Формулировка критерия управления и ограничений Постановка задачи управления процессом

Целью управления при ведении технологического процесса является высокоэффективная работа технологического объекта управления. Эффективность работы оценивается значением критерия управления – показателем, характеризующим функционирование технологического объекта управления в целом и принимающим числовые значения в зависимости от возмущающих и управляющих воздействий.

Спецификой автоматизации массообменных процессов является то, что они очень сложны в управлении и стоимость сырья и конечных продуктов достаточно велика, поэтому система автоматизации должна способствовать упрощению управления производством, повышению пожаровзрывобезопасности, снижению затрат на сырье при более полном его использовании и снижении брака, при условии обеспечения заданного качества продуктов. Тогда возможная словесная постановка задачи при нахождении оптимального режима работы такова – требуется выбрать режим работы реактора таким, чтобы при заданной общей производительности и заданных характеристиках конечных продуктов, затраты на их получение были минимальными. Одной из основных задач производства оксиэтилирования алкилфенолов является получение целевого продукта заданного качества с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаровзрывобезопасности производства.

В данном случае, как объект управления, будем рассматривать узел оксиэтилирования алкилфенолов. В реакторе SA-201A, B, C происходит процесс смешения. Показателем эффективности процесса смешения является помутнение компонента в смеси, а цель управления будет получение смеси с определённой степенью помутнения этого компонента. В реактор SA-201A, B, C могут поступать возмущающие воздействия, поэтому следует регулировать непосредственно температуру смеси Q_см, внося регулирующее воздействие изменением расходов окиси этилена, катализированного алкилфенола, греющего пара поступающего в рубашки реакторов SA-201А, B, C. В данном случае будем регулировать концентрацию неонола марки АФ9–9. Значение получаемой марки неонола задается оператором.

На основе этих переменных можно представить структурную схему объекта управления на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структурная схема объекта управления

Основной выходной координатой – «у» является расход неонола с заданной степенью помутнения.

Основными входными координатами является расход катализированного алкилфенола – х1, расход окиси этилена – х2, расход греющего пара в рубашки реакторов – х3. Кроме того, объект подвержен неконтролируемым возмущениям: изменение температуры и давление окружающей среды – z1, изменение давления в реакторах – z2, изменение давления в коллекторе пара на обогрев аппаратов – z3, старение оборудования – zn и т.д. Критерий управления:

При действии на объект вектора возмущений Z нужно найти вектор управляющих воздействий U^*= минимизирующий значение целевой функции Q:

Q^*=min Q,

при соблюдении ограничений на входные переменные процесса:

R₁≥0

…

…

…

R_k ≥0.

Таким образом, мы подходим к критерию эффективности управления процессом. Критерием эффективности объекта управления является получение сырья заданной степени помутнения, с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаро – взрывобезопасности производства.

Q Q_зад. при min. энергозатрат.

Целевая функция численно выражает нашу заинтересованность в том или ином режиме объекта.

В качестве целевой функции принимаем критерий, имеющий технологическую природу – производительность установки, показатели качества получаемого продукта.

При заданном объеме выпуска конечной продукции критерий примет вид:

Q= → min,

где Ц_i – цена i-го вида материала или энергии;

Gi – количество израсходованного за год i-го вида исходных материалов или энергии;

m – количество затрачиваемых в процессе параметров.