Все предприятия химической промышленности уже на современном уровне, для того, чтобы производить конкурентоспособную, продукцию, в необходимых количествах, обязательно должны вносить в производственный процесс автоматизированные системы, такие как АСУ ТП для предприятий химической промышленности.

Именно поэтому на современном уровне автоматизация технологических процессов предприятий химической отрасли является актуальной задачей. Автоматизированные системы призваны обеспечить более высокое качество выпускаемой продукции, снижение производственных затрат, повышать рентабельность предприятия, а также обезвредить и минимизировать отходы в этой отрасли.

В химической промышленности могут быть использованы различные средства автоматизации, и их выбор чаще всего обосновывается не только на предпочтениях руководства, но и на вопросах повышения эффективности и рентабельности выпускаемой продукции.

Какие системы автоматизации могут быть востребованы в предприятиях химических отраслей

Автоматизированные системы управления транспортными потоками;

Автоматизированные системы подающих устройств питателей или конвейеров;

Автоматизация и визуализация производственных процессов при помощи специального программного обеспечения;

Автоматизация и внедрение АСУ ТП на весовые устройства и на дозировочные устройства подачи элементов;

Автоматизация кабельных трасс;

Оснащение рабочего места оператора компьютерным оборудованием и автоматизация производственной линии;

И множество других элементов автоматизации и внедрения систем АСУ ТП может быть актуально для предприятий химической промышленности.

Созданные специалистами нашей компании, автоматизированные системы призваны обеспечивать бесперебойную работу предприятия, поэтому техническое обслуживание производится нашими специалистами.

Документирование в автоматизированных системах управления технологических процессов химической промышленности

Для обеспечения участия человека в управлении технологическим процессом необходимо документирование информации. Для последующих анализов требуется накопление статистических исходных данных посредством регистрации состояний и значений параметров процесса во времени. На основании этого проверяется соблюдение регламента технологического процесса, анализируется формирование качества продукции, контролируются действия персонала в аварийных ситуациях, осуществляется поиск направлений совершенствования процесса и т. п.

При разработке той части информационного обеспечения АСУ ТП, которая связана с документированием и регистрацией, необходимо следующее:

• определить вид регистрируемых параметров, место и форму регистрации;
• выбрать временной фактор регистрации (датирование, интервалы регистрации, длительность непрерывной регистрации);
• минимизировать количество регистри­руемых параметров из соображений необходимости и достаточности для оперативных действий и последующего анализа.

Минимизация в данном случае означает, что выбираются для регистрации только те параметры, которых достаточно для опера­тивного управления технологическим про­цессом и последующего его анализа. Уменьшить это число параметров нельзя, так как снижается качество управления процессом; увеличивать также нельзя, так как необоснованно растет стоимость управления.

Выбрать способ группировки документи­рованной информации с точки зрения удобства использования ее человеком и машиной.

При этом определяющими факторами являются сложность и динамика технологи­ческого процесса, возможности технических средств и человека-оператора, назначение и возможности анализа, экономические и временные факторы.

Единые и исчерпывающие правила разра­ботки документирования в автоматизированных системах управления технологическими процессами отсут­ствуют, однако значительная часть важных формальных положений может быть почерп­нута из серии ГОСТов по ЕСКД и УСД.

Типичной при документировании являет­ся регистрация даты, единого текущего времени в автоматизированных системах управления технологическими процессами (час, минута, секунда), ко­да точки измерения, кода объекта (при необ­ходимости), наименования параметра (при необходимости), текущего значения параме­тра (абсолютного или относительного от­клонения от норматива), единицы измерения, признака юстирования (при необходимости). В зависимости от условий формирования и назначения документа некоторые из ука­занных реквизитов могут быть заранее вве­дены в бланк документа или исключены из него, если он предназначен только для даль­нейшей машинной обработки.

При разработке системы документирова­ния унифицируются форматы документов

и общие для них реквизиты, структуры доку­ментов. Уделяется внимание обозримости и наглядности документов, в частности, за счет использования табличных форм. В документах, предназначенных для машинной обработки, вводятся специальные реквизиты: код документа в системе обработки, код вида анализа, графы, заполняемые на программируемых контроллерах, и др. Решаются вопросы классификации (группи­ровки) документов и маршрутов их движе­ния. Определяются объемы информации в документах и потоках документов. Устана­вливается место и сроки хранения докумен­тов.

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

1) обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,

2) приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

3) увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,

4) повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

5) увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» .

Автоматизация – применение комплекса средств, позволяющих осуществить производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.Автоматизация производственных процессов создает определенные технико-экономические преимущества во всех отраслях современного народного хозяйства страны.

В первую очередь изменяются характер и условия труда на производстве. Сокращаются до минимума трудовые затраты человека, снижается психологическая нагрузка, на его долю остаются лишь функции по перенастройке автоматических систем на новые режимы и участие в ремонтно-наладочных работах. Уменьшается число обслуживающего персонала и затраты на его содержание. С внедрением средств автоматизации неизбежно повышается производительность труда. Внедрение автоматизации в различных отраслях промышленности дает повышение производительности труда в среднем в 2...2,5 раза. В результате автоматизации снижается себестоимость изделий, увеличивается выпуск продукции, повышается ее качество, уменьшаются брак и отходы производства, сокращаются расходы на заработную плату, сырье, материалы и т. п. При этом решающим фактором является снижение расхода топлива, тепловой и электрической энергии. Использование средств автоматизации увеличивает надежность оборудования, точность производства, безопасность труда. Появляется возможность использовать высокоэффективные технологические процессы и устройства, характер применения которых исключает участие человека (ядерная энергетика, химическое производство и т. п.). Но, пожалуй, главным является то, что автоматизация повышает эффективность и упорядоченность производства. Процесс управления противостоит неупорядоченности, и в этом отношении использование автоматики решающим образом стабилизирует производство. Внедрение автоматизации приносит и косвенный эффект, так как увеличение производительности оборудования, экономия ресурсов эквивалентны строительству добавочных производственных мощностей. Экономия рабочей силы позволяет более рационально использовать трудовые ресурсы, а улучшение качества продукции способствует экономии топлива, энергии, материалов и т. д.Важнейший вопрос автоматизации - установление ее рационального уровня и объема, которые должны быть тщательно экономически обоснованы, и определение методов и средств автоматизации.

Автоматика - отрасль теоретических и прикладных знаний об устройствах и системах, действующих без прямого участия человека.Автомат (от греч. automates – самодействующий) - самостоятельно действующее устройство (или совокупность устройств), выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека различные процессы.Автоматизированная система - совокупность управляемого объекта и автоматизированных управляющих устройств. При этом часть функций управления выполняет человек. Автоматизированная система получает информацию от объекта управления, передаёт, преобразует и обрабатывает её, формирует управляющие команды и выполняет их на управляемом объекте. Человек определяет цели и критерии управления, корректирует их, если изменяются условия.Автоматическая система - совокупность управляемого объекта и автоматических измерительных и управляющих устройств. В отличие от автоматизированной системы осуществляется без участия человека (кроме этапов запуска и наладки системы).

^ 2. Объем и степень автоматизации

Успех автоматизации в значительной степени определяется правильным выбором степени и объема автоматизации. По степени автоматизации различают объекты с частичной, комплексной и полной автоматизацией. Частичная автоматизация - первый этап автоматизации, при котором на дистанционное или автоматическое управление переводят отдельные машины, механизмы и установки, не имеющие внешние связи с другими производственными процессами. Частичная автоматизация не позволяет использовать все преимущества автоматизации, так как в технологической цепи остаются неавтоматизированные процессы. Комплексная автоматизация - второй этап автоматизации, при котором весь комплекс производственных операций, а также вспомогательные операции осуществляются по заранее разработанным программам и режимам с помощью различных автоматических устройств, объединяемых общей системой управления. При этом функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса, анализу его показателей и выбору режимов работы оборудования. Полная автоматизация - завершающий этап автоматизации производства, при котором система автоматических машин выполняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций производственного процесса, включая выбор и установление режимов работы, обеспечивающих наилучшие показатели в данных условиях. Объем автоматизации определяется числом операций, процессов и устройств, управление которыми осуществляется с помощью средств автоматики. Под уровнем автоматизации понимают степень совершенства технических средств, с помощью которых осуществляется автоматизация. Степень автоматизации, ее объем и уровень выбирают для каждого объекта с обоснованием технико-экономической эффективности и возможности устранения тяжелых и вредных условий труда обслуживающего персонала.

^ 3. Классификация подсистем автоматизации

В ходе управления сложными и простыми объектами приходится осуществлять много функционально различных операций, которые выполняют разные подсистемы, входящие в общую схему автоматизации объекта. Информационные включают подсистемы технологического контроля и телеизмерения, технологической и телесигнализации. Результат действий этих подсистем адресуется оператору, а его задачей является принятие того или иного решения. Защитные подсистемы включают средства технологической и аварийной защиты, технологической и аварийной блокировки, предохраняющие технологическое оборудование от последствий неправильной эксплуатации. К управляющим относятся подсистемы телеуправления, включая дистанционное управление, телемеханические подсистемы, диспетчеризации, автоматического управления и регулирования. Основные функции подсистемы технологического контроля: а) получение количественных и качественных показателей технологического процесса - всех видов измерений с помощью контрольно-измерительных приборов (КИП); б) наблюдение за ходом технологического процесса. Разница в функциях заключается в том, что во втором случае фиксируется характер изменения величин. Для реализации функций технологического контроля применяют приборы местного и дистанционного действия, а также приборы с регистрацией. Сходные функции у подсистемы технологической сигнализации. Для нее используются те же приборы и технические средства, отличается лишь форма подачи информации в виде соответствующего сигнала. Это световая, звуковая, цветовая (изменяется цвет краски), одоризационная (появляется запах) сигнализация. Форма подачи сигналов - непрерывная и дискретная (проблесковая). Очень важно, чтобы сигнал не был пугающим и монотонным (привычным). Звуковые сигналы подаются звонками, сиренами, ревунами, зуммерами, иногда выстрелами, световые - лампами, табло, мнемосхемами. Информация должна передаваться без задержек и искажений, причем, желательно, в альтернативном виде (да - нет). Основное требование, предъявляемое к сигналам,- достаточная информативность.По функциональным признакам подсистемы сигнализации разделяют на командную, контрольную, предупредительную, аварийную и положения (для оповещения о достижении устройствами крайних или промежуточных положений).Очень важную роль играют подсистемы технологической защиты и блокировки, назначение которых состоит в защите технологического оборудования от аварийных ситуаций и нарушения режима вследствие неправильной эксплуатации совместно работающих объектов. Главными причинами нарушения режима являются: прекращение подачи сырья или энергии, а также несоблюдение синхронности работы установок.Эти подсистемы, естественно, являются автоматическими и осуществляют оперативное вмешательство для прекращения функционирования объекта в целом или его части путем останова либо переводом на холостой ход. Таким образом осуществляется блокирующее воздействие. Деблокирующее воздействие - повторный пуск после устранения причины нарушения режима. Различают объектные блокировки (автоматическая защита) и межобъектные (синхронизирующая защита). К первым можно отнести действие различного рода предохранительных устройств - клапанов, плавких предохранителей и т. д. Примером межобъектной блокировки может служить известная последовательность операций при пуске радиальных насосов: закрытие запорного органа, пуск насоса, затем открытие магистрали. Особый вид блокировки - аварийная защита, когда автоматически прекращается доступ энергии, сырья, продукта к объекту, чтобы исключить его неминуемый выход из строя. Сюда часто относят подсистемы автоматического пожаротушения и дымоудаления. Уровень оснащения объекта автоматизации различными подсистемами зависит от конкретных условий эксплуатации и нормативных документов, определяющих минимально необходимый уровень автоматизации.

^ 4.Основные понятия управления

Промышленное производство обычно подразделяется на ряд технологических процессов. Под технологическим процессом понимают совокупность механических, физико-химических и других процессов целенаправленной переработки сырья с целью получения готовой продукции. Каждый технологический процесс характеризуется определенными технологическими параметрами, которые могут меняться во времени. В химической технологии такими параметрами являются расход материальных и энергетических потоков, химический состав, температура, давление, уровень вещества в технологических аппаратах. Совокупность технологических параметров, полностью характеризующих данный технологический процесс, называется технологическим режимом. Любой технологический процесс подвержен действию различных факторов, случайных по своей природе, которые нельзя заранее предусмотреть. Такие факторы называются возмущениями. К ним относятся, например, случайные изменения состава сырья, температуры теплоносителя, характеристик технологического оборудования. Возмущающие воздействия на технологический процесс вызывают изменения технологического режима, что, в свою очередь, приводит к изменению таких технико-экономических показателей процесса, как производительность, качество продукции, расход сырья и энергии. Поэтому для обеспечения заданных (требуемых) технико-экономических показателей необходимо компенсировать колебания технологического режима, вызванные действием возмущений. Такое целенаправленное воздействие на технологический процесс представляет собой процесс управления. Совокупность требований, осуществляемых в процессе управления, называется целью управления. Сам управляемый технологический процесс вместе с технологическим оборудованием, в котором он протекает, является объектом управления. Объект управления и устройства, необходимые для осуществления процесса управления, называются системой управления.

^ 5. Иерархия управления промышленным предприятием

Современные процессы химической технологии весьма сложны и характеризуются большим числом технологических параметров, прямо или косвенно влияющих на их технико-экономические показатели. Поэтому управление химико-технологическими процессами организуют по так называемому иерархическому принципу. Иерархический принцип управления заключается в многоступенчатой организации процесса управления, где каждая ступень управления имеет свои объекты и цели управления.Структура управления современным промышленным предприятием характеризуется тремя уровнями иерархии управления (рис.1.). Нижний уровень (I) представляет собой локальные системы регулирования, функции которых сводятся к стабилизации отдельных технологических параметров. Такие простые задачи решаются автоматическими устройствами без участия человека, и поэтому системы регулирования нижнего иерархического уровня называются автоматическими системами регулирования (АСР). Объекты регулирования на этом уровне - элементарные процессы с соответствующими технологическими аппаратами.

Рис 1. Иерархия управления предприятием

Следующий иерархический уровень (II) образуют системы управления технологическими процессами. Объектами управления на этом уровне являются уже целые технологические процессы вместе с технологическим оборудованием и локальными АСР. Здесь решаются задачи оптимизации технологических режимов процессов. Кроме того, в функции управления на этом уровне входит выявление и устранение ненормальных (аварийных) режимов, переключение оборудования в технологических схемах, вычисление технико-экономических показателей процессов и т. п. Указанные функции управления относительно сложны и не могут быть целиком возложены на автоматические устройства. Поэтому в системах управления технологическими процессами применяют управляющие вычислительные комплексы (УВК). Такие системы управления получили название автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности) и с помощью современных средств сбора и переработки информации (в первую очередь средств вычислительной техники). На верхнем иерархическим уровне (III) осуществляется управление всем предприятием. Объектом управления здесь является все производство и оборудование, а также АСУТП предыдущего иерархического уровня. Здесь решаются задачи управления всем производством в целом с применением ЭВМ и участием операторов. При этом решаются задачи не только технологического управления отдельными производствами, но и планово-экономические задачи, обеспечивается эффективность работы всего предприятия. Система управления этого уровня получила название автоматизированной системы управления предприятием (АСУП).Из сказанного видна роль локальных АСР нижнего иерархического уровня в общем процессе управления промышленным предприятием: они являются периферийными органами управления, через которые реализуются решения, принимаемые в процессе управления на более высоких иерархических уровнях.

^ 6. Основные принципы управления

Теория автоматического управления изучает принципы построения систем автоматического управления (САУ) и методы исследования процессов в этих системах; решает задачи синтеза, анализа, коррекции, экспериментального исследования и наладки САУ.Автоматическая система, которая в течение длительного времени требуемым образом изменяет или поддерживает неизменными какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление и пр.) в управляемом процессе или системе, называется системой автоматического управления. САУ осуществляет управление без участия человека и формирует воздействия, обеспечивающие требуемый режим работы объекта управления – изменение выходных величин, характеризующих состояние объекта управления, в соответствии с заданным законом или обеспечение постоянства какой–либо выходной величины. САУ состоит из управляющих устройств (УУ) и объекта управления (ОУ). Величины, характеризующие состояние ОУ, называются выходными или управляемыми. Воздействия, поступающие на вход УУ, называются задающими. Воздействия, вырабатываемые УУ и непосредственно изменяющие состояние ОУ, называются управляющими. Воздействия, вызывающее несанкционированное отклонение управляемой величины от заданного значения, называются возмущающими воздействиями. Задающие и возмущающие воздействия объединяют в группу входных воздействий. Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона изменения управляющего воздействия, при котором обеспечивается заданный алгоритм при наличии возмущающих воздействий. Для решения этой задачи используются три фундаментальных принципа управления: разомкнутое управление, управление по возмущению (принцип компенсации) и замкнутое управление (принцип обратной связи или управление по отклонению).Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что управление строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины, то есть текущее состояние ОУ не учитывается при выработке управляющих воздействий. Процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на объект управления. Задатчик алгоритма функционирования ЗАФ подает задающее воздействие x(t), которое преобразуется управляющими устройствами в управляющее воздействие z(t). Под воздействием управления состояние объекта управления ОУ, характеризуемое управляемой величиной y(t), изменяется так, чтобы значение y(t) было равно требуемому значению, величина которого определяется задающим воздействием x(t). Наличие возмущающего воздействия f(t) приводит к тому, что действительное значение управляемой величины y(t) отличается от заданного, то есть появляется ошибка управления. Если действие возмущений является постоянным или периодическим, ошибка управления накапливается, и, в пределе, может произойти отказ системы. Таким образом, принцип разомкнутого управления неприменим в условиях значительных помех и возмущений. В отсутствии возмущений воспроизведение заданной величины обеспечивается жесткостью характеристик устройств, входящих в состав схемы. Разомкнутое управление в чистом виде применяется редко и только в простых схемахПри реализации управления по отклонению управляющее воздействие на ОУ вырабатывается как функция отклонения управляемой величины от заданного значения. Схема управления содержит обратную связь, то есть управляемая величина с выхода системы подается на ее вход (рис.3.). Система управления по отклонению является, таким образом, замкнутой.На входе системы элементом сравнения ЭС производится вычитание x(t)-y(t)=e(t). Величина e(t) называется рассогласованием. Управляющие устройства УУ работают таким образом, чтобы все время сводить рассогласование к нулю. Обратная связь такого типа называется отрицательной. Универсальность и эффективность принципа управления по отклонению состоит в том, что он позволяет осуществить заданный закон изменения управляемой величины y(t) независимо от того, изменение какого из входных воздействий – задающего x(t) или возмущающего f(t) – вызвало возникновение рассогласования. САУ по отклонению реагирует на интегрированное внешнее воздействие, проявляющееся в изменении контролируемой (измеряемой) управляемой величины. К достоинствам САУ по отклонению относятся простота технической реализации и высокая точность управления.К недостаткам систем с обратной связью следует отнести недостаточную оперативность, обусловленную тем, что действие системы направлено на ликвидацию рассогласования. То есть САУ сначала допускает изменение управляемой величины под воздействием внешних или внутренних возмущений, а потом его ликвидирует. При управлении по отклонению влияние возмущающих воздействий на выходную величину в значительной мере ослабляется, но не устраняется.В случае, когда изменение состояния ОУ под действием одного или нескольких определенных возмущений недопустимо, используют принцип управления по возмущению. Сущность принципа состоит в том, что измеренное датчиком возмущение преобразуется в воздействие, подаваемое на УУ, которое формирует управляющее воздействие z(t) с учетом возмущающего воздействия. z(t) подается на вход ОУ с целью компенсации (предотвращения) влияния данного возмущения на управляемую величину y(t)..Принцип управления по возмущению ориентирован не на следствие, как принцип обратной связи, а на причину, нарушающее равновесие объекта управления, т.е. основное возмущающее воздействие, и преобразование его в управляющее воздействие. К достоинствам САУ, реализованных по принципу возмущения, относится бόльшая оперативность по сравнению с системами ОС.Недостатком систем управления по возмущению является то, что они компенсируют влияние одного или нескольких заранее определенных возмущений и не могут предотвратить влияние на управляемую величину других возмущающих воздействий. При этом ошибка управления имеет место даже при учете всех возмущений, так как система не может противостоять изменению внутренних свойств УУ и ОУ. Улучшение качества управления в условиях действия возмущений может быть достигнуто с использованием комбинированного управления. В системах комбинированного управления на вход управляющих устройств, помимо рассогласования, вычисляемого по задающему воздействию и сигналу обратной связи, поступает сигнал, получаемый путем измерения возмущающих воздействий. Обычно в комбинированных схемах измеряется только основное возмущение, влияние остальных возмущений учитывается по цепи обратной связи.Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР).

^ 7. Общие понятия о системах САР. Функциональная схема замкнутой автоматической системы регулирования (САР). Автоматическим регулированием называется поддержание постоянной некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение ее по заданному закону, осуществляемое с помощью измерения состояния объекта при действующих на него возмущениях. Системой автоматического регулирования (САР) называется замкнутая динамическая система , в которой поддерживается постоянное значение одной или нескольких величин, характеризующих проте кание какого-либо процесса в течение длительного времени при произвольно меняющихся внешних возмущающих факторах. Каждый автоматический регулятор , работая на конкретном объекте, образует с ним систему (контур) регулирования. Таким образом, система автоматического регулирования состоит из объ екта регулирования и автоматического регулятора. В процессе регулирования регулятор и объект регулирования взаимосвязаны и, следовательно, качество регулирования зависит как от свойств данного объекта, так и от свойств и характеристики применяемого регулятора и регулирующего органа. Регулирующее устройство перерабатывает получаемую через измерительное и преобразующее устройства (датчики и усилители) информацию по определенному заложенному в нем алгоритму (закону) регулирования и через исполнительный механизм (например, электродвигатель) воздействует на объект с помощью регулируемого органа (задвижки, клапана).


системы автоматического регулирования

^ 8. Понятие обратной связи. Классификация (САР). В зависимости от основной цели задачи управления САР классифицируются следующим образом: системы стабилизации, система программного управления, следящие системы. В системах стабилизации рабочий параметр объекта (регулируемая величина) поддерживается постоянным во времени при постоянном .В системах программного управления рабочий параметр объекта изменяется во времени по заранее известному закону, в соответствии с которым изменяется задание.В следящих системах рабочий параметр объекта изменяется во времени по заранее неизвестному закону, который определяется каким-то внешним независимым процессом.В зависимости от характера действия различных элементов, входящих в систему регулирования, различают системы непрерывного и дискретного действия. Непрерывная система автоматического регулирования состоит только из звеньев непрерывного действия, выходная величина которых изменяется при плавном изменении входной величины.Дискретная система содержит хотя бы одно звено дискретного действия, выходная величина которого изменяется скачками (дискретами) при плавном изменении входной величины. Дискретные системы в свою очередь, могут быть релейными, импульсными или цифровыми. Вследствие бурного развития микроэлектроники широкое распространение получили цифровые системы управления, обладающие, прежде всего высокой точностью.Важным свойством также является поведение параметров системы во времени.Если в период эксплуатации параметры являются неизменными, то система считается стационарной , в противном случае - нестационарной. Кроме того, особо выделяются системы с распределенными параметрами, т.е. такие системы, которые содержат распределенные в пространстве элементы, например, длинные электрические линии и т.д.По способу математического описания системы регулирования делятся на линейные и нелинейные .В зависимости от характера внешних воздействий (задающего и возмущающего) различают детерминированные и стохастические системы. В детерминированных САР внешние воздействия имеют вид постоянных функций времени. В стохастических системах внешние воздействия имеют вид случайных функций. В дальнейшем будут рассматриваться только детерминированные системы.По свойствам ошибки (отклонения) в установившемся режиме различают статические и астатические системы . Система, в которой величина установившейся ошибки зависит то величины возмущения при постоянном задании, называется статической по возмущению. Если установившаяся ошибка не зависит от величины возмущения, то система является астатической 1-ого порядка. Если установившаяся ошибка не зависит от первой производной возмущающего воздействия, то система является астатической 2-го порядка.

^ 9. Понятия о многоконтурных САР и экстремальном регулировании.

По числу контуров прохождения сигналов АСР делят на: одноконтурные (если она состоит из одного контура регулирования) и многоконтурные . Многоконтурные АСР могут применяться и для регулирования одной величины с целью повышения качества переходного процесса.По числу регулируемых величин различают одномерные и многомерные системы автоматического регулирования. В свою очередь многомерные САР делятся на системы несвязанного и связанного регулирования. Характерным для первых является то, что регуляторы в них непосредственной связи между собой не имеют и взаимодействуют только через объект регулирования. В системах связанного регулирования регуляторы различных параметров одного и того же объекта имеют непосредственные взаимные связи помимо связей через объект регулирования.Наряду с рассмотренными системами автоматического регулирования применяются также экстремальные системы. Оптимальный режим работы объекта характеризуется экстремальным (максимальным или минимальным) значением показателя эффективности процесса, протекающего в объекте. Вследствие влияния возмущений оптимальный режим работы объектов нарушается. Системы стабилизации не способны скомпенсировать такие отклонения. Для отыскания оптимального режима служат экстремальные системы . Эта задача решается автоматическим поиском таких значений управляющих воздействий, которые соответствуют экстремальному значению показателя эффективности процесса. Системы, осуществляющие автоматический поиск нескольких управляющих величин объекта с целью обеспечения экстремального значения показателя эффективности протекающего в нем процесса, называются оптимальными. На практике же оптимизируемая величина объекта часто зависит не от нескольких, а от одной управляющей величины; такие оптимальные системы называют экстремальными системами.

^ 10. Математическое описание САР и их элементов Целью рассмотрения систем автоматического регулирования может быть решение одной из двух задач - задачи анализа или синтеза системы . В первом случае имеется система, известны ее параметры, требуется определить свойства системы, например качество переходных процессов, устойчивость, точность. Во втором случае, наоборот, задаются свойства системы и необходимо создать систему, удовлетворяющую этим свойствам. Эта задача, как правило, неоднозначна и много сложнее задачи анализа.В самом общем виде порядок исследования системы регулирования включает математическое описание системы, исследование установившихся и переходных режимов.Под математическим описанием понимают дифференциальное уравнение или систему дифференциальных уравнений высокого порядка, описывающую систему регулирования.Для упрощения математического описания систему разбивают на отдельные элементы – звенья, каждые из которых выполняют свои самостоятельные функции. Они описываются либо аналитически в виде дифференциальных уравнений не выше 2-го порядка, либо графически в виде характеристик, связывающих входные и выходные величины звена. Главное требование, которому должны удовлетворять звенья системы регулирования, - это требование направленности действия. Звеном направленного действия называется звено, которое передает воздействие только в одном направлении - со входа на выход, так что при последовательном соединении X звеньев изменение состояния последующего звена не влияет на состояние предшествующего звена.В результате при разбивке системы на звенья направленного действия математическое описание каждого звена может быть составлено без учета его связей с другими звеньями. При этом математическое описание всей системы регулирования может быть получено как совокупность дифференциальных уравнений или характеристик отдельных звеньев, дополненных уравнениями связи между звеньями.

^ 11. Методика получения математических моделей статики и динамики. Понятия о линейных элементах. Свойства систем автоматического регулирования определяются статическими и динамическими характеристиками звеньев, входящих в систему, причем объект управления рассматривается как составное звено системы управления.Статической характеристикой элемента (технического устройства) называется зависимость его выходной величины от входной в равновесных состояниях, то есть:
Статическая характеристика может быть представлена уравнением, графиком или таблицей. При графическом изображении статической характеристики по оси абсцисс откладывают значения входной величины , а по оси ординат – значения выходной величины . Статическая характеристика называется линейной, если зависимость между и линейна (графически она представляет собой прямую линию). Элемент с такой характеристикой также называется линейным .Если характеристика описывается нелинейным уравнением или системой уравнений, а ее график есть кривая или ломаная линия, то такая характеристика называется нелинейной, а элемент – нелинейным. Возможные характеристики линейного и нелинейного элементов показаны на рис.6.

Рис. 6 – Статические характеристики элементов:

А – линейная, б, в, г, д, е – нелинейные.

Уравнение линейной статической характеристики имеет вид:

Где - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом усиления.

Для нелинейных элементов математическая запись статической характеристики может быть различной в зависимости от вида нелинейности.

Большинство элементов, входящих в САР, в большей или меньшей степени нелинейны.

Учитывая, что расчеты САР производятся для сравнительно небольших отклонений переменных величин от их базовых значений (, ), поэтому уравнения записываются не в абсолютных значениях переменных, а в их абсолютных отклонениях:

Нелинейные элементы с плавно изменяющимися характеристиками можно рассматривать как имеющие линейную статическую характеристику. При этом линеаризацию статической характеристики можно производить не на всем диапазоне значений входных и выходных величин, а на небольшом участке в окрестности точки, соответствующей равновесному состоянию.

На рис.6. (в) небольшой участок нелинейной характеристики около точки А (базовых значениях и ) можно считать линейным. Он совпадает с касательной, проведенной к кривой в этой точке. Коэффициент усиления линейного участка характеристики определяется здесь как тангенс угла наклона
касательной к оси абсцисс:

В дальнейшем мы будем рассматривать элементы, характеристики которых линейны или могут быть линеаризованы с допустимой степенью точности.

Системы регулирования, состоящие из таких элементов, называются линейными (или линеаризованными).

^ 12. Динамические характеристики динамических элементов, передаточные функции. Так как САР являются динамическими системами, знания одних только статических свойств элементов САР недостаточно. Необходимо знать динамические свойства элементов САР, оцениваемые динамическими характеристиками.Динамической характеристикой элемента называют зависимость изменения во времени выходной величины от изменения входной в переходном режиме, т.е. при переходе из одного состояния в другое; характер изменения входной величины может быть разным.Динамические свойства элементов (и САР в целом) могут быть представлены дифференциальными уравнениями, с помощью которых описываются переходные процессы в элементах. Поэтому задача определения динамической характеристики того или иного элемента системы сводится к составлению его дифференциального уравнения на основании знания принципа действия и физических законов, положенных в основу работы элемента.Рассмотрим схему звена, изображенного на рис.7. Описанием звена служит дифференциальное уравнение, связывающее выходную величину Y и входную X . Пусть, например, связь между X и Y выражается уравнением 2-го

^ 13. Преходные процессы. Показатели качества переходного процесса.

14. Частотные характеристики систем. Помимо уравнений динамические свойства линейных звеньев могут быть описаны графическими характеристиками двух типов: переходными и частотными.Переходная, или временная характеристика f(t) представляет собой график изменения во времени выходной величины звена, вызванного подачей на его вход единичного ступенчатого воздействия.Если на вход звена подается гармоническое возмущение, то исследование динамики осуществляется частотными методами с использованием частотных характеристик основных типов: амплитудно-частотной (АЧХ), фазочастотной (ФЧХ), амплитудно-фазовой (АФХ), вещественной частотной (ВЧ), и мнимой частотной (МЧ).Частотные характеристики описывают установившиеся вынужденные колебания на выходе звена при подаче на его вход гармонического воздействия:Следует отметить, что для линейных звеньев существует однозначная связь между дифференциальным уравнением, временными и частотными характеристиками звена. Это означает, что, зная дифференциальное уравнение (или передаточную функцию) звена, можно построить переходную или амплитудно-фазовую характеристику звена и наоборот.

^ 15.Типовые звенья САР(усилительное, апериодическое, интегрирующее, запаздывания, колебательное). Динамические характеристики звеньев. Типовым динамическим звеном САР является составная часть системы, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка. Звено, как правило, имеет один вход и один выход. По динамическим свойствам типовые звенья делятся на следующие разновидности:

Аннотация

Целью выполнения данного курсового проекта является приобретение практических навыков анализа технологического процесса, выбор средств автоматического контроля, расчета измерительных схем приборов и средств контроля, а также обучение студента самостоятельности при решении инженерно-технических задач построения схем автоматического контроля различных технологических параметров.

Введение

Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

1) обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т. е. повышение производительности его труда,

3) увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» .

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:

1) процесс горения топлива,

2) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.

Принцип работы котельной установки заключается в передаче тепла, образовавшегося при сгорании топлива, воде и пару. В соответствии с этим основные элементы котельных установок – котельный агрегат и топочное устройство. Топочное устройство служит для топлива наиболее экономичным способом и превращения химической энергии топлива в тепло котельный агрегат представляет собой теплообменное устройство, в котором происходит передача тепла от продуктов сгорания топлива воде и пару. Паровые котлы дают насыщенный пар. Однако во время транспортировки на значительные расстояния и использования для технологических нужд, а также на ТЭЦ пар должен быть перегретым, так как в насыщенном состоянии при охлаждении он сразу начинает конденсироваться. В состав котла входят: топка, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура. К вспомогательному оборудованию относятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации. В состав котельной установки также входят:

1. Баки для сбора конденсата.

2. Установки химической очистки воды.

3. Деаэраторы для удаления воздуха из химически очищенной воды.

4. Питательные насосы для подачи питательной воды.

5. Установки для редуцирования давления газа.

6. Вентиляторы для подачи воздуха к горелкам.

Дымососы для удаления дымовых газов от топок. Рассмотрим процесс получения пара с заданными параметрами в котельной, работающей на газовом топливе. Газ от газораспределительного пункта поступает в топку котла, где сгорает, выделяя соответствующее количество тепла. Воздух необходимый для горения топлива, нагнетают дутьевым вентилятором в воздухоподогреватель, расположенный в последнем газоходе котла. Для улучшения процесса горения топлива и повышения экономичности работы котла воздух перед подачей в топку может предварительно подогреваться дымовыми газами и воздухоподогревателем. Воздухоподогреватель, воспринимая тепло отходящих газов и передавая его воздуху, во-первых, уменьшает потерю тепла с отходящими газами, во- вторых, улучшает условия сгорания топлива за счет подачи подогретого воздуха в топку котла. При этом повышается температура горения и коэффициент полезного действия установки. Часть тепла в топке отдается испарительной поверхности котла – экрану, закрывающему стенки топки. Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Непрерывно циркулирующая в экране вода образует пароводяную смесь, которая отводится в барабан котла. В барабане пар отделяется от воды – получается так называемый насыщенный пар, поступающий в главную паровую магистраль. Выходящие из топки дымовые газы омывают змеевиковый экономайзер, в котором подогревается питательная вода. Подогрев воды в экономайзере целесообразен с точки зрения экономии топлива. Паровой котел является устройством, которое работает в сложных условиях – при высокой температуре в топке и значительном давлении пара. Нарушение нормального режима работы котельной установки может вызвать аварию. Поэтому на каждой котельной установке предусмотрен ряд приборов, подающих команду на прекращение подачи топлива к горелкам котла при следующих условиях:

1. При повышении давления в котле сверх допустимого;

2. При понижении уровня воды в котле;

3. При понижении или повышении давления в линии подачи топлива к горелкам котла;

4. При уменьшении давления воздуха в горелках;

Для управления оборудованием и контроля его работы котельная оснащена контрольно – измерительными приборами и приборами автоматики.

1. Понижение давления газа, идущего от ГРП;

2. Уменьшение разрежения в топке котла;

3. Повышение давления пара в барабане котла;

5. Погасание факела втопке.

3. Выбор средств измерения технологических параметров и их сравнительная характеристика

3. 1 Выбор и обоснование параметров контроля

Выбор контролируемых параметров обеспечивает получение наиболее полной измерительной информации о технологическом процессе, о работе оборудования. Контролю подлежат температура, давление.

4. Выбор параметров контроля и управления

Система управления должна обеспечить достижение цели управления за счет заданной точности технологических регламентов в любых условиях производства при соблюдении надежной и безаварийной работы оборудования, требований взрыво- и пожароопасности.

Целью управления электропотреблением является: снижение удельных расходов электроэнергии на производство продукции; рациональное использование электроэнергии технологическими службами подразделений; правильное планирование потребления электроэнергии; контроль потребления и удельных расходов электроэнергии на единицу выпускаемой продукции в режиме реального времени.

Главной задачей при разработке системы управления является выбор параметров, участвующих в управлении, то есть тех параметров, которые нужно контролировать, регулировать и анализируя изменение значений которых можно определить предаварийное состояние технологического объекта управления (ТОУ) .

Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом (ТП), а также пуск и остановка технологических агрегатов.

4. 1 Измерение давления

мановакуомметры; напоромеры (для измерения малых (до 5000 Па) избыточных давлений); тягомеры (для измерения малых (до сотен Па) разряжений); тягонапоромеры; дифманометры (для измерения разности давлений); барометры (для измерения атмосферного давления). По принципу действия различают следующие приборы для измерения давления: жидкостные, пружинные, поршневые, электрические и радиоактивные.

Для измерения давления газа и воздуха до 500 мм вод. ст. (500 кгс/м2) используют стеклянный U-образный жидкостный манометр. Манометр представляет собой стеклянную U-образную трубку, прикрепленную к деревянной (металлической) панели, которая имеет шкалу с делениями в миллиметрах. Наиболее распространенные манометры со шкалами 0-100, 0-250 и 0-640 мм. Величина давления равна сумме высот уровней жидкости, опущенной ниже и поднятой выше нуля.

На практике иногда используют манометры с двойной шкалой, в которых изменена цена деления в два раза и цифры от нуля вверх и вниз идут с интервалом 20:0-20-40-60 и т. д. при этом отпадает необходимость в указании высот уровней жидкости, достаточно измерить показания манометра по уровню одного колена стеклянной трубки. Измерение небольших давлений или разрежений до 25 мм вод. ст. (250 Па) однотрубными или U-образными жидкостными манометрами приводит к большим погрешностям при выполнении отсчета результатов измерения. Для увеличения масштаба показаний однотрубного манометра трубку наклоняют. На таком принципе работают жидкостные тягонапоромеры ТНЖ, которые заправляются спиртом плотностью r=0,85 г/см3. в них жидкость из стеклянного сосуда вытесняется в наклонную трубку, вдоль которой расположена шкала, градуированная в мм вод. ст. При измерении разрежения импульс подсоединяется к штуцеру, который связан с наклонной трубкой, а при измерении давления – со штуцером, который связан со стеклянным сосудом. Пружинные манометры. Для измерения давления от 0,6 до 1600 кгс/см2используются пружинные манометры. Рабочим элементом манометра служит выгнутая трубка эллипсовидного или овального сечения, которая деформируется под действием давления. Один конец трубки запаян, а другой соединен со штуцером, которым подсоединяется к измеряемой среде. Закрытый конец трубки через тягу соединен с зубчатым сектором и центральным зубчатым колесиком, на ось которого насажена стрелка.

Манометр присоединяется к котлу через сифонную трубку, в которой конденсируется пар или охлаждается вода и давление передается через охлажденную воду, чем предотвращается повреждение механизма от теплового действия пара или горячей воды, а также манометр защищается от гидравлических ударов.

В данном процессе целесообразно использовать датчик давления Метран-55. Выбранный датчик идеально подходит для измерения расхода жидкости, газа, пара. Данный датчик имеет требуемые пределы измерения – мин. 0-0. 06 МПа до макс. 0-100 МПа. Обеспечивает требуемую точность 0. 25 %. Также очень важно, что этот датчик имеет взрывозащищенное исполнение, выходной сигнал унифицирован– 4 -20 мА, что удобно при подключении вторичного прибора так как не требует дополнительной установки преобразователя выходного сигнала. Датчик имеет следующие преимущества: диапазон перенастройки 10:1, непрерывная самодиагностика, встроенный фильтр радиопомех. Микропроцессорная электроника, возможность простой и удобной настройки параметров 2-мя кнопками.

Измеряемое давление подаётся в рабочую полость датчика и воздействует непосредственно на измерительную мембрану тензопреобразователя, вызывая её прогиб.

Чувствительный элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Соединённая с металлической пластиной тензопреобразователя. Тензорезисторысоединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторовиразбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы датчиков поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.

Датчик имеет два режима работы:

Режим измерения давления; - режим установки и контроля параметров измерения.

В режиме измерения давления датчики обеспечивают постоянный контроль своей работы и, в случае неисправности, формируют сообщение в виде уменьшения выходного сигнала ниже предельного.

4. 2 Измерение температуры

Одним из параметров, который необходимо не только контролировать, но и сигнализировать максимально допустимое значение является температура.

термометры сопротивления и пирометры излучения.

В котельных для измерения температуры используются приборы, принцип работы которых основан на свойствах, проявляемых веществами при нагревании: Изменение объема – термометры расширения; Изменение давления – манометрические термометры; Появление термоЭДС – термоэлектрические пирометры;

Изменение электрического сопротивления – термометры сопротивления.

расширения применяются для местных измерений температур в пределах от -190 до +6000С. Основные достоинства этих термометров – простота, дешевизна и точность. Эти приборы часто используются в качестве образцовых приборов. Недостатки – невозможность ремонта, отсутствие автоматической записи и возможности передачи показаний на расстояние. Пределы измерения биметаллических и дилатометрических термометров от – 150 до +700 0С, погрешность 1-2 %. Чаще всего они используются в качестве датчиков для систем автоматического контроля.

Манометрические термометры. Служат для дистанционного измерения температуры. Принцип их действия основан на изменении давления жидкостей, газа или пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры.

Род рабочего вещества определяет вид манометрического термометра:

Газовые – инертным газом (азотом и др.)

Их достоинство – простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи показаний. Также к достоинствам можно отнести их взрывобезопасность и нечувствительность к внешним магнитным и электрическим полям. Недостатки – невысокая точность, значительная инерционность и сравнительно небольшое расстояние дистанционной передачи показаний.

Термоэлектрический пирометр. Используется для измерения температуры до 16000С, а также передачи показаний на тепловой щит и состоит из термопары, соединительных проводов и измерительного прибора.

Термопара представляет собой соединение двух проводников (термоэлектродов), изготовленных из различных металлов (платина, медь) или сплавов (хромеля, копеля, платинородия), изолированных друг от друга фарфоровыми бусами или трубочками. Одни концы термоэлектродов спаиваются, образуя горячий спай, а другие остаются свободными.

Для удобства при пользовании термопару помещают в стальную, медную или кварцевую трубку.

При нагревании горячего спая образуется термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит от температуры горячего спая и материала и материала термоэлектродов.

электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры. Термопреобразователи сопротивления: платиновые (ТСП) используются при длительных измерениях в пределах от 0 до +650 0С; медные (ТСМ) для измерения температур в диапазоне от –200 до +200 0С. В качестве вторичных приборов применяются автоматические электронные уравновешенные мосты, с классом точности от 0,25 до 0,5. Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы), изготовляются из окислов различных металлов с добавками. Наибольшее распространение получили кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) полупроводники, используемые для измерения температур в пределах от – 90 до +300 0С. В отличии от проводников, сопротивление термисторов при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону, благодаря чему они имеют высокую чувствительность. Однако изготавливать термисторы со строго одинаковыми характеристиками практически невозможно, поэтому они градуируются индивидуально. Термопреобразователи сопротивления в комплекте с автоматическими электронными уравновешенными мостами позволяют измерять и регистрировать температуру с высокой точностью, а также передавать информацию на большие расстояния.. Наибольшее распространение, в качестве первичных измерительных преобразователей таких термометров, в настоящее время получили: платинородий – платиновые (ТПП) преобразователи с пределами измерений от – 20 до + 1300 0С; хромель-копелевые (ТХК) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 600 0С и хромель-алюмелевые (ТХА) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 1000 0С. При кратковременных измерениях верхний предел температур для преобразователя ТХК можно повысить на 200 0С, а для преобразователей ТПП и ТХА на 300 0С. Для измерения температуры на трубопроводах и на котлах я решила выбрать термоэлектрические преобразователи типа ТХК – выбор именно этих преобразователей обусловлен тем, что в диапазоне измерения от –50 до +600 0С он имеет более высокую чувствительность, чем преобразователь ТХА. Основные характеристики термоэлектрического преобразователя типа ТХК – 251 изготовленного ЗАО ПГ «Метран»:

· Назначение: для измерения температур газообразных и жидких сред;

· Диапазон измеряемых температур: от – 40 до +600 0С;

· Длина монтажной части преобразователя 320 мм;

· Материал защитного чехла; нержавеющей стали, марки 12Х18Н10Т, а его диаметр 10 мм;

· Средний срок службы не менее 2-х лет;

· Чувствительный элемент: кабель термопарный КТМС-ХК ТУ16-505. 757-75;

4. 3 Измерение уровня

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом.

Путем измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в резервуаре. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерений называют уровнемерами.

Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате; сигнализации предельных значений уровня рабочей среды – сигнализаторы уровня.

По диапазону измерений различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерений 0,5 – 20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений (0÷ ±100) мм или (0÷ ±450) мм) обычно используются в системах автоматического регулирования.

В настоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами, из которых распространение получили поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиозотопные. Применяются и визуальные средства измерений.

Указательные или уровнемерные стекла выполняют в виде одной или нескольких камер с плоскими стеклами, соединенных с аппаратом. Принцип работы основан на свойстве сообщающихся сосудов. Применяются для местного измерения уровня. Длина стекол не превышает 1500 мм. К достоинствам относится простота, высокая точность: недостатки – хрупкость, невозможность передачи показаний на расстояние.

При расчете поплавковых уровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которые обеспечивают состояние равновесия системы «поплавок-противовес» только при определенной глубине погружения поплавка. Если пренебречь силой тяжести троса и трением в роликах, состояние равновесия системы «поплавок-противовес» описывается уравнением

где Gr, Gп – силы тяжести противовеса и поплавка; S- площадь поплавка; h1 – глубина погружения поплавка; pж- плотность жидкости.

Повышение уровня жидкости изменяет глубину погружения поплавка и на него действует дополнительная выталкивающая сила.

Достоинством этих уровнемеров является простота, достаточно высокая точность измерения, возможность передачи на расстояние, возможность работы с агрессивными жидкостями. Существенным недостатком является налипание вязкого вещества на поплавок, что влияет на погрешность измерения.

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на изменении емкости преобразователя от изменения уровня контролируемой среды. Пределы измерения этих уровнемеров от 0 до 5 метров, погрешность не более 2,5%. Информацию можно передавать на расстояние. Недостатком этого метода является невозможность работы с вязкими и кристаллизующимися жидкостями.

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления, которое создает столб жидкости. Измерение гидростатического давления осуществляется:

· манометром, подключаемом на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

· измерением давления газа, прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние.

В нашем случае наиболее подходящим является водоуказательный прибор с круглым и плоским стеклом, сниженные указатели уровня и водопробные краны. Водоуказательные приборы с круглым стеклом устанавливаются на котлах и баках с давлением до 0,7 кгс/см2. высота стекла может быть от 200 до 1500 мм, диаметр- 8 -20 мм, толщина стекла 2,5-3,5 мм. Плоское стекло может быть гладким или рифленым. Рифленое стекло «Клингер» с внутренней стороны имеет вертикальные призматические канавки, с внешней стороны отполировано. В таком стекле вода кажется темной, а пар светлым. Если при работе парового котла краны водоуказательного прибора не загрязнены, то уровень воды в нем слегка колеблется.

4. 4 Измерение расхода

Одним из важнейших параметров технологических процессов является расход протекающих по трубопроводам веществ. К средствам, измеряющим расход и количество веществ при товароучетных операциях, предъявляются высокие точностные требования.

Рассмотрим основные типы расходомеров: расходомеры переменного перепада давления, расходомеры постоянного перепада давления, тахометрические расходомеры, расходомеры скоростного напора, электромагнитные (индукционные) расходомеры, ультразвуковые.

Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газов и пара является принцип переменного перепада давления.

Принцип действия расходомеров постоянного перепада давления основан на перемещении чувствительного элемента по вертикали в зависимости от расхода вещества, при этом площадь проходного сечения изменяется так, что перепад давления на чувствительном элементе остается постоянным. Основным условием правильного отсчета является строго вертикальная установка ротаметра.

Расходомеры обтекания. Расходомеры обтекания относятся к большой группе расходомеров, называемых также расходомерами постоянного перепада давления. В этих расходомерах обтекаемое тело воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании расхода увеличивается и перемещает обтекаемое тело, в результате чего перемещающая сила уменьшается и вновь уравновешивается противодействующей силой. В качестве противодействующей силы служит вес обтекаемого тела при движении потока вертикально снизу вверх или сила противодействующей пружины в случае произвольного направления потока. Выходным сигналом рассматриваемых преобразователей расхода служит перемещение обтекаемого тела. Для измерения расхода газов и жидкостей на технологических потоках применяются ротаметры, снабженные преобразовательными элементами с электрическим или пневматическим выходным сигналом.

Вытекание жидкости из сосуда происходит через отверстие в дне или в боковой стенке. Сосуды для приема жидкости выполняют цилиндрическими или прямоугольными.

тонкий диск (шайбу) с отверстием цилиндрической формы, центр которого совпадает с центром сечения трубопровода, прибора измеряющего перепад давлений и соединительных трубок. Суммирующий прибор определяет расход среды по частоте вращения установленного в корпусе или рабочего колеса или ротора.

Для измерения расхода газа и пара я остановила свой выбор на интеллектуальном вихревом расходомере фирмы Rosemount типа 8800DR со встроенными коническими переходами, что позволяет на 50% снизить стоимость установки. Принцип действия вихревого расходомера основан на определении частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу. Он подходит для измерения расхода жидкости, пара и газа. По цифровому и импульсному выходу предел основной допускаемой погрешности равен ±0. 65%, а по токовому дополнительно ±0. 025%, выходной сигнал 4 – 20 мА. К достоинствам этого датчика можно отнести незасоряющаяся конструкция, отсутствие импульсных линий и уплотнений повышает надёжность, повышенная устойчивость к вибрации, возможность замены сенсоров без остановки процесса, малое время отклика. Возможность имитации поверки, отсутствует необходимость сужения трубопровода в процессе эксплуатации. В качестве вторичного прибора можно использовать А-100. Для измерения расхода воды применим датчик расхода воды корреляционный ДРК-4. Датчик предназначен для измерения расхода и объема воды в полностью заполненных трубопроводах. Основные преимущества:

· отсутствие сопротивления потоку и потерь давления;

· возможность монтажа первичных преобразователей на трубопроводе при любой ориентации относительно его оси;

· коррекция показаний с учетом неточности монтажа первичных преобразователей;

· беспроливной, имитационный метод поверки;

· межпроверочный интервал – 4 года;

· унифицированный токовый сигнал 0-5,4-20 мА;

· самодиагностика;

температуры жидкого топлива в общей напорной магистрали; давления пара в магистрали для распыла жидкого топлива; давления жидкого или газообразного топлива в общих напорных магистралях; расхода жидкого или газообразного топлива в целом по котельной. В котельной должна быть также предусмотрена регистрация следующих параметров: температура перегретого пара, предназначенного на технологические нужды; температура воды в подающих трубопроводах тепловой сети и горячего водоснабжения, а также в каждом обратном трубопроводе; давление пара в подающем коллекторе; давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети; расхода пара в подающем коллекторе; расхода воды в каждом подающем трубопроводе тепловой сети и горячего водоснабжения; расхода воды, идущей на подпитку тепловой сети. Деаэраторно - питательные установки оборудуют показывающими приборами для измерения: температуры воды в аккумуляторных и питательных баках или в соответствующих трубопроводах; давления пара в деаэраторах; давления питательной воды в каждой магистрали; давления воды во всасывающих и напорных патрубках питательных насосов; уровня воды в аккумуляторных и питательных баках.

*У котлов производительностью менее 0,55 кг/с (2 т/ч) – давление в общей питательной магистрали 6. Основные сведения о топливе.

Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения тепла. В соответствии с физическим состоянием топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное. К газообразному относятся природный газ, а также различные промышленные газы: доменный, коксовый, генераторный и другие. К высококачественному топливу относятся каменный уголь, антрациты, жидкое топливо и природный газ. Все виды топлива состоят из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относятся: углерод С, водород Н2,сера S. К негорючей части относятся: кислород О2, азот N2, влаги W и зола А. Топливо характеризуется рабочей, сухой и горючей массами. Газовое топливо наиболее удобно для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, поскольку топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.

5. Физико-химические свойства природных газов

Природные газы не имеют цвета запаха и вкуса. Основные показатели горючих газов, которые используются в котельных: состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрыва-емости и скорость распространения пламени. Природные газы чисто газовых месторождений состоят в основном из метана(82-98 %) и других более тяжелых углеводородов. В состав любого газообразного топлива входят горючие и негорючие вещества. К горючим относятся: водород (Н2), углеводороды(СmHn), сероводород (H2S), оксид углерода(СО2), к негорючим- углекислый газ (СО2), кислород (О2), азот(N2) и водяной пар (Н2О). Теплота сгорания- количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1м3 газа, измеряется в ккал/м3 или кДж/м3. Различают высшую теплоту сгорания Qвc, когда учитывается тепло, выделяемое при конденсации водяных паров, которые находятся в дымовых газах и низшую Qнc, когда это тепло не учитывается. При выполнении расчетов обычно используется Qвc, так как температура уходящих газов такова, что конденсация водяных паров продуктов сгорания не происходит. Плотность газообразного вещества prопределяется отношением массы вещества к его объему. Единица измерения плотности кг/м3. Отношение плотности газообразного вещества к плотности воздуха при одинаковых условиях(давление и температура) называется относительной плотностью газа pо. Плотность газа pr= 0,73 – 0,85 кг/м3 (pо = 0,57-0,66) Температурой горения называется максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха 0 оС, и такая температура называется жаропроизводительностью топлива. Температура горения отдельных газов составляет 2000-2100 о С. Действительная температура горения в топках котлов значительно ниже, составляет 1100-1600 о С и зависит от условий сжигания. Температура воспламенения- это такая температура, при которой начинается горение топлива без влияния источника воспламенения, для природного газа она составляет 645-700 о С. Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, в которой газа находится до 5% - не горит; от 5 до 15% - взрывается; больше 15% - горит при подаче воздуха. Скорость распространения пламени для природного газа – 0,67 м/с (метан СН4). Использование природного газа требует особых мер осторожности, так как возможна его утечка через неплотности в местах соединения газопровода с газовой арматурой. Наличие в помещении более 20% газа вызывает удушье, скопление его в закрытом объеме от 5 до 15 % может привести к взрыву газовоздушной смеси, при неполном сгорании выделяется угарный газ СО, который даже при небольшой концентрации оказывает отравляющее воздействие на организм человека.

6. Описание схемы автоматического контроля технологических параметров

6. 1 Функциональная схема автоматического контроля технологических параметров

Принцип построения системы контроля данного процесса – двухуровневый. Первый уровень составляют приборы, расположенные по месту, второй – приборы, находящиеся на щите у оператора.

Таблица2.

7. Основные принципы автоматизации котельных установок

Объем систем автоматизации котельной установкизависит от типа котлов, установленных в котельной, а также от наличия в её составе конкретного вспомогательного оборудования. На котельных установках предусматривают следующие системы: автоматического регулирования, автоматики безопасности, теплотехнического контроля, сигнализации и управления электроприводами. Автоматические системы регулирования. Основные виды АСР котельных установок: для котлов – регулирование процессов горения и питания; для деаэраторов – регулирование уровня воды и давление пара. Автоматическое регулирование процессов горения следует предусматривать для всех котлов, работающих на жидком или газообразном топливе. При применении твердого топлива АСР процессов горения предусматривают в случаях установки механизированных топочных устройств.

топлива АСР не предусматривают.

Регуляторы питания рекомендуют устанавливать на всех паровых котлах. Для котельных установок, работающих на жидком топливе, необходимо предусматривать АСР температуры и давления топлива. Котлы с температурой перегрева пара 400 0С и выше должны быть снабжены АСР температуры перегретого пара. Автоматика безопасности. Системы автоматики безопасности для котлов на газообразном и жидком топливе следует предусматривать обязательно. Эти системы обеспечивают прекращение подачи топлива в аварийных ситуациях.

Таблица3.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были приобретены практические навыки анализа технологического процесса, выбора средств автоматического контроля согласно поставленным задачам, расчета измерительных схем приборов и средств контроля. Так же были получены навыки проектирования системы автоматического контроля технологических параметров.

Литература

1. А. С. Боронихин Ю. С. Гризак «Основы автоматизации производства и контрольно измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов»М. Стройиздат 1974г. 312с.

2. В. М. Тарасюк «Эксплуатация котлов» практическое пособие для операторов котельной; под редакцией Б. А. Соколова. – М.: ЭНАС, 2010. – 272с.

3. В. В. Шувалов, В. А. Голубятников «Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. Для техникумов. – 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1985г. - 352 с. ил.

4. Макаренко В. Г., Долгов К. В. Технические измерения и приборы: Методические указания к курсовому проектированию. Юж. -Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. – 27с.

Введение

Введение

Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использование агрегатов большой единичной мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам.

Под технологическим процессом понимают совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах, целью которых является получение продукта, обладающего заданными свойствами; осуществляются они в ректификационных колоннах, реакторах, экстракторах, абсорберах, сушилках и других аппаратах. Обычно с целью переработки химических веществ и получения целевых продуктов из этих аппаратов компонуют сложные технологические схемы.

Технологический процесс, реализованный на соответствующем технологическом оборудовании, называют технологическим объектом управления . ТОУ это отдельный аппарат, агрегат, установка, отделение, цех, производство, предприятие. Различные внешние возмущающие воздействия (изменение расхода или состава исходного сырья, состояния и характеристик технологического оборудования и т.д.) нарушают работу ТОУ. Поэтому для поддержания его нормального функционирования, а также при необходимости изменения условий его работы, например, с целью ведения технологического процесса по некоторой программе или получения целевого продукта другого качества или состава, ТОУ нужно управлять.

Управление - это целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает его оптимальное функционирование и количественно оценивается величиной критерия (показателя) качества. Критерии могут иметь технологическую или экономическую природу (производительность технологической установки, себестоимость продукции и т.д.). При автоматическом управлении воздействие на объект осуществляется специальным автоматическим устройством в замкнутом контуре; такое соединение элементов образует автоматическую систему управления. Частным случаем управления является регулирование.

Регулированием называют поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых постоянных или переменных значений с целью обеспечения нормального режима его работы посредством подачи на объект управляющих воздействий.

Автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых значений, называют автоматическим регулятором .

автоматическое регулирование гидрокрекинг химический

1. Исследование технологического процесса

1.1 Общая характеристика производственного объекта

Установки гидрокрекинга, регенерации катализатора и гидродеароматизации дизельного топлива (РК и ГДА) предназначены для получения:

• гидроочищенного сырья для установок каталитического крекинга;
• высококачественного дизельного топлива с низким содержанием серы и ароматики;
• керосиновой фракции (150-280°С), используемой в качестве компонента товарного керосина или как компонента дизельного топлива;
• бензиновой фракции (С5-175°С), вовлекаемой в сырье установок вторичной переработки.
• Использование процессов гидроочистки и гидрирования средних дистиллятов и фракций вторичных процессов позволяют вовлекать эти фракции в производство дизельного топлива и в сырье каталитического крекинга.
• Рабочий проект установок гидрокрекинга, РК и ГДА выполнен ОАО "ВНИПИНефть" на основе базового проекта фирмы "Тексако" США и расширенного базового проекта фирмы "АББ ЛуммусГлобал".
• Проектная мощность установки гидрокрекинга по сырью составляет - 3518,310 тысяч тонн в год;
• установки ГДА по дизельному топливу - 1200 тысяч тонн в год.
• Процесс гидрокрекинга осуществляется в расширенном слое катализатора, где сырье подается вниз реактора под слой катализатора.
• Создание и поддержание расширенного слоя катализатора в реакторе обеспечивается подачей гидрогенизатаэбуляционным насосом под слой катализатора.
• Установка гидрокрекинга включает в себя:
• реакторный блок гидрокрекинга;
• блок компримирования водородсодержащего газа;
• блок сепарации продуктов гидрокрекинга;
• блок фракционирования;
• блок очистки циркулирующего водородсодержащего газа и углеводородного газа от сероводорода;
• блок сбора факельных сбросов;
• блок дренажных емкостей для амина и углеводородов.
• Установка РК и ГДА включает в себя:
• блок регенерации катализатора;
• секцию гидродеароматизации дизельного топлива (ГДА) с узлом ввода присадок.

1.2 Описание технологического объекта управления

Технологическим объектом управления является колонна фракционирования 10-DA-201, в которой происходит разделение жидких продуктов реакции на целевые фракции.

Основным сырьём колонны 10-DA-201 является жидкость из ГСНД 10-FA-201 (гидрогенизат), нагретая в печи 10-ВА-201 до 370-394°С. Из печи 10-ВА-201 сырье поступает на 6-ю тарелку колонны 10-DA-201.

Лёгкое сырьё из сепаратора 10-FA-202 после теплообменников 10-ЕА-201, 10-ЕА-202, 10-ЕА-203 и 10-ЕА-204 с температурой 205-237°С подаётся на 19 или 16-ю тарелку фракционирующей колонны 10-DA-201 взависимости от выпуска летнего или зимнего типа дизельного топлива.

Для отпарки и уменьшения парциального давления легких углеводородных фракций в кубовую часть фракционирующей колонны 10-DA-201 через сепаратор 10-FA-206 подается перегретый пар среднего давления с температурой не более 390°С.

Расход пара в колонну регулируется регулятором расхода 10-FICA-0067 с сигнализацией по низкому 2,5 т/ч расходу пара в колонну 10-DA-201.

Конденсат из сепаратора 10-FA-206выводится через конденсатоотводчик в коллектор конденсата.

Уровень конденсата в сепараторе 10-FA-206 контролируется по прибору 10-LISA-0033 с сигнализацией 71 % и блокировкой по аварийно высокому уровню 79 % на закрытие клапана 10-FV-0067 на линии подачи пара в колонну 10-DA-201.

С верха фракционирующей колонны 10-DA-201 пары углеводородов, сероводорода, аммиака и водяные пары с температурой 120-150°С и давлением 1,5-1,95 кгс/см2 поступают в конденсатор воздушного охлаждения 10-ЕС-202АIF.

Температура верха колонны контролируется по прибору 10-TIСA-0143 с сигнализацией по низкой 120°С и высокой 150°С температуре.

Давление паров в верху колонны контролируется по приборам 10-PISA-0170, 10-PISA-0423A/B с сигнализацией по низкому 1 кгс/см2 и высокому давлению 3 кгс/см2.

При достижении в верху колонны 10-DA-201 аварийно высокого давления 3,5 кгс/см2 от двух приборов из трех 10-PISA-0170, 10-PISA-0423A/B срабатывает блокировка на останов печи 10-ВА-201:

закрываются отсекатели 10-XV-0023, 10-XV-0024, клапан 10-FV-0145 на линии подачи топливного газа и отсекатель 10-XV-0007 на линии подачи газов регенерации в печь, открываются отсекатели 10-XV-0025, 10-XV-0006 в атмосферу;

автоматически переустанавливается с автоматического на ручное регулирование регулятора расхода 10-FICA-0142А на линии подачи воздуха в печь и закрывается клапан 10-FV-0067 на линии подачи пара в колонну фракционирования 10-DA-201.

Температура куба, зоны питания, зон отбора дизельного топлива, керосина и верха колонны 10-DA-201 контролируется по приборам 10-TI-0149, 10-TI-0148, 10-TI-0147, 10-TI-0146, 10-TI-0145, 10-TI-0144.

Перепад давления между тарелками с 1 по 21-ю и с 21 по 32-ю по высоте колонны 10-DA-201 контролируется по приборам 10-PDIA-0176, 10-PDIA-0173 с сигнализацией по высокому перепаду 0,3 кгс/см2.

Выходящие с верха колонны пары поступают в конденсаторы воздушного охлаждения 10-ЕС-202AIF.

Охлажденная и частично сконденсированная парогазовая смесь из конденсаторов воздушного охлаждения 10-ЕС-202АIF с температурой 48-52°С, контроль которой осуществляется по прибору 10-TI-0181, поступает в межтрубное пространство водяных холодильников 10-ЕА-205А/В, где охлаждается оборотной водой, и с температурой 30-45°С, контроль которой осуществляется по приборам 10-TIА-0183А/В, поступает в сепаратор 10-FA-203.

Из сепаратора 10-FA-203 углеводородный газ с температурой 30-45°С и давлением 1,2-1,45 кгс/см2 поступает на очистку от сероводорода в скруббер низкого давления 10-DA-207.

Сконденсировавшийся и отделившийся от воды нестабильный бензин из сепаратора 10-FA-203 через отсекатель 10-HV-0119 поступает на всас насоса 10-GA-204A/S.

Основная часть нестабильного бензина с температурой 35-45°С насосом 10-GA-204A/S через регулятору расхода 10-FICA-0066 с сигнализацией по низкому значению 32 т/ч возвращается в качестве орошения в колонну 10-DA-201 на 32 тарелку колонны 10-DA-201.

Балансовое количество нестабильного бензина через регулятор расхода 10-FIC-0095 с коррекцией по уровню 10-LICSA-0037С в сепараторе 10-FA-203 откачивается в дебутанизатор 10-DA-204.

Фракционирующая колонна 10-DA-201 имеет две глухие тарелки 17 и 25 для отбора дизельной и керосиновой фракций.

С 25-ой глухой тарелки колонны 10-DA-201 керосиновая фракция с температурой 170-195°С через регулятор расхода 10-FIC-0072 подается в стриппинг 10-DA-203 на верхнюю 6-ю тарелку для отпарки легких углеводородов.

Температура керосиновой фракции перед стриппингом 10-DA-203 контролируется по прибору 10-TI-0152.

Пары легких углеводородов с верха стриппинга 10-DA-203 с давлением 1,97 кгс/см2 и температурой 165-210°С, контроль которой осуществляется по прибору 10-TI-0158, возвращаются в 10-DA-201 под 30-ю тарелку в 10-DA-201.

Куб стриппинга 10-DA-203 разделен перегородкой, обеспечивающей постоянный уровень керосиновой фракции в межтрубном пространстве термосифонногорибойлера 10-ЕА-207.

Керосиновая фракция с нижней тарелки попадает в кубовую часть стриппинга на сторону вывода потока в рибойлер 10-ЕА-207.

Пароконденсатная смесь из 10-ЕА-207 с температурой 203-220°С возвращается в кубовую часть стриппинга.

Температура потоков керосиновой фракции до и после 10-ЕА-207 контролируется по приборам 10-TI-0154, 10-TI-0155.

Чёткость разделения фракции керосина и нестабильного бензина обеспечивается поддержанием заданной температуры между 2 и 3-ей тарелками стриппинга 10-DA-203, скорректированной по давлению от прибора 10-PI-0428.

Дизельная фракция с 17-й глухой тарелки колонны 10-DA-201 с температурой 244-295°С, контроль которой осуществляется по прибору 10-TI-0151, разделяется на два потока: поток дизельного циркуляционного орошения и поток, поступающий на отпарку в стриппинг 10-DA-202.

Поток циркуляционного орошения насосом 10-GA-206A/S подается в трубное пространство теплообменника 10-ЕА-202, где отдавая тепло легкому сырью фракционирующей колонны, поступающему по межтрубному пространству, охлаждается и с температурой 170-225°С поступает в качестве циркуляционного орошения на 21-ю тарелку в колонну 10-DA-201.

Расход циркуляционного орошения в колонну 10-DA-201в количестве 110-130т/ч регулируется регулятором расхода 10-FIC-0057, клапан 10-FV-0057 которого установлен на выходе циркуляционного орошения из 10-ЕА-202.

Температура циркуляционного орошения в колонну 10-DA-201 на выходе из 10-ЕА-202 регулируется регулятором температуры 10-TIC-0125, клапан 10-TV-0125 которого установлен на байпасе теплообменника 10-ЕА-202.

Наличие жидкости на всасе насосов 10-GA-206A/S контролируется сигнализатором уровня 10-LS-0068 c блокировкой на останов насоса 10-GA-206A/S по отсутствию жидкости.

Основной поток дизельной фракции, выводимой из колонны 10-DA-201 с постоянным расходом от 10-FIC-0076 по клапану 10-FV-0076, поступает на отпарку легких углеводородов на верхнюю 6-ю тарелку в стриппинг 10-DA-202. Пары легкой фракции с верха стриппинга 10-DA-202 с давлением до 2,04 кгс/см2 и температурой 246-252°С, контроль которой осуществляется по прибору 10-TI-0160, и блока ГДА из 10-DA-501 возвращаются под глухую 25-ю тарелку в 10-DA-201.

Куб стриппинга 10-DA-202 разделен перегородкой, обеспечивающей постоянный уровень дизельной фракции и создание движущей силы в межтрубном пространстве рибойлера 10-ЕА-206.

Пароконденсатная смесь из 10-ЕА-206 с температурой 250-293°С возвращается в кубовую часть стриппинга.

Из куба 10-DA-201 предусмотрена самотечная линия аварийного освобождения колонны по отсечному клапану 10-HV-0157 в ёмкость аварийных сбросов 10-FA-412.

Уровень в кубе колонны 10-DA-201 регулируется регулятором уровня 10-LICА-0032, клапаны 10-FV-0109, 10-FV-0112 которого установлены на линиях вывода горячего и холодного газойля с установки после теплообменников 10-ЕА-214А/В и 10-ЕС-203.

Выбор регулирования уровня в кубе колонны 10-DA-201 от приборов 10-LIСSA-0032A и 10-LIСSA-0032В осуществляется посредством селектора 10-HS-0309, с сигнализацией по низкому 25 % и высокому уровню 80 % уровню.

При достижении аварийно низкого 7 % уровня от приборов 10-LIСSA-0032А/В срабатывает блокировка на останов насоса 10-GA-202A/S, а при достижении аварийно высокого уровня 93 % срабатывает блокировка на закрытие клапана 10-FV-0067 на линии подачи пара в колонну 10-DA-201.

Товарный газойль с куба колонны 10-DA-201 с температурой 342-370°С через отсекатель 10-HV-0075 насосом 10-GA-202A/S подается в рибойлеры 10-ЕА-206, 10-ЕА-207, 10-ЕА-506, откуда объединенный поток газойля с температурой 328-358°С поступает двумя параллельными потоками в межтрубное пространство теплообменников 10-ЕА-217С/В/А и 10-ЕА-217F/E/D, где нагревает сырье гидрокрекинга.

2. Идентификация объекта управления

Для синтеза АСР необходимо знать математическую модель объекта управления.

Математическая модель объекта управления была получена методом активного эксперимента. Он заключается в снятии переходных характеристик и определении по ним коэффициентов передаточной функции. Переходная характеристика - это решение дифференциального уравнения системы при ступенчатом входном воздействии и нулевых начальных условиях. Данная характеристика, как дифференциальное уравнение, характеризует динамические свойства линейной системы (стационарность свойств объекта, линейность объекта регулирования, сосредоточенность параметров объекта).

2.1 Идентификация по каналу задания

Переходная характеристика по каналу задания была снята после изменения положения клапана 10FV0076 с 40,4% до 42% открытия. Реакция объекта на возмущение измерялась датчиком по позиции 10TI0147 и фиксировалась на SCADAсистеме.

Для идентификации объекта будет использован метод интегральных площадей Симою. Для повышения точности данного метода будет произведено сглаживание кривой разгона по методу скользящего среднего.

Время запаздывания: τз=25 мин.

2.2 Идентификация объекта по каналу возмущения

В качестве ступенчатого воздействия на объект по каналу возмущения было выбрано резкое изменение расхода орошения в колонну 10DA201, измеряемое прибором по позиции 10FI0066. Такое воздействие с достаточной точностью можно считать ступенчатым.

Аналогично идентификации объекта по каналу задания, для повышения точности необходимо сгладить переходную характеристику.

Расчет коэффициента передачи объекта:

Время запаздывания:

Идентификация объекта выполнена в программе LinReg.

В результате модель объекта имеет вид:

3. Синтез системы регулирования

3.1 Синтез одноконтурной системы регулирования температуры на 17 тарелке колонны фракционирования 10DA201

Регулирование температуры в колонне осуществляется посредством изменения расхода слива дизельного топлива с 17 тарелки. В данной системе расход орошения в колонну будет являться внешним возмущением.

В качестве одноконтурной системы регулирования уровня была рассмотрена система с ПИ регулятором. Расчет оптимальных настроек ПИ регулятора был произведен методом Ротача В.Я. при помощи программы LinReg.

Параметры настройки ПИ-регулятора:

Ти=13,6.рез=0.046

3.2 Синтез одноконтурной системы регулирования температуры на 17 тарелке колонны фракционирования 10DA201 с компенсацией возмущения по каналу орошения

Одним из возмущений, влияющих на работу колонны, является изменение расхода орошения, подающимся под 31 тарелку колонны. Это возмущение является измеримым, что делает возможным создание системы с компенсацией данного возмущения.

Структурная схема такой системы примет вид, представленный на рис.8.

Для обеспечения условия абсолютной инвариантности регулируемой величины относительно возмущения должно выполняться условие

После подстановки реальных значений передаточных функций Wυ (s), Wµ (s) иWp (s) получаем

Данная функция не может быть реализована изза наличия упреждения е20s. Абсолютной инвариантности в такой системе добиться невозможно, поэтому задачу следует решать с инвариантностью до ε. Определим векторкчх данной функции на наиболее опасной резонансной частоте:

WK (jwрез) =-2.9+3.2i

Вектор КЧХ на резонансной частоте попадает во 2 квадрант комплексной плоскости, поэтому имеет смысл в качестве устройства ввода воздействия от возмущения использовать реальное дифференцирующее звено второго порядка, т.к. его КЧХ также частично находится во 2 квадранте.

В общем виде дифференцирующее звено второго порядка имеет вид

Пренебрегая упреждением в передаточной функции идеального компенсирующего элемента, получим передаточную функцию компенсатора

Проанализировав функцию в Matlab можно сделать вывод, что коэффициент при первой степени в числителе является незначимым. Также пренебрегая коэффициентами при третьей степени (т.к. они не оказывают существенного влияния на свойства передаточной функции), приводим передаточную функцию к виду реального дифференцирующего звена второго порядка

Рис.9 Корректировка коэффициентов компенсатора.

В итоге была получена передаточная функция компенсатора

4. Моделирование системы автоматического регулирования в приложении Simulink пакета MatLab

4.1 Моделирование идеальной САР

Рис.11 Отработка задания одноконтурной САР и САР с компенсацией возмущения.

Рис.12 Отработка возмущения одноконтурной САР и САР с компенсацией возмущения.

4.2 Сравнение работы одноконтурной САР и САР с компенсацией возмущения

ПараметрОдноконтурная САР Одноконтурная САР с компенсацией возмущенияПо заданиюПо возмущениюПо заданиюПо возмущениюМаксимальный выброс1,313,11,313,1Время регулирования, мин16924016995Степень затухания0,870,870,870,99

4.3 Моделирование реальной САР

Работа реальной системы отличается от идеальной некоторыми нелинейностями, такими как нечувствительность датчиков, ограниченным ходом и люфтом исполнительного механизма.

Для их моделирования используются следующие элементы:

Deadzone - блок генерирует нулевой выход в пределах указанной области, называемой мертвой зоной (диапазон измерения*класс точности*0,05=0.06; диапазон измерения*класс точности*0,05= - 0.06);

Backlash - моделирует люфт, присутствующий в исполнительном механизме (Δy*0,05=0,5);

Saturate - нелинейный элемент-ограничитель моделирует ограничение хода исполнительного механизма (70; - 30);

Рис.13 Модель реальной одноконтурной САР и реальной САР с компенсацией возмущений.

4.4 сравнение характеристик идеальных и реальных САР

Рис.14 Отработка задания идеальной и реальной системой.

Рис.15 Отработка возмущением реальной и идеальной одноконтурной САР

Рис.16 Отработка возмущения идеальной и реальной САР с компенсацией возмущения.

ПараметрОтработка заданияОтработка возмущения одноконтурной САР без компенсации возмущенияОтработка возмущения одноконтурной САР с компенсацией возмущенияидеальнаяреальнаяидеальнаяреальнаяидеальнаяреальнаяМаксимальный выброс13,112,831313131Время регулирования, мин16937024047995327Степень затухания0,870,920,890,910,990,99

Идеальная и реальная системы практически не отличаются по максимальному выбросу и по степени затухания, однако реальная система имеет значительно меньшее быстродействие. Опытным путем было установлено, что основное влияние на быстродействие оказывает люфт исполнительного механизма. Следовательно, при выборе средств автоматизации особое внимание следует уделить выбору исполнительного механизма.

5. Расчет регулирующего органа и выбор средств автоматизации

5.1 Расчет регулирующего органа

P1=P2=2кгс/см2

Fmax=115000кг/час = 160 м3/час

Dвн=0.3м

Определение общего перепада давления в сети:

Рассчитаем значение критерия Рейнольдса при максимальномрасходе:

Условие гидравлической гладкости труб:

условие выполняется, следовательно труба не является гидравлически гладкой. Определяем коэффициент трения λ=0,0185, исходя из значения критерия Re и отношения внутреннего диаметра трубы к высоте выступов шероховатости трубопровода по номограмме.

Находим суммарную длину прямых участков трубопровода:

Определение средней скорости в трубопроводе при максимальном расходе:

Вычислим потерю давления на прямых участках трубопровода:

Определим суммарный коэффициент местных сопротивлений трубопровода:

Вычислим потерю давления в местных сопротивлениях трубопровода:

Общие потери давления в линии:

Перепад давления в регулирующем органе при максимальном расходе:

Найдем максимальную пропускную способность регулирующего органа:

Таблица условных пропускных способностей регулирующих органов

Выбираем регулирующий орган с условной пропускной способностью и диаметром условного прохода.

Проверим влияние вязкости на пропускную способность регулирующего органа, для этого произведем перерасчет значения критерия Рейнольдса, в соответствии с диаметром условного прохода регулирующего органа:

Выбираем данный регулирующий орган без определения поправочного коэффициента на вязкость жидкости.

Определим уточненное значение максимального расхода:

Определим относительные значения расходов:

Определение диапазона перемещений для n=0 с линейной характеристикой

Определяем диапазон перемещений для:

а) С линейной характеристикой:

б) С равнопроцентной характеристикой: 0,23 < S < 0,57

Определяем максимальное и минимальное значение коэффициента передачи для рабочего диапазона нагрузок:

а) Для линейной пропускной характеристики:

б) Для равнопроцентной пропускной характеристики:

Значение отношения минимального и максимального значений коэффициента передачи при линейной пропускной характеристике больше, чем при равнопроцентной. Следовательно, выбираем линейную расходную характеристику. Статическая неуравновешенность затвора:

Максимально возможное давление на клапан;

Разность площадей верхнего нижнего корпуса;

Сила давления среды на шток:

Диаметр штока;

Максимальное давление за клапаном

5.2 Выбор технических средств автоматизации

Клапан малогабаритный регулирующий производства фирмы ЛГ Автоматика . Пневматический исполнительный механизм поставляется в комплекте с клапаном.

Условное давление Ру, МПа1,6Условный проход, мм200Пропускная характеристикалинейнаяДиапазон температур регулируемой среды-40. +500Диапазон температур окружающей среды-50…+70Исходные положения плунжера клапанаНЗ - нормально закрытоеМатериал корпуса12Х18Н10ТМатериал дроссельной пары12Х18Н10ТКласс герметичности для регулирующих клапанов по ГОСТ 23866-87 (по DIN) VКласс герметичности по ГОСТ 9544-93В

Изолирующий барьер искрозащитыметран 631 изобар

Основная погрешность барьера при передаче аналогового сигнала: 0,05%

Ограничение входного тока питания: 200мА

Ограничение входного тока питания со стороны датчика: 23.30мА

Напряжение питания, В: 20.30

Маркировка взрывозащиты: ExiaIIC

Время срабатывания, мс: 50

Наработка на отказ, часов: 50000

Термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом ТХАУ Метран 271

Выходной сигнал: 4.20мА

Диапазон температур: - 40…800 оС

Предел допустимой основной погрешности: 0,25%

Зависимость сигнала от температуры: линейная

Виброустойчивость: V1

Маркировка взрывозащиты: ExiaIICT5

Напряжение питания, В: 14.34

Вихревой расходомер Rosemount 8800D

Выходной сигнал: 4.20мА с цифровым сигналом на базе HART протокола, частотно импульсный 0.10кГц, цифровой FF

Диапазон температур среды: - 40…427оС

Предел измерений объемного расхода м3/ч: 27…885

Предел допустимой основной погрешности: 0,65%

Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65

Виброустойчивость: V1

Маркировка взрывозащиты: ExiaIICT6

Максимальное входное напряжение питания: 30В

Максимальный входной ток: 300мА

6. Метрологический расчет измерительных каналов

Блок схема каналов измерения температуры и расхода выглядит следующим образом:

Рис.17 Блок схема измерительных каналов.

Погрешность данной измерительной системы складывается из погрешностей, вносимых чувствительным элементом датчика температуры, нормирующим преобразователем, барьером искрозащиты, линией связи, платой ввода микропроцессорного комплекса.

На данный момент производители кабелей и интерфейсов передачи данных практически свели к нулю погрешность, вносимую линией связи, следовательно, её при расчетах не учитывают. В свою очередь погрешности нормирующего преобразователя, чувствительного элемента а также платы ввода/вывода микропроцессорного комплекса определены фирмой производителем, тогда предел допускаемой погрешности измерительного канала определится как:

γдт =0,25% - погрешность термопреобразователя; γбиз =0,05% - погрешность, вносимая барьером искрозащиты; γлс =0% - погрешность, вносимая линией связи; γв/в

γдт =0,65% - погрешность термопреобразователя;

γбиз =0,05% - погрешность, вносимая барьером искрозащиты;

γлс =0% - погрешность, вносимая линией связи;

γв/в =0,1% - погрешность платы ввода/вывода.

Данная погрешность позволит обеспечить требуемую точность измерения канала.

7. Расчет надежности системы автоматического регулирования

Под надежностью системы управления понимают способность системы выполнять предъявляемые к ней требования за заданное время в пределах, заданных ее техническими характеристиками. Полностью исключить отказ оборудования невозможно, следовательно, надежность СУ не может быть 100% -ной.

Произведем расчет вероятности возникновения внезапных отказов измерительного канала если известно, что: для контроллеров ExperionC300 среднее время наработки на отказ t ср. н = 150000 часов; для термопреобразователя ТХАУ Метран 271 время наработки на отказ t ср. н =20000 часов; для расходомера Rosemount 8800Dвремя наработки на отказ t ср. н =50000 часов; для барьеров искрозащиты Метран 631 время наработки на отказ t ср. н =50000 часов; для соединительных проводов вероятность отказа за 2000 часов составляет 0,004.

Условно примем, что закон распределения отказов экспоненциальный, тогда вероятность безотказной работы определяем по формуле: , где λ =1/t ср. н .

Вероятность безотказной работы контроллера ExperionC300:

Вероятность безотказной работы термопреобразователя ТХАУ Метран 271:

Вероятность безотказной работы барьера искрозащиты Метран 631":

Вероятность безотказной работы расходомера Rosemount 8800D:

Вероятность безотказной работы линий связи: