автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление установки первичной переработки нефти в условиях неопределенности

ГЛАВА I. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Состояние автоматизации управления установкой первичной переработки нефти.

1.2. Постановка задачи исследований

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ КАК ОБЪЕКТА

УПРАВЛЕНИЯ.

2.1. Краткое технологическое описание установки.

2.2 Особенности управления установкой.

Структура объекта управления

2.3. Функциональная структура автоматизированной системы управления установкой

ЭЛОУ-АВТ.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ

3.1. Идентификация нечеткой модели установки

3.2. Оценка параметров динамики

ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ УСТАНОВКОЙ ПО НЕЧЕТКОЙ

МОДЕЛИ. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССА.

4.1. Нечеткая оптимизация установки

4.2. Синтез микропроцессорной системы автоматического управления агрега

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВНЕДРЕНИЯ . . '

5.1. Функциональная схема АСУ установкой первичной переработки нефти на НЕНЗ им. Владимира Ильича

5.2. Анализ функционирования АСУ установкой ЭЛОУ-АВТ. Эффективность системы

ВЫВОДЫ.

I.I. Состояние автоматизации управления установкой первичной переработки нефти Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг и на период до 1990 г перед нефтеперерабатывающей промышленностью поставлены чрезвычайно актуальные и сложные задачи по развитию производства на базе современных достижений науки и техники, рациональному использованию такого ценнейшего сырья, как нефть, всемерному повышению эффективности производства и качества работы /I/. В цепи технологических процессов нефтеперерабатывающей отрасли одно из важнейших мест принадлежит процессам первичной переработки нефти (ППН). Это обусловлено тем, что получение всей номенклатуры нефтепродуктов, потребность в которых неуклонно возрастает, начинается с первичной переработки сырой нефти, Поэтому качество продуктов ППН по многом определяет уровень технико-экономических показателей всего нефтеперерабатывающего завода. Важным условием интенсификации процессов ППН, повышения их производительности, приближения отбора светлых нефтепродуктов к потенциально возможному является реализация целенаправленной программы мероприятий по автоматизации управления ими. Следует отметить, что проблеме повышения эффективности функционирования процессов ППН на основе их автоматизации у нас в стране и за рубежом уделялось и сейчас уделяется большое внимание. Причем в литературных источниках рассмотрены как общие (в том числе и методологические) аспекты построения автоматизированных систем управления (АСУ), так и детально освещены вопросы математического описания процессов ППН, их оптимизации (в детерминированной и стохастической постановке), стабилизации оптимальных режимов. В целях выявления состояния автоматизации процессов ППН проведем анализ основных работ, посвященных этой проблеме. Одна из первых в мировой практике автоматизированных систем управления комплексом ППН производительностью 22200 мсут внедрена на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) в г.Уайтинге (США) /62/. Установка управляется вычислительной машиной 704, Управляющая вычислительная машина (УВМ) каждые 4 мин JBMсчитывает показания со 196 первичных приборов. Используя метод линейного программирования, оптимизированы 54 из 161 зависимых переменных процесса путем нахождения соответствующих величин для более чем 19 независимых переменных. Расчеты выполняются через каждый 20 мин, с использованием их регулируется работа 19 органов управления, обеспечивая предельную производительность установки. Высокая эффективность этой системы предопределила интенсивное внедрение УВМ в управление процессами ППН на ряде крупнейших НПЗ США и Европы. Так, иерархическая АСУ установкой ППН мощностью 10000 м?Ьут /63/ позволяет получать продукцию высокого качества, повысить экономичность процесса, увеличить гибкость производства. В этой системе применены две ЭВМ фирмы SlmenS моделей 304 (ЭВМ нижнего уровня) и 305 (супервизорная ЭВМ, используемая для целей оптимизации). Первая из ЭВМ принимает сигналы от аналоговых датчиков. Она осуществляет сбор информации об измеряемых расходаздерез каждые 2с), давлениях (регистрация через 4с), уровнях (через каждые 8с), температурах (регистрация через каждые 1бс). ЭВМ нижнего уровня связана с супервизорной по двум каналам для передачи данных и для управления. Измеряемые величины, вводимые вручную с пульта константы, ограничения и другая информация поступает в супервизорную ЭВМ, которая рассчитывает новый режим и передает данные о нем ЭВМ нижнего уровня. Помимо расчета материального и теплового балансов, регистрации уровней в резервуарах, печати заводской и вахтенной документации эта ЭВМ осуществляет управление процессом, используя его статические модели. Система управления работает в реальном масштабе времени. На НПЗ фирмы "Элф" в г.Фейзене (Франция) система оптимального управления блоком атмосферно-вакуумной трубчаткой мощностью 14000 и/ч использует ЭВМ типа М-40 и включает в себя 4 программы: сбора технологической информации с установки; характеристики текущего момента (с ее помощью рассчитывают свойства продуктов, внутреннее орошение жидкость/пар в колонне на различных уровнях отбора); управления, которая, используя параметры программы текущего момента и производственных задач, вычисляет управляющие параметры; "контрольных точек", обеспечивающая преобразование управляющих параметров в аналоговых преобразователях. Основным параметром является точка "отсечки" фракции, представляющая собой границы точек 95% отбираемого и 5% следующего более тяжелого продукта. Эта точка устанавливается оператором или рассчитывается с учетом технических требований на отбираемый продукт. Регулируемыми параметрами являются: температура нефти на выходе из печи, температура верха колонны, расход по 7 отбору керосина, легкого и тяжелого газойлей. Расчет осуществляется каждые 10 мин /64/» Блочная система управления "Мьюзик" разработана фирмой Shrit OLt (США) для процесса ректификации /2/, Блоки программ включают: I- систему информации о параметрах процесса (измеренных, вычисленных и постоянных); 2- программу технических расчетов (материального, теплового балансов, баланса давления, разделения на компоненты, выходов и т.д.)» 3- сканирующую систему; 4- программу управления; 5- программу оптимизации, Систематизация сведений о системах управления процессами ППН, их основных характеристиках, типах ЭВМ, применяемых на крупнейших НПЗ капиталистических стран, проведена в работе /3/. Как видно, в рассмотренных работах исследования различных аспектов построения автоматизированных систем управления процессом первичной переработки нефти базировались на детерминированной теории управления, в рамках которой невозможно в полной мере учесть реальные условия функционирования технологического комплекса. Кроме того, для стабилизации оптимальных режимов не использовано непосредственное цифровое управление (НЦУ). Начиная с первой половины бО-х годов в Советском Союзе также начаты работы по разработке и внедрению АСУ технологическими процессами ППН с применением экономико-математических методов и средств вычислительной техники. Первые системы строились на базе УБМ типа "Днепр-1", МППИI, УМ-1, УМ-1НХ, АРЧ-ЮОО и других машин 1-го и 2-го поколений и предназначались в основном для сбора информации о процессах нефтепереработки и выдачи отдельных рекомендаций оперативному персоналу.Одна из таких систем, в составе которой для сбора информации была применена ЭВМ типа УМ-1, эксплуатировались на установке ППН ABT-I2/I Рязанского НПЗ. На этом же заводе на установке АВТ-2 находилась в эксплуатации машина "Днепр-1", которая также выполняла функции сбора информации о процессе /4/« В работе /5/ рассматриваются основные этапы разработки системы оптимального управления процессом ППН. Особое внимание уделяется атмосферной колонне, поскольку в ней получают товарные светлые нефтепродукты. В системе использована УВМ "Днепр-1". В качестве управляющих воздействий были приняты температура паров под нижней глухой тарелкой и расход перегретого пара, подаваемого в нижнюю секцию колонны. Выявлены основные возмущения, влияющие на протекание процесса: температура частично отбензиненной нефти на входе Б основную колонну, производительность установки по сырью и состав сырья, В замкнутом контуре стабилизируется температура под нижней глухой тарелкой. Работа /6/ посвящена изложению принципов построения автоматизированной системы управления установкой ППН. Задача управления установкой сводится авторами к выполнению плановых заданий по выработке целевых продуктов при соблюдении ограничений на показатели качества продуктов, на удельные характеристики затрат и параметры режимов аппаратов. Система управления включает подсистемы: централизованного контроля и автоматического регулирования режимов в аппаратах; косвенного измерения выходных координат объекта (показателей качества продуктов и технико-экономических показателей работы установки); оптимизации.В работах llhJJ обсуждается опыт разработки и внедрения автоматизированной системы управления процессом Ш Н под условным названием "Нефть", заменяющей существующие щитовые системы К Ш и автоматики, В статье /7/, например, целесообразность применения этой системы обоснована следующими факторами: 1) представление информации о состоянии технологического процесса надежнее, чем на щите; 2) система непрерывно вычисляет основной показатель нефтепродуктов: температуру

1. Исследование установок первичной переработки нефти как объекта управления показало, что они функционируют в усло виях неопределенности, которая имеет не столько стохастическую природу, сколько нечеткую, связанную со значительным объемом неформализуемой и трудноформализуемой информации. Возможность использования этой информации в процессе управления установкой ППН на основе теории нечетких множеств является важным резер вом повышения эффективности АСУ установками ПГШ.

2. Поставлена и решена задача идентификации нечеткой моде ли многомерных промышленных объектов на примере установки ППН. Полученное нечеткое отношение, связывающее векторы входных и выходных нечетких параметров установки ППН, позволяет описы вать объект управления с практически приемлемой точностью.3. Проведена оценка параметров динамических моделей уста новки ППН, структурно представляемой как объект с восемью вхо дами и пятью выходами. Результаты исследований показали, что установка ППН по всем каналам управления описывается разностны ми дифференциальными уравнениями высокого порядка с запаздываю щим аргументом, что предъявляет особые требования к системам автоматического регулирования режимных параметров.4. Предложенный алгоритм нечеткой оптимизации режима уста новки на базе разработанной модели с применением схемы Беллмана Заде обеспечивает более реализуемые в производственных условиях технологические режимы.5. Разработана структура, произведен параметрический син 100 -

тез многомерной инвариантной системы автоматического управле ния установкой ППН. Машинные эксперименты по моделированию системы подтвердили результаты идентификации математических моделей динамики объекта, а также правильность анализа и синтеза системы.6. Разработанные в диссертации нечеткие модели, алгоритм нечеткой оптимизации, микропроцессорная система непосредствен ного цифрового управления положены в основу АСУ установкой ЭЛОУ АВТ на НБНЗ им.Владимира Ильича. Анализ функционирования системы показал, что выход продукции увеличился на 0,8^, Экономический эффект от внедрения системы составил 370 тыс.рублей в год..

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС- М.:Политиздат, 1981,-223с.

2. Документация фирмы "Монсанто", "Петролеум паблишинг", "Мак-Деннел отомейшн компани", Филипп петролеум компани",- Перевод ГНТБ 7VI9869, 1974. 3 Кузьмин С Т Татаринцева P.M., Лазьян Ю.Й., 1оров Ю.М. АСУ Б нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности за рубежом.- М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1976.-с.29-32.

3. БагироБ И.Т., Нуриева З.Д. Современная укрупненная комбинированная установка Э О АВТ с вторичной перегонкой бензина.ЛУ М.: I970.-58C.

4. Кусовский Б,И., Дейнеко П С Бакан P.M. Разработка и внедрение оптимизации процесса первичной переработки нефти.- Механизация и автоматизация управления, 1970, №2, с.26-29.

5. Аузан Р.А., Мицкевич С В Соболев О,С Принципы построения системы автоматического управления установкой первичной переработки нефти.- Труды I Всесоюзного совещания по автоматизации нефтедобывающей и нефтехимической промышленности,- Баку, I97I, с.59-60.

6. Бойко В.Т., Минц Л.М., Склярский Э.И. и др. Опыт разработки и внедрения А У процессом первичной переработки нефти.С Автоматизация и контрольно-измерительные приборы,- М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1970, №3, с.5-8.

7. Дудников Е.Г., Левин Л.А. Промьшленные автоматизированные системы управления.- М.:Энергия, 1973.-193с.

8. Склярский Э.И,, Ррибакин Г.И., Ш б Л.М. Автоматизировани ная система централизованного контроля и управления "Нефть-1",М. .-Химия, 1977,-1б8с.

9. Козлов В,А. Экономико-математическая модель блока первичной переработки нефти. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов,- Автоматизация производственных процессов. Грозный, 1979, с,47-48,

10. Козлов В.А., Гусаков Л.В, Экономико-математическая модель установки АВТ. Тезисы 1У республиканской научно-технической конференции молодых ученых,- Вклад молодых ученых в совершенствование процессов нефтепереработки и нефтехимии. Грозный, 1977, с.68-70.

11. Эфендиев И.Р., Бадаев Р.С. Модели и алгоритмы многоуровневой оптимизации крупнотоннажной установки ЭЛОУ АВТ,- Изв, вузов СССР,- Нефть и газ, 1980, №3, с.77-81,

12. Копысицкий Т.И., Расулов С Р Сергеенкова Е.В. Исследование параметров регрессионных моделей процесса первичной переработки нефти.- Автоматизация и контрольно-измерительные приборы, 1982, №3, с.5-7.

13. Копысицкий Т.И., Расулов С Р Сергеенкова Е.Р. О применении статистических методов при моделировании процесса первичной переработки нефти.- Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1982, №1, с.52-57, 62.

14. Алиев Р.А., Островский Г.М., Брусиловский A.M., Юсифов Р.Ф. Задача оптимального управления комплексом первичной перера15. Юсифов Р.Ф. Стохастическая задача управления комплексом первичной переработки нефти. Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" (ММХ-4).- Ереван, 1982, с.162-163.

16. Страшко В.Т. Разработка и исследование методов синтеза систем управления комплексом технических звеньев в условиях неопределенности. Автореферат дисс.канд.техн.наук, Киев, 1976, 2бс.

17. Вижгородский Б.Н., Хохлов А.С., Цодиков Ю.М. Оптимизация распределения фракций нефти при первичной переработке.- Нефтепереработка и нефтехимия, I98I, №7, с.19-23.

18. Бакан Г.М., Вижгородский Б.Н., Овчинников Й.Х. О критерии оптимальности для процесса Ш Ш Труды семинара "Теория автоматического управления", Киев, ИК АН УССР, 1969, вып.З, с.З14.

19. Создания АСУ ТП ЭЛОУ АВТ-6 на НБНЗ им.Владимира Ильича (разработка и внедрение).- Технические задания 167/

21. Козлов В.А. Разработка математических моделей и алгоритмов оптимального распределения материальных потоков для предприятий с непрерывным характером производства. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук, Баку, 1983.-21 с.

22. Балаев Р.С. Разработка алгоритмов и программ информационной подсистемы АСУ ТП ЭЛОУ АВТ.- Азербайджанский химический журнал, 1980, И с.33-35.

23. Разработка и внедрение подсистем АСУТП на Киришском НПЗ.- Отчет ЛГИ по НИР, I977.-95 с.

24. Извеков Г.И., Нечаев В.Г., Клевцов М.В., Дудин Ю.М. Стабилизация в замкнутом контуре на УВМ М-6000 показателей качества нефтепродуктов, получаемых на установках первичной переработки нефти.- Автоматизация и контрольно-измерительные приборы, 1980, №5, с.16-19.

25. Вальков Б.М. Микроэлектронные управляющие вычислительные комплексы.-Л. :Ма111Иностроение, 1979.-199с.

26. Алекперов Ф.А., Муратов И.Х. Об одной задаче синтеза цифровых комбинированных систем.- Ученые записки, Баку, АзИНЕФТЕХЙМ, 1978, №5, с.79-83.

27. Демиденко А.П. Формализация оценки сачества с помощью расплывчатых алгоритмов классификации.- Адаптация в АСУ производством. Академия Наук Киргизской ССР, Институт автоматики.Фрунзе:Илим, 1982, с.63-67.

28. Алиев Р.А., Мамедова Г,А. Оптимизация управления процессом первичной переработки нефти с использованием нечетких множеств.-ИзБ.АН Азерб.ССР, сер.физ.-мат, и техн.наук, I98I, №4, с.95-103.

29. Острем К.Ю, Введение

30. Круг Е.К., Дилигенский С И Принципы построения одноканальных цифровых регуляторов.-М.:Советское радио, 1969.-224с,

31. Автоматизированные системы управления предприятиями (Методы создания). Справочное пособие /А.С.Гринберг, В.П.Колосков, Б.Михеев и др,-М.:Энергия, 1978,-224с.

32. Абдуллаев А.А., Алиев Р.А., Уланов Г.М. Принципы построения автоматизированных систем управления.-М,.Энергия, 1975,440с.

33. Глушко В.М. Введение

34. Алиев Р.А., Алекперов Ф.А., Муратов И.Х. Инвариантная цифровая система управления установкой первичной переработки нефти.-Изв.вузов. Нефть и газ, 1980, №8, с.83-88.

35. Белман Р.Е., Заде Л.А. Принятие решений в расплывчатых условиях.-В кн.? Вопросы анализа и процедуры принятия решений.М,:Мир, 1976, с.172-196. 44.. Заде, Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: Пер.с англ.-М.:Мир, 1976.-165с.

36. Заде Л.А. Основы нового подхода к анализу сложных

37. Алиев Р.А. Теоретические аспекты построения размытых систем управления.-Изв.вузов, Нефть и газ, I98I, №9, с.85-86.

39. Алиев Р.А., Абилов Ю.А., Панахов А.А., Эфендиев И.Р. Нелинейная оптимизация технологических процессов при нечетком их описании (на примере ЭЛОУ-АВТ).-Интегрированные системы управления и переработки информации. Тематический сборник научных трудов, Баку, с.3-10.

40. Борисов А.Н., Алексеев А.В. и др. Модели принятия ре- шений на основе лингвистической переменной.-Рига:Зинатне, 1982, с.124-130.

41. Юдин Д.Б. Математические методы управления в условиях неполной информации.-М.:Сов.радио, 1974.-400с.

42. Орловский А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.-М.:Наука, I98I, с.41-59.

43. Панахов А.А., Балаев Р.С. Нечеткое управление установкой первичной переработки нефти.-"Методы кибернетики в химии и химической технологии". П Всесоюзный семинар-совещание молодых ученых. Грозный, 1984. с.160.

44. Уланов Г.М., Алиев Р.А., Кривошеев В.П. Методы разработки интегрированных АСУ промышленными предприятиями.-М,: Энергоавтомиздат, 1983, с.264-267, 277-279.

45. Петров Б.Н., Уланов Г.М., Гольденблат И.И., Ульянов С В Теория моделей в процессах управления.-М.:Наука, 1978, с.81-85.

46. Ибрагимов И.А., Алиев Р.А. Диалоговая интегрированная автоматизированная система управления установкой ЭЛОУ АВТ.-Изв. вузов, Нефть и газ, I98I, №12, с.73-81, 1982, №1, с.63-69.

47. Шапиро Д.И. Принятие решений в системах организационного управления: Использование расплывчатых категорий.-М.:Энергоавтомиздат, 1983,-184с.

48. Бородюк В.П., Кузнецов В.Е. Эффективность обобщенного метода наименьших квадратов в задачах идентификации.-Автоматика и телемеханика, 1974, №7, с.18-23.

49. Ажогин В.В. Оценка коэффициентов алгоритма непосредственного цифрового управления химико-технологическими объектами и выбор периода квантования систем.-Изв.вузов. Приборстроение, 1978, T.2I, №9, с.29-34.

50. Панахов А.А. Автоматизированная система управления установкой ЭЛОУ АВТ.-Материалы республиканской научной конференции аспирантов. Академия наук Азербайджанской ССР.- Баку, 1982, с.174-179.

51. Панахов А.А. Применение теории нечетких множеств к решению задачи стохастического управления.-Тезисы докладов У республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджанской ССР.-Баку, 1982, с.222-223,

52. Инструкция по определению экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений.-М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1978.81с,

53. Vestly D*T. Process Control and Automab,1963,10*N3,p.101-104.

54. Ibounig K. Petrol.Rev.,1973,27,N0.324,p.471-476,

55. Boffard A* Rew.Assoc.Trans.Tech.Petrol.,1971,N0208,p.67-71. 65.M.Horaczek, A.Kaczmarczuk. Okreslenie opbymalnego rozdestylowania ropy naftowey mefcoda programawania сiniowego.,Nafta,1977, 33,N0.10,p.350-353. 66»Bull.Japan.Petrol.Jnst.,1975,17,N0.1,p.114-122. 67.011 and Gas J.,1966,69,N0.42,p.86.

56. Mayo E.Inst.Pefcrol.Rev.,1966,20,NO.234,p.369.

58. Bachr P.Canad.Petroleum,1971,12,N0.6,p.4950.

59. Farrar G.L. Oil and Gas J.,1972,70,N0.22,p.54-56. 72.011 and Gas J.,1975,73,N0.14,p.71-79,86-95.

60. Jain G.P.,Gaines L.D.,V/alnwrlght D.E.Computer control of crude towers.-Oil and Gas Journal,1979,77,NO.50,p.59-64. 74.iulund L.E. Louisiana refinery set fox unleaded ere.-Oil and Gas Journal,1980,78,NO.12,p.60-61. 75«Gomputer aided process control for successful refinery management. -International Petroleum Times,1981,85,N0.2136,p.24-25.

61. Carter L.A.,Rutherford D.A. A Heuristic Adaptive Controller for a Sinter Plant. IFAC Symp. on Automation in Mining,Met and Met Proccessing,Johannesburg.1976.

62. Jensen J.H.Application for Fuzzy-Logic Control,NO.1,Publ,NO. 7605*,Elec.Power Engng,Dept.Techn.Universlty of Denmark,DK 2800, Lengby,June,1976.

63. Carter J.A.,Hague M.J. Fuzzy Control ©f Raw Mix Permeability at a Sinter Plant.Proc.Fuzzy Workshoplonf.,QMC,London,1976.

64. Schenk R.,Scheurer H.G.Vergleich elnlger moderner Parameterschatzverfahren.-Regelungstechnik.1976,Bd.24,N1,p.11-19.

65. James P.,Souter P.,Dixon D.C.ApComparison of Parameter Ectlma-

66. Didier Dubois,Henri Prage Fuzzy Sets and Systems,Theory and Applications,1980,Academic Press, 387 pp.

67. Tong R.M.(1978)Synthesis of fuzzy models for and industrial process Some recent results.Int.I.Gen.Syst,4,13-162. 109-