Моделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorЯрощук, Людмила Дем’янівна
dc.contributor.authorТюріна, Євгенія Олександрівна
dc.date.accessioned2024-05-31T14:19:38Z
dc.date.available2024-05-31T14:19:38Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractТюріна Є. О. Моделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. Дисертація спрямована на створення таких систем керування процесами неперервного адсорбційного очищення відпрацьованих олив та мастил, які дозволять забезпечити високу якість очищення та принципи ресурсозбереження при переробці різної за властивостями сировини. У дисертації проаналізовано технологію очищення відпрацьованих індустріальних олив і мастил, яка складається з етапів підготовки сировини, адсорбції забруднювальних речовин із сировини та регенерації адсорбенту. Технологія передбачає процес адсорбційного очищення в адсорбері неперервної дії з протитечійною подачею сировини й адсорбенту, а також повернення адсорбенту в технологічний процес після регенерації. Встановлено, що особливостями технології є нестабільність властивостей сировини, як суміші корисних та забруднювальних речовин з різним і, як правило, точно не визначеним складом, що характерно для транспортних і виробничих відходів. Виконано аналіз властивостей забруднених речовин і адсорбенту, вимог до якості очищеної продукції та особливості адсорбера, що дозволив сформулювати головні задачі систем керування очищенням. Аналіз існуючих систем та способів керування показав, що, в умовах відсутності технічних засобів автоматизації для вимірювання концентрацій забруднювальних речовин, якість продукції забезпечують стабілізацією тисків і температури в адсорбері. Визначено, що на перебіг технологічних процесів очисних виробництв впливає перехід від одного типу відходів до іншого, у зв’язку з чим визнано доцільним реалізовувати різні алгоритми керування адсорбційним очищенням при сталій сировині й при переході до іншої сировини. Створено систему керування процесом очищення при зміні сировини. Оскільки функціонування технологічної системи виробництва оцінюють за декількома критеріями, то для усвідомлення переліку задач керування, які дозволять врахувати ці критерії, була виконана систематизація задач керування адсорбційним очищенням. На основі створеного переліку для кожної задачі були визначені методи, якими вона може бути розв’язана, та типи моделей, які при цьому можуть бути використані. Систематизація подана у виді семантичної мережі, що дозволяє краще обґрунтувати та спростити створення систем керування процесом адсорбції. Керування при зміні сировини базується на типових рішеннях автоматизації адсорбера, а саме керування тиском та температурою в адсорбері (режимні параметри) впливом на витрату адсорбенту й охолоджувальної води відповідно. Проблема підтримання якості очищення в режимі зміни сировини полягає в тому, що для нової сировини невідомі необхідні режимні параметри. Для її розв’язання запропоновано спосіб керування, який передбачає в складі програмного забезпечення систем керування підтримувати базу даних, яка міститиме записи з основними характеристиками сировин, які раніше очищували в адсорбері, і відповідними для них режимними параметрами. Запропоновано на початку надходження нової сировини знаходити для неї в цій базі сировини-аналоги, після чого, застосувавши статистичні методи до знайдених варіантів режимних параметрів, знаходити узагальнені значення необхідних тиску та температури. Описано алгоритм пошуку, який передбачає повні та часткові збіги, а також їх відсутність. Алгоритм передбачає присутність особи, яка приймає остаточні рішення стосовно умов пошуку та вибору режимних параметрів. Запропоновано використовувати різні види статистичних оцінок і моделей для визначення актуальних тиску і температури залежно від кількості записів у базі даних. Наведено приклад пошуку засобами MS Access. Створено систему керування для режиму зміни сировини. Обґрунтовано тип та створено відповідну математичну модель процесу адсорбції, призначеної для використання в системі керування в режимі сталої сировини. Розглянуто особливості моделювання як системи нано- і мікропроцесів. Описано процес адсорбції також як об’єкт технології і керування як макросистема і виконано аналіз основних видів моделей таких об’єктів. Враховуючи суттєву багатопараметричність адсорбції як об’єкта моделювання, запропоновано в умовах нестаціонарності властивостей сировини, адсорбенту й адсорбера описувати канали керування і збурення як аперіодичні ланки другого порядку із транспортним запізнюванням. На основі аналізу експериментальних даних було визначено, що коефіцієнти передач цих функцій є нелінійними функціями від тиску і температури в адсорбері. Опрацювання експериментальних даних дозволило визначити типи цих нелінійностей. У системі керування передбачено адаптування моделей при зміні властивостей речовин та адсорбера, наведено схеми застосування адаптивних моделей в системі керування. Виконана реалізація моделі у системі Simulink + MATLAB. Описано систему керування адсорбером у режимі сталої сировини. Для обґрунтування вибору системи керування виконано аналіз джерел нестаціонарності та їх типів. У режимі сталої сировини запропоновано розглядати властивості сировини та адсорбера, як такі, що не мають причин для тренду математичного сподівання, а тренд по дисперсії можливий. У той же час властивості адсорбера можуть мати помітний тренд математичного сподівання у зв’язку з налипанням на елементи конструкцій часток сировини та адсорбенту. Описано систему керування, в якій передбачено адаптування математичних моделей обох каналів керування, а на основі нових моделей виконувати розрахунок нових параметрів пропорційно-інтегральних регуляторів. У режимі сталої сировини передбачено виконувати корегування завдань регуляторам контурів керування шляхом уведення результатів вимірювання якості готової продукції. Оскільки до появи нової продукції на виході адсорбера ці сигнали від’єднані, то завданнями регуляторів були режимні параметри, визначені на основі алгоритму пошуку аналогів нової сировини. Корегування завдань за показниками якості дозволяє перейти від відносно потрібних до дійсно потрібних умов очищення сировини, що заповнює адсорбер. Корегування реалізоване на основі використання нечітких множин для опису показників якості та значень тиску і температури, а також системи правил fuzzy logic. Цей фрагмент алгоритму керування дозволяє сформувати новий запис у базі даних із властивостями нової сировини і найкращими для неї умовами очищення. Таким чином наповнюється база даних, що дає можливість з часом покращувати систему керування в режимі зміни сировини. Створено інтегровану систему керування адсорбційним очищенням олив і мастил. Об’єднання стосується систем керування двох зазначених раніше режимів змінної та сталої сировини, які відповідають нормальному функціонуванню виробництва. Іншою складовою інтегрованої системи є експертна система, яка призначена для пошуку причин аварійного функціонування виробництва. Для експертної системи розроблена база знань з фактами аварій та правилами продукції. Наведено результат роботи цієї системи. Оскільки інтегрована система керування використовує емпіричні знання фахівців у різному їх виді, проведено аналіз типів цих знань та визначено способи їх отримання. Виконана систематизація такої інформації дозволяє організувати підбір і підготовку необхідних експертів для супроводу роботи інтегрованої системи керування. Удосконалено систему керування процесом адсорбції, в якій на відміну від усталених, враховано можливість суттєвих змін властивостей нової забрудненої сировини, для чого передбачено автоматизований пошук у базі даних речовин-аналогів нової сировини, статистичні дослідження знайдених у базі варіантів тиску та температури в адсорбері для аналогів, а також прийняття рішень щодо початкових значень цих режимних параметрів. Удосконалено систему адаптивного керування процесом адсорбції, в якій на відміну від відомих, що базуються на поточній ідентифікації моделей динаміки процесу та на наступному визначенні параметрів налаштування регуляторів тиску та температури в адсорбері, уведено корегування початкових значень цих режимних параметрів за концентраціями ароматичних вуглеводнів, сірки і смол в очищеному продукті, що дозволяє дотримуватися вимог до якості очищення продукції та занести в базу даних значення відповідних властивостей нової сировини і потрібні для її переробки тиск та температуру. Дістала подальшого розвитку система адаптивного керування тиском і температурою в адсорбері з корегуванням початкових значень цих режимних параметрів за концентраціями ароматичних вуглеводнів, сірки і смол у продукції, в якій на відміну від усталених способів, значення корегувальних сигналів визначають на основі нечітких множин і нечіткої логіки, що дозволяє підвищити якість продукції в умовах відсутності обґрунтованих математичних залежностей за допомогою досвіду фахівців. Запропоновано інтегровану систему керування адсорбційним очищенням шляхом поєднання системи керування процесом при суттєвій зміні властивостей нової забрудненої сировини з системою керування процесом при сталих властивостях забрудненої сировини, яке передбачає чергування етапів визначення режимних параметрів адсорбції за сировинамианалогами та за показниками якості очищеного продукту, причому режимні параметри другого етапу запам’ятовуються в базі даних сировин-аналогів першого етапу, це поєднання дозволяє забезпечити якість продукції і ресурсозбереження за рахунок підвищення рівня відповідності між режимними параметрами та поточним властивостям забрудненої сировини. Дістало подальшого розвитку математичне моделювання адсорбційного очищення, що полягає у структурній ідентифікації моделі динаміки процесу адсорбції, призначеної для адаптивної системи керування, а також у статистичних залежностях між властивостями сировини та відповідними режимними параметрами, які об’єднані у базі даних сировин-аналогів. Практичне значення одержаних результатів полягає в систематизації задач керуванням адсорбційним очищенням; отриманні моделей адсорбції, призначених для систем керування адсорбційним очищенням ВОМ; визначенні початкових режимних параметрів адсорбції для нової за властивостями сировини; створенні адаптивної системи керування очищенням; застосуванні нечіткої автоматичної системи керування очищенням, бази знань для діагностувальної експертної системи та інших застосувань експертних знань. Одержані результати використані в навчальному процесі.
dc.description.abstractotherTiurina Y. O. Modelling and Control of Oils and Greases Adsorptive Purification. – Qualifying scientific work on the rights of manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy on the specialty 151 “Automation and computer-integrated technologies” – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” MES of Ukraine, Kyiv, 2024. The dissertation aims to create such control systems for continuous adsorptive purification of wasted oils and greases (WOG), which would provide a high purification quality and resource conservation principles when processing raw materials with different characteristics. The dissertation analyzes technologies of wasted oils and greases adsorption purification, that consists of the stages of a feedstock preparation, pollutants adsorption from the raw materials and adsorbent regeneration. Technology involves adsorption purification process in the adsorber of continuous operation with countercurrent supply of raw materials and adsorbent, as well as returning the adsorbent to the technological process after regeneration. It is established, that the peculiarity of the technology is the instability of raw materials properties, as compound of useful and contaminated substances with various and, generally, imprecise composition, which is typical for transport and industrial waste. Had been performed analysis of contaminated substances properties and adsorbent, refined products quality requirements and adsorber feature, which made it possible to formulate the major tasks for the purification control systems. Analysis of the existing systems and control methods has shown, that in the absence of technical means of automation for measuring pollutants concentrations, product quality is ensured by pressure and temperature stabilization in the adsorber. It was determined that the processes flow in purificatory productions is affected by the transition from one type of waste to another, due to which it is considered expedient to implement different algorithms for adsorption purification control with stable raw materials and when switching to other raw materials. Has been created control system of purification process on variable raw materials. Since the functioning of the technological production system is evaluated according to several criteria, in order to understand the list of control tasks, that would allow these criteria to be taken into account, a systematization of purification adsorption control tasks was carried out. Based on the created list, each task has been determined with methods by which it can be solved, and types of models, that can be used. The systematization is presented in the form of a semantic network, which allows to substantiate better and simplify the creation of adsorption process control systems. Raw materials change control is based on typical adsorber automation solutions, namely control of pressure and temperature in the adsorber (mode parameters) with the effect on the consumption of adsorbent and cooling water, respectively. The problem of maintaining the quality of purification in the mode of variable raw materials is that the required mode parameters are unknown for new raw material. To solve it, proposed a control method, which involves maintaining a database as part of the control system software, that would contain records with the main characteristics of the raw materials that were previously purified in the adsorber, and their corresponding mode parameters. Suggested, that at the beginning of the arrival of new raw material, the analogues of raw materials should be found in this database, then, with applying statistical methods to the mode parameters result, find the generalized values of the required pressure and temperature. A search algorithm is described, which assumes complete and partial matches, as well as their absence. The algorithm assumes the presence of a person who makes final decisions regarding search conditions and selection of mode parameters. It is proposed to use different types of statistical estimates and models to determine the current pressure and temperature depending on the number of records in the database. An example of searching by means of MS Access is given. A control system for the raw material variable mode has been created. The type is substantiated and a corresponding mathematical model of the adsorption process is created, intended for use in the control system in the mode of stable raw materials. Features of modeling as a system of nano- and microprocesses are considered. The process of adsorption is also described as an object of technology and control as a macrosystem, and an analysis of the main types of models of such objects is performed. Taking into account the significant multiparameter nature of adsorption as an object of modeling, it is proposed to describe the control and disturbance channels as aperiodic links of the second order with a transport delay in the conditions of non-stationarity of the properties of the raw material, adsorbent and adsorber. Based on the analysis of experimental data, it was determined that the transfer coefficients of these functions are non-linear functions of pressure and temperature in the adsorber. Processing of experimental data made it possible to determine the types of these nonlinearities. The control system provides models adaptation when the properties of substances and the adsorber change, and the schemes for applying adaptive models in the control system are given. The model has been implemented in Simulink +MATLAB system. The adsorber control system in the mode of stable raw materials is described. To substantiate the choice of the control system, an analysis of the sources of nonstationarity and their types was performed. In the stable raw materials mode, it is proposed to consider the properties of raw materials and adsorber as those that do not have reasons for the trend of mathematical expectation, and the trend in dispersion is possible. At the same time, the properties of the adsorber may have a noticeable trend of mathematical expectation due to sticking of raw materials particles and adsorbent to the structural elements. The control system is described, which provides mathematical models adaptation of both control channels, and the calculation of new parameters of proportional-integral regulators based on the new models. It is intended to adjust the regulators tasks of the control circuits, in the mode of stable raw materials, by entering the results of finished products quality measuring. Since before the appearance of new products at the adsorber output, these signals were disconnected, the tasks of the regulators were the mode parameters determined on the basis of the algorithm for finding analogues of new raw materials. Adjusting tasks according to quality indicators allows to move from relatively necessary to actually necessary conditions for purifying the raw materials that fill the adsorber. Regulation is implemented on the fuzzy sets basis to describe quality indicators, pressure and temperature values, as well as a system of fuzzy logic rules. This fragment of the control algorithm allows to insert a new entry in the database with the properties of the new raw material and its most suitable purification conditions. The database is filled in a way, which makes it possible to improve the control system in the mode of variable raw materials over time. An integrated control system for adsorptive purification of oils and greases has been created. The combination refers to the control systems of the two previously mentioned modes of variable and stable raw materials, which correspond to the normal functioning of production. Another component of the integrated system is the expert system, which is designed to find the causes of emergency operation of production. A knowledge base with facts of accidents and product rules has been developed for the expert system. Provided the result of this system. Since the integrated control system uses the empirical knowledge of specialists in various forms, an analysis of the types of this knowledge was carried out and methods of obtaining it were determined. The completed systematization of such information allows organizing the selection and training of the necessary experts to support the operation of the integrated control system. Has been improved the adsorption process control system, in which, unlike the established ones, the possibility of significant changes in the properties of new contaminated raw materials is taken into account, such as automated search in the database of substances-analogs of new raw materials, statistical studies of pressure and temperature variants in the adsorber for analogs found in the database, as well as making decisions about the initial values of these mode parameters. Has been improved the adaptive control system of the adsorption process, where, in contrast to the known ones, that are based on the current identification of process dynamics models and on the subsequent determination of the pressure and temperature regulators settings in the adsorber, has been introduced the adjustment of the initial values of these mode parameters according to the concentrations of aromatic hydrocarbons, sulfur and resins in the purified product, which allows to comply with the requirements for the quality of product purification and update database with an entry that includes values of the relevant properties of the new raw material, pressure and temperature required for its processing. Received further development of adaptive control system of pressure and temperature in the adsorber with the correction of the initial values of these mode parameters according to the concentrations of aromatic hydrocarbons, sulfur, and resins in the product, unlike established methods, its values of the correction signals are determined on the basis of fuzzy sets and fuzzy logic, which allows to improve product quality in the absence of substantiated mathematical dependencies with the help of specialists experience. An integrated adsorption purification control system is proposed, by combining a process control system with a significant change of new contaminated raw materials properties with a process control system, where properties are stable, which involves alternating stages of determining the mode parameters of adsorption according to analog raw materials and quality indicators of the purified product, the mode parameters of the second stage are stored in the database of the raw materials analogues of the first stage, this combination allows to ensure the quality of products and resource conservation by increasing the level of correspondence between the mode parameters and the current properties of the contaminated raw materials. Has been further developed mathematical modeling of adsorption purification, which lies in the structural identification of the adsorption process dynamics model intended for the adaptive control system, as well as in the statistical dependencies between the properties of raw materials and the corresponding mode parameters, which are combined in the database of raw materials analogues. The practical significance of the obtained results is the systematization of problems of adsorption purification control; obtaining adsorption models intended for WOG adsorptive purification control systems; determination of the initial mode parameters of adsorption for new raw materials according to their properties; creation of an adaptive purification control system; applying fuzzy automatic purification control system, knowledge base for diagnostic expert system and other applications of expert knowledge. The obtained results are used in the educational process.
dc.format.extent192 с.
dc.identifier.citationТюріна, Є. О. Моделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил : дис. … д-ра філософії : 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології / Тюріна Євгенія Олександрівна. – Київ, 2024. – 192 c.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/67010
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectтехнологічний об’єкт
dc.subjectнестаціонарність
dc.subjectматематична модель
dc.subjectімітаційна модель
dc.subjectмоделювання
dc.subjectідентифікація
dc.subjectкерування
dc.subjectалгоритм керування
dc.subjectсистема керування
dc.subjectадаптивне керування
dc.subjectнечітка логіка
dc.subjectнечітка система керування
dc.subjectінтелектуальна система керування
dc.subjectFuzzy Logic
dc.subjectавтоматизований технологічний комплекс
dc.subjecttechnological object
dc.subjectnon-stationarity
dc.subjectmathematical model
dc.subjectsimulation model
dc.subjectmodeling
dc.subjectidentification
dc.subjectcontrol
dc.subjectcontrol algorithm
dc.subjectcontrol system
dc.subjectadaptive control
dc.subjectfuzzy logic
dc.subjectfuzzy control system
dc.subjectintelligent control system
dc.subjectautomated technological complex
dc.subject.udc681.5:665.66
dc.titleМоделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Tiurina_dys.pdf
Розмір:
4.47 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ТПЗА)
Дисертації (вільний доступ)