Разработка системы автоматической подстройки регуляторов на основе модели оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уфимский государственный нефтяной технологический университет

Разработка системы автоматической подстройки регуляторов на основе модели оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам

Абдурахмонов М.А.

магистрант кафедры автоматизации, телекоммуникации и метрологии Научный руководитель:

Калашник Д.В.

к.т.н., доцент кафедры автоматизации, телекоммуникации и метрологии

Abdurakhmonov M.A.

Ufa State Petroleum Technological University (Ufa, Russia)

Scientific advisor:

Kalashnik D.V.

Ufa State Petroleum Technological University (Ufa, Russia)

DEVELOPMENT OF A SYSTEM FOR AUTOMATIC ADJUSTMENT

OF REGULATORS BASED ON A MODEL FOR EVALUATING KEY INDICATORS OF RAW MATERIAL QUALITY BY TECHNOLOGICAL PARAMETERS

Abstract

the article discusses the development of a model for assessing the quality of raw materials according to the parameters of the technological process and the development of an algorithm for adapting the settings of regulators depending on the quality of raw materials. The operation of the model is based on the principles of statistical analysis of the parameters of the technological regime. A special feature is the use of an algorithm for automatically selecting controller settings for various modes.

Keywords: primary oil refining, advanced control systems.

Аннотация

в статье рассматривается разработка модель оценки показателя качества сырья по параметрам технологического процесса и разработка алгоритма адаптации настроек регуляторов в зависимости от показателя качества сырья. Работа модели основана на принципах статистического анализа параметров технологического режима. Особенностью является применение алгоритма автоматического выбора настроек регуляторов для различных режимов.

Ключевые слова: первичная переработка нефти, системы усовершенствованного управления.

Введение

В настоящее время наблюдается изменение условий разработки месторождений нефти, что в первую очередь с технической стороны связано с такими явлениями, как истощение месторождений и повышение обводненности нефтяной продукции. Анализ литературы по теме показывает [1 - 3], что основные резервы повышения эффективности производств добычи, транспорта и переработки нефти и газа связаны с решением «продвинутых» задач (задач усовершенствованного управления), в первую очередь -- задач оперативного управления по показателям качества (ПК) и технико-экономическим показателям (ТЭП) [4, 5].

Актуальность исследования

Одной из особенностей нефтеперерабатывающих производств является нестабильность характеристик сырья, определяющая необходимость изменения режимных параметров с целью поддержания нормируемых показателей качества получаемых продуктов. При этом могут изменяться фракционный и химический составы, содержание воды и солей. В последнее время на части НПЗ практикуется использование сырья и его переработка «с колес», что сводит к минимуму время на анализы сырья, при этом сырье может быть смесью нескольких нефтей, полученных с различных месторождений и обладающих различными свойствами и характеристиками. Известно, что, несмотря на огромное количество работ по изучению свойств нефтей отдельных месторождений, многие вопросы управления технологией переработки этих нефтей остаются открытыми, а при использовании смесей нефтей проблемы только усиливаются.

Одним из основных подходов в решении подобных вопросов является разработка систем усовершенствованного управления. Также существуют работы по улучшению качества продукции за счет настройки и адаптации регуляторов для технологических процессов. Таким образом, соединение в общей системе усовершенствованного управления с использованием моделей и подсторойки регуляторов позволит взять лучшее от каждого подхода и решить проблему изменения сырья [6 -8]. Таким образом, в ближайшем будущем проблема стабильности нефти, поступающей, на заводы будет приобретать все большие масштабы, а соответственно внедрение систем усовершенствованного управления становится все более актуальным.

Постановка задачи исследования

Для повышения стабильности работы установки и выхода целевого продукта в условиях нестабильного сырья необходимо:

разработать модель оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам работы установки;

разработать систему автоматической подстройки регуляторов на основе разработанной модели;

реализация и тестирование разработанной системы.

Результаты исследований и их практическая значимость

В качестве объекта исследований выбрана установка первичной переработки нефти (рисунок 1). Проведено разделене технологической установки первичной переработки нефти на отдельные технологические объекты. Для каждого технологического объекта сотавлены технологическая и топологическая схемы и имитациооная модель.

Все построенные имитацонные модели были объединены в единую имитационную модель, представленную на рисунке 2.

В данной имитационной модели присутствует обобщенный показатель состава сырья XF и выходные параметры в виде измеряемых расходов каждой из выделяемых фракций. С использование полученной модели проведены эксперименты по анализу влияние качества состава сырья XF. По результатам получены значения для каждого их трех основных расходов F85-105 - измеренный расход фракции 85-105; F105-140 - измеренный расход фракции 105140; F140-180- измеренный расход фракции 140-180.

Рисунок 1 - Схема технологического процесса

Для определения зависимости обобщенного показателя состава сырья проведён расчет корреляции между потоками и составом сырья для разного состава сырья. Для каждого расхода получены значения корреляции выше 0,9, что соответствует высокому уровню связи.

В результате была разработана модель показателя состава сырья XF:

где F85-105 - измеренный расход фракции 85-105;

F105-140- измеренный расход фракции 105-140;

F140-180- измеренный расход фракции 140-180.

По результатам моделирования погрешность определения XF не превышает 1 %, что позволяет сделать вывод о корректности работы модели и возможности ее дальнейшего применения.

Рисунок 1 - Имитационная модель блока колонны К-3 установки первичной переработки нефти

автоматический регулятор технологический

Для реализации корректировки настроек регуляторов разработана система автоматической подстройки регуляторов на основе разработанной модели. В качестве примера рассмотрена возможность работы с тремя вариантами настроек в зависимости от значения XF, полученного по модели. Количество вариантов настроек так же может быть изменено для конкретного объекта автоматизации. Соответственно разработанный подход может быть применен на различных объектах с возможностью, как расширения, так и уменьшения количества вариантов настроек регулятора, а также применен для нескольких регуляторов на одном объекте. Алгоритм определения настроек регулятора из пула вариантов представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Алгоритм определения настроек регулятора из пула вариантов

Для реализации алгоритма разработанного в разделе 2.5 можно использовать практически любой промышленный логический контроллер. Для примера реализации был выбран Micrologix 1500 и среда программирования RSLogix 500. Данный контроллер является базовым с наличием ПИД-регулятора и на его примере можно показать возможность реализации, как на самых простых контроллерах, так и для более сложных систем автоматизации. В качестве языка программирования выбран язык LD, как один из стандартных языков, имеющийся практически у всех программных логических контроллерах, применяемых в системах автоматизации технологических объектов.

Поставленную задачу условно можно разделить на две части: определение параметра качества и выбор настроек регулятора, и загрузка необходимого пула настроек в регулятор.

После расчета качества сырья XF по алгоритму, описанному во второй главе, по разработанной программе произведем выбор и запись соответствующих настроек в регулятор. В начале программы считываем значение XF, во внутренние регистры загружаются настройки регуляторов для различных вариантов XF. Далее в программе определяем, какой вариант настроек использовать. по алгоритму, описанному во второй главе. При этом для каждого параметра настроек устанавливается значение бита активности 0 или 1. Исходя из того, какой вариант настроек выбран (значение для варианта 1), загружаем пул настроек регулятора во внутренние регистры регулятора. В результате работы программы настойки регулятора в зависимости от показателя качества сырья загружены в регулятор. Расчет программы выполняется циклически непрерывно, что обеспечивает актуальность настроек в течение всего времени работы.

Выводы

Предложенная модель оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам работы установки первичной переработки нефти и программа расчета показателя качества сырья на основе данной модели позволяют рассчитывать показатель качества сырья с точностью не хуже 1%.

Предложенный алгоритм расчета настроек регуляторов в зависимости от показателей качества сырья и программа изменения настроек регулятора позволяет оперативно реагировать на изменения качества сырья и автоматически корректировать ведение технологического процесса.

Список литературы

Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Кирюшин О.В. «К решению задачи оперативного управления процессами подготовки нефти» // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2007. Т. 9. № 4. С. 64-67.

Веревкин А.П., Кирюшин О.В. «Проблемы повышения эффективности управления процессами добычи и переработки нефти и газа» // Территория Нефтегаз. 2009. № 5. С. 12-15.

Веревкин А.П. «Автоматическое управление технологическими процессами нефтепереработки по показателям качества продуктов» диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук // Уфа, 1999.

Сорокин В.Д. , Сорокин А.В. Анализ изменений физико-химических свойств нефти в процессе разработки месторождений Западной Сибири // Основные направления научно-исследовательских работ в нефтяной промышленности Западной Сибири. -- Тюмень.- СибНИИНП.- 2003.- С.132- 142.

Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Зозуля Ю.И., Кирюшин О.В. Оперативное управление технологическими процессами подготовки нефти по технико - экономическим показателям. // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, № 3, 2006. - ОАО «ВНИИОЭНГ». - С. 48 - 53.

Давлетшина Л.И. «Моделирование атмосферного блока установки АВТ с использованием среды моделирования dwsim в сборнике: кооперация науки и общества - путь к модернизации и инновационному развитию» // Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции. Стерлитамак, 2021. С. 74-78.

Данилов В.А. «Математическое моделирование установки элоу-авт-6 ОАО «Сызранский нефтеперерабатывающий завод» // В сборнике: Молодой ученый: вызовы и перспективы. сборник статей по материалам XXVI международной заочной научно-практической конференции. 2017. С. 327-336.

Арсланов Ф.А. , Веревкин А.П., Иванов В.И., Муниров Ю.М., Гареев Р.Г. «Моделирование ректификационных колонн установок авт для целей оперативного управления по показателям качества» // В сборнике: Исследования, интенсификация и оптимизация химико -технологических систем переработки нефти. Уфа, 1992. С. 94-98.

Размещено на Allbest.ru/