Способ управления непрерывной технологической линией преимущественно производства целлюлозы Советский патент 1996 года по МПК D21C3/00 G05D27/00 

D

00

2W/

316232434

наименьшим массным рассходом (U;), междуустановки, кроме установки с наименьшим

текущими и оптимальными Х массным расходом. 2 ил.

запасами. В зависимости от величины рассогласований управляют расходами в

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 ТВС01), 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 мес- то как правило, работает на пределе своих возможностей. Положение узкого места в технологической цепи может меняться. Например, в производстве сульфатной беленой целлюлозы Архангельского ЦБК узким 5 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. 0 Управление ТЛ из условия максимального выпуска продукции сводится к обеспечению максимально возможного времени бесперебойной работы узкого места путем стабилизации поступающего в 5 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 0 узким местом установок, главным образом, влияние их аварийных остановов, вызывающих переполнение или опустошение буферных емкостей и вынужденный останов узкого места. Переход к оптимальным 5 уровням запасов и их стабилизация осуществляется путем изменения массных расходов реагентов за исключением наименьшего массного расхода (в узком месте), который должен поддерживаться 0 постоянным.

Выбор оптимальных запасов, позволяющих свести к минимуму влияние установок, взаимосвязанных с узким местом, осуществляется из условия минимума фун- 5 кции потерь F.

Функция потерь формируется на основании данных о распределении вероятностей длительности безотказной работы и периодов восстановления после отказа ус- 0 тановок.

Способ осуществляют следующим образом. Рассмотрим реализацию способа на примере производства ацетатной целлюлозы. Измеряют текущие значения парамет- 5 ров: концентраций Qr (измерители 9, 10, 11, 12 и 13) и расходов Фч реагентов (датчики 6, 7 и 8), уровней Ц 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

N

U n Q п П Ке

ггг1 г

где г 1N;

N - число установок ТЛ;

Qr{n. Фг{п - текущие значения концентрации и расхода на входе в г установку в п 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 Хг, приведенные к выходу ТЛ. Для емкости, например, цилиндрической формы, запас определяется по формуле

N

X n S L п П Ке

гг гг1 г+1

где Sr - площадь поперечного сечения;

Lr{n - текущее значение уровня;

Qr{n - текущее значение концентраций в г емкости.

Значения текущих Щп массных расходов поступают в блок 21, в котором выполняются следующие операции. Текущие массные Ur расходы усредняют за период времени от начала смены, суток или от мо- мента последнего останова оборудования. Текущее среднее вычисляют по формуле

U п - О - U п

гП гП г

г 1N, п 2,...

n 1U 1 U 1

гг

и равной 2-5% для разных ТЛ), то полагают признак Рг - 0.

Значение признака Рг и величина UIMHH наименьшего массного расхода поступают в блок 22 расчета оптимальных запасов в буферных емкостях. Если Рг - 0. то в блоке 22 расчет не производится, и значения оп- тимапьных запасов сохраняются без изменения с момента последнего расчета до момента следующего расчета, когда признак Рг станет отличен от нуля.

В случае, когда Р, 0. производится расчет опимальных запасов в буферных емкостях следующим образом.

Расчет оптимальных Хв° запасов в блоке 22 для наименьшего массного расхода Ui, и Рг I производится из условия минимальных потерь (Рмим) в ТЛ (от вынужденных простоев оборудования при исчерпании резервов запасов в буферных емкостях).

Так, для ацетатного производства целлюлозы, функция (F) потерь имеет вид

Ј (Xrj

г 1

55

Пусть, например, узким местом явля-, ется отбельная установка 2 (I - 2). Тогда зз

F U2Eqr Е (Xrj

WM{Ti2(Xi2)r + Жт1з(Х1з) + (Х2з) +

+ ч.

(хз1)

(Хз2Ш

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 тонологиче времени бесперебойной работы узкого места, т. с. установки с минимальным массным расходом. Это достигается тем, что кроме определения массных расходов реагентов на входе в каждую установку Ur 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 Хс(п запасов в этих емкостях, фиксируют номер установки с наименьшим массным расходом (узкое место), определяют оптимальные запасы Хс реагентов в буферных емкостях в зависимости от наименьшего массного расхода- из условия минимума функции F потерь. Определяют рассогласование между текущими и ON N Ы N U

где , Щп-1 - усредненные значения массных расходов за п и п-1 интервалов контроля и управления.

Дискретность контроля для разных ТЛ обычно составляет At 0,5-15 мин, По истечении смены, суток или при останове оборудования отсчет п и соответственно операцию усреднения начинаю скачала.

Сравнивают между собой усредненные значения массных расходов и определяют наименьший массный расход

О п

Iг г

т.е. выявляют узкое место ТЛ.

Формируют признак Рг, значение кото- рого равно номеру той установки вТЛ, которая является узким местом : Рг I.

Если усредненные массные расходы согласованы между собой (с точностью, определяемой точностью изменения и расчетов

где qi, q2, Q3 удельные потери в установках (руб/т), qa 100 руб/т, а в других установках qi qa - 10 руб/т;

Щ гП) - математическое ожидание времени вынужденного простоя г установки по вине J;

КГ) - запасы между г и J установками.

Согласно определению математического ожидания непрерывной случайной величин тМакс uxrj

J

и

pj

J

т Пт )dr

rjrj rj

где TJ - максимальное время аварийного простоя j установки;

Л Xrj - резерв запасов в буферных емкостях на участке rj;

f(Trj) - плотность распределения вероятности Trj;

Pj - вероятность отказа j установки.

Случайная величина rrj длительности вынужденного останова г установки по вине аварийного выхода из строя J установки определяется случайной величиной Tj - длительностью восстановления J установки и резервом AXrj запасов в буферных емкостях на участке rj

rj

дх тLL.

J

и

Отношение AXrJ/Ui 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 Хг 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 Хв° оптимальных запасов величина наименьшего усредненного массного расхода Ui и значение признака Рг i поступают в блок 23, куда также поступают значения Щп текущих массных расходов (из блоков 16, 17 и 18) и запасов (из блоков 19, 20). В блоке 23 вычисляются текущие рассогласования

Хв°-Хе п, 1 1N-1

О -U п. г 1, .... N; г i

1 г

между оптимальными Хе° и текущими запасами ) и между наименьшим усредненным массным расходом Ui и текущими массными расходами Щп.

Величины рассогласований из блока 23, а также Рг I поступают в блок 24, где осуществляется расчет требуемых значений массных расходов на интервале At, опредеФормула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИЕЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Способ управления непрерывной технологической линией преимущественно производства целлюлозы в последовательно размещенных установках, связанныхбуфернымиемкостями, включающий определение массных расходов реагентов на входе в каждую усляемом дискретностью контроля и управления (Дх 0,5-15 мин). Тогда

(Х°-Х n)+b (О -U п) гггеег 1 г

Г 1п; Г |.

Из соотношения следует, что значение массного расхода в г установку в п+1 интервал управления рассчитывается , зависимости от величины рассогласования текущего и оптимального запасов и текущего и наименьшего массных расходов. Коэффициенты аг и Ьг подбираются (как настройки регулятора), чтобы обеспечить плавное изменение Щп.

Величина Щп представляет собой задание на поддержание массы расхода в г 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 г установку . U п+1

Ф п+1

г

г- 1, г 1.

N;

Q П Ке

п 1 г

Значения Фг{п+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 Ui - массном расходе узкого места, а запасы - на уровне Хг° - 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.

тановку, выделение наименьшего из этих расходов и регулирование расхо50 до в, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности технологической линии, дополнительно замеряют текущие значения концентрации реагентов на входе в буферные емкости и

55 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 э наименьшим массным расходом.

Время, V Фиг. 1

и значение наименьшего массного расхода с значениями текущих массных расходов и по полученным рассогласованиям изменяют расходы реагентов на входе в установки, кроме установки с