Advanced Process Control (APC) (Часть 2)
Превью
В предыдущей статье я рассказал, что такое СУУТП, где применяется и какую пользу приносит (если не читали, рекомендую начать именно с первой статьи). Эта же статья, являясь логическим продолжение предыдущей, описывает из чего состоит СУУТП и как она работает.
Из чего состоит СУУТП?
В основе СУУТП лежит многопараметрический контроллер и виртуальные анализаторы
Структура СУУТП
Остановимся подробнее на каждом.
Многопараметрический контроллер
Многопараметрический контроллер (МПК) — это набор переменных в виде матрицы параметров технологического процесса, связанных между собой передаточными функциями динамических звеньев. Как правило, это апериодическое звено 1-го порядка, интегральное звено и реже апериодическое звено 2-го порядка.
Все параметры, используемые в матрице МПК, делятся на следующие группы:
Контролируемые переменные (CV)
Это измеренные или рассчитанные переменные, которые необходимо контролировать для достижения целей (уставка или мин/макс ограничения), также являющимися выходными переменными. Примеры: температура, уровень, давление, показания поточного анализатора качества,
Манипулируемые переменные (MV)
Это регуляторы АСУТП, используемые СУУТП, для поддержания контролируемых переменных в целевых диапазонах; входные переменные. Примеры: уставка ПИД регулятора, положение клапана, уставка соотношения переменных ТП, расход пара, расход флегмы
Переменные наблюдаемых (измеряемых) возмущений (DV)
Это измеренные переменные, влияющие на контролируемые переменные, используемые для упреждающего воздействия. Примеры: расход сырья на установку, плотность топливного газа, температура окружающей среды, температура промоборотной воды
Рассмотрим этим параметры на примере нефтехимической промышленности.
Типичная схема автоматизации СУУТП ректификационной колонны
Пример матрицы МПК
Из матрицы, изображенной выше, объясняется словосочетание «Многопараметрический». От одного параметра MV, может зависеть одновременно несколько параметров CV, и наоборот, на один параметр CV могут влиять несколько параметров MV. Это и отличает СУУТП от классической АСУТП, где один клапан контролирует только один технологический параметр.
Помимо задач управления, МПК решает задачу оптимизации. Как правило, в качестве оптимизации используется экономия энергоресурсов (пар, электричество, топливный газ) или увеличение выхода продукта
Оптимизация технологического процесса в СУУТП
Поясняю, как это происходит.
Зона 1. Это область управления технологическим процессом, которая определена согласно режима, описанного в технологическом регламенте.
Зона 2. Это область управления технологическим процессом, в которой аппаратчик может чувствовать себя комфортно. Он держится подальше от регламентных границ, что приводит к снижению риска по нарушению ТП.
Зона 3. Область работы СУУТП в режиме управления. В данной области СУУТП снижает колебания и стабилизирует процесс. Однако, на экономические составляющие это не сильно влияет.
Зона 4. Область работы СУУТП в режиме оптимизации.
Мы видим, что после стабилизации режима, СУУТП ведет режим технологического
процесса значительно ближе к регламентным ограничениям, которые улучшают
экономические показатели.
Виртуальный анализатор
Виртуальный анализатор — это косвенное измерение параметров качества (концентрации) продукта, в основе которая регрессионная математическая модель, рассчитанная на статистических исторических данных. Он позволяет в режиме реального времени определить качество продукта на технологическом объекте. В качестве регрессоров (входных параметров) используются датчики с приборов КИП технологических объектов: температуры, давление, расходы, плотности и т.д.
Зачем нужен виртуальный анализатор?
В нефтехимической промышленности необходим постоянный контроль за технологическим процессом, в том числе за качеством выпускаемой продукции. Традиционно, для этого есть 2 способа: отбор пробы для лабораторного анализа и/или поточный анализатор. Период отбора проб для проведения лабораторного контроля довольно большой (что не может обеспечить достаточную информативность и оперативность в компенсации отклонений от требуемого значения показателя качества продукта), а поточные анализаторы имеют высокую стоимость, требуют калибровки и техобслуживания, при этом дискретность показаний варьируется от 10 до 45 минут. На помощь приходит виртуальный анализатор, который показывает значение с дискретностью 1 мин. \
Классическая формула виртуального анализатора имеет вид:
QE = k1*X1 + k2*X2 + kn*Xn + C,
Где QE — значение виртуального анализатора, X1…Xn технологические параметры (температура, давление, расход и т.д.), k1…kn коэффициенты этих параметров, полученных при построении регрессии, C — свободный член.
Заключение
Итак, вы узнали, из чего состоит СУУТП. В одной из следующих статей, я продолжу рассказ, как определяются параметры динамических моделей МПК, как разрабатывается виртуальный анализатор, с какими трудностями сталкивается инженер при разработке СУУТП, и как определить «на сколько хорошо работает СУУТП». Coming soon…
