Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Интегрированные автоматизированные системы управления химическими производствами и предприятиями

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Автоматизированные системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха: структура и функциональные возможности

Создание интегрированных автоматизированных систем контроля и управления качеством атмосферного воздуха на промышленных предприятиях и территориях, непосредственно прилегающих к химическим предприятиям, призвано решить вопросы обеспечения экологической безопасности для человека и окружающей среды.

Объектом контроля и управления интегрированной автоматизированной системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха является химическое производство — как источник загрязнения атмосферного воздуха на территориях, непосредственно прилегающих к промышленному предприятию и санитарно-защитной зоне. Областью исследований являются:

  • — анализ состояния воздушной среды;
  • — прогнозирование тенденций ее загрязнения как постоянно действующими источниками химических предприятий в режимах нормального функционирования и в случае залповых выбросов, так и при авариях на технологическом оборудовании химических производств с выбросами ОХВ;
  • — идентификация потенциальных источников загрязнения атмосферного воздуха и принятие решений по управлению качеством воздушной среды.

Функциональная структура типовой ИАСУ включает следующие подсистемы:

  • — информационную,
  • — моделирующую,
  • — программно-алгоритмическую (прикладное программное обеспечение),
  • — подсистему поддержки и принятия решений (управляющую).

Функциональная структура ИАСУ качеством атмосферного воздуха представлена на рис. 3.3. Она состоит из следующих подсистем: контроля качества атмосферного воздуха, сбора и хранения данных реального времени, оперативного и долгосрочного прогнозирования качества воздуха и идентификации источников выбросов, поддержки и принятия решений по управлению качеством атмосферного воздуха, включающей информационно-моделирующую и управленческую подсистемы.

ИАСУ качеством атмосферного воздуха является универсальной системой, предназначенной для всех классов антропогенных источников загрязнения, для контроля и управления качеством атмосферного воздуха промышленных площадок и городов, для различных классов прогнозов (краткосрочного, оперативного и долгосрочного).

ИАСУ качеством атмосферного воздуха может использоваться как на стадии проектировании, так и для действующих производств. Использование ИАСУ на стадии проектирования связано главным образом с прогнозированием уровней загрязнения атмосферного воздуха и выдачей рекомендаций по усовершенствованию технологических процессов, оборудования, систем управления, а также по проектированию систем очистки газовых выбросов и средозащитных систем. Для действующих производств основное назначение разрабатываемой ИАСУ — оперативное и долгосрочное прогнозирование уровней загрязнения, идентификации источников загрязнения и принятие соответственно оперативных и долгосрочных управленческих решений по регулированию качества атмосферного воздуха с целью снижения негативного воздействия предприятия на окружающую среду.

Поэтому в структуру математического обеспечения ИАСУ должны входить модели прогноза, обладающие, с одной стороны, высокой точностью прогноза, а с другой — простотой реализации, сбора и подготовки информации с использованием стандартных технических средств. Также в состав ИАСУ должны быть включены модели и методы принятия решений по управлению качеством атмосферного воздуха, а для оперативного сбора, подготовки и обработки информации должны быть разработаны базы данных по ПДК загрязняющих веществ, по предприятиям, источникам загрязнения, метеоусловиям и т. д.

Функциональная структура интегрированной автоматизированной системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха

Рис. 3.3. Функциональная структура интегрированной автоматизированной системы контроля и управления качеством атмосферного воздуха

Принципиальным отличием данной ИАСУ от информационных систем в области экологии является следующее. Существующие системы контроля и прогнозирования уровней загрязнения имеют либо узкоспециализированную направленность (только контроль, мониторинг, управление), либо более масштабный характер — региональные информационно-моделирующие и информационно- управляющие системы для решения глобальных экологических задач. В функциональных структурах всех систем контроля и прогнозирования загрязнения воздуха, как уровня предприятия, так и региональных, нет подсистемы прогнозирования, а вопросы прогнозирования, если и решаются, то только с использованием моделей распространения загрязняющих веществ. В информацион- но-моделирующих системах прогнозы строятся только на основе долгосрочных моделей. Одной из главных задач данной ИАСУ является оперативный контроль состояния атмосферного воздуха на территориях промышленной площадки и территориях, прилегающих к предприятию, прогнозирование его загрязнения и управление качеством атмосферного воздуха с использованием управляющих воздействий на источники выбросов промышленных предприятий, в качестве которых рассматриваются отдельные технологические процессы, установки, цехи или производство в целом.

Функциональная структура подсистемы прогнозирования, состоящая из двух блоков, приведена на рис. 3.4. Моделирующий блок предназначен для расчетов концентраций загрязняющих веществ в различных условиях прогнозирования (типы источников, метеоусловия, расстояния, время). Блок анализа результатов используется для сравнения результатов прогнозирования с ПДК загрязняющих веществ и выработки стратегии действий, направленных на управление качеством атмосферы. Информация, получаемая в результате работы подсистемы прогнозирования, передаётся с использованием локальных вычислительных сетей в информационно-моделирую- щую подсистему или блок идентификации источников загрязнения.

Основными задачами прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха являются следующие.

1. Долгосрочное прогнозирование концентрации примесей загрязняющих веществ для организованных промышленных источников загрязнения атмосферы, постоянно действующих или периодических с заданными периодами действия; точечных источников и площадного источника — химического производства в целом как источника загрязнения постоянного действия для территорий, непосредственно прилегающих к промышленному объекту. Для долгосрочного прогнозирования обычно используется два типа расчетных моделей: модель «клубка» — для расчета выбросов наземных источников, и модель «факела» — для расчета выбросов высоких, средних и низких источников.

Функциональная структура блока прогнозирования в ИАСУ качеством атмосферного воздуха

Рис. 3.4. Функциональная структура блока прогнозирования в ИАСУ качеством атмосферного воздуха:

  • 1 — блок моделирования; 2 — блок анализа результатов;
  • 3 — блок прогнозирования.
  • 2. Оперативное прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха осуществляется на основе обработки информации по концентрациям примесей загрязняющих веществ и метеопараметрам, собранной по результатам наблюдений за предшествующие периоды времени со станций контроля и передвижных лабораторий. Задачей оперативного прогнозирования является получение различного рода зависимостей (экстраполяционных, интерполяционных, аппроксимационных) для прогнозирования концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по выбранному набору предикторов на различные периоды исследований (часы, сутки, другие времена года и т. п.).
  • 3. Создание новых моделей оперативного прогнозирования с использованием математического аппарата искусственных нейронных сетей и разработка алгоритмов их обучения и прогноза загрязнения атмосферного воздуха.

Необходимость идентификации промышленных организованных постоянно действующих источников выбросов возникает в случае технологических нарушений и незапланированных увеличений валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, а также при неблагоприятных метеоусловиях.

При идентификации постоянно действующих источников задача сводится к определению предприятия, виновного в ухудшении качества воздуха, по результатам химического анализа образцов проб, отобранных на участках функционирования станций контроля. Поставленная таким образом задача рассматривается как типичная задача, решаемая с помощью методов распознавания образов.

Аварийные источники загрязнения атмосферного воздуха можно разделить на два типа: емкостные и трубопроводы. Классифицируя аварийные источники по времени действия, можно выделить мгновенные источники (полное разрушение хранилища газообразного вещества) и источники продолжительного времени действия (емкости или трубопроводы с веществом в жидком или газообразном агрегатном состоянии).

Блок идентификации источников загрязнения атмосферы включает в себя моделирующие блоки для идентификации постоянно действующих и аварийных источников выбросов. Функциональная структура блока идентификации представлена на рис. 3.5.

На вход блока идентификации поступает информация из баз данных реального времени подсистемы сбора и хранения данных ПАСУ качеством атмосферного воздуха.

Для идентификации постоянно действующих источников и определения фоновых концентраций используют информацию из баз данных экологических паспортов предприятий и технологических регламентов и баз данных сети наземных измерений.

Результаты идентификации источников выбросов используются в подсистеме поддержки принятия решений по управлению качеством атмосферного воздуха в случае залповых и аварийных выбросов на химических предприятиях.

Функциональная структура блока идентификации источников загрязнения

Рис. 3.5. Функциональная структура блока идентификации источников загрязнения

атмосферного воздуха

Функциональная структура подсистемы поддержки принятия

решений интегрированной автоматизированной системы управления качеством атмосферного воздуха

Подсистема поддержки принятия решений (СППР) ИАСУ качеством атмосферного воздуха предназначена для долгосрочного хранения и оперативного использования информации, моделей, методов, алгоритмов, прикладного программного обеспечения для принятия решений по управлению качеством атмосферного воздуха на территориях, непосредственно прилегающих к химическим предприятиям на различных уровнях иерархии химико-технологических процессов, химико-технологических систем, химических предприятий.

В случае возникновения технологических отклонений, производственных и организационных нарушений, приводящих к превышению концентрации загрязняющих веществ от постоянно действующих источников, осуществляется управление технологическими процессами или ХТС. В случае значительных превышений концентраций загрязняющих веществ (залповых или аварийных) выбросов на промышленном предприятии управление осуществляется на уровне технологических процессов или цехов (технологические мероприятия) или на уровне предприятия в целом (организационно-штатные мероприятия).

Функциональная структура СППР ИАСУ качеством атмосферного воздуха представлена на рис. 3.6 и включает две составляющие: ин- формационно-моделирующую и управляющую подсистемы.

Информационно-моделирующая подсистема состоит из базы данных вычислительного эксперимента (БД ВЭ), блока анализа и сравнения результатов (БАСР), блока анализа опасности источников выбросов загрязняющих веществ, моделирующего блока принятия решений, включающего модели, методы и алгоритмы принятия решений по управлению источниками загрязнения воздушной среды в зависимости от их типа (постоянно действующий или аварийный).

Управляющая подсистема включает в себя экспертные системы по управлению источниками технологических выбросов и по локализации и ликвидации последствий аварийных выбросов. Информация поступает в информационно-моделирующую подсистему из подсистемы сбора и хранения данных и подсистемы прогнозирования ИАСУ. Информация из подсистемы прогнозирования формирует БДВЭ по результатам долгосрочного прогноза концентраций загрязняющих веществ, полученных на основе обработки информации, содержащейся в технологических регламентах.

Результаты долгосрочного прогнозирования включают значения величин максимальных концентраций загрязняющих веществ от типовых источников загрязнения атмосферного воздуха, расстояния, на которых образуются эти концентрации, значения опасных скоростей ветра, интервал расстояний, соответствующих диапазонам превышения предельно допустимых концентраций по загрязняющему веществу, значения валовых выбросов, соответствующих диапазонам превышения концентрации загрязняющего вещества.

Функциональная структура СППР ИАСУ качеством атмосферного воздуха

Рис. 3.6. Функциональная структура СППР ИАСУ качеством атмосферного воздуха

На основе обработки в подсистеме прогнозирования информации по выборкам замеров концентраций загрязняющих веществ, полученных на станциях контроля при различных совокупностях метеоусловий, формируются БДВЭ по результатам оперативного прогнозирования.

Оперативная информация из подсистемы сбора и хранения данных ИАСУ поступает в БАСР и сравнивается с имеющимися результатами в БДВЭ. Результаты оперативного прогнозирования включают прогнозируемые значения концентраций загрязняющих веществ на заданный интервал времени при определенной совокупности метеоусловий или последующий момент времени. Прогнозируемые значения концентраций могут рассчитываться с использованием оперативного прогнозирования.

Результаты из БДВЭ долгосрочного прогнозирования используются для прогноза в случае запланированных и незапланированных технологических отклонений, таких, как увеличение (снижение) нагрузок на отдельных установках, пуск и остановка во время планово-предупредительных ремонтов; для прогноза изменения концентраций загрязняющих веществ за счет внедрения новых методов очистки, а также для идентификации постоянно действующих источников загрязнения атмосферного воздуха.

Результаты из БДВЭ оперативного прогнозирования используются при фиксации превышений концентраций по загрязняющему веществу какой-либо станцией контроля для идентификации источников загрязнения, а также при существенных изменениях метеоусловий.

Если прогнозируемое значение концентрации загрязняющего вещества не представляет опасности, процедура анализа по данному загрязняющему веществу заканчивается, СППР функционирует в режиме «ожидания» новых запросов пользователей по результатам долгосрочного или оперативного прогнозирования.

При опасных значениях концентрации загрязняющих веществ происходит выбор правил принятия решений, направленных на идентификацию источников, и в зависимости от типа источника выбираются модели и алгоритмы принятия решений, на основании которых осуществляются соответствующие управляющие воздействия. Результаты передаются в управляющую подсистему.

Управляющая подсистема содержит экспертные системы (ЭС), предназначенные для принятия решений на различных уровнях управления. Экспертная система включает интегрированные распределенные базы данных ИАСУ качеством атмосферного воздуха:

  • — базы данных по источникам загрязнения атмосферного воздуха и станциям контроля выбросов опасных химических веществ в атмосферу;
  • — базы данных по возможным ущербам от загрязнения атмосферного воздуха постоянно-действующими источниками и источниками аварийного выброса и нормативам платы и штрафов за загрязнение атмосферного воздуха сверх лимитов и другие.

По функциональному назначению в управляющей подсистеме СППР ИАСУ качеством атмосферного воздуха можно выделить следующие экспертные системы:

— ЭС по управлению источниками технологических выбросов (цехов, установок) путем снижения нагрузок, внедрения новых методов (аппаратов) газоочистки, проведения планово-предупредительных ремонтов;

  • — ЭС по локализации и ликвидации последствий аварийных выбросов при проведении технологических мероприятий. Эти ЭС формируются на основе экспертных и статистических данных, полученных в результате анализа и оценки последствий аварий на аналогичных производственных объектах;
  • — ЭС по организационно-штатным мероприятиям предназначенные для организации действий по управлению химическим производством в условиях чрезвычайных ситуаций и на других уровнях управления (районном, городском и т. п.) в зависимости от масштаба аварийного выброса.

Управляющая подсистема СППР связана с микропроцессорными распределенными системами контроля и управления технологическими процессами, которые в нормальных режимах функционирования производства осуществляют управление технологическими параметрами процессов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>