книги из ГПНТБ / Шах, А. Д. Вопросы экономики автоматизации химического производства учеб. пособие

38 -

Отсюда ясмо, что "легче сцэнгт; риск« чем ручаться за ожидае­ мый эффект" /34/.

Однако консервативная тактика "выжидания и осмотрения" также

была связана с риском, поскольку промедление могло привести к проигрышу в конкурентной борьбе с фирмами, решительнее применя­ ющими новые средства.

Таким образом, внедрение вычислительных машин на этом этапе

определялось, в основном, величиной экономического потенциала фирм-потребителей и, соответственно, их возможностью "пойти на риск"-

Многие фирмы более осторожно использовали ВМ, применяя арен­

ду для вняснёния возможности улучшения процесса или приобретая ВМ в кооперации с другими фирмами, а также прибегая к некотором другим модификациям применения ВМ /39/.

С целью временного использования ПМ размещаются на передвиж­

ной платформе /машины T R W "330, 7 8 М - Ѵ П 1 ДАС и др./. Они могут

олужить ооотавной частью замкнутого контура .управления крупной технологической установкой и перевозиться от одной установки к другой с целью определения наиболее целесообразного участка для постоянного применения машины /39/. Широкое распространение по­

лучило поэтапное внедрение ВМ сначала для сбора информации, за­ тем для выдачи рекомендаций оператору и, наконец, для управления

я замкнутом контуре.

Здесь же олѳдуѳт отметить, что вопрос о целесообразности соз­ дания заводов-автоматов для химической и нефтехимической про­ мышленности не получил достаточного освещения в зарубежной лите-

ратуре, хотя отдельные авторы /40/ высказывали предположения,

что принцип всеобщего управления химическим заводом с помощью ВМ будет продемонстрирован одной или несколькими компаниями еще к 1965г. Но, судя по опубликованным работам, такое управление пока не осуществлено.

Однако, за последнее время период "нерешительности" сменился периодом быстрого роста числа установленных или заказанных машин

/41/. Если к концу 1961г. в химической, нефтехимической и нефте­ перерабатывающей промышленности было установлено',. 26 j.j машин,

то к 1968г. - около 400 /42-46/. Динамику роста числа УВМ в хими-

ческой и нефтехимической промышленности можно видеть на графике

/рис.?/.

Такой быстрый рост количества установленных машин для управ­ ления производственными процессами обусловлен рядом успешных при­ менений Ш , показавших их рентабельность /30, 47-51/. К 1964г. ,

УЕМ уже были установлены в следующих химических и нефтехимичес­ ких производствах: этилена /девять машин/, окиси этилена и мета­ нола /шесть/, синтетического каучука /пять/, аммиака /пять/, вишя хлорида и акрилонитрила /три/, а также нейлона, соды, при ката­ литическом крекинге, алкилировании, на опытных установках и т.д. /52 - 54/. эффективность процессов благодаря применению УВМ уве­ личивается в производстве этилена на 8/, аммиака на 5/, при ката­ литическом крекинге с применением метода флюидизации - на 3/-,

производительность нефтеперегонных колонн увеличивается на 3/.

Неудачные установки в нефтехимический промышленности составляют лишь 6/, в то время как в бумажной - около 20/.

Для автоматизации производств органического синтеза по сооб­

щению ряда фирм оказалось эффективным применение цифровых вычис­

лительных машин Д В М / типа T R W -300 и -330, а также аналого­

вых машин /56-57/. Объектами применения ВМ, в частности, явля-

ютоя: процесс дегидрирования этилбензола /машина регистрирует

данные, вычисляет необходимый режим и непосредственно управляет в замкнутом контуре одним из реакторов, фирма Дау Кемикл KoJ

процооо дегидрирования бутана /машина производит оптимизацию процесса по минимуму полной оперативной стоимости, оптимизирует

подачу свежего сырья, рециклов Н -бутана и И -бутена/; процесс полимеризации винилхлорида /система Fosufozo рср-88, включаю­

щая рабочую и резервную УВМ, управляет 10 периодическими смесите лями или 4 смесителями и 4 линиями реакторов/; процесс полимери­

зации бутадиена в раотворе /УВМ типа F o x é o s o К'Р-8 опреде­

ляет необходимые степени превращения в каждом реакторе в соответ­ ствии с критерием минимума себестоимости; степень превращения

/конверсия/ определяется машиной по данным о количестве тепла,

выведенного из реактора, которое она рассчитывает каждые 5 ми­ нут на основании информации о расходах и температурах смеси и хладоагента, а также потребляемых мощностях мешалки и насоса;

УВМ управляет степенью превращения, изменяя расход катализато­ ра, концентрацию воды и температуру в данном1реакторе; резуль­ таты лабораторного анализа пластичности полимера вводятся в .

УВМ с пульта управления /58/, В процессе эмульсисной сополими-

ризации бутадиена и стирола, включающем 4 линии по 70 аппаратов

л каждой,применена машина ' T R W . Машина управляет процессом на основании математической модели, связывающей величину конверст и пластичности по Муни с содержанием примесей в мономерах, ре­ цептурой водной фазы, скоростью подачи углеводородной шихты,

температурой в реакторах. Назначение машины - регулировать при­ готовление эмульсии и процесс полимеризации и выдавать рекомен­ дации по изменению рецептуры полимеризационной смеем..

Таким образом, процесс внедрения УЕМ в химическую и нефтехи­ мическую промышленность проделал сложную эволюцию, в которой условно можно выделить три этапа /59, 60/.

Первый этап, связанный по времени с бурным развитием идей ки­ бернетики, характеризовался гиперболизаций возможностей вычисли­ тельной техники, которую в то время рассматривали как "средство для решения всех еще не решенных проблем" /52/. Этому периоду было свойственно также постулирование безусловной экономической рентабельности ВМ без возможности предварительного определения такой рентабельности и при отсутствии позитивного опыта.

Второй период, относящийся к начальным практическим тагам пп

внедрению УВМ в действующее производство, явился периодом провер ки практикой постулатов основоположников и адептов кибернетики о технических и экономических преимуществах ВМ.

Третий, или современный,период.' характеризуется обобщением и использованием опыта'работы ряда действующих УВМ. Для этого пе­ риода характерен более дифференцированный подход к внедрению УВМ для автоматизации с учетом специфики конкретного производ­ ства и экономической целесообразности. Стало ясно, что возмоя-

- 4t -

ности УВМ далеко не безграничны, что для многих современных прі изводств, представляющих собой ультраслояные стохастические сис­ темы, внедрение УВМ оказывается сложным как в техническом отно­ шении, так и сомнительным с точки зрения рентабельности, посколь ку срок окпуаемости в отдельных случаях мог бы составить десятки лет. Последнее, однако, ни в коей мере не уменшило энтузиазма,

сделав только подход к внедрению УВМ более зрелым и поставив его на твердую основу экономических оценок.

Очевидно, что наибольшего эффекта можно ожидать при установ­ ке ВМ на проектируемых предприятиях вследствие уменьшения коли­ чества регистрирующих приборов /не говоря уже о НЦУ/, количества оборудования и емкости промежуточных складов /достигается эконо­ мия капиталовложений в размере 30-50//. Плодотворным является сотрудничество фирм-потребителей с машиностроительными фирмами с целью внесения соответствующих изменений в конструкцию техноло­ гического оборудования, предназначенного для установок, управля­ емых ВМ /61/.

Выгоды от применения УВМ могут быть оценены по увеличению вы­ хода продукта, улучшению и стабилизации качества, экономии сырья.

На рис. 8 показано соотношениё действительного и максимально!,

возможного выхода продукта до и после установки УВМ.

В большинстве случаев экономия превосходит ожидаемую, посколь­ ку реализуется ряд косвенных преимуществ /61, 62/. Эти косвенные выгоды состоят в получении более полной и точной информации о процессе, в уменьшении потерь цепных продуктов, в обеспечении

б-лее дасокскачастаенного управления /сразу по нескольким пара­

метрам/, в более рациональном использовании времени оператора,

в увеличении безопаснооти завода, тщательной обработке результа­

тов функционирования процессов, в улучшении характеристик новых

приборов. Срок окупаемости затрат на систему управления обычно

не превышает трех лет. Данные табл.2 показывают соотношение ожи- 1

даемой и действительной экономии при применении УВМ четырьмя фир-'

тельном уменьшении на 7,4$ во второй год работы.

Однако во избежание неудачных установок ряд компаний отрѳмит-

ся исследовать потенциальные возможности процессов, чтобы пред­

варительно оценить целесообразность установки УВМ.

При этом стараются учесть трудные для измерения выгоды, пос­ кольку пренебрежение ими может привести к недооценке источников экономив, которые, однако, конкурент может выявить нутем более тщательного анализа.

Однако при таком глубоком анализе лишь 20-26$ всех исследова­ ний химичеоких установок привели к выявлению резервов процесса,

являющихся потенциальными источниками экономии, остальные оказа-

лиоь лишь полезными попытками /40/.

Таким образом, как показывает зарубежный опыт, решение приме­ нять Ш может быть объективным лишь на ооновѳ сочетания анализа процѳооа о реальной оценкой технико-экономичѳоких преимуществ внедряемой техники. В ряде олучаев практикуются совместные иссле­ дования процессов фирмами, изготовляющими вычислительные машины и применяющими их.

Для оокращения подготовительного периода между выпуском перво­ го варианта проекта и пуоком ЬМ /орвдняя продолжительность этого периода около Э лет/ важное значение имеют четкая постановка и ограничение задач управления вопреки обычным утверждениям изгото­ вителей, "что данная машина может делать все" /63/.

Вое большее раопроотранѳниѳ получает непосредственное /прямое/

цифровое управление /ИДУ/, при котором ВМ заменяет аналоговые ре­ гуляторы.

Первые эксперименты были осуществлены на содовом заводе фирмы

"Империэл кемикл индастриаз" в городе Флитвуд /Англия/, на амми­ ачном заводе фирмы "Монсанто кемикл", шт.Луизиана, и на этилено­ вом заводе той же фирмы в городе Техас-Сити, шт.Техас / Ш А / в

1962г.. В 1964г. непосредственное цифровое управление /НЦУ/ вве­

дено в действие еще тремя фирмами: стандарт Ойл Ко, Дау Кемикл Ка

Ч

Монсанто Ко /34/.

В отличие от применения Ш для управления в замкнутом контуре,

НЦУ основано на прочном экономическом фундаменте, поскольку эко­ номия капиталовложений достигается при замене аналоговых прибо­ ров, начиная с 50 контуров регулирования. Последнее было показа­ но при технико-ѳкономическом исследовании систем прямого цифрово­ го управления, проведенном фирмой "Дюпон де Немур анд Ко" /64/.

Рис. 9 позволяет сравнить затраты на сиотему НЦУ с эквивалентной стоимостью аналоговых приборов.

Исключительная ответственность функций ВМ при непосредствен­ ном цифровом управлении заставляет специалистов по автоматизации предъявлять к ВМ серьезные требования. Эти требования были сфор­ мулированы представителями 20 фирм, являющихся потенциальными по­ требителями вычислительных машин для непосредственного цифрового управления /НЦУ/, следующим образом:

1. Наивысшая возможная при современном состоянии техники надеж­ ность. .минимальные требования: общее время работы вычислительной машины без отказов не ниже 99,95% возможного рабочего времени за­ вода.

2. Способность преобразовывать с точностью не ниже 0,1% вход­ ные сигналы, поступающие от технологической установки в аналого­ вой форме.

3.Операционная точность не ниже 0,1%.

4.Возможность прямого обмена информацией с оптимизирующей

УВЙ для оптимизации работы установки при минимальных затратах»

5.Обеспечение быстрой и удобной связи с производственным персоналом завода через объединённый пули оператора.

6.Обеспечение автоматического переключения аа резервную руч­

ную систему управления в случае неисправности Вй.

7. Максимальная доступность деталей при осмотре и лёгкость отыскания повреждений для сокращения времени ремонта (4L, 65).

Очевидно, что требование надёанооти являетоя определяющим при НЦУ. Возможными путями обеспечения надёжности являются (82):

1.ІОО-процѳитноѳ резервирование НЦУ полной системой аналрговш приборов. Однако в этом случае сомнительна целесообразность ВМ.

2.Сочетание машины для НЦУ с оптимизирующей машиной; кото­

рая может выполнять функции управления при сбое первой. Хотя этот

способ связан о большими капиталовложениями, он обеспечивает вр#~

' /і

мя наработки на отказ, почти равное сроку службы сапой установки. (10-20 лет).

8. Резервирование системы НЦУ аналоговыми регуляторами на

наиболее ответственных учаотках процесса. Исследование большого количества процессов показало, что такие контуры составляют І0-Э0£

общего числа контуров регулирования. Этот метод представляется наиболее целесообразным, причём по мере увеличения накопленного опыта я надёжности элементов количество резервируемых контуров

хождение оптимальной рабочей характеристики процесса соответствен но принятому критерию (производительности, степени конверсии,, не*-

были и т.д./. Необходимо отметить, что оптимизация отлична от

.непосредственного цифрового управления, хотя эти функции могут быть совмещены. Отличие заключается в следующем:

1. При непосредственном управлении Ш заменяет аналоговые ре­ гуляторы, функции Ш при оптимизации являются дополнительными к контрольным системам.

2. При непосредственном управлении ВМ решает относительно не­ большое количество простых уравнений и требует несложного прог­ раммирования, в то время как оптимизаторы требуют математическо­ го моделирования процессов.

3. Сбои в системе НЦУ приводят к потере всех автоматических Функций, что может вывести процесс из строя; сбои оптимизатора не затрагивают основного автоматического контроля. Хотя принци­ пиально возможно объединение управления и оптимизации в одной ВМ,

это приводит к потере надежности, которая не окупится выгодами от уменьшения капиталовложений при установке такой комбинирован­ ной системы /32/.

На рис. 10 представлены варианты применения НИУ в сочетании с оптимизацией технологических процессов.

Таким образом, оптимизация, как правило, требует больших капи­ таловложений, чем непосредственное цифровое управление, причем существенная часть капиталовложений расходуется на математический анализ и моделирование процесса. Многие предприниматели считают,

что одно получение углубленных знаний о процессе является доста­ точным оправданием затрат на оптимизацию. Создание математических описаний типовых процессов может сократить первоначальную стой-