Дипломная (вкр): Автоматизация процесса каталитического риформинга

GE Fanuc 90-30 обрабатывает и формирует как аналоговые, так и дискретные сигналы

Для конфигурирования и программирования контроллера GE Fanuc 90-30 используется язык технологического программирования Ladder Logic Diagrams - язык релейной логики лестничных диаграмм. Рабочую программу создают с помощью программного средства Versa Pro. Пакета Сimplicity относится к классу современных, имеющих широкое применение во всем мире. Качество и надежность гарантируется фирмой-производитем GE Fanuc, имеющей большой опыт работы в данной сфере.

Эта SCADA-система имеет следующие характеристики: реализация мониторинга, диспетчерского управления, формирования отчетов любой сложности, тревог, трендов (в том числе исторических).

Для проведения тендера по программным техническим комплексам было предложено три варианта:

·   комплекс технических средств полевой автоматики без контроллера;

·   программируемый логический контроллер SIMATIC S7-400 и WinCC;

·   программируемый логический контроллер GE Fanuc 90-30 и SCADA-пакет Cimplicity.

Таблица 2.6 - Оценки первого эксперта

Таблица 2.7 - Оценки второго эксперта

Таблица 2.8 - Оценки третьего эксперта

Таблица 2.9 - Результаты тендера по программно-техническому комплексу

Из предложенных к рассмотрению вариантов ПТК наибольшее число баллов (хотя и с небольшим отрывом от остальных) получил ПТК ПЛК SIMATIC S7-400 и SCADA-пакет WinCC.

2.5 Разработка функциональной схемы автоматизации

Автоматизированная система управления технологическим процессом обрабатывает поступающую информацию, вырабатывает и реализует управляющие воздействия на технологические объекты управления и протекающие процессы. Отличительной особенностью автоматизированной системы управления является наличие человека в обратной связи. Поэтому АСУ ТП можно назвать человеко-машинной системой. Какого высокого уровня автоматизации мы бы не достигли, главная роль в системе АСУ ТП принадлежит все же человеку. Отсутствие широкого применения автоматических систем связано с тем, что машинам-автоматам не свойственно принимать решения, основанные на чувствах, в отличие от человека, который для принятия решений зачастую руководствуется интуитивными импульсами. Поэтому автоматические системы используют только для реализации высокочастотного регулирования, где человек в силу своих физиологических возможностей не справляется (локальные и каскадные контуры регулирования). С их помощью удается оптимизировать качество протекания производственных процессов, и немаловажную роль в этом играют управляющие вычислительные комплексы, реализующие оперативный сбор и обработку информации, а также вырабатывающие управляющие воздействия. Для соблюдения целостности процесса управления необходимо, чтобы для проектируемой интегрированной АСУ ТП было реализовано следующее обеспечение:

-     техническое;

-           информационное;

-           программное;

-           алгоритмическое;

-           организационное.

Так как целью проекта является реализация задач стабилизации технологических параметров на уровне локальных и каскадных контуров управления, алгоритмическое и организационное обеспечение в рамках проекта остаются прежними, остальные претерпевают некоторые изменения.

На уровне техники предусмотрены мероприятия по замене следующего оборудования:

-     датчиков уровня ДМ 3583М на более совершенные радарные датчики VegaPuls-64 (4 штук);

-     датчики давления ДСП - 778Н на Метран -100ДИ (3штуки);

-     датчики расхода на кариолисовые расходомеры (3 штуки);

-           КТС Режим - 1М на ПЛК SIMATIC S7-400.

Демонтаж следующего оборудования:

-     датчики уровня ДМ 3583М (4штук);

-           вторичные преобразователи НП-П3 (4 штук);

-           первичные преобразователи НП-ТЛ-1И (86 штук)

-           электропневматические преобразователи ЭПП-12 (86 штук)

-           регуляторы ПР3.31 (17 штук);

-           показывающие приборы КСП-3 (53 штук);

-           показывающие приборы Диск-250 (6 штук).

Информационное обеспечение организовано таким образом, что информационные потоки постоянно идут снизу вверх и обратно. Низ представлен датчиками и контроллерами. Верх - компьютерной системой, представленной набором кадров человеко-машинного интерфейса, разработанного в среде SCADA-пакета WinCC.

Поскольку демонтажу подлежит большое количество оборудования, исчезает необходимость в обслуживающем его персонале. Поэтому рационально сократить одну должность слесаря КИПиА. Во всем остальном кадровое обеспечение АСУ ТП остается без изменений.

В результате анализа требований к системе автоматизации и принятых технических решений, с учётом технологических особенностей технологического процесса разработана функциональная схема автоматизации.

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта. Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации с указанием функциональных связей между управляемым технологическим процессом и средствами автоматики.

При разработке функциональной схемы были определены:

а) основные принципы контроля и управления технологическим процессом;

б) места установки датчиков и исполнительных механизмов на технологическом оборудовании;

в) необходимые приборы систем автоматизации;

Рассмотрим, как осуществляется регулирование в отдельных контурах.

Стабилизация температуры продукта на выходе.

Стабилизация температуры продукта на выходе печи осуществляется по следующему контуру регулирования: сигнал с датчика термосопротивления (1-4) поступает на вход контроллера. Также на котроллер поступает заданное значение температуры. Далее происходит сравнение сигналов с датчика с заданным значением и если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на выходе контроллера вырабатывается сигнал, который поступает на блок управления блок управления БУ-21 (41-1), где в зависимости от положения универсального переключателя реализуется автоматическое управление или ручное, кнопками “больше”, “меньше”. После этого сигнал поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (41-2), который обеспечивает подачу силового питания на механизм исполнительный однооборотный МЭО (41-3). Он, в свою очередь, изменяет положение регулирующего органа - заслонки на трубопроводе подачи топлива. Сигнал о положении заслонки поступает с дистанционного указателя положения ДУП - М.

Стабилизация расхода нестабильной головки из емкости Е-202 с коррекцией по уровню.

Сигнал с датчика расхода (22) поступает на вход контроллера. Сигнал с датчика уровня Vegapuls 64(33) поступает на вход, в зону регулятора уровня. Регулятор уровня получает задание от регулятора расхода, в соответствии со схемой конфигурирования заложенной в контроллере и вырабатывает выходной сигнал, который поступает на блок управления БУ-21 (41-1), где в зависимости от положения универсального переключателя реализуется автоматическое управление или ручное, кнопками “больше”, “меньше”. После этого сигнал поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (41-2), который обеспечивает подачу силового питания на механизм исполнительный однооборотный МЭО (41-3). Он, в свою очередь, изменяет положение регулирующего органа - заслонки на трубопроводе. Сигнал о положении заслонки поступает с дистанционного указателя положения ДУП - М.

Условные обозначения элементов схемы и названия измерительных приборов, исполнительных механизмов и преобразователей приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Условные обозначения на функциональной схеме

3. Исследование объектов автоматизации

.1 Обследование структуры и параметров объекта управления

Управление современными мощными многопоточными трубчатыми печами имеет целью не просто стабилизацию отдельных технологических параметров, а оптимизацию наиболее важных показателей ее работы, в том числе распределение нагрузки на змеевики по расходу продукта, оптимизацию процесса горения в топочном пространстве (тяго-дутьевого режима, состава топочных газов). Эта задача усложняется в случае использования жидкого топлива. От правильной организации процесса горения зависят экономические показатели работы трубчатых печей.

Показателем эффективности работы печи как объекта управления является температура нагретого продукта, а целью управления поддержание ее на заданном уровне. Возмущающие воздействия на процесс нагревания могут проявляться в виде изменений расхода продукта и его начальной температуры, изменений расхода топлива в результате колебаний давления в топливной магистрали, изменений теплоты сгорания топлива. С учетом этих факторов, а также требований обеспечения безопасной работы автоматизация трубчатых печей является сложной задачей.

Система стабилизации температуры является одноконтурной, на регулятор поступает сигнал с датчика температуры (термопары), этот сигнал сравнивается с заданием Yзад, управляющее воздействие вырабатывается по ПИ-закону регулирования.

Итак, проведем анализ схемы автоматического регулирования температуры продукта на выходе из трубчатой печи установки каталитического риформинга.

Структурная схема объекта управления изображена на рисунке 3.1.

Z (t) - приведенное возмущение, Y (t) - управляемая величина, Yз (t) - задание,(t)= Yз (t)- Y (t) - рассогласование, U (t) - управляющая величина.

Рисунок 3.1 - Структурная схема объекта регулирования

Управляемая нашего объекта величина Y -температура нагретого продукта на выходе, измеряется прибором и имеет диапазон 480- 5500С. Заданная температура - YЗАД. Управляющая величина U - расход топлива.

Сигнал с датчика температуры поступает на регулятор обратной связи (РОС), сравнивается с сигналом задания, и величина рассогласования поступает на исполнительный механизм, который воздействует на объект изменением количества топлива.

3.2 Математическое описание объектов автоматизации

Для определения параметров объекта экспериментально была получена кривая разгона объекта регулирования, изображена на рисунке 3.2. Которая строилась при перестановке рабочего органа исполнительного механизма на 60%.

Рисунок 3.2 - Разгонная характеристика объекта регулирования

После аппроксимации S-образной кривой разгона, получаем аппроксимированную, по которой находим:

Постоянную времени объекта

.