CC BY
24
УДК 004.9
Д.В. КАРАЧЕНЕЦЬ*
АДАПТИВНА СИСТЕМА УПРАВЛ1ННЯ СТУПЕНЕМ ПОПЕРЕДНЬОГО КОНЦЕНТРУВАННЯ ДЕЙТЕР1Ю У ВИРОБНИЦТВ1 ВАЖКОÏ ВОДИ
"ТОО "1МТЕКС". Кшв, Украина_
Анотаця. Розглядаеться ¡стор1я створення у 1971-1975 роках в СКБ ММС 1нституту кибернетики (м. Кигв) системи управлтня ступенем попереднього концентрування дейтер!ю у виробниц-mei важког води на х1м1чному комбинат! в м. Днтродзержинську (тепер м. Кам'янське, ПАТ "Днтроазот"). Подаеться технолог!чна схема вказаного ступеня, його складових елемент!в та блок-схема АСУТП, що була розроблена на тдставi досл!джень цього складного об'екта управлтня. Наводиться математична модель ректифтацтних колон в агрегатах роздтення !зототв вод-ню, що була використана для синтезу алгоритму адаптивног стохастично-оптимальног системи з активним накопиченням !нформацИ' про кероват випадковi процеси. Результати проведених про-мислових випробувань системи довели гг ефективтсть.
Ключов1 слова: адаптивна система управлтня, дейтерт, важка вода, ректифтащя, АСУТП, ма-тематична модель, керований випадковий процес.
Аннотация. Рассматривается история создания в 1971-1975 годах в СКБ ММС Института кибернетики (г. Киев) системы управления ступенью предварительного концентрирования дейтерия в производстве тяжелой воды на химическом комбинате в г. Днепродзержинске (ныне г. Камен-ское, ПАО "Днепразот "). Приводится технологическая схема указанной ступени, ее составных элементов и блок-схема АСУТП, разработанной на основе исследований этого сложного объекта управления. Описывается математическая модель ректификационных колонн в агрегатах разделения изотопов водорода, которая была использована для синтеза алгоритма адаптивной стохастически-оптимальной системы с активным накоплением информации об управляемых случайных процессах. Результаты проведенных промышленных испытаний системы подтвердили ее эффективность.
Ключевые слова: адаптивная система управления, дейтерий, тяжелая вода, ректификация, АСУТП, математическая модель, управляемый случайный процесс.
Abstract. The history of creation in 1971-1975 years at SDB MMS of the Institute of Cybernetics (Kyiv city) the control system for the deuterium pre-concentration stage in heavy water production at Dneprodzerzhinsk chemical plant (now Kamianske city, PJSC "DneprAzot") is considered. It is given a technological block-diagram of the stage with its components and block-diagram of ACSTP which was developed in consequence of investigations of this complex controled object. A mathematical model of the distillation columns in the separating units of hydrogen isotopes which was used for synthesis of an algorithm of the adaptive stochastic optimal system with active accumulation of information about controled probabilistic processes is described. The results of the carried out tests of the system confirmed its efficiency.
Keywords: adaptive control system, deuterium, heavy water, distillation, ACSTP, mathematical model, controled probabilistic process.
1. Вступ
Початок теорп адаптивних систем, коли мова йдеться про управлтня в умовах невизначе-носп, багато фахiвцiв у галузi управлтня пов'язують з роботами О.А. Фельдбаума з оптимального стохастичного управлтня. Його концепщя активного накопичування шформацп в системах управлтня при ймовipнiсному трактуванш задач з позицт байеавського тд-ходу, що отримала назву дуального управлтня [1], знайшла багатьох послщовниюв, у тому чи^ в кшвському Юбернетичному цен^ (КЦ) Нацюнально'1' академп наук Украти (НАНУ). З цим тдходом пов'язують чималi складнощi у pеалiзацiï синтезованих алгорит-мiв керування. Однак при певних припущеннях, що не суперечать реальнт постановщ
© Караченець Д.В., 2017
ISSN 1028-9763. Математичш машини i системи, 2017, № 2
задач^ вдавалося створювати досить ефективнi адаптивш системи управлiння навт з ура-хуванням обмежених можливостей перших радянських управляючих обчислювальних машин (УОМ). Однш такiй системi присвячена ця стаття.
2. Коротк1 в1домост1 про дейтерш та важку воду
Вщкриття американськими фiзиками дейтерiю (кiнець 1931 р., Гарольд Юрi з учнями, лауреат Нобелiвськоï премп з хiмiï за 1934 рiк) i важко'1 води (1933 р., Льюю Гiлберт i Рональд Макдональд) стоять в одному ряду з видатними вщкриттями 1932-го року - року чудес або року anno mirabilis, як називають його фiзики (з вщкриттям нейтрона i позитрона, створен-ням протонно-нейтронно'1' теорп будови ядер, здшсненням першо'1' реакцп ядерного синтезу та ш.) [2]. Цi вщкриття не тшьки докорiнно змiнили за останш бiльш нiж 80 роюв життя людського суспiльства на земл^ але й вiдкрили перед людством ще до кiнця не реалiзованi можливостi щодо освоення практично невичерпних джерел енергп.
Важка вода знайшла багато застосувань. Одним iз головних стало ïï використання в важководних ядерних реакторах як сповiльнювача нейтрошв i теплоносiя. Для заповнення такого реактора йде до 100-200 тонн важко'1 води. Вважають, що важка вода з^ае велику роль у промисловому термоядерному сиш^ в майбутньому.
При сьогодшшшх технологiях здобування важко! води (iзотопний обмiн, електролiз i спалювання збагаченого дейтерiем водню) вартють ïï на свiтовому ринку становить бли-зько $100 - 200 за 1 кг. Проте ïï виробництво щорiчно сягае кшька тисяч тонн.
Зауважимо, що до 1946 року единим методом, що застосовувався для збагачення природноï води, був ïï електролiз, при якому молекули «легкох» води розкладаються на кисень i водень-протш легше, нiж молекули важ^ води на кисень i водень-дейтерш. У результатi такого процесу в електрол^ичних ваннах накопичуеться важка вода або, шши-ми словами, пщвищуеться ïï концентрацiя. Процес електролiзу досить енергоемний. Тому на сучасних виробництвах на першш стадп концентрування застосовуеться двотемперату-рна протитокова арководнева технологiя iзотопного обмiну з вихщною концентрацiею важ^ води 5-10 %. I вже на другш стадп - каскадний електролiз розчину лугу при темпе-ратурi близько 0 °C з вихiдною концентрацiею важ^ води 99,75-99,995 %.
Пiсля 1946 року отримала промислове застосування теж досить енерговитратна технология, пов'язана з ректифшащею рщкого водню [3]. Одне з виробництв, що використо-вувало цю технологiю, було введено в експлуатащю в жовтнi 1965 року на ДХК - Дншро-дзержинському хiмiчному комбiнатi (нинi ПАТ «Дншроазот», а м. Днiпродзержинськ ниш перейменоване на м. Кам'янське). Саме для тдвищення енергоефективносп цього вироб-ництва i була створена система, що тут розглядаеться.
3. Загальний опис виробництва важко'1 води на ДХК
Виробництво носило закритий характер. Вщкритою назвою його було «Виробництво до-очищення газу (ВДГ)».
Блок-схема ВДГ представлена на рис. 1. Виробництво складалося з двох цехiв («А» i «Б») довжиною 300 метрiв, шириною метрiв у 50 i висотою в багатоповерховий будинок. Вхщною сировиною для ВДГ служила на ДХК азото-воднева сумш (АВС), що признача-лася для синтезу амiаку.
Цех «Б» ВДГ - технолопчний - мютив три ступеня роздiлення iзотопiв водню i установку по спалюванню дейтер^ i отриманню важкоï води. АВС перед надходженням у цех «Б» проходила каталггичне очищення вiд можливоï домiшки кисню (O2) у спещальнш установцi.
Блок-схема виробництва важко1 води (ВДГ - виробництво доочищення газу)
Склад готово! продукцц
Рис. 1. Блок-схема ВДГ
*
Спрощена технологiчна блок-схема ступени попереднього концентрування дейтер1ю
Холодоутворюючий H2 Флегмоутворюючий H2
I
ХБ
СБ
КЗ
I
ХБ
КЗ
СБ
H2
Ыдпрацьований H2
Вода техтч.
О
ХБ
СБ
Зворотний N2
(До синтезу ам'акУ)
Позначення:
АВС - азотоводнева сушш (зв - зворотний пота) А!, i=1,2,...Д0 - агрегат раздшення
СБ - сталевий (-400C) |
ТБ - теплий (800K) >
ХБ - холодний (210K) I
[ ^ ] - теплообмш. та
□ 1нша апаратура
- ректиф1кац1йна колона ^ - компресор або насос I \ - градирня А
га
гш.
Концентрат дейтероводню (HD)
Рис. 2. Блок-схема 1-го ступени роздшення 1зототв водню (ступени попереднього концентрування дейтер1ю)
N
ТБ
ТБ
ТБ
ОТ
А
А
Другий i третш ступеш роздiлення являли собою установки, яю споживали nopiB-няно незначну кiлькiсть енергл. Перший стутнь (рис. 2) складався з 10 агрегатсв (А1 ,..., А10), кожен з яких мютив близько 50-ти апарат1в i3 рiзними технолопчними процесами (реактори каталiтичного очищення подшювано! сyмiшi вiд домiшки кисню, безлiч рiзних типiв теплообмiнникiв, адсорбери-десорбери азоту, детандери, турбодетандер на потощ роздшюваного водню i, як «серце», - ректифшацшну колону з 80-тю ситчатими таршка-ми).
Агрегати обслуговувалися чотирма холодильними циклами: «оборотно! води» з ве-личезними дерев'яними «вежами» (градирнями), рщкого амiакy (NH3), як на льодовому стадiонi, рiдкого азоту (N2) i холодоутворюючого водню (H2).
Всi технолопчш апарати в кожному агрегатi роздшення були розподiленi по трьох блоках: СБ - «сталевому» (де температури потоюв мали перепад вiд високих, близько 2-3 сотень градуав за Цельаем, до температури кипiння рщкого амiакy (близько -400C)), ТБ -«теплому» (?!) (з дiапазоном температур вщ -400C до температури китння рiдкого азоту (близько -1930C)) та ХБ - «холодному» (з дiапазоном температур вщ -1930C до температури китння рщкого водню (близько -2520C)). Вщповщно до цих дiапазонiв температур i технологiчне обладнання було виготовлено з рiзних матерiалiв: вщ звичайно! холоднокатано! сталi у «сталевому» блощ до мiдi в «холодному» блощ.
Пiдтримання балансу «холоду» в «холодному» блощ (рис. 3) кожного агрегату роздшення досягалося регулюванням рiвня рщкого водню в кyбi (К) ректифшацшно! колони
(РК).
Спрощена технолопчна блок-схема "холодного" блока
РК
Рис. 3. Блок-схема «холодного» блока
Це здшснювалося змшою пода1п в колону потоку холодоутворюючого водню GX = QX, який, тсля проходження серп теплообмiнникiв у трьох блоках (СБ, ТБ, ХБ) з охолодженням зворотним потоком вщпрацьованого потоку водню, проходив через змшо-вики куба колони як останнш стутнь охолодження. Пiсля дроселювання через голчастий клапан з тпску 200 атмосфер до прпблпзно 1,4 атмосферп bíh перетворювався в паро- (га-30-) рщинний notík з bmíctom блпзько 95% рщко! фази Lx • Пет к G<p = G<p флегмоутворю-
ючого водню, надходячи в колону за приблизно такою ж схемою, давав лише 63% рщко! фази Lф так, як дроселювався тшьки з тиску близько 3-4 атмосфер; але подача цього потоку у багато разiв перевищувала подачу попереднього. На рис. 3 F , Gx i Gф - значення вимiрюваних на входi ХБ потоюв F , Gx i G, Що надходили в РК. Якщо Fа, Ga * i Ga ф -значення вщповщних потоив на вход1 в агрегат роздшення (Д= 1,...,10) , то Ga,x = Gx i Ga,<p = G<p ? а
F=0H.f*Fa, 0)
де ¡5н f - частка водню в ABC.
Збщнений дейтерieм газовий потш водню з верху ректифiкацiйних колон уах 10-ти агрегатiв надходив у загальний колектор, стискувався в компресорах холодо- та флегмоут-ворюючого водню з обмеженою продуктивнiстю i потГм знову розподiлявся мiж усiма агрегатами. Це призводило до необхщносп розгляду всього ступеня попереднього концентрування дейтерш як единого технологичного комплексу.
1-й стутнь роздшення ¿зототв водню дозволяв змшити концентращю дейтер1ю вщ природно! -0,0156 % (або 15,6/, де /=10"5) до 4,5 % (об'емних). Ця концентращя визнача-лася за дейтероводнем HD i становила 9% (об'емних), оскшьки молекул D2 чистого дейте-рiю при малих його концентращях у загальному потощ водню майже не юнуе: дейтерiй у молекулах «розбавляеться» прочем H.
Цех «А» ВДГ (рис. 1) мютив близько 20 потужних компресорiв iз приводами вiд електродвигушв, що споживали на добу близько 1,2 млн кшоват-годин електроенергп вiд спещально! електропiдстанцГi, встановлено! по сусщству з цехом «А». Компресори забез-печували стиснення до одиниць, десятюв i сотень атмосфер потоюв газово! АВС, газоподь бного амiаку, азоту, флегмо- та холодоутворюючого водню.
4. Коротка характеристика АСУТП ВДГ
Зпдно з проектом ВДГ, розробленим у Радянському СоюзГ Г1АП - Головним шститутом азотно! промисловостГ, м. Москва, вмют (об'емний) атомГв дейтерГю в потоцГ вщпрацьова-ного (збщненого дейтер1ем) водню, що покидав стутнь попереднього концентрування дейтерш, повинен був становити 1,4 у (тобто 1,4x10"5).
Фактично ж цей bmíct за 4 роки робота ВДГ (до початку 1970 р.) вдалося довести тшьки до 2,3 у, що вщповщало 93,7 % вщ проектного (100 %) ступеня вилучення.
Проблему збшьшення ступеня вилучення дейтерГю до проектного намагалися вирь шити i пращвники ВДГ, i центральний Г1АП, i ДнГпродзержинська фГлГя Г1АП, i створена на ДХК спещальна дослГдницька лабораторГя при ВДГ. Де тшьки не шукали «помилку». 1снувала навГть така версГя: фГзики невГрно визначили властивостГ ГзотопГв водню за летю-чГстю в неГдеальнГй сумГшГ протГю та дейтерГю.
На виробництвГ весь час щось удосконалювалося. ЩорГчно колектив ВДГ брав на себе зобов'язання щодо збГльшення випуску продукцп (важко! води) на 0,1%.
Один i3 шляхiв вирiшення зазначено'1' проблеми бачився керiвництву ВДГ (i ДХК) у створенш бiльш досконало'1' системи управлшня виробництвом i, насамперед, у побудовi АСУТП - Автоматизовано'1' системи управлшня технолопчними процесами.
Для цього на ВДГ у 1970 рощ була придбана УОМ УМ-1 об'емом 4 кшослов (8 кь лобайт) оперативно'1' пам'ятi i 6 кшослов (12 кшобайт) пам'ятi ПЗП (постшного запам'ято-вуючого пристрою) i силами пращвниюв служби KBniA (Контрольно-вимiрювальних приладiв i автоматики) ВДГ почалося створення пщсистеми збору оперативно! шформацп (показань датчикГв витрат потокiв, тискiв i температур) з погодинним друкуванням даних на спещальнш паперовiй стрiчцi (рис. 4). Програми для УОМ були написан i налагодженi програмiстом ВДГ Ю.К. Aвiловим, який працював ратше апаратником на одному з агре-гатiв роздiлення iзотопiв водню на ВДГ.
Далi цю пiдсистему будемо визначати як тдсистему 1 АСУТП.
Створення у складi АСУТП ВДГ системи оптимГзацп режимiв роботи ступеня по-переднього концентрування дейтерiю, яка, можливо, допомогла б вирГшити проблему до-сягнення 100-вiдсоткового (до проектного) рiвня вилучення дейтерiю з сировини (нагадае-мо, АВС), що надходила на переробку на ВДГ, було запропоновано керiвництвом ВДГ ДХК вщдшу синтезу управляючих систем (СУС) 1нституту кiбернетики (1К), яким завщу-вав доктор техтчних наук, професор В.1. 1ваненко.
Пiдставою для тако! пропозицп послужили результати, отриманi групою ствробГт-никiв цього вiддiлу в 1964-1969 рр. по автоматизацп та оптимГзацп режимiв ректифГкацш-них установок у вщдшент ректифшацп цеху етилбензолу ДХК [4-9]. У вщдш СУС була видшена неструктурна лабораторiя для виконання робГт iз ВДГ (керiвник гру-пи/лаборатори, провiдний iнженер, старший науковий ствробГтник 1К Д.В. Караченець, який захистив у 1967 р. кандидатську дисертащю з mei теми [4]).
Однак, у зв'язку зг скороченням бюджетного фшансування Академи наук i IK, а у вгддглг СУС ще у бГльшГй мГрГ, роботи з вщдшу СУС були перенесет у Спещальне конс-трукторське бюро математичних машин i систем (СКБ ММС) IK у створений вщдш № 88 «Математичне та алгоритмГчне забезпечення АСУТП».
5. Передпроектн1 дослщження ВДГ
ВиконанГ колективом спГвробГтникГв вщдшу № 88 СКБ ММС науково-дослщт роботи по синтезу оптимально'1' АСУТП ВДГ включали:
1) аналГз ВДГ у цшому як об'екта управлшня (ОУ);
2) аналопчний аналГз ступеня попереднього концентрування дейтерГю (1-го ступеня роздшення Гзототв водню);
3) розроблення математичних моделей технолопчних процесГв на ВДГ;
4) дослщження математично'1' моделГ процесу роздГлення ГзотопГв водню в РК агре-гатГв роздГлення 1 -го ступеня;
5) синтез системи оптимГзацп 1-го ступеня роздГлення як адаптивно'1' системи управлшня (СУ);
6) розроблення САР рГвня рщкого водню в кубГ РК.
У роботах по пп. 1 i 5 брав участь ствробГтник вщдшу СУС М.В. Андреев, нин доктор фГзико-математичних наук, професор кафедри, який працюе в 1нститутГ прикладного системного аналГзу (1ПСА) НацГонального техтчного унГверситету Украши (НТУУ) «Ки-1'вський полГтехнГчний шститут» (КП1) ГменГ I. СГкорського.
Виконаний аналГз за пп. 1 i 2 показав, що задачу оптимГзацп режимГв роботи техно-логГчного устаткування ВДГ при максимально допустимих навантаженнях на агрегати роздГлення Ль---,Aw (рис. 1) по АВС слГд вирГшувати за двома напрямами: зниження енерго-витрат на переробку АВС i збшьшення ступеня вилучення з не'1' дейтерГю. Так, при дотри-маннГ обмежень на тепломГсткють потокГв, що надходять у «холодт» блоки агрегатГв роз-
дшення, за першим KprnepieM (зниження енерговитрат) можна було розглядати задачi управлшня холодильними циклами в цих агрегатах, а з ними i питання onraMÎ3amï управ-лiння компресорним обладнанням цеху «А».
Виршення Bcix завдань стало можливим тсля глибокого теоретичного дослщження технологiчних процесiв в умовах глибокого холоду (до - 2520С ) з математичним моделю-ванням як процесу ректифшацп iзотопiв водню, так i складних хiмiко-технологiчних схем кожного агрегату i всього 1-го ступеня роздшення iзотопiв водню (пп. 3 i 4).
Дослщження математичноï моделi ректифiкацiйних колон було виконано начальником сектора № 1 вщдшу № 88 Л.Н. Ткаченком з пращвниками пщ керiвництвом начальника вщдшу [10]. Як астрант-заочник (науковий керiвник по аспiрантурi Д.В. Караченець) Л.Н. Ткаченко по данш темi в 1975 р. захистив кандидатську дисертащю [11]. Для розроб-ки методiв розрахунку складних схем М.В. Андреевим i Д.В. Караченцем попередньо було виконано чимало дослщжень [12, 13]. У розробщ комплексу програм для таких розрахун-юв, у проведеннi самих розрахункiв та аналiзi отриманих результатiв активну участь брав провщний конструктор сектора № 1 С.П. Поздняков. Розроблення математичних моделей компресорiв цеху «А» i ïx дослiдження виконав другий провiдний конструктор сектора № 1 П.Д. Козьмш. Розробкою математичних моделей шших теxнологiчниx апаратiв агре-гатiв роздшення займалися шженери-конструктори А.М. Гузова, Ю.В. Колесник, С.В. Ко-лодко, З.П. Мельникова, В.М. Мороз, О.В. Хоменко.
Результатом виконаних дослщжень по економп енерговитрат на ВДГ з'явився ряд пропозицш керiвництву ВДГ щодо вдосконалення регламенту роботи технологичного устаткування цеxiв «А» i «Б».
Основш ж зусилля колективу розробниюв у подальшому були спрямованi на ство-рення системи оптимiзацiï режимiв роботи ступеня попереднього концентрування дейте-рiю як адаптивно'1' СУ (рис. 4).
Блок-схема АСУТП ВДГ та системи управлшня (СУ) ступенем попереднього концентрувания дейтерш
Пiдсистеми 2 i 3 (СУ)- комплекси програм УОМ УМ -1
Рис. 4. Блок-схема АСУТП ВДГ з адаптивною СУ 1-го ступеня роздшення
Така СУ була реалiзована у виглядi двох пщсистем АСУТП ВДГ: - пщсистеми 2 щентифшацп математичних моделей РК (в агрегатах роздшення);
- пщсистеми 3 розрахунку з використанням щентифшованих математичних моделей РК оптимальних управлiнь Ui як витрат флегмоутворюючого водню, що подавався в PKr i —1,...,10, з сумарним обмеженим ресурсом.
На розробку i налагодження окремих програм для УМ-1 чимало зусиль витратив провщний конструктор сектора № 1 Г.Е. Масальський. Фрагменти програм вщпрацьовува-лися попередньо в оперативнш пам'ятi УМ-1 i в подальшому ïx «зашивали» в ПЗП, що за-безпечувало високу надшшсть роботи всiéï системи.
Оскшьки в системi оптимiзащï режимiв 1-го ступеня роздiлення передбачалося ре-гулярне (мiнiмум один раз у змшу) коригування витрат флегми, що подавалася в агрегати роздiлення, то необхщно було заздалегiдь подбати про створення системи автоматичного регулювання (САР) рiвня рiдкого водню в кубi ректифшацшно'1' колони, яка звiльнила б операторiв (апаратникiв) агрегатiв вiд ручного регулювання.
Регулювання рiвня голчастим клапаном здшснювалося оператором через довгий (близько 3-х метрiв) шток. В САР приводом (рис. 3) для штока був КПД - «кроковий» пне-вматичний двигун, розроблений Черчикською (м. Черчик, Узбекистан) фшею ДКБА (Дос-лiдно-конструкторського бюро автоматики Мiнiстерства xiмiчноï промисловостi СРСР, яке в радянсью часи очолював майбутнiй мер м. Москви Ю.М. Лужков). Вибiр КПД як привщ штока в данш САР визначався тим, що ВДГ було виробництвом з високим рiвнем пожежо-i вибуxонебезпечностi. Пневматичний сигнал керування для «крокового» двигуна вироб-лявся в керуючому пристро'1' (УП - управляючому пристро'1', рис. 3) САР за спещальним алгоритмом на основi показань ряду датчикiв значень параметрiв «холодного» блока: рiвня рщкого водню в кубi РК, формованого рiвнемiром РМ; показань датчикiв вхщних (для ХБ)
витрат F, Gx i Gф i вихщно'1' витрати - «концентрату HD» на рис. 3. Тут F - витрата водню, видшеного в ТБ з потоку АВС, який тсля проходження теплообмшно'1' апаратури в ХБ остаточно охолоджувався до точки роси в турбодетандерi (ТД) i подавався на таршку «живлення» РК (живлення потоком водню, що роздшявся), яка дшила ректифiкацiйну колону на вичерпну В та змщнюючу З секцп (рис. 3).
Дана САР була захищена авторським свщоцтвом [14].
Розробка i впровадження СУ проводилися за ч^ким графiком: кожний квартал -черговий етап роботи i по ньому - науково-техшчний звгг. I тшьки за захищеним зв^ом -оплата виконаних роб^ по етапу. Всього було випущено близько 20 таких звiтiв. Наукових же публшацш у вiдкритiй прес спiвробiтниками вiддiлу № 88 було надруковано мало через закритий характер роб^, що виконувалися.
6. До питання щодо використання математичноУ модел1 в АСУТП ВДГ
Проведет на ВДГ дослщження привели автора статп, який керував (i науково, i оргашза-цiйно) роботами по створенню оптимально'1' АСУТП для ВДГ, до висновку, що непорозу-мшня, пов'язанi з недостатнiм рiвнем вилучення дейтер^ i, як наслiдок, недоотриманням виробництвом товарного продукту (важко'1' води), були викликаш, в першу чергу, похиб-ками датчикiв витрати газiв (рис. 3) в умовах глибокого холоду (при температурi -1930C) i недосконалютю управлiння агрегатами 1-го ступеня роздшення. Дшсно, дiафрагми датчи-юв витрати потокiв в агрегатах роздшення, проходячи «повiрку» в умовах нормальних температур, при «зануреннi» в низью температури починали, мабуть, деформуватися, приво-дячи до похибок, як по^м зробили висновок автор зi сво'1'ми колегами, у -15%,-10% ^ +10%,+15%. У той же час процес ректифшаци, як знають фаxiвцi в цiй галузi, дуже чутли-вий до флегмового числа (стввщношення потоку флегми, що повертаеться з верху колони на ïï зрошення, з потоком подiлюваноï сумiшi, що надходить ззовш в колону). Залежшсть концентрацiï дейтерiю у вiдпрацьованому газ^ як слiд було очiкувати [4], повинна носити майже експоненщальний характер у робочш областi. Збiльшення флегмового числа змен-
шувало, але не набагато, bmíct дейтер^ у вiдпрацьованому ra3Í. Зменшення ж флегмового числа на ту ж величину призводило до значно бшьшого збшьшення вмюту дейтерiю в ньому (рис. 5).
Рис. 5. Графши залежност концентраци y в у от 6езрозм1рних значень управляючих Í7, дш для р1зних значень збурень ц .://j =-2, /л =-1. //, =0.
/¿4=1,//5 =2
Крiм того, як було виявлено при обробщ великого статистичного матерiалу, нако-пиченого за режимами роботи одша з ректифiкацiйних колон, глибина роздшення iзотопiв у колонi при вах стабiльних значеннях витрат потокiв, що надходили в колону, була тд-дана «дрейфу». У перекладi на флегмове число змши останнього виглядали як випадковий процес, для якого тдходила модель так званого в теорп випадкових процеав маркiвського процесу. Пояснення автор бачив у змш ККД - коефщента корисно'1 дп тарiлок, оскiльки рiвень рiдкого водню на тарiлках становив усього 2,5 см. При вiбрацii ректифiкацiйних колон вщ компресорiв, що працювали в цеху «А», вiбрувала рiдина на таршках i за нель ншного характеру гiдродинамiчних i масообмiнних процеав, якi проходили на кожнiй та-рiлцi, змiнювався, на думку автора, i ККД таршок.
На «дрейф» флегмового числа РК кожного агрегату роздшення накладалися загаль-ний для bcíx агрегатов «дрейф» частки рн f (1) водню в ABC, а також змши в тепломютко-
стi газових потокiв F , Gx i Gф (рис. 3), що надходили в РК i залежали вщ режимiв роботи устаткування в уах блоках (СБ,ТБ i ХБ) конкретного агрегату.
Технолопя управлiння, що була прийнята рашше на ВДГ, зводилася до простого алгоритму: «кожнш сестрi по сережщ», тобто, порiвну, як правило, мiж усiма агрегатами роздiлення розподiлявся потш азото-водневоi сумiшi, що надходив на ВДГ, i порiвну - по-тiк флегми, ресурс якоi був обмежений продуктившстю двох компресорiв флегмоутворю-ючого водню. Зрозумiло, що ва розподiли проводилися за фактичними показами витрато-мiрiв газу, який роздшявся, i флегмоутворюючого водню. Однак в силу похибок вимiрю-
вань, фактичш флегмов1 числа для р1зних колон вщр1знялися один вщ одного випадковим чином, що в цшому по всьому ступеню попереднього концентрування дейтер1ю призводи-ло до зменшення глибини його вилучення.
Вир1шити описану проблему стало можливим за рахунок створення адекватно! задач! 1 реальним можливостям !! використання математично! модел1 ректиф1кацшних колон агрегат1в роздшення 1зототв водню. Така модель будувалася у два етапи.
Спочатку, на основ1 ф1зичних закошв, проводився детальний математичний опис процеав, що вщбувались в РК та в пов'язаному з нею технолопчному устаткуванш (ство-рювалася, скаж1мо, «повна» модель), розроблялися програми для розрахунку таких проце-с1в (тако! модел1) на цифрових ЕОМ 1, насамперед, на ЕОМ (рус.) БЭСМ-6, яка була вста-новлена 1 експлуатувалася в 1К (мова програмування ФОРТРАН), проводилися експериме-нтальш дослщження режим1в роботи колон агрегат1в роздшення на ВДГ (головним чином, на РК агрегату Аз, рис. 1, 1 виб1рково на РК шших агрегат1в), оброблялися експеримента-льш даш 1 уточнювалися параметри «повно!» модел1 РК 1 збурюючих вплив1в.
На другому етат шляхом розрахунюв режим1в РК при !! «повнш» модел1 отримува-ли вхщш даш для визначення параметр1в «спрощено!» модел1, що обиралася. Розглядалися р1зш вар1анти тако! модель
Початкова «спрощена» дискретна математична модель для визначення концентрацп у^ у газовому потощ збщненого дейтер1ем водню з верху / -1 РК, / = 1,...Д0, що працюе в
стащонарному, основному режим1 роботи 1-го ступеня роздшення, на 5 -му такт мала ви-гляд [15]:
де а у > 0, Ъу> 0 - постшш коефщ1енти;
- рщкий пот1к зрошення, який надходив на верхню таршку 1 -! РК на 5 -му такп; /i & - газовий потш, охолоджений в 1 -му турбодетандер1 до точки роси, що подавався на таршку живлення ь! РК на 5 -му такп (тут / - значення потоку F, рис. 3);
ж - неконтрольоване випадкове збурення, що впливало на процес роздшення ¡зотошв водню в 1-й РК на 5 -му такт1 (для р1зних ¡, ] величини \ // , л приймалися незалежни-ми).
Для опису процесу змши л використовувалася модель стащонарного дискретно-
безперервного марювського процесу з перехщною щшьшстю ймов1рносп, яка визначалася виразом
де 0 < ам < 1 •
У (3) для параметр1в ам 1 а^ шдекс «Ь> опущений, оскшьки !х значення теля вибь ркових перев1рок були прийнят для вс1х агрегат1в однаковими.
Майже контрольоваш змшш 1 ^ ж в (2) являли собою режимш параметри 1 при
розв'язанш задач ¡дентиф1кацп математичних моделей ректифшацшних колон РКп г = 1,...ДО, були пов'язаш з витратами потоюв, що вим1рювались датчиками шдсисте-ми 1 збору оперативно! шформацп АСУТП (рис. 4) виразами
Уи = а у ехр[-й,(1 - //.,)(/ /,, +
(2)
(3)
(4)
l¡,s — L<p,i,s + Lx,i,s — O? 63 + 0,95(Jxi (5)
де Lф,,,s та Lxi,s - рiдиннi витрати потокiв флегмо- i холодоутворюючого водню, вщповщ-нi до потоюв Lф i Lx на рис. 3.
При виршенш в пiдсистемi 3 АСУТП задачi оптимального розподiлу ресурсу фле-гмоутворюючого водню мiж агрегатами 1-го ступеня роздшення iзотопiв водню потiк Gx,i,s холодоутворюючого водню для i-i РК на s -му тактi знаходився з виразу
(/•• :. = Р. , I + /''.', i/'' ■ + Pts-lG4>,Us- (6)
Коефщ1енти f¡! ,, Pfis_x, в (6) уточнювалися програмами шдсистеми 2
АСУТП (пiдсистеми щентифшацп математичних моделей РК) за даними вимiрювань тд-системи збору оперативно'!' шформацп з використанням рекурентного методу найменших квадрат1в [16].
Лабораторш анал1зи yr v концентращй yi v, що займали калька годин, проте приводили до значних похибок:
.»•.,-//., (7)
де похибки вимiрювань hi ,s були пiдпорядкованi нормальному закону з нульовим матема-тичним очшуванням (м. о.) i середньо-квадратичним вщхиленням (с.к.в.) сг/, = 0,2;к. Для рiзних i та j похибки his i hj,s - незалежнi випадковi величини.
7. Опис загального алгоритму функцюнування адаптивно'! СУ i Tí шдсистеми щенти-фнкацп математичних моделей РК
Кожний момент часу (такт) s в (2) - (7) вщповщав однш змiнi роботи на ВДГ, що тривала 8 годин. До початку кожно!' змiни s оператор УОК - управляючого обчислювального комплексу (ОУОК) отримував з лабораторп результата анал1з1в газових потоков з верху РК агрегат1в, проби для яких вщбиралися на початку попередньо'1 3míhh ( .v — 1) i анал1з ix, як вказано вище, тривав кiлька годин (близько 6 годин). ОУОК проводив !'х обробку за допо-могою програм шдсистеми 2 АСУТП (рис. 4).
Як правило, аналiзи в кожну змшу проводилися не на вах агрегатах, але протягом доби (трьох змш) кожний агрегат зазнавав такого аналiзу не менше одного разу. Що ж сто-сувалося вмюту дейтер^ в загальному потоцi «вщпрацьованого» водню, то вiн визначався кожну змшу, хоча його значення не використовувалися в розрахунках, а слугували тшьки для контролю ходу технолопчних процеав у цшому по всьому ступеню попереднього концентрування дейтер^.
На початку змши начальник 3míhh (НЗ), виходячи з власно! оцшки стану arperatíb i планового завдання для виробництва, вказував ОУОК навантаження рa js,i = \,...,к, де к -
кшыасть працюючих агрегат1в (к <10), по потоку ABC на кожний агрегат в s -у змшу. (Як правило, працювали вс 10 агрегатсв). Потоки Fa,i,s визначали навантаження fis ((2), (4))
для РК; по потоку водню, що подшявся. В УОК коректувався, при необхщносп, i ресурс Gф,* (Gф, рис. 4) флегмоутворюючого водню. За допомогою програм шдсистеми 3 АСУТП ОУОК здшснював розрахунок оптимального розподшу ресурсу Gфs мiж агрегатами:
Gonm _ s-tопт , ^опт , . ^опт _^ /о i \
<p,s — {J<p,l,s Lr<p,2,s KJ<p,k,s — ÍJ<p,s • 1)
з урахуванням обмежено! продуктивносп компресор1в флегмоутворюючого водню:
к
(8.2)
7-1
НЗ видавав оператору кожного ьго агрегату (ОАi) завдання по потоках риs 1 = Оф,л • ГПсля виконання завдань О А; регулював, якщо необхщно, витрату холодоут-ворюючого водню 0Х1г5 до досягнення стабшьного р1вня рщкого водню в куб1 РК i-го агрегату.
Про досягнення стабшьного режиму в А за рахунок ручного або за рахунок автоматичного регулювання при встановленш на г -му агрегат! САР, ОАi повщомляв ОУОК. Останнш за допомогою програм тдсистеми 2 АСУТП проводив коригування коефщ1ент1в
Р< л, /?('л [ р'\', як! входять у вираз (6), для використання !х на наступному такт! (л + 1). При розрахунку ж оптимальних значень / = \,...,к, витрат флегмоутворюючого водню для РКi кожного, що знаходився в робот!, агрегату значення холодоутворюючого водню визначалися зпдно з (6) при значениях р{,_1 1 зазначених кофщ1еш!в, яю були
отриман! до 5 -го такту.
Адаптивна СУ (що складалася з програмних тдсистем 2 ! 3 в АСУТП, рис. 4) ство-рювалася як оптимальна стохастична система, яка повинна була забезпечувати мш1мум функщоналу середшх очшуваних втрат дейтерш в кожну майбутню змшу 5 у вигляд!
1
1
р= Ит-^Ц, (9)
п {=1
де питомий ризик
л=Щу,}• (10)
Тут М - символ математичного очшування випадкових величин = 5,(5 + 1),....
У свою чергу, концентращя дейтерш у у вщпрацьованому газ1, що служила пока-зником ефективносп режиму ступеня попереднього концентрування дейтер1ю на 5 -му такт1, визначалася як
к ¡к
Ус^ХК^/ХУ^ , (11)
¿=1 / ¿=1
де Уг,5 - загальний пот1к збщненого дейтер1ем водню, що залишав 1-у РК на 5 -му такп, визначався досить точно за виразом
У ¡.б- — Fi,s + (Стф,1,$ ~ Ьф^,^) + ~ Ьх,¡.я)- (12)
Величини у= 1,2,...,к,(к < 10) в (11), що визначали концентращю дейтер1ю в по-тощ у^ 1 Щ° шддавались ди, зпдно з (2), випадкових збурень ж, були випадковими величинами.
При вщсутносп спостережень за збуреннями = 1,2,...,к,(к < 10), яю являли собою марювсью (умовш) процеси (3), вони повинш були сприйматися стороншм спостерь гачем (у даному випадку адаптивною СУ, що розглядаеться) як випадков1 (незалежш) величини, законами розподшу ймов1рностей (щшьносп ймов1рностей) яких були кшцев1 (бе-зумовш) закони розподшу, що породжуються процесами (3). Так1 закони були нормальни-
ми (гауавськими) законами, в яких математичне очшування дорiвнюe 0, а середньоквадра-тичне вiдхилення
тЦОо=0; (13)
Таким чином, перед запуском у роботу тдсистеми 2 у складi АСУТП (тдсистеми ¡дентиф1кацп моделей РК в СУ) апрюрна ¡нформащя про неконтрольоваш збурення jujs,i = 1,2,...,к,(к < 10);5 = 1 технолопчних процеав в РК могла бути представлена повшс-
тю нормальними законами розподшу цих величин N{ju¡ v; m,v, J), J з двома достатшми статистиками m¡,s = mi,i i Di,s = Di,i, де «m» i «D» - символи м.о. i дисперсп (квадрата с.к.в.):
m¡,i = 0,i = \,2,...,к,(к <10), (14)
Du=KJ2. (15)
ГПсля введена в шдсистему 2 даних про результата yr 1 анал1з1в, пов'язаних сшв-вiдношеннями (7) з величинами у; х вмiсту дейтер^ у пробах, якi були ввдбраш з газових потоюв з верху PK¡, i = 1,2,..., к , на початку такту 5 = 1 (1-i змши) могли бути перевизначе-hí anoctepiopm закони розподшв 1мов1рностей збурень /ип . Зпдно з (2), вони повинш ма-
ти досить складний вид. Збер^ання знань про них вимагало б значних ресурав оперативно!' пам'ят УОМ УМ-1 в АСУТП ВДГ, яка була надто обмежена (усього 8 кшобайт).
Тому при статистичнш обробщ даних yis (7) залежностi (2), що описують «спро-
щенi» математичн моделi РК, «спрощувалися» ще дал^ i замiсть «досить точних» залеж-ностей (2) використовувалися 'х наближення [4-7]:
д^ехр^ + СЩ, (16)
де В = Ьу(Гоп//оп + Гоп);
C = -by\fon;
А = ау ехр [~Ьу (£ / fon + l3on)] = ^ exp(-В).
Опорне «флегмове число» (/„„/ /ОЙ + /о„) визначалося через опорш значения потоюв fon (4) i l ln (5) при максимальних навантаженнях агрегатив за потоками f. Управлiння
U i ,s, як поправки до «флегмових чисел», залежали вщ 'х реальних значень по агрегатах.
Значення управлшь Ui,s, що розраховувались, однозначно були пов'язаш з величинами п°т°юв Gф,:
G<P,i,s = Сф,ср.оп +Ui,s, (1
де Gф,ср.оп - деяке опорне значення для витрат флегмоутворюючого водню в РК, що визна-чалось як середне значення ресурсу Gф на один агрегат при вах працюючих агрегатах (¿ = 10).
Залежшсть (16) дал1 наближалася лшеаризованою характеристикою в зош практично найбшып можливих значень випадковоТ величини fii v, тобто в зош ii anpiopHoro мате-
матичного очшування m¡,s [6], що для 5 = 1 визначалося за вама «i» як 0 (14). При цьому
умовний розподш р(ум1р бути представлений у вигляд1 нормального закону розподшу N ( у,, ж; т у,, s, В у,, s) з м.о. i диспераею, рiвними
< = —¿-т1;8+и1;8), (18)
Ши* в
К=еь. (19)
Величина в (18) визначалася виразом
Г =------(20)
^ АВеМВт^+Си^)- К ]
При такш «локальнш» лшеаризацп моделей (2) РК апостерюрш закони розподшу збурень jлi л, що знаходились з використанням формули Байеса, мали вигляд нормальних
(гауавських) закошв зi статистиками т^ та В якi визначалися виразами:
т =ДЧ, -«)1;82 + У*, А, Ш)
" Б. + «> 2 '
1,8 П/1,8
Б (<7Х ) 2
В = ц» (22)
тл г 7 \ 2 ' '
де
,х —
= (23)
(о^аУ = XI.2 + <*2- (24)
Дал1 апрюрш до моменту (л' +1) закони розподшу збурень //(л, яю визначалися з урахуванням (3), теж носили характер нормальних закошв зi статистиками:
тг,,+1 = ам Щ,, (25)
А(26)
Якщо на такп л = 1 з РК агрегат1в /р/2,(/? < к) проби газу з верху колон для аналiзiв не вiдбиралися, то у виразi (25) i (26) як величини mi х i Дч бралися статистики пцд 1 £>¿,1 апрюрних до такту я = 1 розподшв вщповщних збурень.
Дал1 процес обробки анал1з1в величин у1.^ = 1,2,...,к,{к < 10),5 = 2,3,..., що визнача-
ли концентращю дейтерiю в газових потоках з верху РК, тривав аналопчно.
За виразами (18-26) неважко простежити, як управлшня, що приймались в СУ на крощ s, позначалися на точности визначення збурень на майбутшх кроках. У цьому прояв-лявся дуальний характер управлшь ^ ж, що вибирались на кожному тактi роботи адаптивно! СУ.
8. Короткий опис пщсистеми розрахунку оптимальних управлшь
Для зручностi графiчного представлення залежносп (16) концентрацп дейтерiю у в газовому потощ, що залишав верх / -1 РК, вщ збурень /у, та управлшь (]. введемо масштабую-
ч1 множники т]г)-, яю зв'яжуть нов1 змшшц 1 з1 старими //г 1 ¿/г виразами:
; и, = ЛйОг, (27)
а вираз (16) дозволять привести до виду
= А ехр(0,5 Д + и г), (28)
де А = 1,4* 10 5 = 1,4/ 1 = 1,4/ при =(),£/, = 0, що вщповщало значению, яке було
закладено у проект ВДГ, розроблений Г1АП.
Нижче для прикладу вираз (28) представлено вибiрково дискретними значеннями у виглядi табл.1 i графiкiв (рис. 5).
Таблиця 1. Таблиця залежносп значень концентращй в /(=10 5) вщ безрозм1рних зна-чень збурюючих J^i 1 керуючих и, Д1Й
й \ и -3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0 0,5 1,0
-2 - - - - 10,36 6,26 3,81 2,30 1,40
-1 - - - 10,36 6,26 3,81 2,30 1,40 0,85
0 - - 10,36 6,26 3,81 2,30 1,40 0,85 0,52
1 - 10,36 6,26 3,81 2,30 1,40 0,85 0,52 0,31
2 10,36 6,26 3,81 2,30 1,40 0,85 0,52 0,31 0,19
Якщо уявити, що кожне з п'яти наведених значень збурень ц (-2, -1,0,1,2) д1е на дв1 з десяти працюючих РК 1 що весь ресурс флегмоутворюючого водню фактично р1вно-м1рно розподшений м1ж РК, чому вщповщають значения управлшь и, = 0, / = 1,2,..., 10 (стовпець и, = 0 таблищ або вюь ординат на рис. 5) , то середне значения величини у( у критерп (10) склало б 1,78 /, а не 1,40 у (1,4 у) при вщсутносп дп збурень
(Д. =0;/ = 1,2,...ДО)-
Додаткове пiдвищення концентрацп дейтерш в потоцi вiдпрацьованого водню, який залишав ВДГ, це, в даному випадку, швидше за все результат дп вiбрацii на колони та шших факторiв («дрейфiв»), про яких йшлося в роздiлi 6.
Якщо б зазначеш «дрейфи» були вщсутш, а «збурення» на процес у 1-му ступеню роздiлення iзотопiв водню виникали тшьки з-за похибок датчиюв при вимiрах витрат по-тоюв (приведених до потоку флегмоутворюючого водню), то приблизну ощнку в попр-шеннi критерiю (10) можна провести по рядку таблищ i графшу на рис. 5 для
ц = 0, / = 1,2,...,5 . Якщо прийняти, що для половини РК помилки у вим1рах иI приводили до значень [/, = +1, а для половини РК - до значень и¡ = ~ 1 (а це було близько до реальних значень), то показник ефективносп (10) процесу на ступеш попереднього концентрування дейтерш склав би 2,17 у, що було близько до того, що фактично спостер^алося на ВДГ до моменту випробувань створено'1' адаптивно'1' СУ.
З наведених таблиць i графшв видно, як вибiр керуючих впливiв у СУ повинен бути пов'язаний з отриманням максимально точних оцiнок про дiючi збурення на процес, що
забезпечувалося тдсистемою 2 АСУТП на основi даних пiдсистеми 1 i даних лаборатор-них вимiрювань величин у ж (7) на кожному такт роботи СУ.
Програмно'1 реалiзащi тдсистеми 3 АСУТП передували всебiчнi дослщження задачi синтезу алгоритму управлiння СУ. Обмежений обсяг статп не дозволяе описати отриманi тут результати. Щоб дати читачевi уявлення про проблеми, яю виникають у такого роду задачах i про пiдходи до 1'х вирiшення, автор вiдсилае читача до пубткацш [6, 7].
Коротко робота зазначенох пiдсистеми може бути охарактеризована таким чином.
Вщомо [1], що в байесiвських задачах управлшня, яке повинно надавати мiнiмум питомому ризику (10), знаходиться з мiнiмiзацii умовного питомого ризику г . В данiй задачi вiн мае вигляд
г, = М{у( / ти, £>,■ „ / = 1,2,..., < 10) } = к . _ _
У [у^и^хР^ / (29)
г=1
де Р(/ли I - апрюрний на момент X розподш щшьносп ймов1рносп збурення ¡ии.
Для величини у (, що надаеться виразом (16), п мае вигляд
к
г, = + !2 + Сии), (30)
¿=1
де С < 0 .
Неважко помiтити, що г являе собою суму кривих, аналопчних тим, що наведенi на рис. 5, тшьки «вага» збурення ¡л{ ( тут подана двома членами. При точному знанш ¡л{ ( його значения представляеться в (30) м. о. да,//),,, = 0) При недостов1рному знанш збурення //г ( ( > 0) на його компенсащю доводиться витрачати додаткове управлшня и 1л, яке
повинно братися з загального ресурсу флегмоутворюючого водню на 1-му ступеш роздь лення iзотопiв. А це могло бути зроблено тшьки за рахунок перерозподшу цього ресурсу мiж агрегатами даного ступеня.
Мшмум ризику п (30) досягався програмами пiдсистеми 3 АСУТП ВДГ шляхом ряду iтерацiй, на кожнш з яких ресурс перерозподiлявся мiж агрегатами з найбiльшим i найменшим значеннями членiв, що входять в суму (30). Такий алгоритм розрахунку управлшь був обраний з урахуванням сепарабельност цшьово!' функцп г i опуклостi
складових 1! функцiй ехр(...) пiд знаком суми.
Бiльш тоню питання коригування управлiнь, одержуваних за умови м^мзацп умовного питомого ризику г на кожному такт роботи s СУ з метою досягнення мшмального значения критер1ю (9), що враховуе дуальний характер управлшь и, тут не розгля-даються.
Розробки адаптивно!' СУ були завершен у травш 1975 року. До початку серпня того року вс програми тдсистем 1-3 АСУТП були «зашит» в ПЗП, а до кшця цього мiсяця була розроблена i узгоджена з ДХК (i, в першу чергу, з ВДГ) Програма випробувань СУ.
На момент випробувань СУ вмют дейтер^ у вiдпрацьованому газi було знижено на ВДГ до 2,2 у, а ступшь його вилучення збшьшено до 94,9 % вщ проектно!. Нагадаемо, що до початку розробки СУ щ показники становили 2,3 у i 93,7%, тобто за п'ять роюв випуск продукцп (важко! води) було збiльшено на 1,2% при рiчних зобов'язаннях колективу ВДГ, яю передбачали збiльшення на 0,1%.
Згщно з Програмою, випробування СУ проводилися з 01.09.1975 по 31.10.1975 р. При цьому:
випробування повинн були проводитися при постшних навантаженнях по газу, що роздшявся, щоб при цьому концентращя дейтерiю у вщпрацьованому газi могла служити показником ефективност всього виробництва по випуску важко! води;
до початку випробувань були нанесет на мiлiметровi стрiчки значення цього пока-зника позмiнно за весь попереднш випробуванням рiк;
протягом перших десяти дтв випробувань управлшня на агрегати не повиннi вида-ватись, а повинна проводитися тшьки статистична обробка даних по вах змiнах.
Результати випробувань СУ наведет на рис. 6.
На графшу за серпень-жовтень 1975 року нанесет подобовi (усередненi по змiнах) концентрацп дейтерiю у вiдпрацьованому потоцi водню, що залишав ПДГ.
Вм1ст дейтер1ю у вщпрацьованому потощ водню тж час випробувань системи з 01.09.75 по 31.10.75, в гамах
и
п
3.0.
Ил
иц
и
-тр-
4-4
тР"
Дн1
"Т"
-30
~г
30
~1-г
Жовтень
"Г
60
Серпень
Вересень
Рис. 6. Результати випробувань адаптивно! СУ ступеня попереднього концентрування дейтер1ю на ВДГ
4.0 _
2.0 _ -
1.0 —
0
Як видно з графика, иодобов! концентрацп в серит лежали в д1апазот 1,2 у - 3,2 у з середтм значениям 2,2 у . Такий же характер цей графш носив ! в першу декаду вересня.
Починаючи з 1-! змши 11 вересня на всiх 10-ти агрегатах витрата флегмоутворюю-чого водню встановлювалася згщно з розрахунками пщсистеми 3 АСУТП. Протягом 3-х д1б (9-ти змш) зазначена вище концентращя знизилася до проектно!, тобто до 1,4 у. I з цим показником процес проткав до 12 жовтня. А потм у наступт 5 дiб його характер змь нився. Чому?
А тому, що 10 жовтня на ДХК (^ звичайно, на ВДГ) вщбулися великi урочистосп, присвяченi 10-рiччю введення в експлуатащю ВДГ. З Москви, з Г1АПа прибула велика делегацiя науковцiв i проектувальникiв на чолi з вщомим радянським вченим-хiмiком 1.1. Гельперiним [17]. 11 жовтня на ВДГ вщбулася Техтчна (а, скорiше, Науково-технiчна) нарада, де ва учасники проекту ВДГ доповши про сво! останнi напрацювання, пов'язат з ВДГ. Виступ автора статп по отриманих на той день результатах випробувань адаптивно! СУ у складi АСУТП ВДГ справив неабияке враження на вах учасниюв. Адже вперше за 10 роив виробництво майже мюяць пропрацювло з проектним ступенем вилучення дейте-р1ю з показником 1,4 у \ А це - збшыпення виходу продукщ! ВДГ на 5%. Для досягнення такого показника колективу ВДГ знадобилося б, умовно, 25 роюв! Якщо щось близьке до ще! цифри було б записано у Протокол випробувань i потм увiйшло б у план виробництва
важко' води на ВДГ, то це загрожувало керiвництву ВДГ великими неприемностями (ви-сока ймовiрнiсть залишатися в майбутньому без премп за невиконання плану).
Заступник начальника цеху «Б» (прiзвище опускаеться), який вщ ВДГ був призна-чений куратором зазначених випробувань, але не проявив в останнш мюяць iнтересу до випробувань, змушений був дати вказiвку апаратникам пщвищити навантаження на агре-гати. Реакщю СУ на виниклу ситуащю видно з графiка. Пiсля перехщного процесу протя-гом 2-х д1б технолопчний процес по всьому ступеню попереднього концентрування ви-йшов на значения щльового показника в 1,6 у. При цьому фактичний вихщ щльового продукту ВДГ зростав, а за прийнятою у Програмi методикою, орiентованою на стабiльне навантаження агрегатсв, його розрахункове значення падало.
Навантаження виявилися неприпустимими за технолопчним регламентом, i куратор через 5 дшв вщ них змушений був вщмовитися. Знову на графшу невеликий перехщний процес \ знову - 1,4 у .
Коли до завершения випробувань залишався десь тиждень, концентращя дейтер1ю в потощ вщпрацьованого водню шдскочила шд 3,0 у \ Ихто спочатку не м1г зрозум1ти причину цього. Але за участю Ю.К.Авiлова, начальника УОМ i розробника пiдсистеми 1 (рис. 4), "винуватщ" були знайденi: ними виявилися апаратники трьох самих далеких (вщ начальства) агрега^в - 8-го, 9-го i 10-го. В робочi журнали вони записували виконання завдань, що вироблялися в УОМ пщсистемою 3, а до штурвалiв, пов'язаних з клапанами, що регу-люють витрати флегмоутворюючого водню в агрегатах роздшення iзотопiв водню, нiхто з них протягом 3-х дiб не пщходив. (Апаратники всiх трьох змш по всiх трьох агрегатах за жовтень були депремшоваш. Первинне ршення «депремiювати на 100%» на прохання автора було знижено до 10%). Цей «збш» у Програмi випробувань зайвий раз показав, насю-льки весь стутнь попереднього концентрування дейтер^ чутливий до «перекосiв» в управлшш технологiчним процесом у всьому ступеню i наскiльки ефективно здатна була усунути таю «перекоси» розроблена адаптивна СУ.
Пюля проведення випробувань були пщведеш пщсумки i пщписаний Протокол.
За пiдсумками фактичний випуск важко'1' води на ВДГ за два мюящ вирю на 2,67%. Чому, запитае читач, не на 5,1%? По-перше, управлшня технолопчним процесом на 1-му ступеш концентрування дейтер^ почалося тшьки з 11 вересня. По-друге, були «збо'1» у виконанш Програми в жовтш. По-трете, були перехщш процеси в адаптацй СУ до управлшня процесом при запуску системи i при «збоях». (Особливо показовий процес, що виник з 11 вересня. Можливо, що таю процеси викликалися неточностями в обчисленш апостерь орних розподшв щшьносп ймовiрностi збурень при лiнеаризацii характеристик РК - рек-тифiкацiйних колон). Незначш ресурси УОМ у складi АСУТП ВДГ змушували розробни-юв адаптивно'' СУ йти на вщмову вiд реалiзацii бiльш складних задач i методiв 1'х вирiшен-ня. Зокрема, розрахунок оптимальних управлiнь був орiентований на усталенi режими у вах агрегатах 1-го ступеня роздшення iзотопiв. Однак це не завжди виконувалося. Ймовi-рно, були й iншi неврахованi фактори, якi дещо занизили отриманий результат.
I все ж цей результат виявився настшьки вражаючим, що викликав чималий смуток у керiвникiв ВДГ, якi взяли участь у нарадi щодо пщведення пiдсумкiв випробувань. Бача-чи це, автор статп, як керiвник роб^ вiд Виконавця адаптивно'' СУ, запропонував у Протокол випробувань внести цифру «0,67%». З цим уа одностайно погодилися.
9. Висновок
Пщхщ до створення описано'' тут адаптивно'' СУ, що грунтувався на гiпотезi про стохасти-чну природу вах невизначених процесiв i величин, виявився досить ефективним, як про це свщчать отримаш результати випробувань спроектовано" СУ. На думку автора, його дощ-льно використовувати при виршенш задач оптимального управлiння виробництвами не-
перервно'1 промислово'1 технологи в xiMii, металурги, при переробцi сшьськогосподарсько'1 сировини та в шших галузях. Наприклад, вш Mir би бути використаний в АСУТП компре-сорних станцiй на мапстральних газопроводах.
Слiд зауважити, що на сьогодш значне поширення в теори та практицi побудови су-часних систем управлiння в умовах невизначеносп набув пiдхiд, що не вимагае отримання шформаци про стохастичш характеристики невизначених процесiв i величин, а грунтуеть-ся тiльки на !х обмеженост з апрiорi заданими множинними оцшками [18]. При цьому задача синтезу СУ зводиться до виршення вщповщно! мшмаксно'1 задач^ що надае можли-вiсть отримувати гарантоваш оцiнки векторiв параметрiв для об'ектв керування та значень критер^ оптимальностi СУ. Не викликае сумшву доцiльнiсть такого пiдходу до виршен-ня задач управлiння об'ектами в аерокосмiчнiй галузi, в СУ вшськового призначення та в багатьох випадках дискретних технологш виробництва. Що ж стосуеться задач управлшня виробництвами неперервно! промислово'1 технологи, то перший тдхщ не втратив свого значення.
Окремо слщ сказати про виробництво важко'1 води. Автор статп вважае за доцшьне створення в Укра'ш за сучасною технологiею такого потужного виробництва. Його про-дукцiя - важка вода - спочатку б стала товаром, що знайшов би попит на св^ових ринках, а надалi б надала тдгрунтя для створення в Укра'ш важководних атомних реакторiв, яю б дали змогу суттево тдвищити енергетичну незалежнiсть Украши.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем / Фельдбаум А.А. - М.: Наука, 1966. - 553 с.
2. Андреев Б.М. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике / Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 456 с.
3. Выделение дейтерия из водорода методом глубокого охлаждения / М.П. Малков, А.Г. Зельдович, А.Б. Фрадков [и др.]. - М.: Госатомиздат, 1961. - 152 с.
4. Караченец Д.В. Синтез системы автоматической оптимизации режимов ректификационной установки обезбензоливания: автореф. дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук / Д.В. Караченец. - К.,1967. - 25 с.
5. Иваненко В.И. Задачи статистического синтеза систем автоматической оптимизации массооб-менных установок / В.И. Иваненко, Д.В. Караченец // Fourth Congress of the International Federation of Automatic Control, Section 53. - Warszawa, 1969.
6. Караченец Д.В. Исследование задачи статистического синтеза близкой к оптимальной системе управления одним классом марковских объектов / Д.В. Караченец, Г.Э. Массальский // Адаптивные системы автоматического управления. - К.: РИО ИК АН УССР, 1969. - С. 42 - 62.
7. Караченец Д.В. Массообменный процесс как управляемый случайный процесс / Д.В. Караченец, Г.Э. Массальский, Н.В. Андреев // Управляемые случайные процессы и системы. - К.: РИО ИК АН УССР, 1972. - С. 158 - 175.
8. Караченец Д.В. Автоматические и автоматизированные системы управления технологическими процессами и комплексами / Д.В. Караченец // Институт проблем математических машин и систем. 50 лет научной деятельности: коллективная монография. - Киев: ООО "НПП Интерсервис", 2014. -С.102 - 116.
9. Караченец Д.В. Разработки и внедрения автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами и комплексами в химической промышленности / Д.В. Караченец // Анатз, моделювання, управлшня: зб. наук. праць вщдшу прикладного нелшшного анатзу 1нституту прикладного системного анал1зу НТУУ "КТО". - К.: ННК "1ПСА" НТУУ "КТО", 2015. -Вип. 2. - С. 64 - 71.
10. Караченец Д.В. Применение основных принципов построения математического описания процесса ректификации в технике низких температур / Д.В. Караченец, Ю.В. Колесник, Л.Н. Ткаченко. - К.: РИО ИК АН УССР. - 28 с. - (Препринт 82-5).
11. Ткаченко Л.Н. Исследование процесса низкотемпературной ректификации жидкого водорода как объекта автоматического управления: автореф. дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук: спец. 05.25 / Л.Н. Ткаченко. - К.: АН УССР. Ин-т кибернетики, 1975. - 25 с.
12. Андреев Н.В. Метод расчета сложных технологических систем / Н.В. Андреев, Д.В. Караченец // Адаптивные системы автоматического управления: Республиканский межведомственный науч.-техн. сб. - К.: Техшка, 1975. - С. 59 - 66.
13. Андреев Н.В. О выборе свободных переменных при расчете технологических систем / Н.В. Андреев, Д.В. Караченец // Республиканский межведомственный научно-технический сборник "Адаптивные системы автоматического управления". - К.: Техшка, 1975. - С. 66 - 71.
14. А.с. Устройство управления установки процесса низкотемпературной ректификации / Д.В. Караченец, Е.П. Поздняков, Л.Н. Ткаченко, Ю.А. Редин, Ю.С. Рудой, В.А. Рябчий. - № 98088; заявл. № 1594672, 06.10.1975; зарегистр в Госреестре изобретений СССР 04.08.1976.
15. Караченец Д.В. Адаптивная система управления ступенью предварительного концентрирования дейтерия / Д.В. Караченец // Тезисы докладов на ХХ междунар. конф. по автоматическому управлению. - Николаев, 2013. - С. 129 - 130.
16. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений / Ю.В. Линник. - М.: Физматгиз, 1962. - 352 с.
17. Киперман С. Сага о Гельпериных [Электронный ресурс] / С. Киперман // Секрет. - Израиль, Хайфа, 2011. - 14.01. - Режим доступа: http://velelens.livejournal.com/400693.html.
18. Кунцевич В.М. Управление в условиях неопределенности: гарантированные результаты в задачах управления и идентификации / Кунцевич В.М. - Киев: Наукова думка, 2006. - 264 с.
Стаття над1йшла до редакцп 09.03.2017
