Примеры производственного применения критериев эффективности (Глава 5 учебника "Планово-экономическое управление")

  5.  Примеры производственного применения критериев эффективности  

             5.1  Прогноз эффективности технологического процесса абсорбции

Фрагмент функциональной схемы стадии абсорбции-десорбции цианистого натрия показан на рисунке 5.1. Получение раствора цианистого натрия осуществляется методом абсорбции цианистого водорода раствором едкого натра в абсорберах 3 и 4, представляющих собой вертикальные аппараты с трубным пучком внутри.

Цианированные газы после стадии катализа, выходящие из генератора, распределяются в равных количествах на два потока и направляются в верхнюю часть абсорберов 3 и 4. Раствор едкого натра, подаваемый из хранилища 1 и 2, распределяется на два потока и смешивается с раствором цианистого натрия, который подается из сборника охлажденного цианида 7 представляющего собой вертикальную цилиндрическую емкость. В верхней части абсорберов 3 и 4 на каждой подводящей трубке установлены тефлоновые эжекторы, с помощью которых происходит эффективное смешение растворов едкого натра и цианистого натрия с цианированными газами. Далее реакционная смесь тонким слоем стекает по внутренней поверхности трубок абсорберов. В результате реакции, протекающей в пленочном слое, происходит получение водного раствора цианистого натрия. Его раствор, выходящий из абсорберов 3 и 4, во избежание разложения цианистого натрия подвергается резкому охлаждению. Для этого через гидравлические затворы раствор поступает в циркуляционный контур, где смешивается с поступающим после холодильника 5 охлажденным раствором цианистого натрия. Холодильник 5 представляет собой горизонтальный спиральный теплообменник, охлаждаемый водой. Полученный охлажденный раствор цианистого натрия самотеком поступает в сборник 7. На линиях выхода раствора цианистого натрия из абсорберов расположены пробоотборники для отбора раствора на анализ. Текущий показатель массовой доли свободного едкого натра в растворе цианистого натрия на выходе из абсорберов 3, 4 контролируется с помощью автоматических анализаторов.   Не абсорбировавшиеся газы из абсорберов 3 и 4 поступают в циклон 6, где происходит отделение жидкой фазы от газообразной, при этом жидкая фаза стекает в сборник 7, а остаточные газы направляются на стадию обработки отходов.

Анализ систем автоматического управления процессами абсорбции, а также метрологических характеристик технических средств автоматизации, применяемых в системах автоматического управления технологическими процессами, показал, что наиболее эффективно процессом управлять по степени насыщения абсорбента [4, 31]. Способ управления заключается в следующем (см. рис. 5.2) . Виртуальный прибор (блоки 2, 3, 4 на рисунке 5.2), по показаниям плотномеров, X₁(t), X₂(t) вычисляет текущее значение степени насыщения абсорбента,  и формирует задание,  регулятору (блок 4) на изменение расхода абсорбента на абсорбер исполнительным механизмом 5.

На рис. 5.2 показана схема реализации системы управления процессом абсорбции по степени насыщения абсорбента. Здесь 1 – абсорбер; 2 – система для измерения степени насыщения абсорбента; 3 – сумматор; 4 – регулятор; 5 - регулирующий клапан; 6 и 7 – датчики концентраций вещества в абсорбенте.

Для управления процессом абсорбции целесообразно использовать критерий качества протекания процесса – это степень насыщения абсорбента:

где X₁(t) - концентрация абсорбируемого вещества в абсорбенте на входе в абсорбер; X₂(t) - концентрация абсорбируемого вещества в абсорбенте на выходе из абсорбера; X₂* – значение равновесной концентрации абсорбируемого вещества в абсорбенте, получаемое по эталонной математической модели.

Априорно известно, что этот критерий имеет экстремум, дрейфующий в пространстве управляющих координат. Текущее положение экстремума рассчитать невозможно, так как дрейф критерия управления является нестационарным случайным процессом и, как правило, характеристики этого случайного процесса неизвестны. Однако можно количественно, с помощью метода наименьших квадратов, получить статистическую оценку знака и величины градиента. По знаку градиента можно принимать решение о направлении изменения управляющих координат при случайных перемещениях статической характеристики в пространстве управляющих координат. Составляющие вектора градиента могут являться рекомендациями по изменению управляющих воздействий в данной безмодельной  робастной системе и, позволяют следить за перемещениями статической характеристики (5.1) в пространстве управляющих координат. Для определения текущих значений таких критериев управления всегда требуется компенсация динамических характеристик объекта управления, а иногда и динамических свойств канала измерения.  Это необходимо для приведения входных и выходных переменных текущего состояния объекта управления к одному моменту времени измерения.  Полевой изменяемый прибор [30] для этой цели  реализует уравнение измерения, которое содержит динамические характеристики объекта управления в знаменателе,  и динамические характеристики измерительного прибора в числителе  [31]:

Здесь С₁(iT_S), C₂(iT_S)- соответственно, последовательности показаний плотномеров на входе и выходе абсорбера, Q(iT_S) – последовательность показаний прибора для измерения  расхода тощего абсорбента,  h₁₁ (jT) – последовательность весовых коэффициентов импульсной характеристика чувствительного элемента плотномера, h₂₁(jT_S) – последовательность весовых коэффициентов импульсной характеристики абсорбера по каналу управления, К₁, К₂ – настроечные  коэффициент плотномеров, К₃ – настроечный коэффициент эталонной модели объекта управления,   C_max – равновесная концентрация.