Задачи и алгоритмы оптимального автоматизированного режимами пуска и остановка объекта. Состояния (режимы работы) технологического объекта и постановка задач управления ими

При разработке функциональной структуры АСУ ТП необходи­мо учитывать все режимы работы ТОУ. При этом АСУ ТП может на­ходиться в следующих состояниях: нормальной эксплуатации; го­рячего резерва; ремонта; пуска; останова (Рисунок 13.6).

Разрабатываемая система управления должна эффективно ра­ботать во всех состояниях. Исключение составляет ремонт, управ­ление которым не входит в сферу задач управления технологичес­ким объектом. Состояние нормальной эксплуатации и возникающие при этом задачи управления будут рассмотрены ниже, тради­ционно они более изучены. Частным случаем с точки зрения задач автоматизации является состояние горячего резерва. Поэто­му задачи автоматизации горячего резерва не будут рассматри­ваться самостоятельно, а совместно с режимом нормальной эксплуатации.

Рисунок 13.6 - Блок-схема взаимосвязей состояний ТОУ

Состояния пуска и останова ТОУ отличаются не только доста­точной сложностью, но и разнообразием. Обычно они недостаточ­но автоматизированы. Будем различать следующие виды остано­вов: полный; нормальный; аварийный.

Полный останов переводит ТОУ в состояние ремонта (часто капитального) и осуществляется в плановом порядке, например один раз в год. Автоматизация этого вида останова является эконо­мически целесообразной.

Нормальныйостанов переводит установку в состояние го­рячего резерва и может выполняться многократно за время про­бега ТОУ. Причинами нормального останова могут быть:

· прекращение подачи сырья;

· временное прекращение приема готовой продукции;

· отказ периферийного технологического оборудования, т. е. того, для восстановления которого не требуется полный останов объекта.

Анализ показывает, что для современных мощных установок экономичес­кая целесообразность автоматизации нормально­го останова должна рассматриваться в обязательном порядке.

Аварийный останов переводит объект на короткое время в состояние горячего резерва, за которым может следовать оста­нов на внеплановый ремонт. Причинами аварийного останова могут быть:

· прекращение подачи электроэнергии, оборотной воды или прекращение подачи греющего агента;

· длительное падение давления в системе воздуха КИП и А;

· выход из строя основного технологического оборудования.

Перед разработчиками систем стоит вопрос об экономически целесообразном уровне надежности, поскольку ущерб от аварии на современной крупнотоннажной установке может достигать мил­лионы рублей.

Если отдельные режимы останова автоматизированы достаточ­но полно (например, аварийная защита), то перевод ТОУ в состояние пуска для многих объектов автоматизирован недостаточно, несмотря на на­личие всех необходимых экономических предпосылок. Такое положение во многом обусловлено значительной сложностью алгоритмов, реализующих эту операцию. Будем различать следующие виды пусковых операций:

· плановый пуск;

· пуски из состояния горячего резерва;

· пуск после аварийного останова.

В свою очередь каждая пусковая операция может описывать­ся группой различных по своей сложности алгоритмов. Исследова­ния показывают, что практически для всех объектов экономически целесообразно автоматизировать все виды пусковых опе­раций, включая и плановый пуск.

Программные и логические операции дискретного управления. Программные и логические операции дискретного управления рассмотрим на примере газофракционирующей установки (ЦГФУ) на Нижнекамском нефтехимическом комбинате.

Блок-схема взаимодействия задач программно-логического управления для этой установки приведена на рисунке 13.7.

Рисунок 13.7 - Блок-схема взаимодействия задач логико-программного

управления: ГР - горячий резерв; ПГР - пусковой горячий резерв

Как видно из этого рисунка в блок-схеме, в отличие от приведенной на рисунке 13.6, введено состояние пускового горячего резерва (ПГР).

Для ПГР характерна работ колонных аппаратов на себя (пе­рекрывается подача сырья и отбор кубового продукта и дистиллята). Подача греющего агента и охлаждающей воды сохраняется.

Преимущества введения такой стадии мы покажем при рассмотре­нии алгоритмов управления. Как и для режима горячего резерва, стадию ПГР будем считать (с точки зрения автоматизации) частным случаем режима нормальной эксплуатации.

Коды функциональных задач, определяемых блок-схемой (рисунок 13.7), приведены в таблице 13.7.

Таблица 13.7

Функциональные задачи ПЛУ

Все задачи перевода ЦГФУ в состояние пускового горячего резерва (ПГР) различаются друг от друга только заданием начальных усло­вий, характеризующих режим, предшествующий состоянию ПГР, и сводятся к задачам последовательного пуска отдельных колонн.

Рассмотрим постановку задачи перевода ректификационной колонны в состояние ПГР.

Динамическая модель l -той ректификационной колонны описывается уравнением

X = f (Х, U), (13.15)

где Х= (x₁, x₂, …, x_n) - n - мерный вектор фазовых координат про­цесса; U=(u₁, u₂,..., u_r)-r - мерный вектор управляющих воздействий; f(X, U) -вектор-функция процесса.

Начальное состояние характеризуется вектором

X(t₀) = X₀, (13.16)

который будет различным для состояний полного останова (зада­ча Y20407), горячего резерва (задача У20404) и аварий­ного останова (задача У20406).

Считаются заданными следующие режимные параметры: со­став сырья X_F; минимальный и максимальный расходы пара и сырья V_min, V_max, F_min , F_мах соответственно.

Состояние ПГР определяется составом верхнего и нижнего продуктов по целевому компоненту j, расходом дистиллята D и кубового продукта W:

Х_Dj=Х_Djз, Х_Wj=Х_Wjз, D=0, W=0. (13.17)

Составляющими вектора управлений при пуске l -той колонны будут расходы сырья F(t) и пара V(t).

Необходимо перевести систему (13.15) из начального состоя­ния (13.16) в конечное за заданное (или минимальное) время t_k.

Система управления пуском колонны должна минимизировать квадрат отклонения фазовых координат процесса X_D и X_w от за· данных значений Х_DЗ и Х_wз, в конечный момент времени управле­ния t_k. Критерий управления в матричной форме записывается в виде:

, (13.18)

где X_k - составляющие вектора состояний, соответствующие ко­нечному моменту времени t_k; x_k3 - заданное значение вектора состояния; Т - знак транспонирования; А - матрица весовых коэффициентов.