Усовершенствование системы автоматизированного управления сухими газоочистными установками алюминиевых заводов
Разработка алгоритмов управления с применением математических моделей, позволяющих в рамках автоматизированных систем управления технологическим процессом сухой газоочистки для алюминиевых заводов повысить энерго-экологические показатели производства.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.04.2018 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СУХими ГАЗООЧИСТНыми УСТАНОВКами АЛЮМИНИЕВых ЗАВОДов
Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
ЗОТОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
Екатеринбург 2011
Работа выполнена на кафедре автоматики и управления в технических системах Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Лисиенко Владимир Георгиевич
Официальный оппоненты: доктор технических наук, профессор Казаринов Лев Сергеевич
кандидат технических наук Кудрявцев Владислав Сергеевич
Ведущая организация ФГУП «НПО Автоматики» имени академика М.А. Семихатова (г. Екатеринбург)
Защита состоится «29» июня 2011 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д212.298.03 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080 г. Челябинск. пр. Ленина, 76.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Южно-Уральского государственного университета.
Автореферат разослан «29» мая 2011 года.
Ученый секретарь диссертационного совета
Д 212.298.03 при Южно-Уральском
государственном университете, д.т.н. С.Г. Некрасов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Большая часть окружающей человека среды несет на себе следы его производственной деятельности. Особенно остро стоит вопрос о защите воздушного бассейна: токсины в газообразной мелкодисперсной аэрозольной форме выбрасываются в верхние слои атмосферы без обезвреживания, разносятся воздушными потоками на значительные расстояния, пагубно влияя на состояние фауны и флоры.
Крупномасштабными источниками этого загрязнения являются предприятия цветной металлургии. В связи с вышеизложенным, возникает необходимость в решении проблем промышленных предприятий в области газоочистки, экологии и, в частности, повышении уровня автоматизации технологических процессов, внедрении современных средств АСУТП и КИП. Эти проблемы решаются созданием газоочистных установок и последующей их автоматизацией.
В последнее время часто применяется сухой метод очистки газов, который осуществляется в низконапорном реакторе с взвешенным слоем частиц глинозема и рукавном фильтре, что обеспечивает улавливание фторидов, пыли и полициклических ароматических углеводородов. Наибольшее распространение сухого метода обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, для мокрого способа очистки требуется большое количество воды и связанное с этим дорогостоящее и занимающее большие площади шламовое хозяйство. Во-вторых, улавливаемую сухим способом пыль гораздо легче утилизировать, чем шламовую пульпу, образующуюся при мокром способе.
Способы управления сухими газоочистными установками алюминиевых заводов, описанные работах таких авторов, как Ладыгичев М.Г., Старк С.Б., Мазус М.Г., Dawson P.R. позволяют осуществлять управление, как правило, с непосредственным участием человека, что ставит управляющую систему в зависимость от его своевременного вмешательства. От этого может зависеть не только исправность аппаратных средств, но и качество очистки газов, поступающих с производства.
Поэтому существует необходимость в разработке алгоритмического обеспечения для автоматического управления сухой газоочистной установкой, наиболее полно отвечающего требуемым параметрам и режимам работы технологического оборудования, предъявляемым его производителями, то есть в соответствии с технологией очистки производственных газов.
Целью работы является разработка алгоритмов управления, с использованием математических моделей, позволяющих в рамках автоматизированных систем управления технологическим процессом сухой газоочистки для алюминиевых заводов повысить энерго-экологические показатели производства алюминия, снизить концентрации вредных выбросов в атмосферу и, как результат, улучшить экологическую обстановку в промышленных зонах.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1) Проведение анализа математических моделей, выражающих условия улавливания мелкодисперсных пылей алюминиевого производства на рукавных фильтрах;
2) Проведение сопоставительного анализа экспериментальных данных процесса улавливания мелкодисперсных пылей и соответствующих модельных расчетов с целью оценки возможности применения моделей при решении задач автоматического управления рукавными фильтрами;
3) Разработка математической модели зависимости периода между регенерациями рукавных фильтров от перепада давления на них;
4) Разработка алгоритмов автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
5) Разработка программного обеспечения системы автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
6) Разработка технического обеспечения системы автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
7) Внедрение разработанной системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров в рамках АСУ ТП сухой газоочистной установки ОАО «БАЗ - СУАЛ»;
8) Проведение энерго-экологического анализа процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров.
Объектом исследования является технологический процесс удаления электролизных газов при производстве алюминия.
Предметом исследования являются автоматизированные системы управления технологическим процессом удаления электролизных газов при производстве алюминия.
Методика исследования в основу методики исследования положены труды российских и зарубежных ученых по автоматизированному управлению технологическим процессом удаления электролизных газов при производстве алюминия.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- разработана математическая модель с использованием экспериментальных данных, для автоматического управления регенерацией рукавных фильтров;
- разработаны алгоритмы автоматического управления технологическими процессами сухой газоочистной установки;
- разработана система автоматического управления рукавными фильтрами на основе новых алгоритмических решений в соответствии с используемой технологией процесса очистки электролизных газов.
Практическая значимость работы. Разработанные алгоритмы и программы системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров реализованы с участием автора на сухой газоочистной установке 6 серии электролизного цеха БАЗа.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
- способ управления регенерацией рукавных фильтров;
- алгоритмы программ автоматического управления и диагностики системы управления регенерацией рукавных фильтров;
- результаты энерго - экологического анализа процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на региональной X юбилейной научно - практической конференции “Алюминий Урала - 2005”(2005), на региональной XI научно-практической конференции Алюминий Урала - 2006”(2006), на на 2 научно-технической конференции молодых специалистов “БАЗ - СУАЛ”(2006), на международной научной конференции “информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании”(2006), на VI всероссийской научно - практической конференции “AS'2007” «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (посвящается 100-летию со дня рождения профессора Масловского П.М.)(2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них две работы в рецензированных изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Работа выполнена на 147 страницах, в том числе содержащих 40 иллюстраций, 16 таблиц, библиографический список на 66 наименований работ.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
автоматизированный технологический алюминиевый производство
Во Введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, сделан краткий обзор по главам диссертации.
В первой главе диссертации приведена характеристика автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) сухой газоочистки, показанную на рис. 1, в которую будет добавлена подсистема - система автоматического управления регенерацией рукавных фильтров. Выделим в системе автоматического управления регенерацией рукавных фильтров 3 уровня, связанные между собой: нижний (уровень исполнительных механизмов и датчиков АСУ ТП), средний (уровень контроллеров и станций распределенной периферии) и верхний (уровень автоматизированных рабочих мест (АРМ) и систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA)).
Рис. 1 Комплекс программно - технических средств (КПТС) АСУ ТП сухой газоочистки
Нижний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров
Этот уровень представлен метрологическим обеспечением - средствами измерения и контроля технологических параметров, а также исполнительными механизмами, электрическими устройствами согласования со средним уровнем. Контроль осуществляется с помощью датчиков промышленной группы «Метран».
Средний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров
Аппаратно данный уровень контроллеров и станций распределенной периферии представлен КПТС на базе контроллера SIMATIC S7-300 (CPU316-2DP) и станций ЕТ200М, фирмы SIEMENS. Прием и выдача сигналов с датчиков, с и на управляющие механизмы осуществляется с помощью аналоговых сигнальных модулей ввода SM 331 и дискретных сигнальных модулей ввода SM 321 и вывода SM 322. Связь осуществляется по сети Profibus DP.
Программно этот уровень представлен пакетом Step 7 версии 5.1 фирмы Siemens.
Верхний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров
Аппаратно данный уровень представлен, КПТС на базе промышленных компьютеров и сервера. Промышленные компьютеры и сервер предназначены для сбора и компьютерной обработки данных, а также их накопления, решения задач управления, визуализации и архивации. Связь промышленных компьютеров, сервера и программируемых контроллеров PLC осуществляется по шине Industrial Ethernet.
Программно данный уровень представлен:
- Системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) WinCC версии 5.1 фирмы Siemens, далее именуемой система WinCC;
- Операционными системами Windows 2000 Professional и Windows 2000 Server фирмы Microsoft;
- BlackICE PC Protection фирмы Internet Security Systems.
Задача визуализации сводится к задаче индикации технологических параметров системы автоматического управления регенерацией фильтров (заданных и фактических), режимов работы и сигналов от технологических датчиков на панели оператора или мониторе АРМа оператора, а также к сигнализации о состоянии технологического процесса (нормальная работа, аварийное и предаварийное состояние, отказы технических или программных средств).
Визуальная часть нарисована в графическом редакторе системы WinCC - Graphics Designer. Она состоит из мнемосхем.
Все мнемосхемы доступны для просмотра без авторизации. Для полноценного доступа для просмотра и управления в качестве оператора газоочистного комплекса необходимо ввести имя и пароль. Это позволяет закрыть неавторизованным пользователям доступ к функциям управления технологическими процессами, изменению режима, технологических параметров, осуществить разграничение доступа к системе.
Для архивирования технологических параметров используется встроенный инструмент TagLogging, являющийся частью системы WinCC.
База данных gaz_bazRT создана с использованием прилагающейся к системе WinCC СУБД - Sybase SQL Anywhere, фирмы Watcom. Встроенное средство системы WinCC - WinCC Online Trend Control - позволяет вывести график по интересующим технологическим параметрам, за нужный период времени.
Рассмотрены используемые технологии очистки производственных газов и общие характеристики, режимные параметры технологического процесса фильтрации газа.
Процесс регенерации фильтров является одним из основных технологических процессов “сухой” очистки газов, поскольку именно в рукавных фильтрах осуществляется разделение твёрдой и газообразных фаз при фильтрации пылегазовой смеси через фильтрующую перегородку. При фильтрации фторсодержащих газов через слой глинозёма на нетканом материале завершается процесс улавливания фтористого водорода оксидом алюминия. Очистка (регенерация) рукавов - импульсная, производится с помощью сжатого воздуха. Одновременно отряхивается один ряд рукавов. Сжатый воздух для регенерации с давлением подается в ресивер рукавного фильтра, установленный перед каждым рукавным фильтром. Пыль с рукавов периодически стряхивается пневматическими импульсами, создаваемыми электропневматическими клапанами по сигналу от микропроцессорного управляющего устройства с частотой, зависящей от величины гидравлического сопротивления фильтра. Пыль, удаленная с рукавов, осаждается в бункере, ссыпается на тканевую перегородку аэрожелоба фильтра.
Анализ литературных данных показал, что чаще всего на практике регенерация рукавов в рукавном фильтре производиться автоматически: либо при достижении критического перепада давления, либо в результате срабатывания реле времени, как представлено на рис. 2.
Также для технических расчетов тканевых рукавных фильтров при улавливании грубых пылей А.С. Мандрико и И.Л. Пейсаховым был предложена математическая модель, выражающая зависимость между перепадом давления на рукавном фильтре и продолжительностью периода между регенерациями.
И в том, и в другом случае автоматизация процесса регенерации рукавов осуществляется путем оптимизации опытной зависимости между сопротивлением рукавного фильтра и временем межрегенерационного периода.
Существенное влияние на качество очистки, на длительность эксплуатации оказывает соответствие периода между регенерациями перепаду давления на рукавном фильтре. Поэтому работа системы регенерации рукавных фильтров согласно схемам регенерации изображенных на рис. 2 малоэффективна, так как не учитывает состояние запыленности рукавов.
Рис. 2 Схема регенерации фильтра: а - временная; б - с фиксацией верхнего уровня перепада давления; в - с фиксацией верхнего и нижнего уровней перепада давления
Таким образом, требуется провести анализ, и модели Мандрико и Пейсахова, и анализ экспериментальных данных графиков фильтров, после чего сравнить расчеты по модели Мандрико и Пейсахова с результатом анализа экспериментальных графиков фильтров. Это позволит разработать модель управления регенерацией рукавных фильтров, выражающую зависимость периода между регенерациями от перепада давления на рукавном фильтре.
На основе модели требуется разработать алгоритмы программ автоматического управления и диагностики системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров. И далее реализовать их при создании системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров.
Также по результатам эксплуатации газоочистной установки необходимо провести энерго-экологический анализ процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров, в соответствии с методикой полного (сквозного) энерго-экологического анализа, разработанного в УГТУ - УПИ, под руководством В.Г. Лисиенко.
Во второй главе приведены анализ, и модели Мандрико и Пейсахова, и экспериментальных графиков фильтров. Произведено сравнение результатов анализов. Разработана модель управления регенерацией рукавных фильтров для автоматизированного управления процессом, в зависимости от перепада давления на рукавном фильтре.
Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки (Па) может быть представлено суммой двух слагаемых:
Р = Р1 + Р2 = ,
где Р1 - постоянное сопротивление самой фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся на ней после регенерации, Па;
Р2 - переменное сопротивление накапливающегося на фильтровальной перегородке слоя пыли, удаляемого с нее в процессе регенерации, Па;
А - коэффициент сопротивления фильтровальной перегородки с слоем пыли, оставшейся на ней после регенерации, м-1;
В - коэффициент сопротивления слоя пыли, м/кг;
- динамический коэффициент вязкости газа, Пас;
Z - запыленность газа перед фильтром при рабочих условиях, кг/м3;
w - скорость фильтрования, м/с;
t - время, с.
В модели (1) численные значения коэффициентов А и В определяются опытным путем.
Для ориентировочных подсчетов путем обработки экспериментального материала для частиц с dm 20 мкм были получены следующие значения коэффициентов A и B.
Таблица 1
Коэффициенты А и В (ткань - лавсан арт. 217)
|
dm (мкм) |
A (м-1) |
B (м/кг) |
Вид пыли |
||
|
1 |
0,5 - 0,7 |
(13000 - 15000)·106 |
330·109 |
кремниевая, возгонная |
|
|
2 |
2,5 - 3,0 |
(2300 - 2400)·106 |
80·109 |
сталеплавильная, возгонная |
|
|
3 |
10 - 20 |
(1100 - 1500)·106 |
(6,5 - 16)·109 |
кварцевая, цементная |
Исследования показали, что чем мельче частицы улавливаемой пыли, тем выше коэффициенты А и В.
В формуле (1) численные значения коэффициентов А и В определяются только опытным путем. Для технических расчетов тканевых рукавных фильтров при улавливании грубых пылей (с dm > 20 мкм) А.С. Мандрико и И.Л. Пейсаховым была предложена модель:
Р =
где dm - средний (медианный) размер частиц пыли, м;
Т - пористость ткани, доли единиц;
П - пористость пыли, доли единиц; п = ;
ho - удельное гидравлическое сопротивление чистой ткани, Па;
- плотность частиц пыли, кг/м3;
t - время между регенерациями, с.
Исходя из модели (2), получаем Р = ,
В формулах (3), (4) и ниже М - означает, что коэффициенты А и В определяются из модели Мандрико и Пейсахова (2).
Определение возможности применения формул для вычисления коэффициентов АМ и ВМ для расчетов рукавных фильтров при улавливании пылей с dm 20 мкм.
Из проведенного в диссертации анализа функций АМ = f1(d) и ВМ = f2(d) и сопоставления значений коэффициентов А и В из табл. 1 с коэффициентами Ам и Вм рассчитанными по формулам (3) и (4) при одинаковых размерах частиц d получено, что в промежутке 0,5?d?10 мкм есть возможность использовать формулы (3) и (4), согласовав их с опытными данными табл. 1.
В нашем случае средний размер частиц пыли dm = 5 мкм из табл. 1 берем строку 2 с dm = 2,5 - 3,0 мкм близким к нашему. Из строки 2 имеем:
мкм; (м-1).
Тогда по формуле (3) при d=: АМо = 378·106 м-1. Получено АМо = 378·106 ? = 2350·106. Согласуем АМо и .
= СА·АМо => CA = / АМо = 2350·106/378·106 = 6,22.
CA = 6,22 - поправочный коэффициент для АМ.
Принимаем, что в некоторой окрестности т. = 2,75 мкм (куда входит и т. d = 5 мкм) формула А = CA·AМ для определения коэффициента А в формуле (1) верна.
По формуле (4) при d= BМo = 9,88·109 м/кг.
Получено ВМо = 9,88·109? = 80·109; Согласуем ВМо и .
=СВ·ВМо => СВ = /ВМо = 80·109/9,88·109 = 8,1.
СВ = 8,1 - поправочный коэффициент для ВМ.
Принимаем, что в некоторой окрестности точки = 2,75 мкм (куда входит и точка d = 5 мкм) формула В = CB·BM для определения коэффициента В в формуле (1), верна.
Из формулы (1) при А = СА·АМ и В = СВ·ВМ получаем
РМ = .
Обозначим а = ; в = тогда
РМ = а+в·t
В этом уравнении прямой а - свободный член. Начальная точка прямой (а = Р при t = 0) в - угловой коэффициент прямой.
Находим значения коэффициентов а и в в формуле (6) для нашего случая: d=5 мкм; еТ; ho - для иглопробивного фильтровального полотна табл. 2.1 (Д); скорость фильтрования w1 = 1,3; w2 = 1,5:
а1 = 908 Па в1 =6,85 Па/мин
а2 = 1047 Па в2 =9,12 Па/мин
Т.о. получены линейные функции:
Р1 = а1+в1·t = 908 + 6,85·t при w1 = 1,3 м/мин;
Р2 = а2+в2·t = 1047 + 9,12·t при w2 = 1,5 м/мин.
Графики этих функций прямые линии строим по 2 точкам, рис. 3.
Для определения функциональной зависимости гидравлического сопротивления (?Р) фильтра от времени (t), рассмотрим экспериментальные графики, снятые на каждом 21 работающем фильтре. Каждый экспериментальный график имеет два участка. 1 участок - регенерация включена. Автоматика поддерживает ?Р в фильтре приблизительно на одном уровне. 2 участок - регенерация отключена. В это время ?Р в фильтре растет.
Каждый участок экспериментального графика имеет вид ломаной линии отрезки, которой соединяют точки (ti; ?Рi) i = через одну минуту. N - число точек, рассматриваемых на участке. В диссертации дан подробный анализ графика фильтра 10. При анализе получено, что зависимость ?Р от t функциональная линейная и на 2 участке с отключенной регенерацией имеет вид: Р10 = 998 + 7,5·t = а10 + в10·t.
Аналогично были найдены линейные функции и для остальных фильтров РК = аК + вК·t к = (к ? 6, 9, 22, 10). Построены графики этих функций, рис. 4.
Рис. 3 Графики функции РМ = а+в·t
Рис. 4 График функции Р10 =998 + 7,5·t (на экспериментальном графике рукавного фильтра № 10)
Для сопоставления результатов полученных при анализе экспериментальных графиков с результатами полученными при использовании модели Мандрико и Пейсахова (с поправочными коэффициентами СА=6,22 и СВ=8,1), формула 5, определены средние значения коэффициентов а и в, и найдены:
1. Средняя функция РМ = (t) при расчете по модели Мандрико и Пейсахова.
Па.
2. Средняя функция =(t) при расчете по экспериментальным графикам фильтров.
==985 + 7,48·t Па.
Сопоставлены средние функции
=(t) и =(t).
Определено, что на 0,7 %
на 6,4 %.
То есть на 0,7 % при t = 1 мин.
То есть на 0,4 % при t = 5 мин.
Вывод: из сравнения результатов расчета по модели Мандрико - Пейсахова (с поправочными коэффициентами) с результатом анализа экспериментальных графиков 21 фильтра, следует, что оба способа определения зависимости Р = (t) достаточно хорошо согласуются друг с другом.
Построены графики средних функций =(t) и =(t), рис. 5.
Рис. 5 Графики средних функций
Из модели Мандрико и Пейсахова, формула 5, при заданном перепаде давления до и после фильтра можно найти необходимую продолжительность периода между регенерациями, то есть продолжительность периода фильтрования.
.
При ?Р больше или меньше некоторой оптимальной величины ?Ропт эффективность работы фильтра уменьшается из - за нарушения целостности фильтрующего пылевого слоя.
Оптимальной величине ?Ропт соответствует оптимальная продолжительность межрегенерационного периода. Промежуток времени между импульсами на регенерацию (tи) определяется только экспериментально. В нашем случае для заданного перепада давления на фильтре 900 - 1200 Па опытным путем были найдены соответствия:
Таким образом получены две точки
(?Pmin; tи.max) = (900; 300) и (?Pmax; tи.min) = (1200; 60) (Па; с).
Находим функцию tИ = (P) при Pmin ? P ? Pmax принимая, что зависимость tи от P линейная. Получено:
Подставив значения получим:
.
Было принято:
При ?Р < ?Рmin = 900 tи = tи.max = 300 c. (Па); t(с)
При ?Р > ?Рmax = 1200 tи = tи.min = 60 c.
Таким образом, была получена составная функция:
tИ = ѓ(?Р) = (Па); t(с).
Если tИ в минутах, то получим:
tи = ѓ(?Р) = (Па); t(мин).
Соотнесены графики функций tИ = И(P) и = М(t).
Изображаем графики составной функции tИ = И(P) и средней функции = М(t) в одной системе координат. Графики функций строим по двум точкам каждый. На графике функции = 978 + 7,96·t отмечен интервал оптимальных значений ?P: (986; 1018)Па. При ?P < 986 (Па) и ?P > 1018 (Па) эффективность работы фильтра уменьшается из - за нарушения целостности фильтрующего пылевого слоя.
Точка пересечения графиков функций tИ = И(P) и = М(t) в интервале оптимальных значений ?P определяет то значение ?Pопт, которое будет поддерживать (в среднем) автоматика фильтра. Решая систему уравнений, получим: .
Таким образом, в данном пункте функции tИ = И(P) и = М(t) применены для определения:
1. промежутка оптимальных давлений эффективной работы фильтра;
2. оптимального давления (из оптимального промежутка), которое будет поддерживаться в фильтре.
В общем случае при РМ = а+в·t ? , где а = ; в = . Границы оптимальных давлений эффективной работы фильтра определяются по формулам:
1) нижняя граница: t = tиmin = 1 мин ?P(1) = a+b·1;
2) верхняя граница: t = tиmax = 5 мин ?P(5) = a+b·5.
Оптимальное давление, которое автоматика будет поддерживать в фильтре, определим из системы:
Что и получено раньше. Далее - увеличение; - уменьшение.
Из уравнения видно, что:
При b = const с a ?P; и наоборот;
При а = const с b ?P; и наоборот.
Это видно и из совместного рассмотрения графиков функций tИ = И(P) и = (t).
В общем случае промежуток времени (tИ) между импульсами на регенерацию при ?P = a + b•t в общем виде, используя формулу (7), равен:
Подставляя значения , рекомендованные производителями газоочистного оборудования для системы управления регенерацией рукавных фильтров сухой газоочистной установки 6 серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, при ?P = ?Pопт, получим:
Из уравнения видно, что:
При b = const с a tИ; и наоборот;
При а = const с b tИ; и наоборот.
Это видно и из совместного рассмотрения графиков функций tИ = И(P) и = (t) расположенных в одной системе координат.
При случае, когда ?P ? ?Pопт используется составная функция, то есть зависимость промежутка времени между импульсами на регенерацию от перепада давления в фильтре и функция: Р = а+в·t, то есть, линейная зависимость перепада давления в фильтре от времени, использованы при разработке алгоритмов в главе 3: Разработка алгоритмов программ автоматического управления и диагностики системы управления регенерацией рукавных фильтров и создание АСУ ТП регенерации рукавных фильтров.
В третьей главе разработке алгоритмов программ автоматического управления и диагностики системы управления регенерацией рукавных фильтров их реализации. Описаны этапы создания системы автоматизированного управления технологическим процессом.
Для разработки алгоритмов программ автоматического управления системы управления регенерацией рукавных фильтров воспользуемся разработанной моделью:
tи=ѓи(?Р)=
выражающей зависимость промежутка времени между импульсами на регенерацию от перепада давления в фильтре;
а также функцией: Р = а+в·t, то есть, линейной зависимостью перепада давления в фильтре от времени. Модель tИ = И(P) представим графически на рис. 6.
Рис. 6 График регулирования промежутка между импульсами в зависимости от перепада давления на рукавном фильтре
Максимальный, минимальный интервал между импульсами, а также минимальное и максимальное значения перепада давления задаются в соответствии со значениями рекомендуемыми поставщиками газоочистного оборудования или значениями, найденными опытным путем при эксплуатации газоочистного оборудования. При текущем перепаде давления меньше минимального заданного значения перепада давления 1 интервал между импульсами равен максимальному заданному интервалу между импульсами. При текущем перепаде давления больше максимального заданного значения перепада давления 3 интервал между импульсами равен минимальному заданному интервалу между импульсами. Когда текущий перепад давления больше минимального заданного значения перепада давления и меньше максимального заданного значения перепада давления 2, то расчет интервала между импульсами производится по формуле (7)
Так как для поддержания требуемого уровня очистки электролизных газов необходимо наличие некоторого пылевого слоя на рукавных фильтрах, то применение данного способа позволит поддерживать этот слой. При большем перепаде давления - пыли много - регенерация будет производиться чаще, пыль будет сбиваться. При меньшем перепаде - пыли мало - регенерация будет производиться реже, пыль будет осаждаться на фильтрующей перегородке.
Длительность регенерирующего импульса равна 500 миллисекундам.
Временные интервалы процессов диагностики системы управления регенерацией рукавных фильтров по наличию токового импульса, передаваемого на катушку соленоида и падению давления в ресивере выбраны по следующим причинам:
1. Токовый импульс - так как длительность импульса равна половине секунды, имеет смысл проверять импульс тока силовой цепи в течение 400 миллисекунд. По величине он равен 24 вольтам.
2. Падение давления на ресивере имеет смысл фиксировать после регенерирующего импульса, как было найдено опытным путем, максимальные падения давления были зафиксированы на графиках в течении 1 - 1,5 секунд после импульса. Поэтому падение давления имеет смысл проверять в течении 2 секунд.
Реализация алгоритмов программ автоматического управления и диагностики системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров. Создание САУ регенерацией рукавных фильтров.
На рис. 7 показана мнемосхема фильтра.
Существует 3 режима, в которых может находиться система:
1) "Сервис" - отключена регенерация, включение каналов возможно только нажатием на соответствующую кнопку в верхней части экрана;
2) "Циклический" - режим регенерации с заданной длительностью импульса, паузы;
3) "Автоматический по перепаду давления на фильтре" - режим регенерации с заданной длительностью импульса и вычисляемой по графику паузой между импульсами. Этот режим является основным.
В строке "В работе" можно вывести из работы отдельные сгоревшие каналы. Красным цветом, в строке “Обрыв цепи”, отмечаются каналы, по которым не было сигнала с датчика тока. В строке "Сбой давления" желтым цветом отмечаются каналы, по которым, во время импульса, не было падения давления ниже, чем заданное "Давление граничное".
В строке “Импульсы” синяя линия отображает отработавшие каналы. Также номер последнего отработавшего канала можно увидеть рядом с графиком автоматического режима. Ниже отображается время, в секундах, до срабатывания следующего канала.
Рис. 7 Мнемосхема фильтра
Четвертая глава посвящена энерго-экологическому анализу процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров, в соответствии с методикой полного (сквозного) энерго-экологического анализа, разработанного в УГТУ - УПИ, под руководством В.Г. Лисиенко.
До 2004 года электролизные газы удалялись через дымовые трубы вентиляторами ОВ - 2600 без очистки. В июле 2004 года на Богословском алюминиевом заводе, при участии автора данной работы, был осуществлен пуск установки сухой очистки газов на 6-ой серии. Электролизные газы от корпусов 5, 6 электролизного цеха поступают по магистральным газоходам в установку сухой очистки газов и на ней распределяются по 24 модулям «Реактор - рукавный фильтр».
Технологические числа: топливное (ТТЧ) и экологическое (ТЭЧ). Определение ТЭЧ.
Энергетические затраты, учитывающие потребление энергии, материалов на единицу выпускаемой продукции рассчитываются в форме технологических топливных чисел (ТТЧ) в килограммах условного топлива.
Энергетические затраты, связанные с погашением стоимости экологического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции, рассчитываются с помощью технологических экологических чисел (ТЭЧ) в килограммах условного топлива.
Суммарные энергозатраты учитывают потребление энергии, материалов и погашение стоимости экологического ущерба на единицу выпускаемой продукции в килограммах условного топлива
ТТЭЧ = ТТЧ + ТЭЧ (кг у.т./ед. прод.)
Сравнение результатов энерго-экологического анализа процессов удаления электролизных газов с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров.
Для сравнения результатов составим табл. 4 и на ее основе гистограмму, рис. 8.
Таблица 4
Сравнение результатов энерго - экологического анализа
|
Показатели |
Процесс удаления электролизных газов |
||||
|
1. Без газоочистки |
2. С автоматизированным комплексом газоочистки |
||||
|
кг у.т./т ал. |
% от ТТЭЧ |
кг у.т./т ал. |
% от ТТЭЧ |
||
|
ТТЧ |
5903,4 |
43,56 |
6507,7 |
84,41 |
|
|
ТЭЧ |
7650,1 |
56,44 |
1201,6 |
15,59 |
|
|
ТТЭЧ |
13553,5 |
100 |
7709,3 |
100 |
Рис. 8 Сравнительные показатели ТТЧ, ТЭЧ и ТТЭЧ
Как следует из табл. 4 суммарные энергозатраты на электролиз 1 тонны алюминия и энергозатраты на погашение экологического ущерба от загрязнения окружающей среды без газоочистки (ТТЭЧ)1 существенно превышают суммарные энергетические затраты с газоочисткой (ТТЭЧ)2:
.
Хотя с газоочисткой энергозатраты, учитывающие потребление электроэнергии больше:
.
но зато энергозатраты, учитывающие погашение экологического ущерба снизились в 6,367 раза:
.
Это и привело к снижению суммарных энергозатрат на электролиз 1 тонны алюминия и на удаление электролизных газов с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров в процессе газоочистки.
В заключении диссертации приведены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы, сформулированы выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для повышения энерго-экологических показателей производства алюминия, снижения концентрации вредных выбросов в атмосферу и улучшения экологической обстановки в промышленных зонах разработаны алгоритмы управления, с использованием математических моделей, в рамках автоматизированных систем управления технологическим процессом сухой газоочистки для алюминиевых заводов. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1) В результате проведенного анализа математических моделей, определены условия их применения для улавливания мелкодисперсных пылей алюминиевого производства на рукавных фильтрах.
2) Сопоставительный анализ экспериментальных данных процесса улавливания мелкодисперсных пылей и соответствующих модельных расчетов выявил возможность применения модели Мандрико и Пейсахова при решении задач автоматического управления рукавными фильтрами. На ее основе разработана математическая модель зависимости периода между регенерациями рукавных фильтров от перепада давления на них.
3) Алгоритмы автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров целесообразно создавать на основе предложенной модели зависимости периода между регенерациями рукавных фильтров от перепада давления на них.
4) На основе предложенных алгоритмов разработано программное обеспечение автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров.
5) Предложено техническое обеспечение системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров.
6) Разработанная система автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров внедрена в АСУ ТП сухой газоочистной установки ОАО «БАЗ - СУАЛ».
7) Внедрение разработанной системы позволило улучшить условия эксплуатации оборудования рукавных фильтров за счет “гибкости” программы реализующей алгоритм управления процессом регенерации фильтров и точности отработки программой, устанавливаемых интервалов времени (длительность импульсов, пауза между импульсами).
8) Внедрение разработанной системы позволило упростить обслуживание электрооборудования посредством совмещения в одной системе функций управления приводами встряхивания, постоянной диагностики и контроля состояния оборудования, контроля технологического процесса регенерации с выдачей удобных для восприятия цифробуквенных сообщений о его текущем состоянии на дисплей панели оператора и визуализация процесса на мониторах АРМа оператора; повысить комфортность работы оператора и быструю перенастройку системы управления регенерацией фильтров при изменении технологических параметров газоочистки.
9) Проведенный энерго-экологический анализ процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров показал, что пуск в работу автоматизированного комплекса сухой очистки газов на 6 - ой серии снизил энергозатраты, учитывающие погашение экологического ущерба в 6,3 раза.
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях
Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:
1. Лисиенко В.Г., Зотов С.А., Кривовяз В.К., Федоров Л.В., Ожегов М.В. Автоматизация технологических процессов «сухой» газоочистной установки БАЗа // «Цветные металлы» №3.2006.
2. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Анализ работы и усовершенствование системы автоматизированного управления сухой газоочистной установкой на примере установки Богословского алюминиевого завода. //«Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов» №2.2008.
Патенты на изобретения и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ:
3. Способ управления регенерацией рукавных пылевых фильтров [Текст]: пат.2337747 Российская Федерация: МПК B 01 D 46/02 / Лисиенко В.Г., Соколов А.Г., Зотов С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ». №2007114221/15; заявл. 16.04.2007; опубл. 10.11.2008.
Статьи в журналах, доклады и тезисы докладов на конференциях:
4. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Система автоматического регулирования нагрузки силовых агрегатов “сухой” газоочистной установки на примере установки электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды IX отчетной конференции молодых ученых УГТУ. УПИ. 2004.
5. Лисиенко В.Г., Ожегов М.В., Зотов С.А. Совершенствование автоматизированной системы управления технологическим процессом «сухой» газоочистки электролизного цеха БАЗа //Труды Х юбилейной научно - практической конференции «Алюминий Урала - 2005». Тезисы докладов. 2005. стр. 179.
6. Лисиенко В.Г., Ожегов М.В., Зотов С.А. Совершенствование автоматизированной системы управления технологическим процессом «сухой» газоочистки электролизного цеха БАЗа //Труды Х юбилейной научно - практической конференции «Алюминий Урала - 2005». 2005.
7. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Система автоматического регулирования нагрузки силовых агрегатов “сухой” газоочистной установки на примере установки электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды X отчетной конференции молодых ученых УГТУ. УПИ. 2005
8. Лисиенко В.Г., Соколов А.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологических процессов “сухой” газоочистной установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода. //Труды ХI научно - практической конференции «Алюминий Урала - 2006». Тезисы докладов. 2006. стр. 177.
9. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологических процессов “сухой” газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды международной конференции «информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». Тезисы докладов. 2006. стр. 157.
10. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологических процессов “сухой” газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды международной конференции «информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». 2006. стр. 164.
11. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологических процессов “сухой” газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды 2 научно - технической конференции молодых специалистов «БАЗ - СУАЛ». Тезисы докладов. 2006.
12. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологических процессов “сухой” газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО “СУАЛ”. //Труды 2 научно - технической конференции молодых специалистов «БАЗ - СУАЛ». 2006.
13. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологического процесса регенерации рукавных фильтров “сухой” газоочистной установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода - филиал ОАО “СУАЛ”. //«Промышленные печи и трубы» №4. 2007.
14. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологического процесса транспортировки глинозема «сухой» газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО «СУАЛ» // Труды VI всероссийской научно - практической конференции AS'2007 системы автоматизации в образовании, науке и производстве. Посвящается 100 - летию со дня рождения профессора П.М. Масловского. Тезисы докладов. 2006.
15. Лисиенко В.Г., Зотов С.А. Автоматизация технологического процесса транспортировки глинозема «сухой» газоочистной установки на примере установки 6 - ой серии электролизного цеха Богословского алюминиевого завода, филиал ОАО «СУАЛ» // Труды VI всероссийской научно - практической конференции AS'2007 системы автоматизации в образовании, науке и производстве. Посвящается 100 - летию со дня рождения профессора П.М. Масловского. 2006. стр. 140.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ систем автоматизации технологического процесса производства и использования алюминиевых профилей. Требования к системе управления и параметрам, подлежащим регулированию и сигнализации. Разработка принципиальных схем измерения и управления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.09.2014Наименование АСУ и исходные данные для разработки документации для проекта автоматизации сухой газоочистки. Технологическое оборудование, режимы управления технологическим оборудованием, автоматические контура регулирования и блокировки установки.
дипломная работа [80,7 K], добавлен 31.07.2008Анализ автогенных процессов в цветной металлургии. Характеристика технологического процесса как объекта управления. Разработки системы оптимального управления технологическим процессом плавки в печи Ванюкова в условиях медеплавильного завода "Балхашмыс".
дипломная работа [762,5 K], добавлен 25.02.2014Применение деформируемых алюминиевых сплавов в народном хозяйстве. Классификация деформируемых алюминиевых сплавов. Свойства деформируемых алюминиевых сплавов. Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов.
курсовая работа [62,1 K], добавлен 05.02.2007Анализ технологического процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона как объекта управления. Основные технологические стадии получения продукта. Синтез системы автоматического управления технологическим процессом. Разработка панели для SCADA.
курсовая работа [5,6 M], добавлен 10.04.2011Основные черты технического обеспечения современных автоматизированных систем управления технологическим процессом. Расчет среднеквадратичной погрешности контроля. Анализ приборов управления и регулирования, характеристика измерительных приборов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.05.2019Основные приемы и технологический процесс производства деревянных панелей. Выбор аппаратных средств автоматизации системы управления линии обработки. Структурная схема системы управления технологическим процессом. Разработка системы визуализации.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 17.06.2013Проектирование бизнес-плана реализации проекта по производству майонеза. Разработка принципиальной электрической схемы управления пуском и остановкой производства. Алгоритм управления процессом. Технико-экономический расчет и оценка эффективности проекта.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 20.12.2012Моделирование автоматизированной системы регулирования. Методики разработки моделей систем управления и их исследования средствами пакета Simulink. Реализация численного анализа математических моделей объектов управления. Вычислительные эксперименты.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 30.12.2016Общая характеристика предприятия. Построение формальной модели бизнес-процесса закупки сырья, выбор оптимального варианта его выполнения. Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом изготовления жидкого моющего средства.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 21.10.2012Описание автоматического цикла сверлильного станка. Подбор необходимых элементов электрической принципиальной схемы для управления технологическим процессом: с использованием алгебры логики и без ее применения. Логические функции исполнительных устройств.
курсовая работа [909,4 K], добавлен 15.01.2014Этапы анализа процесса резания как объекта управления. Определение структуры основного контура системы. Разработка структурной схемы САР. Анализ устойчивости скорректированной системы. Построение адаптивной системы управления процессом резания.
курсовая работа [626,1 K], добавлен 14.11.2010Характеристика автоматизируемого технологического комплекса. Выбор автоматического устройства управления и накопителя для заготовок и деталей. Разработка системы логико-программного управления технологическим объектом и принципиальной схемы управления.
курсовая работа [1009,8 K], добавлен 13.05.2023Основные сварочные материалы, применяемые при сварке распространенных алюминиевых сплавов. Оборудование для аргонно-дуговой сварки алюминиевых сплавов. Схема аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом. Электросварочные генераторы постоянного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.05.2015Разработка системы автоматического регулирования и контроля пропилена товарно-сырьевого цеха НПЗ "Газпром Нефтехим Салават" на программном продукте Trace Mode 6. Понятие и применение SCADA-систем. Характеристика установки: сырье, реагенты и продукция.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 06.03.2013Получение математических моделей системы автоматического управления. Количественный анализ структуры системы в частотной области. Синтез управляющего устройства. Моделирование функционирования САУ с использованием электронно-вычислительной машины.
курсовая работа [487,5 K], добавлен 19.10.2014Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 05.12.2012Построение искробезопасных цепей. Основные способы управления оборудованием, расположенным во взрывоопасной зоне и предназначенным для применения в производстве промышленных взрывчатых веществ. Дистанционное управление технологическим оборудованием.
статья [5,5 M], добавлен 17.01.2011Анализ колонны К-302 как объекта управления. Общие требования к микропроцессорной системе. Разработка автоматизированной система управления технологическим процессом колонны К-302 установки "Стирола". Привязка информационных сигналов к клеммам модулей.
курсовая работа [608,5 K], добавлен 17.03.2012Синтез функциональной и структурной схем автоматической системы управления технологическим процессом. Методика проектирования автоматизированной системы блока очистки, синтез, режимы работы, принципы управления. Рассмотрение алгоритма ее функционирования.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 23.12.2012
