автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптимальное управление периодическими каталитическими процессами

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ИВАНОВ Дмитрий Владимирович

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ КАТАЛИТИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

(на примере процесса дегидрирования бутиленов)

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

У.

•2

/

✓ /

> л.

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор БАЛАКИРЕВ Валентин Сергеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор СОФИЕВ Александр Эльхананович. кандидат технических наук ЛЕКАЕ Александр Владимирович.

Ведущая организация: Научно-исследовательский физико-химический институт им. Карпова.

Защита диссертации состоится «__»_ 1992 г.

в «____» час. на заседании специализированного совета

Д 063.44.022 в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения. Адрес: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. Старая Басманная, 21/4, МИХМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «_» _1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Г. Д. шишов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Каталитические процессы широко распространены в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывавдей промышленности ( процессы основного органического и неорганического синтеза, крекинг, риформинг, дегидрирование, гидрокрекинг и т.д.). Эффективность каталитических процессов определяется, в первую очередь, активностью, селективностью и стабильностью используемых катализаторов. Ухудшение этих характеристик при эксплуатации катализаторов обусловлено рядом причин и для разных процессов протекает с различной скорость». Процессы с быстропа-дающей в течение рабочего цикла ( от минут до нескольких часов ) активностью катализатора относят к периодическим каталитическим процессам, характерной особенностью которых является циклические динамические режимы функционирования.

Несмотря на значительные успехи в плане разработки теоретически обоснованных кинетических моделей и методов расчета реки-мов отдельных стадий, анализ современного состояния автоматизации и управления периодическими каталитическими процессами позволяет выявить существенные ресурсы технико-экономических показателей процессов. Это вызвано тем, что управления, найденные экспериментальным путем в условиях нестационарности свойств объектов и отсутствия возможности количественного оценивания активности катализатора, не носят оптимального, в каком-либо смысле, характера и в промышленных условиях приводят к снижению эффективности процессов.

В связи с этим, становится актуальным вопрос разработка и создания автоматизированных систем управления, обеспечивающих определение с помощью математических моделей отдельных стадий и активности катализаторов оптимальных режимов функционирования периодических каталитических процессов.

Цель работа. Создание и реализация методов и алгоритмов оптимального .управления периодическими каталитическими процессами на примере крупнотоннажного процесса дегидрирования бутиле-нов.

Методы исследований. В качестве основных инструментов исследования используются теория автоматического управления и ме-

- г -

тодц математического моделирования.

Научная новизна. Построена математическая модель периодического каталитического процесса дегидрирования бутиленов, представляющая собой замкнутую систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных и учитывающая периодический характер переменных процесса и активности катализатора.

Предложена методика определения ограничения на максимальную температуру проведения химических реакций в слое, при которой изменение пористой структуры поверхности катализатора в процессе его эксплуатации за счет спекания не ■ Судет превышать заданную величину.

Поставлена задача оптимального управления периодическим процессом дегидрирования бутиленов. Разработанный метод решения заключается в преобразовании задачи неклассического вариационного исчисления в устойчивую конечномерную задачу нелинейного программирования.

Сформулирована и решена задача оптимального управления системой реакторов периодического действия, позволяющего в условиях дефицита сырья оптимальным олразом распределить его между параллельными агрегатами дегидрирования.

Практическая значимость. Разработан комплекс алгоритмов и программ информационной подсистемы АСЭТТ1, включающий программы сбора и первичной обработки в реальном масштабе времени информации, организации и ведения базы генных.

Разработан пакет программ управляющей подсистемы АСУТП, позволяющий моделировать стадии контактирования и регенерации катализатора периодического процесса, проводить параметрическую идентификацию математических моделей, определять оптимальные режимы проведения процесса.

Комплекс программ принят к внедрению в ВДИИНА.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МИХМа, на научном" семинаре кафедры "Техническая кибернетика и автоматика" МИШ в 1990 - 1992 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, список которых приведен в заключительной части автореферата.'

Структура 2 объем работы. Диссертация состоит из введения.

шести глав, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 16 таблиц. Список литературы Еключает 73 наименования. Приложение объемом 2 машинописные страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель и задача исследования, дано краткое изложение содержания работы по основным ее разделам.

Первая глава посвящена описании технологического процесса дегидрирования бутиленов в производстве дивинила двухстадкйным дегидрированием бутана, анализу его как объекта управления, обзору современного состояния автоматизации и управления процессом и постановке задачи исследования.

Процесс дегидрирования бутиленов проводят в реакторах периодического действия с неподвижными слоями катализатора. Производство дивинила из бутилена содержит систему однотипных параллельно работающих реакторов дегидрирования, объединенных общим коллектором по сырью, пару, готовому продукту и воздуху. Полный цикл периодического процесса состоит из стадий контактирования ( получение целевого продукта ) и окислительной регенерации катализатора. В течение указанных стадий на поверхности и в порах катализатора происходят сложные физико-химические процессы, оказывающие влияние не только на показатели качества цельного продукта, но и на свойства самого катализатора.

При анализе периодического процесса дегидрирования бут ленов как объекта управления выделены входные и выходные переменные, управляющие и возмущающие воздействия для обоих стадий процесса. К основным возмущающим воздействиям относятся изменения характеристик сырья и входных потоков ( состава, температур ), а также показатели качества катализатора. За выходные переменные приняты характеристики контактного газа и газа регенерации на выходе из реактора. Приводится данные, характеризующие воздействие возмущений и управлений на показатели качества работы реактора дегидрирования.

Далее проводится анализ существующих схем автоматизации, в

ходе которого отмечаются их недостатки. Основным недостатком схем является невозможность получения и использования количественной информации об активности катализатора. На основании этого анализа делается еывод о том, что существующие режимы системы управления процесс~м дегидрирования Оуталенов, определяемые, в основном, экспериментальным путем, малоэффективны, приводят к значительным дополнительнш затратам при эксплуатации и не обеспечивают высокой интенсивности процесса.'Возникает необходимость разработки АСУ, способных определять и реализовывать оптимальные законы управления на основе математических моделей физико-химических процессов в юе нестационарного катализатора за полный цикл работы реактора периодического действия.

В конце первой главы осуществляется постановка задачи исследования, которая включает в себя построение математической модели периодического процесса и определение на ее основе оптимальных управления отдельными реакторами и системой реакторов периодического действия, а также разработку общей структуры системы оптимального управления процессами, ее алгоритмического и программного обеспечения.

22 втотюй главе рассмотрены вопросы математического описания периодического каталитического процесса.

Проводится анализ ряда существующих математических моделей стадий контактирования и регенерации катализатора. На основе механизмов термического спекания пористой структуры, блокировки активных центров продуктами крекинга и деблокирования в результате выжига кокса формируется математическая модель кинетики изменения активности катализатора за полный цикл работы реактора дегидрирования Оутиленов. Модель имеет вид :

стадия контактирования :

- -£г = «г г ч - - -й- - * 8"

,п>

( I )

р(0) = р(гр) , бсо) = бо»)

стадия регенерации катализатора :

I - -Гг = Кз

Р(0) = Р(гк>, Б(о> = з(гк)

( з )

( 4 )

где Р - концентрация активных центров катализатора, q - концентрация дезактивирующего компонента, Б - поверхность катализатора.

Начальные условия для системы уравнений ( 3 ) определяются состоянием катализатора после стадии контактирования, начальные условия для системы ураь.ений ( I ) - состоянием катализатора после стадии регенерации.

Влияние свойств катализатора на кинетику целевой реакции можно описать следующим выражением :

= г, (Т) г2(С) г3(А), ( 5 )

где первые два коэффициента относятся к кинетика основной реакции; г^(А) - характеризует активность катализатора :

Г3(А) = г4(Т) г5(СЛ) гб(А) . ( 6 )

где коэффициенты скоростей выражают зависимость активности катализатора от температуры и концентрации дезактивирующего компонента.

Математическое описание динамики периодического каталитического процесса учитывает основные физические и фтзико-химичвскив закономерности проводимых на неподвижном слое нестационарного катализатора процессов и включает модели : стадии контактирования :

¿н

ах

+ V СИЛ) —-= 1а » к 01 3=1

( V )

- 4- V (1+Л.) - = 5 ЯГ,

"к * £ * 3

од

йХ

= 5 ЪЗ

к ,1=1

( 8 )

- б -

вт

р с -

Рр р «ib

оГк

+ 7 (1+*.) рп С,

аТ

Р Р П

= ( S3 /V3 ) а (Тк - Т)

р* Ск — = I ДК 4¿ - ( S3 /V3 ) а (Tk - Т)

J=1

1(0,1 )=0 , í/(0,l)=0 . q{0,l)=qQ(l) , T¿(O.I)=Tko(Z) *(t, )=лг0 . y(t.0)=J/0 Т(Г,0)=Г0

( Ю ) ( II )

( 12 )

где Wj, J = 1,3 - скоро.-.;и химических реакций; а^- матрица сте-хиометрических коэффициентов; х, у, q - концентрации бутилена, дивинила и кокса соответственно; Т, Г^- температура в свободном объеме слоя и на поверхности катализатора; V - линейная скорость газового потока; I, Гк- текущие длина и время реакции дегидрирования; к - степень разбавления исходного бутиле"^ водянш паром; Ср, Cíe — теплоемкости газа и катализатора: рр, рк- плотность; Sa, 7з - площадь поверхности и объем зерна катализатора; а -коэффициент теплоотдачи; ДН^ удельная энтальпия J-ой реакции, стадии регенерации катализатора :

ОС ОС

-.+ V-

»tp al

otp

- Wp

. «Tp ¿Tp

Pp % — * ▼ pn С,

etp

= - a Wp ( 13 )

( 14 )

«{ S3 /V3 ) a (Tk - T) ( 15 )

oTkp tftp

P P ol

= AHp Wp - ( S3 /73 ) a (TfcT) ( 16 )

c(0,Z)=0 , q(O.I)=q0(Z) . Tkp(O.Z)=Tkp0 c(t,0)=c0 . yt,0)=Tp0

( 17 )

где с, д-концентрации кислорода н кокса на поверхности катализатора соответственно; Шр - скорость химической реакции; а - коэф-

4яци0нт соотношения скоростей реакций но кислороду и коксу; Тр. Ткр-температуры потока и слоя катализатора; Гр - текущее время регенерации.

Третья глава посвящена математическому моделированию периодического каталитического процесса.

На основе неявной двухслойной трехточечной разностной схемы разрабатывается алгоритм численного решения уравнешЛ математической модели ( 7 )-( 17 ).

Параметрическая идентификация математической моделч проводится по экспериментальным данным, полученным на действующем реакторе дегидрирования бутилене® Тольяттинского ПО "Синтезкаучук". В качестве переменных идентификации "спользются те, с пемещыо которых можно достаточно полно охарактеризовать основные физические и физико-химические процессу про~сходялг*е в объекте управления. Так, для математической модели контактирования используются концентрации бутилена у(1») и дивинила х(Ь) в контактном газе на выходе из реактора дегидрирования^ для кодещ регенерации катализатора - температура в слое катализаторе., В качестве меры близости экспериментальных данных и реше»*я уравнений математической модели используется критерий г;

где у^ЦД) - переменные идентификации, С - весовые множители, - параметры идентификации.

Задача идентификации математической модели заключается в определении таких параметров а., которые доставляют минимум критерию ( 18 ) при связях в форме уравнений математических моделей ( 7 )-( 17 ). Поиск минимума критерия Ф(а) по переменным aj осуществляется модифицированным методом Нелдера-Мида

Параметрами идентификации модели стадии контактирования являются энергии активации и предэкспонекциальные множители в уравнениях кинетики и коэффициент теплоотдачи, которые в ходе решения задачи принимают следующие значения : Е4 = 104163 Дж-/моль; Ег = 106546 Дж/моль; Ег = 44690 Дж/моль; КС1= 1.415 « 10" 1/ч; К02 - 1.621 * 10" 1/ч; Ког = 0.16 * Г0в1/ч; а = 26.78 кДк/м*ч К. Параметрами идентификации модели стадии регенерации

т

I £ ? с [ УУ(1Д) - ]

г

(К ( 18 )

О 1=1 1>=1

катализатора является : предзкспоненциалыше множители в уравнениях скоростей основной реакции Ко и изменения свойств катализатора Ког, энергии активации Е, и Е^., а также коэффициент теплоотдачи а. Получены следующие значения параметров : Е = 8.97 • 10* Дж/моль; Ег = 4.57 * 10* Дж/моль; К0 = 3.892 * 10" 1/ч; Ког= 0.25 * 10е 1/ч; а = 57.32 кДх/м*ч К.

Для проверки адекватности математических моделей использовался критерий Фишера. Проверка показала, что нет оснований отклонить гипотезу об адекватности моделей исследуемому процессу.

Целью математического моделирования периодического процесса является получение рг пределений основных координат по длине слоя катализатора и во времени по результатам численного решения уравнений математических моделей. Проводится анализ закономерностей таких распределений, их зависимость от начальных условий, значений входных координат и возмущений.

2 четвертой главе сформулирована и решена задача оптимального управления периодическим реактором каталитического дегидрирования бутиленов.

. Проведен обзор работ по оптимизации отдельных стадий цесса, который показал, что в литературе не существует постановки и решения задачи оптимального управления полным циклом ро акторов периодического действия.

Обоснован выбор в качестве критерия оптимальности величины дохода от работы реактора за полк й период. Критерий имеет вид :

I

I = — t

— \ .5 («цдИш-2

■ 1 I 1=1

Р ш

- / (-I Ч и.)

р

( 19 )

I I 'II

'к

где фиксированные длительности стадий контактирования и

регенерации катализатора, - соответственно массовые

расхода целевого продукта, побочных продуктов и энергоносителей; Ццд, - цены соответствующих продуктов и энергоносителей.

Задача оптимального управления периодическим процессом формулируется следующим образом. Для заданной длительности стадии контактирования 1: требуется найти такое управление и" = <

Г*(ОДк), (3*<0Др) ), что

1(и*) = пах 1(и) < 20 )

иеЦ

прп выполнении связей в форме уравнений математических но долей стадий контактирования ( 7 ) - ( 12 ) и регенерации катализатора ( 13 ) - ( 17 ) и следующих ограничениях :

и1 £

< и:

Тк( 1Д )

► зад

1 = 1,2

1*

V 1«! О, I 1 у < - I 1к.гр ]

( 21 )

( 22 )

( 23 )

Р р

Ограничение ( 21 ) задает область [ и^. ] допустимых изменений управляющих воздействий. Границами неравенства (22) являются минимальная температура, при которой пр кршцаются химические реакции, и масккмальная температура, обусловлешшя термостойкостью катализатора.

Для определения ограничения на температуру проводимых в слое катализатора химических реакций разработана следупдая мото-дизса. Из известной аррениусовской зависимости выводится формула:

В

Т = --( 24 )

К Щ ( Кя0Г ' § ) которая позволяет, задаваясь допустимой скоростью изменения активной поверхности катализатора Э, для каждого состояния Э рассчитать максимальную температуру реакции в слое. Допустимая скорость § определяется заданными величинами : необходимым временем эксплуптации ге и изменением активной поверхности ДБ, требующим замены катализатора :

Б = ДБ / аЧэ . ( 25 )

гдо а - доля времени эксплуатации, когда катализатор работает при максимально допустимой температуре. ( О < а < I ).

Условие ( 23 ) означает, что длитель"ость стадии регенерации, определяема., выполнением условия цикличности :

Р (1,Т) г р Р (1,0). V 1 « С О, I I

( 26 )

не должна превышать заданную.

Активность катализатора не оказывает влияние на протекание реакции окисления кокса.Это обстоятельство делает возможным предварительное независимое решение задачи оптимального управления регенерацией катализатора и использования данных решения при поиске оптимальных "'правлений полним циклом процесса.

Задача оптимального управления окислительной регенерацией катализатора формулируется следующим образом. Требуется найти управление а* (г) такое, что

(0*) = (0*) = "Ип 1(0) ( 27 )

1 Р р

при связях в форме математической мо^.ли ( 13 )-( 17 ), ограничений ( 21 )-( 22 ) и условия :

ч ( 1. гр ) 5 дост . V 1 « ( о.ь I ( 28 )

очределяпаего момент времени окончания стадии регенерации.

(формулированные задачи оптимизации относятся к числу неклассических задач вариационного исчисле1гия. Обоснована целесообразное . использования для решения поставленных задач прямых вариационных методов в пространстве управлений.

При нахождении оптимальных законов управления периодическим процессом дегидрирования бутиленов вначале решается задача оптимизации стадии регенерации катализатора для различных значений начальных условий ( и запоминаются значения оптимальных

управлений Затем решается задача оптимизации всего про-

цесса. При этом нет необходимости учитывать ограничения ( 22 ), так как они учтены при нахождении <3*Ш.

Задачи ( 20 ) и ( 27 ) на условный экстремум функционалов преобразуются в задачи на безусловный экстремум введением функций штрафа за нарушение того или иного неравенства ( 21 ) -( 23 ). Расширенные функционалы имеют вид :

1р(и) = I (и) + й пах { 1р- г®ад ; О ) (29.)

п п

11р(0) = * (0) + 1ц 2 I шах { - ; 0 > ( 30 ) 3=1 1=1

Для преобразования вариационных задач безусловной оптимизации в устойчивые конечномерные задачи на экстремум функций нес-

кэльких переменных введем заранее заданные конструкции управлений 1 = 1,2 . учитывающих технологические рекомендации к .проведению процесса. Применительно к процессу дегидрирования бутиленов в ряде работ доказана возможность использования в качестве оптимального закона управления конструкции следующего вида :

и0 + и1 г , о й г 5 г1

и (t) =

и+ . у t s t2

( 31 )

где t,= ( и+- и0)/ и1, t2= < tk, tp).

Для получения оптимального закона управления необходимо определить параметры конструкт«! и0 и и1 ( или t,). Задачи на безусловный экстремум функции нескольких переменных решаются одним из методов нулевого порядка, модифицированным методом Нол-^рра-Мида ( деформируемого симплекса ).

Решение задачи оптимального управления периодическим процессом дегидрирования бутиленов позволяет добиться увеличения выхода целевого продукта в среднем на IS и снижения образования побочных продуктов в среднем на 4%. Время решения задачи оптимизации существенно зависит от выбора начальных приближений и составляет для ПЭВМ типа 1ВН PC/XT и среда TurboPascal : 12 мин -для оптимизации стадии регенерацга катализатор и 10 мин - для оптимизации всего периодического процесса.

В пятой главе формулируется и решается задача оптимального управле)системой реакторов периодического действия. Задача оптимизации работы системы параллельных крупнотоннажных реакторов, какими являются реактора дегидрирования бутиленов, заключается в оптимальном распределении нагрузок мс у реакторами.

При решении задт оптимизации используются математические модели отдельных реакторов, не учитывающие распределенность основных координат процесса по длине слоя катализатора. Такие модели рассматриваются в ряде работ, где показывается их удовлетворительная точность. В качестве критерия оптимальности для системы реакторов гыбирается суммарный дохол за полный цикл всех реакторов :

п

10 = I I, ( 32 )

1=1

где доход от работы 1-го реактора дегидрирования ( вычисляется по формула ( 19 )), п - число реакторов.

Для учета всех технологических ситуаций, которые могут возникнуть за полный цикл работы системы, необходимо ввести ограничение, учитываемое структуру системы реакторов:

го

2 £ ''о < 33 >

1=1

Задача оптимального распределения нагрузок между параллельно работающими реакторами дегидрирования формулируется следующим образом: для заданной длительности цикла дегидрирования ^ найти значения нагрузок на каждый реактор, обеспечивающие максимальное значение критерия оптимальности ( 32 ) при выполнении связи в форме уравнений математической модели, условий, определяющих структур., системы реакторов ( 33 ), условия цикличности:

Р1(Т) ^ рг Р1(0> { 34 )

и следующих ограничениях:

V 5 1 V ( 35 )

ин 5 ии(г) 5 иИ ' * = 1,2 ( 36 }

Поставленная задача оптимального управления системой реакторов имеет высокую размерность и является весьма сложной и трудоемкой для решения в АСУ реального времени. Однако, блочная структура уравнений математической модели и критерия оптимальности ( 32 ) позволяет осуществить декомпозицию, то есть разбить общую задачу управления на несколько подзадач меньшой размерности. При этом система оптимального управления приобретает иерархическую структуру: на нижнем уровне решаются задачи оптимального управления отдельными реакторами ( задача I ), на верхнем -задача оптимального управления всей системой реакторов в целом ( задача 2 ).

Задача I.

Для заданных г* и У^айти управляющие воздействия I) такие, что для каждого реакторр

1>( и? ) = шах I { V.. или ) ( 37 ) 1 1 и^и 1 1

при выполнении связей в форме уравнений мптомптичоских моделей и

условий ( 34 ). ( 36 ).

На верхнем уровне решается задача оптимальной координации: определяются значения нагрузок обосточивякцие максимум критерию оптимальности всей система ( 32 ) при условии оптимального управления отдельными реакторами.

Задача 2

Для заданных г* и и*(г) найти нагрузки ^ такие, что т

' V 71> = I ^ и') = Г0( ( ЗЯ 5 1=1

при выполнении связей, накладываемых уравнениями математических моделей, и условий ( 33 ). ( 35 ).

Для решения задачи I используется прямой вариационный метод построения последовательностей управлений. Для преобразования задачи I в устойчивую и сокращения времени получения решения осуществляется переход от вариационной задачи к конечномерной на экстремум функции нескольких перемешшх. что достигается представлении управлений и^Ъ) в виде кусочно-линейных конструкций, учитывающих технологические требования. При переходе от условной задачи к безусловной в критерий оптимальности вводятся функции птрэфа. Расширенная функция цели для задачи I будет иметь вид (29 ). Для решения задачи оптимального управления реактором периодического дойстр::.! используются методы нелинейного программирования.

При выборе метода численного решения задачи 2. как и задачи I. учитывается, что существование производных первого и второго порядков целевых функций в общем случае не может быть гарантировано. Поэтому дг" решения задач I и 2 в дальнейшем используются методы нулевого порядка, в частности модифицированный мет^ц Нед-дера-Мида. требующий минимального количества вычислений целевой функции.

Для перехода от задачи 2 на услоеный максимум функции к задача на безусловный максимум введем расширенную функцию цели :

Iop= V V V + «V) ^ с vo - J, vi: 0 5 ( 39 >

Значения Vj выбираются таким образом, чтобы выполнялось огршшчение ( 35 ).

Из-за наличия связи между V^ и u^(t) поиск максимума критерия ( 32 ) сводится к итерационной процедуре. После последовательного ревения задач I и 2 необходимо вернуться к задаче I и искать значения управляющих воздействий u!*(t), соответсвукцие vj. Затем решается задача 2 и нахо; тся V", соответствуйте ui*(t). Итерационная процедура продолжается до тех пор, пока но ылюлщ-.тся условие останова:

. п-1 п

I 10 - Г01 * е ( 40 )

где е - заданная точность поиска репения; п - номер итерации.

Решением задачи оптимального управления системой реакторов дегидрирования считаются значения V, и и,, соответствующих шах ( I11"1 1п )

В работе приводятся результата решения задачи оптимизации и их анализ.

Нестая глава Посвящена разработке системы оптимального управления периодическим каталитическим процессом, ее функциональной структуре, а также техническому, алгоритмическому и программному обеспечению. Показана целесообразность использования двухуровневой структуры системы управления процессом. На верхнем уровне системы решаются задачи идентификации математических моделей и определения оптимальных управлений, представления информации и расчета технико-экономических показателей работы. На нижнем уровне выполняются следующие функции : сбор и первичная обработка информации о ходе технологического процесса; реализация оптимальных законов управления в супервизорном режиме или в режиме НЦУ.

Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC/AT. Ядром подсистемы нижнего ■ уровня является регулирующий микроконтроллер "Ремиконт P-I30". Ремикон-

ты объеденены в локальную сеть "Транзит" кольцевой конфигурации.

Специальное программное обеспечение подсистемы верхнего уровня разработано на языке программирования Pascal в интегрированной среде TurboPascal v.6.0 и представляет собой программный комплекс, состоящий из нескольких модулей. Модули позволяют проводить идентификацию математических моделей, моделировать стадии периодического троцесса, рассчитывать оптимальные законы' управления отдельным реактором и системой реакторов периодического действия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ периодического каталитического процесса дегидрирования бутиленов как объекта управления. Показана необходимость разработки АСЛП дегидрированием бутиленов.

2. Разработано математическое описание пародического процесса дегидрирования бутиленов в форме замкнутой системы нелинейных дифференциальных уравнения, включающее в себя модели отдельных стадий, и предложен алгоритм численного решения уравнений динамики.

3. Разработаны алгоритмы параметрической идентификации математических моделей стадий контактирования и регенерации катализатора по экспериментальным данным. Проведен- идентификация и показана адекватность построенных математических моделей исследуемому процессу'.

. 4. Осуществлена формализация задачи оптимального управления периодическим реактором дегидрирования бутиленов. Предложен критерий оптимальности и разработаны метод и алгоритм устойчивого численного решения задачи оптимизации.

5. Предложен мэт д расчета ограничения на температуру т-мк-ческих реакций в слое, при которой изменение пористой структуры поверхности катализатора в процессе его эксплуатации за счет спекания не превышает заданную величину.

6. Сформулирована задача оптимального управления системой реакторов периог'ческого действия. Проведона ее декомпозиция на ряд подзадач меньшей размерности и предложен итеративны* алгоритм ее численного решения.

i- 16 -

7. Разработано функциональное, алгоритмическое и программное обеспечение информационной и управляющей подсистем двухуровневой системы оптимального управления системой реакторов периодического действия.

8. fía основе алгоритмов информационной подсистемы создан программы, реализующие функций сбора и первичной обработки информации. организации и ведения базы данных для АСУ реального времени.

Созданы программы идентификации параметров математических моделей, моделирования отдельных стадий периодического процесса и определения оптимальных управ;. ;ний.

Программы реализованы в виде прикладного пакета, принятого к внедрению.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Иванов Д.В. Задача оптимального управления дегидрированием углеводородов // Моделирование и оптимизация технологических процессов : - ДР 4982-прЭ1. - М.: Информприбор, 1991. -с.108-114.

2. Иванов Д.В. Математическая модель динамики периодического процесса дегидрирования углеводородов.// Деп. рукопись.- Ы.: -ВИНИТИ, 1992, * 2428 - В92 Деп.- 16с.

3. Балакирев B.C., Иванов Д.В. Оптимальное управление системой реакторов дегидрирования углеводородов // Деп. рукопись. -М.: ВИНИТИ, 1992, Jí 2427-В92 Деп. - 8с.

4. Иванов Д.В. Определение максимально допустимой температуры химических реакций на слое нестационарного катализатора // Моделирование и управление химико-технологическими процессами :- ДР 5085-ПР92 М. : Информприбор, 1992. - с.38-42

5. Иванов Д.В. Задача оптимального управления окислительной регенерацией катализаторов//Деп. рукопись.- М.: ВИНИТИ, 1992, J6 2983 - В92 Деп. - 8с.