ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Системы и процессы — предмет кибернетики из "Методы кибернетики в химии и химической технологии Издание 3 1976" Системы. Под химической системой понимается совокупность происходящих в ней физико-химических процессов и средств для их реализации. Таким образом, химическая система включает собственно химический процесс аппарат, в котором он проводится все средства для контроля и управления процессом в связи между ними. Всякая система состоит из взаимосвязанных и взаимодействующих между собой частей и в определенном смысле представляет собой замкнутое целое, иначе ее нельзя было бы назвать системой. [c.9] Всякая система общается с внешней средой, имеет входы х и выходы у из нее (рис. 1-1). Входами могут быть перерабатываемое сырье, его состав, температура и т. д. выходами могут быть готовый продукт, его качество, температура и т. п. Система обычно подвержена возмущениям г, и для их компенсации с тем, чтобы система работала в нужном нам направлении, используют управляющие воздействия и. [c.9] В качестве примера системы можно привести любой регулируемый химический процесс, протекающий в объекте (реакторе), подлежащем управлению (рис. 1-2). Течение процесса регистрируется датчиком Д поступающие от него сигналы усиливаются специально установленным усилителем У и далее подаются в преобразователь сигналов П (например, из электрических в механические). Преобразованные сигналы воздействуют на уставку регулятора Р, который выдает сигналы на исполнительный механизм ИМ (клапан на линии ввода сырья или теплоносителя). В соответствии с последним воздействием уменьшается либо увеличивается количество реагентов или теплоносителя. [c.10] Таким образом система — это достаточно сложный объект, который можно расчленить на составляющие элементы, или подсистем ы. Элементы информационно связаны друг с другом и с окружающей объект средой. Совокупность связей образует структуру системы. Система имеет алгоритм функционирования, направленный на достижение определенной цели. [c.10] Все системы можно условно подразделить на малые и большие. [c.10] Малые системы однозначно определяются свойствами процесса и обычно (в химии и химической технологии) ограничены одним типовым процессом, его внутренними связями, а также особенностями аппаратурного оформления и функционирования. [c.10] Большие системы представляют собой совокупность малых систем и отличаются от них в количественном и качественном отношениях. Большим системам присущи 1) определенная целостность, наличие общих целей и назначения 2) большие размеры, большое число выполняемых функций 3) сложность поведения 4) наличие состязательных, конкурирующих сторон (в системе могут протекать противоположно направленные процессы, стремящиеся уменьшить ее эффективность). Примером большой кибернетической системы может служить химический цех или завод. [c.10] Первую, низшую, ступень иерархической структуры химического предприятия образуют типовые процессы химической технологии Б определенном аппаратурном оформлении (механические, гидродинамические, тепловые, диффузионные и химические процессы) и локальные системы управления ими. Каждый типовой процесс в аппаратурном оформлении и взаимосвязанную совокупность типовых процессов рассматривают как систему или подсистему, имеющую некоторые входы и выходы (см. рис. 1-1). [c.11] При анализе функционирования систем входные переменные подразделяют на возмущающие и управляющие переменные (воздействия). Возмущающие переменные, являющиеся количественной характеристикой внешних и внутренних возмущений, которым всегда подвержена любая система (изменение расхода и состава сырья, изменение температуры в аппаратах и т. д.), стремятся противодействовать целенаправленному протеканию процессов, отклоняя их от заданного направления. Для того чтобы при функционировании системы выходные переменные соответствовали заданным (целевым) значениям и не отклонялись от них под влиянием возмущающих переменных, на систему необходимо воздействовать управляющимипеременными, являющимися количественной характеристикой управляющих воздействий системы (изменение расхода, состава или других характеристик исходного сырья). [c.11] Типовые процессы в определенном аппаратурном оформлении чаще всего представляют собой детерминированные системы, для которых выходные и все входные переменные заранее известны и между ними существует однозначная функциональная зависимость. На нижней ступени иерархии химического предприятия происходит структурное обогащение информации, характеризующей функционирование подсистем, а задачу управления подсистемами в основном сводят к локальной стабилизации технологических параметров типовых процессов путем создания систем автоматиче ского регулирования САР). [c.11] Отличительной особенностью второй ступени иерархии химических производств является сочетание энергетических и химических узлов в единую энерготехнологическую систему, осуществляющую рекуперацию химической энергии. Проведение процесса в агрегатах большой единичной мощности дает возможность резко увеличить удельную производительность аппаратов, сократить расходные нормы и уменьшить загрязненность воздушного и водного бассейнов. [c.12] На данной ступени иерархии при управлении подсистемами возникают задачи оптимальной координации работы аппаратов и оптимального распределения нагрузок между ними. Привлекаются принципиально новые методы декомпозиции и агрегации подсистем, топологический анализ на основе теории графов, эвристическое моделирование, многоуровневая оптимизация и др. [c.13] Третья, высшая, ступень иерархической структуры химического предприятия (см. рис. 1-3)—это системы оперативного управления совокупностью цехов, системы организации производства, планирования запасов сырья и реализации готовых продуктов — автоматизированная система управления предприятием АСУП). На этой ступени иерархии возникают задачи ситуационного анализа и оптимального управления всем предприятием, для решения которых применяют математические методы системотехники — линейное программирование, теорию игр, теорию информации, исследования операций, теории массового обслуживания и др. [c.13] Процессы. Следует иметь в виду, что любое химическое производство, любую технологическую цепочку можно расчленить на опред еленное число типовых технологических звеньев, в которых протекают типовые процессы химической технологии абсорбция, ректификация, химическая реакция и др. [c.13] Типовой технологический процесс, идущий в аппаратуре определенного класса, является одновременно типовым объектом управления. Основным показателем, по которому процессы относят к тому или иному типу, является идентичность их физикохимических особенностей, т. е. материальных и энергетических внутренних связей. Типовой процесс содержит все необходимые и достаточные характеристики, позволяющие выделить его из большого многообразия физико-химических явлений. При этом учитывается также целевое назначение процесса. [c.13] По характеру материальных и энергетических внутренних связей все процессы химической технологии принято подразделять на следующие классы гидродинамические, тепловые, диффузионные, химические и механические. [c.13] В соответствии с целевым назначением и особенностью их реализации указанные выше классы процессов делятся на типовые процессы абсорбцию (десорбцию) ректификацию, кристаллизацию, сушку, ионообмен и т. д. [c.13] По своей природе процессы подразделяются на детерминированные и стохастические. [c.13] Стохастическим называется такой процесс, в котором изменение определяющих величин происходит беспорядочно и часто дискретно. При этом значение выходной величины не находится в соответствии с входной. Для описания стохастических процессов используют статистически-вероятностные методы. Примером стохастического процесса может служить контактно-каталитический процесс, в котором выход продукта изменяется с изменением активности катализатора в- зависимости от старения его во времени. [c.14] Для больших химических систем все характернее становится замена однозначного детерминизма более свободной и многозначной стохастической, вероятностной картиной связи между событиями. Это является также общей особенностью новых физических наук (квантовой физики и т. д.) по сравнению со старыми (ньютоновская механика). Об указанном глубоком перевороте в науке уже много писалось. Причиной этого является то, что от изучения простых систем и единичных явлений мы переходим к изучению сложных систем и массовых явлений, когда уже важен не результат отдельного события, а общий эффект основной массы событий. [c.14] Вернуться к основной статье