Автореферат Габбасовой

УДК 681.51:621.926                                                        На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

ГАББАСОВА ЖАННА ДУЙСЕМБАЕВНА

 

 

 

 

 

 

Разработка и исследование системы управления процессом нефтепереработки в условиях неопределенности

 

 

 

 

Специальность 05.13.06 -Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

 

 

 

 

 

 

Автореферат

 

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2007

 

    Работа выполнена в Алматинском институте энергетики и связи

    Министерства образования и науки Республики Казахстан

 

 

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, профессор                                 Хисаров Б.Д.

 

 

Официальные оппоненты:

 

-доктор технических наук, профессор                                     Утепбергенов И.Т.

-кандидат технических наук, профессор                                 Хасенова Г.И.

 

 

 

 

 

Ведущая организация: Казахстанско-Британский Технический Университет

 

 

 

 

Защита состоится «28» июня 2007 года  в  «14.30» часов на заседании диссертационного совета ОД 14.13.03 при Казахском национальном техническом университете имени К.И.Сатпаева по адресу: 050013, Республика Казахстан, г.Алматы, ул. Сатпаева, 22, нефтяной корпус, 1 этаж, конференц-зал.

 

         С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского Национального технического университета имени К.И. Сатпаева

 

 

 

 

Автореферат разослан «___»______ 2007 года

 

 

 

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                                Б.Х. Айтчанов

 

Введение

 

Актуальность работы. В связи с развитием техники и ограниченностью материальных и энергетических ресурсов важным является создание целостной, гибкой системы управления, основанной на поиске оптимального режима ее функционирования. В настоящее время большинство промышленных производств (энергетическое, металлургическое, нефтеперерабатывающее и др.) относятся к классу сложных систем, оптимальное управление которыми проходит в условиях неопределенности, связанных с отсутствием достаточной статистики о поведении управляемых объектов.

В связи со сложностью или невозможностью измерения ряда параметров и показателей многие технологические и производственные процессы являются количественно трудноописуемыми, что затрудняет применение методов детерминированной математики для моделирования и оптимизации их режимов работы. Это привело к появлению новых методов формализации и решения данных задач, опирающихся на теорию нечётких множеств. Особое значение решения этих практических задач приобретает для таких сложных технологических объектов как установка первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ, характеризующаяся сложностью, а иногда и невозможностью измерения ряда параметров. Методы решения этих задач основаны на использовании нечёткой информации, получаемой от лица принимающего решения (ЛПР), и специалистов экспертов в виде их суждений о функционировании объекта и учитывающей их предпочтения в процессе выбора решений. На основе этих методов составляются математические модели основных агрегатов установки, что позволяет эффективно управлять всей установкой в целом и получать качественную продукцию.

В настоящей работе рассматривается методология моделирования и способы управления сложными технологическими процессами нефтепереработки на примере установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-3, в состав которой входят блоки: электрообессоливания, атмосферной перегонки, стабилизации и вторичной перегонки широкой фракции, вакуумный. Продуктами переработки нефти на данной установке являются бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, керосиногазойлевая фракция и вакуумный отгон для кренирования, гудрон для коксования.

Уровень сложности подобных систем настолько высок, что использование известных детерминированных и стохастических моделей для их проектирования не обеспечивает желаемых характеристик. В этих случаях адекватные математические модели управляемых систем могут основываться на теории нечетких множеств, позволяющих синтезировать интеллектуальные системы управления. 

Развитие методов исследования  и оптимального  управления процессом первичной переработки нефти является одной из актуальных  проблем. Решение этой научно – технической проблемы имеет важное народнохозяйственное значение.

Предложенный в диссертации метод построения математических моделей комплекса технологических агрегатов на основе информации различного характера (не всегда достоверной), полученные постановки задач принятия решений (ПР) по управлению процессом первичной переработки нефти и разработанные методы их решения расширяет круг решаемых на практике задач.               

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка и исследование  системы управления процессом нефтепереработки на примере установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ, которая на основе системного моделирования осуществляет выбор рациональных режимов работы установки и вырабатывает рекомендации по ведению процесса переработки в зависимости от поставленной задачи управления. На основе разработанных моделей, включением различных алгоритмов многокритериальной оптимизации и интерфейса пользователей, создается система принятия решений, которые в диалоге с пользователем (ЛПР) позволяет осуществить поиск и выбор решения в зависимости от производственных ситуаций.

В данной работе также ставится задача  синтеза логического нечеткого регулятора, и возможность использования адаптивного регулятора в промышленной САУ установкой первичной переработки  нефти ЭЛОУ-АВТ.

Методика исследований основана на положениях системного анализа, теории нечетких множеств, математического программирования, теории математической статистики, планирования экспериментов и регрессионного анализа. В работе использовались методы разработки программного обеспечения на основе структурного программирования.

Научная новизна. Основным научным результатом диссертационной работы является построение математических моделей основных агрегатов установки первичной переработки нефти на основе доступной информации различного характера, а также осуществлен синтез адаптивного регулятора, основанный на теории искусственного интеллекта (в качестве эксперта – оператора выступает квалифицированный специалист, т.е. опытный оператор и знающий данную область инженер).

Научная новизна диссертации:

- Разработана методика построения математических моделей основных агрегатов установки ЭЛОУ-АВТ с учетом нечеткости исходной информации.

- Разработана система принятия решений при управлении установкой первичной переработки нефти, формализованная в виде многокритериальных задач нечеткого математического программирования и на основе различных компромиссных схем ПР разработаны методы их решения.

- Разработана адаптивная система управления установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ в условиях неопределенности; Осуществлен синтез адаптивного регулятора в условиях нечеткой исходной информации.

- Предложен алгоритм программной реализации нечеткого адаптивного регулятора для управления температурой верха колонны атмосферного блока установки.

- Осуществлен анализ переходных процессов нечеткой комбинированной САУ установки первичной переработки нефти.

     Предложения, выносимые на защиту:

алгоритм построения моделей технологических объектов на примере установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ. Разработаны математические модели основных агрегатов установки ЭЛОУ-АВТ.

методика разработки  моделирующего алгоритма трубчатых печей, основанная на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи.

метод построения алгоритма синтеза нечеткой модели ректификационных колонн установки.

методы решения многокритериальных задач нечеткого математического программирования на основе различных компромиссных схем ПР при управлении установкой первичной переработки нефти.

методика процедуры построения функции принадлежности на основе диалога с ЛПР.

методика построения адаптивной системы управления процессом нефтепереработки на примере установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ в условиях неопределенности.

алгоритм программной реализации нечеткого адаптивного регулятора для управления температурой верха колонны атмосферного блока установки.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы  состоит в использовании научных результатов, доведенных до конкретных алгоритмов в создании компьютерных систем поддержки принятия решений для эффективного решения задач проектирования и управления. Предложенные подходы к моделированию и решению задач ПР способствует повышению обоснованности и оперативности выработки решений по управлению различными объектами и процессами. Разработана система автоматического регулирования установки первичной переработки нефти в условиях нечеткости исходной информации.

      Разработанные алгоритмы многокритериальной оптимизации могут быть использованы для решения задач моделирования и принятия решений достаточно широкого класса объектов нефтеперерабатывающей, химической, геологической и других отраслей промышленности, функционирующих в условиях дефицита достоверных статистических данных.

      Реализация результатов работы. Практические результаты работы рассмотрены на Техническом Совете Атырауского нефтеперерабатывающего завода, в результате которого вынесено решение об использовании их при реконструкции цеха №3, обслуживающего основные блоки установки первичной переработки нефти.

      Разработанные алгоритмы многокритериальной оптимизации для решения задач моделирования и принятия решений процессов переработки нефти используются в учебном процессе Атырауского института нефти и газа для студентов специальности 360240 – Автоматизация технологических процессов и производств и 360140-Автоматизация и информатизация в системах управления.

     Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и республиканских научных конференциях, в том числе: на 2-ой Казахстанско-Российской научно–практической конференции «Математические моделирование научно-технологических и экологических проблем в нефтегазодобывающей промышленности» (Алматы, 24-25 сентября 1998г.); на международной конференции исламских стран (Алматы, июль 1999г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Казахстана» (Атырау, 2001г.), на международной конференции «Инновационные технологии» (Атырау, 2003г), на международной конференции «Автоматизация и управление. Перспективы, проблемы и решения. (Алматы.-2007г.) на научных семинарах кафедры «Инженерная кибернетика» Алматинского института энергетики и связи, на научных семинарах кафедры «Техническая кибернетика» и «Автоматика и телемеханика» Казахского  национально-технического университета им. К. Сатпаева; на научных семинарах кафедр «Высшая математика», «Информационные системы» и «Электропривод и автоматизация технологических процессов» Атырауского института нефти и газа.

    Публикации

    Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе в центральных научных журналах – 4, в материалах научных конференций – 8.

    Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 121 наименований, приложения с документами о внедрении результатов работы. Диссертационная работа изложена на 123 страницах машинописного текста.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены основные задачи исследования, изложена суть предлагаемого подхода, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе проведен анализ современного состояния моделирования и оптимизации основных агрегатов установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ (трубчатых печей, ректификационных колонн).

Систематизированы методы разработки моделей основных агрегатов установки.

Приведена классификация задач принятия решений по управлению процессом нефтепереработки на примере установки ЭЛОУ-АВТ, проанализированы методы их решения. Формализована общая постановка задачи проектирования и управления процессом нефтепереработки на примере установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ. Рассмотрены проблемы решения многокритериальных задач при управлении установкой ЭЛОУ-АВТ и подходы к их решению. В качестве наиболее эффективного подхода к решению рассмотренных задач предлагается создать автоматизированную систему поддержки принятия решений при управлении установкой.

Во втором разделе приведены математические описания трубчатых печей, рассмотрены условия адекватности полученных моделей. Для достижения адекватности моделей при нечетких ограничениях были доказаны теоремы Беллмана - Заде и Тонга для решения исходной задачи, которая была сформулирована в форме задачи достижения нечетко определенной цели при нечетких ограничениях.   Результаты полученной теоремы были использованы при построении математической модели установки первичной переработки нефти, которая заложена в основу АСУ ТП, внедренной на Атырауском НПЗ. Результаты практически реализуемы и нечеткая модель, построенная с учетом требований этих теорем, дает адекватный технологический режим.          

Дано описание технологического процесса получения нефтепродуктов на установке первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ. Приведено математическое описание и построение моделей основных агрегатов установки (модели трубчатых печей, ректификационных колонн) при дефиците статистических данных.

При моделировании трубчатых печей выявлено, что главный недостаток ранее существовавших методов расчета трубчатых печей заключается в том, что они ориентированы на оценку лишь интегральных характеристик теплообмена, которые не исключают случая прогара труб.

В последнее время на основе теоретического исследования разработан зональный метод моделирования, позволяющий оценить локальные характеристики теплообмена. В математическом отношении сущность зональных методов расчета заключается в замене интегрально - дифференциальных уравнений, описывающих теплообмен, аппроксимирующиеся конечной системой алгебраических уравнений, из решения которой определяются энергетические характеристики теплообмена – температуры и результирующие потоки отдельных зон системы. С этой целью рассматриваемая печь разбивается на конечное число поверхностных и объемных зон с однородными радиационными свойствами. Этот подход обеспечивает более точный результат расчета (с увеличением числа зон), но сложен и требует данных, которые в промышленных условиях обычно труднодоступны. А для моделирования работы промышленных печей в диалоговом режиме и оперативного получения информации необходимо располагать достаточно простой математической моделью. Поэтому в данной работе в основу разработанной методики построения моделирующего алгоритма положен аналитический метод Н.И. Белоконя, основанный на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи.

Для расчета материального и теплового балансов модель дополнялась данными, снятыми непосредственно с действующей печи, а также учитывались результаты экспертного опроса специалистов. Осуществлена разработка математической модели трубчатых печей.

С применением  предложенного метода построения алгоритма произведено моделирование различных режимов работы печей П-3, П-2 и П-1 установки ЭЛОУ-АВТ Атырауского НПЗ.

По полученным результатам определено, что при проектной загрузке сырья (31 т/г на поток), эти печи имеют большой запас поверхности нагрева. Это  позволяет загрузить в печи до 34-35 т/г сырья, что приведет к повышению производительности установки без существенных изменений технологического регламента.

Результаты этих теорем были использованы при построении математической модели установки первичной переработки нефти, которая заложена в основу АСУ ТП, внедренной на Атырауском НПЗ. Результаты практически реализуемы и нечеткая модель, построенная с учетом требований этих теорем, дает адекватный технологический режим.          

В третьем разделе приводятся различные постановки задач принятия решений (ПР) при проектировании и управлении установкой первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ в виде многокритериальных задач математического программирования с учетом неточности исходной информации. Формализация этих задач основана на использовании компромиссных схем ПР. Разработана методика процедуры построения функции принадлежности на основе диалога с ЛПР, специалистами-экспертами, дополняющая множество методов построения функции принадлежности и позволяющая проводить дополнительную проверку достоверности информации, получаемой от экспертов.

В подразделе 3.3. Для формализации задач ПР с нечеткими параметрами используются методы теории нечетких множеств, представляя размытые параметры как нечеткие числа, т.е. нечеткое множество. В результате решения задач многокритериальной оптимизации получается множество Парето, а окончательное решение – выбор из полученного множества эффективных решений некоторой его части, осуществляется ЛПР, на основе его предпочтений. Приведены критерии принятия решений и системы ограничений при управлении производством первичной переработки нефти.

Пусть ƒ(x)=ƒ1(x),…,ƒm(x) – вектор критериев, оценивающий экономическую эффективность технологической установки ЭЛОУ-АВТ. Например, ƒ1(x),  ƒ2(x), ƒ3(x), ƒ4(x) – соответственно выход газа, бензина, уайт-спирита и мазута; ƒ5(х),  ƒ6(х),…, ƒm(x) – качественные показатели вырабатываемых нефтепродуктов (например, октановое число бензина, температура застывания диз. топлива и др.) и ƒm+1,…, ƒm(x) – локальные критерии оценки экономического состояния (например, затраты на природоохранные мероприятия, содержание вредных веществ в отходах и др.). Каждый из m критериев зависит от вектора n параметров (x=(x1,..,xn)), например, температура и давление ректификационных колонн, реакторов, состава неперерабатываемого сырья, расхода реагентов, состава перерабатываемого сырья, расхода реагентов и др. На практике всегда имеются различные ограничения (экономические, технологические, экологические, ограничение на ресурсы), которые можно описать некоторыми функциями - ограничениями φq (x)≥bq, q=1,L. Режимные, управляющие параметры также имеют свои интервалы изменения, задаваемые технологическим регламентом.

Сформализуем многокритериальные задачи ПР, возникающие при оптимизации сложных, количественно трудноописуемых технологическими объектами каким и является ЭЛОУ-АВТ.                                                                    Пусть μ0(x)=(μ01(x),…, μ0m(x)) – нормализованный вектор критериев -  (ƒi(x),i=1,m), оценивающий эффективность решения (экономико-технический показатель установки). Допустим, что для каждого ограничения φq (x)≥bq,

q=1,L построена функция принадлежности его выполнения μq(x), q=1,L. Известен либо ряд приоритетов для локальных критериев Ik={1,…,m} и ограничений  Ir={1,…,L} либо весовой вектор, отражающий взаимоважность критериев (γ= (γ1,…, γm)) и ограничений (β= β1,…, βl)).

      Тогда общую задачу НМП с несколькими критериями и ограничениями запишем:                                          ___

                                      max μqi  (x), i=1,m                                                            (3)

                                             xÎX

                                                                        ___

                                  X={x: arg max μq(x), q=1,L}                                                    (4)

  xÎW

 

На основе принципа максимума (гарантированного результата) и метода идеальной точки можно записать в следующей постановке:

                                       max  μ01(x)                                                                     (5)

                                                xÎX

 

x={x: arg max  min φi  μ0i(x)  L arg min ║μ(x)- μuD,  I0={1,…,m}                 (6)

                    xÎW  iÎI0                                xÎW

 

где ║∙║D – используемая метрика D, μ(x)=(μ1(x),…,μL(x))

 

μu= (max μ01(x),…, max μ0m(x)).

          xÎW                    xÎW

Возможен вариант использования в качестве координат идеальных точек единиц: m0u=mu={1,…,1}.

В качестве примера можно привести следующие варианты использования евклидовой метрики (D=E)

2

 
                                     max μq(x) - μq(x)

                           L           xÎW          

μ(x)- μ0E2 =  βq       ─────────

                         q=1       max mq(x)

                                     xÎW

               

                          

                                 L

   μ(x)- μuE2 = ∑   (max μq(x) - βq μq (x))2

                          q=1   xÎW

 

                           L

 μ(x)- μuE2 = ∑   (1- βq μq (x))2

                          q=1

 

Предлагается разработанный алгоритм, обеспечивающий гарантированные результаты при решении многокритериальных задач НМП.

В разработанной системе принятия решений предусмотрена возможность изменения взаимной важности критериев. Например, ЛПР в зависимости от поставленной задачи, в диалоге с системой (из меню) выбирает соответствующие критерии и задает вектор весов. Кроме этого, система ПР учитывает ограничения, определяемые регламентом технологического процесса, протекающего на установке, и задаваемые пользователем.

В четвертом разделе разработана адаптивная система управления установкой ЭЛОУ-АВТ в условиях нечеткости исходной информации на базе нечеткого регулятора. Как известно, нечеткие регуляторы, обеспечивают желаемую переходную характеристику системы управления технологическим процессом лишь при стабильных значениях параметров его математической модели (подразделы 4.1. и 4.2.)

Для сохранения заданного качества процессов управления при изменении параметров объекта необходимо корректировать параметры регулятора, и в первую очередь его базу знаний.

Регуляторы, обладающие указанным свойством приспособления к изменяющейся ситуации с помощью самоорганизации базы знаний, называют нечеткими адаптивными. Система управления с адаптивным регулятором представляет собой двухуровневую систему с обычным нечетким регулятором в цепи ее обратной связи и нечетким контуром адаптации на высшем уровне. Принцип работы адаптивного нечеткого регулятора заключается в том, что при изменении параметров объекта управления сложившейся текущей ситуации, определяемой нечеткими множествами, база знаний выбирает действие, уже не обеспечивающее необходимое качество регулирования.

Для решения поставленной задачи организован контур нечеткой адаптации. Задается желаемое качество процесса управления в виде подмножества проекции эталонных фазовых траекторий, лежащих в области, именуемой допустимой. Необходимо отметить, что трудно представить точную фазовую траекторию желаемой реакции объекта управления, а иногда просто нецелесообразно предъявлять к проектируемой среде такие предельно идеализированные жесткие требования. Разумно на фазовой плоскости выделить некоторую допустимую область, внутри которой качество работы системы управления воспринималось бы как удовлетворительное, и лишь при нарушении границ упомянутой области применялись бы некоторые адаптирующие воздействия. Действительно, очень часто разработчик способен интуитивно выделить допустимую область, основываясь на своем опыте, а также из качественных рассуждений о желаемой реакции объекта управления.

На рисунке  1 представлена схема нечеткого регулятора с контуром нечеткой адаптации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1-Схема нечеткого регулятора с контуром нечеткой адаптации

 

Процедура синтеза нечеткого регулятора заключается в определении множества лингвистических правил управления и значений коэффициентов масштабирования ke, kė и ku, обеспечивающих желаемое качество процесса управления, а для нечеткого адаптивного регулятора необходимо дополнительно определить множество лингвистических правил адаптации управления. Так как ТЛП (таблица лингвистических правил) основного контура и контура нечеткой адаптации имеют идентичные входы, то в нечетком адаптивном регуляторе рассматриваются четыре универсальных множества, на которых соответственно определены следующие нечеткие подмножества:                                                      

   

где , , , - соответственно нечеткие подмножества ошибки, управления и адаптации управления. Указанные нечеткие подмножества определены для соответствующих лингвистических термов и функции принадлежности нечетких подмножеств. Аналогичным образом на принятом языке определены нечеткие подмножества для скорости изменения ошибки. Представлены пределы изменения универсальных множеств и графики функций принадлежности μi(eM), μjM), μe(u) и μk(u0), соответствующих ошибке  скорости ее изменения  управлению и адаптации управления. Используя предложенные выше подходы, были синтезированы ТЛП основного контура регулятора и ТЛП контура нечеткой адаптации (ТЛПА). Была разработана методика построения алгоритма программной реализации нечеткого адаптивного регулятора для управления температурой верхней части ректификационной колонны.

Учитывая необходимость апробации разработанной САУ, а также сравнение с существующими системами, было проведено всестороннее исследование нечеткой адаптивной системы методами программной адаптации. Для моделирования использован алгоритмический язык Visual Basic, и все эксперименты осуществлены на ПЭВМ. Ниже приведены наиболее показательные результаты экспериментов с нечетким адаптивным регулятором, нечетким регулятором и регуляторами, реализующими традиционные законы регулирования. Следуя схеме синтеза нечеткой адаптивной системы, первоначально были получены управляющие правила основного контура регулятора. На рисунке 2,б представлены кривые переходного процесса, полученные ПИ-регулятором (кривые 1 и 2) и нечетким регулятором (кривая 3).

На рисунке 2,  приведены кривые переходного процесса (кривая 1 для эвристически синтезированной ТЛП и кривая 2 для автоматически синтезируемой ТЛП), показывающее преимущество контура нечеткой адаптации. Однако такой подход к синтезу ТЛП возможен лишь при наличии адекватно аналитического описания объекта управления и лишь методами программной имитации.

В подразделе 4.3. разработана методика построения алгоритма моделирования основной колонны атмосферного блока, основанная на лингвистическом подходе, которая позволяет с достаточной точностью определить критерии качества объекта в зависимости от входных параметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                  а)                                                                                  б)

 

 

 

 

Рисунок  2 - Кривая переходного процесса (а) и сравнение переходных процессов, полученных ПИ-регулятором и нечетким регулятором (б)

В подразделе 4.4. получены основные результаты построения математических моделей агрегатов установки и пакет моделей установки ЭЛОУ-АВТ. Осуществлено описание разработанного программного обеспечения системы моделей основных агрегатов ЭЛОУ-АВТ.  Разработанные модели основных агрегатов ЭЛОУ-АВТ реализованы в виде комплекса программ на алгоритмическом языке Visual Basic.

     В подразделе 4.5. представлена система автоматического управления установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ в условиях неопределенности.

Результаты математического и машинного моделирования показали, что сконструированная оптимальная комбинированная система может обеспечить требуемое качество процесса управления температурой. Однако, результаты опытных испытаний при внедрении оптимальной системы управления температуры верха К1, реализованной на базе ЭВМ показали, что система не обеспечивает требуемого качества процесса управления. Это можно объяснить тем, что в уравнении участвуют производные 1-го и 2-го порядка, вследствие чего информация сильно «загрязняется»; с другой стороны, в описании объекта не учтены действующие неконтролируемые возмущения-шумы.

В данном разделе также был осуществлён синтез алгоритмов управления процессом первичной переработки нефти с учетом его зашумлённости. Был проведен эксперимент на ЭВМ, которая была переведена в режим разомкнутого управления, т.е. на объект поступали те воздействия, которые вводились с пульта управления. За ходом процесса наблюдали с помощью дисплея. До начала эксперимента определили допустимые пределы изменения регулирующих и регулируемых параметров. Регулирующие воздействия вводили таким образом, чтобы параметры изменялись в допустимых пределах, но не выходили за них. При этом на печатающем устройстве регистрируются регулирующие, возмущающие и регулируемые величины на каждом такте. Интервал дискретности выбран таким, с которым система будет работать после внедрения. Продолжительность эксперимента составляла 1,5 ч.

Синтез алгоритма управления для многомерного случая состоял из определения стратегии управления, минимизирующей  дисперсию регулируемой координаты. Для синтеза стохастического управления объектом была использована известная методика. В результате                                                                                                                                                        решения определили, что САУ со стохастическим регулятором является статической. Сравнение результатов машинного моделирования двух систем при одинаковом шуме показало, что дисперсия выходной переменной системы с оптимальным детерминированным регулятором превышает дисперсию системы со стохастическим регулятором на 30-40%. Статическая ошибка управления не превышает требуемой точности для рассматриваемого канала при изменении задания на 10ºС. Однако практика подтверждает, что и стохастический алгоритм в промышленных условиях не всегда обеспечивает требуемое качество процессов управления из-за недостаточности информации. В этой связи рассмотрено построение системы регулирования в классе нечеткой комбинированной САУ. Осуществлен синтез САУ. Структурная схема нечеткой комбинированной САУ температуры верха ректификационной колонны отбензинивания нефти включает регулятор. Работоспособность системы с нечетким алгоритмом и значения постоянных масштабных коэффициентов нечеткого регулятора определены машинным моделированием на базе ПЭВМ.

В результате машинного моделирования систем с нечетким алгоритмом показали, что комбинированная нечеткая система при значениях масштабных коэффициентов kƒ равных 1,1 и 1,7; kε =1; kƒk=3,2; ku=1 удовлетворяет требуемым показателям качества.

Таким образом, результаты анализа переходных процессов нечеткой комбинированной САУ основными режимными параметрами верха колонн установки ЭЛОУ-АВТ показали, что синтезированная нечеткая система обеспечивает требуемое качество процесса управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Анализ существующих подходов к построению моделей, решению задач управления сложным производственным процессом первичной переработки нефти показал, что применение традиционных методов решения этих задач в производственных условиях зачастую неэффективно, из-за отсутствия или расплывчатости информации о параметрах объекта. В этих условиях одним из перспективных средств обработки и использования качественной дополнительной информации от ЛПР с целью эффективного управления реальными объектами является методология теории нечетких множеств.

Проведена классификация задач ПР и анализ методов их решения. Формализована постановка задачи управления процессом первичной переработки нефти в виде задачи математического программирования.

Рассмотрены основные проблемы, возникающие при решении многокритериальных задач ПР и подходы к преодолению этих проблем. В системах управления производственными процессами задачи ПР обычно характеризуются многокритериальностью. Такие задачи эффективно решаются в диалоговом режиме с системой ПР, с помощью которой производится оптимизация основных параметров исследуемой установки и ее режима работы на основе математической модели объекта и учета предпочтений ЛПР.

На основе различных подходов и решений задач оптимизации предложена методика системного моделирования основных агрегатов установки переработки нефти ЭЛОУ-АВТ. А также:

 

- Разработана система принятия решений при управлении установкой первичной переработки нефти, формализованная в виде многокритериальных задач нечеткого математического программирования и на основе различных компромиссных схем ПР разработаны методы их решения.

- Разработана адаптивная система управления установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ в условиях неопределенности; Осуществлен синтез адаптивного регулятора в условиях нечеткой исходной информации.

- Предложен алгоритм программной реализации нечеткого адаптивного регулятора для управления температурой верха колонны К2 атмосферного блока установки.

- Осуществлен анализ переходных процессов нечеткой комбинированной САУ установки первичной переработки нефти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список опубликованных работ по теме диссертации:

 

1       Габбасова Ж.Д. Моделирование установки первичной переработки нефти в диалоговом режиме //Материалы 2-ой российско-казахстанской конференции. – Алматы, КазГУ,1998. – С.53-54.

2        Габбасова Ж.Д. Подходы к моделированию процессов первичной переработки нефти на ЭЛОУ-АВТ //Поиск. – 1999. – №2. – С.154-157.

3        Габбасова Ж.Д. Особенности применения методов теории нечетких множеств при построении модели и алгоритмов управления атмосферной колонны К2 установки ЭЛОУ-АВТ //Поиск. – 2000. – №1. –  С.183-186.

4        Габбасова Ж.Д., Оразбаев Б.Б. Математическое моделирование трубчатой печи установки ЭЛОУ-АВТ //Сборник трудов молодых ученых и аспирантов АИЭС. – Алматы, 1999. – С.45-47.

5        Габбасова Ж.Д., Хисаров Б.Д. Управление процессом ректификации в нечеткой среде //Материалы международного семинара-совещания «Инновационная технология развития нефтяной и газовой промышленности». – Атырау, 2003. – С.46-50

6         Габбасова Ж.Д., Хисаров Б.Д., Оразбаев Б.Б. Оптимальная систем управления температуры верха колонны К1 установки первичной переработки нефти //Материалы международного семинара-совещания «Проблемы нефтегазового комплекса Казахстана». – Атырау, 2001. – С.417-443.

7        Габбасова Ж.Д., Оразбаев Б.Б. Алгоритм диалоговой процедуры построения функций принадлежности для синтеза нечетких моделей колонн установки ЭЛОУ-АВТ //Поиск. – 2000. – №2. – С.158-159.

8        Сериков Т.П., Габбасова Ж.Д., Оразбаев Б.Б. Нечеткий адаптивный регулятор для управления колонной К2 атмосферного блока установки ЭЛОУ-АВТ //Материалы международной конференции «Современные проблемы геофизики, геологии, освоения, переработки и использования углеводородного сырья. – Атырау, 2001. – С.556-561.

9        Габбасова Ж.Д. Моделирование процесса ректификации в условиях нечеткости исходной информации //Материалы международного семинара-совещания «Проблемы нефтегазового комплекса Казахстана»

  Атырау,2000. – С.213-217.

10   Gabbasova J.D. construction models of franksionating columns, of atmosphere block of the elektro-salt-elimination atmosphere vacuum tabulated onstalasion (ESE-ATV) ander defecit of the information//proceedings international scientific and technical conference «New Technologies in Islamic Countries». 27-30 june. 1999. Almaty.

11   Габбасова Ж.Д., Хисаров Б.Д. Алгоритм управления для нечеткого регулятора //Труды международной конференции «Автоматизация и управление. Перспективы, проблемы и решения.   Алматы. 2007.

12   Габбасова Ж.Д., Оразбаев Б.Б., Утесова Г. Основные виды неопределенности информации в нефтегазовых технологиях //Труды международной конференции «Автоматизация и управление. Перспективы, проблемы и решения. Алматы. 2007.

05.13.06 - Технология процестері мен өндірістерді автоматтандыру

және басқару мамандығы бойынша

 

Ғаббасова Жанна Дүйсенбай қызының

«Анық емес жағдайда мұнай өңдеудің басқару жүйесін құру және зерттеу» тақырыбына диссертациялық жұмысының

 

 

Түйіні

 

                Мұнайды алғаш өндірудің күрделі өндіріс процесін басқару міндеттерін шешудің, үлгілерін құрудың қолданыстағы келістерін талдау, көбіне өндірістік жағдайларда нысан мен параметрлері туралы ақпараттың болмауы немесе шашыраңқылығы бұл міндеттерді шешудің дәстүрлі әдістерін қолдану тиімсіз болатынын көрсетеді. Бұл жағдайларда нақты нысандарды тиімді басқарудың мақсатында шешім қабылдайтын тұлғадан (ШҚТ) сапалы қосымша ақпарат пайдалану және өңдеу жұмыс келешектік құралдары ретінде саналымсыз жиындар теориясының методологиясы болып табылады. Шешімдер қабылдау (ШҚ) міндеттері классификация және олардың шешімдерінің әдестерінің талдауы жүргізіледі. Мұнайды алғашқы өңдеу процесін басқарудың міндеттернің қойылуы математикалық бағдарламалау есебі түрінде келтірілген. Шешімдер қабылдау (ШҚ) міндеттерін көп критерийлі шешуді туындайтын негізгі проблемалар және осы проблемаларды шешу келістері қарастырылады. Өндірістік процестерін басқару жүйелерінде, әдетте ШҚ міндеттері көпкритерийлікпен сипатталады. Мұндай міндеттер ШҚ жүйесінде тиімді шешіледі, оның көмегімен нысанның математикалық үлгісі және ШҚТ ұсынымадрын ескеру негізінде зерттелетін қондырғының негізгі параметрлерін оңтайландыруы және жұмыс режімі шығарылады. Оңтайландыру міндеттерін әртүрлі келістері мен шешімдері негізінде ЭЛОУ-АВТ мұнай өңдеу қондырғысының негізгі агрегаттарының, үлгілеу жүйесінің әдістемесі ұсынылған. Сондай- ақ:

-         саналымсыз математикалық бағдарламалау көп критерийлі есептер түрінде келтірілген мұнайды алғаш өңдеу қондырғысын басқаруда шешімдерді қабылдау жүйесі әзірленген және ШҚ әртүрлі келісімді сұлбалар негізінде, олардың шешімдерінің әдістері әзірленген;

-         белгісіздік жағдайларында ЭЛОУ-АВТ алғашқы мұнай өңдеу қондырғысын бейімді басқару жүйесі әзірленген;

-         саналымсыз шығыс ақпарат жағдайларында бейімдеу реттігінің синтезі іске асырылған;

-         қондырғының атмосфералық блогы колоннасының үстінің температурасын басқару үшін саналымсыз бейімделгіш реттегішті бағдарламалы іске асырудың алгоритмі ұсынылған;

-         мұнайды алғаш өңдеу қондырғысының саналымсыз аралас автоматты басқару жүйесін (АБЖ) өтпелі процестерінің талдауы іске асырылған.

 

 

The summary

Zhanna D.Gabbasova

 

«Development and research of a control system of process of oil processing in conditions of uncertainty»

 

05.13.06 – Automation and control of technological processes and manufacture

 

The analysis of the existing approaches to construction of models, decision of tasks of management of complex difficult production of primary processing of petroleum has shown, that the application of traditional methods of the decision of these tasks under production conditions is frequently inefficient, because of absence or vagueness of the information about parameters of object. In these conditions one of perspective means of processing and use of the qualitative additional information from the person accepting decision (PAD) with the purpose of effective management of real objects is the methodology of the theory of indistinct sets. The classification of tasks acceptance of the decisions (AD) and analysis of methods of their decision is carried out. The statement of a task of management of process of primary processing of petroleum as a task of mathematical programming is formalized. The basic problems arising at the decision it is a lot of criteria of tasks AD and the approaches to overcoming of these problems are considered. In control systems of productions of a task AD are usually characterized It is a lot of criteria. Such tasks are effectively decided in a dialogue mode with system AD, with which help the optimization of the basic parameters of researched installation and its mode of operations is made on the basis of mathematical model of object and account of preferences ЛПР. On the basis of the various approaches and decisions of tasks of optimization the technique of system modeling of the basic units of installation of processing of petroleum ESE-ATV is offered. And also:

-        the system of acceptance of the decisions is developed at management of installation of primary processing of petroleum formalized as It is a lot of criteria of tasks of indistinct mathematical programming and on the basis of the various compromise circuits AD the methods of their decision are developed;

-        the adaptive control system of installation of primary processing of petroleum ESE-ATV in conditions of uncertainty is developed; the synthesis of an adaptive regulator in conditions of the indistinct initial information Is carried out; the algorithm of program realization of an indistinct adaptive regulator for management of temperature of top of a column of the atmospheric block of installation Is offered;

-        the analysis of transients indistinct combined АS of installation of primary processing of petroleum is carried out;

 

 

 

 

 

 

 

 

Жанна Дуйсембаевна Габбасова

 

 

 

 

 

 

Разработка и исследование системы управления процессом нефтепереработки в условиях неопределенности

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать _______ 2007 г.

Печать ризографическая. Формат 60×84 1/16

Бумага офсетная №1.Объем 1 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ №110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Редакционно-издательский отдел АИЭиС

Алматы, ул.Байтурсынова, 126

 

Вы 20260898-й посетитель.
Powered by Drupal
Copyright © KazNRTU, 2007-2016