Адаптивное управление температурным профилем ректификационной колонны тарельчатого типа

• Автор: Шаровина, Светлана Олеговна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Анализ особенностей управления процессом ректификации

1.2 Анализ современных систем управления процессом ректификации

1.3 Анализ программного обеспечения технических средств автоматизации

1.3.1 Особенности обработки хроматографической информации

1.4 Выводы. Постановка задачи исследования

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Выбор и обоснование критериев управления

2.1.1 Критерий управления верхней частью температурного профиля
2.1.2 Критерий управления эффективностью работы колонны
2.2 Модели элементов системы управления
2.2.1 Эталонная модель нижней и верхней частей ректификационной колонны
2.2.2 Эталонная модель химического реактора
2.3 Проверка адекватности эталонных математических моделей
2.3.1 Математические модели сигналов от преобразователей расхода
2.3.2 Математические модели сигналов от хроматографов
2.3.3 Математические модели сигналов от термопреобразователей
2.4 Выводы и обсуждение результатов
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
3.1 Алгоритм управления верхней точкой температурного профиля
3.1.1 Синтез каскадно-комбинированной системы управления верхней точкой температурного профиля
3.1.2 Алгоритм управления верхней частью колонны. Идентификация коэффициента дрейфа
3.2 Алгоритм управления нижней точкой температурного профиля
3.3 Имитационное моделирование системы управления температурным профилем ректификационной колонны
3.4 Выводы и обсуждение результатов
4 РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Оптимизация настроечных параметров алгоритма управления
4.2 Исследование работоспособности и эффективности алгоритмов управления температурным профилем ректификационной колонны
4.3 ППП «Адаптивное управление процессом ректификации»
4.4 Выводы и обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Эскизный проект

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АКФ - автокорреляционная функция
АРМ - автоматизированное рабочее место
АСУ - автоматизированная система управления
АСУП - автоматизированная система управления предприятием
АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
БАУВК - блок адаптивного управления верхом колонны
БАУВТТП - блок адаптивного управления верхней точкой температурного профиля
БРСНК - блок робастной стабилизации низа колонны
ВКК - высококипящий компонент
дсч - датчик случайных чисел
ПИФ - изобутан-изобутиленовая фракция
иис - интеллектуальная измерительная система
КИПиА - контрольно-измерительные приборы и автоматика
КПД - коэффициент полезного действия
МРВ - монитор реального времени
МТБЭ - метил-трет-бутиловый эфир
НКК - низкокипящий компонент
п - пропорциональная составляющая регулятора
пи - пропорционально-интегральная составляющие регулятора
пид - пропорционально-интегрально-дифференциальные составляющие регулятора
плк - программируемый логический контроллер
ппп - пакет прикладных программ
птк - программно-технический комплекс
ПЭВМ - электронная вычислительная машина
рд - реалыю-дифференцирующие составляющие регулятора
САУ - система автоматического управления
УСО - устройство связи с объектом
чми - человеко-машинный интерфейс (HMI)
SCADA - supervisory control and data acquisition

ВВЕДЕНИЕ
Одной из ведущих отраслей промышленности в нашей стране по-прежнему остается нефтехимическая, в которой распространены такие процессы, как абсорбция, дистилляция, ректификация, перегонка, экстракция и другие. Указанные процессы являются сложными и энергоемкими, поэтому актуальным вопросом становится энегоэффективность и ресурсосбережение. Моделирование этих процессов, их оптимизация и модернизация - одна из основных задач успешного развития не только нефтехимической промышленности, но и всего энергетического комплекса.
Процесс ректификации относится к широко применяемым технологическим процессам химической технологии, поэтому ректификационные установки по праву стоят в основном ряду промышленных объектов управления в теплоэнергетике. Указанный процесс является наиболее гибким, с точки зрения получения конечных и промежуточных продуктов требуемого состава, но характеризуется низким коэффициентом полезного действия и высокими удельными затратами энергии. В этой связи, сведение к минимуму потерь сырья позволит частично решить обозначенную проблему энергоэффективности, сократить финансовые издержки производства на дополнительную обработку вторичного сырья, повысить качество выпускаемого продукта, максимально результативно организовать рабочий процесс.
В современных ректификационных установках для управления данным процессом необходимо непрерывно получать информацию о параметрах технологического процесса. В связи с этим, необходимым элементом автоматизированной системы управления (АСУ) становятся математические модели объекта управления, позволяющие оперативно прогнозировать текущее состояние объекта управления.
Объектом исследования в данной работе является ректификационная установка, предназначенная для производства метил-трет-бутилового эфира

Температурный профиль по высоте колонны фиксируется тремя управляющими воздействиями: расходом перегретого пара, поступающим в теплообменник 4, расходом хладагента, подаваемым в дефлегматор 9, и расходом греющего пара, проходящим через теплообменник 13. При этом расход перегретого пара и расход хладагента определяют начальное (температура низа) и конечное (температура верха) значения профиля температур по высоте колонны.
Температурный профиль, прогнозируемый по математической модели, фиксирован математическими ожиданиями по каждой тарелке в ходе накопления экспериментальных данных, а измеренный профиль изменяет своё положение с течением времени.
Минимум ищется по математической модели ректификационной колонны [9, 16, 17] методом градиентного поиска по температуре питающей тарелки. Из массива экспериментальных данных выбираются все возможные значения температуры, принимаемые тарелкой питания и по формуле (1.1). Для каждого из этих значений определяется величина квадрата невязки температурных профилей !//(/). Чем ближе текущее значение температуры тарелки питания к оптимальному значению, тем меньше величина невязки температурных профилей, а значит выше эффективность работы колонны в целом.
На протяжении всего периода идентификации должны быть зафиксированы температура низа посредством блока 3, температура верха посредством блока 8 и температура тарелки питания посредством блока 15. Системы регулирования крайних точек профиля температур являются каскадными.
Таким образом, вследствие компенсации инерционности процесса посредством современных программно-аппаратных средств регулирования, в частности, с использованием микропроцессорной техники при реализации блока идентификации, достигается решение поставленной задачи - повышение эффективности работы ректификационной колонны [57, 59].