автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация непрерывного процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола



«о ^

На правах рукописи РЫЛЬКОВ Александр Алексеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА РАСТВОРНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ БУТАДИЕНА И СТИРОЛА

Специальность 05.13.0?-Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Вороне* - 1996

- V

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом

• университете и ОАО "Воронежсинтезкаучук"

Научный руководитель академик МАИ,

доктор технических наук, профессор Подвальный С. Л.

Официальные оппоненты: академик АЕН,

засл. деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор Петровский B.C.

кандидат технических наук Родных, Ю. В.

Ведущая организация ГП ВФ НИИСК, (г.Воронеж) \ /

Защита состоится 15 ноября 1996 г. в 14^2 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026 г.Воронеж, Московский проспект, 14.

. \

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке государственного. технического университета., •.

Автореферат разослан 15 октября 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета/

Львович Я. Е.. -

\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В промышленности синтетического каучука пирокое применение находят процессы анионной полимеризации в растворе на основе литийорганических катализаторов с использованием в качестве мономеров бутадиена и стирола. ' Процесс полимеризации проводят как периодическим способом (синтез дивинил-сти-рольных термоэластопластов - ДСТ), так и непрерывным - получение дивинил-стирольного синтетического каучука блочного (ДССК).

Наиболее важной стадией в производстве синтетического каучука на литиевых катализаторах является стадия полимеризации мономеров, когда происходит физико-химическое превращение сырья и формируются качественные показатели каучука, и поэтому процесс полимеризации определяет экономику производства в целом.

Управление процессом полимеризации ДССК на базе локальных средств регулирования с использованием ручных способов задания уставок регуляторам не позволяет эффективно решать задачу повышения качества каучука.

Сложный, стохастический характер процесса полимеризации каучука ДССК, неоднородность поступающего сырья, недостаточная информативность и отсутствие поточных анализаторов качества, нестационарность характеристик процесса делает актуальным исследование и реализацию методов управления на базе микропроцессорных систем.

В связи с этим внедрение автоматизированной системы управления технологическими процессами синтеза каучука с применением алгоритмов, построенных на базе математических моделей и методов оптимального управления, является одним из путей улучшения качественных показателей и эффективности производства синтетического каучука на литиевых катализаторах.

Тема диссертационной работы соответствует одному из основных направлений Воронежского государственного технического университета "САПР и системы автоматизации производства".

Работа включена в Программу важнейших исследовательских и опытно-конструкторских работ и работ по освоению новых видов продукции и наукоемких технологий на ОАО "Воронежсинтезкаучук".

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - оптимизация качества каучука и повышение технико-экономических показателей производства в целом путем разработки и внедрения автоматизированной системы управления непрерывным процессом растворной полимеризации бутадиена и

стирола на базе микропроцессорных средств.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие' задачи:

1. Разработать динамическую модель -качественных показателей процесса полимеризации бутадиена и стирола и метод параметрической идентификации модели.

2. Разработать алгоритмы оптимального управления статическими режимами процесса и динамической стабилизации режимных параметров.

3. Разработать алгоритмы контроля и управления качественными показателями процесса полимеризации по косвенным параметрам.

4. Реализовать на ЭВМ и внедрить математическое обеспечение системы автоматического контроля и управления для процессов получения сополимеров бутадиена и стирола на базе микропроцессорных систем в промышленном производстве.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении указанных задач использовались методы теории идентификации, оптимизации, моделирования процессов полимеризации и теории автоматического регулирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА выполненной работы заключается в следующем:

1. Разработана динамическая модель непрерывного процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола, отличающаяся модулем контроля качественных показателей и специализированным методом параметрической идентификации в режиме реального времени.

2. Создан способ управления процессом полимеризации сопряженных диенов, заключающийся в воздействии на расход катализатора в зависимости от вязкости после второго реактора и с учетом изменения вязкости после первого аппарата.

3. Предложен способ управления процессом растворной полимеризации сопряженных диенов, отличающийся использованием режима вынужденных колебаний катализатора при малом уровне возмущений, проведена оценка эффективности управления процессом растворной полимеризации бутадиена и стирола в режиме периодических колебаний температуры шихты на входе в реактор.

4. Разработаны методы регулирования качественных показателей процесса полимеризации с использованием алгоритма автоматической настройки параметров регулятора на основе идентификации кривых переходного процесса за время регулирования на каждом шаге расчета управляющего воздействия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:

1. Предложена методика контроля вязкости после первого реактора по косвенным параметрам; току электродвигателя мешалки с поправкой на изменение питания электродвигателя.

2. Разработан алгоритм стабилизации температуры в первом реакторе (содержание блочного стирола).

3. Предложен нелинейный ПИД-регулятор с переменной настройкой по пропорциональной составляющей.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Внедрена в промышленную эксплуатацию на ОАО "Воронежсинтез-каучук" автоматизированная система управления непрерывным процессом растворной полимеризации бутадиена и стирола. Экономический эффект от внедрения составил 122 млн.р, ( в ценах 1995 г), который получен за счет повышения качества каучука и снижения энергетических затрат, экономии катализатора.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Всероссийской конференции "Информационные технологии и системы", (Воронеж, 1993);

VIII Всероссийской конференции "Математические методы в химии,' (Тула, 19931;

IV Всероссийской конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологий', (Ярославль, 1994).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе получено 9 авторских свидетельств на изобретения.

0§ЪЕМ_РАБОТЫ^ Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 38 рисунков и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 90 наименований и приложений.

Содержание работы

Во введении обоснованы: актуальность проблемы повышения качества выпускаемых каучуков на базе автоматизированных систем управления, цель диссертационной работы, краткое содержание по главам.

В первой главе дан анализ технологического непрерывного процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола на литиевых катализаторах как объекта управления, основными качественными показателями которого является характеристическая вязкость и массо-

- 4

вая доля блочного стирола. Отмечен стохастический характер возмущений, большая чувствительность процесса к влиянию микропримесей в мономерах и растворителе в силу высокой реакционной способности литиевого катализатора. Далее приведены сравнительные характеристики выпускаемых в настоящее время каучуков, наиболее близких по технологии к каучуку ДССК, и метода автоматизации этих процессов.

Процесс синтеза полибутадиен-стирсша характеризуется существенной нестационарностью в первом реакторе батареи, где реакция имеет сильную зависимость от температуры, влияющую на степень полимеризации мономеров, а значит и на количество образующегося в первом аппарате статического сополимера.

Приводится специфика процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола на литиевых катализаторах, в котором собственно происходят два процесса: сополимеризация бутадиена и стирола с образованием статического полимера и полимеризация стирола с образованием блочного стирола, что необходимо учитывать при решении задач контроля и управления.

Показано, что точность регулирования технологических параметров и качественных показателей процесса при ручном управлении с использованием локальных средств и при отсутствии непрерывного контроля за качественными показателями недостаточна для получения каучука высокого качества.

Переход с одной нагрузки на другую, изменение концентрации исходных мономеров при непрерывной работе псшимеризационной батареи требует изменения номинальных значений температуры реакции, характеристической вязкости, чтобы обеспечить требуемое содержание блочного стирола, поэтому требуется решать задачу статической оптимизации процесса полимеризации для первых реакторов батареи.

На основании анализа литературных данных и результатов экспериментальных исследований показано, что для получения каучука высокого качества, кроме повышения степени стабилизации температуры реакции в первом аппарате, требуется регулирование характеристической вязкости в первых реакторах батареи при надежном непрерывном контроле этого показателя. Обоснованы цель и этапы работы.

Во второй главе приведены результаты .исследования по разработке математического описания процесса, алгоритма параметрической идентификации модели и особенности процессов растворной полимеризации вообще и сополимеризации бутадиена и стирола в частности, анализируется класс процессов растворной полимеризации бута-

диена и стирола на литиевых катализаторах. Исходя из этих особенностей на этапе разработки и проектирования процесса полимеризации ДССК учтена необходимость и возможность его автоматизации.

Для математического описания процесса используется принцип построения иерархической модели путем сочетания ' более простых блоков и модулей. Разработана модель для каскада реакторов, состоящая ■ из следующих модулей : кинетического, гидродинамического, энергетического и модуля контроля качества.

Математическая модель для 1-го реактора каскада в моментах до 1-го порядка включительно имеет вид:

ЧР(1) й-

9-- Р°-Р1-8-(кв. -Р1 • В+кс, -Р1 -С1 );

(1В1

/П1 . 1,1 I" М Л* ГЦ

:В-0)-В'-8-(к., Ф-В+квр-В-дЕ+кБС,,-В-дс);

Г'1 11|

•Р-В; (1)

(О М, 0)

Р'С+кср-С-дс+квср-С-др)

(11 11< < И -дс+8к;1 -Р-С;

- гт„- Т4 Ф НВ^-В)д8 + (С£х-С)-чс] - кхл (Т-Тц);

кЕ1 = а1(1+(5:-Р;о-г)-ехр(-Б1/г-Т): к , = а (1+р-Р;;;)~)-ехр(-Е. ,/г-Т);

= ^/(1+^-8(0) )-ехр(-ВЕр/г-Т); кср = *с/(1 + Г.-Си;)-ехр(-Ес[/г-Т): к5;. = й; ■ ехр(-Е. /г-Т);

Сщ'^ш к» -Сх ф=- ; ф=- ; кхл=-.- ;

йя'Св Сп С,(к, -1+Сх 'С,- )

где Рс с 1, Р*; 8(0'_В1;С1 с}>С' -концентрация катализатора, бутадиена и стирола на входе и выходе реактора соответственно. моль/м°; (!', дс ":' -моменты молекулярно-массового распределения нулевого порядка по бутадиену и стиролу на выходе реактора, моль/м°; квк,, -константы инициирования бутадиена и стирола, мг/моль-ч; к2Р, к,.Р-константы роста по бутадиену и стиролу, м3 /моль - ч; . Квср-константы роста при сополимеризации бутадиена и стирола; 8-среднее время пребывания, ч; . Сп -расход шихты и полимеризата соответственно, т/ч; -расход хладоагента в рубашку реактора, т/ч; Сх,Сп.Сх-теплоемкость хладоагента, полимеризата и шихты соответственно, ккал/ттрад; в-площадь охлаждаемой поверхности реактора, м"; к»-коэффициент теплопередачи, ккал/мг•ч - град.

Аналогичным образом записывается модель для второго реактора. Характеристическая вязкость оценивается по уравнению Штекмай-. ера-Фиксмана с использованием методик, разработанных для сополимеров:

V М!!1/г=Ф (А3 + 0, 51 • В-Мц1 / £),

= Рв1еМнв+Рс^М,,с (2)

РЕ+РС=1; м/=шв/де; М!;°=тс /цс , где ^-характеристическая вязкость; Ф=2,87е21-константа Фло-ри; А и В-параметры близкодействия и дальнодействия, вычисленные экспериментально; РЕ111 и Рс п' -массовые доли сополимеров; тв, тс-молекулярные весы бутадиена и стирола; , дс-моменты нулевого порядка, определяемые при решении модели (1).

Оценка массовой дрли блочного стирола произведена с учетом явления обращения активности мономеров, когда при конверсии бутадиена менее 87 % полимерная цепочка представляет собой блок статистического сополимера бутадиена и стирола, а при конверсии бутадиена свыше 87% происходит активная полимеризация стирола с образованием блочного полистирола:

ВЕ х "В Сф -С Если Кл=- > 0,87, то СФ=С и Сйл=--ЮО(вес).

Ввх Свх+ВЁх

где Кз-конверсия бутадиена; СЕК ВЕХ-концентрация стирола и бутадиена в шихте, подаваемой в первый реактор, вес; сс£-содержание блочного стирола; С4-зафиксированное значение концентрации свободного стирола на момент конверсии бутадиена 87 %.

Полученная модель объекта является системой обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными параметрами. Разработан алгоритм идентификации модели для первого реактора (рис.1). В качестве исходных экспериментальных дачных использованы как данные при стационарном режиме функционирования объекта, так и динамические кривые: а) изменения концентрации мономеров (конверсии, сухого остатка), температуры реакции при различных ступенчатых воздействий температуры шихты, концентраций мономеров и катализатора на входе в реактор; б) изменение характеристической (динамической) вязкости в зависимости от концентрации катализатора и температуры реакции.

Задача идентификации параметров модели решена путем минимизации функционала вида: N -t

J=E Пш^В^Вэ^^Иа-^-Сэ^^Шз-^-ТзЪ^сИ, (3)

j о

где j-номер эксперимента; тг.пь, пь -весовые коэффициенты; В2', Сэ 1, Тэ J-экспериментальные данные по концентрации бутадиена, стирола и температуре реакции.

Идентификация ввиду большой размерности задачи (неизвестных коэффициентов) проведена в два этапа. На первом этапе решена задача оценки значений коэффициентов кЕ,, кс., кЕ Р, кс р. кЕ с . (считая их независимыми величинами), которые в статике минимизируют функционал вида:

^«ЕСтЛВ^Вз^^тг^С'-СзЧ^Шз^Т-Тэ5)^ — rain. (4)

J КЕ J . Kc J , кв р, К,; р, Ks с р

На втором этапе рассмотрена задача идентификации параметров (от которых зависят константы инициирования и роста) в динамиче -ском режиме. Для этого, имея координаты стационарной точки, полученной на первом этапе, объект и модель одинаковым воздействием переводили из известной точки в новое состояние. С целью понижения размерности задачи константы инициирования и роста записаны в виде векторной экспоненты: Ё

К = А • ехр (--). (5)

RT

где А(А1,Аг,Аз.А4,А5)-вектор предэкспоненциапьных множителей; Е(E¡, Б,,, Ев р, Еср, ЕГ) -вектор энергий активации; К(кв,, Кс ¡, кар, KcP.Kícp)-вектор констант инициирования и роста.

Оценка координат векторов А и Е производилась при условии

(нТчТло)

Начальное приближение для Кз=(КЬ).Кр) , Кьр.Кср-Кьср)

Корректировка вектора К, алгоритмами поисковой оптимизации

Решение статической модели методом Ньютона

Нет

Запомнить координаты модели и вектор К^

Начальное приближение для Е(Е1; Е, I; ЕЬр; Ес^; Ег)

и А (Б; Ь; М; Ы; (3)) из значений Кз=А-ехр(--)

[Мб

А={С/ехр(--) Нанесение возмущения

И-Тэ

Корректирование Е алгоритмами поисковой оптимизации

Решение динамической модели методом Рунге-Кутта

Расчет критерия

Рис. 1, Алгоритм идентификации параметров модели

минимизации функционала (3) с использованием численных значений вектора К констант инициирования и роста бутадиена и стирола.

В результате идентификации найдены численные значения неизвестных параметров модели. Математическая модель исследована на ПЭВМ, получены статистические и динамические.характеристики процесса полимеризации, по Р-критерию доказана адекватность модели промьтапенному процессу.

Основные результаты исследований по модели: константы инициирования и роста по бутадиену и стиролу существенным образом зависят от температуры реакции в рабочем диапазоне работы полимеризационной батареи;

статические характеристики первого реактора имеют сильную нелинейную зависимость от изменения концентрации катализатора на входе, концентрации бутадиена в шихте, температуры шихты и практически линейную от концентрации стирола в иихте. Причем при от -клокении указанных параметров в меньшую сторону на 20-30 % от рабочего диапазона приводит к обрыву процесса полимеризации;

динамика характеризуется нелинейностью, зависящей от знака возмущения, при отрицательном возмущении через некоторое время наступает прекращение (обрыв) процесса полимеризации. Объект управления обладает большой инерционностью, а также чувствительностью к изменению температуры реакции.

Третья глава посвящена разработке математического обеспечения системы управления параметрами процесса полимеризации бутадиена и стирола. Описано решение задачи и динамической оптимизации процесса с целью нахождения оптимального режима работы первых двух реакторов, приводятся алгоритмы регулирования температуры реакции после первого реактора и характеристической вязкости после второго аппарата, представлен алгоритм адаптации настроек регулятора в замкнутом контуре управления с непрерывным анализом качества переходных процессов регулирования.

Задача статической опти&шзации процесса в первом аппарате заключается в нахождении температурного режима реактора и концентрации катализатора на вход в аппарат, которые обеспечивают требуемое весовое содержание блочного стирола в каучуке. При решении задачи оптимизации минимизировался функционал типа:

Дс-Е((Ссв-Сб)---ЮО^+ГМ- -100-к,,,,)2—ш!п . (6)

J ^а ° 0Н с РН.ТН

При ограничениях:

Ът<ч<ч.а«: Рв1п<Р(0)<Рпах: т/'М«»^«", где Ссв,Сй-заданное весовое содержание в каучуке связанного и блочного стирола: к^ -константа, равная 87 $ степени полимеризации бутадиена; СН°.СВ -подача стирола и бутадиена в весовых единицах; (3°, сР -количество весовое непрореагировавшего стирола и бутадиена на выходе из первого реактора.

В результате статической оптимизации получены оптимальные режимы работы первого реактора при различных нагрузках, времени пребывания, начальных концентраций продуктов.

Разработан алгоритм стабилизации характеристической вязкости на выходе второго реактора, приводятся результаты проверки его работоспособности, полученные с помощью метода математического моделирования. Суть алгоритма заключается в воздействии на расход катализатора в зависимости от вязкости после второго реактора и с учетом изменения вязкости после первого аппарата. При этом вязкость после первого реактора измеряется с помощью тока электродвигателя мешалки этого аппарата с коррекцией при изменении напряжения питания электродвигателя, в алгоритме предусматривается также динамическая и статическая компенсация задающих и возмущающих воздействий. Алгоритм заключается в последовательном решении следующих уравнений:

хвг • ^ +аг • сн4 +а3 • т1 +кг ((^-с,,,,) +к3 сий -и,): (7)

ХВ-Во+В! -»12+02 -СН2+Вз Т2; (8)

с-ХВ-ХВг; 1-А-В-йг

ХВ =

(9)

с

Если ХВ-б1яп с < I, то Иначе

Т0 ке Сг-М5-ка-кр(е+ — Е е1 н- -ХВ);

ак

(10)

(11)

Та Т0

Е1-В! -В1з\' ХВ1з-ХВ1в+1г5(ХВзГХВв1.1); хв181*-си-я- (ХВ13-ХВ31*)+ХВ13

^г!

^ -КР1<Е1<-)-ХВ1;

т

3 1 •

*.

(12) (13)

С-С1+С2+кД03-(См-Смрх ), (15)

где ХВ5, ХВ-характеристическая вязкость после первого и второго реактора; <15,Ц-ток и напряжение электродвигателя мешалки; Т,, Тг-температура реакции в первом и втором реакторах; ХВ, ХВ, -скорость изменений характеристических вязкостей; -динамическая вязкость после второго реактора; ка-коэффициент адаптации; N5-коэффициент сброса управляющего воздействия; Kp.Tn.Kg-настройки ПИД-регулятора вязкости после второго аппарата; Кр1,к^1-настройки ПД-регулятора вязкости после первого реактора; й, в!. Сг-управляющие воздействия.

Описан алгоритм автоматического регулирования температуры реакции в первом аппарате, структура которого идентична алгоритму стабилизации вязкости и заключающийся в воздействии на расход горячей вода в теплообменник в зависимости от температуры реакции и с учетом изменения температуры шихты на выходе из теплообменника. В алгоритме реализована адаптация настроек регулятора в зависимости от температуры горячей воды и расхода шихты на батарею.

В этой же главе приводится способ управления процессом растворной полимеризации сопряженных диенов, отличающийся использованием режима вынужденных колебаний катализатора при малом уровне возмущений,' даны результаты управления процессом растворной полимеризации бутадиена и стирола в режиме периодических колебаний температуры шихты на входе в реактор.

Разработан алгоритм адаптации настроек регулятора, основанный на идентификации кривых переходного процесса за время регулирования для корректировки коэффициента усиления регулятора. Для анализа переходного процесса на каждом шаге расчета и выдачи управляющего воздействия используется массив значений регулируемой величины, с помощью которого определяется характер регулирования (колебательность, перерегулирование, скорость изменения и т.п.) и принимается решение об уменьшении или увеличении настроек регулятора.

В четвертой главе рассмотрены вопросы практической реализации автоматизированной системы управления, описаны техническое, программное и метрологическое обеспечения системы.

АСУТП построена на базе персональной ЭВМ и микроконтроллеров типа РЕМИКОНТ-Р-130 через шлюз ЕЛ (рис.2).

Микроконтроллеры Р-130 объединены в локальную управляющую сеть "Транзит" открытого типа (в закрытой сети контроллеры обме-

.2. Структура технических средств : л,г- реакторы ; .5,4 - смесители ;

---информационный сигнал;

— управляющие воздействия.

ниваются информацией только друг с другом).

Количество сигналов, поступающих в систему управления от измерительных преобразователей 48 шт. количество аналоговых управляющих воздействий - 12 шт. Периодичность опроса измерительных преобразователей составляет 2с.

Для преобразования пневматических сигналов от измерительных преобразователей расходов, давлений используются пневмоэлектри-ческие преобразователи типа ППЗ-2. Аналоговые сигналы от вибрационных вискозиметров типа ВВН-5М поступают непосредственно в систему. Для ввода сигналов величины напряжения и тока используются преобразователи типа Е825НП и Е824НП, соответственно, имеющие стандартный выходной сигнал 0-5 МА.

Для качественного управления процессом полимеризации разработанное программное обеспечение решает в комплексе задачи на двух уровнях, позволяющих учесть особенности оптимизируемого процесса и осуществлять устойчивую стратегию управления:

1 уровень - управление с использованием цифровых регуляторов на уровне стабилизации режимных параметров;

2 уровень - оптимизация процесса по интегральному критерию качества с идентификацией модели и расчетом оптимальных оценок настроек регуляторов.

Наиболее сложные алгоритмы (регулирование температуры в первом реакторе, стабилизация характеристической вязкости), описанные в главе 3, также реализованы на верхнем уровне.

Оперативный (нижний) уровень посылает обрабатываемую информацию на верхний уровень и выдает управляющее воздействие на исполнительные механизмы. Стратегический (верхний) уровень вырабатывает рекомендации в виде наборов оптимальных значений (уставок) для параметров нижнего уровня.

Нижним уровнем осуществляются следующие функции: сбор информации от аналоговых и дискретных датчиков; фильтрация аналоговых сигналов от помех; формирование управляющих воздействий на регулирующие исполнительные механизмы расходов материальных потоков (уставки задаются верхним уровнем) с помощью стандартных алгоритмов управления; выдача управляющих воздействий на регулирующие и дискретные исполнительные механизмы; передача аналоговой и дискретной информации в цифровом коде на верхний уровень; прием информации с верхнего уровня; диагностика неисправностей узлов микроконтроллеров.

Функции верхнего уровня:

идентификация модели; оптимизация процесса (расчет заданных значений режимных параметров для нижнего уровня); передача информации об оптимальном режиме на нижний уровень; прием информации от микроконтроллеров о состоянии объекта управления; прием информации ручных вводов о результатах лабораторных анализов; интегрирование расходов дозируемых продуктов; расчет технико-экономиче -ских показателей; анализ работоспособности микроконтроллеров; ведение архива поступающей информации; протоколирование действий оператора; организация диалогового интерфейса оператора; печать оперативной и итоговой информации; представление на видеотерминале мнемосхем и графиков с указанием на них предшествующих и текущих значений параметров, характера изменений во времени.

В главе дан анализ функционирования автоматизированной системы управления, приведены данные о качестве созданной системы, точности регулирования качественных и технологических показателе£ процесса полимеризации бутадиена и стирола. Система управленш введена в эксплуатацию на полимеризационной батарее по выпуску каучука ДССК. В результате эксплуатации системы в первом реактор? разброс по температуре составил 1.63° С, по характеристическо( вязкости 0,12 дл/г, что резко повысило качество выпускаемого полимера. Экономический эффект от внедрения АСУТП составил 12< млн. р. . (в ценах 1995 г.) который получен за счет повышения качества каучука, экономии материальных и энергетических затрат.

Основные результаты работы

1. Разработано модифицированное модульное математическое описание непрерывного процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола,отличающееся модулем контроля качественных показателей.!

Модель состоит из кинетического, гидродинамического, энерге-! тического модулей и модуля контроля качества, составляющих систему нелинейных дифференциальных уравнений с переменными параметрами.

2. Предложен специализированный метод параметрической идентификации модели процесса полимеризации, заключающийся в поэтапном нахождении параметров модели: на первом этапе решается задача оценки констант инициирования и роста по бутадиену и стиролу е статическом режиме; на втором - оцениваются параметры в выражени-

ях для расчета констант инициирования и роста в динамическом режиме с использованием результатов первого этапа.

3. Проведено исследование математической модели процесса, получены динамические и статические характеристики, доказана адекватность модели процессу полимеризации.

4. Решена задача оптимизации статических режимов процесса растворной полимеризации бутадиена и стирола. При различных на -грузках и концентрациях мономеров в шихте найдены оптимальные уставки по температуре реакции и характеристической вязкости после первого реактора, обеспечивающие получение полимера заданного качества на выходе батареи.

5. Создан и защищен авторским свидетельством способ управления процессам полимеризации сопряженных диенов, заключающийся в воздействии на расход катализатора зависимости от вязкости после второго реактора и с учетом изменения вязкости после'первого аппарата. Динамическая вязкость после первого реактора контролируется с помощью тока электродвигателя мешалки этого аппарата с поправкой при изменении напряжения питания электродвигателя.

6.Предложен и защищен авторским свидетельством способ управления процессом полимеризации сопряженных диенов, заключающийся в использовании режима вынужденных колебаний катализатора при малом уровне возмущений с целью регулирования вязкости и степени конверсии мономера изменением амплитуды колебания, средней величины расхода катализатора и периодом колебаний. Проведена оценка эффективности управления процессом растворной полимеризации бутадиена и стирола в режиме периодических колебаний температуры на входе в реактор.

7. Разработана адаптивная схема корректировки настроек регулятора в процессе регулирования качественных показателей, использующая принцип идентификации кривых переходного процесса за время регулирования. Для анализа переходного процесса на каждом шаге расчета управляющего воздействия используется массив значений регулируемой величины за время регулирования, который обновляется на каждом шаге.

8. На базе метода математического моделирования разработаны алгоритмы регулирования характеристической вязкостью, температурой реакции (массовым содержанием блочного стирала), учитывающие динамические свойства реактора и включающие в себя адаптивные схемы корректировки настроек регулятора. В качестве регулятора

использован нелинейный ГВД-регулятор с переменной настройкой по пропорциональной составляющей.

9. Создана двухуровневая автоматизированная система управления процессом полимеризации. Нижний уровень реализован на базе микроконтроллеров типа РЕМИКОНТ. верхний - на персональной ЭВМ.

10. Разработанная на основе изложенных в работе методов и способов, АСУТП полимеризации внедрена в промышленную эксплуатацию на АО "Воронежсинтезкаучук". Экономический эффект, от работы системы составил 122 млн. р. Св ценах 1995 года).

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. А.с. 1273364 HKHC08F136/04. G05 27/00. Способ управления процессом растворной полимеризации сопряженных диенов /В.И.Дорофеев, С.Л.Подвальный, А.А.Рыльков и др. (СССР), N 3915422/23-05; Заявл. 24.06.85. Опубл. 30.11.86. Б.И. 1986, N 44.

2. A. c. 1261939, МКИ С08 F136/06, G05 27/00. Способ управления непрерывным процессом получения разветвленного полимера /В.И.Дорофеев. С.Л.Подвальный, А.А.Рьшьков и др. (СССР) N 3887649/05; Заявл. 22.04.85. Опубл. 07.10.86. N. 37. 1986.

3. A.c. 1392549, МКИ G05 27/00, С08 F136/04. Способ управления непрерывным процессом получения разветвленного полимера /В.И.Дорофеев, С.Л.Подвальный, А.А.Рыльков и др. (СССР) N 4040427/05; Заявл. 11.02.86. Опубл. 30.04.88. Б. И. № 16.1988.

4. А.а 1777127, МКИ 5G05D27/00. C08F136/04. Способ управления непрерывным процессом получения разветвленного полимера /В.И.Дорофеев. С.Л.Подвальный, А.А.Рыльков и др. (СССР) N 4843515/05; Заявл.26.06.90. Опубл. 23.11.92 B.H.N .43, 1992.

5. Дорофеев В. И., Рьшьков А. А., Ганцева Е. А. Моделирование процесса полимеризации дивинил-стирального каучука // Математические методы в химии: Тез. докл. В-я Всерос. конф. Тула, 1993. С. 148.

6. Дорофеев В. И.; Рьшьков А.А. Моделирование системы автома- , тического управления с адаптивным регулятором //Информационные технологии и системы:Тез. докл. Всерос. конф. Воронеж. 1993. j С. 40. |

7.Дорофеев В. И., Рыльков А. А. Управление процессом полимеризации дивинил-стирольного каучука с использованием режима колебаний // Информационные технологии и системы: Тез. докл. Всерос, конф. Воронеж. 1993. С. 85.

8.Солдатов A.A., Рьшьков A.A., Дорофеев В.И. Кинетический и энергетический модули математической модели процесса полимеризации ДССК//Межвузовский сборник науч. тр. "Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах". Воронеж, 1993. С.73-78.

9.Дорофеев В. И.. Рьшьков А. А., Ганцева Е. А. Параметрическая идентификация модели процесса полимеризации бутадиен-стирольного каучука // Динамика процессов и аппаратов химической технологии:

Тез. 4-й Всерос. конф. Ярославль. 1994. Т. 1. С. 151.

10.Дорофеев В.И.,Рыльков A.A. Управление динамическими режимами процесса полимеризации бутадиена // Динамика процессов и аппаратов химической технологии: Тез. докл. 4-й Всерос . конф. Ярославль. 1994. Т. 1. С:. 83.

Н.Дорофеев В.И. Рыльков A.A. Синтез адаптивного регулятора температуры реакции полимеризации бутадиена // Меж. сб. науч. тр. "Проблема информатизации в распределенных системах управления и проектирования". Воронег,. 1994. С. 23-29.

12. Патент RU 2036203, МКИ C08F297/04. Способ управления процессом полимеризации термоэластопластов /В. И. Дорофеев, А. В. Моло-дыка, А. А. Рыльков и др. N. 5048001/05; Заявл. 16.06.92. Опубл.В.И. N. 15. 1995.

13. Патент (RU) 2042690, МКИ C0F297/04, G05D27/0. Способ управления периодическим процессом полимеризации термоэластопластов /В.И.Дорофеев, Л.Д.Кудрявцев, А.А.Рыльков и др.,' N, 5030058, Заявл. 27.02.92. Опубл. в Б. И. N.. 24, 1995г.

14. Патент . ' (RU) 2039761, МКИ СО 8Р236/04 (C08F236/04,236:10). Способ' получения диен-стирольных сополимеоов /3. М. Ривин, А. С. Скульский. A.A. Рыльков и др, N.. 5027387/05, Заявл. 17.10. 91. Опубл. 20.07.95, Б. И. N. 20. 1995.

!5. Решение о выдаче А-с. от 16.10.95. По заявке N 92003569/04 от 02.11.92, C0HF297/04 (RU). Способ получения бу-тадиен-стирольного блоксополимера, наполненного полистиролом /Глуховской В. С., В. В. Моисеев, А. А. Рыльков и др.

16. Решение о выдаче A.c. от 11.09.95 по заявке N. 9304586/04 от 09.09.93, C08F136/04, C08F 2/04 (RU). Способ получения бутадиенового каучука /С.Л.Сидоров, Н.Н.Шаповалова, А. А. Рыльков и др.

17. Подвальный С.Л., Дорофеев В. И., ЛейкинМ.А., Рыльков A.A. Математическое моделирование системы управления с адаптивным регулятором // Uex. сб. науч. тр. "Проблемы информатизации и управления". Воронеж, 5996.0.32-36.

18. Дорофе_ев Е.И., Рыльков'А.А., Ганцева Е.А. Параметрическая идентификация модели процесса полимеризации бутадиен-стироль-ного. каучука//Меж. сб. науч.. тр. "Проблемы информатизации и управления". Воронеж, 1996.С.133-140.

ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано к печати I-

Уол.печ.л. 1,0. Тираж 90 экз-. Заказ •

Воронежский государственный технический университет

394026 Воронеж, Московский просп., 14

Участок оперативной полиграфии Воронежского . государственного технического университета