Способ управления непрерывной технологической линией преимущественно производства целлюлозы

 

Изобретение относится к способам управления непрерывным процессом производства целлюлозы в последовательных установках 1, 2 и 3, связанных буферными емкостями 4 и 5. Цель изобретения - повышение производительности технологической линии при максимально возможном времени бесперебойной работы "узкого места", т. е. установки с минимальным массным расходом. Это достигается тем, что кроме определения массных расходов реагентов на входе в каждую установку U_r и выделения наименьшего из них и дополнительно замеряют текущие значения концентрации реагентов (измерители 12 и 13) на входе в буферные емкости и текущие значения уровней (датчики 14 и 15) в буферных емкостях, по которым находят текущие значения X_е[n] запасов в этих емкостях, фиксируют номер P_r=i установки с наименьшим массным расходом ("узкое место"), определяют оптимальные запасы X^°_e реагентов в буферных емкостях в зависимости от наименьшего массного расхода- из условия минимума функции F потерь. Определяют рассогласование между текущими U_r[n] и наименьшим массным рассходом (U;), между текущими X_е[n] и оптимальными X^°_e запасами. В зависимости от величины рассогласований управляют расходами в установки, кроме установки с наименьшим массным расходом. 2 ил.

Изобретение относится к способам управления непрерывным процессом производства целлюлозы в последовательных установках, связанных буферными емкостями, и может найти применение в автоматизированных системах управления технологическим процессом, а также в автоматизированных системах управления производством. Цель изобретения повышение производительности технологической линии за счет ликвидации возможности полного расхода продукта в буферных емкостях при работе всех установок. На фиг.1 представлена блок-схема системы, реализующей способ управления непрерывной технологической линией производства целлюлозы; на фиг.2 графики изменения массных расходов реагентов и запасов в буферных емкостях в зависимости от места в технологической линии установки с наименьшим массным расходом ("узкое место" отбельная установка), где кривая "а" изменение массного расхода в варочно-промывную установку; кривая "б" изменение массного расхода в отбельную установку; кривая "в" изменение массного расхода в сушильную установку; кривая "г" изменение запасов в первой буферной емкости; кривая "д" изменение запасов во второй буферной емкости. Объект управления содержит последовательно расположенные установки технологической линии производства целлюлозы; варочно-промывную 1, отбельную 2 и сушильную 3 (число установок может быть любым 11), между которыми находятся буферные емкости 4 и 5. Система управления содержит датчики 6, 7 и 8 расхода реагентов, измерители концентрации 9-13 реагентов в потоках и в буферных емкостях, датчики 14, 15 уровня запасов в буферных емкостях (типа УБ-П), блоки 16, 17 и 18 расчета массных расходов, блоки 19 и 20 расчета запасов в буферных емкостях, блок 21 определения наименьшего массного расхода, блок 22 расчета оптимальных запасов в буферных емкостях, блок 23 определения рассогласования между оптимальными и текущими запасами в буферных емкостях и текущими и наименьшим массными расходами, блок 24 расчета изменения массных расходов (блоки 16-24 могут быть реализованы на ЭВМ тип СМ2М и ТВСО1), регуляторы 25-27 расходов реагентов, исполнительные устройства 28-30. В основу способа заложены следующие положения. Производственный опыт показывает, что выпуск продукции в технологической линии лимитируется наименее производительной установкой ("узким местом"). "Узкому месту" соответствует наименьший массный расход реагента. Любое вынужденное снижение массного расхода в "узком месте" или его вынужденный останов по вине взаимосвязанных с "узким местом" установок приводит к невосполнимым потерям продукции, ибо, как показывает производственная статистика, "узкое место" как правило, работает на пределе своих возможностей. Положение "узкого места" в технологической цепи может меняться. Например, в производстве сульфатной беленой целлюлозы Архангельского ЦБК "узким местом" попеременно бывает каждая из установок (см.фиг.1), причем временной интервал изменения положения "узкого места" в технологической линии (ТЛ) колеблется от 1-2 смен до нескольких суток. Управление ТЛ из условия максимального выпуска продукции сводится к обеспечению максимально возможного времени бесперебойной работы "узкого места" путем стабилизации поступающего в "узкое место" массного расхода и выбора таких оптимальных уровней запасов в буферах емкостях с учетом положения "узкого места" в технологической цепи, чтобы свести к минимуму влияние взаимосвязанных с "узким местом" установок, главным образом, влияние их аварийных остановов, вызывающих переполнение или опустошение буферных емкостей и вынужденный останов "узкого места". Переход к оптимальным уровням запасов и их стабилизация осуществляется путем изменения массных расходов реагентов за исключением наименьшего массного расхода (в "узком месте"), который должен поддерживаться постоянным. Выбор оптимальных запасов, позволяющих свести к минимуму влияние установок, взаимосвязанных с "узким местом", осуществляется из условия минимума функции потерь F. Функция потерь формируется на основании данных о распределении вероятностей длительности безотказной работы и периодов восстановления после отказа установок. Способ осуществляют следующим образом. Рассмотрим реализацию способа на примере производства ацетатной целлюлозы. Измеряют текущие значения параметров: концентраций Q_r (измерители 9, 10, 11, 12 и 13) и расходов Ф_ч реагентов (датчики 6, 7 и 8), уровней L_r в буферных емкостях (датчики 14 и 15). По измеренным значениям концентраций (9, 10 и 11) и расходов (6, 7 и 8) определяют в блоках 16, 17 и 18 массные текущие расходы реагентов, приведенные к выходу технологической линии U_r[n] Q_r[n]Ф_r[n] Ke, где r 1,N; N число установок ТЛ; Q_r[n] Ф_r[n] текущие значения концентрации и расхода на входе в r установку в n момент контроля; Ке коэффициент передачи I установки. По измеренным значениям концентрации (12 и 13) и уровней (14 и 15) определяют в блоках 19 и 20 текущие запасы реагентов Х_r, приведенные к выходу ТЛ. Для емкости, например, цилиндрической формы, запас определяется по формуле X_r[n] n]Ke, где S_r площадь поперечного сечения; L_r[n] текущее значение уровня; Q_r[n] текущее значение концентраций в r емкости. Значения текущих U_r[n] массных расходов поступают в блок 21, в котором выполняются следующие операции. Текущие массные U_r расходы усредняют за период времени от начала смены, суток или от момента последнего останова оборудования. Текущее среднее вычисляют по формуле [n] [n-1]+ U_r[n] r 1,N, n 2,
n 1[1] U_r[1] где [n] [n-1] усредненные значения массных расходов за n и n-1 интервалов контроля и управления. Дискретность контроля для разных ТЛ обычно составляет Δ t 0,5-15 мин. По истечении смены, суток или при останове оборудования отсчет n и соответственно операцию усреднения начинают сначала. Сравнивают между собой усредненные значения массных расходов и определяют наименьший массный расход
[n] мн{[n] т.е. выявляют "узкое место" ТЛ. Формируют признак P_r, значение которого равно номеру той установки в ТЛ, которая является "узким местом": P_r i. Если усредненные массные расходы согласованы между собой (с точностью, определяемой точностью изменения и расчетов и равной 2-5% для разных ТЛ), то полагают признак P_r 0. Значение признака P_r и величина U_iмин наименьшего массного расхода поступают в блок 22 расчета оптимальных запасов в буферных емкостях. Если P_r 0, то в блоке 22 расчет не производится, и значения оптимальных запасов сохраняются без изменения с момента последнего расчета до момента следующего расчета, когда признак P_r станет отличен от нуля. В случае, когда P_r ≠ 0, производится расчет опимальных запасов в буферных емкостях следующим образом. Расчет оптимальных Х_е^о запасов в блоке 22 для наименьшего массного расхода ; и P_r i производится из условия минимальных потерь (F_мин) в ТЛ (от вынужденных простоев оборудования при исчерпании резервов запасов в буферных емкостях). Так, для ацетатного производства целлюлозы, функция (F) потерь имеет вид
F Uq_r M{τ_rj(X_rj)}
Пусть, например, "узким местом" является отбельная установка 2 (i 2). Тогда
M[ где q₁, q₂, q₃ удельные потери в установках (руб/т), q₂ 100 руб/т, а в других установках q₁ q₃ 10 руб/т;
М{ τ_nj} математическое ожидание времени вынужденного простоя r установки по вине j;
Х_rj запасы между r и j установками. Согласно определению математического ожидания непрерывной случайной величины
M{ τ_rj} P_j τ_rj·f(τ_rj)dτ_rj где Т_j^макс максимальное время аварийного простоя j установки;
Δ X_rj резерв запасов в буферных емкостях на участке r_j;
f(τ_rj) плотность распределения вероятности τ_rj;
P_j вероятность отказа j установки. Случайная величина τ_rj длительности вынужденного останова r установки по вине аварийного выхода из строя j установки определяется случайной величиной T_j длительностью восстановления j установки и резервом Δ Х_rj запасов в буферных емкостях на участке rj
τ_rj= T_j-
Отношение Δ X_rj/ определяет время исчерпания резервов на участке rj при аварийном останове j установки, определенных запасах в буферных емкостях и при условии, что все работоспособные установки работают согласованно с "узким местом". Для отыскания значений X_r оптимальных запасов из условия минимума функции потерь F используются численные методы прямого поиска, преимущественно методы нулевого порядка. Так, для отыскания минимума функции потерь F ацетатного производства целлюлозы используется метод покоординатного спуска. Из блока 22 значения Х_е^о оптимальных запасов величина наименьшего усредненного массного расхода и значение признака P_r i поступают в блок 23, куда также поступают значения U_r[n] текущих массных расходов (из блоков 16, 17 и 18) и запасов (из блоков 19, 20). В блоке 23 вычисляются текущие рассогласования
Х_е^о Х_е[n] l 1,N-1
-U_r[n] r 1, N; r ≠ i
между оптимальными X_e^o и текущими запасами Х_е[n] и между наименьшим усредненным массным расходом и текущими массными расходами U_r[n]
Величины рассогласований из блока 23, а также P_r i поступают в блок 24, где осуществляется расчет требуемых значений массных расходов на интервале Δ t, определяемом дискретностью контроля и управления (Δ t ≈ 0,5-15 мин). Тогда U_r[n+1] U_r[n]+a_r(X^o_e-X_e[n])+b_r(-U_r[n])
r 1,n; r ≠ i. Из соотношения следует, что значение массного расхода в r установку в n+1 интервал управления рассчитывается в зависимости от величины рассогласования текущего и оптимального запасов и текущего и наименьшего массных расходов. Коэффициенты a_r и b_r подбираются (как настройки регулятора), чтобы обеспечить плавное изменение U_r[n]
Величина U_r[n] представляет собой задание на поддержание массы расхода в r установку. Так как регулирование массного расхода осуществляется на практике путем изменения объемного расхода реагента (при стабилизации концентрации реагента на одном и том же уровне), то в блоке 24 осуществляется пересчет от массного расхода, приведенного к выходу ТЛ к объемному расходу в r установку
Ф_r[n+1]
r 1, N;
r ≠ i. Значения Ф_r[n+1] с блока 24 поступают на задатчики регуляторов (блоки 25, 26, 27) расходов реагентов, которые формируют управляющие сигналы на исполнительные устройства 28, 29 и 30. Массные расходы стабилизируются на уровне U_i массном расходе "узкого места", а запасы на уровне Х_r^o оптимальных запасов, определяемых из условия минимума функции потерь F. В этом режиме система работает до тех пор, пока не изменится производительность или номер "узкого места", или не произойдет отказ какой-либо установки.

Формула изобретения

Способ управления непрерывной технологической линией преимущественно производства целлюлозы в последовательно размещенных установках, связанных буферными емкостями, включающий определение массных расходов реагентов на входе в каждую установку, выделение наименьшего из этих расходов и регулирование расходов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности технологической линии, дополнительно замеряют текущие значения концентрации реагентов на входе в буферные емкости и текущие значения уровней реагента в буферных емкостях, по которым определяют текущие значения запасов реагентов в этих емкостях, фиксируют номер установки с наименьшим массным расходом в технологической линии, в соответствии с которыми определяют оптимальные величины запасов реагентов в буферных емкостях, после чего сравнивают величины оптимальных запасов с величинами текущих значений запасов и значение наименьшего массного расхода с значениями текущих массных расходов и по полученным рассогласованиям изменяют расходы реагентов на входе в установки, кроме установки с наименьшим массным расходом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---