Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ АСУ ТП В ОБЛАСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Сажин С.Г. Брусов В.Г. Исаев Д.А.

Любая технология неразрывно связана с управлением. Функционирование технологического процесса (ТП) невозможно без системы управления, посредством которой обеспечивается пуск и вывод ТП на безопасный устойчивый режим функционирования, изменение нагрузки в процессе работы и останов процесса.

В настоящее время многие ТП оснащены современными АСУ ТП, техническую основу которых составляют промышленные высокопроизводительные контроллеры и персональные компьютеры, высокоточные средства измерения, преобразования и передачи информации.

Современному комплексу технических средств (КТС) в составе АСУ ТП соответствует, как правило, программное обеспечение (ПО), не раскрывающее полностью его потенциальные возможности.

Функциональная структура рабочего ПО АСУ ТП в большинстве случаев охватывает стандартные (типовые) функции контроля и управления: ввод и вывод аналоговой и дискретной информации, регулирование (дистанционное ручное и автоматическое) параметров ТП, визуализация и архивирование информации, блокировки и защита ТП, составление технологических отчетов, вывод ретроспективной информации в различных формах.

АСУ ТП стандартной функциональной структуры позволяет обеспечить безопасный вывод ТП в режимную область устойчивого функционирования, поддержание этого режима в реальных рабочих производственных условиях.

В условиях рыночной конкурентной борьбы особенно актуальным становится поддержание не только безопасного и устойчивого, но и экономически эффективного режима функционирования ТП. Известен технологический подход повышения эффективности ТП. В рамках этого подхода производится совершенствование технологических схем, аппаратурного оформления технологии, режимов ТП. Результатом совершенствования технологии, например, является то, что в настоящее время реальные удельные расходы сырья, как правило, лишь незначительно превышают стехиометрические значения. Однако, в рамках технологического подхода можно извлечь лишь часть резервов экономии. Другая часть может быть получена только за счет совершенствования управления ТП.

Реализация стандартных функций АСУ ТП позволяет в определенной степени повысить уровень информационного обеспечения оперативного персонала, повысить качество контроля и регулирования ТП, повысить безопасность функционирования процессов, снизить простои и брак продукции. Однако АСУ ТП типовой функциональной структуры не позволяет реализовать задачи оптимального (квазиоптимального) управления ТП.

Современный комплекс технических средств АСУ ТП является всего лишь инструментом для решения проблемы эффективного управления. Для использования этого инструмента в АСУ ТП должны быть предусмотрены не только стандартные, но и специальные функции контроля и управления, ориентированные на особенности конкретного ТП.

Дальнейшим развитием современных АСУ сложными ТП в целях повышения их эффективности станет реализация специальных функций контроля и управления:

  • автоматизированный ("холодный", "теплый") пуск системы управления ТП;
  • автоматизированный (штатный, экстренный) останов ТП;
  • ситуационный анализ;
  • оптимальное управление;
  • тренажер.

Работающие на многих производствах в составе АСУ ТП системы противоаварийной защиты приобретут новое качество, благодаря использованию возможностей современных технических средств и специальных функций контроля и управления.

Автоматизированный пуск/останов повышает безопасность ведения процесса, снижает время вывода объекта на режим, потери сырья, материалов и энергозатраты.

Ситуационный анализ позволяет обеспечить оператора интегрированной аналитической информацией о состоянии ТП и выдает необходимые рекомендации по управлению им.

Тренажер - программно-аппаратный комплекс, который позволяет обеспечить обучение, подготовку и аттестацию оперативного персонала для работы на реальном процессе.

Оптимальным, как известно, называется управление, обеспечивающее наиболее эффективное ведение технологического процесса в смысле экстремума некоторого критерия. Критериями оптимальности могут быть следующие величины: степень конверсии, производительность, удельная себестоимость продукции, прибыль и др.

Реализация системы оптимального управления (СОУ) может обеспечить основу экономического эффекта АСУ ТП за счет автоматического удержания текущего режимного вектора в окрестности его оптимального значения.

Почему эффективное автоматическое управление большинством промышленных химико - технологических процессов должно основываться на принципах оптимальности? Дело в том, что ТП в области химической технологии относятся к классу сложных объектов управления (ОУ). Для них характерны нелинейность, неоднозначность, нестационарность характеристик ОУ, большие транспортные и переходные запаздывания, многосвязность каналов управления, высокий уровень контролируемых и неконтролируемых возмущений, неполный контроль параметров ОУ и др. В указанных условиях невозможно эффективное управление ТП только на базе стандартных функций современных АСУ ТП. Возможность использования методов оптимизации при повышении эффективности управления процессами основывается на экстремальном характере зависимости основных качественных показателей ведения процесса от режимных параметров.

Сложность технологии, аппаратурного оформления процесса, сложность процесса, как объекта управления требуют для решения задачи повышения эффективности ТП адекватную по сложности систему управления. Разработка таких систем подразумевает с одной стороны исследование и учет особенностей ТП, а с другой стороны использование знаний и достижений в прикладной математике, теории автоматического управления. Систем даже с элементами оптимального управления в химической технологии реализовано крайне мало, так как их разработка сложна, дорога и требует оригинальных решений для каждого ТП, что исключает массовость и поточность их реализации. Однако существенный экономический эффект от использования оптимального управления в условиях химических производств значительной мощности обеспечивает перспективность указанного подхода. В Дзержинском институте карбамида разработана и подготовлена к реализации базовая версия СОУ для ТП получения карбамида с полным жидкостным рециклом. Ведется разработка СОУ для агрегатов со стриппинговой дистилляцией. Срок окупаемости капитальных вложений не превышает полутора лет.

Оптимизация базируется на использовании специальных методов, к которым следует отнести:

  • компенсацию транспортного запаздывания в ОУ;
  • управление неизмеряемым качественным показателем по косвенной информации;
  • модельный расчет неизмеряемого выходного параметра;
  • управление с прогнозом регулируемого параметра;
  • методы построения систем управления, эффективных в условиях высокого уровня контролируемых и неконтролируемых возмущений;
  • методы построения моделей ОУ;
  • методы адаптации моделей нестационарных ОУ;
  • методы параметрической оптимизации регуляторов и др.

Эти методы реализуются в составе СОУ ТП и на их основе решаются следующие задачи:

  • высокоэффективного парирования шумов;
  • автоматического контроля и управления качественными показателями ТП;
  • оптимального управления режимными параметрами по выбранному критерию;
  • синтеза высокоэффективных управляющих структур;
  • автоматического контроля качества работы контуров управления;
  • параметрической априорной и текущей оптимизации контуров управления СОУ;
  • самонастройки моделей нестационарных каналов ОУ;
  • самонастройки управляющих структур СОУ (в том числе - регуляторов контуров управления);
  • автоматического расчета материальных балансов и др. задачи.

Реализация специальных функций в структуре современной АСУ ТП позволит значительно полнее использовать возможности современных технических средств автоматизации с целью повышения безопасности и экономической эффективности производств химической отрасли.


Библиографическая ссылка

Сажин С.Г., Брусов В.Г., Исаев Д.А. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ АСУ ТП В ОБЛАСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 2. – С. 65-67;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8014 (дата обращения: 16.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074