ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЭЭ
THERMODYNAMIC BASICS OF AEE
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ В АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
THERMODYNAMIC ANALYSIS IN RENEWABLE ENERGY
Статья поступила в редакцию 31.08.15. Ред. рег. № 2337 УДК 681.3-621.3, 519.7
The article has entered in publishing office 31.08.15. Ed. reg. No. 2337 doi: 10.15518/isjaee.2015.17-18.015
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ ПРОФИЛЕМ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
В.П. Шевчук, С. О. Шаровина
Филиал НИУ «МЭИ» в г. Волжском 404110 г. Волжский, Волгоградская обл., пр. Ленина, д. 69 Тел.: (8443) 21-01-72, e-mail: shevchukVP@mpei.ru
Заключение совета рецензентов: 03.09.15 Заключение совета экспертов: 06.09.15 Принято к публикации: 09.09.15
В работе исследуется эффективность совместной работы алгоритмов адаптивного управлении положением средней точки температурного профиля, адаптивного управления положения нижней точки температурного профиля и адаптивного управления положением верхней точки температурного профиля.
Ключевые слова: адаптивное управление, робастная стабилизация, информативность показаний интеллектуальной измерительной техники, эффективность виртуальных приборов, оптимизация настроечных коэффициентов виртуального прибора.
RESEARCHING OF THE EFFECTIVENESS OF THE ADAPTIVE CONTROL OF THE TEMPERATURE PROFILE OF THE DISTILLATION COLUMN
V.P. Shevchuk, S.O. Sharovina
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin str., Volzhsky, Volgograd reg., 404110, Russia Tel.: (8443) 21-01-72, e-mail: shevchukVP@mpei.ru.
Referred: 03.09.15 Expertise: 06.09.15 Accepted: 09.09.15
This paper studies the efficiency and collaboration algorithms for adaptive control position of a midpoint of the temperature profile, the adaptive control position of the lower points of the temperature profile and adaptive control of the position of the upper point of the temperature profile.
Keywords: adaptive management, robust stabilization, informative indications of intellectual measuring equipment, the efficiency of virtual devices, optimization of adjusting coefficients of the virtual instrument.
Валерий Петрович
Шевчук Valéry P. Shevchuk
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор, акад. Международной академии информатизации; акад. Метрологической академии РФ; гл. научный сотрудник филиала НИУ МЭИ в г. Волжском. Почетный работник высшего профессионального образования.
Образование: Московский институт химического машиностроения (1973).
Область научных интересов: вычислительные, локационные, телекоммуникационные системы и технические средства связи с объектами адаптивного управления.
Публикации: свыше 2QQ научных трудов, в том числе 1 учебник, 4 монографии, 24 учебных пособия; 1S а. с. и патентов РФ.
Information about the author: Dr. Sci., Prof., Acad. International Informatization Academy; Acad. Metrological Academy of the Russian Federation; Chief Scientific Officer of the Volzhsky branch of NRU MPEI. Honorary Worker of Higher Professional Education.
Education: Moscow Institute of Chemical Engineering (1973).
Research area: computers, locating, telecommunication systems and technical means of communication with the objects of adaptive management.
Publications: more than 2QQ scientific publications, including the 1 manual, 4 monographs, 24 textbooks; 15 patents of the RF.
Светлана Олеговна
Шаровина Svetlana O. Sharovina
Сведения об авторе: канд. техн. наук, главный специалист ООО «МЦЭ-Инжиниринг».
Область научных интересов: идентификация и адаптация в системах управления, автоматизация проектирования систем оптимального управления технологическими процессами и производствами.
Публикации: 23, в том числе 4 патента РФ.
Information about author: PhD. tehn. sciences, chief specialist of "EMC Engineering".
Research area: identification and adaptation of control systems, automata-tization system design optimal process control and production.
Publications: 23, including 4 patents of the RF.
Введение. Постановка задачи исследования
Эффективность работы ректификационной колонны определяется функцией потерь сырья, AJв(jTS) = /ШО'^)}, минимум которой дрейфует в пространстве управляющих координат.
Рис. 1. Дрейф критерия управления эффективностью работы колонны Fig. 1. The drift criterion of performance management column
На рис. 1 точками представлено поле экспериментальных данных, аппроксимация которых показывает, что зависимость текущих потерь сырья, ДДОТ), от расхода отбираемого дистиллята, Q(jTS), дрейфует в реальном масштабе времени, а вместе с ней дрейфует и положение оптимального расхода, Q(jTS). Интенсивность перемещения зависимости характеризуется текущим значением скорости дрейфа, Кдр('Т5), которая подлежит текущей идентификации при адаптивном управлении.
Автоматическое управление эффективностью функционирования процесса ректификации включает в себя (см. [1] и рис. 2) определение текущего температурного профиля колонны, вычисление текущего значения эффективности работы ректификационной колонны (см. рис. 2, блок 12), которое устанавливается в качестве задания регулятору температуры питающей смеси (блок 2).
Робастная стабилизация температуры нижней точки температурного профиля колонны осуществляется путем изменения расхода греющего пара в кипятильники с коррекцией по концентрации целевого продукта и компенсации возмущений со стороны линии питания (см. рис. 2, блоки 3, 4, 5, 6, 7, 8).
Адаптивное управление верхней точкой температурного профиля осуществляется путем изменения расхода флегмы в зависимости от средней скорости
дрейфа, Кд^ЛТ), текущих потерь сырья, А1в(/Т8) = =Р^ЦТз)}. Текущие потери сырья по верху колонны вычисляются блоком 9 по соотношению
^в (Т) = / (т)-Кдр (/ (Т)) / (/ (Т)),
где Кдр(/Тх) - текущее значение скорости дрейфа критерия управления (зависимости текущих потерь сырья от расхода отбираемого дистиллята); //Т) -
текущее значение количества сырья в дистилляте, прогнозируемое по математической модели верхней части ректификационной колонны; /И(/Т$) - текущее значение количества сырья в дистилляте, прогнозируемое блоком 9 по результатам измерения концентрации сырья в питающей смеси промышленным хроматографом 3.
Рис. 2. Функциональная схема способа адаптивного управления [3] Fig. 2. Functional diagram of the adaptive control method [3]
Текущее значение количества сырья в дистилляте прогнозируется по математической модели верхней части ректификационной колонны (блок 9) по соотношению /Т) = ЛQ(jTs)ЛС((jTs\ где AQ(jTs) - текущие значения показаний регистратора измерителя расхода отбираемого дистиллята (блок 10); ЛС(/Т8) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа 3.
Текущее значение количества сырья в дистилляте, прогнозируемое по результатам измерения концентрации сырья в питающей смеси промышленным хроматографом 3, вычисляется блоком 9 по соотношению /(Т) = ^пОТдАССТ^), где AQu(jTs) - текущие значения расхода питающей смеси; ЛС(/Т8) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа 3.
Текущие значения скорости дрейфа, Кдр(/Тх), вычисляются блоком 9 по показаниям регистратора промышленного хроматографа (см. рис. 2, блок 3) и регистратора расхода отбираемого дистиллята (см. рис. 2, блок 10) как оценка производной зависимости текущих потерь сырья от расхода отбираемого дистиллята [2, 3]:
K«Р (JTs )-
J (j(jTs)) AC(jTs)AQ(jTs) AQ (j (jTs)) AQ2 (jTs) '
где AQ(jTS) - текущие значения показаний регистратора измерителя расхода отбираемого дистиллята (блок 10); AC(jTS) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа 3.
Среднее значение отклонения расхода отбираемого дистиллята от величины задания на периоде идентификации вычисляется как
AQ (nts ) N+y ¿{AQ (JTS )}.
Среднее значение отклонения концентрации сырья в питающей смеси от величины задания на периоде идентификации вычисляется как
AC (NTS) N+I ¿Aac (T)}.
Количественная оценка скорости дрейфа текущих потерь сырья на периоде идентификации будет равна (см. рис. 2 и работу [1])
¿AC (jTs )AQ (jTs)
KДР (NTs) ^-,
¿AQ2 (T)
j=0
где AQ(jTs) - текущие значения показаний регистратора измерителя расхода отбираемого дистиллята; AC(jTs) - текущие значения концентрации сырья в линии питания с регистратора показаний промышленного хроматографа; Ts - длина циклограммы хроматографа, мин; Kpp(NTS) - количественная оценка скорости дрейфа критерия управления (зависимость текущих потерь сырья от расхода отбираемого дистиллята); N - длина массивов накапливаемой информации.
Результаты исследований
Исследование метрологических характеристик процессов адаптивного управления при количественной оценке эффективности сложных теплотехнических объектов возможно только методами имитационного моделирования [4].
На рис. 3 представлена блок-схема имитации процессов управления в ректификационной колонне тарельчатого типа по алгоритму, представленному в [3]. На рис. 3 приняты следующие обозначения: X1(iTS), X2(iTS), X3(iTS), X4(iTS) - расходы перегретого пара,
хладагента, дистиллята и питающей смеси соответственно; УХ(1Т5), У2(1Т5), Уз(1Т5), У5(1Т5), У7(Т), УъШ - температуры низа колонны, 16-й, 22-й, 28-й (тарелка питания), 37-й тарелок и верха колонны соответственно; УА(1Т8) - температура тарелки питания (со стороны исчерпывающей части); У6(Т8) - температура тарелки питания (со стороны укрепляющей части); У9(/Тх) - температура питающей смеси со стороны химического реактора и блока идентификации; У10(/Т,) - температура на выходе химического реактора; УьадОТ) - заданная температура куба колонны; У8зад(/Т,) - заданная температура верха колонны; 23(/ТХ) - концентрация изобутана в питающей смеси; ■^ззадО'Тх) - заданная концентрация изобутана в питающей смеси (по регламенту); 24(]Т^) - концентрация метилтетрабутилового эфира (МТБЭ) в питающей смеси; 27(]Т£) - концентрация изобутана на выходе компенсатора (прогноз по модели компенсатора); 19(]Т%) - концентрация изобута
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.