Система управления узлом дегидрирования этилбензола (стр. 4 из 22)

При заданном объеме выпуска конечной продукции критерий примет вид:

→ min,

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

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

m – количество затрачиваемых в процессе параметров.

Задача управления процессом сведется к минимизации технологических затрат.

Важным этапом в разработке системы автоматического управления является анализ системы, так как она должна обеспечивать достижение поставленной цели управления. Это вытекает из экономической целесообразности процесса. При этом также важно, чтобы система автоматического управления была по возможности проста и легка в эксплуатации, пожаро- и взрывобезопасна, и соблюдались требования технологического регламента в любых условиях производства, обеспечивалась безаварийная работа оборудования.

Поэтому для химического реактора ставится следующая задача:

- обеспечение заданной степени превращения исходного вещества в конечный продукт, при минимальных энергозатратах, с соблюдением условий безопасности и безаварийности работы.

2. Анализ структуры существующей системы управления

2.1 Анализ организационно-технической структуры

В настоящее время в цехе 2514 на установке дегидрирования этилбензола реализована распределенная структура управления технологическим процессом, построенная на основе локальных одноконтурных, многоконтурных автоматических систем регулирования [8].

Существующие средства автоматизации характеризуются применением приборов государственной пневматической системы «Старт».

Система предназначена для автоматического сбора, обработки, хранения и представления технологической информации для оперативного контроля за ведением технологического процесса.

Существующая система охватывает только два нижних уровня автоматической системы управления производством: уровень I/O (ввода-вывода), включающий набор датчиков и исполнительных устройств, предназначенных для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий, и уровень control (непосредственное управление) с отображением значений параметров и возможностью ручного управления.

Температура в аппаратах контролируется с помощью технических ртутных термометров и термометров сопротивления ТСМ, ТСП и термопарами типа ТХА, ТПП, регистрируются вторичными приборами – мостами и потенциометрами: КСМ- 4И, КСП- 4И, преобразуется преобразователями типа НП-ТЛ, НП-СЛ и ЭПП-63.

Давление в аппаратах замеряется манометрами типа ТИ-1218, ОБ-М1-160, ВЭ-16рб, МСП-2, ЭКМ-1У.

Уровень продукта в аппаратах замеряется с помощью приборов УБ-ПВ.

В качестве автоматических регуляторов применяются пневматические регуляторы типа ПР-3.21, ПР-3.25, установленные за щитом и выполняющие ПИ и ПИД законы регулирования. В качестве вторичных приборов используются ПВ-10-1Э, ПВ-4-2Э, ПВ-1.3, установленные на щите.

В случае отклонения параметров от предельно-допустимой величины предусмотрены световая и звуковая сигнализации и блокировки, базирующиеся на приборах: ЭКМ-1У, Логика, УАС-20, УЗС-24. Приборы сигнализации и блокировки вынесены на центральный щит. Схемы сигнализации и блокировок собраны на релейно-контактных элементах.

2.2 Анализ существующей системы управления

Система технических средств автоматизации установки выполнена на элементной базе государственной пневматической системы «Старт».

Выбранные схемы регулирования, законы регулирования, точки технологического контроля и места приложения регулирующих воздействий удовлетворяют условиям поддержания технологического режима.

В существующей системе отсутствуют приборы и алгоритмы прямого цифрового управления.

Достоинством данной системы является то, что она надежна, а также взрыво- и пожаробезопасна. Пневмосистемы в нашей стране широко распространены, что обуславливает дешевизну, как самих средств автоматизации, так и запасных частей к ним. К достоинствам государственной пневматической системы «Старт» можно также отнести и то, что за время ее существования на производстве подготовлен и работает большой штат специалистов в этой области.

Большинство приборов КИП, используемых на установке дегидрирования, выработали срок эксплуатации, морально устарели, что сказывается на качестве обслуживания.

К недостаткам можно отнести:

1) материалоемкость, что объясняется большими габаритами приборов и щитов, на которых расположены приборы

2) примитивность средств отображения и хранения информации, что обусловлено применением диаграммных лент с чернилами; такой способ отображения и хранения информации не удобен;

3) невозможность реализации сложных законов регулирования, то есть, не способны осуществлять регулирование по качеству, адаптивное регулирование.

4) средства ПАЗ базируются на устаревшей технике (ЭКМ, Логика), которая морально и технически устарела.

Аналитический контроль продукта осуществляется только лабораторией, а непрерывный контроль качества отсутствует.

Вследствие того, что исполнительные механизмы выработали срок службы, появилась потенциальная опасность самопроизвольного срабатывания, ведущие к большим материальным затратам.

Анализ существующей системы управления выявил следующие недостатки в управлении технологическим процессом:

1) существующая система управления требует больших усилий от производственного персонала для поддерживания строгого температурного режима в реакторах (поз.Р-202/1,2) при изменениях нагрузки.

2) на данном этапе замене подлежит система ПАЗ, так как она основана на пневмоприборах и отработала все сроки: ложные срабатывания блокировок ведут к долговременным остановам, убыткам и лишним затратам, вследствие, например, снижения активности катализатора и к долгим остановам, в связи с его заменой.

2.3 Выводы по необходимости модернизации системы

В предыдущем пункте были описаны недостатки существующей пневматической системы, включающие в себя материалоемкость, примитивность средств отображения и хранения информации, невозможность реализации сложных законов регулирования, также к недостаткам можно отнести громоздкость измерительной схемы, большое количество оборудования, соответственно и объем обслуживания, дефицит запасных частей по причине прекращения выпуска промышленностью.

Вывод: Существующая система управления, включая полевой КИП, является не эффективной и не надежной в настоящее время, и требует замены; так же требуется установка непрерывного аналитического оборудования.

Направлением на модернизацию является:

а) модернизация существующей пневматической системы управления и системы ПАЗ многоуровневой распределенной системой;

б) замена полевого КИП на интеллектуальные датчики;

в) замена исполнительных механизмов системы ПАЗ;

г) установка аналитического оборудования для непрерывного контроля за содержанием стирола в контактном газе на выходе из реакторов поз.Р-202/1,2.

3. Разработка и описание системы контроля, регулирования и управления технологическим процессом

3.1 Выбор и описание структурной схемы системы управления

По функциональным признакам структура предлагаемой АСУТП подразделяется на следующие категории:

1) распределенная система управления (РСУ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическими процессами совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени;

2) система противоаварийной защиты (ПАЗ), базируется на специализированной микропроцессорной технике повышенной надежности, предназначенной для автоматического перевода технологических процессов в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций;

3) периферийное оборудование – понятие, объединяющее датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы, а также электрические и другие приводы, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях, и подключенные к РСУ и ПАЗ.

АСУ ТП должна иметь гибкую структуру, легко адаптироваться к изменениям и дрейфу характеристик технологических процессов во времени, обеспечивать модификацию алгоритмов решения задач и наборов участвующих в них переменных, конфигурирование схем регулирования и управления. АСУ ТП должна иметь 10% резерв по информационным и управляющим каналам.

По иерархическим признакам структура АСУ ТП должна быть трехуровневой, и строится на основе распределенной архитектуры. Структура системы должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределённое программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети.

Каждый из уровней АСУ ТП представляет собой следующее:

Первый уровень – полевой КИП, базирующийся на современной электронной технике и выполняющий следующие функции: первичная обработка информации (фильтрация, линеаризация, проверка на достоверность значений параметров), реализация регулирующих воздействий, двухсторонний обмен данными со вторым уровнем.

Второй уровень – специализированная сеть микропроцессорных контроллеров РСУ и ПАЗ, ориентированная на автоматизированное управление производственными процессами в режиме реального времени и выполняющая следующие функции: сбор информации с нижнего уровня, расчет действительных значений параметров и введение поправок, реализация сложных цифровых алгоритмов и законов регулирования, автоматический контроль состояния технологического процесса, выдача оптимальных управляющих воздействий на нижний уровень управления.