Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств

Подождите немного. Документ загружается.

 

 mmA

(15)

Полученный в аналитическом виде алгоритм управления можно

представить в форме структурной схемы, показанной на рис. 5.5 для

случая m = 3.

Рис.5.5. Структурная схема алгоритма управления тремя

аппаратами

2. Исходные данные и порядок выполнения лабораторной

работы

Исходные данные:

1. Количество включенных аппаратов m в одной

технологической ветке.

2. Критерий оптимального переключения аппаратов

(технологический, экономический).

3. Технические средства (физические элементы для реализации

алгоритмов и переключения и построения рабочих схем управления:

пневматические на элементах УСЭППА, электрические на RC – цепях

и операционных усилителях, с использованием и программированием

контроллеров). Исходные данные по п.п. 1,2 задает преподаватель, по

п.3 решение принимает сам студент.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Для заданного преподавателем количества аппаратов m,

работающих в одной технологической нитке, разработать алгоритм

переключения аппаратов аналогично логическим соотношениям (9)

(10). Описать работу этого алгоритма при различных сочетаниях

сигналов x и y.

2. Разработать структурную схему алгоритма переключения m

аппаратами с использованием элементарных логических операций

(элементов) «И», «ИЛИ», «НЕ», аналогичную приведенной на рис.5.5.

3. Построить рабочую схему управления m-м количеством

аппаратов с использованием необходимых физических элементов или

технических средств (пневматических, электрических контроллеров),

[3,4].

При использовании контроллеров решается задача

программирования, задачи переключения согласно полученному

алгоритму на одном из технологических языков или языков высокого

уровня.

4. Проверить работоспособность схемы (для контроллерного

варианта), подключением к соответствующим модулям вывода

дискретной информации контроллера световых табло или световой

матрицы.

3. Содержание отчета

1. Краткое описание цели и основных теоретических положений

работы.

2. Алгоритм управления (переключения) для заданного в работе

количества работающих аппаратов и его описание.

3. Техническая реализация алгоритма на элементах пневматики,

электроники. Программирование алгоритма в случае использования

для его реализации контроллера, результаты проверки эффективности

работы алгоритма.

4. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы.

1. Задача переключения оборудования в АСУТП. Перечислить и

дать их краткую характеристику.

2. Циклические системы управления. Алгоритмы их работы

(циклограммы). Примеры таких систем и циклограммы их работы.

3. Таблицы состояния и переключений в логических системах

управления. Пояснить их смысл и назначение. Привести примеры их

использования.

4. Системы управления с памятью. Характерные особенности

этих систем. Обратные связи. Алгоритмы управления систем с

памятью.

5. Логические преобразования в системах логических

уравнений. Основные законы и соотношения алгебры логики.

6. Алгоритмы логического управления в АСУТП. Пояснить как

был разработан алгоритм переключения для конкретного числа m

работающих в одной технологической нитке аппаратов.

7. Пояснить, как технически был реализован синтезированный в

лабораторной работе алгоритм логического управления.

8. Использование метода логического анализа при синтезе задач

переключения оборудования и построении соответствующих

технических средств.

Литература

1. Кафаров В.В. Методы кибернетики с химии и химической

технологии: 4-е изд.,перераб., доп.-М.: Химия, 1985 (учебн. для вузов)

448 с.

2. Автоматическое управление в химической промышленности:

Учебник для вузов. П-д ред. Е.Г.Дудникова.-М.: Химия, 1987. 386 с.

3. Системы автоматизации и управления: Лабораторный

практикум /В.А.Фафурин, И.Н.Терюшов, А.И.Мухаметзянов.-

Казань:Изд-во Казан. Гос. Технол.ун-та, 2007 -188с.

4. Федоров Ю.А. Основы построения АСУТП взрывоопасных

производств. В 2-х томах- М.: Синтез, 2006. -710 с.

Лабораторная работа 6

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПУСК И ОСТАНОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В АСУТП

Цель работы:

1. Ознакомиться на конкретном примере с функциональными

задачами пуска и останова технологического оборудования в АСУТП,

с программными и логическими операциями при пуске и останове,

математическим обеспечением задач пуска и останова.

2. Приобрести практические навыки по расчету режимных

параметров в объекте, необходимых для реализации какой- либо

типовой операции дискретного управления, например, операции

пуска.

3. Получить необходимые знания по пуску и останову

технологического оборудования в АСУТП перед прохождением

преддипломной практики и выполнением дипломного проекта, и, если

будет возможность, закрепить эти знания в условиях производства.

1. Состояния (режимы работы) технологического объекта и

постановка задач управления ими

При разработке функциональной структуры АСУ ТП необходи-

мо учитывать все режимы работы ТОУ. При этом АСУ ТП может на-

ходиться в следующих состояниях: нормальной эксплуатации; го-

рячего резерва; ремонта; пуска; останова (рис.6.1).

Рис.6.1. Блок-схема взаимосвязей состояний ТОУ

Разрабатываемая система управления должна эффективно ра-

ботать во всех состояниях. Исключение составляет ремонт, управ-

ление которым не входит в сферу задач управления технологическим

объектом. Состояние нормальной эксплуатации и возникающие при

этом задачи управления будут рассмотрены ниже, традиционно они

более изучены. Частным случаем с точки зрения задач автоматизации

является состояние горячего резерва. Поэтому задачи автоматизации

горячего резерва не будут рассматриваться самостоятельно, а

совместно с режимом нормальной эксплуатации.

Состояния пуска и останова ТОУ отличаются не только доста-

точной сложностью, но и разнообразием. Обычно они недостаточно

автоматизированы. Будем различать следующие виды остановов:

полный; нормальный; аварийный.

Полный останов переводит ТОУ в состояние ремонта (часто

капитального) и осуществляется в плановом порядке, например один

раз в год. Автоматизация этого вида останова является экономически

целесообразной.

Нормальный останов переводит установку в состояние горячего

резерва и может выполняться многократно за время пробега ТОУ.

Причинами нормального останова могут быть:

 прекращение подачи сырья;

 временное прекращение приема готовой продукции;

 отказ периферийного технологического оборудования, т. е.

того, для восстановления которого не требуется полный останов

объекта.

Анализ показывает, что для современных мощных установок

экономическая целесообразность автоматизации нормального

останова должна рассматриваться в обязательном порядке.

Аварийный останов переводит объект на короткое время в

состояние горячего резерва, за которым может следовать останов на

внеплановый ремонт. Причинами аварийного останова могут быть:

 прекращение подачи электроэнергии, оборотной воды

или прекращение подачи греющего агента;

 длительное падение давления в системе воздуха К и А;

 выход из строя основного технологического оборудования.

Перед разработчиками систем стоит вопрос об экономически

целесообразном уровне надежности, поскольку ущерб от аварии на

современной крупнотоннажной установке может достигать миллионы

рублей [1.2].

Если отдельные режимы останова автоматизированы достаточно

полно (например, аварийная защита), то перевод ТОУ в состояние

пуска для многих объектов автоматизирован недостаточно, несмотря

на наличие всех необходимых экономических предпосылок. Такое

положение во многом обусловлено значительной сложностью

алгоритмов, реализующих эту операцию. Будем различать

следующие виды пусковых операций:

 плановый пуск;

 пуски из состояния горячего резерва;

 пуск после аварийного останова.

В свою очередь каждая пусковая операция может описываться

группой различных по своей сложности алгоритмов. Исследования

показывают, что практически для всех объектов экономически

целесообразно автоматизировать все виды пусковых операций,

включая и плановый пуск.

2. Программные и логические операции дискретного

управления

Программные и логические операции дискретного управления

рассмотрим на примере газофракционирующей установки (ЦГФУ) на

Нижнекамском нефтехимическом комбинате.

Блок-схема взаимодействия задач программно-логического

управления для этой установки приведена на рис.6.2.

Рис.6.2. Блок-схема взаимодействия задач логико-программного

управления: ГР - горячий резерв; ПГР - пусковой горячий резерв

Как видно из этого рисунка в блок-схеме, в отличие от

приведенной на рис.6.1, введено состояние пускового горячего

резерва (ПГР).

Для ПГР характерна работ колонных аппаратов на себя (пе-

рекрывается подача сырья и отбор кубового продукта и дистиллята).

Подача греющего агента и охлаждающей воды сохраняется.

Преимущества введения такой стадии мы покажем при

рассмотрении алгоритмов управления. Как и для режима горячего

резерва, стадию ПГР будем считать (с точки зрения автоматизации)

частным случаем режима нормальной эксплуатации.

Коды функциональных задач, определяемых блок-схемой

рис.6.2, приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Функциональные задачи ПЛУ

Код Функциональная задача

У20401 Пуск после ремонта до состояния ПГР

У20402 Пуск после останова одной из колонн до состояния

ПГР

У20403 Пуск из состояния ГР до ПГР

У20404 Пуск после аварийного останова

У20405 Пуск из ПГР в режим нормальной эксплуатации

У20406 Аварийный останов

У20407 Полный останов

У20408 Останов на ПГР

У20409 Останов на горячий резерв

Все задачи перевода ЦГФУ в состояние пускового горячего

резерва (ПГР) различаются друг от друга только заданием начальных

условий, характеризующих режим, предшествующий состоянию ПГР,

и сводятся к задачам последовательного пуска отдельных колонн.

Рассмотрим постановку задачи перевода ректификационной

колонны в состояние ПГР.

Динамическая модель l-той ректификационной колонны

описывается уравнением

X = f (Х, U), (1)

где Х= (x

, x

,…, x

)-n - мерный вектор фазовых координат процесса;

U=(u

, u

,..., u

)-r - мерный вектор управляющих воздействий; f(X, U) -

вектор-функция процесса.

Начальное состояние характеризуется вектором

X(t

) = X

, (2)

который будет различным для состояний полного останова (задача

Y20407), горячего резерва (задача У20404) и аварийного останова

(задача У20406).

Считаются заданными следующие режимные параметры: состав

сырья X

; минимальный и максимальный расходы пара и сырья V

min

max

, F

min

, F

мах

соответственно.

Состояние ПГР определяется составом верхнего и нижнего

продуктов по целевому компоненту j, расходом дистиллята D и

кубового продукта W:

=Х

Djз

, Х

=Х

Wjз

, D=0, W=0 . (3)

Составляющими вектора управлений при пуске l-той колонны

будут расходы сырья F(t) и пара V(t).

Необходимо перевести систему (1) из начального состояния (2) в

конечное за заданное (или минимальное) время t

Система управления пуском колонны должна минимизировать

квадрат отклонения фазовых координат процесса X

и X

от за· данных

значений Х

DЗ

и Х

wз

, в конечный момент времени управления t

Критерий управления в матричной форме записывается в виде:

   







ээ

XХАXXJ

, (4)

где X

- составляющие вектора состояний, соответствующие ко-

нечному моменту времени t

; x

- заданное значение вектора

состояния; Т - знак транспонирования; А - матрица весовых

коэффициентов.

Оптимальная траектория U (t) должна рассчитываться заранее на

ЭВМ первого или второго уровня АСУТП.

Пуск установки (задача У20401)

Пуск после полного останова (капитального ремонта установки)

заключается в последовательном пуске до состояния пускового

горячего резерва (ПГР) каждой колонны. При достижении заданной

чистоты разделения производится частичный сброс продуктов в