Технологические переключательные процессы непрерывного и дискретно-непрерывного производства

1-1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК ОБЪЕКТ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

По характеру протекания переключательные процес­сы относятся к непрерывным или дискретно-непрерыв­ным процессам [18] промышленного производства. Для краткости этот класс процессов будем называть и обо­значать П^П. Эти процессы широко распространены в энергетическом, металлургическом, химическом и дру­гих производствах. Характерной чертой рассматривае­мых процессов является то, что они полностью детерминированы, т. е. задана (описана) в явном виде логика их функционирования. Следовательно, задана и логика управления, определяющая оптимальную стратегию пе­реключения производственного оборудования при выпол­нении производственной задачи, для решения которой предназначен данный процесс. Выбор оптимальной стра­тегии переключений, основанной па анализе возможных ситуаций, возникающих в ходе использования оборудо­вания в разных режимах, первоначально формулируется в виде словесного предписания (т. е. в виде технических условий - технологического регламента). Обязательным требованием к этому технологическому предписанию является его непротиворечивость и полнота задания законов функционирования описываемого процесса типа П^П. Однако существование такого предписания является необходимым, но недостаточным для разработки средств логического управления, так как нужна и определенная степень формализации описания функционирования управляемого процесса. Таким образом, встает задача алгоритмизации [1, 3, 5] объектов логического управ­ления и только после решения задачи можно при- ступить к разработке средств логического управления.

Рассмотрим процесс алгоритмизации управления для процессов химического производства.

Типичными операциями переключения на предприятияx химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслей промышленности являются: пуск и остановка оборудования, переключение адсорберов на регенерацию адсорбента или переключение ректифика­ционных колонн па отбор различных фракций разделяе­мой смеси, переключение контактно-каталитических реакторов на регенерацию катализатора и т.п. Особую группу переключательных операций составляют операции при производстве нескольких видов продуктов пли продуктов в одном аппарате, когда изготавливается сначала первый вид продукции, затем оборудование переключается, начинается производство полупродуктов второго типа и т. д. Для микробиологической промыш­ленности наиболее типичной задачей, связанной с пере­ключательными операциями, является выбор оптималь­ного цикла работы аппарата периодического действия для медленно протекающих процессов (например, фер­ментации).

При решении задач управления и оптимизации хими­ческих, нефтехимических и микробиологических произ­водств оптимальное использование оборудования приходится сочетать с целым рядом операций переключения. Эти операции выполняются в соответствии с некоторой оптимальной стратегией переключений, которая форму­лируется в виде алгоритма управления.

Алгоритм управления должен предусматривать вы­полнение ряда условий, связанных с применением оборудования в различных технологических режимах (ре­жимы пуска и остановки аппаратов, режимы нормальной эксплуатации, аварийные режимы).

Сложность и емкость возникающих на практике задач управления, большой объем информации, которым нуж­но располагать при использовании управляющих систем, ставит инженеров перед необходимостью применения аппарата дискретной математики как средства решения задач алгоритмизации процессов переключения.

В качестве информации о процессе применяются сиг­налы двух уровней, условно обозначаемых символами 0 и 1. Два уровня сигнала соответствуют двум возможным состояниям параметра.

Такая форма представления информации о процессе отвечает специфике задач автоматического пуска и за­щиты оборудования, поскольку отработка управляющих воздействий в системах переключения производится при условии перехода объекта в новое состояние. Этот, переход фиксируется при достижении параметрами, ха­рактеризующими состояние объекта, некоторого устано­вившегося критического значения.

При пуске аппарата, например, из холодного состоя­ния для проведения последующей операции необходимо достигнуть заданной степени прогрева. При этом выход контролируемой температуры на уровень принятой уставки можно рассматривать как переход аппарата из некоторого состояния, обозначенного символом 0, в дру­гое состояние, обозначаемое символом 1. Первому со­стоянию соответствовало текущее значение температуры t^о_тек< t^о_зад: для второго состояния выполняется условие t^о_тек ≥ t^о_зад.

В приведенном примере рассмотрены лишь два воз­можных состояния аппарата, поскольку для характерис­тики объекта использовался только один параметр. В общем случае состояние объекта в каждый момент времени характеризуется совокупностью дискретных (0 или 1) значений достаточно большого числа парамет­ров и может быть представлено таблицей состояний.

Каждая строка этой таблицы соответствует одному из возможных состояний объекта, для оценки свойств которого используется N параметров. В каждой строке фиксируется один из возможных наборов значений входных параметров х₁, х₂,..., x_N и соответствующие им значения выходного параметра. В общем случае за­дача алгоритмизации процесса переключений сводится к отысканию функций вида

обеспечивающих выполнение заданных логических со­отношений между совокупностью значений входных параметров х₁, х₂,..., x_N и управляющих (выходных) параметров y₁, у₂,...y_M.