Дипломная работа: Автоматизация узла получения оксиэтилированных алкилфенолов

– сигнализация и блокировка вышедших за пределы параметров, регистрация их.

АСУ ТП завода реализует информационные функции:

– опрос групповых преобразователей и первичная переработка информации;

– средние значения в смену, сутки, месяц;

– суммарное значение параметров за смену, сутки, месяц;

– расчеты технико-экономических показателей.

На производстве используются приборы и средства автоматизации фирмы Kent, которые отвечают требованиям современного управления, используют аналоговые и дискретные электрические унифицированные сигналы для передачи информации:

– термометр сопротивления ТСП с градуировкой 50П;

– нормирующий преобразователь TC-Rсм2.

Приборы, использующиеся в данной разработке, обладают рядом преимуществ: высокая точность, быстродействие, простата настройки. Но система управления недостаточна гибка, чтобы решать оптимизационные задачи, недостаточно быстра для решения многоконтурных задач.

Приборы контроля и сигнализации вынесены на центральный щит.

В качестве регулирующих устройств используются пневматические клапана фирмы «MASONEILAN s.p.a Italy» серии 10000 с пневматическими позиционерами серии 7400 и серии 4600 и пневматические клапана CAMFLEX II серии 35002.

2.2 Анализ существующей системы автоматизации

Существующая система автоматического управления создана по иностранному проекту и не учитывает отечественной организации производства. Она реализована на локальных одноконтурных системах регулирования. Несущий информационный сигнал 4–20 мА постоянного тока, что на время разработки системы являлось большим шагом вперед по сравнению с отечественными системами, использовавшими пневматические сигналы.

АСУТП реализована на отечественных системах, функции АСУТП только информационные.

Приборы используют различную градуировку шкал, и она не всегда даёт достаточную информацию, что затрудняет работу оперативного персонала.

Существующая система блокировок и защит достаточно эффективна, но приводит к немедленному останову и невозможности быстрого пуска.

Используется большое количество ручного дистанционного управления.

Проблемы возникают с устаревшими вторичными приборами КИП:

– низкие метрологические характеристики;

– истекший срок службы;

– механический износ подвижных частей.

Существующая система автоматизации не реализует функции верхних уровней управления, слабо используется многосвязное управление, что приводит к большому участию оперативного персонала, склонному к субъективным ошибкам. Не используются компенсации возмущений на входах и выходах объектов регулирования.

Некоторые параметры контроля и регулирования, выбраны таким образом, что не всегда обеспечивается качественное управление процессом. Это, прежде всего, объясняется недостаточным уровнем технических средств и построением системы управления на базе релейных схем.

Отсутствие приборов качественного анализа, а точнее сказать невозможность их использования, вследствие их износа и невозможностью правильной работы, привело к большому запаздыванию внесения регулирующих воздействий и пересмотру уставок регулирования. Это привело к снижению оперативности в управлении качеством.

Вследствие частых отказов и нестабильной работы оборудования в последнее время часто возникает потеря важных технологических и технико-экономических показателей, снизилась надёжность системы управления, что в конечном итоге может привести к инцидентам и авариям.

2.3 Выводы по необходимости модернизации системы

После анализа существующей системы управления на производстве приходим к следующим результатам:

-  настоящая система управления не удовлетворяет нормам и требованиям, предъявляемым к современным производствам, управлению и эксплуатации;

-  в результате физической и моральной изношенности оборудования невозможно дальнейшее наращивание производства, улучшения качества выпускаемой продукции;

-  в соответствии с возрастающей потребностью предприятия в оперативной информации, появилась необходимость создания информационной сети, связывающей все подразделения ОАО «НКНХ»;

-  настоящая система управления не способна вести чёткий контроль расхода сырья и материалов, а также экономить энергоресурсы.

Основным направлением модернизации существующей САУ является модернизация схемных методов регулирования, использование приборов электрической системы, имеющих малую погрешность и большое быстродействие, а так же применение АСУТП. Существующая система автоматизации может быть переведена на АСУТП на нижний уровень иерархического управления.

В качестве управляющей системы предлагается интегрированная система управления производством «CENTUM CS 3000» японской фирмы «YOKOGAWA». Все приборы, участвующие в управлении процессом, предлагается выбрать марки этой же фирмы, так как все их показатели соответствуют требованиям, предъявляемым к современному ведению технологическим процессом.

2.4 Постановка задачи дипломного проектирования

Целью модернизации системы управления процессом является повышение технико-экономических показателей работы технологического оборудования за счет усовершенствования системы контроля и управления, направленного на достижение оптимальных режимов работы объекта за счет заданной точности поддержания технологического регламента в любых условиях производства при соблюдении надежной безаварийной работы оборудования и требований взрыво- и пожаробезопасности.

Целью управления при ведении технологического процесса является высокоэффективная работа технологического объекта управления.

Эффективность работы оценивается значением критерия управления – показателем, характеризующим функционирование технологического объекта управления в целом и принимающим числовые значения в зависимости от возмущающих и управляющих воздействий.

Для установки производства оксиэтилирования алкилфенолов в качестве критерия управления ставится следующая задача управления процессом: получение целевого продукта заданного качества с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаровзрывобезопасности производства.

Для реализации данной задачи необходимо:

– проанализировать установки производства;

– разработать и обосновать модернизированную функциональную схему системы управления производством оксиэтилирования алкилфенолов с целью повышения качества регулирования;

– разработать структуру АСУ ТП и её техническое обеспечении современными средствами автоматизации. Обосновать их выбор;

– провести анализ работоспособности проектируемой АСУ ТП.

3. Разработка системы управления технологическим процессом

3.1 Формулировка критерия управления и ограничений Постановка задачи управления процессом

Целью управления при ведении технологического процесса является высокоэффективная работа технологического объекта управления. Эффективность работы оценивается значением критерия управления – показателем, характеризующим функционирование технологического объекта управления в целом и принимающим числовые значения в зависимости от возмущающих и управляющих воздействий.

Спецификой автоматизации массообменных процессов является то, что они очень сложны в управлении и стоимость сырья и конечных продуктов достаточно велика, поэтому система автоматизации должна способствовать упрощению управления производством, повышению пожаровзрывобезопасности, снижению затрат на сырье при более полном его использовании и снижении брака, при условии обеспечения заданного качества продуктов. Тогда возможная словесная постановка задачи при нахождении оптимального режима работы такова – требуется выбрать режим работы реактора таким, чтобы при заданной общей производительности и заданных характеристиках конечных продуктов, затраты на их получение были минимальными. Одной из основных задач производства оксиэтилирования алкилфенолов является получение целевого продукта заданного качества с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаровзрывобезопасности производства.

В данном случае, как объект управления, будем рассматривать узел оксиэтилирования алкилфенолов. В реакторе SA-201A, B, C происходит процесс смешения. Показателем эффективности процесса смешения является помутнение компонента в смеси, а цель управления будет получение смеси с определённой степенью помутнения этого компонента. В реактор SA-201A, B, C могут поступать возмущающие воздействия, поэтому следует регулировать непосредственно температуру смеси Qсм, внося регулирующее воздействие изменением расходов окиси этилена, катализированного алкилфенола, греющего пара поступающего в рубашки реакторов SA-201А, B, C. В данном случае будем регулировать концентрацию неонола марки АФ9–9. Значение получаемой марки неонола задается оператором.

На основе этих переменных можно представить структурную схему объекта управления на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структурная схема объекта управления

Основной выходной координатой – «у» является расход неонола с заданной степенью помутнения.

Основными входными координатами является расход катализированного алкилфенола – х1, расход окиси этилена – х2, расход греющего пара в рубашки реакторов – х3. Кроме того, объект подвержен неконтролируемым возмущениям: изменение температуры и давление окружающей среды – z1, изменение давления в реакторах – z2, изменение давления в коллекторе пара на обогрев аппаратов – z3, старение оборудования – zn и т.д. Критерий управления:

При действии на объект вектора возмущений Z нужно найти вектор управляющих воздействий U*= минимизирующий значение целевой функции Q:

Q*=min Q,

при соблюдении ограничений на входные переменные процесса:

R1≥0

…

…

…

Rk ≥0.

Таким образом, мы подходим к критерию эффективности управления процессом. Критерием эффективности объекта управления является получение сырья заданной степени помутнения, с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаро – взрывобезопасности производства.

Q Qзад. при min. энергозатрат.

Целевая функция численно выражает нашу заинтересованность в том или ином режиме объекта.

В качестве целевой функции принимаем критерий, имеющий технологическую природу – производительность установки, показатели качества получаемого продукта.

При заданном объеме выпуска конечной продукции критерий примет вид:

Q=→ min,

где Цi – цена i-го вида материала или энергии;

Gi – количество израсходованного за год i-го вида исходных материалов или энергии;

m – количество затрачиваемых в процессе параметров.

3.2 Выбор и описание структурной схемы системы автоматизации

АСУ ТП должна способствовать выполнению основной задачи управления процессом. Система обеспечивает централизованный контроль работы технологических агрегатов, сигнализацию отклонений параметров от регламентных норм, дистанционное управление исполнительными механизмами, регулирование отдельных технологических параметров, защиту технологического процесса и оборудования при возникновении аварийных ситуаций, формирование и печать протокола нарушений и сообщений, формирование и печать отчётных документов.

Исходя из основной задачи управления технологическим процессом, предлагается использовать трехуровневую распределенную систему управления.

Структурная схема предлагаемой системы разбивается на 3 уровня:

1) уровень датчиков и исполнительных механизмов;

2) уровень контроллеров;

3) уровень ЭВМ.

Уровень датчиков и исполнительных механизмов.

На этом уровне реализуются следующие функции:

1) непрерывное измерение технологических параметров;

2) первичная обработка информации;

3) передач полученной информации о состоянии технологического объекта на следующий уровень в аналоговом виде.

Первичная обработка включает в себя следующие операции:

1)  линеаризация выходных сигналов датчиков с нелинейными или слабо линейными характеристиками и их масштабирование;

2)  фильтрация выходных сигналов датчиков от высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал;

3)  проверка исходной информации на достоверность и коррекция результатов измерений;

4)  коррекция показаний датчиков при отклонении условий измерений от расчетных.

На уровне датчиков предлагается использовать интеллектуальные датчики. Тенденция их развития, связанная с расширяющимися возможностями встроенных в них микропроцессоров, заключается в передаче им от контроллеров всё большего числа простейших типовых функций контроля и управления.

Уровень контроллеров.

Это специализированная сеть микропроцессорных контроллеров РСУ и ПАЗ, ориентированная на автоматизированное управление производственными процессами в режиме реального времени и выполняющая следующие функции:

1)  сбор информации с нижнего уровня;

2)  обнаружение отклонений текущих значений параметров за пределы допускаемых значений, сигнализация и регистрация при их наличии;

3)  расчет оптимальных значений технологических параметров;

4)  расчет не измеряемых величин и обобщенных показаний;

5)  реализация сложных законов управления и осуществление оптимального управления процессом по критериям управления;

6)  формирование управляющих воздействий по законам регулирования, с целью стабилизации параметров;

7)  обмен информацией с рабочими станциями промышленного исполнения;

8)  прием управляющих воздействий от рабочих станций и выдача их на исполнительные механизмы;

9)  непрерывный самоконтроль в процессе работы и подробная самодиагностика при обнаружении неисправностей;

11)    ведение информационной базы данных.

Уровень ЭВМ.

Рабочие станции промышленного исполнения включают станцию оператора и станцию инженера.

Станция оператора выполняет следующие функции:

– управление в реальном масштабе времени технологическим процессом;

– визуализация состояния технологического оборудования в удобном для восприятия и анализа виде, ведение базы данных, обработку данных;

– автоматическое и ручное управление технологическим процессом;

– сигнализация отклонений параметров от регламентных норм;

– расчет технико-экономических показателей;

– контроль за работоспособным состоянием системы ПАЗ, регистрация срабатывания системы ПАЗ;

– самодиагностика;

– формирование и выдача протокола нарушений и сообщений.

Станция инженера выполняет следующие функции:

– задание уставок блокировки;

– дистанционная настройка регуляторов, установка диапазонов датчиков;

– отладка программ, настройки мнемосхем, трендов и.т.д.;

– связь с другими системами автоматизации;

– защита баз данных и программного обеспечения от несанкционированного доступа.

В комплект рабочих станций входят печатающее устройство, сенсорные экраны, соединяющие устройства, источники бесперебойного питания, манипуляторы, звуковые устройства, различные накопители информации.

Связь между уровнем датчиков и уровнем контроллеров АСУ ТП должна осуществляться электрическим способом, с помощью аналоговых и дискретных сигналов.

Связь между уровнем контроллеров и уровнем рабочих станций промышленного исполнения должна осуществляться кодовым способом посредством специализированных промышленных компьютерных сетей обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Связь во время управления процессом между контроллерами должна работать в режиме односторонней передачи информации – от ПАЗ к РСУ.

Уровень рабочих станций промышленного исполнения АСУ ТП должна иметь программные и аппаратные средства для подключения к информационно-управляющей системе завода, организованной на базе протокола Ethernet.

АСУ ТП должна быть ориентирована на работу в жёстком реальном времени, то есть быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок.

Система должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции без нарушения работоспособности системы, кроме того, система должна быть резервируема и полностью автономна.

Функционирование системы должно быть рассчитано на круглосуточный режим работы, с остановкой на профилактику не чаще чем 1 раз в год в период капитального ремонта.

Технические средства ПАЗ должны быть резервированы. При выходе из строя какого-либо из блоков, система ПАЗ должна автоматически переходить на резервный блок с выдачей соответствующего сообщения.

Должна быть предусмотрена возможность замены неисправных модулей в оперативном режиме работы системы ПАЗ. Так же система должна иметь автономные средства отображения, регистрации информации и архивизации, то есть должна быть автономной.

3.3 Разработка и описание функциональной схемы автоматизации технологического объекта управления

Процесс получения оксиэтилированных алкилфенолов включает в себя следующие технологические объекты управления: реакторный блок SА-201А, В, С, испаритель Е-201, сепаратор SV-204, емкости SR-301, SR-304, деаэратор SA-301, смесители МХ-301А, В, теплообменники Е-301А, В, емкости SR-302, SR-303.

Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе действующих инструкций и технологического регламента, заказной спецификации на приборы и средства автоматизации, контроллера и сигналов ввода / вывода, соблюдая нормы и требования, предъявляемых к проектированию функциональных схем.

В качестве параметров контроля выбираем те, которые необходимы при пуске, останове и эксплуатации установки, которые дают наиболее полное представление о процессе, при минимальном их количестве. Параметры регулирования выбираются из тех параметров, которые активно влияют на показатели эффективности и на критерий управления процессом.

Таблица 5 – Показатели технологического режима, сигнализации и блокировок

Повышение качества переходных процессов и повышение качества регулирования возможно за счет усложнения структурных схем регулирования.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7