Проект автоматизации отделения стабилизации гидроочистки дизтоплив установки Л-24/6 НПЗ
Автоматизация процесса по гидроочистке дизельного топлива. Разработка автоматизированной системы управления. Анализ каскадных систем для лучшего регулирования технологических процессов очистки. Выбор микропроцессорной техники и контуров регулирования.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.02.2016 |
Размер файла | 310,9 K |
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/
Курсовой проект
По дисциплине "Автоматизация технологических процессов и производства"
Тема: Проект автоматизации отделения стабилизации гидроочистки дизтоплив установки Л-24/6 НПЗ
Выполнил студент: Минаев А.А.
Группы: АТПз-10-01
Принял: доцент, кандидат технических
наук: Кузьменко Наталья Викторовна
Введение
Для данной курсовой работы была выбрана установка "Гидроочистка дизельных топлив", из всей установки было выбрано отделение стабилизации. Установка предназначена для очистки дизельных топлив, газойлей, бензиновых фракций замедленного коксования вакуумного дистиллята от сернистых, кислородных и азотистых соединений путем гидрирования с помощью алюмоникельмолибденового катализатора или алюмокобальтмолибденового катализатора.
Установка состоит из двух параллельно работающих потоков, на каждом из который возможна одновременная переработка различных видов сырья. В состав установки входят:
Реакторное отделение. Отделение предназначено для гидрирования сернистых, кислородных и азотных соединений, содержащихся в дизельных топливах, легких газойлях, вакуумном дистилляте.
Отделение стабилизации. Отделение предназначено для стабилизации дизельного топлива, вакуумного дистиллята, путем удаления из него низкокипящих компонентов состава С - С, бензина, сероводорода.
Отделение очистки. Отделение предназначено для очистки циркуляционного водородсодержащего газа, газов стабилизации, и бензина от сероводорода, полученного в результате процесса гидрирования, 5-15% раствором моноэтаноламина (МЭА).
Компрессорное отделение. Отделение включает в себя газовую компрессорную, азотную компрессорную, малохозяйство и коллекторную. Отделение предназначено для циркуляции водородсодержащего газа в системах реакторного отделения и для подачи азота на установки НПЗ.
Насосное отделение. Отделение включает в себя холодную насосную, горячую насосную, сероводородную насосную. Насосы предназначены для перекачки нефтепродуктов и реагентов.
Резервуарный парк. Резервуарный парк предназначен для приема, приготовления и хранения сырья для установки.
Целью курсовой работы является разработка АСУТП. В данном случае АСУТП разрабатывается для отделения стабилизации дизельных топлив на основе контроллера Modicon TSX Quantum. Так же в курсовую работу входят схема внешних проводок и схема автоматизации. К задачам системы управления относится разработка каскадных систем для технологических объектов. Эти системы предназначены для лучшего регулирования и улучшения работы объекта.
1. Описание технологии процесса
1.1 Краткая технологическая схема
№ п/п |
Наименование оборудования |
Номер позиции по схеме |
Кл |
Краткая техническая характеристика |
|
1 |
Сепаратор низкого давления |
С-3,4 |
2 |
V=32м Д=2400мм Р=5кгс/см Н=7132мм Т=50оС |
|
2 |
Воздушный холодильник |
ВХ-1 |
1 |
Fнар=5300м2, Fвнутр=440м2, Р=10кгс/см2, Т=100оС |
|
3 |
Печь стабилизатора |
П-3 |
1 |
N=7000000млн ккал/ч F=451м Р=60кгс/см Т=425оС Пф=16 |
|
4 |
Холодильник-конденсатор стабил. |
ХК-1 |
1 |
F=130x2м Д=420мм Ртр=1,5кгс/см Рмтр=2,5кгс/см L=6713мм Ттр=40оС Тмтр=200оС |
|
5 |
Сепаратор бензина |
С-9 |
1 |
V=7,5м Д=1400мм Р=1,5кгс/см Н=5946мм Т=40оС |
|
6 |
Факельная ёмкость |
Е-23 |
1 |
V=32м Двн=2400мм Р=3кгс/см L=7312мм |
|
7 |
Колонна стабилизации |
К-2 |
1 |
Д=1200/2200мм Р=1,5кгс/см Н=19480мм Тн=350оС Тв=200оС |
|
8 |
Насос для подачи теплоносителя в стабилизатор |
Н-7,8 |
2 |
НК 200/120-120 Q=200м/ч N=110кВт n=2975об/мин Т=300оС Н=120мм в ст. |
|
9 |
Холодильник продуктовый |
Х-15,16 |
2 |
F=214м Д=800мм Ртр=5кгс/см Рмтр=9кгс/см Н=7655мм |
|
1.2 Краткая характеристика технологического оборудования
Установка гидроочистки дизельных топливЛ-24/6 входит в состав цеха 8/14 нефтеперерабатывающего завода. Проектная производительность 900000 тонн в год. Введена в действие в 1965 г.
Установка предназначена для очистки дизельных топлив, газойлей, бензиновых фракций замедленного коксования вакуумного дистиллята от сернистых, кислородных и азотистых соединений путем гидрирования с помощью алюмоникельмолибденового катализатора или алюмокобальтмолибденового катализатора.
Установка состоит из двух параллельно работающих потоков, на каждом из которых возможна одновременная переработка различных видов сырья.
В состав установки входят:
реакторное отделение;
отделение стабилизации;
отделение очистки;
компрессорное отделение;
насосное отделение;
резервуарный парк.
Реакторное отделение. Отделение расположено на наружной территории установки. Отделение предназначено для гидрирования сернистых, кислородных и азотных соединений, содержащихся в дизельных топливах, легких газойлях, вакуумном дистилляте. Отделение состоит из двух параллельно работающих потоков, включающих в себя:
сырьевые теплообменники Т-1ч4 (Т-5ч8), 21, 25;
печь П-1 (П-2);
реакторы Р-1,2 (Р-3,4);
холодильники Х-1 (Х-2);
сепаратор С-1 (С-2).
Отделение стабилизации. Предназначено для стабилизации дизельного топлива, вакуумного дистиллята путем удаления из него низкокипящих компонентов состава С1-С4, бензина, сероводорода. Отделение состоит из двух параллельно работающих потоков, включающих в себя:
сепараторы С-4(С-3), С-9(С-10);
теплообменники Т-9ч12 (Т-13ч16);
печь П-3 (П-4);
колонну К-2 (К-3);
холодильник-конденсатор ХК-1 (ХК-2);
воздушный холодильник ВХ-1(ВХ-2);
холодильники Х-15,16 (Х-17);
емкость Е-9.
Отделение очистки. Отделение расположено на наружной территории установки. Отделение предназначено для очистки циркуляционного водородсодержащего газа, газов стабилизации и бензина от сероводорода, полученного в результате процесса гидрирования, 5-15 раствором моноэтаноламина (МЭА). Отделение включает в себя:
абсорберы К- 4, 5, 7;
теплообменники Т-17ч19;
ребойлер Т-20;
десорбер К-6;
холодильники Х-9,10,14;
холодильники-конденсаторы ХК-3,3а;
сепараторы С-31, 11;
емкости Е-4,8,23,29,5,30;
конденсатоотводчик А-7.
Компрессорное отделение. Отделение расположено в здании и включает в себя газовую компрессорную, азотную компрессорную, маслохозяйство и коллекторную, которые разделены между собой кирпичной стеной. Отделение предназначено для циркуляции водородсодержащего газа (ВСГ) в системах реакторного отделения и для подачи азота на установки НПЗ.
Отделение включает в себя:
сепараторы С-5,7;
компрессоры ПК-1,2,3;
воздушные компрессоры ВК-1,2,3.
Насосное отделение.Отделение расположено в здании и включает в себя: холодную насосную, горячую насосную, сероводородную насосную. Насосные разделены между собой кирпичной стеной. Насосные предназначены для перекачки нефтепродуктов и реагентов.
Отделение включает в себя:
холодную насосную - насосы Н-1,2,3,4,10,11,12,13,14,15,16;
горячую насосную - насосы Н-7,8,9;
насосную сероводородной флегмы - насосы Н-17,18,19;
насосную защелачивания - насосы Н-20,21,21а,5,6.
Резервуарный парк. Резервуарный парк расположен в обваловании из бетонных блоков. Резервуарный парк предназначен для приема, приготовления и хранения сырья для установки. Парк 17А включает в себя 7 резервуаров (№ 204, №205, №206, №207, №208, №209, №210) и коммуникации. Объем каждого резервуара 1000м3. Резервуары №209, №207, №206, №204 - оснащены алюминиевыми понтонами.
1.3 Нормы технологического режима
В таблице 1.1 указаны нормы технологического режима, единицы измерения, оптимальные значения параметров, пределы технологических параметров.
Таблица 1.1 - Нормы технологического режима
Наименование стадий процесса, показателей режима, номера позиции оборудования по схеме |
Единицы измерения |
Допускаемые пределы технологических параметров и показателей качества |
Функциональное обозначение и номер позиции прибора по схеме |
Требуемый класс точности измерительных приборов ГОСТ 8.401 |
Оптимальные значения параметров |
|
Стабилизация дизельного топлива |
||||||
Сепараторы С-3,4 |
||||||
давление С-3 |
кгс/см2 |
5,0, не более |
PRCА-99 |
1,5 |
4,0-4,8 |
|
давление С-4 |
кгс/см2 |
5,0, не более |
PRCА-69 |
1,5 |
4,0-4,8 |
|
уровень С-3 |
шк. |
20-80 |
LRCA-101 |
1,5 |
40-45 |
|
уровень С-4 |
шк. |
20-80 |
LRCA-71 |
1,5 |
40-45 |
|
Колонна К-2 |
||||||
-давление |
кгс/см2 |
1,5, не более |
PRC-61 |
1,5 |
0,4-1,0 |
|
-уровень |
шк. |
20-80 |
LRCA-75 |
1,5 |
40-60 |
|
-расход орошения |
м3/ч |
20, не более |
FRC-78 |
1,5 |
1-3 |
|
-температура верха |
C |
150, не более |
TIR-77 |
1,0 |
115-140 |
|
-температура низа |
C |
350, не более |
TIR-85 |
1,0 |
180-260 |
|
Колонна К-3 |
||||||
-давление |
кгс/см2 |
1,5, не более |
PRC-103 |
1,5 |
0,4-1,0 |
|
-уровень |
%шк. |
20-80 |
LRCA-105 |
1,5 |
40-60 |
|
-расход орошения |
м3/ч |
20, не более |
FRC-108 |
1,5 |
1-3 |
|
-температура верха |
C |
150, не более |
TIR-107 |
1,0 |
115-140 |
|
-температура низа |
C |
350, не более |
TIR-93 |
1,0 |
180-260 |
|
Печь П-4: |
||||||
- расход теплоносителя |
м3/ч |
40, не менее |
FR-110 |
1,5 |
50-60 |
|
- температура теплоносителя |
C |
320, не более |
TIR-112 |
1,0 |
300-310 |
|
- температура перевалов |
C |
750, не более |
TIR-127-1/3 |
1,0 |
700-750 |
|
- давление теплоносителя на выходе из печи |
кгс/см2 |
0,1, не менее |
PISA480 |
1,5 |
3-5 |
|
давление- разряжение |
кгс/м2 |
4, не менее |
РISA 272 |
1,5 |
6-8 |
|
- контроль пламени пилотных горелок |
наличие пламени |
BSA 482 |
- |
наличие пламени |
||
- контроль пламени основных горелок |
наличие пламени |
BSA441,442, 443,444 |
- |
наличие пламени |
||
- содержание кислорода в дымовых газах после печи |
% |
12, не более |
QIA 494 |
1,5 |
3-8 |
|
Печь П-3: |
||||||
-расход теплоносителя |
м3/ч |
40, не менее |
FIR-109 |
1,5 |
40-60 |
|
-температура перевалов |
C |
750, не более |
TIR-126-1/3 |
1,0 |
700-750 |
|
-температура пара после пароперегревателя |
C |
220, не менее |
TIR-296 |
1,0 |
240-280 |
|
- давление теплоносителя на выходе из печи |
кгс/см2 |
0,1, не менее |
PISA479 |
1,5 |
3-5 |
|
- давление топливного газа |
кгс/см2 |
0,01-1,5 |
РICА 477 AN_PISA 9477 |
1,5 |
0,09-01 |
|
- разряжение |
кгс/м2 |
4, не менее |
РISA 269 |
1,5 |
6-8 |
|
- контроль пламени пилотных горелок |
наличие пламени |
BSA481 |
- |
наличие пламени на не менее чем 50% горелок |
||
- контроль пламени основных горелок |
наличие пламени |
BSA434,435, 436,437,438, 439 |
- |
наличие пламени на не менее чем 50% горелок |
||
- содержание кислорода в дымовых газах после печи |
% |
12, не более |
QIA 493 |
1,5 |
3-8 |
|
Сепараторы С-9,10: |
||||||
-уровень С-9 -уровень С-10 -давление С-9 -давление С-10 |
шк. шк кгс/см2 кгс/см2 |
20-80 20-80 1,5, не более 1,5, не более |
LRAS-97 LRCA-129 PIR-96, PIR-128 |
1,5 1,5 1,5 1,5 |
40-45 40-45 0,4-1,0 0,4-1,0 |
|
Емкость Е-23: |
||||||
- уровень в Е-23 |
шк. |
20 не более |
LRCS 65 |
1,5 |
отс. |
|
Емкость Е-8: |
||||||
-уровень раздела фаз |
шк. |
10, не менее |
LRC-130 |
1,5 |
20-50 |
|
-расход абсорбента |
м3/ч |
8, не более |
FIR 326 |
1,5 |
4-6 |
|
-давление |
кгс/см2 |
5,0, не более |
PIR-187 |
1,5 |
1-3 |
|
-температура |
C |
40, не более |
TIR-22 |
1,5 |
30-35 |
|
Емкость Е-9: |
||||||
- уровень воды в Е-9 |
шк. |
20-80 |
LRCS 146 |
1,5 |
40-50 |
|
- расход воды из Е-9 |
м3/ч |
3,0, не менее |
FIR-260 |
1,5 |
3,0-6,0 |
|
Насосы Н-7, Н-8, Н-9: |
||||||
Температура масла в картере переднего подшипника Н-7 |
0С |
60, не более |
TISA 636-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-7 |
0С |
60, не более |
TISA 637-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере переднего подшипника Н-8 |
0С |
60, не более |
TISA 636-8 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-8 |
0С |
60, не более |
TISA 637-8 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере переднего подшипника Н-9 |
0С |
60, не более |
TISA 636-9 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-9 |
0С |
60, не более |
TISA 637-9 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура в бачке торцевого уплотнения насоса Н-7 |
0С |
90, не более |
TISA 641-7 |
1,0 |
40-60 |
|
Температура в бачке торцевого уплотнения насоса Н-8 |
0С |
90, не более |
TISA 641-8 |
1,0 |
40-60 |
|
Температура в бачке торцевого уплотнения насоса Н-9 |
0С |
90, не более |
TISA 641-9 |
1,0 |
40-60 |
|
Давление в бачке торцевого уплотнений насоса Н-7 |
кгс/см2 |
8, не более |
PA 232-7 |
1,5 |
0-1,5 |
|
Давление в бачке торцевого уплотнений насоса Н-8 |
кгс/см2 |
8, не более |
PA 232-8 |
1,5 |
0-1,5 |
|
Давление в бачке торцевого уплотнений насоса Н-9 |
кгс/см2 |
8, не более |
PA 232-9 |
1,5 |
0-1,5 |
|
Уровень в бачке торцевого уплотнений насоса Н-7 |
мм |
норма |
LSA 350-7 |
1,5 |
норма |
|
Уровень в бачке торцевого уплотнений насоса Н-8 |
мм |
норма |
LSA 350-8 |
1,5 |
норма |
|
Уровень в бачке торцевого уплотнений насоса Н-9 |
мм |
норма |
LSA 350-9 |
1,5 |
норма |
|
Давление нагнетания насоса Н-7 |
кгс/см2 |
2, не менее |
PISA230 |
1,5 |
5-8 |
|
Давление нагнетания насоса Н-8 |
кгс/см2 |
2, не менее |
PISA239 |
1,5 |
5-8 |
|
Давление нагнетания насоса Н-9 |
кгс/см2 |
2, не менее |
PISA 248 |
1,5 |
5-8 |
|
Насосы Н-10, Н-11, Н-12: |
||||||
Температура масла в картере переднего подшипника Н-10 |
0С |
60, не более |
TISA 636-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-10 |
0С |
60, не более |
TISA 637-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере переднего подшипника Н-11 |
0С |
60, не более |
TISA 636-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-11 |
0С |
60, не более |
TISA 637-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере переднего подшипника Н-12 |
0С |
60, не более |
TISA 636-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Температура масла в картере заднего подшипника Н-12 |
0С |
60, не более |
TISA 637-7 |
1,0 |
30-50 |
|
Давление нагнетания Н-10 |
кгс/см2 |
2,не менее |
PIS 242 (PIS 252 PIS 253) |
1,5 |
6-8 |
|
Давление нагнетания Н-10(11,12) |
кгс/см2 |
2,не менее |
PIS 242 (PIS 252 PIS 253) |
1,5 |
6-8 |
|
Давление нагнетания Н-10(11,12) |
кгс/см2 |
2,не менее |
PIS 242 (PIS 252 PIS 253) |
1,5 |
6-8 |
|
2. Обоснование выбора микропроцессорной техники
Все приборы и исполнительные механизмы выбраны, исходя из специфики нефтяного производства, это позволяет снизить риск возникновения аварийных ситуаций на объекте автоматизации.
Выбор данных датчиков так же обусловлен тем, что "Промышленная группа "Метран" находится на рынке систем и средств автоматизации уже более 15 лет и имеет огромный опыт в производстве различных типов датчиков. Все изделия данной фирмы внесены в Госреестр средств измерений и имеют все надлежащие сертификаты. Изделия ПГ "Метран" по многим техническим показателям не уступают своим зарубежным аналогам, а по цене намного ниже их.
ПГ "Метран" предлагает для измерения температуры микропроцессорный термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом Метран-2700-Ex.
Термопреобразователи Метран-2700 предназначены для измерения температуры различных сред, поверхностей и малогабаритных подшипников в газовой, нефтяной, химической, нефтехимической, машиностроительной и металлообрабатывающей, приборостроительной и других областях промышленности. Использование термопреобразователей допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.
На данном участке технологического процесса эти термопреобразователи используется для измерения температуры в основных технологических аппаратах. Эти датчики подходят для представленного процесса по диапазону измеряемых температур и остальным параметрам.
Так как печи на данном участке технологического процесса работают при высоких температурах, выбраны термоэлектрические преобразователи температуры Метран-281-Ex с высоким диапазоном измерения-50..+1000°С. Метран-281-Ex может применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категории IIC группы Т6 или Т5 по ГОСТ 12.1.011. Маркировка взрывозащиты ExiaIICT6X, ExiaIICT5X с видом взрывозащиты "безопасная электрическая цепь". Климатическое исполнение У1.1 по ГОСТ 15150, но для работы при значениях температуры окружающего воздуха от -40 до 70°С.
3. Расчет системы автоматического регулирования
3.1 Разработка контуров регулирования
Для расчета основного технологического аппарата была выбрана колонна стабилизации К-2. Колонна К-2 является стабилизационной колонной. Принцип действия работы колонны: газожидкостная смесь вводится в колонну и поступает в распределительно - дегазирующее устройство, представляющее собой систему лопаток с ограничительными боковыми стенками. Лопатки располагаются по линии, ограничивающей область с равномерным распределением скоростей смеси. На лопатках происходит сепарация газа из газожидкостной смеси. Газ отводится через прорезь между распределительно - дегазирующим устройством и магистральным желобом и распределяется по сечению колонны. Жидкость после сепарации поступает в успокоительное устройство магистрального желоба. После этого жидкость, через систему прорезей, переливается в магистральный желоб, и распределяется в рабочие желоба, а из них на насадку АВР.
Для обеспечения качества работы колонны стабилизации в широком диапазоне изменения нагрузок по жидкости и пару колонна К-2 снабжена регулярной насадкой АВР. Насадка АВР состоит из двух частей: нижнего пакета (в обечайке диаметром 2172 мм) и верхнего пакета (в обечайке диаметром 1600мм).
Конструктивно верхний и нижний пакеты насадки АВР отличаются только геометрическими размерами и количеством горизонтальных рядов: нижний пакет состоит из 18 рядов насадки АВР размером 60х80мм; верхний пакет состоит из 20 рядов насадки размером АВР 60х80 мм. Нижний пакет насадки АВР делится на две равные части. Между этими частями располагается узел перераспределения жидкости. Принцип действия перераспределительного устройства заключается в следующем: жидкость, отброшенная во время работы колонны на стенку колонны, отрывается от стенки и направляется в центральную зону насадки АВР.
На рисунке 3.1 представлена схема колонны как объекта регулирования, здесь обозначены возмущающие, входные и выходные воздействия.
Рисунок 3.1. Структурная схема колонны К-2
К возмущающим воздействиям относятся:
Fсыр. - расход сырья; Qсыр. - концентрация сырья; Тсыр. - температура сырья; q - теплопотери; Токр. ср. - температура окружающей среды.
К входным воздействиям относятся:
Fтепл. - расход теплоносителя; Fпр. - расход продукта; F орошения - расход орошения
К выходным значения относятся:
Lк - уровень в колонне; Сп - концентрация продукта; Рк - давление в колонне. Т верха - температура верха колонны; Т низа - температура низа колонны Т на контр. Тар. - температура на контрольной тарелке
3.2 Выбор контура регулирования
При автоматизации работы колон была разработана каскадная САУ, регулирование расхода орошения с коррекцией по температуре верха колонны. Данный контур состоит из двух регуляторов и одного регулирующего клапана. Регулирование температуры верха колонны К-2 - основной регулятор. В основном регуляторе используется ПИД - закон регулирования. Регулирование расхода орошения колонны К-2 - вспомогательный регулятор. Во вспомогательном регуляторе используется ПИ-закон регулирования.
Орошение к колонне подается по линии отгона бензина. Скорость расхода 20м/ч, расход измеряется с помощью расходомера на базе компактной диафрагмы. Контроль температуры в колонне производится с помощью термопар ТХАУ.
На рисунке 3.2 представлена схема каскадной системы регулирования расхода орошения с коррекцией по температуре верха колонны К-2.
Рисунок 3.2. Схема каскадной системы регулирования
3.3 Теоретические основы расчета САР
Одной из важнейших задач автоматизации технологических процессов является автоматическое регулирование, имеющее целью поддержание постоянства (стабилизацию) заданного значения регулируемых переменных или их изменение по заданному во времени закону (программное регулирование) с требуемой точностью, что позволяет обеспечить получение продукции нужного качества, а также безопасную и экономичную работу технологического оборудования.
Задача автоматического регулирования реализуется посредством систем автоматического регулирования (САР). Поводом для регулирования в замкнутой САР является возникновение ошибки. При её появлении регулятор изменяет регулирующее воздействие до полного устранения ошибки (в идеальной системе). Таким образом, САР предназначена для поддержания регулируемой переменной на заданном уровне при колебаниях возмущающих воздействий в определённых пределах. Другими словами, основной задачей регулятора является устранение рассогласования изменением регулирующего воздействия.
Основными задачами, возникающими при расчёте САР, являются:
1. Математическое описание объекта регулирования;
2. Обоснование структурной схемы САР, типа регулятора и формирование требований к качеству регулирования;
3. Расчёт параметров настройки регулятора;
4. Анализ качества регулирования в системе.
Целью расчёта замкнутой САР является обеспечение требуемого качества регулирования.
3.3.1 Математическое описание объекта регулирования
Передаточная функция конкретного объекта управления находится, как правило, по кривой разгона (переходной характеристике) объекта. Кривая разгона, представляющая собой график изменения выходной (регулируемой) величины во времени при подаче на вход объекта ступенчатого воздействия, может быть легко получена опытным путем.
Определение характеристик объектов регулирования по данным экспериментальных исследований называется - идентификацией. Существует большое число методов идентификации объектов регулирования. В данной работе рассмотрен метод Симою, предложенный в 1956 году, который позволяет определить параметры передаточной функций по кривой разгона объекта. Этот метод является одним из наиболее эффективных и удобных для реализации на ЭВМ.
При подаче на вход объекта ступенчатого возмущения:
du=u()-u(0)
выходная величина y(t) будет изменяться с течением времени плавно и изменится на величину:
dy=y()-y(0).
Здесь u(0) и y(0) - начальные значения соответственно входной и выходной величин, u() и y() - установившиеся (конечные) значения этих величин. После снятия кривой разгона и реализации метода получаем следующие характеристики:
а) передаточную функцию объекта (коэффициенты передаточной функции);
б) постоянную времени объекта;
в) время запаздывания объекта.
Полученные характеристики позволяют перейти к определению настроек регулятора.
3.3.2 Расчёт параметров настройки регулятора
Для расчета настроек регуляторов разработано много различных методов: графических, аналитических и т.д., одни из них являются более точными, но достаточно трудоемкими, другие простыми, но более приближенными. Наиболее часто применяется метод расширенных частотных характеристик РЧХ. Этот метод является одним из наиболее точных.
Метод РЧХ позволяет произвести расчет настроек регулятора таким образом, что обеспечивается расположение всех корней характеристического полинома замкнутой системы внутри сектора, определяемого требуемой степенью колебательности m, а следовательно, степенью затухания f.
Расчет настроек регулятора с использованием метода РЧХ состоит в следующем:
1. Определение передаточной функции W(p) разомкнутой системы:
W(p) = Wo(p) • Wр(p) (3.1)
2. Получение РЧХ разомкнутой системы Wрс(jw,m) подстановкой
p=(j-m)w
с целью обеспечения нахождения корней характеристического полинома замкнутой системы внутри сектора;
3. С использованием критерия Найквиста определяются расчетные настройки регулятора из условия неохваченной характеристикой Wрс(jw,m) точки с координатами (-1;j0).
3.3.3 Расчет каскадных САР
Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную, по отношению к наиболее опасным возмущениям, промежуточную координату и использовать для неё то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта. В этом случае в систему включают два регулятора: основной (внешний), служащий для стабилизации основного выхода объекта, и вспомогательный (внутренний), предназначенный для регулирования вспомогательной координаты. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.
В каскадной системе оба регулятора являются взаимно зависимыми, и изменение настроек одного из них сопровождается изменением настроек другого, поэтому расчет настроек регулятора проводят методом итераций, последовательно переходя от расчета одного регулятора к расчету другого с возвратом. Итерации выполняются до тех пор, пока не будет получена желаемая точность.
На каждом шаге итерации рассчитывают приведённую одноконтурную САР, в которой один из регуляторов условно относится к эквивалентному объекту.
Расчет настроек регуляторов выполняется следующим методом:
1Расчет основного регулятора.
При расчете настроек каждого регулятора необходимо всю остальную часть схемы представить в виде нового эквивалентного объекта.
Передаточная функция его равна:
(3.2)
где:
R1 - вспомогательный регулятор;
W1(p) - передаточная функция объекта по вспомогательной координате;
W(p) - передаточная функция объекта по основной координате.
2Расчёт вспомогательного регулятора:
Эквивалентный объект для вспомогательного регулятора является параллельным соединением вспомогательного канала и основной разомкнутой системы. Его передаточная функция имеет вид:
(3.3)
где:
W1(p) - передаточная функция объекта по вспомогательной координате;
W(p) - передаточная функция объекта по основной координате;
R - основной регулятор.
Метод расчета:
На первом шаге расчета делается допущение, что внутренний контур регулирования очень быстродействующий по сравнению с внешним контуром, т.е. R1•W1>>1. Тогда передаточная функция эквивалентного объекта формулы (3.2) будет иметь вид:
(3.4)
где:
R1 - вспомогательный регулятор;
W1(p) - передаточная функция объекта по вспомогательной координате;
W(p) - передаточная функция объекта по основной координате.
На втором шаге найденные настройки основного регулятора подставляют в формулу (3.3), и рассчитывают настройки вспомогательного регулятора.
Затем найденные настройки регулятора внутреннего контура подставляют в передаточную функцию эквивалентного объекта (3.2), после чего процесс уточнения настроек повторяется.
Расчёты производят до тех пор, пока значения настроек на двух последовательных итерациях не совпадут с заданной точностью.
При расчете вспомогательного регулятора на первом шаге предполагают, что основной контур разомкнут, т.е. отключен. В этом случае W1э(р)=W1(р). Затем рассчитывают настройки вспомогательного регулятора.
На втором шаге найденные настройки вспомогательного регулятора подставляют в формулу (3.2), по которой определяют значения основного регулятора.
На третьем шаге найденные значения настроек внешнего контура подставляются в формулу (3.3), и настройки внутреннего контура уточняются.
Расчёты производят до тех пор, пока значения настроек на двух последовательных итерациях не совпадут с заданной точностью.
Выбор законов регулирования.
Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов:
Для поддержки основной координаты на заданном значении без статистической ошибки закон регулирования основного регулятора должен включать интегральную составляющую;
От вспомогательного регулятора требуется, прежде всего, быстродействие, поэтому он может иметь любой закон регулирования. Так как инерционность объекта велика, то в основном контуре необходимо применить ПИД - регулятор;
3) Регулирование внутренним контуром осуществляется по расходу топливного газа, а так как инерционность данного параметра не велика, значит использование во вспомогательном регуляторе дифференциальной составляющей не целесообразно. Для достижения заданной точности регулирования необходимо использовать интегральную составляющую. Таким образом, в качестве вспомогательного регулятора достаточно будет применить ПИ-регулятор.
3.4 Результаты расчета САР
Расчёт каскадной САР стабилизации установки гидроочистки дизельных топлив
Определение передаточной функции объекта по основному каналу (температуре)
Начальные условия:
Мнимая единица для работы с комплексными числами
Изменение входной величины(положения клапана),%
Перерасчёт в относительные единицы:
- Верхняя граница шкалы
- Нижняя граница шкалы
Температура изменилась от до 0С
- Изменение температуры в 0С
- Изменение температуры в %
Массив экспериментальных значений температуры в %
Число точек эксперимента
Время переходного процесса по основному каналу, с
Интервал дискретизации,с
Номера точек эксперимента
Массив времени
Определение коэффициента передачи эквивалентного объекта для основного регулятора:
Приведение кривой разгона к безразмерному виду:
Безразмерная переходная характеристика представляет собой массив, элементы которого находятся в диапазоне {0;1},причем минимальному значению соответствует 0, а максимальному1
Вычисление интегральных коэффициентов T1осн,T2осн,T3осн:
Передаточная функция объекта с учётом времени запаздывания:
Время запаздывания, сек
Построение переходного процесса по кривой разгона методом быстрого преобразования Фурье
Число точек для построения графика, аппроксимирующего график переходного процесса
Единицa изменения частоты рад/сек
Переход от операторной формы передаточной функции к частотной с помощью оператора Лапласа:
Изображение по Лапласу переходной характеристики:
Массив дискретных значений времени переходного процесса:
Переход от частотных координат к временным для построения переходного процесса осуществляется на основе преобразования Фурье:
Приведённая к начальным условиям функция:
Определение передаточной функции объекта по вспомогательному каналу (расходу)
Начальные условия:
Изменение входной величины(положения клапана),%
Перерасчет в относительные единицы:
12 м3/ч - 100 %
f=28 - x %
x=7%
шкала от 0 до 12 м3/ч
Расход изменился от 8до 9 м3/ч
Перерасчёт в относительные единицы:
- Верхняя граница шкалы
- Нижняя граница шкалы
Расход изменился от до м3/ч
- Изменение расхода в м3/ч
- Изменение расхода в %
массив экспериментальных значений расхода
Число точек эксперимента
- Время ПП по вспомогательному каналу,с
- Интервал дискретизации,с
- Номера точек эксперимента
- Массив времени
Размещено на http://www.allbest.ru/
Определение коэффициента передачи эквивалентного объекта для вспомогательного регулятора:
Приведение кривой разгона к безразмерному виду:
Безразмерная переходная характеристика представляет собой массив, элементы которого находятся в диапазоне {0;1},причем минимальному значению соответствует 0,а максимальному
Вычисление интегральных коэффициентов F1всп,F2всп,F3всп:
Передаточная функция объекта с учетом времени запаздывания:
Время запаздывания, с
Построение переходного процесса по кривой разгона методом быстрого преобразования Фурье:
Единица изменения частоты, рад/сек
Переход от операторной формы передаточной функции к частотной с помощью оператора Лапласа:
Изображение по Лапласу переходной характеристики:
Массив дискретных значений времени переходного процесса:
Переход от частотных координат к временным для построения переходного процесса осуществляется на основе преобразования Фурье:
Приведенная к начальным условиям функция:
Определение настроек регуляторов методом расширенных частотных характеристик (РЧХ)
Начальное приближение
Расчёт настроек основного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для основного регулятора приблизительно равна:
Степень затухания переходного процесса
Корневой показатель колебательности системы
Корневой показатель колебательности системы на границы устойчивости
Переход к методу РЧХ :
Диапазон частот
Определение настроек обеспечивающих незатухающие колебания.
Зададим значение настройки С2 равным 5,10,15 и построим линии равной степени затухания при этих настройках в координатах С0-С1
Линии равной степени затухания
В качестве расчетного значения принимаем С2=10
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0о и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция основного регулятора на начальном приближении:
Расчет настроек вспомогательного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для вспомогательного регулятора во втором уточнении равна:
Переход к методу РЧХ: Диапазон частот
Определение настроек, обеспечивающих незатухающие колебания.
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0v и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция вспомогательного регулятора на начальном приближении:
Первое уточнение настроек регуляторов
Расчёт настроек основного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для основного регулятора равна :
Переход к методу РЧХ :
Диапазон частот
Определение настроек обеспечивающих незатухающие колебания.
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0о и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция основного регулятора на начальном приближении:
Расчет настроек вспомогательного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для вспомогательного регулyтора в первом уточнении равна:
Переход к методу РЧХ: Диапазон частот
Определение настроек обеспечивающих незатухающие колебания.
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0v и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция вспомогательного регулятора на начальном приближении:
Второе уточнение настроек регуляторов
Расчёт настроек основного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для основного регулятора равна :
Переход к методу РЧХ :
Диапазон частот
Определение настроек обеспечивающих незатухающие колебания.
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0о и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция основного регулятора на начальном приближении:
Расчет настроек вспомогательного регулятора
Передаточная функция эквивалентного объекта для вспомогательного регулyтора во втором уточнении равна:
Переход к методу РЧХ: Диапазон частот
Определение настроек обеспечивающих незатухающие колебания.
Линия равной степени затухания и граница устойчивости
Нахождение критической настройки С0v и частоты, на которой это происходит.
Частота, на которой С0 максимальна:
Значение С0 на этой частоте.
Рабочая частота:
Значение С0о на рабочей частоте: Значение С1о на рабочей частоте:
Передаточная функция вспомогательного регулятора на втором приближении:
Составим таблицу, в которой отобразим значение настроек регуляторов на каждом приближении:
№ Приближения |
Основной регулятор |
Вспомогательный регулятор |
||||
С0 |
С1 |
С2 |
С0 |
С1 |
||
Начальное |
2.54*10-3 |
0.386 |
10 |
1.176 |
5.734 |
|
Первое |
2.477*10-3 |
0.376 |
10 |
1.176 |
5.733 |
|
Второе |
2.477*10-3 |
0.376 |
10 |
1.176 |
5.733 |
|
Из таблицы видно, что на втором приближении все пять настроек двух регуляторов сошлись с настройками, полученными на предыдущей итерации. Поэтому дальнейшие итерации можно не проводить. А приступить к построению графиков переходных процессов и нахождению показателей качества замкнутой системы с данными настройками регуляторов.
Построение графиков переходных процессов
Передаточная функция эквивалентного объекта для основного регулятора:
Передаточная функция по каналу задания:
Передаточная функция по каналу возмущения:
Построение переходного процесса при ступенчатом изменении расхода на %
Время переходного процесса
Число точек для построения графика, аппроксимирующего график переходного процесса
Единица изменения частоты, рад/с
Переход от операторной формы передаточной функции к частотной с помощью оператора Лапласа:
Массив дискретных значений времени переходного процесса:
Преобразование Фурье
начальное значение температуры
требуемое значение температуры
установившееся значение температуры
Построение 5-процентной зоны:
Переходный процесс по возмущению
Анализ показателей качества замкнутой системы по возмущению :
1) Перерегулирование: систему автоматического управления можно считать удовлетовряющей заданному критерию , если значение d % не больше 40 %.
2. Время регулирования - это промежуток времени от начала действия ступенчатого воздействия до момента времени, когда переходный процесс устойчиво находится в 5% - ной зоне. tp определяет быстроту протекания переходного процесса, чем его значение меньше, тем лучше.
c
3.Время первого согласования - промежуток времени от начала переходного процесса до момента времени, когда график первый раз пересекает установившееся значение.
c
4.Число колебаний - число всплесков вверх и вниз от установившегося значения . Желательно, чтобы оно не превышало 3.
5. Степень затухания. Система автоматического управления должна обеспечивать переходный процесс степенью затухания не меньше заданной.
Построение графика переходного процесса при ступенчатом изменении задания основному регулятору(температуры) от до 0С:
Время переходного процесса
Число точек для построения графика, аппроксимирующего график переходного процесса
Единица изменения частоты,рад/с
Переход от операторной формы передаточной функции к частотной с помощью оператора Лапласа:
Массив дискретных значений времени переходного процесса:
начальное значение температуры
требуемое значение температуры
установившееся значение температуры
Построение 5-процентной зоны:
Анализ показателей качества замкнутой системы по заданию:
1) Перерегулирование: систему автоматического управления можно
считать удовлетворяющей заданному критерию , если значение не более 40 %.
2) Время регулирования - это промежуток времени от начала действия ступенчатого воздействия до момента времени, когда переходный процесс устойчиво находится в 5% - ной зоне. tp определяет быстроту протекания переходного процесса, чем его значение меньше, тем лучше.
c
3.Время первого согласования - промежуток времени от начала переходного процесса до момента времени, когда график первый раз пересекает установившееся значение.
c
4.Число колебаний - число всплесков вверх и вниз от установившегося значения. Желательно, чтобы оно не превышало 3.
Настройки основного регулятора
Коэффициент пропорциональности:
Время интегрирования:
Время дифференцирования:
Настройки вспомогательного регулятора
Коэффициент пропорциональности:
Время интегрирования:
Вывод: В результате расчета были получены оптимальные настройки основного, вспомогательного регуляторов и переходные процессы по каналам задания и возмущения с удовлетворительными показателями качества.
Заключение
автоматизированный гидроочистка дизельный топливо
При выполнении курсовой работы был разработан проект автоматизации для отделения стабилизации установки "Гидроочистки дизельных топлив" на базе контроллера Moducon TSX Quantum. Были построены следующие схемы: схема автоматизации, схема внешних проводок, схема АСУ ТП. Так же была произведена конфигурация контроллера: описание работы системы в целом, описание использующейся станции управления, описание модулей ввода/вывода. Датчики установленные на действующей установке были заменены на новые, более современные и надёжные, отвечающие всем технологическим параметрам в системе.
Автоматизация, а также выбор новейших интеллектуальных датчиков и приборов должны привести к уменьшению числа обслуживающего персонала на установке и облегчить работу операторов, что способствует уменьшению аварий, в которых виноват человеческий фактор и устаревшие приборы.
Список литературы
1. Технологический регламент установки "Гидроочистка дизельного топлива".
2. Каталоги компании Moducon.
3. Каталоги компании "Метран" г. Челябинск - от 21.06.2014
4. Каталог продукции Samson, 2014
5. Каталог СПО "Аналитприбор", г. Смоленск.
6. Учебное пособие "Проектирование автоматизированных систем. Часть I". Составитель: доцент Ильина И.Л. - Ангарск, АГТА, 2005г.
7. Учебное пособие "Проектирование автоматизированных систем. Часть II". Составитель: доцент Ильина И.Л. - Ангарск, АГТА, 2005г.
8. ГОСТ 2.105 - 95. Общие требования к текстовым документам.
9. ГОСТ 21.101 - 93 СПДС. Основные требования к рабочей документации.
10. ГОСТ 21.101 - 95 СПДС. Правила выполнения спецификации оборудования, изделий и материалов.
11. ГОСТ 2.701 - 84. Схемы. Виды и типы. Общее требования к выполнению.
12. РМ 4-59-95. Системы автоматизации технологических процессов. Оформле-ние и комплектование проектов.
13. РМ 4-206-95. Спецификация оборудования, изделий и материалов. Указание по выполнению.
14. СНиП 1.02.01-85. Инструкция о составе, порядке разработки, согласования.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика и описание схемы процесса гидроочистки ДТ. Выбор параметров контроля, регулирования, сигнализации, противоаварийной защиты и алгоритмов управления. Регуляторы и средства отображения информации. Контроль и регистрация давления.
курсовая работа [71,2 K], добавлен 01.06.2015Знакомство с функциями реактора гидроочистки дизельного топлива Р-1. Гидроочистка как процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Характеристика проекта установки гидроочистки дизельного топлива.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 12.01.2014Технологический расчет реакторного блока установки гидроочистки дизельного топлива. Научно-технические основы процесса гидроочистки. Концентрация водорода в циркулирующем газе. Реакции сернистых, кислородных и азотистых соединений. Автоматизация процесса.
курсовая работа [46,0 K], добавлен 06.11.2015Автоматизация химической промышленности. Назначение и разработка рабочего проекта установок гидрокрекинга, регенерации катализатора и гидродеароматизации дизельного топлива. Моделирование системы автоматического регулирования. Выбор средств автоматизации.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.08.2012Понятие автоматизации, ее основные цели и задачи, преимущества и недостатки. Основа автоматизации технологических процессов. Составные части автоматизированной системы управления технологическим процессом. Виды автоматизированной системы управления.
реферат [16,9 K], добавлен 06.06.2011Автоматизация, интенсификация и усложнение металлургических процессов. Контролируемые и регулируемые параметры в испарителе. Функциональная схема автоматизации технологических процессов. Функция одноконтурного и программного регулирования Ремиконта Р-130.
контрольная работа [73,9 K], добавлен 11.05.2014Основы гидроочистки топлив. Использование водорода в процессах гидроочистки. Требования к качеству сырья и целевым продуктам. Параметры гидроочистки, характеристика продуктов. Описание установки гидроочистки Л-24-6. Технологическая схема установки Г-24/1.
курсовая работа [305,2 K], добавлен 19.06.2010Анализ 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 17.03.2012Автоматизация процессов тепловой обработки. Схемы автоматизации трубчатых печей. Схема стабилизации технологических величин выпарной установки. Тепловой баланс процесса выпаривания. Автоматизация массообменных процессов. Управление процессом абсорбции.
реферат [80,8 K], добавлен 26.01.2009Описание технологического процесса гидроочистки. Текущий уровень автоматизации стабилизационной колонны. Выбор средств автоматики, исполнительных механизмов и регулирующих органов. Повышение коэффициента оборудования. Улучшение качества регулирования.
курсовая работа [41,5 K], добавлен 30.12.2014Порядок поверки, калибровки и аттестации приборов. Прикладные функции управления технологическим процессом. Схема автоматического регулирования соотношения дутьё-газ доменной печи. Контроль качества и анализ характеристик надежности систем автоматизации.
отчет по практике [317,5 K], добавлен 21.04.2016Краткая характеристика объекта автоматизации, основные технические решения, схемы технологических процессов. Структурная схема системы регулирования. Выбор параметров сигнализации. Регулирование расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор.
контрольная работа [39,5 K], добавлен 22.09.2012Изучение экстракционной технологии производства экологически чистого дизельного топлива. Описание технологической схемы получения очищенного топлива. Расчет реактора гидроочистки дизельной фракции, стабилизационной колонны и дополнительного оборудования.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.01.2012Описание процесса термической обработки металла в колпаковых печах. Создание системы автоматизации печи. Разработка структурной и функциональной схемы автоматизации, принципиально-электрической схемы подключения приборов контура контроля и регулирования.
курсовая работа [766,2 K], добавлен 29.03.2011Автоматизация производственного процесса. Исследование динамических свойств объекта регулирования и регулятора. Системы автоматического регулирования уровня краски и стабилизации натяжения бумажного полотна. Уравнение динамики замкнутой системы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 31.05.2015Общее описание установки. Технология и процесс гидроочистки, оценка его производственных параметров. Регламент патентного поиска, анализ его результатов. Принципы автоматизации установки гидроочистки бензина, технические средства измерения и контроля.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 29.04.2015Технические требования к проектируемой системе автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации. Автоматическое регулирование технологических параметров объекта. Алгоритмическое обеспечение системы. Расчет надежности системы автоматизации.
курсовая работа [749,9 K], добавлен 16.11.2010Краткое описание технологического процесса. Описание схемы автоматизации с обоснованием выбора приборов и технических средств. Сводная спецификация на выбранные приборы. Системы регулирования отдельных технологических параметров и процессов.
реферат [309,8 K], добавлен 09.02.2005Описание установки как объекта автоматизации, варианты совершенствования технологического процесса. Расчет и выбор элементов комплекса технических средств. Расчет системы автоматического управления. Разработка прикладного программного обеспечения.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 24.11.2014Построение современных систем автоматизации технологических процессов. Перечень контролируемых и регулируемых параметров установки приготовления сиропа. Разработка функциональной схемы автоматизации. Технические характеристики объекта автоматизации.
курсовая работа [836,2 K], добавлен 23.09.2014