Создание оптимального адаптивного алгоритма управления в АСУ по уничтожению вредных отходов

Министерство  образования и науки Российской Федерации

государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(МГТУ  МИРЭА)

 

Факультет ИТ

Кафедра ИТС

 

 

 

 

Отчет по преддипломной практике

По теме:

«Создание оптимального адаптивного  алгоритма управления в АСУ по уничтожению вредных отходов.»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 5 курса

группы  ИТА-5-08

Курдюков  А.А.

 

Оглавление

Введение 3

Обзор существующих методов по уничтожению вредных отходов. 6

Методы решения задачи 12

Цели и задачи дипломной работы. 13

Разработка технического обеспечения. 14

Структурная схема установки 14

Функциональная схема установки. 15

Список литературы 16

 

 

Введение

В современном мире все  чаще применяется автоматизация  в процессе производства. Автоматизация  дает огромное количество преимуществ для любого технологического процесса. Ниже они будут перечислены.

Автоматы могут работать в тяжёлых, вредных и опасных  для здоровья человека условиях. Поэтому  автоматизация производства полностью  исключает или существенно снижает  отрицательное воздействие производственного  процесса на человека, поскольку человек  заменяется автоматами различного служебного назначения.

 Экономические преимущества  использования автоматических систем  в производстве вытекают из  их технических преимуществ. К  экономическим преимуществам автоматизации  можно отнести: возможность значительного  повышения производительности труда;  более экономичное использование  физического труда, материалов  и энергии; более высокое и  стабильное качество продукции;  сокращение периода времени от  возникновения потребности в  изделии до получения готовой  продукции; возможность расширения  производства без увеличения  трудовых ресурсов.

Экономические преимущества автоматизированных систем связаны  с реализацией их технических  преимуществ, к которым относятся: повышение производительности труда, более рациональное использование  материальных, трудовых и энергетических ресурсов, более стабильное качество продукции и сокращение срока  технологической подготовки производства.

Повышение производительности труда достигается:

• за счет возможной круглосуточной работы оборудования;
• вследствие увеличения скорости протекания технологических и вспомогательных производственных процессов;
• за счет высвобождения рабочих.

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные  организационные решения, сокращают  запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок  инструментов и вынужденных простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить  количество бумажных документов: чертежей, схем, графиков, описания и других, необходимых  в неавтоматизированном производстве и отнимающие на их составление, хранение, передачу и использование много времени.

В социальном аспекте преимущества автоматизации производства следующие: рост благосостояния членов общества благодаря увеличению производительности труда, увеличению выпуска высококачественной продукции в необходимых для  общества количествах при более  экономичном использовании труда, материалов, энергии; высвобождение  человека от тяжелой и монотонной физической и умственной работы, работы в опасных и вредных для  здоровья условиях; возможность сокращения рабочего времени при соответствующем  росте производительности труда; высвобождение времени для всестороннего и гармоничного развития; стимулирование повышения интеллекта человека, занятого в современном автоматизированном производстве; исключение работы человека в третью (ночную) смену.

Третья смена ночная наиболее тяжела для работы, необходимость  работы в ней возникает в непрерывных  производствах, которые невозможно останавливать. Кроме того, работа в  три смены всегда экономически более  выгодна благодаря более эффективному использованию оборудования. С повышением сложности и стоимости оборудования, сокращением периода его морального изнашивания организация работы в третью смену может быть единственно  приемлемым с экономической точки  зрения решением. Таким образом, возникает  противоречие между стремлением  экономично использовать оборудование в круглосуточном производстве и  нежелательностью работы людей в  ночную смену. Кроме того, не всегда можно организовать многосменную работу из-за недостатка рабочей силы. Выходом  из этого положения может стать  организация третьей смены в  автоматическом режиме работы.

Автоматизация производства в данном случае будет применяться  при помощи адаптивного алгоритма  управления технологическим процессом. Адаптивные алгоритмы так же имеют  ряд преимуществ.

В инженерной практике обычно стремятся построить возможно более простую модель управляемого процесса (которая тем не менее должна отражать основные его свойства). Наличие простых моделей позволяет, в частности, более полно изучить процесс управления путем имитации его с помощью аналоговых либо цифровых вычислительных машин и в итоге выбрать наиболее подходящий режим работы системы управления.

Для современного производства характерны усложнение технологических  процессов, ужесточение допустимых отклонений управляемого процесса от предписанных значений и т.д. Совершенствование методов управления в этих условиях предполагает разработку более сложных математических моделей управляемых процессов, позволяющих оптимизировать управление, а использование усложненных моделей порождает проблему задания значений характеристик и параметров модели, нужных для формирования требуемого управления. Более того, некоторые из таких параметров могут дрейфовать во времени вследствие износа или старения тех или иных устройств и механизмов, составляющих ОУ. Иногда можно учитывать подобный дрейф параметров путем регулярной замены изношенных деталей либо путем переналадки управляющей системы, но обычно это требует прерывания технологического процесса и потому может оказаться экономически невыгодным либо даже невозможным по производственным причинам. Широкое внедрение современных ЭВМ в процессы управления технологическими процессами позволяет контролировать изменение параметров без прерывания технологического процесса и использовать текущие значения параметров (либо их оценки) для формирования управляющих воздействий. Если параметры изменяются во времени достаточно медленно (что бывает во многих прикладных задачах управления), то такие методы управления могут оказаться весьма эффективными, поскольку не связаны с прерыванием технологического процесса для тестирования управляемого процесса или ОУ.

 

 

Обзор существующих методов по уничтожению вредных  отходов.

В ближайшие годы Россия должна приступить к полномасштабному уничтожению  химического оружия (ХО). В настоящее  время запасы ХО на территории нашей  страны составляют около 40 тыс. т, рассредоточенных на семи базах хранения ХО. В состав крупнейших арсеналов входит база ХО в пос. Леонидовка Пензенской обл., на которой сосредоточено более 17% от общего запаса ХО России. В ходе уничтожения боеприпасов страна будет отдавать наивысший приоритет обеспечению безопасности людей и защите окружающей среды. Заострение вопроса о безопасном уничтожении химического оружия (УХО) связано с тем, что многие годы ХО уничтожалось примитивными и опасными методами.

Опасность процесса химического  разоружения предопределяется высокой  токсичностью боеприпасов. Современные  отравляющие вещества (зарин, зоман, V-x-газы), стоящие на вооружении, представляют собой малолетучие высококипящие жидкости, которые при переходе в состояние пара или аэрозоля (в боевое состояние) становятся высокоопасными

Международное значение и  важность проблемы привлекают внимание специалистов различных областей знаний, которое выражается в многочисленных предложениях использовать новейшие достижения в науке и практике для УХО. Из значительного многообразия технических решений по УХО следует выделить 3 основные группы методов: химические, термические и биологические.

1) Химические методы уничтожения  отравляющих веществ основаны  на реакциях их с химическими  реагентами, в результате которых  получаются нетоксичные продукты.

Щелочной гидролиз. Гидролиз ХО в водных растворах щелочей  протекает с образованием нетоксичной  соли метилалкилфосфорной кислоты. Продукты гидролиза малотоксичны. Поскольку в нейтральной и слабощелочной среде гидролиз протекает медленно, данный способ может быть использован для детоксикации ОВ только в лабораторных условиях.

Окислительное хлорирование. В качестве окислителя используют хлор, пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция. Вследствие высокой реакционной способности гипохлоритов, особенно хлорной извести и гипохлорита кальция, разложение вещества может протекать со взрывом, поэтому реакцию с ОВ следует проводить в водных растворах или суспензиях. Возможно и прямое хлорирование растворов веществ типа V-x-газы. Полнота дегазации составляет 99,99%.

Алкоголиз. Данный способ УХО основан на взаимодействии отравляющих веществ со спиртами или их производными. Для УХО наиболее удобно использовать моноэтаноламин.

2) Термические методы УХО  основаны на тепловом воздействии  на вещества. Данные методы могут  осуществляться как с предварительным расснаряжением боеприпасов, так и без него.

Сжигание отравляющих  веществ в смеси с тяжелым  жидким топливом – один из наиболее простых способов УХО. Лабораторные исследования процессов сжигания ХО показали высокую степень их разрушения и достаточно высокую эффективность  поглощения отходящих токсичных  газов. Отходящие газы поглощаются  в скрубберах водными растворами NaOH, NaHCO_3, Ca(OH)₂ и охлажденными органическими растворителями. Эффективность поглощения выделяющихся NO, NO₂, и SO₂превышает 95%. Степень разложения отравляющего вещества составляет 99,95%.

Уничтожение ХО в расплаве солей. По этому способу подлежащее уничтожению отравляющее вещество сжигается в расплаве смеси солей  щелочных металлов, обычно Na₂CO₃ и Na₂SO₄. Лабораторная установка для сжигания ХО в расплаве солей состоит из 4 элементов: камеры сгорания, печи, системы подачи боевого вещества и системы контроля отходящих газов. Смесь отравляющего вещества со сжатым воздухом по алюминиевой трубе поступает на дно камеры сгорания, где проходит взаимодействие вещества с расплавленными солями. Степень разложения составляет 99,99%.

До недавнего времени  в мировой практике переработки  отходов использовались сжигательные технологии. Однако эти технологии перестали отвечать повышающимся требованиям к надежности и безопасности выделяемых при горении веществ. Как известно в процессе работы подобных установок, в атмосферу выделяется большое количество диоксинов и фуранов, которые представляют угрозу здоровью человека и признаны наиболее токсичными продуктами переработки. В связи с этим, были созданы более совершенные технологии переработки отходов, которые основаны на плазмотермической технологии. Плазмотермическая переработка отходов гарантирует существенное сокращение выбросов указанных веществ до экологически и санитарно — гигиенически безопасных уровней. Кроме этого, такая установка позволяет решить проблему с золошлаковыми отходами, которые образуются в процессе переработки ТБО «традиционным» способом (сжиганием).

Термодеструкция ХО в боеприпасах заключается в термическом разложении вещества в замкнутом объеме без доступа кислорода. Он может быть использован для уничтожения отравляющих веществ в боеприпасах, обладающих большим запасом прочности по отношению к внутреннему давлению. При нагревании боеприпаса до температуры 150˚С в нем резко возрастает внутреннее давление в результате термического расширения ХО, при дальнейшем нагревании (свыше 200˚С) внутреннее давление достигает предельных значений и происходит разгерметизация его корпуса с выбросом газообразных продуктов, составляющих 30…40% от исходного количества вещества. Газообразные продукты направляют на дальнейшее термическое разложение, которое происходит на нагретом до 500˚С катализаторе, затем газы поступают на щелочной скруббер. Дальнейшее нагревание корпуса боеприпаса обеспечивает его полное обезвреживание. В зависимости от скорости и длительности нагревания деструкция ХО может достигать 90…99%.

Плазменный способ УХО. В  США проводились лабораторные исследования возможности использования плазмы для уничтожения токсичных веществ, в том числе и ХО. На лабораторной установке (объем плазмы 4…9 см³) изучали разложение ОВ. В качестве газа-носителя применялся гелий, который имеет хорошие плазмообразующие характеристики. При рабочей мощности 300…350 Вт степень разложения испытуемого вещества достигала 99,90%. С использованием модифицированного плазменного реактора этот способ может быть применен для крупномасштабного разложения ХО.

Плазмотермические установки являются весьма перспективной технологией по сжиганию так как они обладают рядом достоинств по сравнению с сжиганием в крематорах, самой распространенным распространенным на данный момент методом. Таких как: