УДК 658.012.011.56
В. А. ЛОБАНОВА, О. А. ВОРОНИНА
V. A. LOBANOVA, O. A. VORONINA
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ СОБЫТИЙНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА
USING THE METHODOLOGY EVENT SIMULATION SURVEY OF CURRENT SITUATION IN THE PROCESS OF CONTINUOUS PRODUCTION
В данной статье авторы рассматривают методологию событийного управления процессом первичной переработки нефти, основанную на обследовании текущего состояния структуры технологических потоков сырья и нефтепродуктов по их логической модели с использованием в механизмах управления структурой потоков принципа управления с обратной связью по отклонению текущего состояния структуры от требуемого.
Ключевые слова: непрерывное производство, событийное моделирование, первичная переработка нефти, резервуар с нефтью.
In this article the authors examine the methodology of event management of primary oil refining process, based on a survey of the current state of the structure of the process streams of raw materials and oil products on their logical model using the mechanisms of control flow structure of the principle of feedback control by the deviation of the current state of the desired structure.
Keywords: continuous production, event simulation, primary oil refining, oil reservoir.
В условиях непрерывного нефтеперерабатывающего производства выполнение технологического процесса первичной переработки нефти обеспечивается, с одной стороны, поддержанием параметров (требуемого качества) потоков сырья и нефтепродукта резервуарного парка, с другой стороны – формированием структуры этих производственных потоков.
Для управления потоковыми технологиями используется система автоматики в составе системы управления нефтеперерабатывающего предприятия (НПП). Уровень автоматизации и эффективность АСУТП НПП повышается за счет использования современных информационных технологий, например, специальных инструментальных средств – SCADA систем, покупка и сопровождение которых для мини-нефтеперерабатывающего завода очень дорого.
Модели управления параметрами потоков сырья лежат в основе конструкции оборудования, на их основе разрабатываются и настраиваются многочисленные регуляторы, защиты, блокировки и измерительные каналы, входящие в систему управления нефтеперерабатывающего предприятия.
Управление структурой производственных потоков сырья и нефтепродуктов направлено на изменение состава и состояний задействованного в технологическом процессе первичной переработки нефти технологического оборудования и связей между ними. Это управление является по сути логическим и по существу - это управление по заранее определенному плану, заданному в виде конечного автомата. Эта группа задач управления слабо формализована и в системе управления лишь частично представляются событиями, параметрами и командами.
Актуальной для нефтеперерабатывающего предприятия является задача по разработке методологии событийного управления процессом первичной переработки нефти, основанной на обследовании текущего состояния структуры технологических потоков сырья и нефтепродуктов по их логической модели с использованием в механизмах управления структурой потоков принципа управления с обратной связью по отклонению текущего состояния структуры от требуемого [1]. Таким образом, схема управления технологическим процессом первичной переработки нефти по этой модели позволит имитировать действия оперативного персонала. Для решения этой задачи необходимо разработать событийные модели компонент структуры потоков, процессов и их функционирования.
При реализации системой потокового управления конечно - автоматного алгоритма физическое время заменяет поток событий от объекта и внешней среды, который и определяет такты. В событийной модели технологического процесса (ТП) первичной переработки нефти вводится система понятий, позволяющая структурировать поведение ТОУ как последовательность выполняемых работ с используемыми в этих работах ресурсами и получаемыми результатами, привязкой к этим работам значений соответствующих параметров продуктов, ресурсов и т. д.
Модель агрегата (узла) предназначена для представления в СУ ТП состояний арматуры и различного рода движителей (насосов, компрессоров и т. д.), преобразующих агрегатов, емкостей, скважин и т. п.; и имитации их работы сменой состояний жизненного цикла агрегата, как функций команд и событий поступающих на него. Жизненный цикл агрегата можно представит в виде графа, вершинами которого являются операции, выполняемые узлом над входным потоком и собственно состояния (работает/свободен, исправен/неисправен) агрегата между операциями.
Жизненный цикл агрегата (резервуара с нефтью) можно представит в виде графа, вершинами которого являются операции, выполняемые узлом над входным потоком нефти и собственно состояния (работает/свободен, исправен/неисправен) агрегата между операциями. [2] На рисунке 1 представлен пример жизненного цикла агрегата типа «вентиль».
Рисунок 1 – Диаграмма жизненного цикла резервуара
Между вершинами операций («Слив, Налив», «Хранение») и вершинами состояний агрегата («Открыта», «Закрыта», «Неисправность») указаны сплошными стрелками команды, подаваемые от оператора на ТОУ. Пунктирными стрелками обозначены события, подтверждающие реакции объекта (показания датчиков) на выполнение команд. Черным кружком обозначено начальное состояние останова агрегата (режим хранения нефтепродуктов).
Для моделирования структуры нефтеперерабатывающего производства служит технологическая сеть (ТС). Моделью ТС объекта управления является неориентированный граф, вершины которого сопоставлены различного рода агрегатам (емкости, насосы, сепараторы, печи, задвижки, клапаны, пассивные соединители и разветвители - коллекторы и т. д.), а ребра моделируют продуктопроводы (трубопроводы), являющиеся пассивными элементами, соединяющими продуктовые входы и выходы агрегатов. При работе каких-либо ТП в составе сети ребра, соответствующие задействованным продуктопроводам будут получать ориентацию (по направлению потока) и образовывать дуги.
Сложные производственные системы с потоковой технологией для обеспечения эффективного управления, обслуживания и других производственных задач структурируются на отдельные компоненты (установки, переделы, участки, технологические системы и т. п.). Как правило, разбиение осуществляется на основе специфики протекающих в них физических процессов трансформации продукта (материалов), топологии размещения оборудования и восприятия этой компоненты как единого целого при управлении и обслуживании. На рисунке 2 приведен пример ТС одного из технологических процессов, протекающих на НПП. [2]
Рисунок 2 – Технологическая сеть ТП получения дизельного топлива
Состояния жизненного цикла ТП представляют фазы его выполнения: проверка реализуемости, подготовка к выполнению (настройка узлов - агрегатов на требуемые операции и запуск обеспечивающих процессов), выполнение технологического процесса в заданном режиме и разборка процесса при наступлении соответствующего события. Правила запуска и существования ТП удобно представлять в виде набора матриц, в которых для участвующих в ТП агрегатах (столбцы) проставлены разрешенные (необходимые) состояния для соответствующих режимов ТП (строки) или булевские условия реализуемости и готовности к работе данных агрегатов. Состав режимов работ для всех ТП на НПП одинаков: запуск, проверка выполнимости, работа, останов и реконфигурация ТП, т. е. изменение состояний входящих в них агрегатов. Соответственно и модель жизненного цикла для ТП на НПП будет иметь типовую структуру (рис. 3) [2].
В каждый конкретный момент времени все множество ТП первичной переработки нефти подразделяется на активные (работающие) и пассивные процессы. Подмножество активных ТП формируется в зависимости от состояния жизненного цикла конкретного процесса. Все процессы, находящиеся в данный момент в состояниях, отличных от начального (останов) – относятся к активным.
Функционирование системы определяется в дискретные моменты времени, которые, по сути, являются номерами интервалов реального времени, причем таких, что внутри каждого интервала подмножество активных процессов не изменяется. В каждый момент времени в модель поступают данные о состояниях (положении) агрегатов и параметры потоков; и имеет место множество событий, инициируемое реальными агрегатами, компонентами системы управления и оперативным персоналом. Таким образом, состояние ТС в момент времени определяется состоянием всех ее агрегатов, входящих в активные ТП.
Рисунок 3 – Диаграмма жизненного цикла модели типового ТП.
На каждом такте работы для всех агрегатов определяется: вычисление переходов в их жизненном цикле, формирование нового кортежа состояний и формирование новых событий для агрегатов.
В соответствии с изменениями состояний агрегатов соответственно изменяются и состояния ТП, их включающих, т. е. происходит коррекция множества активных процессов. Таким образом, функционирование событийной модели структуры и процессов со стороны стороннего наблюдателя это поток событий, последовательность отличающихся друг от друга множеств активных процессов и последовательность множеств состояний агрегатов сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Управление технологическими процессами на основе событийных моделей. / А. А. Амбарцумян, Д. Л. Казанский // Автоматика и телемеханика – 2001 – № 10 – с.188–202 , № 11– с. 165–182
2. Резервуарный парк приема, хранения и отпуска нефтепродуктов. Моделирование технологических параметров. Монография / , – Германия: LAMBERT ACADEMIC PABLICHING (LAP), 2011 – 196 с.
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел,
к. т.н., профессор кафедры «Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность»
Тел.: +7(48, E-mail: *****@***ru
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел
к. т.н., доцент кафедры «Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность»
Тел.: +7(48, E-mail: *****@***ru
