Глазами Монжа-Бертолле

До 1980 года осталось ровно пятнадцать лет. Как раз тот интервал времени, в какой укладывается обычно цикл работ по созданию промышленного химического аппарата. Но ведь этот срок можно сократить раз в пять с помощью математического моделирования! Так что у химии есть все возможности приблизить эпоху коммунизма.

Широкое наступление химии требует от ученых и инженеров не только разрабатывать новую технологию. Необходимо эффективное управление производственными процессами.

Химическое производство — непрерывный поток. Малейшее нарушение режима в одном из звеньев моментально сказывается на состоянии всей технологической цепочки разом, начиная с загрузки сырья и кончая выпуском готовой продукции. Приходится внимательно следить за работой каждого агрегата в отдельности. И всей их совокупности, конечно. А это не так просто.

Огромны пульты управления современных химических заводов. Нервно подрагивают стрелки приборов, дергаются по меланхолично ползущим бумажным лентам перья самописцев, то гаснут, то вспыхивают сигнальные лампы и световые табло — попробуй уследи за всеми показаниями разом! Человек может устать, отвлечься, заболеть — да мало ли случайностей подстерегает рулевых большого завода! И даже в том случае, когда тревожный вой сирены возвещает об опасности, скорость реакции человеческого организма на сигнал может оказаться недостаточной. Вот вам и авария…

Глаз — самый быстродействующий аппарат изо всех органов чувств. Однако и он не в состоянии отличить один предмет от другого, если они сменяются чаще чем пять раз в секунду. А сигналы на контрольном щите иногда чередуются гораздо скорее — ведь их так много! У оператора порой в глазах рябит при взгляде на приборную доску.

Всего четверть секунды требуется хорошо тренированному пилоту, чтобы отреагировать на упреждающий сигнал прибора. А за это время реактивный самолет пролетает 150 метров. Контактный аппарат вырабатывает десятки килограммов серной кислоты.

Да, у нервной системы есть свой потолок скоростей, выше которого не прыгнешь, как бы ты ни был опытен и скор. Между тем малейшая неточность — и государство несет миллионные убытки.

Впрочем, даже при безаварийной работе диспетчеру очень трудно подбирать наиболее выгодные параметры технологического режима. Придя на работу, оператор за несколько минут усвоит лишь самое главное из тех сведений о состоянии процесса, которые накапливались у предыдущей смены. Новая смена не сразу освоится с ситуацией и лишь неполное время сможет вести процесс в оптимальных рамках. Да и сумеет ли вообще дежурный мастер подобрать оптимальный режим? Мозг не справляется в достаточно короткое время с огромным потоком информации, хлещущим со шкал многочисленных сигнализаторов. Нужны феноменальная память и молниеносная сообразительность, чтобы быстро перепробовать всевозможные варианты и выбрать из них наилучший.

Такую «память и сообразительность» имеют электронные машины.

На большом нефтеперегонном заводе за показаниями приборов следят сотни операторов. Всех их может заменить одна электронно-вычислительная машина. Но даже тысячи операторов не заменят эту машину.

Самое большее, на что способен весь дежурный персонал, — это устойчиво поддерживать заранее заданный режим. «Электронный мозг» умеет непрерывно регулировать процесс так, чтобы он, несмотря ни на какие изменения, шел в наиболее выгодном режиме.

Делается это так. В блок памяти вводится программа с математическим описанием технологического процесса. Показания приборов, переведенные в форму электрических импульсов, поступают с контрольных точек завода в машину. Эти сигналы сравниваются с теми требованиями, которые записаны (тоже в виде импульсов) на магнитных лентах или других запоминающих устройствах. Совпадение тех и других оставляет машину безучастной. Если же обнаружилось расхождение, в мгновение ока на выход поступают управляющие сигналы. Они приводят в действие исполнительные механизмы, которые тут же изменяют в нужном направлении давление, влажность, температуру или скорость потока.

Так машина поддерживает стационарный, заранее заданный режим. Но она может и нарушать его! Если у нее в памяти есть еще и программа оптимизации.

Активность катализатора со временем падает. Выход продукта тоже. Как же быть?

Поначалу машина самостоятельно пробует, например, повысить давление. Это немедленно сказывается на состоянии всей технологической схемы. Выждав секунду-другую, машина накапливает информацию. Затем она стремительно анализирует ситуацию. Ага, выход продукта повысился! Значит, надо и дальше увеличивать давление в аппарате. Так продолжается до тех пор, пока не будет найдено наилучшее значение параметра. Затем машина начинает изменять температуру, расход и так далее. Сигналы с контрольных постов непрерывно сверяются логическим узлом с заданной программой. Так подыскивается новый режим, самый экономичный из всех возможных.

Конечно, не всегда проста зависимость производительности от величины параметра. Мы уже знаем, что при низких температурах синтез аммиака практически не идет. А при нагревании равновесие смещается так, что выход продуктов уменьшается. Но машина способна варьировать и противоречивые параметры, запоминая наилучшие их комбинации.

Правда, не для всех технологических процессов имеются достаточно полные математические описания. Да и составлять их не легко. Не беда: можно создать самонастраивающиеся системы автоматического управления. Они будут работать по неполной программе, накапливая опыт, запоминая удачные сочетания условий и забывая остальные.

Для заводов синтетического каучука у нас построена электронная машина «Марс-300». Она предназначена для централизованной инспекции сразу по тремстам точкам технологической линии. Все данные регистрируются машиной за полминуты.

Результаты осмотра поступают на выход в числовой форме. При отклонениях от стабильного режима начинает моргать красный глазок на панели вычислительного устройства.

Основные функции «Марса-300» контрольные. Но машина способна выполнять также и некоторые операции управления — пуск, остановка, защита при взрывах.

На Новомосковском химкомбинате завершается комплексная автоматизация аммиачных цехов. Вся информация многочисленных агрегатов будет обрабатываться электронно-вычислительной машиной. Пять минут на размышление — и вывод готов: как и где подправить процесс, чтобы себестоимость оставалась минимальной (экономический оптимум) или выход продуктов был максимальным (оптимум технологический). Оба значения могут не совпадать. Например, увеличение давления с целью увеличить выход продукта потребует большего расхода электроэнергии на вращение моторов компрессоров. А из-за этого может подпрыгнуть вверх значение себестоимости. Но все зависит от программы, вложенной в машину. Она будет точно и беспрекословно выполнять предписание человека.

Машина эта не простая. Самопрограммирующая. Она по ходу дела вносит коррективы в первоначальную программу, подлаживаясь к особенностям технологического процесса и подгоняя его параметры к наивыгоднейшему сочетанию. Подсчитано, что «электронные администраторы» только на Новомосковском комбинате обеспечат ежегодную экономию в миллион рублей.

Изучая профессиональный состав кадров в химической промышленности, статистика выяснила, что до половины заводского персонала занято на таких операциях, которые можно автоматизировать. А нужда в специалистах-химиках растет с каждым годом. Вот почему проблема автоматизации становится особенно актуальной.

Автоматический анализатор, обслуживаемый одним человеком, заменяет два десятка лаборантов. Представляете, сколько резервов рабочей силы высвободят подобные приборы в сочетании с электронными машинами?

Далее. Чем устойчивей режим, тем долговечнее оборудование. И тем меньше потребность в ремонтниках. Мгновенная корректировка технологического процесса по плечу лишь машинам. Только с их помощью удается свести пульсации на нет. Так стабилизация режимов «сокращает штаты», увеличивая число рабочих рук для других видов труда в химической промышленности.