конфліктів антагоністичного характеру. Поставлена задача вирішується за рахунок коригування технологічних режимів на основі ідентифікованих математичних моделей, що визначають продуктивність установки, здійснюють оцінку якості продукції та втрати спирту під час процесу брагоректифікації (багатокомпонентного розділення суміші) та застосування інтелектуальних методів розв'язання конфліктних ситуацій. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та технічними результатом полягає у наступному. На основі інформації про тиски низу і верху, температури на контрольній тарілці, витрати пари, рівня в бражній, епюраційній та ректифікаційній колонах, а також інформації про витрату та вмісту спирту в бражці, в бражному дистиляті, епюраті та спирті-ректифікаті здійснюється ідентифікація (уточнення) параметрів математичних моделей, що зв'язують критерії оптимальності по кожній колоні (вміст спирту у вихідному продукті, продуктивність, втрат спирту в проміжних продуктах) із параметрами режиму (тиски низу та верху колони, температура на контрольній тарілці, витрата пари, витрати вхідного і вихідного продукту), в подальшому визначення інтенсивності взаємодії та оцінка і класифікація типу критеріального конфлікту, у випадку виникнення антагоністичного конфлікту шляхом зміни витрати пари на колону, витрати бражки, витрати кінцевого продукту для кожної колони та змінювання завдання регуляторам рівня і тиску верху колони переводять в конфлікт неантагоністичного характеру. Технічна суть і принцип дії запропонованого способу пояснюється структурною схемою системи автоматичного керування браго ректифікаційною установкою, що зображено на кресленні. Схема містить бражну 1, епюраційну 2, ректифікаційну 3 колони, дефлегматори 4 відповідних колон. Бражна колона 1 містить регулятор 5 тиску низу бражної колони 1, вхід якого зв'язаний з датчиком тиску низу колони 6, а вихід із виконавчим механізмом 7 подачі пари, витрата якої вимірюється датчиком витрати пари 8. Регулятор 9 тиску низу епюраційної колони 2, вхід якого зв'язаний з датчиком тиску низу колони 10, а вихід із виконавчим механізмом 11 подачі пари, витрата якої вимірюється датчиком витрати 12. 1 UA 103724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Регулятор 13 тиску низу ректифікаційної колони 3, вхід якого зв'язаний з датчиком тиску низу колони 14, а вихід із виконавчим механізмом 15 подачі пари, витрата якої вимірюється датчиком витрати 16. Регулятор 17 тиску верху бражної колони 1 зв'язаний із датчиком тиску верху бражної колони 18 і з виконавчим механізмом 19 подачі охолоджувальної води в дефлегматор 4 бражної колони 1. Регулятор 20 тиску верху епюраційної колони зв'язаний із датчиком тиску 21 верху епюраційної колони 2 і з виконавчим механізмом 22 подачі охолоджувальної води в дефлегматор 4 епюраційної колони. Регулятор 23 тиску верху ректифікаційної колони зв'язаний із датчиком тиску 24 верху ректифікаційної колони 3 і з виконавчим механізмом 25 подачі охолоджувальної води в дефлегматор 4 ректифікаційної колони. Регулятор рівня 26 бражної колони 1 зв'язаний із датчиком рівня 27 і з виконавчим механізмом 28 змінювання витрати барди. Регулятор рівня 29 в епюраційній колоні 2 зв'язаний із датчиком рівня 30 та виконавчим механізмом 31 змінювання подачі епюрату в ректифікаційну колону, витрата якого вимірюється датчиком витрати 32, а міцність епюрату вимірюється датчиком міцності 33. Регулятор рівня 34 ректифікаційної колони 3 зв'язаний із датчиком рівня 35 і виконавчим механізмом 36 подачі лютерної води. Регулятор витрати бражки 37 зв'язаний з датчиком витрати бражки 38 і з виконавчим механізмом 39 подачі бражки, міцність якої вимірюється датчиком міцності 40. Регулятор витрати бражного дистиляту 41 зв'язаний з датчиком витрати 42 і з виконавчим механізмом 43 подачі бражного дистиляту, міцність якого вимірюється датчиком міцності 44. Регулятор витрати спирту-ректифікату 45 зв'язаний з датчиком витрати 46 і з датчиком температури 47, а також з виконавчим механізмом 48 подачі спирту-ректифікату, міцність якого вимірюється датчиком міцності 49. Датчики витрати пари 8, 12, 16, витрати бражки 38, витрати бражного дистиляту 42, витрати епюрату 32, витрати спирту-ректифікату 46, датчики міцності бражки 40, міцності бражного дистиляту 44, міцності епюрату 33, міцності спирту-ректифікату 49, датчик температури 50 бражки, датчик температури 51 на контрольній тарілці бражної колони, датчик температури 52 на контрольній тарілці епюраційної колони, датчик температури 47 на контрольній тарілці ректифікаційної колони, під'єднані до блоку ідентифікації математичних моделей 53, вихід якого зв'язаний з входом блоку класифікації конфліктів 54, що зв'язаний з входом блоку розв'язання конфліктів 55, який під'єднаний до блоку коригування технологічних режимів 56, вихід якого зв'язаний із регуляторами тиску 5 низу бражної колони, тиску низу 9 епюраційної колони, тиску низу 13 ректифікаційної колони, тиску верху 17 бражної колони, тиску верху 20 епюраційної колони, тиску верху 23 ректифікаційної колони, рівня 26 бражної колони, рівня 29 епюраційної колони, рівня 34 ректифікаційної колони, витрати бражки 37, витрати бражного дистиляту 41, витрати спирту-ректифікату 45. Спосіб автоматичного керування брагоректифікаційною установкою здійснюється таким чином: на основі інформації від датчиків витрати пари 8, 12, 16, витрати бражки 38, витрати бражного дистиляту 42, витрати епюрату 32, витрати спирту-ректифікату 46, від датчиків міцності бражки 40, міцності бражного дистиляту 44, міцності епюрату 33, міцності спиртуректифікату 49, від датчиків температури 50 бражки, температури на контрольних тарілках бражної колони 51, епюраційної колони 52, ректифікаційної колони 47 блоком ідентифікації математичних моделей 53 здійснюється оцінка параметрів математичних моделей, що визначають поточну ситуацію на об'єкті керування - брагоректифікаційна установка. Математичні моделі відображають зв'язки критерію оптимальності (якість продуктів, що визначається міцністю вихідних продуктів колон - бражного дистиляту, епюрату, спиртуректифікату, продуктивність кожної колони і втрат спирту в кожній колоні) від режимних параметрів: витрати пари, що надходить на кожну колону, витрати бражки, витрати епюрату, витрати спирту-ректифікату, температури бражки, температур на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки. Математичні моделі мають такий вигляд: для бражної колони  б б Е1  ƒ Gбр. , Gп.б. , Gб.д., t к.б. , t бр. , А 1   ;   Е б  ƒ Gбр. , Gп.б. , Gб.д., t к.б. , t бр. , А б  2 2  ; 2 UA 103724 U   Е б  ƒ Gбр. , Gп.б. , Gб.д., t к.б. , t бр. , А б  3 3  ; для епюраційної колони  е е Е1  ƒ Gб.д., Gп.е. , G е. , t к.е. , А 1   ;   Е е  ƒ Gб.д., Gп.е. , G е. , t к.е. , А е  2 2  ; 5  е е Е 3  ƒ Gб.д., Gп.е. , G е. , t к.е. , А 3   ; для ректифікаційної колони  р р Е1  ƒ G е. , Gп.р. , G с.р. , t к.с. , А 1   ;   Е р  ƒ G е. , Gп.р. , G с.р. , t к.с. , А р  2 2  ;   Е р  ƒ G е. , Gп.р. , G с.р. , t к.с. , А р  3 3  ; 10 б Е1 - міцність бражного дистиляту на виході з бражної колони; Е б - продуктивність бражної колони; 2 Е б - втрати спирту з бардою; 3 е Е1 - міцність епюрату на виході з епюраційної колони; Е е - продуктивність епюраційної колони; 2 15 е Е 3 - втрати спирту з ефіро-альдегідною фракцію; р Е1 - міцність спирту-ректифікату на виході з ректифікаційної колони; Ер 2 - продуктивність ректифікаційної колони; Ер 3 - втрати спирту-ректифікату в ректифікаційній колоні; t к.б. - температура на контрольній тарілці бражної колони; 20 t к.е. - температура на контрольній тарілці епюраційної колони; t к.с. - температура на контрольній тарілці ректифікаційної колони; t бр. - температура бражки; G бр. - витрата бражки; 25 Gп.б. - витрата пари на бражну колону; Gб.д. - витрата бражного дистиляту; Gп.е. - витрата пари на епюраційну колону; Gе. - витрата епюрату; Gп.р. - витрата пари на ректифікаційну колону; Gс.р. - витрата спирту-ректифікату; 30 б А1 - вектор параметрів математичної моделі міцності бражки; А б - вектор параметрів математичної моделі продуктивності бражної колони; 2 А б - вектор параметрів математичної моделі втрат спирту з бражкою; 3 е А1 - вектор параметрів математичної моделі міцності бражного дистиляту; 3 UA 103724 U А е - вектор параметрів математичної моделі продуктивності епюраційної колони; 2 е А 3 - вектор параметрів математичної моделі втрат спирту з ефіро-альдегідною фракцією; р А1 - вектор параметрів математичної моделі міцності спирту-ректифікату; А р - вектор параметрів математичної моделі продуктивності ректифікаційної колони; 2 5 А р - вектор параметрів математичної моделі втрат спирту з кубовим залишком (лютерною 3 10 водою). Уточнені математичні моделі із блоку ідентифікації математичних моделей 53 надходять на блок класифікації конфліктів 54. Для класифікації конфліктів визначається інтенсивність взаємодії системи за різними критеріями. Інтенсивність взаємодії є функціональна (варіаційна) похідна, яка при взаємодії системи за критерієм Ei та критерієм Еj визначається як i, j  15 20 25 Ei E j , i  j . За числовим значенням інтенсивності взаємодії систем в блоці 54 здійснюється класифікація конфліктів, серед яких виділяють конфлікти антагоністичного характеру (антагонізм, гостре суперництво, негостре суперництво) і неантагоністичного характеру (єдність, симбіоз, співдружність і коаліція). Згідно із виконаною класифікацією у випадку наявності антагоністичного конфлікту в блоці розв'язання конфліктів 55 здійснюється вибір алгоритму розв'язання конфліктної ситуації, який реалізується в блоці коригування технологічних режимів 56. Розраховані в блоці коригування технологічних режимів 56 параметри коригування змінюють завдання регуляторам тиску низу 5 бражної колони, тиску низу 9 епюраційної колони, тиску низу 13 ректифікаційної колони, тиску верху 17 бражної колони, тиску верху 20 епюраційної колони, тиску верху 23 ректифікаційної колони, рівня 26 бражної колони, рівня 29 епюраційної колони, рівня 34 ректифікаційної колони, витрати бражки 37, витрати бражного дистиляту 41, витрати спирту-ректифікату 45. Технічний результат корисної моделі полягає у підвищенні ефективності функціонування брагоректифікаційної установки завдяки усуненню конфліктних ситуацій антагоністичного характеру, які негативним чином впливають на якість продукції, продуктивність установки та збільшують втрати спирту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 Спосіб автоматичного керування брагоректифікаційною установкою, що передбачає регулювання тиску низу та верху в колонах брагоректифікаціної установки, регулювання подачі бражки в бражну колону, регулювання витрати бражного дистиляту в епюраційну колону, регулювання витрати епюрату в ректифікаційну колону, регулювання відбору спиртуректифікату, стабілізацію рівня в колонах брагоректифікаційної установки, вимірювання міцності спирту-ректифікату, вимірювання температури бражки, який відрізняється тим, що додатково вимірюють температуру на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки, міцність бражки, міцність бражного дистиляту, міцність епюрату, на основі інформації про витрати пари в кожну колону брагоректифікаційної установки, витрату бражки, витрату бражного дистиляту, витрату епюрату, витрату спирту-ректифікату, температуру бражки, температур на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки проводять ідентифікацію математичних моделей, які зв'язують критерії оптимальності - міцності бражного дистиляту, епюрату, спирту-ректифікату, продуктивності колон брагоректифікаційної установки та втрат спирту в кожній колоні брагоректифікаційної установки від режимних параметрів температури бражки, температур на контрольних тарілках колон брагоректифікаційної установки, витрат пари в кожну колону брагоректифікаційної установки, витрат бражки, бражного дистиляту, епюрату, спирту-ректифікату, і на базі отриманих математичних моделей обчислюються міжкритеріальні інтенсивності взаємодії, за якими проводять класифікацію ситуаційних конфліктів, і у випадку виникнення конфлікту антагоністичного характеру здійснюють коригування технологічних режимів шляхом зміни завдання регуляторам тиску низу та верху в колонах, регулятору подачі бражки в бражну колону, регулятору витрати бражного дистиляту в епюраційну колону, регулятору витрати епюрату в ректифікаційну колону, регулятору відбору спирту-ректифікату, регуляторам рівня в колонах брагоректифікаційної установки, переводячи ситуаційний конфлікт в неантагоністичну форму. 4 UA 103724 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5