Автоматизация блока стабилизации бензина

Исходя  из физико-химической сущности процесса, выдвигается предположение, что  наиболее значительными каналами влияния  на давление насыщенных паров являются температуры низа колонны, верха  и на 22ой тарелке, и расход низкокипящих компонентов F как видно из формулы (1).

 

P^н.п. (t_в ; t₂₂ ; t_н;F_nk )            (1)

 

Таблица исходных данных для расчёта

С помощью  приложения APPROXIMATION расчитываем коэффициенты для параметоров:

 

 + к₄(F_nk⁰-F_nk) (2)

 

Подставив в  формулу (2) номинальные значения, получаем:

 

    ₍₃₎

 

 

 

На основе данной математической модели процесса была реализована имитационная модель управления по показателю качества, представленная на рисунке.

Колонна является устойчивым объектом, обладающим свойством самовыравнивания.

 

                  

Рисунок 2 –  Имитационная модель управления по показателю качества

 

4.3 Оценка адекватности системы

 

Представленная  модель колонны стабилизации адекватно влияет на подачу возмущающих воздействий в виде изменения технологических параметров. Рассмотрим некоторые из них и проанализируем как влияют изменения на давление насыщенных паров.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 Имитационная модель колонны (Т верха + 10%)

 

 

 

Рисунок 4 Имитационная модель колонны (Т верха - 10%)

 

 

Рисунок 5 Имитационная модель колонны (Т низа + 10%)

 

Рисунок 6 Имитационная модель колонны (Т низа - 10%)

 

 

 

 

 

Рисунок 7 Имитационная модель колонны (Т 22 + 10%)

 

 

 

Рисунок 8 Имитационная модель колонны (Т 22 - 10%)

 

4.4 Выводы и результаты

В соответствии с полученными переходными  кривыми модель колонны 

 работает  стабильно.

        Разработанная модель процесса управления  колонной стабилизации   в целом устойчива, вполне адекватна.

Отметим, что 

- при подаче возмущающего воздействия  по температуре вверха Тв+ 10% погрешность составляет:

- при подаче возмущающего воздействия  по температуре верха Тв - 10%  погрешность составляет:

 

- при подаче возмущающего воздействия по температуре низа Тн + 10% погрешность составляет:

- при подаче возмущающего воздействия по температуре низа Тн- 10% погрешность составляет:

 

- при подаче возмущающего воздействия по температуре 22 тарелки Т22 + 10% погрешность составляет:

- при подаче возмущающего воздействия по температуре на 22 тарелке - 10% погрешность составляет:

 

 

 

        Очевидно, что каналом наибольшего влияния на давление насыщенных паров в колонне является канал подачи возмущающего воздействия по температуре низа.

 

Приведенная модель с достаточной степенью достоверности  отражает зависимость давления насыщенных паров от температур. В данной модели реализован ПИ-регулятор по отклонению д.н.п. от заданного значения, для того чтобы соответствовать реальному объекту введен лимитирующий блок.

Для динамического  изменения параметров используются блоки типа «ползунок».

Построение  данной имитационной модели решает задачу, относящуюся к классу «продвинутых».

5. Разработка АСУТП

5.1 Структурная схема АСУТП

Рис.  2 Структурная схема АСУТП

 

 

 

АСУТП состоит  из 2-х целевых подсистем:

информационно – управляющей (ИУП)

противоаварийной  защиты (ПАЗ).

АСУТП  представлят собой следующее:

1-й уровень – датчики, испольнительные механизмы

2-й уровень  -  система управления, включающая  в себя:

Распределенную  систему управления (РСУ) – в составе  ИУП;

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) – в  составе ПАЗ.

Системы РСУ и ПАЗ состоит из следующих  узлов:

• процессорные станции управления – промышленные контроллеры, подсистемы управления;
• многофункциональные операторские станции;
• инженерные станции – рабочие места разработчика конфигурации (инженера программиста).

Уровень технологических  контроллеров выполняет:

• ввод/вывод данных с модулей контроллера;
• контроль достоверности вводимой информации;
• фильтрация вводимых данных, подавление дребезга контактов и т.д;
• контроль правильности работы аппаратуры;
• приведение физических сигналов к шкале, выполнение линеаризации и компенсации;
• отслеживание границ сигналов, предупредительной, аварийной, недостоверности;
• контроль обрывов и перегрузок;
• необходимость вывода данных в сводки событий, аварий, историю, на принтер, включение звука и т.д;
• выполнение технологической программы, включая регулирование.

Уровень рабочих  станций выполняет:

• прием данных от технологических контроллеров;
• контроль достоверности поступающей информации;
• выполнение архивирования данных на жестком диске: занесение в сводки аварий, событий, историю;
• наблюдение за состоянием системы с помощью различных графических форм: мнемосхем, трендов, таблиц и т.д;
• управление системой с помощью различных графических форм: панелей управления, кнопок и т.д;
• подготовка отчетных документов и вывод их на твердую копию;
• вывод оперативных оповещений оператору;
• реализацию цветовой и звуковой сигнализации.

Уровень инженерных станций выполняет:

• создание конфигурации подсистемы;
• отладка конфигурации;
• хранение конфигурации и ее загрузка в узлы системы;
• изменение конфигурации и ее загрузка в рабочем режиме системы (ON LINE).

Связь между  компонентами 1-го и 2-го уровней АСУТП  осуществляется электрическими сигналами: аналоговые сигналы, дискретные сигналы.

Связь между  компонентами 2-го уровня осуществляется преимущественно кодовым способом посредством специализированных промышленных компьютерных сетей большой производительности, обеспечивающих полный цикл обмена данными  между компонентами в пределах одной  секунды. Обмен информацией осуществляется автоматически.

АСУТП имеет  программные и аппаратные средства для подключения к информационной сети завода, организованной на базе сети Ethernet.

5.2 Функциональная схема контроля и управления в нормальном режиме  

Разрабатываемая распределенная автоматизированная система  управления (РСУ) предназначена для  контроля, управления технологическим  процессом и противоаварийной защиты.

В данном проекте  рассматривается  замена электронных  приборов (регуляторов, регистраторов, и индикаторов), установленных на щите КИП, и  релейной схемы  сигнализации и противоаварийной защиты (С и  ПАЗ), смонтированных на  стойках  реле и преобразователей, на распределенную систему управления  и ПАЗ.

В результате создания систему будут  достигнуты следующие цели:

Уменьшение вероятности возникновения  аварийных ситуаций;

Облегчение условий и повышение  культуры труда технологического персонала, за счет предоставляемого системой сервиса;

• Уменьшение количества выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации;
• Повышение качества и быстродействия регулирования и, как следствие, достижение высокого уровня стабилизации технологических режимов;
• Повышение производительности установки за счет улучшения качества регулирования и  управления  технологическим процессом;
• Повышение информационного обеспечения технологического и эксплуатационного персонала;
• Повышение надежности работы  системы управления, за счет применения современных технических устройств на основе микропроцессорных и вычислительных средств и наличия самодиагностики;
• Повышение точности измерения технологических параметров;
• Уменьшение материальных и энергетических затрат.

Заказная спецификация на систему  управления приведена в Приложении 9

Ключевым  критерием качества работы АСУТП  является стабильность заданных характеристик  технологического процесса с учетом противоаварийной защиты для всех стадий технологического процесса.

Достижение  вышеозначенных целей будет способствовать также улучшению экологической  обстановки.

В целом, внедрение  АСУТП позволит обеспечить достижение главной цели - получение стабильной прибыли за счет производства конкурентоспособной  продукции, удовлетворяющей требованиям  потребителей.

ПАЗ функционирует  как независимая структура от системы управления, и имеет раздельные  каналы получения информации и выходы на исполнительные механизмы . Она строиться на автономно функционирующих средствах микропроцессорной техники, измерительных датчиках и исполнительных механизмах и обеспечивает гарантированную реализацию аварийной сигнализации и алгоритмов защитных блокировок технологических процессов в критических ситуациях.

                                     

Данная система  решает следующие задачи:

• Измерение блокирующих технологических параметров и сигнализация превышения/ занижения заданных пределов;
• Запись, долговременное хранение и просмотр трендов по всем параметрам;
• Запись, долговременное хранение и просмотр сообщений оператору, выдаваемых системой;
• Контроль за действиями оператора;
• Управление контурами ПАЗ.

 

В состав системы  входят следующие элементы:

• В качестве операторской станции – компьютер в промышленном исполнении SIMATIC PC RI45 PIII-866, работающий под управлением операционной системы WINDOWS NT V4 и Advantech Studio 6.1 ;
• Контроллер семейства SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS, включающий в состав:

- блоки  питания;

- модуль  центрального процессора;

- модули  дискретных входов;

- модули  аналоговых входов;

- модули  дискретных выходов;

- интерфейсные  модули.

• Система защищена от сбоев питающей сети блоком бесперебойного питания Liebert UPStation GXT 1500VA.

 

   В качестве операционной системы использована Microsoft WINDOWS NT версии 4.0 с пакетом расширения SP5. Для реализации задач, поставленных перед СИСТЕМОЙ, использована SCADA-система Advantech Studio 6.1.

6. Программно-техническая  реализация АСУТП

Разработка  АСУТП с использованием SCADA – системы Advantech Studio 6.1

 

            Advantech Studio представляет собой мощный, интегрированный набор средств автоматизации, которая включает все строительные блоки, необходимые для разработки современных Человеко-машинные интерфейсы (HMI), а также диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) приложений, которые работают на 32-битных и 64-разрядные ОС Windows XP/Vista/7, Server Издания и CE.NET, или в Internet / Intranet окружающей среды. Простым перетаскиванием, точку и нажмите окружающей среды развитие упрощает наиболее сложным поведением вашего живые процессы, но гибкий и легкий в использовании язык сценариев, также доступны для специальных требований. Advantech Studio в настоящее время используется в почти 125 тысяч установок по всему миру. Advantech Studio для Windows CE.NET & Embedded основана на полной шкале Advantech студии диспетчерского управления и мониторинга системы, и имеет почти все те же функции, в том числе объектно-ориентированных баз данных, математические функции, генерация отчетов, архивирование, сигнализация, партия рецепты и интерфейсы для ПЛК, удаленного ввода / вывода и TCP / IP сетей. Иными словами, Advantech Studio для Windows CE.NET является полнофункциональной системы диспетчерского управления и мониторинга системы, которая помещается в ладони вашей руки или может быть встроен в чипсет с низкой стоимостью интерфейс оператора. Advantech Studio для Windows CE.NET это программное обеспечение для полного диспетчерского контроля и мониторинга процесса с оператором интерфейс, который доступен для Microsoft Windows CE.NET платформе операционной системы.

 

Характеристики

• Публикация в режиме реального времени динамичный и анимированных графических экранов и удаленно просматривать как веб-страницы в браузере Internet Explorer или безопасного просмотра Advantech студии
• Более 240 встроенных драйверов в том числе CANbus и BACnet
• Защита интеллектуальной собственности
• Поддерживает встроенный Advantech Studio сценариев или VBScript
• Встроенная безопасность за счет встроенной поддержки для распределенных систем безопасности и полной интеграции с Microsoft Active Directory через LDAP
• Используйте SMA и любой веб-включен сотовый телефон с браузером для мониторинга / доступ метки (значения процесса) и сигнализации
• Поддержка последних стандартов OPC (PC UA, OPC DA 2.05, OPC. NET и OPC XML / DA)
• Поддержка ADO / ODBC, FTP, SNMP, PDF, Multi-Language, отчеты, рецепты, e-mail, избыточность и удаленной диагностики
• (Доступно только в Северной Америке)