Этапы создания АРС-системы

Висбрекинг является процессом глубокой переработки высоковязких нефтяных остатков. Его проведение связано с большими энергетическими затратами, уменьшение которых является актуальной задачей. Другой не менее важной задачей является увеличение производительности процесса. В рамках предлагаемой стратегии эти задачи решаются вместе так, что предлагаемая методика оперативного управления охватывает все указанные аспекты оптимизации.

В работе исследуется возможность оптимального оперативного управления в рамках известного подхода усовершенствованного управления технологическими процессами (Advanced Process Control – APC) [51].

Предполагается наличие экспериментальной информации для действующего процесса висбрекинга и основных технологических переменных. Оптимизация осуществляется на основе того, что нормальный режим не является единственным. Он протекает при изменении измеряемых переменных в определенных заданных интервалах, которые известны из опыта предыдущей эксплуатации.

Поэтому появляется возможность из множества траекторий выбрать оптимальную в определенном смысле траекторию движения. В качестве критерия оптимальности может быть уменьшение себестоимости продукта, которое происходит за счет экономии энергетических и материальных затрат, а также за счет увеличения производительности.

Предлагаемая методика применима к технологическому процессу висбрекинга как при наличии локальной автоматики для стабилизации некоторых переменных, так и без нее. Моделирование процесса осуществляется для формирования ограничений типа равенства в задаче оптимального управления и осуществляется при помощи декомпозиции процесса по функциональному признаку. Чем большее количество частных моделей удается рассмотреть исходя из предоставленной экспериментальной информации, тем более адекватной является модель и тем более достоверны результаты имитации оптимального управления. Ограничения типа неравенства для переменных получаются автоматически из предыдущего опыта нормального режима эксплуатации.

При этом количество представленной информации для решения задачи может быть различным и не зависит от разработчика системы. Методика должна обеспечивать эффективность управления в любой ситуации, но сам эффект, конечно, зависит от количества и качества экспериментальной информации.

В качестве моделей используются линейные статистические регрессионные модели с переменными коэффициентами, которые рекуррентно настраиваются в режиме текущего времени. Критерий оптимальности принят в виде линейной формы. Это позволяет на каждом шаге управления решать задачу линейного программирования, что упрощает систему.

Особенностью представленных экспериментальных данных процесса висбрекинга является очень узкий диапазон изменения переменных, за исключением одного выброса достаточно большой величины по всем переменным в середине выборки, который выходит за рамки нормального режима. Также наблюдается статистическое однообразие изменения переменных, характерное вообще для нормального режима любого технологического процесса, что затрудняет моделирование.

Еще одна трудность возникает из-за недостатка независимых управлений в представленной выборке переменных, что не позволяет обеспечить условия существования оптимального решения при заданных ограничениях.

Перечисленные особенности интересны в теоретическом отношении, а решение задачи оптимального управления при значительных объемах производства позволяет получить экономический эффект. Это делает задачу актуальной.

Структура интегрированной системы управления процессом висбрекинга представлена на рисунке 3.1. Система состоит из модулей РСУ и БД РВ. Модуль РСУ включает систему сбора данных и управления (ССДиУ), котроллер ( ПЛК) и диспетчерскую рабочую станцую.

Модуль БД РВ включает виртуальные анализаторы выходных переменных ( температура верхней и нижней части ФК, расход тяжёлого газойля и др.), модель ФК, модули расчета целевой функции и оптимизации.

Система APC (Advanced process control) – система усовершенствованного управления процессом представляет собой оптимальную систему управления на основе прогнозирующей модели процесса. Это совокупность современных технологий в области автоматизации, позволяющих получать экономический эффект от внедрения современных цифровых систем управления за счет максимального использования их технических возможностей при сравнительно небольших вложениях [81].