Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1. Короткий опис об'єкта керування

2. Вибір і обґрунтування параметрів автоматичного контролю, регулювання, сигналізації і блокування

3. Задачі контролю та керування технологічним процесом

4. Призначення, цілі та автоматизовані функції системи керування

5. Вибір та обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних параметрів

6. Вибір комплексу технічних засобів

7. Розробка та опис функціональної схеми АСКТП

Список літератури

1. Короткий опис об'єкта керування

В курсовому проекті проводиться автоматизація двоколонної схеми газофракціонування ненасичених вуглеводнів в умовах АТ “Укртатнафта”.

Блок призначений для розподілу газової суміші на три фракції: пропан-пропиленової, бутан-бутиленової, фракцію С5 і вище.

У першій колоні виділяється одна фракція, а суміш двох інших розділяється в другій колоні.

Колони обладнано контактно-сепараційними тарілками, які за ствердженням авторів підвищити продуктивність процесу та його ефективність за рахунок утворення з патрубками кільцевих каналів пристроїв тарілки та рециркуляції газорідинного потоку.

Сировина - суміш “головок” стабілізації блоків каталітичного крекінгу установок ГК-3/1 №1,2 - забирається насосом Н-1 і направляється в теплообмінник Т-1, де підігрівається за рахунок тепла водяної пари. Підігріта сировина подається на 21, 25 або 31 тарілки колони К-1.Пари пропан-пропиленової фракції з верху колони К-1 надходять в конденсатор-холодильник КХ-1, де конденсуються і охолоджуються до температури не вище 45 єС, після чого газоконденсатна суміш надходить в рефлексну ємність Є-1. Частина фракції з ємністі Є-1 подається на зрошення в колону К-1, а надлишок виводиться з установки як готовий продукт. Температура верху колони К-1 підтримується в межах 35-60 єС. Тиск у колоні К-1 підтримується в межах 1,6-1,75МПа. Тиск у рефлексній ємності Є-1 відповідно 1,5-1,65МПа.

З низу колони К-1 продукт надходить у рибойлер Т-2, звідки пари вертаються в колону К-1, а залишок (широка фракція насичених і ненасичених вуглеводнів С4-С5 ) надходить у бутанову колону К-2. Температура низу колони К-1 підтримується в межах 100-140 єС.

Пари бутан-бутиленової фракції з верху колони К-2 направляються в конденсатор-холодильник КХ-2, де конденсуються і охолоджуються до температури не вище 50 єС, після чого надходять на сепарацію в рефлексну ємність Є-2. Частина фракції з ємності Є-2 подається на зрошення в колону К-2, а надлишок виводиться в парк готової продукції. Температура верху колони К-2 підтримується в межах 45-70єС. Тиск у колоні К-2 підтримується в межах 0,5-0,75 МПа. Тиск у рефлексній ємності Є-2 відповідно підтримується в межах 0,35-0,65 МПа.

З низу колони К-2 продукт надходить у рибойлер Т-3, звідки пари вертаються в колону К-2, а залишок (фракція С5 і вище) проходить через холодильник Х-1, де охолоджується водою до температури не вище 40єС. Температура низу колони К-2 підтримується в межах 100-150єС.

Таблиця 1.1 - Номінальні значення технологічних параметрів

Назва об'єкта	Назва технологічного параметра	Номінальне значення параметра	Допустиме відхилення
Теплообмінник Т-1	Температура на виході з теплообміннику	50 °С	±5 °С
Пропанова колона К-1	Температура зверху колони	47 °С	±13 °С
	Температура знизу колони	120 °С	±20 °С
	Тиск у колоні	1,65 МПа	±0,05 МПа
Бутанова колона К-2	Температура зверху колони	67 °С	±13 °С
	Температура знизу колони	125 °С	±25 °С
	Тиск у колоні	0,6 МПа	±0,1 МПа
Рибойлер Т-2	Температура	140 °С	±5 °С
Рибойлер Т-3	Температура	150 °С	±5 °С
Конденсатор холодильник Т-4	Температура	40 °С	±5°С
Конденсатор холодильник Т-5	Температура	45 °С	±5 °С
Рефлексна ємність Е-1	Рівень	1 м	±0,1 м
Рефлексна ємність Е-2	Рівнь	1 м	±0,1 м
Холодильник Т-6	Температура	35 °С	±5 °С

2. Вибір і обґрунтування параметрів автоматичного контролю, регулювання, сигналізації і блокування

Розглянемо, які величини приймають участь у керуванні та який їх вплив на якість, кількість виробленого продукту, безпеку обслуговуючого персоналу.

Для забезпечення нормального ведення процесу необхідно контролювати та регулювати температуру в самому апараті та теплообмінниках.

Вихід тиску за встановлені межі в колоні свідчить про виникнення вибухонебезпечної ситуації. Тому даний параметр слід вимірювати, реєструвати та сигналізувати.

Із тиском пов'язано значення температури зверху і знизу колони, вихід даного параметру за встановлені межі також указує на порушення технологічного процесу і виникнення аварійної ситуації. Тому даний параметр слід вимірювати, реєструвати та сигналізувати, та передбачити заходи щодо ліквідації порушень.

3. Задачі контролю та керування технологічним процесом

До основних інформаційних функцій належать:

1) Контроль стану технологічного обладнання, індикація окремих технологічних параметрів:

- температура в теплообмінниках Т-1 - Т-6, верху та низу колон К-1 та К-2;

- тиск у колонах К-1 та К-2;

- витрата суміші до колони К-1, циркуляційного зрошення;

- рівень у ємностях Е-1 та Е-2.

2) Документування інформації про хід технологічного процесу, реєстрація окремих технологічних параметрів:

- температура верху та низу колон К-1 та К-2;

- витрата нафти до колони К-1.

3) Попереджувальна сигналізація:

- температура верху та низу колон К-1 та К-2;

- тиск у колоні К-1 та К-2.

Основними керуючими функціями є:

1) Регулювання (стабілізація) окремих технологічних параметрів:

- температура в теплообмінниках Т-1 - Т-6, верху та низу колони К-1;

- витрата суміші до колони К-1;

- рівень у ємностях Е-1 та Е-2.

2) Ручне дистанційне керування виконуючими механізмами (електроприводами):

3) температура в теплообмінниках Т-1 - Т-6, верху та низу колони К-1;

4) витрата суміші до колони К-1;

5) рівень у ємностях Е-1 та Е-2.

Інформаційні функції повинні функціонувати у автоматичному режимі, а задачі керування повинні функціонувати як в автоматичному так і в ручному режимі.

Результати проведеного аналізу зведено до таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Задачі контролю та керування технологічним процесом

Найменування об'єкту	Найменування параметра	Номінальне значення	Інформаційні функції	Керуючі функції
			Відображення	Реєстрація	Сигналізація	Автоматична стабілізація	Ручне регулювання
Теплообмінник Т-1	Температура на виході з теплообміннику	50 °С	+	-	-	+	+
	Витрата	10 м3/ч	+	+	-	+	+
Пропанова колона К-1	Температура зверху колони	47 °С	+	+	+	+	+
	Температура знизу колони	120 °С	+	+	+	+	+
	Тиск у колоні	1,65 МПа	+	-	+	+	+
Бутанова колона К-2	Температура зверху колони	67 °С	+	+	+	+	+
	Температура знизу колони	125 °С	+	+	+	+	+
	Тиск у колоні	0,6 МПа	+	-	+	+	+
Рибойлер Т-2	Температура	140 °С	+	-	-	+	+
Рибойлер Т-3	Температура	150 °С	+	-	-	+	+
Конденсатор холодильник Т-4	Температура	40 °С	+	-	-	+	+
Конденсатор холодильник Т-5	Температура	45 °С	+	-	-	+	+
Рефлексна ємність Е-1	Тиск	1,57 МПа	+	-	-	+	+
Рефлексна ємність Е-2	Тиск	0,5 МПа	+	-	-	+	+
Холодильник Т-6	Температура	35 °С	+	-	-	+	+

4. Призначення, цілі та автоматизовані функції системи керування

Система керування, що розроблюється, призначена для виконання наступних задач:

а) ведення технологічного процесу в заданому технологічному режимі;

б) підвищення оперативності керування;

в) підтримка високопродуктивної роботи

Основні цілі АСКТП схеми газофракціонування ненасичених вуглеводнів:

а) збільшення продуктивності;

б) забезпечення надійності роботи технологічного обладнання;

в) поліпшення умов праці виробничого персоналу.

Вказані цілі досягаються при виконанні ряду функцій, які за змістом дій об'єднані в інформаційну і керуючу підсистеми.

Інформаційна підсистема призначена для представлення технологічному персоналу оперативної, достовірної, обробленої відповідним чином інформації про стан об'єкту керування. Інформаційна підсистема виконує наступні функції:

а) збір і первинна обробка інформації;

б) контроль та вимірювання технологічних параметрів;

в) періодична реєстрація поточних значень вимірювальних параметрів;

г) відображення значень технологічних величин по виклику технолога-оператора;

д) контроль і сигналізація порушень;

е) розрахунок техніко-економічних показників;

ж) контроль і облік стану технологічного устаткування.

Керуюча підсистема призначена для визначення та реалізації керуючих дій на технологічний об'єкт. Керуюча підсистема виконує такі функції:

а) регулювання технологічних змінних;

б) дистанційне керування регулюючими органами.

5. Вибір та обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних параметрів

Вибір того або іншого методу вимірювання обумовлено наступними факторами: діапазоном вимірювання технологічного параметра, чутливістю вимірювання, лінійністю статичної характеристики, похибка вимірювання. Причому, вибір кожного з перетворювачів проводився з урахуванням допустимої похибки вимірювання технологічного параметру поділеного на 4. Це обумовлено необхідністю забезпечення достатньої точності вимірювального каналу:

Прилад для вимірювання цього параметру повинен мати відносне відхилення не більше ніж у три рази менше. Результати розрахунку допустимих відносних відхилень технологічних параметрів приведено в табл. 5.1.

Таблиця 5.1 - Похибка вимірювання технологічних параметрів

Найменування технологічних параметрів	Припустиме відносне відхилення, %	Похибка методу вимірювання, %
Температура верху колони К-1	27,6	9,2
Температура низу колони К-1	16,6	5,5
Температура верху колони К-2	19,4	6,4
Температура низу колони К-2	20	6,6
Тиск колони К-1	3,0	1,0
Тиск колони К-2	16,6	5,5
Витрата суміші до колони К-1	5	1,6
Температура в теплообміннику Т-1	10	3,3
Температура в теплообміннику Т-2	3,6	1,2
Температура в теплообміннику Т-3	3,3	1,1
Температура в теплообміннику Т-4	12,5	4,2
Температура в теплообміннику Т-5	11,1	3,7
Температура в теплообміннику Т-6	14,2	4,8
Рівень у ємності Е-1	10	3,3
Рівень у ємності Е-2	10	3,3

Враховуючи результати розрахунків та особливості об'єктів автоматизації в курсовому проекті були прийняті наступні рішення:

1) Встановлювати засоби вимірювання та керування у вибухобезпечному виконанні.

2) Для вимірювання витрати прийнято рішення використати метод змінного перепаду тиску. Первинними вимірювальними перетворювачами служать діафрагми. Для вимірювання перепаду тиску прийнято рішення використати тензоперетворювачі типу Метран-49-Ex-ДД з дистанційною передачею значення вимірюваної величини.

2) Для вимірювання тиску доцільно використовувати тензоперетворювачі типу Метран-49-Ex-ДИ з дистанційною передачею значення вимірюваної величини.

4) Для вимірювання рівня використати акустичний рівнемір.

5) Вимірювання температури в теплообміннику Т-3 проводити термоелектричний перетворювач опору типу ТСМ, що має похибку вимірювання не більше 0,5%.

На структурних схемах приведених на рис. 1-4 відображено в загальному вигляді основні рішення прийняті в курсовому проекті по реалізації контурів контролю і регулювання.

Умовні позначення технологічних параметрів:

Т - температура;

F - витрата;

P - тиск;

L - густина.

ПВП - первинний вимірювальний перетворювач;

ПП - проміжний перетворювач;

НП - нормуючий перетворювач;

МПК - мікропроцесорний контролер;

БРК - блок ручного керування;

ВП - виконуючий пристрій;

ЕПП - електропневматичний перетворювач;

ТПУ - термоперетворювач з уніфікованим вихідним сигналом;

КК - керуючий комп'ютер.

Рисунок 1 - Структурна схема каналу вимірювання температури та керування

Рисунок 2 - Структурна схема каналу вимірювання витрат та керування



Рисунок 3 - Структурна схема каналу вимірювання тиску

Рисунок 4 - Структурна схема каналу вимірювання та керування рівнем

6. Вибір комплексу технічних засобів

Комплекс технічних засобів АСКТП включає:

а) пульт оператора;

б) мікропроцесорний контролер МИК-52;

в) виконавчі механізми;

г) засоби комутації і гальванічного розділення.

6.1 Пульт оператора

Пульт оператора призначений для виконання функцій централізованого контролю і управління технологічним процесом і складається з робочого місця оператора-технолога, що включає:

ПЕОМ (РС), що складається з:

а) корпуса (з термоконтролем і додатковим охолоджуванням);

б) плата центрального процесора Intel Pentium G630 (2.7 ГГц);

в) накопичувача на жорсткому магнітному диску місткістю 500 ГБ;

г) оперативної пам'яті ємністю 4 ГБ;

д) паралельного порту;

е) двох послідовних портів;

ж) інженерної клавіатури;

з) відеомонітор 17".

Для друку бланків документації і миттєвих слайдів з екранів моніторів обох робочих місць у складі пульта передбачений кольоровий струйний принтер.

Технічна характеристика контролеру МИК-52: Кількість входів-виходів у базовій моделі контролера: аналогові входи - 4, вналогові виходи - 1, дискретні входи - 3, дискретні виходи - 5. Живлення зміна напруга 220 В частотою (50 ± 1) Гц, споживана потужність не більш 10 Вт. Габаритні розміри блоку контролера (96 х 96 х 240) мм; робоча температура від 0 °С до плюс 50 °С..

Для вирішення поставлених задач системою автоматизованого керування в курсовому проекті були обрані наступні модулі вводу-виводу:

МИК-52, два контролери. Кожен по 4 канали аналогового вводу. Частота вибірки - 10 вимірювань в секунду, діапазони вхідних сигналів - по напрузі від 0 до 10 В, по струму від 0 до 20 мА, зведена похибка на гірше 0,1%;

Об'єкт автоматизації за пожежо- та вибухонебезпечністю відноситься до категорії ”В”, тому засоби автоматизації повинні бути обрані пневматичні та електричні у вибухонебезпечному виконанні.

Оскільки контролер приймає стандартизовані сигнали (0-5 мА, 0-20 мА, 4-20мА), то при виборі датчиків перевага надавалась приладам саме з такими вихідними сигналами.

Для вимірювання температури було обрано термоперетворювач типу ТСМУ-205Ех з уніфікованим вихідним сигналом у вибухобезпечному виконанні. Основні технічні характеристики: номінальна статична характеристики 100П, Межі виміру 0-180 °С. Матеріал захисної арматури 12Х18Н10Т. Межа допустимої основної похибки 0,5%. Вихідний сигнал 4-20 мА.виробник: НВО "Електротермія", м.Луцьк.

Вимірювання витрати прийнято рішення проводити методом змінного перепаду тиску. При цьому в якості первинного вимірювального перетворювача обрано діафрагма камерна ДКС 0,6-100 (встановленої в фланцях трубопроводу, умовний прохід 100 мм), а в якості дифманометра обрано Метран-49-Ex-ДД модель 1420, що призначений для вимірювання перепаду тиску від 0 до 10 кПа. Вихідний сигнал Метран-49-Ex-ДД від 4 до 20 мА, напруга живлення 12-42 В, вага - 2 кг, межа приведеної похибки ± 0,5%.автоматичний контроль сигналізація вимірювання

Вимірювання рівня в електродегідрататорах у курсовому проекті прийнято рішення виконувати за допомогою гідростатичного рівнеміра АИР-20Ex/М2-ДГ. Технічні характеристики пристрою: Верхня межа вимірювань 4,0 кПа, Межа основної допустимої зведеної погрішності 1,0%, Вихідний сигнал 0-5 мА, живлення постійний струм напругою 24 В. Виробник: ВАТ «Елемер Україна», м. Запоріжжя.

Для перетворення електричних керуючих сигналів з виходу мікроконтролера у пневматичні обраний електропневмоперетворювач типу ЕПП. Для переходу з автоматичного на ручний режим керування клапанами обрано пневматичну панель дистанційного керування ПП 12.2.

В якості виконуючого пристрою обраний Регулюючий клапан з пневмоприводом типу 25ч32нж, умовний прохід якого 100 мм, будівельна довжина 480, маса 10 кг.

Прилади та засоби автоматизації обиралися по довідниках та занесені до замовної специфікації.

7. Розробка та опис функціональної схеми АСКТП

Функціональна схема автоматизації схеми газофракціонування ненасичених вуглеводнів приведена на кресленні. Схему виконано згідно ГОСТ 21.404-85.

Обрані технічні засоби автоматизації згруповані у полі креслення за призначенням та метою функціонування. Контури контролю та керування побудовані таким чином, щоб реалізувати задачі АСКТП, які наведені у розділі 4.

Керування температурою в верху відбензинюючої колони К-1 виконується наступним чином: сигнал з датчика температури (термоперетворювач опору ТПМУ - 205 поз. 8-1) надходить до контролера де порівнюється з заданим значенням температури. При її відхиленні формується керуючий сигнал, який передається через ЕПП (поз. 8-2) та блок ручного керування ПП12.2 (поз. 8-3) на виконавчий механізм 25ч38нж (поз. 8-4), що змінює положення регулюючого органу на трубопроводі з рефлексної ємності, тим самим змінюючи його витрату і відповідно впливаючи на температуру верху колони.

По такому ж принципу відбувається регулювання температури в низу колони, з тією відмінністю, що температура підтримується на заданому рівні шляхом зміни витрати фракції, що циркулює циркулює конденсатор-холодильник.

Температура в холодильнику Т-1 вимірюється за допомогою термоперетворювача опору типу ТСМУ - 205 (поз. 6-1), сигнал з датчику передається до контролера де оброблюється та формується керуючий сигнал який передається через ЕПП (поз. 6-2) та блок ручного керування ПП12.2 (поз. 6-3) надходить до виконавчого механізму 25ч38нж (поз. 6-4), який змінює витрату пари до теплообмінника. Аналогічно відбувається керування температурою у інших теплообмінніиках.

Керування витратою суміші до колони К-1 відбувається шляхом визначення витрати методом змінного перепаду тиску (звужуючий пристрій типу ДКС 0,6-100 поз. 13-1 та Метран-49-Ex-ДД поз. 13-2). При цьому сигнал від Метран-49-Ex-ДД надходить до контролера де проводяться розрахунок витрати та формування керуючого сигналу який через ЕПП поз. 13-3 та блок ручного керування ПП12.2 (поз. 13-4) подається на виконавчий механізм поз. 13-5, який змінює положення регулюючого органу.

Керування рівнем в ємності Е-1 відбувається на основі інформації отриманої з рівнеміра типу АИР-20Ex/М2-ДГ (поз. 14-1). Інформаційний сигнал з перетворювача передається до контролера, який передає виміряне значення для відображення на моніторі операторської станції та сигналізації виходу за встановлені межі, а також з урахуванням заданого значення рівня формує керуючий сигнал який передається через ЕПП (поз. 14-2) та блок ручного керування ПП12.2 (поз. 14-3) на виконавчий механізм 25ч38нж (поз. 14-4). Аналогічно у ємності Е-2.

Вимірювання тиску у колоні К-1 проводиться за допомогою Метран-49-Ex-ДИ (поз. 11-1), сигнал від якого надходить до контролера де відбувається обробка інформації, відображення виміряного значення та його реєстрація, а в разі виходу тиску в колоні за встановлені межі вмикається аварійна сигналізація на пульті оператора.

Список літератури

1. Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник /Под ред. Черенкова В. В. - Л.: Машиностроение, 1987. - 480с.

2. Клюев А. С. И др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергоиздат, 1990 - 464с.

3. Методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Автоматизированные системы управления технологическими процессами» для студентов V курса технологических специальностей /разр. Е. И. Паровой - Днепропетровск, УДХТУ, 1999 - 20с.

Размещено на Allbest.ru