автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптимальное диагностическое управление технологическими объектами управления

московская государственная академия

химического машиностро'ения

На правах рукопис«

ИСТОМИН АНДРЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ

ОПТИМАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ УПРАВЛЕНИЯ

(на примере процесса пароёой конверсии нафты)

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в Московской Государственной Акад мии химического машиностроения.

Научный руководитель — доктор технических наук, пр фессор БАЛАКИРЕВ Валентин Сергеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, пр фессор ПЛУЖНИКОВ Лев Николаевич; кандидат технич ских наук МАРЬЯСИН Олег Юрьевич.

. Ведущая организация: Центральный научно-исследов, тельский институт комплексной автоматизации, г. Москва.

Защита диссертации состоится « »_ 1994

в « » час. на заседании специализированного совет Д 063.44.022 в Московской Государственной Академии хим! ческого машиностроения. Адрес: 107884, ГСП, Москва, Б-61 ул. Старая Басманная, 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Акг демии.

Автореферат разослан « »_1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., доцент

Г. Д. ШИШ01

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной химической промышленности характеризуется созданием все более сложных химико-технологических процессов, реализуемых с помощью крупнотоннажных установок, вследствие чего каждый выход из строя оборудования становится дороже, а определение причин неудовлетворительной работы оказывается все более и более трудным. По мере увеличения единичных мощностей установок возрастай общие расходы сырья и энергии, ужесточатся требования к безаварийности, что вызывает настоятельную необходимость как г->лее раннего обнаружения нарушений и правильной их диагностики, так .: обеспечение оптимального управления технологическими объектами управления (ТОУ) в условиях тех или иных неполадок.

Перечисленные факторы ососэнно характерны для высокопроизводительных процессов, существенней особенностью которых является использование большого числа малонадежных параллельно р^ботагтах' вппаратов, что ЕыгыЕает необходимость при выборе оптимальных управлений учитывать изменение их технического состояния, а таю» возможность выхода их из строя на горизонте управления.

Вместе с тем современные подходы к оптимальному управлению технологичесними процессами (ТП) строятся, в осно!еном, на предположении их нормального функционирования и не учитывают случайных изменений в условиях работы ТОУ; существующие же методы контроля не способны обнарукивать и идентифицировать возникающие неисправности. Теории ке и методов диагностического управления'динамическими системами, то есть управления технологическими процессами с учетом поставленных диагнозов о состоянии оборудования, фактически нет.

В связи с' этим, актуальны;« оказывается разработка и внедрение более совершенных методов оптимального диагностического управления . позволяющих идентифицироЕзть случайные изменения состояния ТОУ и использоезть информацию об этом состояли: для оптимизации функционирования ТП.

Цель работа. Целью настоящей работы является разработка методов и алгоритмов оптимального диагностического управления и последущая их реализация на примера автоматизации процесса паровой конверсии нэфты в производстве аммиака.

Методы исследования. В процессе решения доставленной задачи в работе использовались аппарат теории автоматического управления, теории вероятностей, методы математического моделирования и математической' статистики.

Научная новизна. Разработан метод допускового диагностирования технологического состояния ТОУ, основанный на построении ку-сочнолинейного множества допустимых управлений ТОУ, гарантирующего принадлежность показателей качества функционирования заданной области.

Предложен метод диагностирования технического состояния ТОУ, базирующийся на вычислении априорной вероятности безотказного функционирования ТП и прогнозе состояния оборудования на горизонте управления.

Построена математическая модель процесса паровой конверсии нафты, характеризующая зависимость показателей качества функционирования ТП от управляющих переменных и действующих возмущений.

Поставлена :i решена задача оптимального диагностического управлеш'я технологическим процессом паровой конверсии, позволяющая в зависимости от технического состояния реакторов, оптимальным образом распределять сырье мввду параллельно работающими агрегатами паровой конверсии.

Практическая значимость. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение управляющей подсистемы АСУТП, позволяющее диагностировать техническое и технологическое состояния ТОУ, моделировать процесс паровой конверсии, проводить параметрическую идентификацию модели, определять оптимальные режимы процесса конверсии нафты.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные метода и алгоритма диагностического управления могут применяться ¡при решении задач комплексной автоматизации др. -гих химических производств с малонадежным оборудованием.

Разработанное программное обеспечение оформлено в виде комплекса прикладных программ и передано для внедрения на Ю "Ангарс-кнефтеоргсинтез".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались ж обсуждались на VIII Всероссийский научно-технической конференции "Математические метода в химии" (г. Тула, 7>93г.), научно-тэхьи-ческих конференциях kLJOiía и заседаниях научного семинара кафедры

"Техническая кибернетика и автоматика" 1Ш в 1990 - 1993гг.

Публикации. По тема диссертации'опубликовано 5 рабе?, список которых приведен в заключительной часта автореферата.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня используемой литературы и приложения. Работа изложена на I5Sстраницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 9 таблиц. Список литературы зключает 115наименований. Приложение объемом 2 машинописных страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и основные задачи исследования, приведено краткое содержание рабтгы по главам.

Первая глава погашена Океания технологического процесса паровой конверсии нафты в трубчггей печи, анализу его как объекта управления и диагностирования и постановке задачи исследования.

Паровая конверсия нзфты (жидкие'углеводороды) в производстве аммиака относится :; классу крупнотоннажных процессов, работающих по относительно новым технологиям. Для него характерно наличие большого числа малонадежных аппаратов, в связи с этим даже кратковременные .ошибки в управлении или отказы технических элементов могут приводить к нарушению нормальных режимов и возникновении предаварийных и аварийных ситуаций.

Процесс паровой конверсии (ПК) проводят в однотипных параллельно работающих реакторах, расположенных в высокотемпературной печи, и объединенных общими коллекторами по сырью, пару.и готовому продукту.,Процесс ПК в реакторах носит непрерывный характер. Технологический режим в условиях нормальной эксплуатации является установившимся на отрезку. Бремени, значител! чо превышавших горизонт управления.

П;/л анализе процесса ПК объекта управления выделены управляющие, возмуиапшие воздействия и выходные переменные. К основным возмущениям отнесены изменения свойств сырья и 'показателей .входных потоков (температуры, давления), а также флюктуации эксплуатационных характеристик реакторов. В качестве управляющих переменных выбраны расхода парогазовой смеси на .технологические потоки паровой конверсии а расход топливной нафты на горелки да-

чк. За выходные- переменные приняты концентрации компонентов кон-верт1фованного газа, его температура и давление на выходе из реактора.

Анализ процесса как объекта диагностирования выявил две группы нарушений в работе установки: технологические - связанные, главным образом, с неправильным ("неточным") управлением процессом, и технически^ - вызванные износом шш отказами реакторов. В качестве диагностических показателей технологического состояния процесса выбраны упрг.ляпцие переменные, а в качестве показателей технического состояния использованы перепада давления и температуры в реакторах. ■ .

«вхождение оптимальных управлений процесса ПК экспериментальным путем сопряжено со значительными сложностями, обусловленными вмешательством в эксплуатационный режим установки и значительными затратами времени на проведение эксперимента, а диагностирование ТОУ оператором не представляется возможным в связи с трудностями непрерывного наблвдения за процессом и необходимостью оперативна переработки большого объема информации.

Альтернативой такому подходу является диагностирование процесса и определение оптимального технологического режима на основе математической модели, достаточно точно отражающей качественные и количественные показатели объекта.

В конце главы осуществлена постановка задачи исследования, которая включает в себя разработку методов диагностирования технологического и технического состояний процесса, построение его математической модели, и определение на ее основе и результатов диагностирования ТОУ оптимального технологического режима процесса паровой конверсии, а также разработку общей структуры системы' оптимального диагностического управления.

Во второй главе разрабатываются методы в алгоритмы диагностирования технологического и технического состояний ТОУ.

Технологическое состояние объекта управления предлагается характеризовать значениями управляющих переменных, обеспечивающих заданное качество функционирования ТОУ. Метод диагностирования технологического состояния ТОУ заключается в оперативном определении допусков на управления, при соблюдении которых выполняются заданные ограничения на показатели качества функционирования ТОУ.

Построение множества допусков на управления, исходя из огра-

яичений.на показатели качества, представляет собой сложную комбинаторную задачу, решение которой затруднено отсутствием явной зависимости показателей качества функционирования ТОУ от управлявших воздействий. В связи с этим, традиционные метода решения указанной задачи сводятся к процедуре многократного и трудоёмкого решения прямой задачи вычисления неявно заданных- критериев по известной модели для разных управлений и возмущений.

В работе предложен метод построения приближенной области допустимых управлений, основанный на однократном решении обратной кусочнолинейной задачи и достаточно просто реализуемый на ЭВМ.

Охарактеризуем качество функциониро, зния исследуемого ТОУ совокупностью показателей ^(х), 1 = Т7п, каждый из которых является выпуклой и монотонной функцией управлений х = , ¡¡=ГТт. Функции ¿¿(х) определены на ограниченной области Б"щ-мерного евклидова числового пространства Р®. В множестве Б имеется известное номинальное управление и соответствупцие ему номинальные значения показателей ¿9.

Область Э0 допустимых вариаций управлений определим как множество возможных отклонений переменных от их' номиналов х°, при которых значения показателей качества удовлетворяют заданным ограничениям

| * ДХ) - I 5 1 = Пл. (I)

где дх - отклонения управлений от их номинальных значений, а^-допуски на показатели качества. Очевидно, что = П где 0®= = { дх:| + дх) - <х°>) 5 «1>. В связи с этим, для выпол-

нения ограничений (I) достаточно, чтобы отклонения переменных дх принимали значения из множества 0"= П С7> где {дх: В^х 5 I, 1=1,п ). Здесь - матрицы размерности ш х 2га, строки которых образованы всеми возможными заменами компонент вектора Ь^ = {

1/<511.....на компоненты вектора Ь^, = {1/г^,..., 1/у^},

N = 2я. а величины <5^, у^ определяются соотношениями

= * 'Н / |а ^'х-гО* 6СЛИ ' Ф £

I ,

если - <

«■{*!•- ; г. ..г А (2)

/ ~ • если I * ! >'*1.

°ц: _ А ^ <з>

1 X ^

7 '•'и " • если 1 "* I >

где ^ = Ji(x°......+ .....(4)

JIi * Ji.<z?.....x3-eij; —' Ф-

' Знание границ множества D" позволяет в любой момент ,времеи t устанавливать принадлежность хеГн справедливость неравенств (I). Выход управления из D" означает диагноз технологич скол нарушения работы ТОУ в смысле (I).

Для диагностирования технологического состояния автоматизи рованного ТОУ необходимо выделять множества допустимых вариацк управлений, при которых экстремальные значения, выпуклой цвлево: функции J(x) находятся в заранее заданной области. При этом опта мальчое управление х° неводят путем решения задачи, математическо го (линейного или нелинейного) программирования:

min J (х), (5)

X е С '

G = i х: g,.(x) г 0; üx(x) = 0, fc = TTq. 1 = T7s, q > 8 },

где x - ..-мерный вектор управляющих переменных; gk, h^ - -оответ ственно функции ограничений и уравнения связи.

В этом случае нарушается условие монотонности функции J(x) 01фвстности точки х° и рассмотренный вше метод построения допус тимого"Множества D оказывается неработоспособным. Для преодолели указанной трудности предлагается использование метода погружени исходной задачи на условный экстремум в более широкий класс зада с разнообразным!, условиями параметрически монотонной цэлевой фув кщш.

Предположим, что искомая область управлений определена задг шем независимых допусков х^, xlj на каждую переменную х^. Введе далее вектор параметров р = ip^,j=l,n> и ' представим допустимь диапазоны переменных в следущем виде: х^ = р^ х^. а х^ = р^ х. Б таком виде задача определения области допустимых вариаций пете менных х сводится к построение области допустимых вариаций парг метров р.

Преобразуем задачу (tj к слещлцему виду:

min «Г (х Р),

X е G (о)

G = { х: s-^x Ю s 0; ^(х р) = 0. i = Hq, 1 = T7I, q ä s J

При р = I оптимальное значение' целевой функции J(x р) представляет собой значение задачи (5).

Зависимость оптимального значения J от вектора р.задачи (6) показывает,, как меняется предельное значение критерия оптимальности при вариациях параметров р.

Возмутим расширенную задачу (6) следующим образом:,

min J (х (р° + Др)), (7)

X е G

где р j - номинальные значения (р° = I). ар - п-мерк .1 вектор вариаций параметров. Область допустимых вариаций параметров определим как множество возмогших отклонений*параметров от их номинальных значений р°, при которых оптимальное значение целевой функции удовлетворяет условию

| J*(p° + др) - J*(p°) I Íí, (8)

где J*(p° + др), J*(p°) - оптимальные значения критерия .т соответственно при возмущенных р°.+ др и нс^яшальных р° значениях параметров. ;

Для'выполнения ограничений (8) и при условии, что оптимум критерия J (х р) представляет собой Ешуклую монотонную функцию параметров р, достаточно, чтобы отклонения параметров др принадлежали множеству D = С Др: В ар £ I), где В - матрица размерности п х 2П, строк- которой образованы всеми возможными заменами ком-' понент вектора Ь1 = С на компоненты вектора Ъу = (

>, а величины <5^, ^ определяются соотношениями, аналогичными (2) - (4), но с тем отличием, что в них J^ соответствуют оптимальному значению целевой функции задачи (6). От полученных значений вариаций параметров р можно однозначно перейти к величинам допустимых отклонений управлений с помощью соотношений

На основе рассмотренного метода разработан алгоритм диагностирования технологического состояния автоматизированного ТОУ, заключающийся в сравнении действительных значений управлений - с накладываемыми на них ограяичен/.-ми. По результатам сравнения делается заключение о технологическом состоянии ТОУ.

Для диагностирования технического состояния ТОУ используется вероятность PQ безотказней работы оборудования на горизонте управления Т, характеризующаяся частотой невыхода всех диагностичее-

ких показателей за допустимые границы.

Для вычисления этой вероятности используются значения диагностических показателей, получаемые во время текущей эксплуатации объекта диагностирования. При этом делается допущение о нормальном законе распределения значений показателей. Вероят ость невыхода диагностического показателя Ь за допустимые границы I на интервале упрагпения Т рассчитывается по соотношению

2

где а,, - математическое ожидание и дисперсия двагностическогс показателя; - дисперсия скорости изменения показателя; h+, h~-соответственно верхнее и нижнее предельно допустимые значенш диагностических показателей.

Решающее правило определения состояния объекта заключается i сопоставлении рассчитанного и порогового значений вероятности PQ Пороговое значение выбирается из условия минимизации версчтносп ошибки второго рода, т.е. когда принимается решение об отсутстви неполадки при ее наличии. Если рассчитанная вероятность мвньш своего порогового значения,, то имеет место неполадка. В противна случае делается вывод о нормальном функционировании ТОУ.

Приводятся алгоритмы расчета статистических оценок случайно го процесса деградации и диагностирования технического •состояли объекта управлви-л.

В третьей главе рассмотрены вопросы математического описани и моделирования процесса паровой конверсии нафты для целей опта шального диагностического управления.

При построении матемаотче ск_ го описания процесса конверта приняты следующие допущения: I) в силу большого отношения дши реактора к диаметру, равному 112, структура его материальных тепловых потоков соответствует режиму идеального вытеснения; i кассовая скорость и температура дымовых газов в сечении печи npi няыаются постоянными; 3) Ьо учитывается потери тепла в, окрухагас среду; 4) условия работа реактора являются установившимися i времени; 5) реакции конверсии i.j®th описываются брутто-механиз»

cghjg + ehgo « 8u3 + 171^;

(Ю)

СО + ЗН,= СН4 + 5^0; , ' (И)

СО + HgO = С02 * f^. (12)

6) высокие скорости тепло- и массообмена между потоком газообразных реагентов и зернами катализатора характеризуют отсутствие соответствующих градиентов между обеими фазами.

Матрица с те геометрических коэффициентов реакций (10) - U-i) лмеет ранг, разный трем, поэтому в качестве трех ключевых компонентов выбраны нафга ОдН1а (I), окись углерода СО (2) и водород Hg (3). Уравнения скорости изменения концентрации ключевых компонентов имеют слэдугашй вид:

dCj/dl = - F^'e г, / [ Gg (I + + х2)]; (13).

d.C2/dl = í^ 8 (8г, - г2 - г3) / t GH (I +■ x, + x2)]; (14) , dCydl = P^ e (17Г, - 3r2 + r3) / ( GH(I + x., * x2)].(I5)

Здесь (1=173) - скорости химических реакций; Cj- массовая концентрация 1-го компонента; F^ - площадь поперечного сечения потока парогазовой смеси; GH - расход нафгы на конверсия: , >2 -соответственно отношение расходов пар/нафта и азотоводороднзя смесь/нафта; е - доля свободного объема реакторов.

Скорости реакций (10) - (12) определяются по формулам:

Г1 ■ К1 г2 * h рсо- • гэ ■ кэ рсо- ' . (16)

где константы скоростей имеют вид

Kj = Kj ехр / R Тк); (1 = 175)* (17)

Здесь ltj и Ej (1 - ПЗ) прадэкспонэяциалышв мнсмггели и энергия активации, R - универсальная газопзя постоянная. *

Концентрации неключевых компонентов - метана СН4 (4), дз!с:<-свда углерода С02 (5), водяного пэра (6) - . определяются па алгебраическим соотношениям через концентрации С,- C^s •

С4(1) - * 6.25С®1 «•' 0.25С|Х * 0.25Cjr - 6.250,(1) -- Q.25C2(l) - 0-250^(1); , ЛЗ)

С5(1) - ♦ 1.75С^ 0.75С§* - 0.26С»1 - 1.75С,(1) -

-10- 0.75С2(1) + 0.25С3(1); (19'

С6(1) = С|х - 3.5С=Х - 0.5С11 + 0.5С|Х + 3.5^(1) + + 0.5С2(1) - 0.5С3(1>. (20)

Уравнения теплового б2/. за для конвертированного и' йлловых газов с учетом допущений представляются в виде

ИТК к Г е <3

* ° г—»

- (Т -т )+ --> ДН^Г,;(21)

•С11 0К(НХ1+Х2)СРК сн<1+х1+)г)срк»

■ й Г- К I

-Е = - -- (Тк - Т_), (22)

(11 с к г

г рг

где "Гк и Тг - температуры конвертированного и дымового газов; к -коэффициент теплопередачи; 1 - периметр поперечного сечения поверхности рззде.!.^ конвертированного газа и стенки реактора; ср -удельная теплоемкость; ¿Н - тепловЖ эффект химической реакции.

Изменение давления конвертированного газа Рк описывается уравнением: . •

йРк ССН (I + Л..+ Х2)]2

-£ = - С —2---£- , (23)

(11 2 (1 7 е р

си к

гдэ с - безразмерный коэффициент трения; б. - внутренний диаметр реактора.

Уравнения состояния конвертированного и дымового газов имеют ЕИД -

Рк = -к Н Тк РГ=РГНТГЫ.' (24)

где и - молекулярный Бес топливной нафты.

Полученная система дополняете начальными условиями: '

для конвертированного газа

оК - <& С1 ■ СЬ Тк = Ф СР = <25>

для дымовых газов"'

Рг = Р°; Тг = Сг = С°. (26)

Начальные условия (28) являются расчетными и зависят от из-

менений расхода G„„ топливной нафтн.

■ Параметрическая идентс ^икация математической модели проведена по экспериментальным данным, полученным на действувдей установке паровой конверсии ПО "Ангарскнефгеоргсинтез". В качестве переменных идентификации использованы концентрации ко.'.шонентов конвертированного газа (^(Ь), (1 = Г76К его те:/::зратурз TK(L) и давление ?K(L). Задача параметрической идентификации модели (¿J) - (26) сводится'к нахождению множителей k1» kg, fcj, энергия активации Е1, Eg, Ej реакций (IQ) - (12), коэффициента теплопередачи К. и коэффициента трения ? из условия минимума критерия Ф, представляющего сумму квадратов отклонений еыходных перемзшшх модели yi(L) и объекта y|(L) при одкнаковь^ входах

Н2 В ' 2 Ф(а) = Е Е S, t y?(L) - y.(L) )г — min, , (2?)

1=1 1 1 1 а

где N., - число переменных идентификации; Ыг - число эксперкмэя-тов; Sj - Еесовне множ: :еля; а = { k,, кд, Е1, Eg, Е^, к. i ) - вектор параметров идентифккацлп. Задача (27) решается при связях в .виде уравнений математической модели (13) - (26). Поиск минимума критерия Ф(а) по переменным а^ осуществлялся комплексным методом Бокса. "

В результате решения задачи параметрической вденг.:{:к2!1!п: были получены следующие значения параметров: к., = 37.676 I/ч; К>= = 11.941 I/ч; fcj = 12.422 I/ч; Е, = 41734 Дх/моль; Е^ = 56177 Дж/моль; Sj = 52012 Дх/коль; к = 7.309 Вт/См2«); ? =,0.0003.

.Адекватность полученной математической модели процессу конверсии нафты проверялась сравнением расчетных ¿начета Етсдгаи переменных с экспериментальными данными с использованием критерия максимального отн'отельного отклонения, при э~?м установлено, что максимальная погрешность не превышает 10.2 %.

Математическое моделирование процесса паровой конверсии заключалось в получении распределений концентраций ксмпэнзятов кон-вертфованного газа, температуры и давления реакционной смеси по длаве реактора при различны! начальных условиях. Для числоккэгэ решения уравнений (13)> - (26) использовался метод Рунге-Куттз 4-го порядка.

В четвертой глава сформулгрс .зна я 'ревеиз зазячз аттптьн>-го диагностического управления процессом паровой кснкорста кэфтк

-12в трубчатой печи. '

Задача оптимизации процесса заключается в распределении клг-рузок между параллельно работающими реакторами' в зависимости от их технического состояния, характеризуемого значением вероятности безотказной работа, с целью минимизации технико-экономического показателя функционирования процесса.

В качествэ диагностических показателей процесса ПК были выбраны перепады таЕле^ия ДР и температуры дТ в реакторах.

В соответствии с (9) вероятности того, что перепада дР и ДГ в 3-м потоке не превысят допуски на интервал-, управления [ 0,Т ] определяются по формуле:

т а г°\

"2?

е

¡1=1,2.(28)

Здесь Ц, 71 - соответственно перепад давления. ДР^ и скорость изменения перелада дР^., а у2 - соответственно дТ^ и

По известным выражениям (28) вероятность Р^ безотказной работы 3-го потока для случая независимости поведения в малом дР и ¿Т определяется как •

ро1<^ <29>'

В качестве критерия оптимг-мости процесса паровой конверсии принята технологическая составляющая себестоимости (удельные технологические затраты)

- < зе + > '' °к- . (3°)

где Зэ, ~ соответственно энергетические затраты процесса и затраты на сирье в 3-м потоке; количество произведенного продукта (конвертированного газа); п - число потоков. •

Для учета технического состоя; ля потоков в выражение (30) вводятся вероятности безотказной работы Р^ и тогда критерий диагностической оптимальности процесса конверсии примет следующий вид

3» " <«н стн{1 + *> «н снЗ + V V / *У> ' V (31>

где Пу, Ц^ - соответственно цены нафты в химически очищенной питательной еоды ; (5^ а - расхода нафты и пара на конверсию

-13в 3-м реакторе; у - коэффициент пропорциональности, учйтывапзй расход топливной нафты в ог;:звом подогревателе и в горелках пароперегревателя.

Технологические потоки, составляющие параллельную структуру, имеют объединенные входы и выхода:. п п

С = Е Сс = Е С (321

Связи мевду вход г^ми и выходными переменными 3-го по- жа устанавливаются математической моделью (13) - (26).

В соответствии с выбранным критерием оптимальности распределение нагрузок меаду потоками с разтичнымк техническими состояниями определяется следующим правилом: максимально будут загружатся агяараты, вероятность безотказной работа которых высока, и будет снижаться нагрузка на реакторы с малыми Р0.

Задача оптимального управления системой параллельно работающих технологических потоков паровой конверсии сводится к определению нагрузок на каадыЛ технологический поток С^ и расхода топливной нафты С^ц на горелки печи таких, что

5а < СНЗ' <Чн> = 5« ( V Стн>' «а3»

при выполнении свя?~й (13) - (26) и следу гад; условий:

°к " скД; с«(1) - с4^(1); • ' 134)

сн; £ °НЗ 5 снг СПЗ £ °ПЗ £ спг С™ 5 стн 5 <35)

ткЗ<1) 5 ткЗ(1): ^ ' (ЗЙ)

Условия (34) определяют заданное количество и качество конвертированного газа, характеризуемое содержанием остаточюго катана после трубчатой печи. Граничные значения ограничений (25) задаются условиями технической реализуемости процесса ходазргг/. Ограничение (36) обусловлено тергостэйкостмз материала роактсроз.

Сформулированная задача относится к известно? классу кгнп-ноыерных задач на условный экстремум фушедга многих. пэрж.'ппп. Ее численное реяениэ находится с п»;гьс комплексного Ес;:-

са, который, являясь модяфкацае. ( еикп.'мкснаго мвтс-1

, СИ«

Яида, позволяет учктнвать яшшэ сгрсплегсм. Еремя реггяы опта-

уз?.дтттттгяпи ггдачи ез IBM PC/XT bs лреыЕает II мин при "хорсш ' * начальных приближение.

Приведены результата и .подробная .анализ решения задачи оптимального диагностического управления -процессом паровой конверсии, заполнен анализ чувствительности оптвмадьных управлений от вероятности Сезотназасй работы технологичеckzx потоков, начальных ус-

■я0еи2,' 2h2-5shz2 входов и ЕОЗЫУДенЕЙ.

f1-—гз гл .а ио'тященз разработке структуры системы оптимальнее -стического отравления (СОДУ ) зцицессс',: паровой конвер-скл. .-ЗЕЕчепкому, функциональному :и 'прсх^аккному обеспечении..

С тгчеток вычислительной сложности ж -требуемой оперативности Сункцзи системы управления подразделены на две группы. К первой группа относятся функции, для влшлвания :которых необходимы зна-чгтехьгыэ Еычгслштельныэ ресурсы ж релюв оПраданиэк ЭВМ. Ко второй- те функции, которые реалазушся достаточно часто" и по сравнительно гттюстым алгоритмаы.

На основании этого показана цаяасоосразность использования двухуровневой структуры автоыатигираваашзй системы управления процессом паровой конверсии.

На вэрхнем уровне СОДУ репаится задачи диагностирования технологического z ъагнического состояний процесса, идентификации математической модели и определения ашггимальных управлений, а также лрвдст "-аления информации оператору и расчета технико-ьксномических показателей работы. . /

На нижнем уровне СОДУ еыполняотся следущаэ функции: сбор и первичная оСработ s информации о ходе технологического процесса, реализация оптимальных законов управления з супервизориом режима

или в p3zemb шу. ''

й^иЕции. подсистема вархнаго уровня :дагуз Сыть реализованы на пэрсонагшной 3Ш. программно совместимей х 1ЕЫ ?с. Ядром подсистемы nzxasTO уровня является регулструтаий ¡микроконтроллер Реми-кснт P-I30.

Специальное программное обеспечение людгастемы верхнего уровня разработано нг языка программ^явания .Си в интегрированной ередз Turt>o С т.2.0 и представляет собой' программный комплекс, состоящей гз вегход^кэт модулей. Подули гпозваляют проводить дизг-нэстированжв технологического процесса, -осуществлять идентиф^са-1CU матвкзтичэской модели, рассчитывать оптимальные законы управ-

ления процессом паровой конверсии.

Разрабс. энное функционпьное, техническое и программное обеспечение СОДУ принято к внедрении на ПО "АЕгарскнефгеоргсинтез" в составе разрабатываемся АСУИП производства аммиака.

• оснсввде; результаты работы

1. Проведен анаши процесса парозой конверсии нафтв в трубчатой печи как объекте управления и. диагностироЕзния. Пакасла необходимость разработки: система диагностического управления процессом паровой конверсии".

2. Предложен алгоритм' дизгностграЕания технологичег-стго состояния ТОУ, взклпчапцийаг в ерззнениз фактических управляющих петземенных объекта с граничными значениями облзста дипусту-'.ах управлений, обэспечиЕавдей: ре кия нормальней работа ТОУ. Рззр^'с-тан метод построения кусочно-линейной.области допустимых упраалз-ний во всех точках которой: выполняется: ограничения на показатели: качества функционирования; ТОУ..

3. Разработан метод: и: алгоритм диагностирования технического состояния процесса. В качества: основного гохазатзля технического _ состояния ТОУ используется; априорная вероятность безотказной работы, представлящая собой: вероятность того, что на один из диагностических показателей: технического состояния, объекта управления не выйдет за допустимые: ограничения, на горизонте упрзвлзнзи«.

4. Построена .математическая модель процесса паровой кзннер-сии нвфты в форме система; нелинейных дифференциальных уравнения, учитывающих основные физико-хяшчеезеиэ явления в трубчзтож рзпх-торе и выражавших зависимость показателей* функционирования проце-

' сса от управлений я возмущений.. _

5. Разработан алгоритм• параметрической кдзн^^ихяцгог математической модели та экслерювэнгзльЕнм дзнячу. Провэденз вдеггпфг-кация и показана адекватность достроенной мзтемзтичо екай ма исследуежзму процессу.

6. Поставлена к решена; задача оитвмпл тоги дизгозсппескага управления процессом парзязЖ конверсия нэфтя. аохлотатался в оптимальном рзспредедекпг нагрузки ksxsj реакторами паровс2 конверсии в зависимости ст их. технического состояния- ГТрзд.тгтэм ж апробировал .перациошай алгоритм рев^апз сягяошэагдаяжЛ задзчя

на условный экстремум.

7. Ргсработано функциональное, техническое и програшшв обеспечен;:о двухуровневой системы оптимального. диагностического управления процессом паровой конверсии нафты.

/ Алгоритмы диагностирования, математического моделирования, идентификации и оптимального диагностического управления реализованы в виде пакета программ vi приняты к внедрении на ПО гАнгарск-нефтеоргсинте?" в составе разрабатываемой АСУТП производства аммиака.

Содержание диссертации о-ражено в следующих'работах:

I. Балакирев B.C., Истомин 'А.Л. Построение области допустимых • тклонениЯ упр'-лений с учетом ограничений на показатели качества функционирования ТОУ // Моделирование и управление химико-технологическими процессам::: - ДР 5085-ПР92 М.: Информпри-бор,1Э92. - с.43-53.

. 2. Истомин А.Л. Постановка задаем: оптимального управления процес сом паровой конверсии нафты в трубчатой печи // 'Моделирование и управление химико-технологическими процессами: - ДР 5085-ПРЭ2 М.: Информприбор. 1992. - с.68-77.

3. Истомин А.Л. оптимальное управление процессом паровой конвер-с;г.: углеводородов // Моделирование и управление xir-íko-технолопг зскими процессами: - ДР 5085-ПР92 М.: Инфоршрибор, 1992. - с.78-86.

4. Балакирев B.C.. ' Истомин А.Л. Диагностирование технического состояния тег алогического объекта управления // ДР 243Q-B93 И.: ВИНИТИ, 1993. - II с.

5. Истомин А.Л. Определение параметрических допусков диагностической модели ТОУ. - В сб.: Математические методы в химии. -Тез. докл. VIII Всероссийской конференции, Тула, 1993.-е.III.