способ автоматизированного управления технологическим процессом непрерывного смешения высокооктановых бензинов

Формула изобретения

1. Способ автоматизированного управления технологическим процессом непрерывного смешения высокооктановых бензинов, включающий операции автономной оптимизации смешения - априорного определения оптимальной рецептуры товарного бензина из исходных компонентов, формирования закона изменения параметров станции смешения (системы) при переходе из остановленного состояния в рабочее и обратно, формирования заданий для контроллеров расхода по соответствию заданным значениям расхода готовой смеси и соотношению ее компонентов, сравнения измеренных свойств смеси с заданными, коррекции модели смешения путем сравнения получаемых с ее помощью оценок с результатами измерений, отличающийся тем, что измеряются показатели качества компонентов смеси и товарного продукта на входе и выходе коллектора смешения в каждом цикле регулирования, определяются величины временных запаздываний компонентов смеси в технологических трубопроводах, соединяющих резервуары компонентов смеси с коллектором смешения и длительность перемешивания компонентов в коллекторе смешения, а формирование управляющих воздействий синхронизируется с моментами опроса анализаторов качества товарного продукта и компонентов смеси на выходе и входе коллектора смешения с учетом технологических запаздываний компонентов смеси в трубопроводах и коллекторе смешения, причем регулирование расходов компонентов смеси производится путем реализации итерационной процедуры, минимизирующей число измерительных операций, управляющих воздействий и операций коррекции модели смешения в каждом цикле регулирования

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед запуском станции смешения измеряются координаты точек включения регулирующих клапанов, расходомеров и анализаторов качества на технологических трубопроводах относительно коллектора смешения, а также длина трубопроводного коллектора смешения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по результатам измерения октанового числа смеси поточным анализатором качества определяется величина и знак отклонения измеренного значения октанового числа Q₀ от заданного значения Q_Г, а направление регулирования выбирается из соотношений | | , | |> , =(Q₀-Q_Г)>0, <0, где - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества, причем при выполнении соотношения | | процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения; в случае выполнения соотношений | |> и >0, или | |> и <0 реализуется итерационная процедура регулирования по одному из компонентов смешения с убывающими или нарастающими значениями расхода регулируемого компонента смеси, соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируется итерационная процедура регулирования расхода по одному из компонентов смешения, включающая операции: формирование дискретного ряда управляющих воздействий с адаптивным выбором шага изменения расхода регулируемого компонента, определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе станции смешения; регистрация момента воздействия на регулирующий клапан компонента смеси и готового продукта на входе и выходе коллектора смешения, соответственно, с учетом временных запаздываний рабочей среды в трубопроводах и коллекторе станции смешения, коррекция математической модели смешения по величине расхода регулируемого компонента смеси, определение отклонения измеренного значения октанового числа смеси Q₀ от заданного значения Q _Г, проверка выполнения соотношений =(Q₀-Q_Г)>0 и | | , где - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества, стабилизация расходов компонентов смеси на входе коллектора.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе реализации итерационной процедуры регулирования расхода по одному из компонентов смешения изменения расхода производятся в соответствии с соотношениями

где F_K - объемный расход k-го, регулируемого компонента смеси; S - относительная величина начального шага регулирования расхода; i=1, 2, 3, ... - номер итерации, цикла регулирования; Q₀ - измеренное значение октанового числа смеси в i-м цикле регулирования; Qr - заданное значение октанового числа готового продукта, причем номинальная величина расхода F_K регулируемого компонента смеси определяется в результате коррекции математической модели смешения по k-ому компоненту смеси в каждом цикле регулирования по показаниям поточных расходомеров и анализаторов качества компонентов смеси и готового продукта.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе реализации итерационной процедуры регулирования производится синхронизация управляющих воздействий и измерений показателей качества компонентов смеси и готового продукта, включающая операции: регистрацию момента подачи управляющего воздействия на регулирующий клапан канала регулирования расхода компонента смеси t_K; измерение расхода рабочей среды в технологическом трубопроводе компонента смеси F _K и на выходе коллектора смешения F₀ с помощью расходомеров, включенных после анализаторов качества по потоку рабочей среды; определение временного запаздывания рабочей среды в технологическом трубопроводе регулируемого компонента смеси _T относительно момента подачи управляющего воздействия t_K на регулирующий клапан компонента смеси, причем опрос анализаторов качества на входе и выходе коллектора смешения синхронизируется с моментом подачи управляющего воздействия в соответствии с соотношениями

t_Qвх >t_K+ _T - для анализаторов качества на входе коллектора;

t_Qвых>t _K+ _K - для анализаторов качества на выходе коллектора смешения,

где t_Qвх и t_Qвых - допустимые моменты времени для опроса анализаторов качества на входе и выходе коллектора смешения соответственно;

где l_K1 - расстояние между регулирующим клапаном и поточным расходомером компонента смеси на трубопроводе; S_K - площадь поперечного сечения трубопровода на входе коллектора; l_K - расстояние между регулирующим клапаном и коллектором смешения по трубопроводу; l и S - длина активной части и площадь поперечного сечения трубопроводного коллектора; l₀ - координата поточного расходомера на выходе коллектора по трубопроводу; S₀ - площадь поперечного сечения трубопровода на выходе коллектора смешения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что итерационная процедура регулирования дополняется системой подстройки расходов нерегулируемых компонентов смеси, включающей операции: регистрацию последних значений расходов компонентов смеси и показателей качества, полученных в ходе итерационной процедуры регулирования; коррекцию математической модели смешения и расходов по нерегулируемым компонентам смеси; синхронизацию управляющих воздействий и измерений показателей качества нерегулируемых компонентов смеси и готового продукта; проверку выполнения условия |Q₀-Q_Г| , где Q₀ - измеренное, Q _Г - заданное значение октанового числа готового продукта, - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества, причем при выполнении условия |Q ₀-Q_Г| управление смешением сводится к стабилизации расходов компонентов смеси на входе коллектора, а в случае |Q ₀-Q_Г|> управление смешением сводится к реализации итерационной процедуры регулирования с использованием скорректированной математической модели и уточненных значений расходов нерегулируемых компонентов смеси.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к технике автоматизации и управления технологическими процессами и предназначен для автоматизированного управления процессом непрерывного смешения высокооктановых бензинов в составе станции смешения с использованием поточных анализаторов качества бензинов-октаномеров.

Известен способ автоматизированного управления смешением высокооктановых бензинов, включающий операции подготовки смешения, управления пуском и регулирования расходов компонентов смешения, причем операция подготовки смешения включает автоматизацию накопления, учета, хранения компонентов и выбора рецептуры смешения; операция управления пуском обеспечивает одновременную подачу всех компонентов в коллектор смешения и «мягкий» пуск системы, исключающий явление гидравлического удара и «раскачки» компонентов, что достигается соответствующим выбором закона регулирования расходов компонентов; операция регулирования расходов компонентов смешения в рабочем режиме обеспечивает заданное соотношение мгновенных расходов и набираемых объемов компонентов в любой момент времени [1].

Известны также системы управления станцией смешения высокооктановых бензинов, включающие операции автономной оптимизации смешения, пуска и останова смешения, управления соотношением и свойствами смеси компонентов, хранения и визуализации данных, причем операция оптимизации смешением включает определение оптимальных рецептур товарных продуктов из имеющихся исходных компонентов и определение наилучшего объема каждой из компонент для производства заданного суммарного количества смеси; операции пуска и останова смешения обеспечивают необходимую последовательность управляющих воздействий и линейное изменение параметров системы при переходе из остановленного состояния в рабочее и обратно; операции управления соотношением и свойствами смеси компонентов определяют задания для контроллеров расхода компонентов, обеспечивающих заданный суммарный расход готовой смеси, а также обеспечивают обратную связь от анализатора качества на выходе коллектора смешения для точной подстройки заданий по соотношению компонентов смеси, реализующих требуемые параметры качества готового продукта; операция хранения и визуализации данных обеспечивает сбор и сохранение информации о состоянии системы смешения и резервуарного парка, а также отображение этой информации на операторской консоли [2, 3].

Известна также адаптивная система управления процессом приготовления товарного бензина [4 - прототип]. Указанная система содержит объект управления - коллектор смешения с системой технологических трубопроводов, исполнительные механизмы, расходомеры компонентов смеси и готового продукта, анализатор качества готового продукта - октаномер, включенный на выходе коллектора смешения, блоки идентификации, вычисления изучающих добавок и оптимизации. В системе управления смешением реализованы следующие операции: измерение расходов компонентов смеси и готового продукта на входе и выходе коллектора смешения, измерение октанового числа готового продукта, идентификация октановых чисел компонентов смешения по измеренным значениям октанового числа товарного бензина и расходов компонентов для изучения влияния каждого компонента на качество готового продукта, оптимизация выбора расходов компонентов исходя из минимальной стоимости товарного бензина, формирование управляющего воздействия для исполнительного механизма с учетом величин оптимальных расходов и изучающих добавок компонентов.

Недостатком известных способов и систем управления смешением является значительное время определения оптимальных соотношений компонентов в процессе регулирования, что увеличивает длительность подготовки процесса компаундирования и снижает экономические показатели. Кроме того, в существующих системах управления смешением не учитываются реальные величины временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторах смешения, что может приводить к сбоям в процессе регулирования и снижению точности реализации готового продукта по показателю качества.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества товарного продукта, производительности станции смешения и экономических показателей процесса компаундирования.

Технический результат изобретения достигается тем, что в процессе управления станцией смешения бензинов измеряются показатели качества компонентов смеси и товарного продукта на входе и выходе коллектора смешения в каждом цикле регулирования, определяются величины временных запаздываний компонентов смеси с коллектором смешения и длительность перемешивания компонентов в коллекторе смешения, а формирование управляющих воздействий синхронизируются с моментами опроса анализаторов качества товарного продукта и компонентов смеси на выходе и входе коллектора смешения с учетом технологических запаздываний компонентов смеси в трубопроводах и коллекторе смешения, причем регулирование расхода компонентов смеси производится путем реализации итерационной процедуры, минимизирующей число измерительных операций, управляющих воздействий и операций коррекции модели смешения в каждом цикле регулирования.

При этом перед запуском станции смешения измеряются координаты точек включения регулирующих клапанов, расходомеров и анализаторов качества на технологических трубопроводах относительно коллектора смешения, а также длины трубопроводного коллектора смешения.

После запуска станции смешения по результатам измерения октанового числа смеси поточным анализаторов качества определяется величина и знак отклонения октанового числа Q₀ от заданного, гостированного значения Q_Г, а направление выбирается из соотношений: | | ; | |> ; <0; =(Q₀-Q_Г)>0, где - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества, причем при выполнении соотношения | | процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения; в случае выполнения соотношений | |> и >0 или | |> и <0 реализуется итерационная процедура регулирования по одному из компонентов смешения с убывающими или нарастающими значениями расхода регулируемого компонента смеси соответственно.

Итерационная процедура регулирования расхода по одному из компонентов смешения включает следующие операции: формирование дискретного ряда управляющих воздействий с адаптивным выбором шага изменения расхода регулируемого компонента; определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе станции смешения; регистрация момента воздействия на регулирующий клапан компонента смеси; измерение октановых чисел компонентов смеси и готового продукта на входе и выходе коллектора смешения соответственно с учетом временных запаздываний рабочей среды в трубопроводах и коллекторе станции смешения; коррекция математической модели смешения по величине расхода регулируемого компонента смеси; определение отклонения измеренного значения отклонения октанового числа смеси Q₀ от заданного значения Q_Г; проверка выполнения соотношений =(Q₀-Q_Г)>0 и | | ; стабилизация расходов компонентов смеси на входе коллектора.

В процессе реализации итерационной процедуры регулирования расхода по одному из компонентов смешения изменения расхода производится в соответствии с соотношениями:

где F_K - объемный расход k-го, регулируемого компонента смеси; S - относительная величина начального шага регулирования расхода; i=1, 2, 3, ... - номер итерации, цикла регулирования; Q₀ - измеренное значение октанового числа смеси в i-м цикле регулирования; Q _Г - заданное значение октанового числа готового продукта, причем номинальная величина расхода F_K регулируемого компонента смеси определяется в результате коррекции математической модели смешения по k-му компоненту смеси в каждом цикле регулирования по показаниям поточных расходомеров и анализаторов качества компонентов смеси и готового продукта.

В процессе реализации итерационной процедуры регулирования производится также синхронизация управляющих воздействий и измерений показателей качества компонентов смеси и готового продукта, включающая операции: регистрация момента подачи управляющего воздействия не регулирующий клапан канала регулирования расхода компонента смеси F _K и на выходе коллектора смешения F₀ с помощью расходомеров, включенных после анализаторов качества по потоку рабочей среды; определение временного запаздывания рабочей среды в технологическом трубопроводе регулируемого компонента смеси _T относительно подачи управляющего воздействия t_K на регулирующий клапан компонента смеси, причем опрос анализаторов качества на входе и выходе коллектора смешения синхронизируется с моментом подачи управляющего воздействия в соответствии с соотношениями:

t_Qвх >t_K+ _T - для анализаторов качества на входе коллектора;

t_Qвых>t _K+ _K - для анализаторов качества на выходе коллектора смешения,

где t_Qвх и t_Qвых - допустимые моменты времени для опроса анализаторов качества на входе и выходе коллектора смешения соответственно;

где l_K1 - расстояние между регулирующим клапаном и поточным расходомером компонента смеси на трубопроводе; S_K - площадь поперечного сечения трубопровода на входе коллектора; l_K - расстояние между регулирующим клапаном и коллектором смешения по трубопроводу; l и S - длина активной части и площадь поперечного сечения трубопроводного коллектора; l₀ - координата поточного расходомера на выходе коллектора по трубопроводу; S₀ - площадь поперечного сечения трубопровода на выходе коллектора смешения.

Итерационная процедура регулирования дополняется системой подстройки расходов нерегулируемых компонентов смеси, включающей операции: регистрация последних значений расходов компонентов смеси и показателей качества, полученных в ходе итерационной процедуры регулирования; коррекция математической модели смешения и расходов по нерегулируемым компонентам смеси; синхронизация управляющих воздействий и измерений показателей качества нерегулируемых компонентов смеси и готового продукта; проверка выполнения условия |Q₀-Q_Г| , где Q₀ - измеренное, Q _Г - заданное значение октанового числа готового продукта, - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества, причем при выполнении условия |Q ₀-Q_Г| управление смешением сводится к стабилизации расходов компонентов смеси на входе коллектора, а в случае |Q ₀-Q_Г|> управление смешением сводится к реализации итерационной процедуры регулирования с использованием скорректированной математической модели и уточненными значениями расходов нерегулируемых компонентов смеси.

Рассмотрим содержание предлагаемого способа. Он содержит следующие операции:

1. Измерение координат точек включения регулирующих клапанов, расходомеров и анализаторов качества на технологических трубопроводах относительно коллектора смешения, а также длины самого трубопроводного коллектора перед запуском станции смешения.

2. Измерение показателей качества компонентов смеси и товарного продукта на входе и выходе коллектора смешения в каждом цикле регулирования расходов компонентов смеси.

3. Определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и длительности перемешивания компонентов в коллекторе станции смешения.

4. Синхронизация моментов формирования управляющих воздействий и опроса анализаторов качества компонентов смеси и товарного продукта на входе и выходе коллектора смешения с учетом технологических запаздываний рабочей среды в трубопровадах и длительности перемешивания компонентов в коллекторе.

5. Определение величины и знака отклонения измеренного значения октанового числа Q₀ смеси поточным анализатором качества от заданного значения Q_Г.

6. Проверка выполнения соотношений, сформированных по данным п.5

|Q₀-Q_Г| , |Q₀-Q_Г|> , (Q₀-Q_Г)>0, (Q₀-Q_Г)<0, где - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества.

7. Определение направления регулирования из соотношений, полученных в п.6, причем при выполнении соотношения |Q₀-Q_Г| процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения; в случае выполнения соотношений |Q₀-Q_Г |> и (Q₀-Q_Г)>0 или |Q₀-Q_Г|> и (Q₀-Q_Г)<0 реализуется итерационная процедура регулирования по одному из компонентов смешения с убывающими или нарастающими значениями расхода регулируемого компонента смеси соответственно.

8. Формирование дискретного ряда управляющих воздействий с адаптивным выбором шага изменения расхода регулируемого компонента в соответствии с соотношениями:

где F_K - объемный расход k-го, регулируемого компонента смеси; S - относительная величина начального шага регулирования расхода; i=1, 2, 3, ... - номер итерации, цикла регулирования; величины Q₀ , Q_Г и определены в п.5 и 6.

9. Коррекция математической модели смешения по k-му, регулируемому компоненту смеси по показаниям поточных расходомеров и анализаторов качества компонентов смеси и готового продукта в каждом цикле регулирования.

10. Определение номинальной величины расхода регулируемого компонента F _K по результатам коррекции математической модели смешения в каждом цикле регулирования по п.9.

11. Определение временных запаздываний рабочей среды в технологическом трубопроводе регулируемого компонента _T и на выходе коллектора смешения _K относительно момента t _K подачи управляющего воздействия на регулирующий клапан в соответствии с соотношениями:

где l_K1 - расстояние между регулирующим клапаном и поточным расходомером компонента смеси на трубопроводе; S_K - площадь поперечного сечения трубопровода на входе коллектора; l_K - расстояние между регулирующим клапаном и коллектором смешения по трубопроводу; l и S - длина активной части и площадь поперечного сечения трубопроводного коллектора; l₀ - координата поточного расходомера на выходе коллектора по трубопроводу; S₀ - площадь поперечного сечения трубопровода на выходе коллектора смешения; F_K и F ₀ - расходы компонента и готового продукта соответственно.

12. Определение допустимого времени опроса анализаторов качества на входе t_Qвх и выходе t _Qвых коллектора смешения в соответствии с соотношениями:

t_Qвх>t_K+ _T - для анализаторов качества на входе коллектора и

t_Qвых>t _K+ _K - для анализаторов качества на выходе коллектора,

где t_K - момент подачи управляющего воздействия на регулирующий клапан компонента смеси, _T и _K - временные запаздывания рабочей среды, определенные в п.11.

13. Регистрация последних значений расходов компонентов смеси и показателей качества, полученные в ходе итерационной процедуры регулирования.

14. Коррекция математической модели смешения и расходов по нерегулируемым компонентам смеси.

15. Реализация итерационной процедуры регулирования по одному из компонентов смеси с использованием скорректированной математической модели смешения и уточненными значениями расходов нерегулируемых компонентов по п.14.

Суть предлагаемого способа поясним, используя схемы управления смешением бензинов. На фиг.1 представлена функциональная схема автоматизированной системы управления смешением высокооктановых бензинов.

Здесь обозначено: n - число компонентов смешения, 1 - резервуар компонент смеси, 2 - насос, 3 - измеритель давления, 4 - фильтр, 5 - регулирующий клапан, 6 - анализатор качества на входе коллектора, 7 - расходомер на входе коллектора, 8 - отсечная задвижка на входе, 9 - трубопроводный коллектор смешения, 10 - анализатор качества на выходе коллектора, 11 - расходомер на выходе коллектора, 12 - отсечная задвижка на выходе коллектора, 13 - резервуар готового продукта, l₁, l₂, ..., l_n - координаты регулирующих клапанов относительно коллектора смешения по каналам регулирования 1, 2, ..., n; l₁₁, l₂₁ , ..., l_n1 - координаты расходомеров компонентов смеси относительно регулирующих клапанов для каналов 1, 2, ..., n; l₀ - координата расходомера готового продукта относительно коллектора смешения; РЕ - измеритель давления; FE - измеритель расхода; QE - измеритель качества жидкости; Fl - регулятор расхода.

На фиг.1 показаны точки отбора сигналов расходомеров и анализаторов качества, точки включения регулируемых органов и координаты их взаимного расположения на технологических трубопроводах относительно коллектора смешения. Предполагается наличие контроллеров оперативного управления и анализа качества компонентов и готового продукта, сервера управления процессом смешения и других необходимых элементов АСУТП станции смешения. Приведенная структура станции смешения обеспечивает непрерывно-циклический процесс с независимым заданием соотношений и расходов компонентов смеси. Перед запуском станции производится ввод начальной рецептуры смеси с выбранным компонентным составом, затем производится подготовка технологической схемы к смешению путем открытия задвижек и запуска насосов. После вывода системы на заданную производительность запускается процесс сбора данных и регулирования соотношения расходов компонентов. Используя измеренные значения координат включения расходомеров, анализаторов качества и регулирующих органов определяются временные задержки рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе станции смешения. На основе этих данных производится синхронизация опроса анализаторов качества с моментами подачи управляющих воздействий на регулирующие клапаны.

На фиг.2 приведена схема регулирования компонентного состава смеси, включающая основные операции предлагаемого способа. Блоки, входящие в эту схему, включают следующие операции и данные: 1 - входные данные для регулирования, запуск станции смешения; 2 - измерение октанового числа Q₀ на выходе коллектора смешения, определение отклонения измеренного октанового числа Q₀ от заданного Q _Г, =Q₀-Q_Г; 3, 10, 11, 20 - определение величины отклонения | | или | |> , где - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества; 4, 12, 13, 21 - стабилизация расходов компонентов на входе коллектора смешения; 5, 14, 15 - определение знака величины отклонения =Q₀-Q_Г, >0 или <0; 6 и 7 - формирование дискретного ряда регулирующих воздействий с убывающими или возрастающими значениями расхода регулируемого компонента смеси соответственно; регистрация момента подачи управляющего воздействия на регулирующий клапан, определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе станции смешения; 8 и 9 - синхронизация моментов подачи управляющего воздействия и опроса анализаторов качества на входе и выходе коллектора, измерение показателей качества компонентов смеси и готового продукта, коррекция математической модели смешения по регулируемому компоненту смеси в каждом цикле регулирования, определение отклонения =Q₀-Q_Г; 16 и 17 - регистрация последних значений расходов и показателей качества компонентов смеси и готового продукта, полученных в результате итерационной процедуры регулирования; 18 - коррекция математической модели смешения по нерегулируемым компонентам смеси, коррекция расходов по нерегулируемым компонентам, определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе смешения, регистрация моментов подачи управляющих воздействий на регулирующие клапаны компонентов смеси; 19 - измерение октановых чисел компонентов смеси и готового продукта на входе и выходе коллектора смешения соответственно; определение отклонения =Q₀-Q_Г.

Схема регулирования работает следующим образом.

Входные данные для регулирования (блок 1) содержат: математическую модель смешения; набор компонентов смеси; исходную - стартовую рецептуру смеси; измеренные в лабораторных условиях октановые числа компонентов Q_i и смеси Q₀, где , n - число компонентов смеси; требуемое, гостированное значение октанового числа смеси, готового продукта Q _Г; диапазоны допустимого регулирования компонентов, смеси с выделением компонентов, по которым производится автоматическое регулирование; погрешность реализации готового продукта по показателю качества Q_Г, то есть допустимая величина отклонения |Q₀-Q_Г | , где Q₀ - измеренное, a Q _Г - заданное значения, - заданная погрешность реализации готового продукта по показателю качества; координаты точек включения регулирующих клапанов, расходомеров и анализаторов качества на технологических трубопроводах относительно коллектора смешения; длина трубопроводного коллектора смешения; число каналов регулирования и подстройки; n - число компонентов смеси.

После запуска станции смешения и выхода на заданную производительность производится измерение октанового числа (ОЧ) на выходе коллектора смешения Q ₀ и определяется отклонение измеренного значения Q ₀ от заданного Q_Г, =Q₀-Q_Г (блок 2). В блоке 3 производится оценка величины отклонения | | . Если это соотношение выполняется, то процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения (блок 4) с периодическим контролем качества готового продукта (блоки 2 и 3). Если | |> (блок 3), то производится определение знака отклонения (блок 5). В случае >0 регулирование производится по ветви, включающей блоки 6, 8, 10, 12 и 14, а в случае <0 - по ветви, включающей блоки 7, 9, 11, 13 и 15. В блоках 6 и 7 производится формирование дискретного ряда регулирующих воздействий по расходу одного из компонентов смеси с номером «k», причем в блоке 6 формируется управляющее воздействие с убывающими значениями расхода а в блоке 7 - с возрастающими значениями расхода где F_K - объемный расход k-го, регулируемого компонента смеси, S - относительная величина начального шага регулирования расхода, i=1, 2, 3, ... - номер цикла регулирования. Номинальная величина расхода F_K определяется из математической модели смешения. В этих блоках производится также регистрация момента подачи t_K управляющего воздействия на регулирующий клапан и определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах _T и коллекторе смешения _K. Временные запаздывания оцениваются соотношениями:

где l_K1 - расстояние между регулирующим клапаном и поточным расходомером компонента смеси, включенным после анализатора качества по потоку на трубопроводе; S_K - площадь поперечного сечения трубопровода на входе коллектора; l_K - расстояние между регулирующим клапаном и коллектором смешения по трубопроводу; l и S - длина активной части и площадь поперечного сечения трубопроводного коллектора; l₀ - координата поточного расходомера на выходе коллектора по трубопроводу; S₀ - площадь поперечного сечения трубопровода на выходе коллектора смешения; F_K и F₀ - расходы компонента и готового продукта соответственно.

Приведенные соотношения для временных запаздываний получены из простых соображений:

где - средняя скорость движения рабочей среды в трубопроводе, Q - измеренное значение объемного расхода; l и S - длина участка трубопровода и площадь его поперечного сечения.

Более точные оценки временных запаздываний даются с использованием гидродинамической модели станции смешения и результатов измерений расходов и давлений.

В блоках 8 и 9 производится синхронизация опроса анализаторов качества на входе и выходе коллектора смешения с моментами подачи управляющего воздействия на регулирующий клапан. Указанная синхронизация производится в соответствии с соотношениями:

t _Qвх>t_K+ _T - для анализаторов качества на входе коллектора и

t_Qвых>t _K+ _K - для анализаторов качества на выходе коллектора,

где t_Qвх - допустимый момент времени для опроса анализаторов качества на входе коллектора; t_Qвых - допустимый момент времени для опроса анализаторов качества на выходе коллектора. После операции синхронизации в блоках 8 и 9 производится измерение показателей качества компонентов смеси и готового продукта в потоке, а также коррекция математической модели смешения по регулируемому компоненту смеси в каждом цикле регулирования и определения отклонения =Q₀-Q_Г.

Коррекция математической модели смешения производится по результатам измерений расходов и октановых чисел компонентов и готового продукта поточными анализаторами качества и расходомерами в каждом цикле регулирования.

Необходимость такой коррекции обусловлена тем, что октановые числа компонентов и смеси, полученные в лабораторных условиях при составлении стартовой рецептуры и товарного продукта, могут отличаться от тех же величин, полученных с помощью поточных анализаторов. Кроме того, показатели качества компонентов, поступающих на смешение, могут изменяться во времени в зависимости от состояния установок станции смешения и ряда других факторов. Вопрос о математическом моделировании процесса компаундирования бензинов осложняется тем, что эти процессы нелинейны [6, 7]. В то же время сложные нелинейные модели смешения, предложенные, например в [4], оправданные при составлении стартовой рецептуры товарного продукта, малопригодны для регулирования компонентного состава смеси в реальном масштабе времени, в процессе работы станции смешения. Поэтому в предлагаемом способе используется кусочно-линейная модель смешения, параметры которой корректируются в каждом цикле регулирования по результатам текущих измерений расходов и показателей качества.

Допустимость линеаризации модели смешения связана также с тем, что изменения расходов компонентов в процессе регулирования малы, например, относительная величина начального шага регулирования составляет: S=0.08-0.1, а абсолютная величина шага регулирования по расходу составляет где i=1, 2, 3, ... - номер цикла регулирования, F _K - текущее значение расхода регулируемого компонента смеси. В результате коррекции математической модели смешения получается скорректированное значение расхода F_K в каждом цикле регулирования. Это обеспечивает адаптивный выбор ага изменения расхода компонента в каждом цикле регулирования.

В блоках 10 и 11 схемы регулирования производится проверка выполнения условия | | . Если это соотношение выполняется, то процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения (блоки 12 и 13) с периодическим контролем качества готового продукта (блоки 8, 10 и 9, 11).

Если | |> , то производится определение знака отклонения =Q₀-Q_Г (блоки 14 и 15). В случае >0 реализуется итерационная процедура регулирования, включающая блоки 6, 8, 10, 12 и 14, а в случае <0 - процедура регулирования, включающая блоки 7, 9, 11, 13 и 15.

Когда в контуре регулирования с блоками 6, 8, 10, 12 и 14 нарушается условие >0, а в контуре с блоками 7, 9, 11, 13 и 15 условие >0 выполняется, управление процессом переходит на блоки 16 и 17. Здесь происходит регистрация последних значений расходов и показателей качества компонентов смеси и готового продукта, полученных в результате итерационной процедуры регулирования. В блоке 18 производится коррекция математической модели смешения по нерегулируемым компонентам смеси, то есть всем компонентам за исключением k-го, регулируемого. Эта коррекция производится по результатам измерений расходов и показателей качества компонентов и смеси, полученных в последнем цикле итерационной процедуры регулирования. После коррекции математической модели смешения производится коррекция расходов компонентов смеси, определение временных запаздываний рабочей среды в технологических трубопроводах и коллекторе смешения и регистрация моментов подачи управляющих воздействий на регулирующие клапаны компонентов смеси.

В блоке 19 производится измерение ОЧ компонентов смеси и готового продукта, а также определение отклонения =Q₀-Q_Г.

В блоке 20 производится проверка условия | | . Если это соотношение выполняется, то процесс регулирования сводится к стабилизации расходов компонентов на входе коллектора смешения (блок 21) с периодическим контролем качества готового продукта (блоки 19 и 20).

Если | |> , то управление передается на блок 5 и процесс регулирования повторяется.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: позволяет

1. получать товарный продукт с жесткими ограничениями по показателям качества;

2. минимизировать число регулирующих операций, повысить производительность станции смешения;

3. разрабатывать более эффективные системы управления компаундированием бензинов с использованием гидродинамических моделей станции смешения;

4. повысить экономические показатели и упростить эксплуатацию станции смешения высокооктановых бензинов;

5. упростить настройку АСУТП смешения бензинов и ускорить ввод в эксплуатацию технологического оборудования станции смешения.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Хритин А.А., Воробьев Г.Г. Автоматизированная система управления смешением высокооктановых бензинов. Технологическое описание и руководство по эксплуатации. - Самара, ОАО Самаранефтехимавтоматика, 2002, 13 с.

2. Техническое описание предложения на поставку средств автоматизации и выполнения проектных работ для станции смешения бензинов. - М.: Комбит Инструмент, 2002, 18 с.

3. Арвикар К., Астром Т., Гильдеа Э. Точная смесь // АББ Ревю. - 2003, № 3, с.15-20.

4. Астапов В.Н. Патент РФ № 2133493, 1999.

5. Леффлер У. Переработка нефти. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2001, 223 с.

6. Хортман Д. Повторное обращение к теоретическим основам для разработки правил смешения компонентов бензина // Нефтегазовые технологии, 2004, № 5, с.54-59.