Моделирование и алгоритмизация системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Соболева, Елена Геннадьевна

• Соболева, Елена Геннадьевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Соболева, Елена Геннадьевна

Оглавление

Введение

Глава 1. Современное состояние в области управления процессом производства стирол-акриловой дисперсии

1.1 Краткая характеристика продукта стирол-акриловой дисперсии

1.2 Способы проведения радикальной полимеризации

1.3 Влияние основных факторов на процесс полимеризации

1.3.1 Влияние температуры и давления на радикальную полимеризацию

1.3.2 Влияние концентрации инициатора и мономера

1.3.3 Зависимость скорости полимеризации от времени. Гель-эффект

1.4 Анализ процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии как объекта управления

1.5 Анализ существующей системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии. Постановка задач исследования

1.5.1 Анализ существующей системы управления синтезом стирол-акриловой дисперсии

1.5.2 Предлагаемые решения. Задачи исследования

Выводы по главе 1

Глава 2. Математическая модель объекта управления процесса получения стирол-акриловой дисперсии

2.1 Элементарные реакции и кинетика радикальной полимеризации

2.1.1 Анализ элементарных реакций радикальной полимеризации

2.1.2 Определение материальных балансов и уравнений кинетики элементарных стадий

2.2 Тепловой баланс процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии

2.2.1 Тепловой баланс реактора синтеза

2.2.2 Тепловой баланс рубашки реактора синтеза

2.2.3 Уточнение параметров теплового баланса

2.3 Общая математическая модель процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии

2.4 Анализ полученной математической модели процесса полимеризации

стирол-акриловой дисперсии

Выводы по главе 2

Глава 3. Система управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии

3.1 Разработка системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии

3.2 Алгоритм работы системы управления на предварительной стадии полимеризации

3.3 Управление процессом получения стирол-акриловой дисперсии на основной стадии синтеза

3.3.1 Система управления основной стадией полимеризации стирол-акриловой дисперсии

3.3.2 Анализ системы управления основной стадии полимеризации стирол-акриловой дисперсии

3.4 Работа системы управления на завершающей стадии полимеризации стирол-акриловой дисперсии

3.4.1. Система управления процессом получения стирол-акриловой

дисперсии на завершающей стадии полимеризации

3.4.2 Анализ системы управления процессом получения стирол-

акриловой дисперсии на завершающей стадии полимеризации

Выводы по главе 3

Глава 4. Технологическое и программное обеспечение процессом получения стирол-акриловой дисперсии на стадии синтеза

4.1 Структура комплекса технических средств

4.2 Реализации алгоритмов управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии программными средствами

4.2.1 Взаимодействие системы Matlab и промышленного программного обеспечения системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии

4.2.2 Разработка программного обеспечения на базе MATLAB

4.2.3 Разработка программного обеспечения станции оператора

4.3 Перспективы развития систем управления процессом получения

стирол-акриловой дисперсии

Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

Приложение А Программа регулирования температуры реакционной

смеси

Приложение Б Программа регулирования скорости процесса

полимеризации

Приложение В Материалы внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и алгоритмизация системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальной задачей современной теории и практики автоматического управления является создание и совершенствование новых подходов к решению задач управления сложными технологическими процессами. Однако условия работы реальных систем управления часто таковы, что характеристики входных сигналов и помех либо известны неточно, либо существенно изменяются во времени, возникает проблема повышения точности систем автоматического управления непосредственно в процессе её работы. Также не всегда возможно измерить все необходимые параметры из-за отсутствия технических средств измерения показателей качества. В этом случае основным инструментом исследования процесса и его параметров является математическое моделирование.

Использование математических моделей технологических процессов при создании систем автоматического управления позволяет определять параметры протекания процесса, которые невозможно измерить, показатели качества производимой продукции, а также решать задачи управления технологическим процессом в условия изменяющихся входных параметров с целью достижения требуемых выходных характеристик готовой продукции.

Примером подобных процессов является процесс получения стирол-акриловой дисперсии, основанный на радикальной сополимеризации. Стирол-акриловая дисперсия имеет широкую область применения и используется при производстве клеев, мастик, красок, лаков, в качестве пропиток нетканых материалов и т.п. Наиболее важным показателем качества стирол-акриловой дисперсии является количество остаточных мономеров. Они придают композициям, приготовленным на их основе, неприятный запах и, являясь токсичными веществами, наносят вред здоровью человека. Качество готовой продукции оценивается по завершению основной стадии процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии. Это приводит к необходимости корректировки

качества производимого продукта, проведению дополнительных операций, что является негативным фактором.

Исследованиями в области автоматизации занимались такие ученые, как Балакирев B.C., Цирлин А.М. [1], Шински Ф. [2], Лебедовский М.С., Федотов А.И. [3], Липатов Л.Н. [4], Бояринов А.И., Кафаров В.В. [5, 6, 7] и другие. Проблемы проведения процесса полимеризации, в частности полимеризации акриловых мономеров и стирола, исследовались и изучались Розенбергом М.Е. [8], Бухоновым Б.П. [9], Семчиковым Ю.Д. [10], Битюковым В.К., Тихомировым С.Г. [9, И, 12, 13], Грачева Л.Щ14], Ма Тун [15]. Значительно повлияли на развитие концепции создания интегрированных систем управления предприятием, в состав которых входят системы автоматизированного управления, труды Коростелева В.Ф. [16], Макарова Р.И., Лукашкина С.А., Кострова A.B., Хорошевой Е.Р. [17, 18, 19], Белобородова В.В. [20] и Белова A.A. [21].

Однако вопросы управления процессом полимеризации стирол-акриловой дисперсии, особенно в России, изучены недостаточно. Получение стирол-акриловой дисперсии с заданными свойствами требует сложных многоуровневых систем управления. Составной частью таких систем являются алгоритмы функционирования на основе математических описаний технологического процесса полимеризации в реальном времени. Таким образом, разработка математической модели и алгоритмов работы системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии является актуальной проблемой

Объектом исследований является полунепрерывный технологический процесс получения стирол-акриловой дисперсии на стадии синтеза.

Предметом исследований являются математические модели объекта управления, методы и алгоритмы решения задач управления температурой реакционной смеси, качеством готовой продукции и скоростью процесса полимеризации применительно к динамическому объекту с отрицательным самовыравниванием, а также закономерности их функционирования.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов работы системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии, обеспечивающей достижение заданного качества производимой продукции.

Для решения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Построение математической модели объекта управления, отражающей процессы, которые протекают в реакторе синтеза, для её дальнейшего использования в разрабатываемой системе управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии.

2. Разработка алгоритма уточнения параметров математической модели объекта управления на предварительной стадии полимеризации для адаптации используемой математической модели объекта управления.

3. Разработка алгоритма регулирования температуры реакционной массы для объекта с отрицательным самовыравниванием в реакторе синтеза с учетом изменения степени заполнения реактора синтеза.

4. Разработка алгоритма управления скоростью протекания процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии на основной стадии полимеризации с целью стабилизации проведения процесса.

5. Разработка алгоритма управления содержанием мономеров в реакционной смеси по возмущению и отклонению на завершающей стадии полимеризации стирол-акриловой дисперсии с целью достижения требуемого качества стирол-акриловой дисперсии по показателю содержания остаточных мономеров в готовом продукте.

Научная новизна

1. Разработана теоретическая математическая модель с переменной структурой, с учетом особенностей протекания каждой стадии процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии, которая позволила синтезировать систему управления процессом для достижения требуемого качества готовой продукции. Использованные в математической модели процесса уравнения тепловые балансы

позволяют определить фактическую величину скорости реакции полимеризации, а уравнения материальных балансов - качественный состав реакционной смеси.

2. Предложен алгоритм уточнения параметров математической модели процесса полимеризации стирол-акриловой дисперсии на предварительной стадии полимеризации, с целью адаптации разработанной математической модели к изменяющейся активности исходных компонентов.

3. Разработан алгоритм управления температурой реакционной смеси для объекта управления с отрицательным самовыравниванием. Проведено исследование и найдены оптимальные настройки ПИД-регулятора.

4. Разработан алгоритм работы системы управления, использующий фиксированные значения управляющих воздействий, для стабилизации скорости химической реакции полимеризации стирол-акриловой дисперсии на основной стадии полимеризации, что позволило снизить влияние на процесс неконтролируемых возмущающих воздействий, а, следовательно, повысило управляемость процесса.

5. Разработан алгоритм комбинированного управления на завершающей стадии полимеризации, это позволило получить требуемое качество готовой продукции по показателю содержания остаточных мономеров в готовом продукте.

Теоретическая и практическая значимость работы.

В диссертационной работе разработана система управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии, решающая следующие задачи:

- уточнения параметров математической модели объекта управления на предварительной стадии полимеризации;

- управления температурой реакционной смеси для объекта управления с отрицательным самовыравниванием;

- стабилизации скорости протекания химической реакции на основной стадии полимеризации стирол-акриловой дисперсии, с использованием алгоритма с фиксированными значениями управляющих воздействий;

- достижения требуемого качества готового продукта по показателю содержания остаточных мономеров в готовом продукте за счёт использования комбинированного управления на завершающей стадией процесса полимеризации.

Разработано программное обеспечение на базе предложенных в диссертационной работе алгоритмов

Теоретические и практические результаты диссертационной работы переданы в ООО «Компания ХОМА» (г. Дзержинск Нижегородская область) для внедрения задач в систему управления технологическим процессом в производстве стирол-акриловой дисперсии.

Материалы диссертационной работы реализованы в учебном процессе Дзержинского политехнического института (филиала) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева» (ДПИ НГТУ) в рамках дисциплин «Автоматизация технологических процессов и производств», «Интегрированные системы проектирования и управления», «Проектирование автоматизированных систем», «Программное обеспечение систем управления» по направлению 220700 «Автоматизация технологическими процессами и производствами».

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались: теория автоматического управления, комбинированного управления; методы математического моделирования процессов управления, оценка параметров математических моделей путём изучения материального и теплового балансов работы промышленного реактора синтеза стирол-акриловой дисперсии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Анализ процесса полимеризации стирол-акриловой дисперсии как объекта управления.

2. Математическая модель объекта управления с переменной структурой, с учётом особенностей протекания каждой стадии процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии, которая позволила синтезировать систему управления процессом для достижения требуемого качества готовой продукции.

2. Математическая модель объекта управления с переменной структурой, которая лежит в основе разработанной системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии.

3. Алгоритм уточнения параметров математической модели процесса полимеризации стирол-акриловой дисперсии на предварительной стадии полимеризации, позволяющий адаптировать разработанную математическую модель к изменяющейся активности исходных компонентов.

4. Алгоритм работы системы управления процессом полимеризации САД на основной стадии, заключающийся в стабилизации скорости химической реакции полимеризации стирол-акриловой дисперсии и регулировании температуры реакционной смеси в реакторе синтеза.

5. Алгоритм комбинированного управления завершающей стадией полимеризации стирол-акриловой дисперсии, позволяющий получить требуемое качество готовой продукции по показателю содержания остаточных мономеров в готовом продукте.

6. Комплекс технического и программного обеспечения системы управления процессом получения САД.

Апробация результатов.

Основные положения диссертационной работы и отдельные её разделы докладывались и обсуждались на IV городской молодежно-практической конференции «Молодежь города - город молодежи: Инновации в науке, образовании, промышленности региона» (г. Дзержинск, 2009 г.), на VIII - XII Международных молодёжных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2009 - 2013 г.), на XVII-XIX Международных научно-технических конференциях «Информационные системы и технологии» (г. Нижний Новгород, 2011 - 2013 г.), на XIX Всероссийской

научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (г. Самара, 2011г.), на XXV - XXVI Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологии» (г. Саратов, 2012, г. Нижний Новгород, 2013 г.), на XVIII Нижегородской сессии молодых учёных (г. Нижний Новгород, 2013 г.).

ГЛАВА 1.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА СТИРОЛ-АКРИЛОВОЙ

ДИСПЕРСИИ

1.1 Краткая характеристика продукта стирол-акриловой дисперсии

Стирол-акриловая дисперсия - синтетическое водорастворимое вещество, полученное путём полимеризации сложных эфиров акриловой кислоты и стирола на основе эмульгаторов и стабилизаторов. Дисперсия обладает прекрасной клеящей способностью и незаменима при производстве клеев и водоэмульсионных красок.

Современная сырьевая база насчитывает более сотни видов водных полимерных дисперсий различной химической природы, но наиболее массовым продуктом на российском рынке являются стирол-акриловые дисперсии. И в последние годы потребление стирол-акриловых дисперсий на российском рынке постоянно растёт. Однако большая часть дисперсий поставляется из-за рубежа от 4-5 ведущих мировых производителей. Производство стирол-акриловых дисперсий в России, по мировым меркам, - отрасль очень молодая. Объёмы отечественного производства этой продукции не удовлетворяют спрос в полной мере, поэтому крупные партии стирол-акриловой дисперсии ввозят в Россию из-за рубежа. Наиболее прогрессивные и высокотехнологичные марки импортируют в страну, в то время как отечественные производители удовлетворяют потребности в базовых дисперсиях [22].

Крупнейшие компании, производящие стирол-акриловые дисперсии в России: завод компании «Dow» (в Раменском, производит около 40 % стирол-акриловой продукции в стране), «Акрилан» (17 %), ООО «Компания Хома» (13 %), ООО «Оргхимпром» (Дзержинск, 12 %), «Норд-Синтез» (С.-Петербург, около 6 %), «Опытный завод акриловых дисперсий» ООО «ДОС» (Дзержинск,

около 6 %). Главные импортёры стирол-акриловых дисперсий в Россию: BASF (Германия, около 32 % валового объёма импорта), Dow (США, 27 %), «Polymer Latex» (Германия, 5 %) [22].

Стирол-акриловые дисперсии получают путём сополимеризации в водной эмульсии стирола и эфиров акриловой кислоты. Эти эмульсии образуют эластичные паропроницаемые покрытия, имеющие высокую свето- и атмосферостойкость, обладают высокой адгезией (сцеплением) ко многим видам подложек, ввиду малых размеров частиц (0,05 - 0,15 мкм), глубоко проникают в пористые основания, тем самым, укрепляя их.

Благодаря своим положительным свойствам стирол-акриловые дисперсии широко применяются:

- в производстве клеев, мастик для приклеивания практически любых материалов, используемых в строительстве (дерева, линолеума, стиропоровых плит, керамической плитки и пр.);

- в лакокрасочной промышленности (производство красок, лаков, шпатлевок, грунтовок, эмалей и т.д.). Стирол-акриловые дисперсии в составе красок образуют пленки с отличным внешним видом, высокой твердостью и деформационно-прочностными свойствами при использовании минимального количества традиционных коалесцентов и других добавок;

- в производстве типографических красок и лаков, способствуя стойкости к истиранию, улучшению печатных свойств и качества покрытия;

- для пропитки нетканых материалов, придавая им водоотталкивающие свойства и т.д.

В общем, основное назначение стирол-акриловых дисперсий - служить связующим элементом, клеевой основой и защитным покрытием.

Постоянное повышение требований к продукции, созданной на основе дисперсий, появление новых сфер применения этой продукции, а также самих дисперсий, обуславливают рост требований к исходным водным дисперсиям, а, следовательно, повышается требования к проведению процесса получения дисперсий.

Решение данных задач, проведения производства на должном уровне и стабильное получение готового продукта (стирол-акриловой дисперсии) требуемого качества, возможно с использованием систем автоматического управления.

При разработке системы управления процессом следует учитывать способ получения стирол-акриловой дисперсии (раздел 1.2), а также, какие факторы влияют на её качество (раздел 1.3).

1.2 Способы проведения радикальной полимеризации

Стирол-акриловую дисперсию получают радикальной сополимеризацией эмульсии мономеров стирола и акриловых кислот в водной среде в присутствии инициаторов и эмульгаторов. Эмульсионная сополимеризация мономеров может осуществляться периодическим, непрерывным и полунепрерывным способом [23, 24, 25, 26].

Периодический способ предполагает единовременное введение мономеров в реактор, а по завершению процесса единовременную выгрузку готового продукта из реактора. Другие компоненты (эмульгаторы, инициаторы, передатчики цепи) могут дозироваться в процессе полимеризации дробно.

Эмульсионную полимеризацию полимеров или дисперсий проводят при нагревании или охлаждении (в зависимости от регламента) обычно до глубокой конверсии мономеров. Конверсию мономеров контролируют периодическим отбором проб и определением в них массовой доли сухого вещества [25].

Непрерывный способ в промышленности реализуется с использованием нескольких (от трех до пятнадцати) реакторов, последовательно соединенных трубопроводами в одну батарею. При данном способе мономеры непрерывно вводятся в первый реактор синтеза, а из последнего реактора производят непрерывную выгрузку готового продукта. При этом возможно непрерывное дозирование других компонентов (эмульгаторов, инициаторов, передатчиков

цепи) в промежуточные реакторы. Непрерывный способ позволяет получать не только простые полимеры и сополимеры, но и гетероглобулярные [24].

При полунепрерывном способе процесс полимеризации осуществляется следующим образом: сначала в реактор загружают водную фазу (полностью или частично), далее первую, затравочную порцию мономеров (10 - 30% от предусмотренного рецептурой количества), а затем, после полной или частичной полимеризации первой порции, начинают дозировать (порциями или непрерывно) основную часть мономеров [23, 25]. При этом дозирование мономеров в реактор осуществляют в разных вариантах: дозирование только мономеров; параллельно с дозированием других компонентов (эмульгаторов, инициаторов, регуляторов); или в виде предварительно приготовленной эмульсии. По завершению процесса проводят единовременную выгрузку готового продукта.

В данной работе рассматривается производство стирол-акриловой дисперсии, на котором реакция синтеза дисперсии осуществляется полунепрерывным способом, то есть сначала загружают затравочное количество предварительной эмульсии мономеров и порцию инициатора, а затем начинается непрерывная загрузка предварительной эмульсии мономеров в реактор синтеза. Инициатор процесса полимеризации стирол-акриловой дисперсии, персульфат аммония, также загружается в реактор непрерывным способом.

Основным преимуществом данного способа проведения реакции полимеризации (постепенного дозирования мономеров) является облегчение отвода выделяющейся теплоты реакции, что особенно важно при использовании таких активных мономеров, как акрилаты [26]. Выделяющееся тепло почти полностью расходуется на нагревание дозируемых в реактор компонентов, остальная часть тепла снимается с помощью подачи в рубашку реактора хладоносителя. Но при разработке системы управления следует учитывать, что в реакторе синтеза при полунепрерывном способе ведения процесса происходит накопление реакционной массы, что следует учитывать при регулировании температуры в реакторе синтеза.

1.3 Влияние основных факторов на процесс полимеризации

При создании системы управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии, а также при ведении процесса полимеризации следует учитывать, как влияют различные факторы на ход реакции и на готовый продукт. Основными факторами, влияющими на процесс полимеризации, являются: температура реакционной смеси; давление, при котором протекает процесс; концентрации инициатора и мономеров в реакторе синтеза; время полимеризации [25, 27, 28]. Рассмотрим эти факторы подробней.

1.3.1 Влияние температуры и давления на радикальную полимеризацию

Влияние температуры на процесс радикальной полимеризации можно оценить по уравнению Аррениуса [27]:

к = А-е(~Е/КТ) или 1п*=1п А-Е/ЯТ , (1.1)

где к - константа скорости процесса;

А, Е- константы, определяемые характером реакции.

Е - энергия, необходимая для реагирования веществ, участвующих в реакции, энергия активации, кДж/моль;

/? - универсальная газовая постоянная, Я = 8,31 кДж/(кмоль-К);

Т - температура протекания реакции, К.

Повышением температуры способствует ускорению всех стадий процесса полимеризации, это объясняется возрастанием констант скоростей всех элементарных стадий процесса полимеризации. Повышение температуры оказывает существенное влияние на стадию инициирования, поскольку ее энергия активации является наибольшей по сравнению с другими стадиями. Суммарная энергия активации процесса полимеризации определяется энергией активации

стадии инициирования, стадии роста мономерной цепи и стадии обрыва мономерной цепи [26, 29]:

Еа = У2Еин + (Ер-У2Еп), (1.2)

где Еа - суммарная энергия активации процесса полимеризации, кДж/моль;

Еии - энергия активации стадии инициирования, кДж/моль (для виниловых мономеров Еин = 80 - 120 кДж/моль);

Ер - энергия активации стадии роста мономерной цепи, кДж/моль (для виниловых мономеров Ер = 16-25 кДж/моль);

Е0 - энергия активации стадии обрыва мономерной цепи, кДж/моль (для виниловых мономеров Е0 = 5 - 14 кДж/моль).

С повышением температуры увеличивается скорость реакции образования активных центров и реакции роста цепи. Таким образом, повышается суммарная скорость образования полимера. Установлено, что скорость полимеризации возрастает в 2 - 3 раза при повышении температуры на 10 °С [29, 30].

Вместе с тем при повышении температуры возрастает подвижность всех частиц системы - молекул мономера, свободных радикалов и макрорадикалов, что увеличивает вероятность их столкновения. В результате молекулярная масса полимера в целом будет уменьшаться (средняя степень полимеризации уменьшается с ростом температуры), а доля низкомолекулярных фракций в полимере будет увеличиваться. В качестве примера на рисунке 1.1 приведены зависимости выхода полиакриламида и его средневязкостной молекулярной массы от температуры в процессе полимеризации акриламида [31, 32].

Молекулярная масса, кДа

4000 |

1

3000 2000 • 1000 •

О 10 20 30 40 Температура, "С

Рисунок 1.1 - Зависимость выхода полиакриламида и его средневязкостной молекулярной массы от температуры процесса полимеризации: Исходные концентрации реагентов: акр ил амид — 0,5 моль/л, тетраметилэтиленамидамин — 8 ммоль/л, персульфат аммония 1,75 ммоль/л

Таким образом, для стабилизации выходных характеристик готового продукта на рассматриваемом процессе синтеза стирол-акриловой дисперсии необходимо, чтобы температура, при которой протекает реакция полимеризации, была стабильна и не выходила за границы технологического регламента. В противном случае будут наблюдаться колебания выходных характеристик готового продукта, что недопустимо.

Давление, в соответствии с принципом Ле Шателье, увеличивает скорость (возрастает константа скорости инициирования) и степень полимеризации. На рисунке 1.2 показаны зависимости констант скорости от давления для различных реакций. Так, увеличение давления в 1000 раз по сравнению с атмосферным приводит к возрастанию скорости инициированной полимеризации стирола на порядок, а степени полимеризации - в два раза. Это явление связано со значительной разницей молярных объёмов мономера и полимера. При превращении мономера в полимер объем системы уменьшается на 20 - 25 % вследствие возникновения новых химических связей.

Выход

полиакриламида, V»

у» / 2

,0

0,5

4

0

ЩО ?00 300"4&ТрМП.1

Рисунок 1.2- Зависимость константы скорости от давления для различных реакций (ко - константа скорости реакции при 1 атм.): 1 - димеризация циклопентадиена (293 К); 2 - полимеризация метилметакрилата (313 К); 3 - нитрование толуола (273 К); 4 - гидролиз этиленимина (338 К).

Зависимость скорости полимеризации и молекулярной массы полимера от концентрации инициатора определяется «правилом квадратного корня». Чем больше концентрация инициатора, тем выше скорость полимеризации, но ниже молекулярная масса образующегося полимера [26, 32].

Установлено, что с увеличением концентрации мономера повышается скорость полимеризации и увеличивается средняя степень полимеризации.

Таким образом, для достижения требуемого качества готового продукта (стирол-акриловой дисперсии) важно придерживаться технологического регламента и не допускать чрезмерного добавления инициатора процесса. С другой стороны процесс полимеризации проходит с выделением тепла, поэтому этот факт следует учитывать при определении необходимого соотношения концентраций инициатора и мономеров в реакторе синтеза.

1.3.2 Влияние концентрации инициатора и мономера

1.3.3 Зависимость скорости полимеризации от времени. Гель-эффект

При полимеризации винильных мономеров, к ним относятся стирол, акриловые мономеры, входящие в состав исходных компонентов при производстве стирол-акриловой дисперсии, вязкость системы изменяется на много порядков. Когда она возрастает на 4 - 5 порядков, что означает 15-25 % превращения, скорость полимеризации многих мономеров самопроизвольно увеличивается. Этот эффект получил название гель-эффекта. Обычно он проявляется при полимеризации мономера в массе или в виде концентрированного раствора и особенно характерен для полимеризации метилметакрилата.

Степень превращения, при которой проявляется гель-эффект, и величина его зависят от природы мономера, температуры, наличия растворителей. Все эти факторы уменьшают вязкость системы, и поэтому уменьшается гель-эффект. Если же реакция полимеризации проводится в растворе, то этот эффект совсем не проявляется.

Типичная кинетическая кривая, описывающая конверсию мономера (т.е. превращение мономера в полимер в результате полимеризации) в зависимости от времени, имеет Б-образный вид (рисунок 1.3) [25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соболева, Елена Геннадьевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балакирев, B.C. Оптимальное управление процессами в химических технологиях (экстремальные задачи в АСУ) / B.C. Балакирев, В.М. Володин, A.M. Цирлин. - М.: Химия, 1978. - 384 с.

2. Шински, Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов / Ф. Шински // Пер. с англ. Под ред. Н.И.Гельперина. -М.: Химия, 1974.-336 с.

3. Лебедовский, М.С. Автоматизация в промышленности / М.С. Лебедовский, А.И. Федотов. - Л.: Лениздат, 1976. - 256 с.

4. Липатов, Л. Н. Типовые процессы химической технологии как объекты управления / Л. Н. Липатов - М.: Химия , 1973. - 320 с.

5. Бояринов, А.И. Методы оптимизации в химической технологии / А.И. Бояринов, В.В. Кафаров. - М.: Химия, 1973. - 575 с.

6. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы полимеризации. / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, Л.В. Дранишников. -М.: Наука, 1991.-350 с.

7. Кафаров, В.В, Жерновская И.М. Моделирование химических реакторов /В.В. Кафаров, И.М. Жерновская // Итоги науки и техники. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: ВИНИТИ, 1980.- Т.8. - С. 3 - 76.

8. Розенберг, М.Э. Полимеры на основе винилацетата / М.Э. Розенберг-Л.: Химия, 1983.-176 с.

9. Бухонов, Б. П. Анализ полимеризационных ХТС как объектов управления / Б.П. Бухонов, С.Г. Тихомиров, A.B. Бондарев // Математическое моделирование сложных химико-технологических систем. - КХТИ Казань, 1988. - С. 41.

10. Семчиков, ЮД. Высокомолекулярные соединения / ЮД. Семчиков. -М.: Академия, 2005. - 368 с.

11. Битюков, B.K. Управление качеством в процессах растворной полимеризации: монография / В.К. Битюков, В.Ф. Лебедев, С.Г. Тихомиров и др.

- Воронеж. Гос. технол. Акад. Воронеж, 2008. - 156 с.

12. Битюков, В.К. Система управления анионной полимеризацией с контролем качества по ММР / В.К. Битюков, С.Г. Тихомиров, И.А. Хаустов, M.JI. Моторин // Системы управления и информационные технологии, №4(46), 2011.-С. 73-78.

13. Тихомиров, С.Г. Системный анализ и моделирование в задачах управления качеством в процессах растворной полимеризации: дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук: 05.13.01 / Тихомиров Сергей Германович. - Воронеж, 2008.-312 с.

14. Грачева, Л.Н. Разработка алгоритма адаптивного управления процессом полимеризации лонжерона на основе непосредственной оценки измерений: дис. на соиск. учен. степ. канд. т. наук: 05.13.06 / Грачева Любовь Николаевна. - Б.м., 2006. - 150 с.

15. Ма Тун. Макрокинетические особенности и математическое моделирование процессов гетерофазной полимеризации олефинов: дис. на соиск. учен. степ. канд. ф.-м. наук: 01.04.17/ Ма Тун. - Черноголовка, 2000. - 127 с.

16. Коростелев, В.Ф. Автоматизация технологических процессов и производств. Учебное пособие / В.Ф. Коростелев. - Владимир: Ред.-изд. комплекс ВлГУ. 2005. - 149 с.

17. Макаров, Р.И. Автоматизация производства листового стекла / С.А. Лукашкин, Р.И. Макаров, Е.Р. Хорошева. - М.: Ассоциация строительных вузов, 2002. - 195 с.

18. Макаров, Р.И. Методы и модели информационного менеджмента / Р.И. Макаров, Д.В. Александров, A.B. Костров, Е.Р. Хорошева. - М.: Финансы и статистика, 2007. - 336 с.

19. Костров, A.B. Основы информационного менеджмента / A.B. Костров

— М.: Финансы и статистика, 2003. — 336 с.

20. Белобородов, В.В. Критерии выбора автоматической системы контроля выбросов / В.В. Белобородов // Экология производства. 2007, № 6, С. 69-73.

21. Белов, A.A. Автоматизированная обработка данных о загрязняющих выбросах: на примере ОАО "Муромский радиозавод": дис. канд. техн. наук.: 05.13.06 / Белов Алексей Анатольевич. - Владимир, 2009. — 158 с.

22. Рынки Лакокрасочных материалов и сырья для ЛКМ // Хим-Курьер, № 14 (357), 2012.-С. 34-36.

23. Моррисон. Органическая химия / Моррисон, Бойт - М.: Мера, 1974.

24. Виноградов, Г.В. Реология полимеров / Г.В.Виноградов, А.Я. Малкин. -М. "Химия", 1977.-440 с.

25. Сутягин, В.М. Химия и физика полимеров / В.М.Сутягин, Л.И. Бондалетова. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 208 с.

26. Киреев, В.В. Высокомолекулярные соединения. / В.В. Кир ее в. - М.: Высшая школа, 1992. - 512 с.

27. Тагер, А. А. Физико-химия полимеров / А. А. Тагер. - М.: Химия, 1978. -544с.

28. Лапин, A.A. Пути совершенствования и интенсификации производства синтеза полимеров / А.А.Лапин, А.Э.Софиев, A.M. Целинский // Теоретические основы химической технологии. 1979. - Т. 13, № 8. - С. 448-450.

29. Каргин, В.А. Энциклопедия полимеров / В.А. Каргин, В.А. Кабанов -М.: Сов. Энц., 1972, 1224 с.

30. Коршак, В.В. Технология пластических масс / В.В. Коршак - М.: Химия, Изд. 3-е, перераб. и доп., 1985, 560 с.

31. Гуль, В.Е. Структура и прочность полимеров / В.Е. Гуль. - Изд. третье, 1978.-328 с.

32. Монаков, Ю. Б. Панорама современной химии России. Синтез и модификация полимеров: Сб. обзорных статей / Ю.Б. Монаков, A.A. Берлин, Г.П. Гладышев и другие.- М.: Химия, 2003- 356 с.

33. Солнышкова, В.К. Химия полимеров и полимерных композиций / В.К. Солнышкова, И.А. Карузина - Павлодар, Кереку, 2011. - 71 с.

34. Цветков, В.Д. Система автоматизации проектирования технологических / В.Д. Цветков. - М. : Машиностроение, 1972. - 240 с.

35. Методы современной теории автоматического управления / под ред. проф. Н.Д. Егорова. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004.

36. Казакова, Е.Е. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения. / Е.Е. Казакова, О.Н.Скороходова. - М.: изд-во ООО "Пэйнт-Медиа". - С. 136.

37. Pat. US. № 3636326. Control systems for polymerization reactors/ D.E.Smith, W.S.Stewart, - 1972.

38. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий / А.Г. Касаткин.- М.: Химия, 1973. - 752 с.

39. Салихов, З.Г. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами. Монография. / З.Г. Салихов, А.Л. Рутковский, Г.Г. Арунянц. - М.: Теплоэнергетика. 2004. с. — 495.

40. Соболева, Е.Г. Автоматизация стадии синтеза процесса получения стирол-акриловой дисперсии. / Е.Г. Соболева, Э.М. Мончарж // Сборник докладов VIII Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2009 г. - С. 324 - 325.

41. Соболева, Е.Г. Оптимизация стадии синтеза процесса получения стирол-акриловой дисперсии. / Е.Г. Соболева // Сборник докладов IV городской молодежно-практической конференции «Молодежь города - город молодежи: Инновации в науке, образовании, промышленности региона». Дзержинск, ноябрь, 2009 г. С. 80-81.

42. Мончарж, Э.М. Постановка задач автоматизации технологических процессов / Э.М. Мончарж. - НГТУ. Н.Новгород, 2003. 77 с.

43. Соболева, Е.Г. Постановка задач оптимизации производства стирол-акриловой дисперсии. / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин // Сборник докладов X

Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2011 г. - С. 312.

44. Ray, W.H. Modelling of Polymerization Phenomena./ W.H. Ray // Ber. Bunsen Ges. Phys. Chem, 1986, V.90. - P.947.

45. Ray, W.H. Modelling of Addition Polymerization Processes Free Radical, Ionic, Group Transfer and Ziegler-Natta Kinetics. / W.H. Ray // Canad J. Chem. Eng. 1991, V.69.-P.626.

46. Афанасьев, B.H. Математическая теория конструирования систем управления / B.H. Афанасьев, В.Б. Колмановский, В.Р. Носов. -М.: Высшая школа, 1998. - 574 с.

47. Бесекерский, В.А. Робастные системы автоматического управления. / В.А. Бесекерский, А.В. Небылов. - М.: Наука, 1983. - 240 с.

48. Маркин, В.Е. Использование сглаживающего фильтра в системе с переменной структурой / В.Е. Маркин // Сб. трудов ДВГТУ. Вып. 125. -Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2000. - С. 23-24.

49. Теория автоматического управления / Под ред. А.В. Нетушила. -М.: Высшая школа, 1983. - 341 с.

50. Yoo, D.S. A Variable Structure Control with Simple Adaptation Laws for Upper Bounds on the Norm of the Uncertainties / D.S. Yoo, M.J. Chung // IEEE Transactions On Automatic Control, 1992, № 6, Vol. 37., - pp 860-864.

51. Тимофеев, А.В. Адаптивные робототехнические системы. / А.В. Тимофеев. - Л.: Машиностроение, 1988. - 332 с.

52. Маркин, В.Е. Синтез и исследование адаптивных систем с переменной структурой для управления манипуляционными роботами: дис. на соиск. учен, степ. к. техн. наук: 05.13.01 / Маркин Василий Евгеньевич. - Владивосток, 2003. -164 с.

53. Воронов, А.А. Введение в динамику сложных управляемых систем / А.А. Воронов. -М., 1985.

54. Абраменкова, И.В. Мультимодельный метод прогнозирования процессов с переменной структурой / И.В. Абраменкова, В.В. Круглов, М.И. Дли. - М.: Физматилит, 2003.

55. Емельянов, C.B. Теория систем с переменной структурой / C.B. Емельянов. - М.: Наука, 1970. 592 с.

56. Азбелев, Н.В. Автоматизация химических производств на базе математического моделирования / Н.В. Азбелов. - М.: Наука, 1974. -159 с.

57. Закгейм, А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов, 2-е изд., доп. / А.Ю. Закгейм. - М.: Химия, 1982. - 288 с.

58. Макаров, В.А. Промышленные термопласты: Справочник / В.А. Макаров, В.Б. Контенармусов. - М.: AHO «Издательство «Химия»», «Издательство «Колос С»», 2003. - стр. 151-154.

59. Берлин, A.A. Кинематика полимеризационных процессов. / A.A. Берлин, С.А. Вольфсон, Н.С. Ениколопян. - М.: Химия, 1973. - 185 с.

60. Кудинов, Ю.И. Моделирование технологических и экологических процессов./ Ю.И. Кудинов, А.Г. Венков, А.Ю. Келина. - Липецк: ЛЭГИ, 2001.

61. Козлов, Г. В. Ангорманические эффекты и физико-механические свойства полимеров / Г.В. Козлов, Д.С. Сандитов. - Новосибирск: ВО «Наука» Сибирская издательская фирма, 1994. - 261 с.

62. Панченков, Г.М. Химическая кинетика и катализ / Г.М. Панченков. -М.: Химия, 1985.-592с.

63. Вольфсон С.А. Расчеты высокоэффективных полимеризационных процессов. / С.А. Вольфсон, Н.С. Ениколопян. - М.:Химия, 1980. - 170 с.

64. Вольтер Б.В. Теоретические основы автоматического управления полимеризационными реакторами / Б.В. Вольтер, И.Е. Сальников, А.Э. Софиев, Ф.А. Шатхан // Третьего Всесоюз. совещания по автоматическому управлению: Тез. докл. М.: Наука, 1967. - Т. 4. - С. 392-398.

65. Беннет, К.О. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. Перевод с англ. / К.О. Беннет, Дж.Е. Майерс. - М.: Недра, 1966. - 728 с.

66. Чечеткин, A.B. Теплотехника / A.B. Чечеткин, H.A. Занемонец. - М.: Высшая школа, 1986. - 344с.

67. Карапетьянц, М.Х. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ / М.Х. Карапетьянц, М.Л. Карапетьянц. -М.: Химия, 1968.-472с.

68. Савада, X. Термодинамики полимеризации. / X. Савада. М.: Химия, 1979.-312 с.

69. Термодинамические свойства неорганических веществ. Справочник. -М.: Атомиздат, 1965. - 460 с.

70. Ефанов, М.В. Изучение кинетики разложения пероксодисульфата аммония в аммиачном растворе в присутствии древесины / М.В. Ефанов // Успехи современного естествознания. Химические науки, № 11, 2011. С. 67 - 70.

71. Солодовников, В.В. Теория автоматического управления техническими системами / В.В. Солодовников, В.Н. Плотников, Я.В. Яковлев. М,: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993. 492 с.

72. Соболева, Е.Г. Разработка системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин // Сборник докладов X Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2011 г. - С. 313.

73. Соболева, Е.Г. Система управления процессом получения стирол-акриловой дисперсии [Текст] / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин // Сборник трудов XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии - ММТТ-25». Т. 4. Саратов, - 2012 г. - С. 195 - 197.

74. Соболева, Е.Г. Создание системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин // Сборник докладов XI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2012 г. - С. 326.

75. Вольтер, Б.В. Теоретические основы автоматического управления полимеризационными реакторами / Б.В. Вольтер, И.Е. Сальников, А.Э. Софиев,

Ф.А. Шатхан // Третьего Всесоюз. совещания по автоматическому управлению: Тез. докл. М.: Наука, 1967. - Т. 4. - С. 392-398.

76. Пупков, К.А. Нестационарные системы автоматического управления: анализ, синтез и оптимизация / К.А. Пупков, Н.Д. Егупова - М.: Издательство МГТУ им. Баумана Н.Э., 2007. - 632 с.

77. Кошелев, О.С. Основы теории управления техническими системами (свойства систем) / О.С. Кошелев - Н. Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т, 2006. -261 с.

78. Климовицкий, М.Д. Теория и техника автоматического управления / М.Д. Климовицкий - М.: Наука, 2009, 240 с.

79. Салихов, З.Г. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами: монография / З.Г. Салихов, А.Л. Рутковский, Г.Г. Арунянц - М.: Теплоэнергетика. 2004. — 495 с.

80. Соболева Е.Г. Оптимальное управление процессом получения стирол-акриловой дисперсии на стадии синтеза [Текст] / Е.Г. Соболева, Э.М. Мончарж // Сборник докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2010 г. - С. 358.

81. Пантелеев, A.B. Теория управления в примерах и задачах / A.B. Пантелеев, A.C. Бортаковский. - М.:Высш. шк., 2003. - 583 с.

82. Деменков, Н.П. Нечеткое управление в технических системах / Н.П. Деменков - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. - С. 178-183.

83. Pham, Т. Introduction to Fuzzy Sets, Fuzzy Logic and Fuzzy Control Systems / T. Pham, G. Chen - Lewis Publishers, 2000, pp. 159-176.

84. Фельдбаум, A.A. Основы теории оптимальных автоматических систем / A.A. Фельдман. - М.: Физматгиз, 1966. - С. 624.

85. Pfeiffer, В.-М. Successful Applications of Fuzzy Logic and Fuzzy Control (Part 2) / B.-M. Pfeiffer, J.Jakel, A.Kroll, C.Kuhn, H.-B. Kuntze, U.Lehmann, T.Slawinski, V. Tews // Automatisierungstechnik. 2002. N 11. (50). P. 511-521.

86. Захаров, В.И. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления : I. Научно-организационные, технико-экономические и прикладные системы / В.И. Захаров, C.B. Ульянов // Изв. АН. Техническая кибернетика. 1992. №5. С. 171-196.

87. Захаров, В.И. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления: II. Эволюция и принципы построения /В.И. Захаров, C.B. Ульянов // Изв. АН. Техническая кибернетика. 1993. № 4. С. 171-196.

88. Захаров, В.И. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления: III. Методология проектирования / В.И. Захаров, C.B. Ульянов // Изв. АН. Техническая кибернетика. 1993. № 5. С. 197-216.

89. Захаров, В.И. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления: IV. Имитационное моделирование / В.И. Захаров, C.B. Ульянов // Изв. АН. Техническая кибернетика. 1994. № 5. С. 168-210.

90. Ульянов, C.B. Нечеткие модели интеллектуальных систем управления: теоретические и прикладные аспекты / C.B. Ульянов // Изв. АН. Техническая кибернетика. 1991. № 3. С. 3-28.

91. Бочарников, В.П. Fuzzy-Технология: математические основы практика моделирования в экономике / В.П. Бочарников - СПб.: Питер, 2001 - 209 с.

92. Соболева, Е.Г. Управление процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии с использованием алгоритма с нечёткой логикой / Е.Г. Соболева, Э.М. Мончарж // Журнал «Фундаментальные исследования», - 2013 г. № 10, часть 6.-С. 1219-1226.

93. Соболева, Е.Г. Использование алгоритма с нечёткой логикой при управлении процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии [Текст] / Е.Г. Соболева, Э.М. Мончарж // Сборник докладов XIX Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии». Н.Новгород, - апрель, 2013 г. - С. 211.

94. Егупов, Н.Д. Методы современной теории автоматического управления / под ред. К.А. Пулкова, Н.Д. Егупова - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 784 с.

95. Соболева, Е.Г. Управление температурным режимом процесса синтеза стирол-акриловой дисперсии [Текст] / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин, Э.М. Мончарж // Сборник докладов XII Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, - май, 2013 г. - С. 326.

96. Ротач, В.Я. К расчёту оптимальных параметров ПИД-регуляторов по экспертным критериям / В.Я. Ротач // Промышленные АСУ и контроллер. -2005 г.,№ 11.-С. 22-29.

97. Kohn-Rich, S. Robust fuzzy logic control of mechanical systems / S. Kohn-Rich, H. Flashner // Fuzzy Sets and Systems. - 2003. № 133. - P. 77-108.

98. Yongsheng, Ding Typical Takagi-Sugeno PI and PD fuzzy controllers: analytical structures and stability analysis / Ding Yongsheng, Ying Hao, Shao Shihuang // Information Sciences. - 2003. № 151. - P. 245-262.

99. Ning, Li Stability Analysis of T-S Fuzzy System Based on Observers / Li Ning, Li Shao Yuan, Xi Yu Geng, Ge Sam Shuzhi // International Journal of Fuzzy Systems. - 2003. Vol. 5. № 1. - P. 22-30.

100. Усков, A.A. Устойчивость замкнутых систем управления с нечеткой логикой / А.А. Усков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2003. № 9.24.

101. Шумихин, А.Г. Математическое моделирование и частотные методы при параметрическом синтезе АСР с нечеткими регуляторами / А.Г. Шумихин, В.Н. Игушев // Сборник трудов 15-й международной конференции "Математические методы в технике и технологии". ММТТ-15. Тамбов. 2002. Т. 5. -С. 131-133.

102. Casillas, J. Learning Fuzzy Rules Using Ant Colony Optimization Algorithm / J. Casillas, O. Cordon, F. Herrera // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part B. Vol. 26. № 1. -2001. - P. 1-13.

103. Красовский, A.A. Новые классы регуляторов технических систем. Часть III / A.A. Красовский // Современная прикладная теория управления -Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 559 с.

104. Коломейцева, М.Б. Адаптивные системы управления динамическими объектами на базе нечетких регуляторов / М.Б. Коломейцева - М.: Компания Спутник +, 2002.

105. Кирин, Ю.П. Расчет параметров многоканального двухпозиционного регулирования температуры процесса сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин // Титан, - 2003. №2(13). - С. 116-122.

106. Соболева, Е.Г. Управление качеством стирол-акриловой дисперсии [Текст] / Е.Г. Соболева, Э.М. Мончарж // Сборник трудов XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии - ММТТ-26». Саратов, Н.Новгород, - 2013 г. С. 165- 167.

107. Гиссин, В.И. Управление качеством / В.И. Гиссин - М: ИКЦ «Март», 2003. - 256 с.

108. Черноруцкий, И.Г. Методы оптимизации и принятия решений / И.Г. Черноруцкий - СПб.: Изд «Лань», 2001.- 384 с.

109. Дождев, В.А. Адаптивное управление полимеризационным реактором / В.А. Дождев, БД. Любачевский, Б.А. Перлин // Приборы и системы управления,-1977.-№2-С. 18-21.

110. Беллман, Р. Процессы управления с адаптацией / Р. Беллман - М: Наука, 1964. - 400 с.

111. Фомин, В.Н. Адаптивное управление динамическими объектами / В.Н. Фомин, А.Л. Фрадков, В.А. Якубович-М.: 1981.-448 с.

112. Ampazis, N. A dynamical model for the analysis and acceleration of learning in feedforward networks / N. Ampazis, S.J. Perntonis, J.G. Taylor // Neural Networks.—2001.-Vol. 14.-Pp. 1075-1088.

113. Astolfi, A. Immension and invariance: A new tool for stabilization and adaptive control of nonlinear systems / A. Astolfi, R. Ortega // IEEE Trans, on Automatic Control. - 2003.— Vol. 48, no. 4.— Pp. 590-605.

114. Dayan, P. Theoretical Neuroscience: Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems / P. Dayan, L. Abbott - MIT Press, 2001.

115. Леонов, Г.А. Введение в теорию управления / Г.А. Леонов. - СПб.: С.-Петербургский университет, 2004. - 218 с.

116. Соболева, Е.Г. Промышленные анализаторы и задачи повышения эффективности технологических процессов [Текст] / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин, Б.В. Артемьев // Журнал «Контроль. Диагностика», - 2013 г. № 2 (176). - С. 23 -27.

117. Соболева, Е.Г. Анализ системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии с диагностикой технологических параметров [Текст] / Е.Г. Соболева // Сборник докладов XIX Всероссийской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика». Самара, -сентябрь, 2011 г.

118. Чечулин, В.Л. Об общей схеме построения систем оптимизации химико-технологических процессов / В.Л. Чечулин // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: Материалы всерос. конф., ПермГТУ, Пермь, 2006. - С. 172-180.

119. Петров, Ю.П. Очерки истории автоматического управления / Ю.П. Петров. - СПб.: НИИХ СПб ГТУ, 2004. - 271 с.

120. Плескач, Н.В. Средства, системы, инжиниринг для АСУТП / Н.В. Плескач, Е.А. Блохинцев // Промышленные АСУ и контроллеры, 2002. №12. -С. 7-10.

121. Акимов, А.И. Программное обеспечение АСУТП полимеризации лонжерона лопасти / А.И. Акимов, И.А. Акимов, Л.Н. Грачева, Н.И. Тюков // V Российская научно-техническая конференция: Прогрессивные технологии в транспортных системах. - Оренбург: Изд. Оренбургского государственного университета, 2001. - С. 324-331.

122. Соболева, Е.Г. Система управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии на основе программно-технического комплекса SIMATIC [Текст] / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин, H.A. Бахметова // Сборник докладов XVIII Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии». Н.Новгород, - апрель, 2012 г. - С. 199.

123. Соболева, Е.Г. Информационное обеспечение системы управления процессом синтеза стирол-акриловой дисперсии [Текст] / Е.Г. Соболева, С.Г. Сажин // Сборник докладов XVII Международной научно-технической конференции «Информационные системы технологии». Н.Новгород, - апрель, 2011 г.-С. 216.

124. SIMATIC Компоненты систем комплексной автоматизации. Каталог ST 70 - 2012. М.: Логос, 2012 - 17-16 с.

125. Луконин, В.П. Информационные технологии в автоматизированных системах активного контроля утечек потенциально опасных сред: Монография / В.П.Луконин - Нижегород. Гос. Техн. ун-т. Н.Новгород, 2003. - 86с.

126. Бахметова, H.A. Контроль достоверности информации в дублированных информационно-измерительных каналах АСУТП: дис. на соиск. учен. степ. к. техн. наук: 05.13.06 / Бахметова Наталья Алексеевна. - Дзержинск, 2008. - 145 с.

127. Дьяконов, В.П. Математические пакеты расширения MATLAB: Спец. Справочник. / В.П. Дьяконов. -СПб.: ПИТЕР. 2001.-475 с.

128. Десятов, АД. Имитационное моделирование систем с адаптивной структурой на основе технологий автоматизированного создания моделей в среде MatLab + Simulink + Stateflow / АДДесятов, A.A. Сирота // Журнал «Информационные технологии», №3 (2008). - М., 2008 - С. 59 66.

129. Андриевский, Б.Р. Избранные главы теорииавтоматического управления с примерами в системе MatLab. / Б.Р. Андриевский, A.JI. Фрадков. -СПб.: Наука, 1999.

130. Десятов, АД. Модели и алгоритмы анализа функционирования систем информационно-технической поддержки с переменной структурой на

предприятии: дис. на соиск. учен. степ. к. техн. наук: 05.13.17 / Десятое Андрей Дмитриевич. - Воронеж, 2008. - 182 с.

131. Десятое, А.Д., Сирота A.A. Имитационное моделирование систем с адаптивной структурой на основе технологий автоматизированного создания моделей в среде MatLab + Simulink + Stateflow / А.Д. Десятов, A.A. Сирота // Журнал «Информационные технологии», №3 (2008). - М., 2008. - С. 59 - 66.

Приложение А Программа регулирования температуры реакционной смеси

(язык программирования MatLab)

function pushbutton_temp_Callback(hObject, eventdata, handles)

K_0 = str2num(get(handles.editl,'String')); T_0 = str2num(get(handles.edit2,'String')); Tz = str2num(get(handles.edit3,'String')); Kl=str2num(get(handles.edit4,'String')); K2= str2num(get(handles.edit5,'String')); TR = str2num(get(handles.edit6,'String')); Z_0 = str2num(get(handles.edit7,'String')); Y_0 = str2num(get(handles.edit8,'String')); Yz = str2num(get(handles.edit9,'String')); Kz = str2num(get(handles.editl0,'String')); dT = 1; TCH = 0.1; dTl = TR;

N = Int(Tz / dT + 0.5) for i = 1 :N X(i) = 0 end

Y = 0; T = 0; S = 0; С = 0; Xi = 0; Y4 = Y0 + Y - Y3

for i = 1:100 TV(i) = 0; ZV(i) = 0; PV(i) = 0; end

set(handles.uitable 1, 'Data',""); set(handles.uitable2,'Data',"");

forj = 1:31 for i= 1:3 Mass(j,i) = 0 end end

set(handles.uitable2,'Data', Mass); j = l

metl: P = Y + Y_0;

Z = X(l) + Z_0; IfT/DTl =Int(T/DTl) TV(j) = T; ZV(j) = Z; PV(j) = P; Mass(j,l) = T Mass(j,2) = Z Mass(j,3) = P

set(handles.uitable2,'Data', Mass); j=j + l if j > 60

set(handles.edit3,'String', "Неустойчивый");

goto met2;

end

end

fori= 1:(N- 1)

X(N - i + 1) = X(N - i);

end

DY = (Y - X(N) * K_0) / T_0; Y = Y + DY * DT; if Int(T / TR) = T / TR X(i) = X(i) + K2 * (P - Yz);

X(l) = K1 * (P - Yz) + XI + Kz * (CP - Yz) - Y4) / TR ;

Y4 = (P - Yz);

if abs(P - Yz) < TCH

X(l) = Y / K_0

end

ifX(l) + Z_0> 1 X(l) = 1-Z_0 end

ifX(l) + Z_0<0 X(l) = -z_o end

S = S + (Y + Y_0 - Yz) * (Y + Y_0 - Yz) * DT T = T + DT

set(handles.edit3,'String', S') if Abs(Y + Y_0 - Yz) > TCH С = 0: end

С = С + DT

elseif С < TO / 3 Then goto metl S = S + (Y + Y_0 - Yz) * (Y + Y_0 - Yz) * DT M = J- 1 T = TV(M)

for j = М To 60 end

TV(J) = T ZV(J) = ZV(M) PV(J) = PV(M) T = T + TR end

met2: set(handles.edit3,'String', "Расчёт окончен");

Приложение Б Программа регулирования скорости процесса полимеризации

стирол-акриловой дисперсии

(язык программирования MatLab)

function pushbutton_temp_Callback(hObject, eventdata, handles)

K_0 = str2num(get(handles.editl,'String')); T_0 = str2num(get(handles.edit2,'String')); Tz = str2num(get(handles.edit3,'String')); Kl= str2num(get(handles.edit4,'String')); K2= str2num(get(handles.edit5,'String')); TR = str2num(get(handles.edit6,'String')); Z_0 = str2num(get(handles.edit7,'String')); Y_0 = str2num(get(handles.edit8,'String')); Yz = str2num(get(handles.edit9,'String')); DX = str2num(get(handles.editl0,'String')); EPS = str2num(get(handles.editll,'String')); DT = 1; TCH = 0.1; DTI = TR N = Int(T3 / DT + 0.5)

For I = 1:N X(I) = 0 end

Y = 0; T = 0; S = 0; С = 0; XI = 0; СЕМ = 25; CIN = 3; TEMP = 80; TEMP3 = 80 For I = 1: 100

TV(I) = 0; ZV(I) = 0; PV(I) = 0; TEMV(I) = 0 End

set(handles.edit 12,'String',"");

set(handles.editl3,'String',"");

For J = 1 : 31

For I = 1 : 7

Mass(i,j)=[]

End

End

J= 1

Metl: P = Y + Y0; Z = X(l) + Z0 If T / DTI = Int(T / DTI)

TV(J) = T; ZV(J) = Z; PV(J) = P; TEMV(J) = TEMP If J <= 60 Mass(j,l) = T Mass(j,2) = Z

Mass(j,3) = P Mass (j ,4) = TEMP Mass(j,5) = CIN Mass(j,6) = СЕМ Mass(j,7) = TEMP3 End

set(handles.uitable2,'Data', Mass);

J = J +1 If J >60

set(handles.edit3,'String', "Неустойчивый");

goto Met2

end

end

For I = 1 : N - 1 X(N -1 + 1) = X(N -1): End

Xl(2) = Xl(l)

CKP = 0.33 + 0.0033 * СЕМ + 0.033 * CIN + 0.033 * (TEMP - 80) DCEM = 0.6 - CKP; СЕМ = СЕМ + DCEM * DT

DCIN = 0.1 * (X(N) + Z0) - 0.1 * CKP; CIN = CIN + DCIN * DT: Y = CKP - Y0

DTEMP = 0.1 * (XI(2) + 0.5); TEMP = TEMP + DTEMP * DT

Xl(l) = 0.4 * (TEMP - TEMP3)

If Xl(l) + 0.5 > 1 Then

Xl(l) = 0.5

End

IfXl(l) + 0.5 <0 Then

Xl(l) = -0.5

End

If Int(T / TR) = T / TR If Abs(P-Y3)<EPS X(l) = X(2)

Elseif Abs(P - Y3) < 2 * EPS And P > Y3 X(l) = X(2) - DX

Elseif Abs(P - Y3) < 2 * EPS And P < Y3 X(l) = X(2) + DX

Elseif Abs(P - Y3) < 3 * EPS And P > Y3

X(l) = X(2) - 2 * DX

Elseif Abs(P - Y3) < 3 * EPS And P < Y3

X(1) = X(2) + 2*DX

Elseif Abs(P - Y3) > 3 * EPS And P > Y3

X(l) = X(2) - 3 * DX

Elseif Abs(P - Y3) > 3 * EPS And P < Y3

X(l) = X(2) + 3 * DX

End

End End End End End End

TEMP3 = TEMP3 + 0.1 * (X(l) - X(2)) IfX(l) + Z0>l X(l) = 1 -zo End

IfX(l) + Z0<0 X(l) = -ZO; End End

S = S + (Y + YO - Y3) * (Y + YO - Y3) * DT; T = T + DT If Abs(Y +YO-Y3)>TCH C = 0 End

C = C + DT

If C < TO / 3 Then GoTo 50 set(handles.edit3,'String', S); M = J-1 T = TV(M) For J = M : 60 If J<= 60 Massl(j,l) = T Massl(j,2) = ZV(M) Massl(j,3) = PV(M) Massl(j,4) = TEMV(M) End

set(handles.uitable3,'Data', Mass 1);

TV(J) = T

ZV(J) = ZV(M)

PV(J) = PV(M)

T = T + TR

End

met2: set(handles.edit3,'String', "Расчёт окончен");

Приложение В Материалы внедрения

«УТВЕРЖДАЮ»

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс

Мы, нижеподписавшиеся, зам. директора ДПИ НГ'ГУ по учебной работе к.т.н., доцент Фадеев М.А. и зав. кафедрой «Автоматизация и информационные системы» (АИС) д.т.н., профессор. Луконин В.П. составили настоящий акт в том. н ю исследования проведенные аспират ом Соболевой Е.Г. п вошедшие в соаав её диссертационной работы внедрены в учебный процесс для студентов направления 220700 «Автоматизация технологических процессов и производив» в следующих курсах: «Автоматизация технологических процессов п про1вводств» - к.х.н., доцент Мончарж Э.М., «Проектирование автоматизированных систем» - к.т.н.. доцент Виноградов C.B., «Интегрированные системы проектирования и управления» - д.т.н., профессор Луконин В.П., «Программное обеспечение систем управления» - старший преподаватель Рябкова 1 .А.

Применение результатов позволило углубить теоретическую подготовку студентов по перечисленным дисциплинам и привить навыки практического использования различных методов управления при разработке систем управления сложными химико-технологическими процессами.

М.А. Фадеев .

В.П. Луконин Е.Г. Соболева

Зам. директора ДПИ НГТУ по учебной работе, к.т.н., д|

Зав. кафедрой АИС д.т.н., профессор

Аспирант

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор

В.! 1. Рыжов

«_Д4_» октября 2013 г.

АКТ

о внедрении математических моделей, разработанных Соболевой Е.Г. при

Составлен настоящий акт в том, что разработанные в диссертационной работе аспирантом Соболевой Еленой Геннадьевной математические модели объекта управления с отрицательным самовыравииванием использованы ООО «ЭЛЕКТРА» для разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом регенерации диэтиленгликоля на одном из объектов ОАО «Газпром».

Изучение диссертационной работы аспиранта Соболевой Е.Г. показало, что математические модели имеют достаточно общий характер и могут быть использованы в других системах управления производством.

Применение этих моделей позволило повысить эффективность разработанной АСУТП.

выполнении диссертационной работы

Заместитель директора

ш &

ш й й й а ш й

й к

й «

й ш й ш й

й й Ш й й й й й й «К

St &

й й

й й

Й Й 8J ig

й *

Й

и

й d

ЙЙЙЙЙ

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы дли ЭВМ

№ 2013616113

Программный комплекс расчета оптимального управления периодическим процессом синтеза САД

Правообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный технический университет u.M. P.E. Алексеева» (RU)

Авторы: Соболева Елена Геннадьевна (RL')% Сажин Сергей Григорьевич (RU)

Заявка № 2013614080

Дата поступления 14 мая 2013 Г.

Дата государственной регистрации

в Реестре программ для ЭВМ 26 ИЮНЯ 2013 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности

Б. II. Симонов

Й Й ш Й Й Й й Й Й Й ш й й й й Й й й Й й Й й й Й й Й Й й Й Й й Й Й Й Й й Й й й Й

Й »

й

lifo

СЙЙЙЙЙЙЙЙШЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙ