Способ непрерывного распределения загрузки оборудования между параллельно работающими объектами, технологическими линиями и оборудованием

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к технологическим производствам с использованием автоматизированных систем управления (АСУ). АСУ оценивает разность между значением контролируемого параметра в текущем режиме и его предельно допустимым значением по группе параметров, для формирования выходного сигнала определяет направление воздействия по основному регулируемому параметру и значение этого воздействия таким образом, что сумма заданий по параллельно работающим единицам объектов, технологических линий, оборудования остается равна общему заданию на данную группу объектов, технологических линий, оборудования. Для всех параллельно работающих единиц объектов, технологических линий, оборудования удаленность текущих параметров от предельно допустимых значений параметров является одинаковой. Изобретение использует непрерывный цикл вычислений, без дискретизации данных и правил, описывает функцию распределения с учетом ограничений на всем смежном оборудовании, без ошибки по общему значению задания основного параметра.

 

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к технологическим производствам с использованием автоматизированных систем управления (АСУ).

На газовом промысле, при подготовке и далее при транспортировке газа регулирование основных параметров каждой из параллельно работающих объектов, технологических линий и оборудования должно учитывать предельно допустимые значения параметров работы оборудования, и по возможности, включать полноценное регулирование процесса с выравниванием действительной нагрузки на технологическое оборудование.

Известны частные способы распределения загрузки оборудования, такой как способ ведения процесса осушки газа, включающий контроль средствами автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) расхода газа по каждой технологической нитке, его сравнение с предельно допустимыми значениями и автоматическое поддержание расхода газа [Тараненко Б.Ф., Герман В.Т. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., «Недра», 1976, 213 с.].

Известный способ не учитывает предельно допустимые значения параметров работы оборудования и исключает полноценное регулирование процесса с выравниванием действительной загрузки на объектах, технологических линиях и оборудовании.

Известен способ распределения нагрузки между технологическими линиями цеха осушки газа газодобывающего комплекса [RU 2497574. опубликовано: 10.11.2013]. Известный способ не содержит непосредственно функцию распределения, а только функции формирования поправки к производительности на основании базы знаний без учета значений поправок на производительность смежного оборудования, также способ основывается на наличие базы знаний и экспертной оценке, что может приводить к ошибкам по вине «человеческого фактора» и использует низкую дискретизацию данных - три терма и девять правил-продукций, что по сравнению с аналоговыми методами вычислений имеет значительную погрешность.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ управления технологическими процессами газового промысла, включающий контроль средствами АСУ ТП расхода газа по каждой i-ой технологической нитке газодобывающего комплекса, его сравнение с предельно допустимыми значениями и автоматическое поддержание расхода [RU 2344339, опубликовано: 20.01.2009].

Существенным недостатком указанного способа является то, что он не обеспечивает полноценную непрерывную корректировку хода технологического процесса, протекающего в технологической нитке подготовки газа. Корректировка ведется через заданный временной интервал, что не обеспечивает качественное управление процессом при переходном режиме, не обеспечивается равная удаленность от граничных значений.

Целью настоящего изобретения является непрерывное управление процессом с учетом равной удаленности объектов, технологических линий и оборудования от предельно допустимых значений с соблюдением заданного режима работы группы объектов, технологических линий и оборудования.

Непосредственно техническое состояние объектов, технологических линий и оборудования, в реальном масштабе времени средствами АСУ не измеряются. Это связано с тем, что они не поддаются количественной оценке из-за отсутствия соответствующих технических средств измерений или экономической нецелесообразности их использования. Для актуализации предельно допустимых условий работы оборудования после замены, ремонта, длительной эксплуатации необходимо периодическое уточнение данных условий путем принудительного приближения режима работы к предельно допустимым условиям и контроля его наступления по измеряемым данным. Уточненные предельно допустимые условия заносятся в АСУ.

Техническим результатом является равная нагрузка на объекты, технологические линии и оборудование, исключение работы отдельно взятых единиц объектов, технологических линий и оборудования на предельно допустимых режимах и, как следствие обеспечение стабильности его работы в т.ч. при возникновении возмущений, повышение равномерности межремонтного ресурса при минимальных энергетических и материальных затратах.

Технический результат достигается за счет того, что способ непрерывного распределения загрузки оборудования между параллельно работающими объектами, технологическими линиями и оборудованием, включает ввод значений контролируемых параметров объектов, технологических линий, оборудования и их предельно допустимых значений в АСУ технологическим процессом, согласно изобретению, АСУ оценивает разность между значением контролируемого параметра в текущем режиме и его предельно допустимым значением по группе параметров, при этом, для формирования выходного сигнала АСУ определяет направление воздействия по основному регулируемому параметру и значение этого воздействия таким образом, что сумма заданий по параллельно работающим единицам объектов, технологических линий, оборудования остается равна общему заданию на данную группу объектов, технологических линий, оборудования, а для всех параллельно работающих единиц объектов, технологических линий, оборудования удаленность текущих параметров от предельно допустимых значений параметров является одинаковой.

Заявляемый способ обеспечивает выполнение общего задания основного регулируемого параметра группы объектов: технологических линий и оборудования с обеспечением такого задания на каждую технологическую линию, обеспечивается одинаковое значение разницы между текущим значением контролируемого параметра и его предельным значением по группе параметров процесса:

- запасы до ограничений по любым контролируемым параметрам, являющимся ограничивающими для режима работы, определяются в относительных единицах и рассчитываются по формулам.

- для контролируемых параметров работы, имеющих ограничение, как по верхнему, так и по нижнему пределу:

где ∂N_i - значение запаса по параметру N, i - индекс параметра, κ - номер параллельно работающего объекта, технологической линии и оборудования.

- для контролируемых параметров, имеющих ограничение только по верхнему пределу:

- для контролируемых параметров, имеющих ограничение только по нижнему пределу:

- в каждом цикле вычислений производится сравнение вычисленных запасов по всем ограничивающим параметрам для каждой единицы объекта, технологической линии и оборудования, участвующего в параллельной работе и определяется минимальное из значений:

- определяется средний минимальный запас до ограничений для параллельно работающих объектов, технологических линий и оборудования:

- вычисляется среднее задание основной переменной для всех параллельно работающих объектов, технологических линий и оборудования:

для суммирующихся потоков (расход и т.п.)

для не суммирующихся потоков (давление и т.п.)

- вычисляется приращение задания для основного параметра регулирования каждого параллельно работающего объекта, технологической линии и оборудования для обеспечения достижения минимального запаса среднего значения, определенного по формуле (1.5):

- для формирования выходного сигнала АСУ вычисляется приращение задания за цикл обработки информации, определяющее плавность изменения выходного значения (задания) для достижения требуемого качества переходного процесса:

, где ∂Т - постоянная времени

- вычисляется выходное воздействие АСУ на основной регулируемый параметр в каждом цикле:

, где n - номер цикла обработки информации

- при этом сумма заданий по всем параллельно работающим объектам, технологическим линиям и оборудования будет составлять Q_зад

Для компенсации различных зависимостей регулируемых параметров ограничений от основного регулируемого параметра необходимо включение дополнительного коэффициента постоянной времени, значение которого определяется для каждого из параметров ограничений и учитывается в расчете приращения задания за цикл в зависимости от того какое из ограничений активно:

где Мn - коэффициент, определяемый для каждого ограничивающего параметра оборудования для достижения требуемого качества переходного процесса, при расчете используется коэффициент того параметра, который определен минимальным по формуле (1.4).

Настоящее изобретение имеет следующие основные отличия от аналогов:

1. Использует непрерывный цикл вычислений, без дискретизации данных и правил;

2. Описывает функцию распределения с учетом ограничений на всех смежных объектах, технологических линиях и оборудования без ошибки по общему значению задания основного параметра.

Пример реализации способа.

Способ внедрен и успешно эксплуатируется на следующем параллельно работающем технологическом оборудовании: Установки комплексной подготовки газа газового промысла №1, Установки комплексной подготовки газа газового промысла №2 (1 и 2 модуль), Установки комплексной подготовки газа газового промысла №3 Бованенковского НГКМ:

- Входные нитки Здания входных ниток и входных сепараторов.

- Технологические нитки низкотемпературной сепарации газа с турбодетандерными агрегатами

Способ непрерывного распределения загрузки оборудования между параллельно работающими объектами, технологическими линиями и оборудованием, включающий ввод значений контролируемых параметров объектов, технологических линий, оборудования и их предельно допустимых значений в автоматическую систему управления технологическим процессом, отличающийся тем, что автоматическая система управления оценивает разность между значением контролируемого параметра в текущем режиме и его предельно допустимым значением по группе параметров, для формирования выходного сигнала определяет направление воздействия по основному регулируемому параметру и значение этого воздействия таким образом, что сумма заданий по параллельно работающим единицам объектов, технологических линий, оборудования остается равна общему заданию на данную группу объектов, технологических линий, оборудования, а для всех параллельно работающих единиц объектов, технологических линий, оборудования удаленность текущих параметров от предельно допустимых значений параметров является одинаковой.