АСУТП ректификации пиролизной фракции цеха Д-4-8 ОАО Стерлитамакский нефтехимический завод

введение и 1 часть.docx

Нефтехимическая отрасль является одной из важнейших составляющих нефтегазового комплекса. Развитие нефтехимии совпало со становлением нефтегазового комплекса и началось в двадцатых годах XX века. Прогресс нефтехимической отрасли относится уже к 50-м годам XX века. Нефтехимия развивалась базируясь на сырье процессов нефтепереработки а затем и газопереработки. Нефтегазопереработка давала основные исходные продукты для нефтехимического синтеза. Нефтехимический синтез путем реализации реакций присоединения замещения изомеризации полимеризации циклоприсоединения и др. позволил получать не только практически полезные но и жизненно необходимые для человека продукты.
Осуществление нефтехимических реакций в нефтехимических процессах сопряжено с необходимостью обеспечения их заданных параметров. В связи с этим появилась острая необходимость в регистрации параметров процессов их контроле и управлении процессами что привело на первом этапе к зарождению и созданию контрольно-измерительных приборов. Усложнение процессов естественным образом привело к увеличению контролируемых параметров. На втором этапе развития нефтехимических процессов связанных с усложнением технологии потребовалось не только регистрировать параметры процессов но и управлять ими на расстоянии. В связи с этим на нефтехимических производствах началось широкое внедрение средств автоматизации процессов и телемеханизации. Появление первых электронно-вычислительных машин а затем широкое использование их не только при различных расчетах но и в управлении различными сложнейшими процессами путем разработки и реализации управляющих программ придало новый импульс развитию нефтехимии. С этого времени в нефтехимии наступила эпоха информационных технологий. Одним из важнейших процессов нефтехимии является производство синтетических каучуков.
Стерлитамакский нефтехимический завод - передовое предприятие России в этой области поэтому исследования развития информационных технологий являются актуальной задачей поскольку информационные технологии позволяют обеспечить эффективную работу предприятия в заданных режимах повышать качество выпускаемых продуктов обеспечить безаварийность и экологическую безопасность производств повышать производительность труда.
Описание функциональной схемы автоматизации
В выпускной квалификационной работе рассмотрен технологический процесс ректификации пиролизной фракции при производстве бутадиена.
Пиролизная фракция из отделения Н-2 по одной из двух линий (вторая линия в резерве) подается в колонну № 43 на 24 тарелку. Расход пиролизной фракции регистрируется прибором позиция 5078.
В куб колонны № 43 подается азот который проходя через слой жидкой фазы в кубе колонны и на тарелках удаляет растворенный в пиролизной фракции кислород. Расход азота регистрируется прибором позиция 5052.
Отдувки из колонны № 43 поступают в межтрубное пространство конденсатора № 45 охлаждаемого рассолом. Сконденсированные углеводороды самотеком сливаются в виде флегмы в верхнюю часть колонны № 43 инерты направляются в колонну № 18б или через сепаратор №12 на факел.
Давление в колонне № 43 выдерживается регулятором позиция 8107 клапан установлен на линии отдувок из колонны № 43 в колонну № 18б или на факел через сепаратор № 12. При давлении верха колонны № 43 25 кгссм2 срабатывает световая и звуковая сигнализация о завышении.
Уровень в кубе колонны № 43 выдерживается регулятором позиция 8106 клапан которого установлен на линии подачи пиролизной фракции в колонну № 3012. Расход пиролизной фракции из колонны № 43 в колонну №3012 регистрируется прибором позиция 8076. Имеется возможность приема пиролизной фракции в колонну № 3012 минуя колонну № 43.
Колонна № 43 снабжена независимым сигнализатором - при уровне в колонне № 43 ниже 20% или выше 80% по шкале прибора позиция 9102 срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Значения температур куба и верха колонны № 43 вынесены на прибор Ш-711(позиция 7037).
Для улучшения десорбции кислорода из пиролизной фракции и для исключения замерзания отстоявшейся воды в кубе колонны № 43 смонтирован внутренний змеевик обогреваемый горячей водой цеха Д-6-2.
Имеется возможность циркуляции пиролизной фракции от насоса № 12412 в колонну № 43.
Пиролизная фракция из куба колонны № 43 насосом № 12412 подается на 12 тарелку колонны № 3012 для очистки от альфаметилстирола углеводородов С5 и выше полимеров и димеров бутадиена.
Для безаварийной работы насосов № 12412 предусмотрена система сигнализации и блокировок:
- останов и запрет пуска при незаполненном насосе (позиция 905212) световая и звуковая сигнализация о снижении уровня в насосе;
В работе находится одна колонна № 30 другая колонна - в резерве.
Обогрев колонны № 3012 осуществляется через выносной кипятильник № 3112 в межтрубное пространство которого подается горячая вода цеха Н-2. Температура в кубе колонны № 3012 выдерживается регулятором позиция 805112 клапан которого установлен на линии обратной горячей воды из кипятильника № 3112.
Уровень в кубе колонны № 3012 регистрируется прибором позиция 500712. Колонна № 3012 снабжена независимым сигнализатором - при уровне в колонне № 3012 ниже 20% или выше 80% по шкале прибора позиция 500712 срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Имеется возможность подачи абсорбента от насоса № 2712 в куб колонны № 3012 во время простоя во избежание забивки трубок кипятильника № 3112.
Кубовая жидкость из колонны № 3012 (смесь абсорбента альфаметилстирола димеров и полимеров бутадиена ингибитора) периодически отводится в отделение Д-13 цеха Д-12-13 И-15 регулирующий клапан позиция 8077 находится на этой линии.
Температура верха колонны № 3012 регистрируется прибором позиции 7038.
Пары бутадиена с верха колонны № 3012 поступают на охлаждение и конденсацию в трубное пространство конденсаторов № 3212 в межтрубное пространство которых подается рассол 0 °С из отделения Н-2.
Сконденсированные углеводороды из конденсаторов № 3212 поступают в емкость № 331 откуда насосом № 3414 подаются в виде флегмы в колонну № 3012. Уровень в емкости № 331 регистрируется прибором позиция 80531. При уровне в емкости № 331 ниже 20% или выше 80% по шкале прибора позиция 80531 срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Расход флегмы выдерживается регулятором позиция 81612 клапан которого установлен на линии флегмы в колонну № 3012 от насоса № 3414.
Несконденсированные углеводороды поступают на абсорбцию в колонну № 18б или минуя колонну № 18б на факел через сепаратор № 12.
Расход несконденсированных углеводородов выдерживается регулятором позиция 8079 регулирующий клапан которого установлен на этой линии.
Давление верха колонны № 3012 выдерживается регулятором позиция 8050 клапан которого установлен на линии обратного рассола из конденсаторов № 3212. При давлении верха колонны № 3012 - 32 кгссм2 (позиция 8050) срабатывает световая и звуковая сигнализация о завышении.
При давлении верха колонны № 3012 40 кгссм2 срабатывает блокировка при этом автоматически прекращается подача горячей воды в кипятильник № 3112. (Закрывается регулирующий клапан позиция 805112 на линии обратной горячей воды из кипятильника № 3112)
В верхней части колонны № 3012 на уровне 20 тарелки смонтирована глухая тарелка вместо решетчатой. Глухая тарелка снабжена отверстиями для прохода газа из куба колонны вверх и переливным стаканом для перелива жидкой фазы с неё.
Обескислороженная пиролизная фракция с глухой тарелки через клапанную сборку сливается в емкость № 332. Расход регистрируется и регулируется прибором позиция 813512.
Уровень в емкости № 332 регистрируется прибором позиция 80532. При уровне в емкости № 332 ниже 20% или выше 80% по шкале прибора позиция 80532 срабатывает световая и звуковая сигнализация.
Температура пиролизной фракции подаваемой с глухой тарелки в емкость № 332 регистрируется прибором позиция 7072 а.
Из емкости № 332 обескислороженная пиролизная фракция насосом № 3456 подается в цех Д-4-8; Для безаварийной работы насосов № 3456 предусмотрена система сигнализации и блокировок:
- останов и запрет пуска при незаполненном насосе (позиция 916456) световая и звуковая сигнализация о снижении уровня в насосе;
Для предотвращения термополимеризации пиролизной фракции и образования губчатого полимера в линию флегмы или в линию шлема колонны № 3012 насосом № 551 из емкости № 54 подается ингибитор ИПОН (ДСИ).
Накопившаяся вода из емкости № 3312 колонны № 43 сливается в отпарной бачок № 51; в него же подается вода из емкостей № 23 26 40 отделения Н-2 для отпарки из неё углеводородов.
Отпарной бачок № 51 обогревается змеевиком в который подается горячая вода из цеха Д-6-2. Отпаренные углеводороды из отпарного бачка № 51 поступают в колонну абсорбции № 18б. Давление в бачке № 51 выдерживается регулятором позиция 8080 клапан которого установлен на линии отдувок в колонну №18б. При давлении в отпарном бачке 30 кгссм2 (позиция 8080) срабатывает световая и звуковая сигнализация о завышении.
Вода из бачка №51 сливается в химзагрязненную канализацию. Уровень в бачке №51 выдерживается регулятором позиция 21 клапан которого установлен на линии воды в химзагрязненную канализацию. При уровне в бачке № 51 ниже 20% или выше 80% по шкале прибора позиция 9126 срабатывает световая и звуковая сигнализация.
2 Параметры технологического процесса
Таблица 1.1 – Перечень параметров технологического процесса ректификации пиролизной фракции
позиции предел измерения единицы измерения
Величина уставки в единицах
Величина уставки в единицах шкалы прибора кгссм2
Уровень в колонне № 43
Давление в колонне №43
Давление верха колонны №3012
Уровень в кубе колонны №3012
Температура куба колонны 3012
Уровень в емкости №331
Уровень в емкости №332
Уровень в сборнике №51
Давление в сборнике №51
Уровень заполнения насоса
0 мм выше оси насоса
Существующая система управления построена на базе устаревших приборов щитовой автоматики и не обеспечивает требуемого качества конечного продукта (бутадиена). Устаревшие средства автоматизации обеспечивают низкое качество регулирования большой инерционностью низкой надежностью.
Для устранения этих проблем необходимо построить новую систему управления состоящую из современных приборов и средств автоматизации.
Целью создания системы АСУ управления является:
повышение эффективности использования технологического оборудования и материально-энергетических ресурсов;
обеспечение ведения технологического процесса с производительностью максимально достижимой автоматически учитывая изменения технологических параметров свойств исходных материалов;
повышение культуры производства.
Для создания АСУ ТП необходимо провести модернизацию существующей АСУ в трёх основных этапах:
выбор необходимых технических и программных средств автоматизации (датчиков исполнительных устройств контроллера автоматизированного рабочего места оператора);
организация автоматизированного рабочего места на базе персонального компьютера соединение всех уровней системы управления;
настройка системы управления (контроллера SCADA-системы);
проверка системы управления в работе устранение недостатков.
Анализ опасных и вредных факторов на производстве
- токсичные вещества;
- пожаро- и взрывоопасность;
Токсичные вещества и защита от них.
Характеристика вредных веществ по их действию на организм человека[4]:
бутановая фракция - фракция нормального бутана малотоксична имеет специфический запах является наркотиком и действует на нервную систему. ПДК в рабочей зоне 200 мгм3. Класс опасности - 4. Относительная плотность по воздуху - 983 кгм3.
бутиленовая фракция - наркотик раздражает дыхательные пути вызывает головную боль сонливость повышение кровяного давления. ПДК в рабочей зоне 1 мгм3. Класс опасности - 4. Относительная плотность по воздуху - 983 кгм3.
пиролизная фракция - наркотик при высоких концентрациях в воздухе действует угнетающе на нервную систему. ПДК в рабочей зоне 100 мгм3. Класс опасности - 4. Относительная плотность по воздуху - 920 кгм3.
водород - физиологически инертен при высоких концентрациях вызывает удушье. Класс опасности - 4. Относительная плотность по воздуху - 0069 кгм3.
уксусная кислота – растворы уксусной кислоты концентрации 30% и выше при соприкосновении с кожей вызывает ожоги. Пары раздражают слизистые оболочки дыхательных путей. ПДК в рабочей зоне 5 мгм3. Класс опасности - 3. Относительная плотность по воздуху - 780 кгм3.
аммиак – относится к токсичным веществам. При концентрации выше ПДК газообразный аммиак вызывает раздражение слизистых оболочек слезотечения удушье. Жидкий аммиак или струя газа попадая на кожу человека вызывает сильные ожоги. ПДК в рабочей зоне 20 мгм3. Класс опасности - 4. Относительная плотность по воздуху - 059 кгм3. [2]
Признаками характеризующими отравление являются: головная боль головокружение иногда потеря сознания.
Для защиты человека от воздействия вредных веществ применяются средства индивидуальной защиты: спецодежда спецобувь противогаз. Для работы в емкостях а также внутри аппаратов применяются шланговые противогазы типа ПШ-1 ПШ-2; а также имеются кислородно-изолирующие противогазы марок КИП-7 КИП-8.
Опасность может также возникнуть и в бытовых помещениях. Для безопасности здесь имеются кислородно-изолирующие противогазы марок КИП-7 КИП-8[4 с 93]. Коллективным средством защиты является вентиляция.
В целях уменьшения воздействия вредных веществ на организм работникам выдается лечебно - профилактическое питание которое употребляется персоналом до начала работы.

Заключение.doc

Разработанная в проекте автоматизированная система управления
«Стерлитамакский нефтехимический завод» г. Стерлитамак предназначена для
контроля управления регулирования сигнализации и сбора информации на
технологическом объекте производства бутадиенового каучука. В работе
приведена схема автоматизации процесса дана характеристика и описание
технологического процесса. Подобран комплекс технических средств нижнего
уровня. Для решения поставленной задачи выбран промышленный программируемый
модульный контроллер SLC-500 фирмы Allen-Bradley. Интерфейс оператора
реализован с помощью SCADA-системы RSView32.
Для реализации системы автоматического регулирования температуры в
кубе колонны 3012 был выбран ПИД–алгоритм регулирования. Определены
следующие значения прямых показателей качества: время регулирования tp=43
сек перерегулирование =4%.
В экономической части произведен расчет капитальных вложений для
внедрения новой системы автоматизации и определен экономический эффект от
внедрения системы управления. При анализе экономической эффективности
проекта получен результат который показал что при капитальных вложениях
59 тыс. руб. система автоматизации окупится через 19 года что
свидетельствует об экономической эффективности проекта.
0700.62.12.12595.000 ПЗ

отзыв на ВКР.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМ. К.Г.
(ПЕРВЫЙ КАЗАЧИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра «Системы управления»
Направление подготовки 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и
Курс 3 Форма обучения заочная ускоренная
НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ
Рахматуллина Тимура Маратовича
«Стерлитамакский нефтехимический завод» г. Стерлитамак
В выпускной квалификационной работе предлагается синтезировать АСУТП
ректификации пиролизной фракции.
В выпускной квалификационной работе разработаны структурная и
функциональная схемы автоматизации представлен синтез автоматизированной
системы регулирования температуры в кубе колонны 3012.
В проекте выполнены расчеты затрат на проведение автоматизации
проведен анализ основных технико – экономических показателей а также
мероприятий по обеспечению безопасности и экологичности проекта. Выпускник
показал глубокие знания в области автоматизированных систем управления
технологическими процессами и производствами.
выпускник заслуживает присвоения квалификации «бакалавр» по направлению
подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств».

титул вкр.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
ИМ. К.Г. РАЗУМОВСКОГО
(ПЕРВЫЙ КАЗАЧИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра «Системы управления»
Направление подготовки 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и
Курс 3 Форма обучения заочная ускоренная
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА)
Рахматуллина Тимура Маратовича
«Стерлитамакский нефтехимический завод» г. Стерлитамак
Научный руководитель к.т.н. доцент Чариков Павел Николаевич
Работа допущена к защите
зав. кафедрой «Системы управления к.т.н. доцент Шиянова Наталья Ивановна

2 часть.doc

2.1 Описание структурной схемы АСУТП
Основной задачей автоматических систем регулирования является
стабилизация (поддержание на заданном уровне) технологических координат
регулируемого объекта. Поддерживая эти величины на заданных значениях
можно гарантировать корректное протекание технологического процесса.
Проектируемая система автоматизированного управления процессом
ректификации пиролизной фракции имеет иерархическую 3-х уровневую
структуру представленную рисунком 2.1.
Рисунок 2.1 – Структурная схема АСУТП
) нижний уровень – уровень датчиков и исполнительных механизмов;
) средний уровень – уровень микропроцессорного комплекса SLC-500;
) верхний уровень – уровень оперативного управления (АРМ).
Уровень 0: ввод – вывод. К приборам и средствам автоматизации нижнего
уровня относятся все первичные и вторичные преобразователи магнитные
пускатели и усилители встраиваемых в конструктивные узлы технологического
оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации
исполнительных воздействий.
Уровень 1: средний уровень (уровень контроля) представлен промышленным
контроллером SLC 500. Здесь осуществляется непосредственное управление.
Данный уровень служит для непосредственного автоматического управления
технологическими процессами с помощью промышленного контроллера.
Основные задачи и характеристики показателей:
– предельно высокая реактивность режимов реального времени;
– предельная надежность;
– функциональной полнотой модулей УСО;
– возможность функционирования в цеховых условиях.
Контроллер предназначен для сбора и обработки необходимой информации
поступающей от датчиков и выдачи управляющих воздействий на
исполнительные механизмы. Имеет возможность одновременной работы по многим
каналам связи через короткие интервалы времени. Предусматривается контроль
за состоянием системы сигнализация об отказе тех или иных блоков и
возможность их резервирования.
В промышленный контроллер загружают программы и данные из ЭВМ
второго уровня обеспечивающие координацию и управление технологическим
процессом выполняется вывод на второй уровень управления службой
диагностической и оперативной информации т.е. данных о состоянии агрегата
технологического процесса.
Приборы нижнего уровня подсоединяются к контроллеру SLC 500 по
обычным проводам с электрическим унифицированным сигналом.
Под верхним (SCADA-уровнем) понимается автоматизированное рабочее
место (АРМ) оператора реализованное на базе персонального компьютера. АРМ
выполняет следующие функции:
– обеспечение круглосуточного обмена информацией с контроллерами;
– обработка полученной информации формирование баз данных замеров а
также предысторий текущих событий;
– отображение полученной информации в виде таблиц и мнемосхем с
возможностью показа как полного перечня параметров так и
параметров по конкретной технологической подсистеме;
– построение графиков тенденций развития технологических процессов;
– дистанционное управление оборудованием;
– формирование и печать отчетно-учетных документов.
Система контроля и управления сливо-наливной эстакады предназначена
для оперативного учета поддержания заданных значений параметров
технологического процесса и предотвращения возникновения аварийных
2 Выбор средств автоматизации нижнего уровня
Датчики температуры.
Для измерения температуры используется термометр-сопротивления
платиновый - ТСП 012 с градуировкой 100П. Термометры-сопротивления
подключаются к преобразователю по трех проводной схеме подключения.
Устройство и принцип действия. Термометр-сопротивление состоит из
чувствительного элемента гильзы и клеммной колодки. Чувствительный элемент
состоит из тонкой проволоки (платиновой или медной) бифилярно намотанной
на пластину изолятора. Чувствительный элемент помещен в защитную гильзу и
засыпан кварцевым песком. Концы проводов выводятся наружу при помощи
компенсационных проводов. К этим провода через клеммники подсоединяются
соединительные провода.
В основе работы термометров-сопротивлений лежит принцип линейного
изменения удельного сопротивления проводника при изменении его температуры
где Rt– сопротивление металла при данной температуре;
R0 – удельное сопротивление металла при 0 0С;
Q – температурный коэффициент металла.
Монтаж. Термосопротивление ТСП 012 для защиты от воздействия
измеряемой среды помещают в защитный термокарман который непосредственно
контактирует со средой. Длину термокармана и термосопротивления подбирают
так чтобы чувствительный элемент находился в центре потока измеряемой
Для измерения расхода применяется измерительный преобразователь
“Сапфир 22М-ДД” предназначенный для измерения расхода жидких и
газообразных сред. Устанавливается по месту. Основные технические
характеристики: предел измерения 0-40 кПа; максимальное рабочее давление
МПа; выходной сигнал 4-20 мА; класс точности 025.
Для измерения давления используются преобразователи измерительные
“Сапфир-22ДИ-2141” предназначенные для работы в системах автоматического
контроля регулирования и управления технологическими процессами и
обеспечивающие непрерывное преобразование значения измеряемого параметра –
избыточного давления в унифицированный токовый выходной сигнал
дистанционной передачи.
Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и
показывающей аппаратурой регуляторами и другими устройствами автоматики
системами управления работающими от стандартного выходного сигнала 4-20 мА
постоянного тока. Преобразователи “Сапфир-22ДИ” имеют линейно-возрастающую
характеристику выходного сигнала. Питание преобразователей с предельными
значениями выходного сигнала 4-20 мА осуществляется от источника
постоянного тока напряжением 15-42 В. Пределы напряжения питания зависят от
нагрузочного сопротивления. Принцип работы преобразователя “Сапфир-22ДИ”
основан на применении тензорезисторов. Измеряемое давление воздействует на
мембрану и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя
вызывая её прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов. Далее
электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся из измерительного
блока по проводам через термовывод на контакты.
Основные технические данные:
– предел допускаемой основной погрешности ( = ( 025; 05%;
– верхний предел измерений 4 МПа;
– рабочая температура от минус 30 до плюс 50 (С.
Питание измерительных цепей для датчиков давления и расхода
осуществляется блоком питания БПД-40-Ех. Блок питания датчиков БПД-40-Ех
предназначен для организации питания и искрозащиты сигнальных цепей
двухпроводных датчиков с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА
постоянного тока. Напряжение питания 220 В через разъём передаётся на
первичную обмотку понижающего трансформатора. С вторичных обмоток
трансформатора напряжение через выпрямительные мосты поступает на источник
питания стабилизированный каналов блока. Сигнал напряжения
пропорциональный току в цепи питания датчика с барьера искрозащиты
подается на преобразователь напряжения в выходной ток и преобразуется в
соответствующий токовый сигнал 0-5 mA 4-20 mA 0-20 mA в зависимости от
исполнения блока. Диапазон рабочей температуры для блока питания составляет
от минус 10 до плюс 60 (С.
Для измерения уровня предлагается использовать уровнемеры Rosemount
серии 5400 фирмы Метран - для бесконтактных измерений уровня жидкостей
имеющих широкий диапазон до 400 0С и давлений до 55 МПа обеспечивающим
уникальную способность обработки сигнала уровнемеры рекомендуются для
работы в парогазовых смесях и запыленном внутреннем пространстве
Особенностями уровнемеров являются такие условия технологического
процесса как атмосфера в резервуаре и наличие плотных паров и веществ с
низкой диэлектрической постоянной могут ослабить отраженный сигнал до
такого уровня что радарный датчик может потеряет след измеряемой
поверхности поэтому важно чтобы уровнемер обладал высокой
чувствительностью и мог отслеживать очень слабые отраженные сигналы.
Уровнемеры серии 5400 объединяют в себе следующие новаторские
– технология двойного порта - уменьшает шумы и позволяет сократить
вероятность потери сигнала;
– круговая поляризация - позволяет подавлять сигналы с четным числом
отражений уменьшать эхо-сигналы от внутренних конструкций
резервуара и возмущающих объектов и увеличивать надежность
– динамическая оптимизация диапазона - обеспечивает максимальное
усиление сигнала на фактически измеряемом расстоянии до 20 м от
поверхности продукта а не на максимально возможном диапазоне
– конструкция цельнометаллического корпуса радара 5400 с отдельными
отсеками для электроники и терминальных вводов обеспечивает степень
защиты от воздействия пыли и воды IP67 и рекомендуется для
использования в окружающей среде с относительной влажностью до 100%.
В качестве исполнительных механизмов выбираем клапаны серии
Камфлекс". Камфлекс - это универсальный поворотный сегментный клапан с
эксцентричным плунжером сочетающий лучшие свойства подъемных и поворотных
регулирующих устройств и обладающий:
- высокой пропускной способностью;
- широким диапазоном и точностью регулирования;
Материал корпуса: углеродистая или нержавеющая стали специальные
Материал сальниковой набивки: комбинация "КевларPTFE" или графит.
Ручной дублер: комплектуется по требованию Заказчика
Приборы: позиционеры фильтры-регуляторы преобразователи
сигнализаторы бустерные реле электромагнитные клапаны и др.
Таблица 2.1 - Основные технические данные.
Условный диаметр DN 25 300 мм (1" 12")
Условное давление PN 16 100 кгссм2(ANSI класс
Пропускная способность Cv 56 1750
Температура среды от минус 200 до +400 0С
Диапазон регулирования 100 : 1
Характеристика равнопроцентная или линейная
Герметичность в затворе IV класс по ANSI
Присоединение бесфланцевое стяжное или фланцевое
Исполнительный механизм пневматический пружинно- мембранный
Управляющий сигнал 02 - 1 кгссм2 или 4 - 20 мА
Отличительные особенности:
- Плунжер стандартно выполненный из стеллита (DN80) либо из нержавеющей
стали со стеллитовой наплавкой обтекаемая форма проточной части корпуса
обеспечивают устойчивость к эрозии;
- Стандартные дублирующие уплотнительные кольца на сальниковой втулке;
- Упругость соединительных ножек плунжера обеспечивает его самоустановку в
- Удлиненная шейка корпуса защищает сальниковый узел от воздействия
- Подвижные части привода полностью защищены кожухом;
- Установка кулачка позиционера непосредственно на конце вала повышает
точность регулирования;
- Возможность реверсирования на месте действия НОНЗ путем перестановки
- Возможность изменения на месте характеристики регулирования за счет
простой перестановки кулачка позиционера;
- Восемь различных вариантов монтажа привода клапана относительно
трубопровода обеспечивают удобный доступ и обслуживание;
- Плотное высокоточное шлицевое соединение вала с плунжером и рычагом
- Броский и различимый издалека местный указатель положения.
Варианты исполнения:
- с уплотнительным кольцом из PTFE в седле для достижения VI класса
- с уплотнительными кольцами в направляющих втулках для загрязненных и
- для кипящих сред с фиксатором седла в форме сопла Вентури;
- для эрозионных сред с твердосплавным покрытием деталей затвора;
- с паровой рубашкой обогрева;
- быстродействующее с применением специального позиционера в соответствии
с требованиями стандарта NACE MR 01-75 для сред содержащих сероводород;
- с адаптацией к окружающей температуре до - 50 0С;
- с адаптацией к агрессивной окружающей среде содержащей коррозионные газы
Камфлекс может быть использован для решения широкого спектра задач
регулирования в 80% случаев. Более 600000 клапанов Камфлекс произведены и
успешно используются во всем мире в различных отраслях промышленности.
3 Выбор средств автоматизации среднего уровня
Промышленные контроллеры предназначены для работы в составе АСУ ТП в
качестве узлов сбора предварительной обработки и передачи технологической
информации а также для управления технологическим оборудованием.
Контроллеры выполняют следующие основные функции:
– сбор и обработку информации от аналоговых датчиков и
– сбор и обработку дискретных сигналов (аварии предупредительная
сигнализация состояние технологического оборудования);
– управление исполнительными механизмами;
– учет расхода пластификатора;
– обнаружение и регистрация первопричины аварийных ситуаций;
– обмен информацией с верхним уровнем управления.
Используя средства программирования разработанные для контроллеров
оператор имеет возможность программировать и управлять ими через компьютер
находящийся на диспетчерском пункте так как промышленные контроллеры в
данной системе управления объединены в сеть.
В данном проекте предлагается использовать контроллер серии SLC-500
фирмы Advantech в полной мере отвечающий критерию ценанадежность.
Один из самых дешевых по конфигурации из зарубежных контроллеров - SLC-
0 обладает перед отечественными аналогами рядом неоспоримых преимуществ
такими как лёгкость программирования и возможность быстрого внесения
изменений в готовый программный продукт; адаптация всей системы к внесенным
изменениям; возможность развития системы; совместимость с предыдущими
версиями; поддержка до 1000 точек вводавывода сети DH-485 RS-232
(используя специальные модули включаются в сети Remote IO и DeviceNet
Сontro гибкость при настройке модульной системы; объём памяти до 60К
Контроллер SLC-500 в модульном исполнении представляет собой шасси
блок питания модуль процессора и набор модулей вводавывода для объекта
определяемый количеством входных и выходных сигналов. В состав модульных
программируемых контроллеров серии SLC входит 12 модификаций процессоров
более 80 типов модулей вводавывода специальные модули 4 типоразмера
шасси для установки модулей (471013 мест).
Имеются 3 типа модулей вводавывода: входные выходные и
комбинированные с числом каналов 4 8 16 32. Модули могут быть
аналоговые и дискретные.
Аналоговые модули ввода работают с постоянными напряжениями (10 В и
токами (20 mА сопротивлениями и термопарами. Модули дискретного ввода
работают с переменными и постоянными напряжениями в том числе ТТЛ -
Модули аналогового вывода имеют выходы постоянного тока (10 В и
(20 mА. Модули дискретного вывода содержат в своем составе
полупроводниковые выходы постоянного и переменного тока а также релейные
выходы. Набор специальных модулей включает в себя модули
программирования на BASIC коммуникационные модули и т.д.
Компания Advantech предлагает пять типов процессорных устройств серии
SLC-500. В проекте был выбран процессор SLC 504. Он предназначен для
скоростной обработки информации и позволяет использовать расширенные
конфигурации вводавывода с возможностью обслуживания до 30 сигнальных
модулей установленных на шасси.
Процессор SLC -504 включает: набор инструкций обработки файлов
данных для хранения и передачи информации; встроенную функцию расчеты
с плавающей запятой; возможность организации прерывания при ошибке для
отработки аварийных программ и квитирования ошибок с выдачей сообщения
оператору о типе ошибки.
Рабочая температура контроллера: от 0 до плюс 60 (С (принудительное
охлаждение не требуется) влажность: 5-95% (без конденсата).
Процессор SLC 504 имеет 16 Кb памяти для хранения программ и 4 Кb для
данных; обеспечивает до 960 точек вводавывода; программирование в режиме
on- переключатель для выбора
одного из 3-х режимов функционирования (RUN PROGRAMM и REMOTE); имеет
встроенный порт сети DH-485 и канал RS-232 который обеспечивает
асинхронный последовательный коммуникационный интерфейс данных с
терминальными устройствами. Процессор SLC 504 включает в себя сопроцессор
для увеличения скорости выполнения математических команд а также
встроенный порт сети Data Highway Plus (DH+).
Контроллер SLC в сочетании с модулем непосредственной коммуникации
(DCM) модулем сканера (SN) или модулем распределенного сканера (DSN) для
реализации распределенного вводавывода может быть интегрирован в сеть
дистанционного вводавывода Advantech 1771 Remote IO .
Для ввода аналоговых сигналов стандарта 4-20 mА выбраны модули
46-NI8. Модули обеспечивают преобразование любых сигналов в виде тока от
минус 20 до плюс 20 mА и напряжения от минус 10 до плюс 10 В. Модули имеют
Для ввода дискретных сигналов предложен модуль 1746-IB8 имеющий 8
Для вывода дискретных сигналов типа “сухой контакт” применены модули
46-OB16E с электронной. Модули дискретного вывода 1746-OB16E
обеспечивают подключение 16 сигналов.
Для вывода аналоговых сигналов стандарта 4-20 mА предложены модули
46-NO8I. Модули имеют 8 выходов.
Модули размещаются в шасси типа 1746-А7 имеющей 7 слотов для
4 Выбор средств автоматизации верхнего уровня
Система RSView32 – это интегрированное программное обеспечение
человеко-машинного интерфейса (HMI) для сбора данных оперативного контроля
и управления автоматизированными устройствами и технологическими
процессами. Производитель RSView32 – компания Rockwell Automation
признанный мировой лидер в области производства комплексных средств для
автоматизации. RSView32 - это программный продукт являющийся одним из
компонентов комплекса средств для визуализации технологических процессов
ViewAnyWare компании Rockwell Automation. ViewAnyWare – это набор
операторских интерфейсов PC-совместимых рабочих станций и ПО имеющий
следующие общие черты:
высокая надёжность оборудования и ПО;
интуитивно понятный интерфейс пользователя;
использование только открытых коммуникационных стандартов;
совместимость с полным спектром аппаратных платформ A
открытая и гибкая архитектура основанная на DNA for Manufacturing
RSView32 поддерживает все передовые технологии Windows и легко
интегрируется с большинством аппаратных платформ с помощью OPC и DDE а
также программными продуктами Rockwell Software Microsoft и другими
продуктами эффективно используя технологии ActiveX VBA OLE и ODBC.
Разработка графического представления процесса.
Система разработки RSView32 использует современные технологии Windows
и предоставляет пользователю интуитивно-понятный интерфейс для создания
«экранов» – графических представлений участков технологического процесса.
Каждый проект RSView может содержать любое количество экранов каждый из
которых отображает ту или иную детализацию управляемого объекта. Экраны
RSView32 могут создержать как простые графические объекты (эллипсы
прямоугольники и др.) так и более сложные объекты такие как тренды или
отчеты по сигналам тревоги.
Обо всех изменениях контролируемого процесса оператор должен получать
визуальную информацию которая передается визуально с помощью анимации
экранов. Анимация в RSView32 осуществляется с помощью управления
видимостью цветом заполнением положением размером и вращением.
Контроль значений и протоколирование
Несмотря на то что в хорошо разработанном HMI-проекте все основные
критические участки выполнения системы должны визуализироваться в больших
проектах оператору просто невозможно уследить за всей системой целиком. Для
помощи оператору в этом случае используются специальные сигналы оповещения.
К тому же состояния некоторых объектов должны протоколироваться с целью
дальнейшей обработки данных. RSView32 предлагает целый комплекс средств для
оповещения оператора и для протоколирования данных.
Отслеживание трендов.
Тренды – это визуальное представление текущих или накопленных ранее
параметров процесса которое дает операторам возможность с помощью графиков
отслеживать работу промышленного объекта. RSView32 позволяет строить
графики используя до 16 переменных на один тренд и использовать
затенение выделяя момент пересечения параметром контрольного значения.
Обнаружение событий.
События в RSView32 – это арифметические или логические выражения над
тегами и параметрами процессов в управляемой системе. Эти выражения должны
определять наступление какого-либо события и инициировать реакцию SCADA-
системы на это событие. Реакцией может быть автоматическое выполнение каких-
либо команд или макросов.
Контроль сигналов тревоги.
Сигналы тревоги – это сигналы которые должны извещать оператора о
наступлении каких-либо критических или аварийных событий требущих
немедленного вмешательства. Cигналы тревоги могут быть определены как для
дискретных так и для аналоговых параметров процесса.
При поступлении сигналов тревоги RSView выполняет определенные
пользователем действия среди которых может быть останов процесса выдача
световой или звуковой сигнализации или предупреждения.
Для аварийных событий ведутся специальные сводки сигналов тревоги для
просмотра информации об аварийных ситуациях. Сводка является полностью
настраиваемой т.е. пользователь может задать какая информация должна
присутствовать в сводке и в каком виде.
Пользователь может протоколировать:
деятельность системы записывая при этом информацию о работе
системы включая выполнение команд макрокоманд системные
сообщения и ошибки или ошибки связи;
данные обеспечивая запись значений тегов (или данных) при
наступлении определенных событий. Зарегистрированные данные
хранятся в файлах и могут просматриваться с помощью трендов;
сигналы тревоги обеспечивает запись о тревожных ситуациях когда
определенные теги переходят в состояние тревоги или выходят из
него при подтверждении сигналов тревоги и когда теги подавляются
с помощью контроля сигналов тревоги;
Вся запротоколированная информация хранится в формате dBase IV (dbf)
или может быть передана в базу данных в формате ODBC.
Связь с оборудованием
Для связи с управляемыми устройствами RSView32 использует
высокопроизводительные стандарты OPC или DDE которые стали основными
технологиями для связи верхнего и нижнего уровня автоматизации. На
сегодняшний день практически все производители промышленного оборудования
поставляют оборудование совместно с OPCDDE-сервером. OPC (OLE for process
control) позволяет RSView32 выступать в качестве клиента или сервера
обеспечивая передачу данных как между различными станциями RSView32 так и
другими серверами OPC. Для обмена данными по DDE RSView32 стандартный DDE
или высокоскоростной Advanced DDE.
Особо следует отметить механизм связи RSView32 с контроллерами Allen-
Braldey. Для соединения с техникой Allen-Bradley используются прямые
драйверные связи где максимально эффективно используются коммуникационные
технологии Rockwell Automation. Это делает систему RSView32 самой
высокопроизводительной SCADA-системой для управления контроллерами Allen-
В состав пакета RSView32 входит утилита мониторинга тегов позволяющая
в любой момент времени проверить наличие связи SCADA-системы с каждым из
исполнительных устройств.
Наличие мощного средства отладки системы автоматизации позволит
минимизировать время тестирования проекта а также предотвратить
возникновение ошибок при работе готовой системы. RSView32 предлагает ряд
уникальных средств тестирования и отладки:
тестовый запуск участка для быстрого тестирования отдельного экрана
графического объекта или анимации. Это позволит получить данные с
объекта и быстро запустить только отдельный участок проекта а не
запускать на выполнение весь проект целиком;
изменения проекта в режиме on-line. В RSView для того чтобы
совершить изменения в интерфейсе проекта нет необходимости завершать
процесс; редактирование какого-либо окна SCADA-системы можно
производить во время выполнения процесса при этом изменения войдут в
силу при следующем открытии этого окна;
возможность тестирования проекта при различных условиях за счет
использования наборов параметров рассматриваемых как единое целое
состояние системы («рецептов»);
При запуске проектов немаловажно разграничить доступ различных
операторов к отдельным частям проекта. RSView32 дает возможность
обезопасить проекты с помощью 16 уровней защиты проекта и защиты на уровне
системы. Защита на уровне проекта позволит ограничить доступ пользователей
или групп пользователей к определенным дисплеям или запретить им изменять
определенные значения тегов. Защита на уровне системы позволит
заблокировать пользователей внутри проекта RSView32 так что они не смогут
выйти в операционную систему Windows.
Систему управления верхнего уровня предлагается реализовать на базе
промышленного компьютера с установленной SCADA системой RSView32.
Система управления является локальной системой. Она должна
функционировать в автономном режиме и обеспечивать эффективное
функционирования объекта за счёт:
– повышения оперативности при контроле за технологическими
– снижения ущерба от аварий и повышения безопасности
– повышения информированности оператора о состоянии объекта;
– повышения надёжности функционирования технических средств.
Для реализации идеи распределенного управления необходимо создание для
каждого уровня управления и каждой предметной области автоматизированных
рабочих мест (АРМ) на базе персональных ЭВМ.
Персональный компьютер на диспетчерском пункте должен быть
защищен от воздействия вредных веществ перепада температур пыли и
влажности. Требования к системе: Pent RAM 1 Gb HDD 300
FDD144 сетевая карта для связи с ЛВС предприятия; монитор не менее
” SVGA. Для подключения в сеть ПК оператора встроена плата связи 1784-
KTX физическая среда передачи данных – экранированная витая пара.
Разработанная система управления имеет возможность расширения за счет
введения новых датчиков и исполнительных механизмов так как имеются
свободные слоты и клеммы на модулях вводавывода контроллера.
Требование к системе:
Все оборудование системы управления устанавливается внутри помещения:
температура от плюс 15 до плюс 35 0С; влажность 10-90% (без конденсации).
Средства энергообеспечения: электроэнергия 380220 В. Питание отсекающих
клапанов 220 В - однофазный переменным ток; аналоговые входные сигналы 4-
мА; дискретные входныевыходные сигналы: 24 В - постоянного напряжения.
5 Расчет технико-экономических показателей проекта
В данном разделе дипломного проекта необходимо определить
экономический эффект и срок окупаемости разработанной системы
автоматизации. Предполагается внедрить автоматизированную систему
«Стерлитамакский нефтехимический завод» г. Стерлитамак.
Существующая система управления построена с использованием приборов
щитовой автоматики которые являются технически и морально устаревшими
обладают значительным энергопотреблением и не удовлетворяют требованиям
точности и быстродействия. Поэтому предлагается разработать новую систему
управления построенную на базе контроллера с автоматизированным рабочим
местом оператора на базе персонального компьютера. В связи с этим проект
предполагает капитальные затраты на приобретение новых датчиков
исполнительных механизмов контроллера. После внедрения разработанной
системы ожидается уменьшение энергопотребления уменьшение расхода греющего
пара за счет более точного регулирования и использования средств КИПиА с
низким энергопотреблением.
Капитальные вложения на приобретение оборудования приведены в таблице
Таблица 2.2 - Капитальные вложения
№ ппНаименование Единица Кол-во Цена руб Сумма
Датчик давления Сапфир 4 12000 48000
Контроллер SLC-500 1 50000 50000
Датчик температуры 3 4500 13500
Датчик расхода Сапфир 4 10000 40000
Продолжение таблицы 2.2
Регулирующий клапан 6 26000 156000
АРМ оператора на базе 1 30000 30000
персонального компьютера
Датчик уровня Rosemount 4 18000 72000
Соединительные кабели 10000
Затраты на транспортировку 20000
Затраты на монтаж 76400
Итого капитальные затраты 515900
Итого капитальные вложения КВ составили 515900 руб.
Затраты на электроэнергию.
В результате модернизации системы управления ожидается экономия
электроэнергии на 5%.
Зэл12 = Сэл(Морг(Тсм
где Сэл – стоимость 1 кВт-ч электроэнергии руб.;
Морг – мощность потребляемая установкой кВтч;
Тсм – количество часов работы в год;
Продолжительность работы установки составляет 7680 часов при
трехсменном графике 320 дней в год.
Зэл1 = 5(70(7680= 2688000 руб;
Зэл1 = 5(7680(70((1-005) = 2553600 руб;
Экономия затрат на электроэнергию составит:
Ээл=2688000- 2553600=134400 руб.
В результате внедрения АСУТП ожидается снижение расхода пара на 7% за
счет более быстрого выхода в установившийся режим и поддержания параметров
в более узких пределах. Для рассматриваемого технологического процесса
норма потребления пара около 3500 Гкал в год.
Зп12 = Нр.п. ( Ст.п.
где Нр.п – потребление пара Гкал.;
Ст.п – стоимость 1 Гкал. пара руб.;
Зп1 = 3500(550=1925000 руб;
Зп2 = 3500((1-007)(550= 1790250 руб.
Экономия затрат на пар будет равна:
Эп=1925000-1790250=134750 руб.
Условно-годовая экономия от модернизации системы управления
складывается из экономии затрат на электроэнергию (Ээл) и на использование
Эуг =134400+134750 =269150 руб.
Срок окупаемости капитальных затрат (Ток) год.
где К2 – капитальные вложения на внедрение проекта руб.;
Эуг – условно-годовая экономия от модернизации руб.
Ток = 515900269150 = 19
Коэффициент экономической эффективности:
Для автоматизации технологических процессов и производств нормативные
коэффициенты: Кн=03 Тн=3 лет.
Полученные коэффициенты сравниваются с нормативными:
Полученные значения удовлетворяют нормативным требованиям.
В результате экономического расчета получаем что внедрение
автоматизированной системы управления процессом ректификации пиролизной
и экономически эффективно так как срок окупаемости и коэффициент
экономической эффективности не превышает нормативных. Поэтому проект можно
рекомендовать к внедрению.
Результаты расчетов экономической эффективности проекта представлены в
Таблица 2.3 – Результаты расчетов экономической эффективности
Показатели До После
внедрения внедрения
Капитальные затраты на - 5159 +5159 -
внедрение тыс. руб.
Затраты на электроэнергию 26880 25536 1344 95
Затраты на пар тыс. руб. 19250 17903 -1347 93
Условно-годовая экономия - 2692 +2692 -
Срок окупаемости лет - 19 - -
Коэффициент экономической - 05 - -
капитальных вложений
0301.02.06.0630.000 ПЗ
0700.62.12.12595.000 ПЗ

титразд.doc

1 Описание технологической системы
Структура технологической системы
Синтез АСР температуры в кубе колонны 3012
нефтехимический завод»

Аннотация.doc

Тема выпускной квалификационной работы – «АСУТП ректификации
В выпускной квалификационной работе синтезирована АСУТП ректификации
пиролизной фракции с помощью современных средств автоматизации и
В выпускной квалификационной работе разработаны структурная и
функциональная схемы автоматизации представлен синтез автоматической
системы регулирования температуры в кубе колонны 3012.
В работе выполнен расчет основных технико – экономических показателей
а также проведен анализ опасных и вредных факторов на производстве.

приложения.docx

Структурная схема замкнутой одноконтурной АСР
Тз(t) – заданное значение температуры в кубе колонны 3012 Тт(t) – текущее значение температуры в кубе колонны 3012 (t)- сигнал рассогласования х(t) – управляющий сигнал регулятора Q(t) - расход горячей воды в кипятильник 311 F(t) – начальная температура пиролизной фракции.
Показатели технико-экономической эффективности
Капитальные затраты на внедрение тыс. руб.
Затраты на электроэнергию тыс. руб.
Затраты на пар тыс. руб.
Условно-годовая экономия тыс. руб.
Срок окупаемости лет
Коэффициент экономической эффективности
капитальных вложений

3 часть.doc

3.1 Описание объекта управления
Рассмотрим в качестве объекта управления колонну 3012. Обогрев
колонны осуществляется через выносной кипятильник 311 в межтрубное
пространство которого подается горячая вода. Температура в кубе колонны
1 измеряется датчиком позиция 8051а регулирующий клапан установлен на
линии обратной горячей воды из кипятильника 311.
Задачи управления технологическим процессом: минимизация
(максимизация) некоторого критерия (себестоимость затраты энергии и т.д.)
при выполнении ограничений на технологические параметры накладываемых
регламентом. Решение этой задачи для всего процесса в целом затруднительно
(много влияющих факторов) весь технологический процесс следует разбить на
отдельные участки причем обычно участок соответствует законченной
технологической операции имеющей свою подзадачу например обработка
молока. Технологические процессы одного типа (например процессы нагрева)
могут отличаться исполнением аппаратуры физико-химическими свойствами
участвующих в них потоков сырья и т.д. Однако они все протекают по одним и
тем же законам и подчиняются общим закономерностям. Характер этих
закономерностей в первую очередь определяется тем какой параметр участвует
Объект управления реализует процесс который необходимо организовать
для достижений поставленных целей. В теории управления объект
рассматривается как преобразователь переменных входа х(t) f(t) в
переменную выхода y(t) как это показано на рисунке 3.1. Соответственно
регулируемой величиной y(t) является температура в кубе колонны
регулирующей x(t) - расход воды из кипятильника 311который регулируется
клапаном установленным на линии обратной горячей воды возмущениями f(t)
является расход пиролизной фракции в колонну 3012.
Рисунок 2.2 – Структурная схема объекта управления
2 Построение экспериментальной переходной функции объекта управления
Проведение эксперимента начинают с установки на объекте выбранного
режима работы который характеризуется постоянством выходной переменной и
всех влияющих на нее переменных. Установившийся режим работы при заранее
выбранном значении выходной переменной [pic] выдерживают 20—25 мин для
медленно протекающих процессов связанных например с изменением
температуры или влажности и 03—05 мин — для более быстро протекающих
процессов таких например как изменение давления или расхода.
Экспериментальная характеристика рассматриваемого объекта управления
представлена в таблице 3.1.
Таблица 3.1- Экспериментальная характеристика
где Коу - коэффициент усиления объекта;
Tоб - постоянная времени объекта;
- время запаздывания объекта.
По графику находим Tоб. = 35 с.; = 18 с.
Коэффициент усиления объекта управления равен:
где y – изменение выходной величины;
x – изменение входной величины.
Подставив данные формулу (3.2) получим:
Коу=(392-319)(7-6)=83.
3 Идентификация объекта управления
По полученной передаточной функции определяем расчетную переходную
функцию объекта управления.
После проведения идентификации кривой переходного процесса построим
графики экспериментальной и расчетной переходной функции.
- расчетная переходная функция h(t) 2 –экспериментальная функция
переходного процесса y(t1)
Рисунок 3.5 – Идентификация экспериментальной и расчетной
4 Выбор закона регулирования и типа регулятора
Закон регулирования – это математическая зависимость с помощью
которого определяется регулирующее воздействие по сигналу рассогласования.
На динамику регулирования наибольшее влияние оказывает величина
отношения запаздывания к постоянной времени объекта T. Эффективность
компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может
характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования Rd а
быстродействие – величиной времени регулирования. Теоретически в системе с
запаздыванием минимальное время регулирования tpmin=2. При этом если Кр
(коэффициент усиления П-регулятора) имеет величину равную 10 и более то
приемлем П-регулятор а если Кр10 то требуется введение в закон
управления интегральной составляющей. При выборе типа регулятора
рекомендуется ориентироваться на величину отношения запаздывания к
постоянной времени в объекте T. Если T02 то можно выбрать релейный
непрерывный или цифровой регуляторы. Если 02 T 1 то должен быть
выбран непрерывный или цифровой ПИ- или ПИД-регулятор. Если T >1 то
выбирают специальный цифровой регулятор с упредителем который компенсирует
запаздывание в контуре управления. Однако этот же регулятор рекомендуется
применять и при меньших отношениях T. Для наиболее ответственных контуров
можно рекомендовать использование ПИД-регулятора обеспечивающего наиболее
высокое быстродействие в системе. ПИД-регулятор следует выбирать для систем
с относительно малым уровнем шумов и величиной запаздывания в объекте
ПИД - регуляторы осуществляют закон регулирования в котором
регулирующий орган перемещается пропорционально отклонению интегралу и
скорости отклонения регулируемого параметра:
Скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна отклонению
скорости отклонения и ускорению отклонения регулируемого параметра:
где k — коэффициент передачи регулятора;
ТИ — время изодрома;
ТП — время предварения.
Знак «плюс» или «минус» указывает на то что предварение может быть
прямым или обратным. Таким образом ПИД-регулятор имеет три параметра
настройки k ТИ и ТП.
Рассчитаем параметры настройки ПИ- и ПИД- регуляторов и сравнив
показатели качества регулирования выберем оптимальный.
Рассматриваемый объект управления обладает самовыравниванием и
аппроксимируется апериодическим звеном 1-го порядка. Исходя из этого в
качестве типового примем апериодический процесс.
Параметры регулятора определим из формул:
Получим Кр= 025; Ти=21.
Тогда передаточная функция ПИ- регулятора примет вид:
Получим Кр=04; Ти=24; Тд=4.
Тогда передаточная функция ПИД- регулятора примет вид:
5 Синтез замкнутой САР
Принцип управления выбирается по отклонению так как он является
наиболее простым и эффективным. Регулирование по отклонению базируется на
том что любое отклонение регулируемой величины от заданного значения
обуславливает формирование регулирующего воздействия не зависимо от
количества вида и места приложения возмущения.
Данная система является замкнутой. Алгоритм работы системы заключен в
стремлении свести ошибку управления к нулю.
Для расчетных целей исходную схему упрощают до схемы показанной на
рисунке 3.7 где АР - регулятор ОУ - объект управления. Здесь под объектом
управления уже понимается неизменяемая часть системы состоящая из
преобразователей сигналов исполнительного механизма регулирующего органа
собственно объекта управления и датчика.
Тз(t) – заданное значение температуры в кубе колонны 3012 Тт(t) –
текущее значение температуры в кубе колонны 3012 (t)- сигнал
рассогласования х(t) – управляющий сигнал регулятора Q(t) - расход
горячей воды в кипятильник 311 F(t) – начальная температура пиролизной
Рисунок 3.4 – Схема структурная замкнутой АСР температуры
Рисунок 3.7-Расчетная схема САР промышленным объектом управления
Основные требования к промышленным системам регулирования:
– Промышленная САР должна обеспечивать устойчивое управление
процессом во всем диапазоне нагрузок на технологический агрегат;
– Система должна обеспечивать в окрестности рабочей точки заданное
качество процессов управления (время переходного процесса
перерегулирование и колебательность);
Система должна обеспечивать в установившемся режиме заданную
точность регулирования. Желательно обеспечить нулевую статическую
ошибку регулирования. Кроме этого желательно обеспечить заданную
дисперсию ошибки регулирования.
Все эти условия будут выполнятся если объект управления является
стационарным либо его вариации параметров достаточно малы и компенсируются
запасами устойчивости системы.
6 Анализ устойчивости САР
Понятие устойчивости является важнейшей качественной оценкой
динамических свойств САР. Способность системы восстанавливать состояние
равновесия из которого она была выведена в результате какого-либо
воздействия называется устойчивостью. С целью упрощения анализа
устойчивости систем разработано ряд специальных методов которые получили
название критерии устойчивости.
Рассмотрим критерий Найквиста который позволяет по виду АФЧХ
разомкнутой системы определить является ли система устойчивой и
формулируется следующим образом:
Для устойчивости САУ необходимо и достаточно чтобы годограф
разомкнутой системы W(iw) при изменении w от 0 до охватывал l2 раз в
положительном направлении точку (-1i0) где l – число корней
характеристического уравнения разомкнутой системы лежащих в правой
полуплоскости. Из этой теоремы вытекает следствие: если разомкнутая система
устойчива (l=0) то для устойчивости замкнутой системы необходимо и
достаточно чтобы частотный годограф W(iw) при изменении w от 0 до не
охватывал точку (-1i0).
При этом если система в разомкнутом состоянии неустойчива то следует
определить количество корней ее характеристического уравнения имеющих
положительные вещественные части.
Для оценки устойчивости замкнутой системы построим годограф АФЧХ
разомкнутой системы.
В общем виде ее можно найти следующим образом:
W(p)разомкнутойсистемы=W(p)объектауправления·W(p)регулятора
Следовательно передаточная функция разомкнутой системы примет вид:
Рисунок 3.8 – АФЧХ разомкнутой САР с ПИ-регулятором
По АФЧХ можно сделать вывод что замкнутая система с ПИ-регулятором
является устойчивой по критерию Найквиста. Проведя дополнительные
построения определим: запас устойчивости по амплитуде составляет
A=1U=1075=133 по фазе [pic]=37º.
Для получения передаточной функции разомкнутой системы с ПИД-
регулятором воспользуемся формулой (3.7):
Для построения АФЧХ замкнутой системы с ПИД-регулятором используется
следующий текст программы в MathCad:
АФЧХ разомкнутой системы представлена на рисунке 3.9
Рисунок 3.9 - АФЧХ разомкнутой САР с ПИД-регулятором
По АФЧХ можно сделать вывод что замкнутая система с ПИД-регулятором
построения определим: запас устойчивости по амплитуде составляет A=1U=2
Передаточная функция замкнутой системы находится по формуле 3.8.
При нахождении переходной функции замкнутой системы в MathCad
следует учитывать что в знаменателе передаточной функции е-·р требует
разложения в ряд Тейлора. Формула имеет вид:
Передаточная функция замкнутой системы с ПИ-регулятором:
Текст программы в MathCad:
График переходной функции замкнутой системы с ПИ-регулятором
показан на рисунке 3.10
Рисунок 3.10 – График переходной функции замкнутой системы с
Качество САР определим с помощью прямых оценок качества:
[pic]– время переходного процесса определяющее быстродействие
системы. Оно определяется из соотношения:
где [pic] - заданная малая величина характеризующая точность системы.
[pic] предварительно задается в процентах от установившегося значения
[pic] где нет определенных требований – принимают [pic]. По графику
находим что [pic]=57 сек.
[pic]– перерегулирование – максимальное отклонение от установившегося
значения выраженное в относительных единицах или процентах
tm – время достижения первого максимума. tm=40 сек.
tн – время нарастания переходного процесса время от начала
переходного процесса до момента первого пересечения графиком линии
установившегося значения. tн=25 сек.
k – декремент затухания равный отношению модулей двух смежных
Подставив значения в формулу (3.12) получим:
По аналогии построим переходную функцию замкнутой системы
автоматического регулирования с ПИД-регулятором.
График переходной функции замкнутой системы с ПИД-регулятором показан
Рисунок 3.11 – График переходного процесса замкнутой системы с ПИД –
Определим основные показатели качества:
[pic]– время переходного процесса. По графику находим что [pic]=43
[pic]– перерегулирование. Подставив значения в формулу (3.11)
tm – время достижения первого максимума. tm=43 сек.
tн – время нарастания переходного процесса. tн=36 сек.
Выводы: Для анализа качества переходных процессов в системах
автоматического регулирования с ПИ- и ПИД-регуляторами представим
показатели этих процессов в виде таблицы.
Таблица 3.2 – Показатели качества переходных процессов
Тип регулятора [pic] [pic] k
ПИ-регулятор 57 сек. 67% 16
ПИД-регулятор 43 сек. 4% -
Из таблицы видно что ПИД – регулятор обеспечивает лучшее качество
0700.62.12.12595.000 ПЗ

Рецензия на ВКР.doc

на выпускную квалификационную работу
бакалавра по направлению подготовки 220700.62 «Автоматизация
технологических процессов и производств»
Рахматуллина Тимура Маратовича
(Фамилия имя отчество полностью)
Тема выпускной квалификационной работы (ВКР) «АСУТП ректификации пиролизной
Рецензент выпускной квалификационной
(Фамилия имя отчество степень звание)
Актуальность тематики проблемы решаемой в ВКР.
Объектом исследования данной работы является технологический процесс
нефтехимический завод» г. Стерлитамак. В результате исследования были
выявлены недостатки в существующей системе управления процессом. Цель
данной ВКР состоит во внедрении системы автоматизации в соответствии с
современными требованиям к АСУ ТП. В связи с этим считаю тему актуальной
для данного предприятия.
Объем текстового и иллюстрационно-графического материала.
ВКР состоит из 3 разделов и 3 листов графического материала.
Наименование и содержание разделов соответствует заданию выданному
Уровень использования вычислительной техники и программных продуктов при
выполнении ВКР В работе используются современные пакеты верстки текстового
материала работы с графическим материалом и CASE-средства для разработки
Технико-экономические обоснования и обоснования вопросов безопасности
жизнедеятельности разработанные в ВКР Технико-экономические социально-
экономические экологические обоснования обоснование вопросов безопасности
жизнедеятельности проведены по соответствующим с методикам достоверность
результатов не вызывает сомнений
Результаты полученные в специальной части ВКР: анализ устойчивости АСР
показателей качества управления и др.
Собраны данные и произведен синтез АСР температуры в кубе колонны 3012
подобран регулятор определены показатели качества регулирования. Выводы и
результаты обоснованы основные решения и предложения не противоречат
задачам и современному состоянию в области промышленной автоматизации.
Практическая и теоретическая подготовленность выпускника к выполнению
профессиональных задач
По результатам обсуждения работы выпускник показал высокий уровень знаний
специальных дисциплин. Общеинженерная и специальная подготовка выпускника
соответствует уровню выпускников технических вузов.
Качество оформления пояснительной записки и иллюстрационного
(графического) материала в соответствии с требованиями действующих
стандартов и регламентов Пояснительная записка и иллюстрационно-графический
материал выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД.
Возможность использования результатов полученных в ВКР для публикации
реализации в учебном процессе рекомендуемых к внедрению или др.
Результаты полученные в ВКР могут быть использованы в учебном процессе и в
производстве могут быть опубликованы в открытой печати.
Выпускник рекомендуется к присвоению квалификации бакалавр.
(Должность ученая степень)
(Подпись) (Инициалы фамилия)

Чертеж графики.cdw

220700.62.12.12595.000
График переходной функции замкнутой системы
Идентификация экспериментальной
и расчетной переходной функции
- расчетная переходная функция ОУ;
- экспериментальная переходная функция ОУ
АФЧХ разомкнутой системы с ПИД-регулятором
График скачкообразного входного воздействия
График переходного процесса объекта управления
0700.62.12.12595.000 Э2

Содержание (2).doc

Анализ технологической системы
1 Описание технологической системы
2 Параметры технологического процесса
3 Анализ опасных и вредных факторов на производстве
Структура технологической системы
1 Описание структурной схемы АСУТП
2 Выбор средств автоматизации нижнего уровня
3 Выбор средств автоматизации среднего уровня
4 Выбор средств автоматизации верхнего уровня
5 Расчет технико-экономических показателей проекта
Синтез АСР температуры в кубе колонны 3012
1 Описание объекта управления
2 Построение экспериментальной переходной функции
3 Идентификация объекта управления
4 Выбор закона регулирования и типа регулятора
5 Синтез замкнутой САР
6 Анализ устойчивости САР
7 Анализ качества САР
Список использованных источников
Приложение А Структурная схема замкнутой одноконтурной АСР
Приложение Б Показатели технико-экономической эффективности
Схема функциональная автоматизации
Схема структурная АСУТП
Графики переходных характеристик
0700.62.12.12595.000 ПЗ
нефтехимический завод»

Литература.doc

Список использованных источников
Алексеев А.А. Сиротин П.А Шиянова Н.И. Методические указания по
работе с системой автоматизированного проектирования (графическим
редактором) КОМПАС - 3D. Мелеуз: Филиал МГУТУ. – 2011
Благовещенская М.М. Злобин Л.А. Системы управления технологическими
процессами и информационные технологии. Учеб. для вузов. М.:
Высш. шк. 2005. 768 с.: ил.
Бессекерский В.А Попов В.П. Теория автоматического регулирования. –
М.: Наука 2007. – 768с.
Бородин И.Ф. Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов.-
М. Колос 2008.- 344с.
Востриков А.С. Французова Г.А. Теория автоматического регулирования.
– М.: Высшая школа 2007.- 335с.
Герасимова Л.А. Пустарнакова С.А. Дипломное проектирование:
Методическое пособие по выполнению дипломной работы. Часть 1. «Общие
правила выполнения текстовой и графической документации».
Издание второе переработанное. Мелеуз филиал ГОУ ВПО «МГУТУ»
Душин С.Е. Зотов Н.С. Имаев Д.Х. Кузьмин Н.Н. Яковлев В.Б. Теория
автоматического управления.- М. Высшая школа2007.- 567с.
Мамцев А.Н. Козлов В.Н. Шиянова Н.И. и др. Дипломное
проектирование. Раздел «Безопасность жизнедеятельности» Методические
указания по выполнению раздела «БЖД» в дипломных проектах для
студентов инженерно – технических специальностей 220301 260601
0501 260201 260204 260504 260100 260600 всех форм обучения
дисциплине. Мелеуз: Филиал МГУТУ. – 2011
Родионов В.Д. Терехов В.А. Яковлев В.Б. Технические средства
АСУТП. М.: «Высшая школа» 2007.
нефтехимический завод» г. Стерлитамак
Шиянова Н.И. Алексеев А.А. Валитова Е.Г. Автоматизация
технологических процессов и производств. Методические указания по
выполнению курсового проекта по дисциплине Автоматизация
технологических процессов и производств для специальности 220301 всех
форм обучения. Мелеуз: Филиал МГУТУ. – 2011
Шиянова Н.И. Валитова Е.Г. Теория автоматического управления:
Учебное пособие. – Мелеуз филиал ГОУ ВПО «МГУТУ» 2008. – 88с.
0700.62.12.12595.000 ПЗ

задание на ВКР.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМ. К.Г.
(ПЕРВЫЙ КАЗАЧИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра «Системы управления»
Направление подготовки 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и
Курс 3 Форма обучения заочная ускоренная
«Системы управления»
На бакалаврскую работу бакалавру Рахматуллину Тимуру Маратовичу
«Стерлитамакский нефтехимический завод» г. Стерлитамак
Утверждено приказом университета №7082 от 25 марта 2015
Срок представления законченной бакалаврской работы 20 мая 2015 г.
Специальная часть Синтез АСР температуры в кубе колонны 3012
Содержание расчетно-пояснительной записки
Глава 1 Анализ технологической системы
Глава 2 Структура технологической системы
Глава 3 Синтез АСР температуры в кубе колонны 3012
Список использованных источников
Приложение А Структурная схема замкнутой одноконтурной АСР
Приложение Б Показатели технико-экономической эффективности
Перечень графического материала
Схема функциональная автоматизации
Схема структурная АСУ
Графики переходных характеристик
Дата выдачи задания 16 февраля 2015 года
Задание принял к исполнению 16 февраля 2015 года

АСУТП.frw

ФСА диплом.cdw

Схема функциональная
0700.62.12.12595.000 Э2
S -ПереключениеБлокировка
ПГВ - Прямая горячая вода
DI - дискретный ввод
AO - аналоговый вывод
DO - дискретный вывод
Колонна ректификации
Обескислороженная пиролизная фракция
ОГВ - Обратная горячая вода

календ. график ВКР.doc

Календарный план работы
№ ппЭтапы и разделы Рабочие недели
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Практика Х Х Х Х
Глава 1 Х 3 Глава 2 Х
Глава 3 Х 5 Графическая часть
Х Х 6 Графическая часть2
Х 7 Графическая часть3 Х 8