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 Структура СУУТП](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e29/33c/c8b/e2933cc8b7f37e97181b983f7178d9d6.png)
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 Типичная схема автоматизации СУУТП ректификационной колонны](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/564/c08/693/564c08693e599738ea083270fc41662e.png)
![Пример матрицы МПК Пример матрицы МПК](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/022/9d8/b4f/0229d8b4fafb30d3239688ac2a639f75.png)
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 Оптимизация технологического процесса в СУУТП](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d46/d9c/f7e/d46d9cf7ecba7857a928e41750076064.png)
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.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c15/58b/d67/c1558bd67d888670e53d316633e87ecc.png)
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…