• RU
  • icon На проверке: 2
Меню

Разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6

  • Добавлен: 11.05.2020
  • Размер: 4 MB
  • Закачек: 4
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Дипломная работа Разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6

Состав проекта

icon
icon Разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти.docx
icon
icon
icon
icon 1_0.res
icon 1_1.res
icon 1_2.res
icon 4_0.res
icon 4_1.res
icon addr.ind
icon Diplom_0.dbb
icon Diplom_0.dbx
icon Diplom_0.inf
icon Diplom_0.rtp
icon Diplom_0.txt
icon TM6_DICT_LANG.txt
icon tm6_log.txt
icon to_Diplom_0.txt
icon Программа#1.tmsd
icon Программа#2.tmsd
icon Программа#3.tmsd
icon Diplom.prj
icon Diplom.~prj
icon
icon Printsipialnaya_tekhnologicheskaya_skhema.cdw
icon Чертеж.bak
icon Чертеж.cdw
icon 8_Titulny_list.doc
icon Бахтиярова З.К. ЭАВБ-513.ppt

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти.docx

Разработка концепции АСУТП5
Техническое обеспечение АСУТП11
1 Измерительные преобразователи и устройства согласования сигналов11
3 Устройства контроля и управления17
4 Структурная схема комплекса технических средств20
Математическое обеспечение АСУТП23
1 Разработка структурной схемы САР23
2 Расчет параметров регуляторов САР29
Программное обеспечение АСУТП35
1 Схемы алгоритмов программ управления и контроля35
2 Графический интерфейс оператора41
3 Программы контроля и управления46
Подогреватель путевой с промежуточным теплоносителем предназначен для нагрева нефтепродуктов при транспортировке а также нефтяных эмульсий и газового конденсата на установках подготовки нефти.
Сущностью данного технологического процесса является подогрев нефти в процессе транспортировки. Основным недостатком технологического процесса является то что в регулирование расхода теплоносителя осуществляется вручную оператором установки по показаниям термометра ТМ1 измеряющего температуру нефти установленном после теплообменника Т-1.
Температура сильно влияет на качество вязкости и плотности нефти. Вторым существенным недостатком недостатком технологического процесса является неточного регулирования расхода теплоносителя в результате чего ухудшаются свойства нефтепродукта и не соответствует требованиям технологического процесса.
Увеличение расхода теплоносителя на обогрев приводит к высокой температуре нефти по сравнению с номинальной что приводит к дополнительным финансовым затратам в силу высокой стоимости производства теплоносителя.
Таким образом целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6.
Основными целями автоматизации являются:
обеспечение эффективного регулирования температуры транспортируемого нефтепродукта в соответствии с требуемой температурой задаваемой оператором;
сокращение затрат на обогрев нефтепродукта в теплообменнике за счет устранения перерасхода воды;
развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления процессом нагрева нефти и нефтепродуктов в путевом подогревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.
Автоматизированная система должна обеспечивать выполнение следующих функций:
сбор архивирование и первичная обработка данных о технологическом параметре температуры атмосферного воздуха температуры теплоносителя и температуры нефти на выходе после теплообменника Т-1;
автоматическую обработку регистрацию и архивирование поступающих значений технологического параметра температура нефтепродукта на выходе теплообменника ПНПТ-1.6;
автоматическую обработку регистрацию и архивирование поступающих значений технологического параметра давление нефтепродукта в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем;
автоматическое регулирование температуры нефтепродукта в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем по ПИД-закону на основании заданной оператором процесса уставки за счет изменения расхода воды в межтрубное пространство теплообменника;
автоматический контроль состояния процесса предупредительную сигнализацию при отклонении температуры нефтепродукта в теплообменнике от номинального значения более чем на заданную величину а также при падении давления нефтепродукта в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ниже определенного регламентом значения;
дистанционную передачу данных и команд (уставка по температуре нефтепродукта; команды управления электроприводом регулирующего клапана) между контроллером процесса и АРМ оператора;
представление информации о состоянии технологического процесса и его параметрах (значения температуры нефтепродукта и давления теплоносителя) оператору диспетчерского пункта в удобном для восприятия и анализа виде на цветных графических операторских станциях в виде мнемосхемы процесса анимации графиков и др.
Разработка концепции АСУТП
1 Обследование объекта и обоснование необходимости создания АСУТП
Нагрев нефтепродуктов осуществляется в теплообменнике Т-1 устанавливаемом в разрыве нефтепровода с помощью теплоносителя.
Для нагрева теплоносителя используется станция нагревателя теплоносителя.
Тепловая мощность проточного нагревателя нефтепродукта составляет 186 Гкалчас. В качестве теплоносителя используется 50%-раствор этиленгликоля с водой с рабочей температурой 95°С.
Для передачи теплоты от теплоносителя нефтепродукту протекающему в трубопроводе используются кожухо-трубчатые теплообменники с винтовыми перегородками.
Параметры проточного нагревателя нефтепродукта промежуточного теплоносителя ПНПТ-1.6 приведены в таблице 1.1.
Номинальная тепловая мощность топочного устройства не более
Производительность по нефтяной эмульсии при нагреве на 25°С обводненностью 30% не более
Давление в продуктовом змеевике не более
Температура нагрева продукта не более
Температура нагрева промежуточного теплоносителя (пресная вода) не более
Объем теплоносителя (пресная вода)
Питание приборов системы контроля сигнализации защиты от сети переменного тока:
Габаритные размеры печи (длина х ширина х высота) не более
Технологическая схема нагрева в проточном нагревателе ПНПТ-1.6 представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Технологическая схема нагрева в проточном нагревателе ПНПТ-1.6.
Технологический процесс протекает следующим образом.
Нефтепродукт с давлением 12 МПа и температурой 20°С поступает в трубное пространство теплообменника Т-1 через запорный клапан К1.
В межтрубное пространство теплообменника Т-1 через запорный клапан К2 осуществляется подача нагретого до 95°С теплоносителя. Расход теплоносителя подаваемого в межтрубное пространство теплообменника Т-1 регулируется регулирующим клапаном ВР.
Максимальное давление теплоносителя составляет 06 МПа и контролируется по показаниям манометра М1.
В результате теплообмена двух сред в контактном теплообменнике температура нефтепродукта увеличивается максимально до 70°С.
Нагретый нефтепродукт выводиться из теплообменника Т-1 через запорный клапан К4. Температуру нагрева нефтепродукта контролируют по показанию термометра ТМ1.
Отработанный теплоноситель выводиться из межтрубчатого пространства теплоносителя Т-1 через запорный клапан К3.
Основным недостатком технологического процесса является то что в регулирование расхода теплоносителя осуществляется вручную оператором установки по показаниям термометра ТМ1 измеряющего температуру нефти установленном после теплообменника Т-1.
Температура сильно влияет на качество вязкости и плотности нефти. В результате неточного регулирования расхода теплоносителя ухудшаются свойства нефтепродукта и не соответствует требованиям технологического процесса.
Для устранения вышеописанных недостатков в рамках выпускной квалификационной работы предлагается:
заменить термометр ТМ1 установленный после теплообменника Т-1 на измерительный преобразователь с унифицированным выходным сигналом 4 мА и обеспечить прием данных от него;
заменить регулирующий вентиль ВР на линии подачи теплоносителя на регулирующий клапан с электроприводом;
поставить программируемый промышленный контроллер на базе которого необходимо реализовать программы управления технологическим процессом и систему сбора данных и диспетчерского управления
организовать получения задания уставки по температуре нефти оператором технологического процесса путем организации системы диспетчерского управления и контроля средствами SCADA системы;
обеспечить регулирование температуры нефти на выходе теплообменника Т-1 по ПИД-закону в соответствии с уставкой задаваемой оператором изменяя расход теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника Т-1 регулирующим клапаном с электроприводом;
обеспечить визуализацию технологических параметров и управление процессом средствами системы диспетчерского управления и контроля на основе SCADA системы.
2 Цели и задачи выпускной квалификационной работы.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6.
Для достижения цели выпускной квалификационной работы требуется решить следующие задачи
произвести выбор необходимого оборудования (средства измерения контроллер исполнительные устройства) и разработать структурную схему комплекса технических средств;
произвести расчет системы автоматического регулирования температуры нефтепродукта в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели;
произвести разработку прикладного программного обеспечения автоматизированной системы регулирования: алгоритмов программ контроля и управления программного кода человеко-машинного интерфейса оператора.
Техническое обеспечение АСУТП
1 Измерительные преобразователи и устройства согласования сигналов
Температура в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем рассматриваемая как основной параметр технологического процесса изменяется в пределах 20 70°С а также давление нефтепродукта по условию которое не должно превышать 06 МПа.
На основе вышеизложенного сформулируем требования к основным средствам измерения применяемым в выпускной квалификационной работе.
Требования к преобразователю температуры нефтепродукта приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Требования к преобразователю температуры нефтепродукта
Характеристика датчика
Рабочий диапазон измеряемых температур °С
Унифицированный выходной сигнал
Основная приведенная погрешность % не более
Условное давление МПа не менее
Показатель тепловой инерции с не более
Степень защиты датчика по ГОСТ14254 не менее
Межповерочный интервал лет не менее
Взрывозащита по ГОСТ Р 51330.0
ExibIIBT4 или 1EхdIIBT4
Требования к преобразователю избыточного давления теплоносителя приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Требования к измерительному преобразователю избыточного давления
Диапазон измерения МПа
Вид измеряемого давления
Предел допускаемой основной приведенной
погрешности % не более
Продолжение таблица 2.2
Проанализировав требования к преобразователю температуры нефти в соответствии с требованиями таблицы 2.1 выбираем термопреобразователь ТСМУ 9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% предназначен для измерения температуры газов жидкостей и сыпучих сред не разрушающих материал защитной арматуры. Термопреобразователи обеспечивают непрерывное преобразование температуры в унифицированный токовый сигнал и предназначены для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами.
Термопреобразователи ТСМУ 9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% имеют взрывонепроницаемую оболочку маркировку взрывозащиты 1ЕxdIICT4Х.
Внешний вид термопреобразователя сопротивления ТСМУ9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% во взрывозащищенном исполнении приведен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Внешний вид ТСМУ9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1%
Технические характеристики ТСМУ9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 - Характеристики термопреобразователя сопротивления ТСМУ 9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% во взрывозащищенном исполнении
ТСМУ9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1%
Номинальная статическая характеристика (НСХ)
Рабочий диапазон измеряемых температур °C
Основная приведенная погрешность %
Условное давление МПа
Выходной сигнал (вторичный преобразователь)
Показатель тепловой инерции с
Степень защиты датчика по ГОСТ14254
Межповерочный (межкалибровочный) интервал лет
Маркировка взрывозащиты по ГОСТ Р 51330.0
В соответствии с характеристиками таблицы 2.2 выбираем преобразователь избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА) с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка».
Преобразователь избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА) предназначен для измерения давления жидкостей и газов неагрессивных к материалам контактирующих деталей (титановые сплавы и коррозионностойкая сталь) в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения постоянного тока в системах контроля и управления давлением в том числе в пищевой промышленности.
Внешний вид преобразователя избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА) в взрывозащищенном исполнении приведен на рисунке 2.2.
Технические характеристики преобразователь избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА) приведены в таблице 2.4.
Рисунок 2.2 – Внешний вид преобразователя избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА)
Таблица 2.4 – Характеристики преобразователя избыточного давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г
МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА)
Продолжение таблицы 2.4
Взрывонепроницаемая оболочка
2 Исполнительные устройства
В роли исполнительного устройства в технологическом процессе является регулирующий клапан с помощью которого регулируются температура нефтепродукта в проточном нагревателе за счет изменения расхода теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника Т-1.
Требования к регулирующему клапану с электроприводом приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Требования к регулирующему клапану с электроприводом
Характеристика клапана
Номинальное (условное) давление Py МПа не менее
Пропускная характеристика клапана
Условная пропускная способность Kvy м3ч
Время перемещения штока с не более
Степень защиты электропривода от внешних воздействий
аналоговый сигнал (0 10В или 4 20 мА)
Выберем регулирующий клапан серии РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30ЕА-IIВТ4-00 взрывозащищенном исполнении. Клапан регулирующий РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30ЕА-IIВТ4-00 используются для регулирования или отсечения потоков жидких или газообразных сред.
Корпуса регулирующих клапанов серии РУСТ спроектированы таким образом чтобы обеспечивать полнопроходность запорных клапанов и высокую пропускную способность регулирующих. Пропускная способность регулирующих клапанов серии Руст имеет широкий ряд значений. Условный проход варьируется от 15 до 4000 мм с условной пропускной способностью от 00008 до 2500 м3ч.
Типовое применение: регулирование расхода теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения зданий регулирование подачи пара в системах пастеризации пищевых производств и т. д.
Внешний вид регулирующий клапан серии РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30ЕА-IIВТ4-00 взрывозащищенном исполнении приведен на рисунке 2.4.
Технические характеристики регулирующий клапан серии РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30У-IIВТ4-00 приведены в таблице 2.6.
Рисунок 2.3 – Внешний вид регулирующий клапан серии РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30У-IIВТ4-00
Таблица 2.6 – Характеристики регулирующего клапан серии РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30У-IIВТ4-00
Диаметр условного прохода Ду
Пропускная характеристика клапана
Ход штока клапана мм
Время полного открытиязакрытия клапана с
Тип датчика сигнализации положения
Материал корпуса и затвора клапана
Сталь 20 12Х18Н10Т 10Х17Н13М3Т
Температура рабочей среды °С
Степень защиты электропривода по ГОСТ14254-96
Способ управления электроприводом (в комплекте с КИМ1)
аналоговый сигнал (4 20 мА DC)
Питание электропривода
переменный ток 380В 50Гц (3ф.)
Взрывозащита электропривода по ГОСТ Р 51330.0
3 Устройства контроля и управления
Изложим несколько требований к промышленному контроллеру который будет использован для управления разрабатываемой АСУТП. Требования к промышленному контроллеру приведены в таблице 2.7.
Таблица 2.7 – Требования к промышленному контроллеру
Степень защиты от воздействия окружающей среды
Температурный режим эксплуатации С
Операционная система
DOS Linux или Windows CE
Число каналов ввода-вывода:
- аналоговые входы шт.
- аналоговые выходы шт.
- дискретные входы шт.
- дискретные выходы шт.
Диапазоны сигналов по:
- аналоговым выходам
Необходимые поддерживаемые коммуникационные интерфейсы
Необходимые поддерживаемые протоколы передачи данных
Контроллер помещается в шкаф степень его защиты от пыли и влаги не является решающим требованием. Температурный диапазон не требует расширения.
Для организованной работы ввода-вывода данных требуются:
- 3 аналоговых входа (AI) (преобразователь температуры нефтепродукта после выхода из трубного пространства теплообменника Т-1 преобразователь избыточного давления теплоносителя перед поступлением в межтрубное пространство теплообменника Т-1 сигнал обратной связи положения штока с контроллера исполнительного механизма КИМ1) с унифицированным сигналом 4 20 мА;
- 1 аналоговый выход (А0) для осуществления задания контроллеру исполнительного механизма КИМ1 с унифицированным сигналом 4 20 мА;
- 2 дискретных входа (DI) для приема сигналов от концевых включателей по положению штока регулирующего клапана по типу «сухой контакт».
Взаимодействие и обмен данными с автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора осуществляется по сети Ethernet и протоколу Modbus TCP (TCPIP).
Выберем устройство управления PC-совместимый промышленный контроллер ICP DAS I-8431-MTCP с модулем ввода вывода I-87026PW .
Контроллеры серии ICP DAS iPAC-8000– совмещают в себе открытостьифункциональностькомпьютера (PC) и надежность программируемого логического контроллера PLC. КонтроллерыiPAC-8000универсальныи могут использоваться в автоматизации производства автоматизации зданий нефтехимической индустрии в задачах мониторинга и телемеханики решениях M2M и др. Серия iPAC-8000работает под управлением операционной системой MiniOS7имеет портыEthernetRS-232RS-485ислоты расширения.
Модуль ввода-вывода серии ICP DAS i-870000 это экономическиэффективноеи многоцелевоерешение для АСУ ТП.
Модули цифрового ввода-вывода с параллельной шиной серии I-8700(W) предназначены для работы c программируемыми контроллерами ICP DAS или пассивными шасси на их основе. Каждый модуль представляет собой съемное интерфейсное устройство в пластиковом корпусе с LED индикацией и разъемами для подключения цифровых датчиков и исполнительных механизмов.
Внешний вид контроллера ICP DAS I-8431-MTCP с модулями ввода-вывода I-87026PW представлен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Контроллер ICP DAS I-8431-MTCP с модулем
ввода-вывода I-87026PW
Технические характеристики контроллера ICP DAS ICP DAS I-8431-MTCP с модулем ввода-вывода I-87026PW приведены в таблице 2.8.
Таблица 2.8 – Технические характеристики контроллера ICP DAS ICP DAS I-8431 с модулем ввода-вывода I-87026PW
Степень защиты корпуса
Температурный режим эксплуатации °С
Центральный процессор
-и разрядный 80188 40 МГц
Объем оперативной памяти (ОЗУ)
Объем энергонезависимой памяти программ и данных (Flash ПЗУ)
Операционная система
Число каналов ввода вывода:
Продолжение таблицы 2.8
+-150 мВ +-500 мВ +-1 В +-5 В +-10 В
20 мА 4 20 мА -20 +20 мА DC
5 В 0 10 В +-5 В +-10 В
Коммуникационные интерфейсы
хEthernet 10BaseT 1хRS-232485
Поддерживаемые протоколы передачи данных
Modbus TCP Modbus RTU
Разработаем структурную схему комплекса технических средств АСУ.
4 Структурная схема комплекса технических средств
Разрабатываемая автоматизированная система регулирования температуры нефти на установке промежуточного подогревателя нефти является многоуровневой системой автоматизации выделяющая несколько уровней:
- уровень технологического оборудования;
- контроллерного уровня;
- уровня диспетчерского управления.
Структурная схема комплекса технических средств системы составленного с учетом выбранного оборудования представлена на рисунке 2.5.
К модулю ввода-вывода ICP DAS I-87026PW контроллера ICP DAS ICP DAS I-8431 с помощью унифицированных токовых сигналов 4 20 мА осуществляется подключение преобразователей температуры нефти ТСМУ9418-80мм-10Х17Н13М2Т-(0 +100)-(4-20)мА-1% (T) давления МИДА-ДИ-13П-Вн-Г-0.6МПа-05%-(4 20мА) теплоносителя (P) и обратной связи с токового датчика положения штока клапана (J). Подключение осуществляется через три аналоговых входа (AI) из 6 предусмотренных по конструкции для модуля ввода-вывода ICP DAS I-87026PW контроллера ICP DAS ICP DAS I-8431
Преобразователи температуры (Т) и давления (P) имеют вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка»
Таким же видом взрывозащиты обладает регулирующий клапан (исполнительное устройство) РУСТ 520-2УХЛ-Ду100-Ру16 с электроприводом МЭПК 630050-30У-IIВТ4-00 и контроллером исполнительного механизма (КИМ1-3А-380)
Два дискретных входа (DI) используются для приема сигналов от концевых выключателей по положению (Jop – верхнего Jcl – нижнего) штока клапана типа «сухой контакт» применяются модуля ввода-вывода I-87026PW соответствующего типа.
Аналоговый выход (AO) модуля ввода-вывода I-87026PW контроллера ICP DAS ICP DAS I-8431 осуществляет передачу задания положения штока контроллеру исполнительного механизма КИМ1-3А-380 электропривода регулирующего клапана МЭПК 630050-30У-IIВТ4-00 унифицированным сигналом 4 20мА.
Обмен данными между контроллером модулем ввода-вывода ICP DAS I-87026PW и ICP DAS ICP DAS I-8431 проходит по интерфейсу RS-485 протоколу DCON. Обмен данными автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора располагающимся в диспетчерском пункте осуществляется по сети Ethernet протоколу Modbus TCP.
Рисунок 2.5 – Структурная схема комплекса технических средств
Выбор компонентов технического обеспечения АСУТП завершен. Перейдем к разработке математического обеспечения АСУТП.
Математическое обеспечение АСУТП
1 Разработка структурной схемы САР
Регулирование температуры нефтепродукта в межтрубном пространстве теплообменника ПНПТ-1.6 происходит за счет изменения расхода теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника которое регулируется регулирующим клапаном ВР.
Система регулирования нефтепродукта состоит из: контроллера исполнительного механизма (устройства) (КИМ) в составе блока управления электроприводом клапана ЭПР_РЕ – электропривод с редуктором КЛ – клапан ТЕП - теплообменник.
Рассмотрим параметры процесса для данного технологического режима. Параметры приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Параметры технологического режима
Температура нефтепродукта С
Расход теплоносителя м3ч
- номинальный для данного режима
Ход (положение) штока мм
- условно-номинальный
Время перемещения штока электроприводом (на 30 мм) с
Таким образом функциональную схему объекта управления можно представить как показано на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Функциональная схема объекта управления
Сигналом на выходе контроллера исполнительного механизма (КИМ) является установленное положение штока клапана Js выраженное в миллиметрах (мм) равное отношению амплитуды управляющего сигнала (i) к максимальному уровню управляющего сигнала 16мА (входное значение) соответствующее заданному положение (перемещение) штока (Js) на 30 мм.
Выходной сигнал электропривода с редуктором (ЭПР_РЕ) является перемещение штока Jp выраженное в миллиметрах (мм).
Выходным сигналом клапана (КЛ) является расход (Н) теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника пропорциональный открытию клапана т.е. настоящему положению штока с плунжером (Jp).
Выходной сигнал теплообменника (ТЕП) является температура нефтепродукта в нефтепроводе (Т) которая зависит от расхода теплоносителя в межтрубное пространство (Н).
Так как контроллер исполнительного механизма является вычислительным устройством рассчитанный для формирования задачи по положению штока в зависимости от входного сигнала управления можно используем передаточную функцию безынерционного звена W(s)=K для его описания.
Рассчитаем параметры передаточной функции контроллера исполнительного механизма (КИМ). Коэффициент передачи (передаточную функцию) определим по формуле (3.1)
где Js – заданное положение штока в миллиметрах;
а i – управляющий сигнал мА.
Передаточную функцию электропривода с редуктором (ЭПР_РЕ) можно представить как идеальное интегрирующее звено пренебрегая малой инерционностью электропривода (3.2):
где КЭПР_РЕ – коэффициент передачи электропривода с редуктором находимый из паспортного значения времени полного перемещения штока электроприводом. Тогда КЭПР_РЕ равен 150002 с-1 (см. табл. 3.1) передаточная функция электропривода с редуктором имеет вид (3.3):
Передаточную функцию клапана и теплообменника представим как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией вида (3.4):
где K – коэффициент передачи элемента;
а Т – постоянная времени элемента.
Рассчитаем параметры передаточной функции клапана (КЛ). Коэффициент передачи определим по формуле (3.5)
где H– расход теплоносителя на выходе клапана м3ч;
а Jp – положение штока в миллиметрах соответствующее данному расходу теплоносителя (воды).
Принимаем постоянную времени клапана равной 6 секундам. Получим передаточную функцию клапана (3.6)
Рассчитаем параметры передаточной функции теплообменника (ТЕП). Коэффициент передачи определим по формуле (3.7)
где T – номинальная температура нефтепродукта в соответствии с технологическим режимом;
T0 – начальная температура нефтепродукта на входе в установку C;
H – расход теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника при котором достигается требуемая в соответствии с технологическим режимом температура нефтепродукта м3ч.
Определившись с постоянной времени теплообменника которая равной 300 секундам как треть времени выхода температуры на заданное установившееся значение получим передаточную функцию теплообменника (3.8)
На основании функциональной схемы объекта управления (рисунок 3.1) построим структурную схему объекта управления (рисунок 3.2) в которой содержаться все функциональные элементы системы регулирования температуры нефти в теплообменнике.
Рисунок 3.2 – Структурная схема объекта управления
На основании структурной схемы объекта управления создадим модель в приложении Siumulink пакета MatLab (рисунок 3.3) и исследуем ее.
Рисунок 3.3 – Модель разомкнутой системы в MatLab
Для проверки работы модели в определенных регламентом технологических режимах введем ограничение (Saturation) по перемещению штока электроприводом со значением 2308 мм (рисунок 3.4) соответствующее номинальной температуре нефтепродукта 70С (см. таблицу 3.1).
Рисунок 3.4 – Настройка блока Saturation
Графики переходного процесса изменения температуры нефти в теплообменнике в результате перемещения штока электропривода приведены на рисунке 3.5 и рисунке 3.6.
Рисунок 3.5 – Переходный процесс по перемещению штока клапана
Рисунок 3.6 – Переходный процесс по температуре мазута в мазутопроводе
На основе графиков переходных процессов (рисунок 3.5 рисунок 3.6) можно сделать вывод о том что параметры технологического процесса и созданная нами модель эквивалентны объекту автоматизации и его технологическим режимам. Удаление ограничения Saturation по перемещению штока электроприводом приводит к отклонению расхода теплоносителя и соответственно температуры нефти в теплообменнике от требуемого значения таким образом система нуждается в регуляторе поддерживающем стабилизацию температуры нефти в соответствии с заданием.
2 Расчет параметров регуляторов САР
Функциональную схему замкнутой одноконтурной системы автоматического регулирования температуры нефти в теплообменнике можно показать как показано на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 – Функциональная схема системы автоматического регулирования температуры нефти в теплообменнике
Номинальный задающийток для данного режима рассчитаем по формуле (3.9)
Т0 – начальная температура нефтепродукта на входе в установку;
Тмакс – максимальная температура нефтепродукта C;
I – амплитуда тока задающего сигнала мА.
Значит номинальный задающий ток для данного режима равен (3.10)
Коэффициент обратной связи системы автоматического регулирования (САР) по контуру регулирования температуры нефтепродукта равен (3.11):
Расчет характеристик регулятора одноконтурной системы автоматического регулирования температуры нефтепродукта в теплообменнике будем производить с помощью блока Check Step Response Characteristics раздела Signal Constraints библиотеки Simulink Design Optimization.
Блок Check Step Response Characteristics предлагает пользователям графически построить параметры динамических объектов обеспечивая требуемое качество переходных процессов используя ступенчатое воздействие. Оптимизационный подход используется в качестве средства для достижения цели обеспечивая минимизацию функции штрафа за нарушение динамических ограничений.
Формирование динамических ограничений происходит в визуальном режиме. На основе этих динамических ограничений Check Step Response Characteristics генерирует конечномерную оптимизацию для того чтобы в пространстве настраиваемых параметров точка экстремума соответствовала выполнению требований необходимых для качества технологического процесса. Процедура квадратичного программирования решает эту задачу. Процесс оптимизации контролируется с помощью отображения визуализированного графика и текущих значений минимизируемой функции. Результат процесса фиксируется в рабочем пространстве по окончанию процесса.
Модель замкнутой системы автоматического регулирования температуры нефти в теплообменнике построенная в приложении Simulink пакета MATLAB показана на рисунке 3.8.
Рисунок 3.8 – Модель замкнутой системы автоматического регулирования
температуры нефти в теплообменнике
Настройку регулятора будем производить на желаемый вид апериодического звена (апериодический процесс с минимальным временем регулирования). Данный вид настройки характеризуется перерегулированием =0%.
Установим необходимые динамические ограничения в окне настройки параметров блока Check Step Response Characteristics (рисунок 3.9): начальное значение температуры нефти 20С конечное (установившееся) значение 70С время увеличения до 80% от установившегося значения 600 секунд время переходного процесса 1000 секунд перерегулирование 01% допустимое отклонение (зона окончания переходного процесса) 01%.
Рисунок 3.9 – Задание динамических ограничений параметров в блоке Check Step Response Characteristics
Задав динамические ограничения параметров запускаем итерационный расчет параметров ПИД-регулятора. При итерационных параметров выполняются заданные ограничения динамики процесса. Результат расчета параметров показаны на рисунке 3.10.
Рисунок 3.10 – Рассчитанные параметры регулятора
(внутренние переменные модели)
На основе полученных данных проведем эксперимент. Определим показатель качества переходного процесса начальным требованиям.
На рисунке 3.11 приведено динамические ограничения в графическом виде и созданный в результате итерационного расчета параметров ПИД-регулятора график переходного процесса по температуре нефтепродукта с учетом ограничений.
Рисунок 3.11 – График переходного процесса по температуре нефти с учетом ограничений
Проверим работоспособность регулятора. Подадим возмущения Z1 и Z2 равные 5С и минус 5С в моменты времени 1000 и 1800 секунд соответственно.
На рисунке 3.12 приведен график переходного процесса по температуре нефти в теплообменнике с отработкой регулятором возмущающих воздействий.
Рисунок 3.12 – График переходного процесса по температуре нефти в
По графику переходного процесса можно установить что установившееся значение равно 1400С а время переходного процесса составляет около 600 секунд. Перерегулирование отсутствует как и должно быть при настройке на апериодическое звено. На графике видно регулятор успешно отрабатывает действующие возмущения. Задача синтеза регулятора решена.
Перейдем к разработке прикладного программного обеспечения АСУТП.
Программное обеспечение АСУТП
1 Схемы алгоритмов программ управления и контроля
Создадим алгоритмы основных программ управления и контроля технологическим процессом. Алгоритм программы регулирования температуры нефти в теплообменнике за счет изменения расхода теплоносителя в межтрубное пространство теплообменника регулирующим клапаном с электроприводом управляемым аналоговым сигналом позиционирования представлен на рисунке 4.1.
На основе алгоритма программа работает следующим образом. Входными параметрами для функционирования программы являются задание необходимой температуры нефти (T_тн) параметры настройки ПИД-регулятора (KP KI KD). Входными параметрами от измерительных преобразователей используем измеренное значение температуры нефти (Т_ин) и текущего положения штока клапана (J_тш). Программе также необходимы данные о состоянии концевых выключателей по положению штока клапана: J_op (клапан полностью открыт) и J_cl (клапан закрыт).
Изначально определяется рассогласование по температуре нефти (T) как разность между заданным (Т_тн) и измеренным (T_ин) значением температуры нефтепродукта.
Потом рассчитанное значение рассогласования по температуре нефти (T) используем для расчетов по ПИД-закону с учетом параметров регулятора KP KI KD задания по положению штока клапана (J_иш). Расчет производит подпрограмма – блок предопределенного процесса.
Аналогично определению рассогласования по температуре нефти находим рассогласование по положению штока клапана (J) как разность заданного положения штока (J_иш) и полученным его значением с датчика положения (J_тш).
Проверяем состояние концевого выключателя. Сначала по полному открытию сравнивая с логической единицей которая соответствует срабатыванию концевого выключателя.
Если срабатывания не зафиксировано (J_op=0) концевого выключателя по открытию то по такому же принципу нужно проверить состояние концевого выключателя по полному закрытию (J_cl). Если состояние концевого выключателя по закрытию так же не зафиксировано (J_cl=0) то на выход программы поступает рассчитанное на предыдущих шагах положения штока клапана (J_зш).
Если концевой выключатель полного открытия сработал (J_op=1) то выполняется определение знака рассогласования положения штока (J) которое было рассчитано на предыдущем шаге. Если рассогласование положительное (J≥0) то заданное положение штока больше того которое может быть достигнуто фактически (J_зш). Значит клапан открыт полностью но его требуют открыть еще больше если бы можно было такое сделать. Тогда программа записывает в переменную в которой храниться заданное положение штока (J_зш) величину максимального открытия равную 100 % (J_зш=100%) и посылает это значение контроллеру исполнительного механизма (КИМ) электропривода регулирующего клапана. Последующее позиционирование осуществляется контроллером электропривода регулирующего клапана.
При отрицательном рассогласовании (J0) означает что заданное положение штока (J_зш) меньше текущего измеренного значения (J_тш). Значит необходимо прикрыть клапан и переместить шток в заданное положение (J_зш). Тем самым выводим его из состояния концевого положения по открытию.
Как и при неактивных концевых выключателей на выход программы подается рассчитанное на предыдущих шагах задание по положению штока клапана (J_иш). Переприсвоение значения переменной J_иш не выполняется.
Если срабатывания не зафиксировано (J_op=0) концевого выключателя по открытию то по такому же принципу нужно проверить состояние концевого выключателя по полному закрытию (J_cl). Если состояние концевого выключателя по закрытию зафиксировано (J_cl=1) то выполняется определение знака рассогласования рассчитанного на предыдущих шагах по положению штока (J).
При отрицательном рассогласовании (J0) означает что заданное положение штока (J_зш) меньше текущего измеренного значения (J_тш). Значит клапан открыт закрыт но его требуют прикрыть еще больше если бы можно было такое сделать. Тогда программа записывает в переменную в которой храниться заданное положение штока (J_зш) величину максимального закрытия равную 0 % (J_зш=0%) и посылает это значение контроллеру исполнительного механизма (КИМ) электроприводом регулирующего клапана. Последующее позиционирование осуществляется контроллером электропривода регулирующего клапана.
При положительном рассогласовании (J≥0) означает что заданное положение штока (J_зш) больше текущего измеренного значения (J_тш). Значит необходимо приоткрыть клапан и переместить шток в заданное положение (J_зш). Тем самым выводим его из состояния концевого положения по закрытию.
Следовательно выходным значением алгоритма регулирования температуры нефти в теплообменнике является значение переменной (J_зш) которое соответствует вычисленному заданному положению штока регулирующего клапана которое будет обеспечивать необходимое соответствие с уставкой оператора температура нефтепродукта в теплообменнике. Алгоритм программы завершает свое действие и позиции штока клапана управляет уже контроллер исполнительного механизма электропривода.
Рисунок 4.1 – Алгоритм программы регулирования температуры нефти
в обогреваемом теплообменнике
Для данного проекта потребуются два алгоритма предупредительной сигнализации. Одна по отклонению температуры нефти от уставки и по повышению давления теплоносителя в трубопроводе выше регламентного значения. Алгоритмы представлены на рисунках 4.2 и 4.3 соответственно.
Входными аргументами для работы программы по предупредительной сигнализации по отклонению температуры нефтепродукта являются: уставка по температуре нефти (T_тн) в теплообменнике и допустимое отклонение от нее (d_T) которое устанавливается оператором значение температуры нефти в (Т_ин) с преобразователя температуры.
Если значение температуры нефти (Т_ин) полученное от измерительного преобразователя больше значения уставки заданной оператором на величину допустимого отклонения (d_T) которое так же задается оператором сработает сигнализация по превышению температуры нефтепродукта (Т_выс=1). По такому же принципу срабатывает сигнализация по понижению температуры нефти (Т_низ=1) от уставки. Когда измеряемая температура нефти (Т_ин) меньше значения уставки на величину допустимого отклонения (d_T) которые заданы оператором. В других случаях сигнализация по превышению и понижению температуры от уставки Т_выс и Т_низ соответственно равно нулю.
Выходными сигналами для данной программы являются состояния сигнализации по превышению (T_выс) и снижению (T_низ) температурой нефтепродукта заданных оператором порогов сигнализации.
Входными данными для программы сигнализации по повышению давления является измеренное значение давления теплоносителя в трубопроводе (P_итеп) полученные от измерительного преобразователя давления.
Если значение давления поступившее с датчика давления теплоносителя в трубопроводе Р_итеп составляет больше или равно 055 МПа срабатывает соответствующая сигнализация по высокому)давлению мазута (Р_выс=1). В противном случаи сигнализация не активна (P_выс=0).
Выходным сигналом этой программы является состояние сигнализации по снижению (повышению) давления теплоносителя (P_выс) в трубопроводе.
Рисунок 4.2 – Алгоритм программы предупредительной сигнализации
по отклонению температуры нефтепродукта от уставки
Рисунок 4.3 – Алгоритм программы предупредительной сигнализации
по отклонению давления
2 Графический интерфейс оператора
Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) средство организации взаимодействия между человеком (оператором) и АСУТП. Основными требованиями к человеко-машинному интерфейсу является наглядность простота информативность.
В основном человеко-машинный интерфейс включает в себя стандартные графические элементы такие как: ползунки тренды кнопки статические и динамические текстовые элементы и т.д.
В проекте для удобства пользователя (оператора) человеко-машинный интерфейс представлен на двух экранах: экран контроля параметров теплоносителя ПНПТ-1.6 и экрана тренда по температуре нефтепродукта. Данные экраны представлены на рисунке 4.4 и 4.6 соответственно.
Главный экран предоставляет визуализацию основных технологических процессов для оператора. Осуществляет управление нагрева нефтепродукта в теплообменнике. И так же на нем реализованы сигнализации по отклонению температуры нефти относительно уставки задаваемая оператором и давления превышающая (ниже) установленного значения.
С главного экрана осуществляется переход на дополнительный экран тренда (всплывающее окно).
Графический элемент «Кнопка» используется в данном проекте несколько раз. Для осуществления задания уставки по температуре нефти. Необходимо настроить свойство «mousePressed» задаем действия «Передать значение» а тип передачи «Ввести и передать». И указываем привязку к необходимому аргументу.
Так же с помощью графического элемента «Кнопка» можно осуществить переход с главного экрана на экран тренда. Для этого также настраиваем свойство «mousePressed» но тип передачи «Перейти на экран» с указанием нужного экрана.
Рисунок 4.4 – Основная мнемосхема процесса (главный экран)
Графический элемент «Текст» используется для выполнения подписей и отображения численных значений. Для отображения численных значений указываем вид индикации «Значение» и выполняем привязку к необходимости аргументу.
Значение поступившее с датчика температуры нефти отображает графический элемент «Стрелочный прибор». Для него настраиваются свойства «шкала» «полоса» «отображаемое значение». Дополнительные свойства такие как «фон» «указатель» «заголовок» настраиваются по желанию. Для настройки «отображаемая величина» выполняем привязку к необходимому аргументу.
Графический элемент «Ползунок» как и «Стрелочный прибор» находятся в одной группе «приборы». Графический элемент «Ползунок» отображает поступившее значение с датчика давления теплоносителя и настраивается так же как «Стрелочный прибор».
Для отображения сигнализации отклонения температуры нефти и давления теплоносителя используется графический элемент «Стандартный видеоклип» по типу «Сигнальная лампа». Для этого графического элемента настраиваются несколько свойств: «Привязка» и «Вид индикации».
Аргументы экрана контроля параметров нефтепродукта а с привязкой к каналам проекта представлены на рисунке 4.5.
Рисунок 4.5– Аргументы экрана контроля параметров нефтепродукта
Аргументы экрана контроля параметров нефтепродукта имеют следующее значение:
Т_ин – значение температуры нефти полученное с измерительного преобразователя;
P_итеп – значение давления теплоносителя полученное с измерительного преобразователя;
T_тн – уставка по температуре нефти задаваемая оператором;
T_выс – сигнализация по превышению температурой нефтепродукта установленного значения;
T_низ – сигнализация по снижению температуры нефти ниже установленного значения;
P_выс(низ) – сигнализация по снижению 9повышению) давления теплоносителя ниже (выше) определенного регламентом значения;
d_T – порог допустимого отклонения температуры нефтепродукта от уставки оператора.
На втором экране находиться только один графический элемент «Тренд» предназначенный для визуализации динамики изменений температуры нефти и отображения значения температуры нефти заданного оператором. Основным свойством для настройки этого графического элемента являются «Кривые» на одноименной вкладке.
Рисунок 4.6– Экран «Тренд»
Аргументы экрана тренда с привязкой к каналам проекта представлены на рисунке 4.7.
Рисунок 4.7 – Аргументы экрана тренда
Значение аргументов было рассмотрено выше.
3 Программы контроля и управления
Основой прикладного программного обеспечения разрабатываемой САР является программа написанная на языке функциональных блоков FBD регулирующая температуру нефти по ПИД-закону (рисунок 4.8) клапаном с электроприводом управляющим аналоговым сигналом (4 20 мА) путем выдачи задания по позиционированию на контроллер управления исполнительного механизма. Программа функционирует согласно алгоритму (рисунок 4.1).
Блок «Х-Y» рассчитывает рассогласование по температуре нефти. На Х мы подаем значение заданной температуры нефти (Т_тн) а на Y измеренное значение (Т_ин) полученное с датчика преобразователя температуры.
Вычисленное значение подаем на блок «ПИД-регулятора» на вход INP. На входы KP KI KD подаются коэффициенты пропорциональной (KP) интегральной (KI) и дифференциальной (KD) составляющих. И выполняется расчет требуемого положения штока по ПИД закону (4.1).
KP KD и KI – соответственно коэффициенты при пропорциональной дифференциальной и интегральной составляющих регулятора;
t – период пересчета блока в секундах (длительность такта).
Ограничения МАХ и МIN не задаются так как по умолчанию входной сигнал формулируется в процентах.
Так же с помощью блока «X-Y» вычисляем рассогласование по положению штока. На Х подаем значение вычисленного с помощью регулятора требуемого значения а на Y фактическое значение положения штока (J_тш) клапана.
Срабатывание концевых выключателей по положению штока клапана J_op и J_cl одновременно с сохранением направления перемещения штока влияет на нормальный расчет и формирование управляющего сигнала это создает исключительную ситуацию при которой блок выбора из двух сигналов SEL осуществляет выбор варианта управляющего сигнала выводимого программой.
Рисунок 4.8 – Программа регулирования температуры нефти
Если срабатывание концевых выключателей не было зафиксировано или направление перемещения штока не совпадает с таким который создает исключительную ситуацию на выход блока SEL поступает сигнал со входа IN0 рассчитанное положение штока GSP которое было вычислено блоком регулятора PID нивелирующее рассогласование по температуре нефти.
На выбор варианта сигнала влияет значение которое подается на вход IG блока SEL. Если любой концевой выключатель сработает и сохраниться направление перемещения штока которое соответствует этому концевому положению и создающему исключительную ситуацию то подается значение - «1» в противном случаи – «0».
Основному режиму работы программы когда заданное положение штока GSP вычисляется блоком регулятора PID соответствует логический «0» на входе IG блока SEL. А логическая «1» это ситуация при которой аргументу GSP переприсваивается одно из двух предопределенных возможных значений: 100% (полное открытие) или 0% (полное закрытие).
Блоки проверки на равенство «==» применяем для того чтобы зафиксировать факт срабатывания концевых выключателей по открытию и по закрытию. Если указанные переменны равны одному т.е. J_op=1 или J_cl=1 то на выходе блока формируется логическая «1». Значит соответствующий концевой выключатель фиксируется как сработавший.
Необходимое направление перемещения штока определяется по знаку рассогласования по положению штока и вычисляется блоком «X-Y». Если рассогласование больше либо равно нулю которое определяет одноименный блок «>=» то полученное значение положения штока J_зш больше либо равно фактического J_тш значит требуется дальнейшее открытие клапана. Тогда на выходе блока «>=» при выполнении условия формируется логическая «1» в противном случае – «0». Если вместе с этим условием произойдет срабатывание концевого выключателя по максимальному открытию клапана J_op то произойдет создание исключительной ситуации.
Так же если рассогласование меньше нулю которое определяет одноименный блок «» то полученное значение положения штока J_зш меньше фактического J_тш значит требуется дальнейшее закрытие клапана. Тогда на выходе блока «» при выполнении условия формируется логическая «1» в противном случае – «0». Если вместе с этим условием произойдет срабатывание концевого выключателя по максимальному закрытию клапана J_cl то произойдет создание исключительной ситуации.
Факт срабатывания концевого выключателя при соответствующем сохранении направления перемещения штока играет решающую роль тогда для проверки выполнения обоих условий используется блок логическое «И».
При выполнении обоих условий на выходе соответствующего блока «Логическое И» формируется логическая «1» в противном случаи логический «0».
Блок логическое умножение «X&&Y» применяется для контроля ситуации при которой необходимо открывать клапан при уже достигнутом максимальном положении штока и при которой необходимо закрывать клапан при уже достигнутом минимальном положении штока.
При выполнении любой из двух комбинаций условий:
- 1 – срабатывание концевого выключателя по максимальному открытию при условии сохранения дальнейшей необходимости открывать клапан;
- 2 – срабатывание концевого выключателя по полному закрытию при условии сохранения дальнейшей необходимости закрывать клапан.
То нужно вместо рассчитанного регулятором положения значения J_зш выдавать на выход одно из двух предопределенных значений положения (100% либо 0%) тогда для выполнения этого условия применяется блок логического сложения (логическое ИЛИ) XY на выходе которого формируется логическая «1» если хотя бы одна из комбинаций реализовалась.
На вход IN1 блока SEL подается значение константы 100% которое будет передано на выход программы при срабатывании хотя бы одного из концевых выключателей и не сработает концевой выключатель по закрытию J_cl. Значит J_зш =100 если сработает только концевой выключатель по полному открытию J_op.
Если возникнет исключительная ситуация по закрытию клапана (J_cl =1 и J0) а значение константы 100 которое подается на IN1 блока SEL будет умножено на 0 блоком «X*Y». Нулевое значение получается как инверсия входом Y логической единицы которая формируется блоком логического умножения при возникновении означенной исключительной ситуации. Значит на выход блока умножения «X*Y» и на вход IN1 блока SEL вместо 100 попадет значение 0 которое и будет записано в управляющий аргумент J_зш.
Если было зафиксировано возникновение хотя одной из исключительных ситуаций (вход IN1) или же не было (вход IN0) то блок SEL выполняет выборку варианта управляющего сигнала который выдатся на выход программы и формирует значение переменной J_зш. Значит выходным аргументом программы является значение переменной J_зш которое хранящей рассчитанное требуемое положение штока в процентах выдаваемые далее с аналогового выхода на контроллер управления исполнительным механизмом.
Аргументы программы регулирования температуры нефти с привязкой к каналам проекта представлены на рисунке 4.9.
Помимо вышеприведенных аргументы имеют следующее значение:
J_op – аргумент состояния концевого выключателя по положению штока клапана (полное открытие)
J_иш – заданное положение штока клапана (аргумент управления);
J_тш – фактическое (измеренное) значение положения штока клапана поступившее с датчика.
Рисунок 4.9 – Аргументы программы регулирования температуры нефти
Для функционирования сигнализации по отклонению температуры нефти от уставки и повышения (снижению) давления теплоносителя создадим две программы. Они представлены на рисунке 4.10 и 4.11 соответственно. Работа программ будут соответствовать алгоритмам на рисунках 4.2 и 4.3 соответственно.
Рисунок 4.10– Программа предупредительной сигнализации по отклонению
температуры нефтепродукта от уставки
Рисунок 4.11– Программа предупредительной сигнализации превышения давления
Входными параметрами для работы программы по предупредительной сигнализации по отклонению температуры нефтепродукта являются: уставка по температуре нефти (T_тн) в теплообменнике и допустимое отклонение от нее (d_T) задаваемые оператором; измеренное значение температуры нефти в теплообменнике (T_ин) полученное от измерительного преобразователя.
Входными данными для программы сигнализации по повышению (понижению) давления является измеренное значение давления теплоносителя в трубопроводе (P_итеп) полученные от измерительного преобразователя давления.
Если значение давления поступившее с датчика давления теплоносителя в трубопроводе Р_итеп составляет менее(более) МПа срабатывает соответствующая сигнализация по низкому( высокому) давлению мазута (PAL=1). В противном случаи сигнализация не активна – PAL=0.
Выходным сигналом этой программы является состояние сигнализации по снижению(повышению) давления теплоносителя (P_низ-выс) в трубопроводе.
Аргументы программ сигнализации по отклонению температуры нефти от уставки и снижения давления теплоносителя с привязкой к каналам проекта представлены на рисунках 4.12 и 4.13 соответственно.
Рисунок 4.12 – Аргументы программы сигнализации по отклонению температуры нефти от уставки
Рисунок 4.13 – Аргументы программы сигнализации по отклонению давления теплоносителя
Разработка прикладного программного обеспечения автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6 завершена.
В ходе выполнения дипломного проекта было осуществлено изучение технологического процесса нагрева нефтепродукта в проточном путевом подогревателе ПНПТ-1.6.
Основным недостатком технологического процесса являлось что регулирование расхода теплоносителя осуществляется вручную оператором установки по показаниям термометра ТМ1 измеряющего температуру нефти установленном после теплообменника Т-1. Температура сильно влияет на качество вязкости и плотности нефти. Существенным недостатком технологического процесса являлось также неточного регулирования расхода теплоносителя в результате чего ухудшаются свойства нефтепродукта и не соответствует требованиям технологического процесса.Так же увеличение расхода теплоносителя на обогрев приводит к высокой температуре нефти по сравнению с номинальной что приводит к дополнительным финансовым затратам в силу высокой стоимости производства теплоносителя.
Для устранения вышеперечисленных недостатков было предложено разработать систему автоматического регулирования температуры нефти в проточном нагревателе промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6.
Для создания эффективной системы управления в выпускной квалификационной работе были сформулированы требования к технологическому оборудованию а также средствам измерения и управления и на их основе выбраны соответствующие средства автоматизации: измерительные преобразователи температуры управляющий контроллер регулирующий клапан с электроприводом. Разрабатываемая АСУ подверглась анализу с точки зрения повышения эксплуатационной надежности.
Математической основой разработки АСУ явилось моделирование исходной системы и оценка показателей качества ее функционирования. Учитывая полученные результаты в дипломном проекте был произведен синтез системы регулирования и произведен компьютерный эксперимент с моделью скорректированной системы доказавший эффективность разработанной системы регулирования.
Для реализации спроектированной системой функций контроля управления и регулирования было разработано соответствующее программное обеспечение (проект) в SCADA-системе Trace Mode 6. По предварительно разработанному алгоритму функционирования на языке FBD были созданы управляющие и регулирующие программы. Диспетчерский контроль и управление были реализованы в виде экрана оператора с мнемосхемой процесса средствами задания и отображения текущих параметров (и их трендов) и визуализацией аварийных ситуаций. Произведено конфигурирование сетевых параметров и настройка аппаратных ресурсов.

icon 8_Titulny_list.doc

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет Электротехнический
Кафедра Электромеханика и промышленная автоматика
Выпускная квалификационная работа
Студента Бахтияровой Замиры Кмильевны 5 курса очно-заочного факультета группы ЭАБ-513
Вид работы бакалаврская работа
Пояснительная записка
СамГТУ 15.03.04.152-68.29.02
Тема Разработка автоматизированной системы регулирования температуры нефти в проточном нагревателе нефтепродукта промежуточным теплоносителем ПНПТ-1.6
(подпись дата фамилия инициалы)
(должность подпись дата фамилия инициалы)
(подпись дата инициалы фамилия)

Рекомендуемые чертежи

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 23 часа 11 минут
up Наверх