Чтение онлайн

ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ТОЧНОСТИ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И БУМАГИ

Обычно, когда технологи говорят о процессе, то подчеркивается важность экспериментального опробывания, пилотных испытаний, накопления статистических данных по результатам первичной эксплуатации. Это важно потому, что при переходных условиях или, пока еще процесс не стабилизировался и не вышел на режим, говорить о возможности оптимизации не приходится. Для разрешения ситуации приходится рассматривать возможные погрешности на основе прошлого опыта. Например, по опыту выделяют критические контуры регулирования и оценивают их с точки зрения вероятности изменения и замены регулирующих органов на более точные. Для ЦБП проблема осложняется еще и тем, что сами контуры регулирования по критерию критичности могут быть связаны не только с качеством выходных характеристик, но и с поддержанием множества вспомогательных или дополнительных характеристик, например, косвенных. Также должны учитываться показатели надежности, долговечности и долговременной точности регулирования, которую по-другому можно назвать "метрологической надежностью".

В процессе производства целлюлозы, бумаги, как и других химических и гидромеханических процессов, действуют множество факторов. Сложность их взаимодействия приводит к традиционному взгляду, что оценить точность регулирования невозможно. Но есть ряд приборов и инструментов, которые позволяют перевести неопределенность, рождающуюся в процессе, в более структуризованные формы, как за счет автоматических анализаторов, так и специальных приборов. Например, при оценке полосчастости картона в поперечном направлении эффективно используются приборы типа SCANPRO. Благодаря математическому аппарату, заложенному в них, они разлагают спектр пульсаций в ряды Фурье, после чего появляется ясная возможность сравнивать их с пульсациями, задаваемыми конкретными узлами. Например, самые большие пульсации перед напорным ящиком могут задавать смесительные насосы, но в еще большей степени – напорные сортировки. А среди рассматриваемых узлов, задающих пульсации, могут выступать и вакуумные системы, и вибрация трубопроводов, и колебания валов и др. Говоря языком теории точности, в этом случае удается выделить из генеральной совокупности элементов смесь распределений и после их анализа в отдельности синтезировать общую картину точности по пульсациям.

Таким же образом можно рассматривать и более сложные процессы с множеством входных и выходных характеристик. Для этих целей все чаще должны использоваться средства САПР, синтезирующие различные сочетания накопления ошибок и погрешности в последовательном и параллельном проведении технологического процесса и оптимизирующие контуры регулирования по критерию минимальной погрешности заданных технологических параметров. Такой подход позволяет решать задачи синтеза размерных цепей допусков технологического процесса более совершенными средствами и оптимизировать их для конкретной постановки задачи.

Так, по результатам «размерного» анализа накопления погрешностей можно выделить критические контуры, с увеличивающимися звеньями и высоким передаточным отношением и оптимизировать их, предложив более точное исполнение клапана, с более совершенным приводом и позиционером. При проверке спецификации клапанов при проектировании технологической схемы критические участки выделяются и рассматриваются отдельно. Для них производится перерасчет с целью повышения точности и метрологической надежности. Для крупных предприятий ЦБП, где используются клапаны NELES, это эффективно еще и с точки зрения унификации и сервисного обслуживания. По мнению авторов, такой подход эффективен при рассмотрении проблемы точности в контексте надежности и коммерческий эффективности, например, при замене спецификации клапанов, предлагаемых компаниями, специализирующихся на какой-либо части технологического процесса (GL&V,KADANT-LAMORT, NOSS, LARIO ENERGY, KVAERNER и др.), так и отечественных производителей, способных выпускать бумагоделательные машины и оборудование для ЦБП (ПЕТРОЗАВОДСКМАШ, ДНЕПРОТЯЖБУММАШ, НОВОСИБИРСКЭНЕРГОМАШ и др.).

Говоря о традиционных способах устранения отклонений процесса, обычно приводят возможности системы автоматизации. Однако, это не всегда так. Если, например, погрешность выполнения задания регулирующим клапаном выше допуска, задаваемого системой автоматизации, то клапан не сможет выполнять задание в точности. Результатом станет, как большая колебательность процесса, так и неэффективная автоколебательная работа самого клапана.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Рассмотрим для начала основные определения, которые необходимы для рассмотрения процессов регулирования с точки зрения теории точности. Основными участками рассмотрения будут точность при проектировании технологических схем, контур регулирования и сам клапан в эксплуатации, измерении и контроле.

Выходные характеристики – это те показатели, которые обеспечивают необходимый уровень работоспособности, долговечности, надежности, ремонтопригодности, устойчивости и других критериев качества. Они отличаются от служебных или эксплуатационных характеристик, поскольку этот показатель шире и включает и негативные выходные характеристики, возникающие в процессе эксплуатации. Например, спектр частот и собственная виброактивность клапана могут быть названы только как выходная характеристика, поскольку ни служебной, ни эксплуатационной не являются.

Выходные характеристики – это допуск на параметры технологического процесса, зависящий от клапана, например, для клапана веса м2 – это допуск на вес м2. Для технологической схемы с участием клапанов и ограничениями на минимальное влияние других факторов – это может быть дополнительно и допуск на механические свойства бумаги. В этом случае необходимо рассмотреть другие контуры регулирования, вносящие свой вклад в формирование свойства. Например, зная влияние крахмала на свойства бумаги, можно рассмотреть, какие контуры регулирования влияют на процесс, и как погрешность регулирования выводит процесс за допустимые рамки, приводя либо к избыточности добавки химикатов, либо к ухудшению качества бумаги или обрывам. Для этих целей хорошо работает теория вкладов в теории точности. Также могут быть рассчитаны уравнения регрессии или найдены экстремумы свойств. Говоря языком химии, могут быть найдены участки допусков, максимально сочетающиеся с центром процесса, где свойства максимальны и эффективность регулирования наиболее высока и можно уйти от краев процесса, где погрешность высока, а качество выполнения химического процесса, реакции и др. минимально.

Функциональные параметры – это физико-химические параметры, которые оказывают влияние на выходные характеристики. Например, к числу выходных характеристик клапана могут быть отнесены секундный расход, давление, концентрация, работа на переходных режимах, потери на гидравлическое сопротивление. Функциональными параметрами клапана, обеспечивающими этот процесс, являются степень линеаризации, пропускная способность, угол открытия, динамический гистерезис, мертвая зона, мера отклонения от линейности и др.

Функциональные параметры могут быть регулируемыми или нерегулируемыми, а также невыявленными. Они обычно называются шумом. Регулируемые и измеряемые параметры для клапанов могут быть оценены при помощи «алмазной» диаграммы, показываемой программой диагностики FIELDCARE. Они реализуются при помощи сенсоров, установленных в позиционер.

Основные функциональные параметры – это те параметры, погрешности которых оказывают наибольшее влияние на погрешности выходных характеристик.

Исходные зависимости – это соотношения между функциональными параметрами и выходными характеристиками, получаемыми на основе опыта производства или подразумеваемыми и обычно задаваемые технологией. Именно они являются исходными для расчета допусков и прогнозирования погрешностей. Так, для анализа погрешностей контуров в системе массоподготовки бумагоделательной машины исходные зависимости определяются в целом материальным балансом.

Увеличивающие функциональные параметры – с их увеличением выходная характеристика увеличивается, уменьшающие – те, с увеличением которых выходная характеристика уменьшается. Примером увеличивающего звена является, например, узел разбавления, когда погрешность подачи осветленной воды на разбавление будет многократно увеличена на выходе из этого звена и проявится, например, в значительном перерасходе воды. Пример уменьшающего звена в ЦБП – сгуститель.

Здесь же важно показать, как появляется передаточное отношение (коэффициент усиления) – величина, указывающая направление и интенсивность влияния функционального параметра на выходную характеристику. С точки зрения системы автоматизации передаточное отношение может быть обозначено как коэффициент влияния или коэффициент чувствительности. Этот же параметр может косвенно указать на критический контур регулирования, где относительное передаточное отношение (передаточное отношение, отнесенное к математическому ожиданию) будет значительно больше или меньше 1.

Коэффициент точности – покажет соотношение между полем рассеяния и допуском при заданной или полученной по результатам контроля качества функции плотности вероятности. То, что поле рассеяния не равно допуску, легко видеть при сравнении данных контроля качества, вычислении истинного среднего значения величины, ее математического ожидания и допуска. В этом случае, повышение точности может позволить разделить допуска на несколько дополнительных, например, изменив сортность бумаги по граммажу или разбив на подсорта бумаги в рамках одного сорта. При этом можно получить значительно более эффективное качество выполнения процесса и маркетинговые преимущества. Если параметров несколько, то поле рассеяния легко видно на диаграмме допусков. Когда измеренное качество появляется в виде поля и не обязательно занимает равномерно все поле допусков, а может сосредотачиваться на одном из углов диаграммы. В этом случае технологу следует задуматься, куда и почему «плывет» процесс, отдаляясь от своего центра, заданного допусками. Примерно так определяет точность выполнения процесса компания STORA ENSO ANYALANKOSKI, Финляндия, где задана целевая область диаграммы – вес м2 – разрывная длина и результаты измерений он-лайн демонстрируют изменение качества в процессе. Эти данные используют для регулирования контуров, ответственных за ту часть процесса, которая вносит наибольший вклад в формирование показателя веса м2 и разрывной длины.