151 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/49345
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Комп'ютерно-інтегрована технологія вторинної конденсації виробництва аміаку в умовах невизначеності(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Кравченко, Яна ОлегівнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Комп’ютерно-інтегрована технологія – це управління технологічними процесами або організаційно-технічними комплексами з використанням комп’ютерної та мікропроцесорної техніки. Як правило комп’ютерно-інтегрована технологія використовується для складних технологічних систем, якою і є виробництво аміаку взагалі і зокрема вторинна конденсація. Об’єктом дослідження є процес управління теплообмінними і гідромеханічними системами вилучення продукційного аміаку, які відбуваються у технологічному комплексі вторинної конденсації агрегатів синтезу. Предметом дослідження є комп’ютерно-інтегрована технологія комплексу вторинної конденсації в умовах невизначеності, зокрема математичні моделі, методи та алгоритми ідентифікації, системи програмного керування технологічним комплексом. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення економічної ефективності виробництва аміаку шляхом створення оптимальної структури та комп’ютерно-інтегрованої системи програмного керування технологічного комплексу вторинної конденсації з урахуванням його поведінки, який функціонує в умовах невизначеності. Вирішення здійснене за допомогою сучасних положень системного підходу, теорії ймовірності, багатомірного статистичного аналізу, теорії ідентифікації, математичного моделювання та автоматизованого управління. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд особливостей апаратурно-технологічного оформлення та умов функціонування технологічного комплексу вторинної конденсації з визначенням критерію економічної ефективності, який враховує такі статті витрат як електроенергія і природний газ. Аналізом цього критерію доведена необхідність розв’язання задачі підвищення економічності виробництва аміаку з використанням системного підходу, а саме за рахунок створення оптимальної структури та мінімізації температурного режиму випарника технологічного комплексу вторинної конденсації. За результатами аналізу випарників як об’єктів управління встановлені координати векторів зовнішніх збурень, керувань, стану та визначена загальна технічна структура системи управління. Проведено огляд невизначеностей стосовно комплексу вторинної конденсації, обґрунтовано вибір моделі щодо чисельної оцінки параметричної невизначеності гідромеханічних та теплообмінних процесів. Проведений огляд дозволив обрати напрямки досліджень та поставити задачі дисертаційної роботи. У другому розділі наведені інформаційна система отримання експериментальних даних та методика досліджень комплексу вторинної конденсації в промислових умовах. Розроблені математичне та алгоритмічне забезпечення для формування інформаційного масиву ідентифікатора системи управління та отримані дані щодо проектних та фактичних показників невизначеностей, що характеризують ефективність гідромеханічних та теплообмінних процесів. Виконано дисперсійний та регресійний аналіз з перевірки статистичних гіпотез щодо стаціонарності, відтворюваності та нормальності закону розподілу та здійснена формалізація стохастичних моделей невизначеностей. Шляхом математичного моделювання конденсаційної колони проведена апробація моделей на їх адекватність та визначена оптимальна структура технологічного комплексу вторинної конденсації. Доведена економічність цієї структури у порівнянні з існуючою. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових та практичних результатів: − показані можливості створення алгоритмічної бази формування інформаційних масивів ідентифікаторів систем управління складних металоємних промислових технологічних об’єктів з надмірною інерційністю; − вперше на підставі розробленого алгоритму розрахунку невизначеності температури вторинної конденсації-сепарації створена математична модель конденсаційної колони, яка на відміну від відомих аналогів враховує процеси конденсації і випаровування рідкого аміаку відповідно у прямому та зворотному потоках циркуляційного газу; − отримала розвиток теорія закономірностей впливу процесу конденсації у газових сумішах на ефективність процесу теплообміну за наявності інертів та надмірно високого тиску; − отримали подальший розвиток підходи до побудови математичних моделей в умовах алгоритмічної та параметричної невизначеностей та формалізації задач структурної оптимізації складних технологічних комплексів обмежуючись стаціонарністю; − створена та запатентована оптимальна структура технологічного комплексу вторинної конденсації виробництв аміаку підвищеної енергоефективності. В третьому розділі представлені результати досліджень щодо чисельної оцінки невизначеностей показників ефективності процесу теплообміну у випарниках комплексу вторинної конденсації. Сформульована задача та наведені результати досліджень впливу керуючої дії витрати флегми на ефективність теплообмінних процесів випарника, а отже і на його температурний режим. Створені математичні та комп’ютерні моделі мінімізації температурного режиму випарника. Здійснено синтез автоматичної системи регулювання процесом дренування флегми з визначенням критерію якості регулювання, структури, алгоритму та параметрів налаштування регулятора. Дослідження щодо розділу дозволили одержати наступні результати: − вперше за результатами експериментальних досліджень встановлений взаємозв’язок невизначеностей конденсаційного термічного опору в апаратах технологічного комплексу і концентрації аміаку у циркуляційному газі на їх входах; − отримані з використанням стохастичного підходу рівняння для чисельної оцінки взаємопов’язаних невизначеностей довели можливість їх застосування для математичного моделювання технологічного комплексу; − подальший розвиток отримали дослідження щодо залежності температурного режиму охолодження циркуляційного газу у випарниках, і зокрема енергоефективності виробництва аміаку, від керуючої дії витрати флегми, зміна величини екстремуму якої в умовах дії зовнішніх збурень обумовлена за певного температурного напору критичним режимом бульбашкового кипіння холодоагенту; − доведена можливість застосування ПІ регулятора з предиктором Сміта для такого об’єкта з великим транспортним запізненням як трубопровід з встановленими на ньому виконавчим пристроєм і витратоміром для визначення витрати флегми із забезпеченням досить незначної статичної похибки регулювання в досить низькому діапазоні змін постійної часу об’єкта; − розроблено та запатентовано спосіб оптимального управління процесом дренування флегми з випарників комплексу вторинної конденсації. Четвертий розділ присвячений розробці функціональної структури, алгоритмів оперативної корекції технологічних режимів комплексу вторинної конденсації, застосуванню апаратно-програмного забезпечення та результатам впровадження. Розглянута функціональна структура у складі ідентифікатора з математичною моделлю, обчислювача оптимального управління і регуляторів витрати основного і допоміжних. Наведено алгоритм формування уставок допоміжних регуляторів підсистемою корекції (підтримки прийняття рішень) в режимі супервізорного управління. Представлено апаратно-програмне забезпечення, реалізоване на базі SCADA-системи ZENON та наведено результати техніко-економічної ефективності від впровадження. За результатами досліджень представлених у цьому розділі отримані наступні результати: − розроблена функціональна схема комп’ютерно-інтегрованої технології комплексу вторинної конденсації з ідентифікатором, обчислювачем оптимального управління для основного контуру витрати флегми і допоміжних контурів регулювання витрати для корекції уставок, а також програмне забезпечення ідентифікаторів з обчислювачем та блок людино-машинного інтерфейсу; − розроблено алгоритм та програмне забезпечення підсистеми підтримки прийняття рішень для обчислення уставок допоміжних регуляторів витрати холодоагенту у високотемпературний випарник, моноетаноламінового розчину до парогенератора пароежекторної холодильної установки; − реалізована технологія управління на базі SCADA-системи ZENON для ведення бази даних реального часу з технологічною інформацією та передача даних на збереження і обробку в сторонні бази даних і програми; − розроблено структурно-логічну схему існуючої системи управління із запропонованою підсистемою корекції, практична реалізація рішень у якій здійснюється додатковим апаратно-програмним забезпеченням на базі програмованого логічного контролера VIPA та SCADA-системи Zenon. Інтеграція нових технічних рішень щодо системи управління реалізована за допомогою ОРС-технології; − розроблено мнемосхему для людино-машинного інтерфейсу, що забезпечує оператору технологічного комплексу можливість відслідковувати технологічні параметри існуючої системи керування та здійснювати безпосередній вплив через підсистему корекції; − виконані розрахунки очікуваної техніко-економічної ефективності від впровадження результатів досліджень та створеної комп’ютерно-інтегрованої технології комплексу вторинної конденсації для діючих в Україні типових агрегатів синтезу аміаку серії АМ-1360.