СКАЧАТЬ:  fatp.zip [263,39 Kb] (cкачиваний: 179)

Введение

Специфика современного рынка нефтегазодобывающего комплекса, природно-климатические условия и социальная инфраструктура районов добычи заставляют непрерывно искать пути повышения рентабельности производства, совершенствования процесса управления и планирования. При этом, в самом общем случае, основными способами увеличения эффективности предприятий являются оптимизация и модернизация производства, снижение производственных потерь и технологического расхода энергоносителей, увеличение достоверности и скорости получения информации, необходимой для принятия управленческих решений.

Автоматизация технологических процессов и автоматизированное управление являются сегодня одним из основных путей достижения следующих долговременных целей:

• эффективности всех технологических процессов основного и вспомогательного производства;
• преимущественной ориентации на безлюдные энергосберегающие технологии;
• безопасности технологических процессов и обслуживающего персонала;
• выполнение требований по защите окружающей среды.

Производственные объекты нефтедобычи относятся к сложным, связанным материальными и информационными потоками, объектам, имеющими отличительные особенности:

• территориальная распределенность объектов контроля и управления;
• большие материальные потоки и высокое рабочее давление;
• пожаро- и взрывоопасность технологических установок и трубопроводов;
• жесткие климатические условия;
• наличие параллельных технологических линий, требующих согласования нагрузок;
• большое количество параметров контроля и управления.

Автоматизированные системы управления ТП решают следующие задачи:

• выполнение установленных производственных заданий по объемам и качеству товарной продукции;
• обеспечение надежной и эффективной работы основных и вспомогательных производственных объектов;
• своевременное обнаружение и ликвидация отклонений и предупреждение аварийных ситуаций;
• снижение непроизводительных потерь материально-технических и топливно-энергетических ресурсов и сокращение эксплуатационных расходов;
• обеспечение противоаварийной и противопожарной защиты объектов с целью повышения экологической безопасности производства;

Технологические процессы бурения, добычи и транспортировки нефти и газа характеризуются  значительным числом параметров, определяющих ход этих процессов, наличием внутренних связей между параметрами, их взаимным многообразным и сложным влиянием друг на друга и на течение всего процесса. Для того чтобы решить задачу создания системы оптимального автоматического управления технологическим процессом, необходимо его изучить, определить степень влияния характеризующих его параметров  на выходные качественные и количественные показатели процесса.

2. Технологическая часть

Нефтяные битумы представляют собой жидкие, полутвердые или твердые нефтепродукты, состоящие из асфальтенов, смол и масел (мальтенов).

Битумы характеризуются следующими показателями: твердостью (пенетрацией), температурой размягчения, растяжимостью в нить (дуктильностью), температурой хрупкости и др.

Пенетрация - это испытание для определения относительных твердостей и жесткостей битума. Испытание производится лабораторным инструментом, назьваемым - пенетрометр.

Испытание производится на образце битума с гладкой верхней поверхностью и температурой 25 град. С. Точно взвешенная стандартная пенетрационная игла устанавливается таким образом, чтобы ее конец касался гладкой поверхности образца. Затем игла освобождается и под собственным весом погружается в образец в течение 5секунд. Глубина проникания за этот период замеряется. Битум с низким числом пенетрации тверже и крепче, чем битум с высоким числом пенетрации.

Температура размягчения - это испытание по определению температуры при которой битум достигает определенной степени мягкости. Поскольку термин "мягкость" является относительным показателем, то применяют различные методы испытаний (стандартный, произвольный или приближенный) для того, чтобы сопоставить результаты. Испытание производиться лабораторным оборудованием, называемым "Аппаратом для определения температуры размягчения", а сам метод носит название "Кольцо и Шар".

Аппарат состоит из большой стеклянной мензурки или стеклянного сосуда, наполненного водой или этилен гликолем и нагревателя. Вода применяется для точек мягкости до 80 гр.С, а этилен гликоль - для точек выше 80 гр.С. Две металлические полки, расположенные на расстоянии 2,5 см друг от друга подвешены к крышке и опущены в теплоноситель.

Верхняя плита имеет два круглых отверстия точного размера. Расплавленный образец наливается в латунное кольцо, лежащее на гладкой металлической плите и отвердевает. Верхняя поверхность образца разглаживается ножом или шпателем. Когда образец охлажден намного ниже температуры размягчения, кольцо с образцом кладется на верхнюю полку и центруется над одним из отверстий. Стальной шар диаметром 9,7 мм кладется на верх образца и центруется удерживающим кольцом. Затем полки с образцом опускаются в теплоноситель до тех пор, пока крышка не будет лежать на краях сосуда. В нагреватель опускается термометр и начинается нагрев. По мере повышения температуры битум начинает продавливаться в отверстие полки под весом стального шара. Когда провисший образец коснется нижней полки, замеряют температуру и записывают ее как температуру размягчения в градусах С. Совершенно понятно, что твердый и прочный материал, показьвающий низкую пенетрацию, будет иметь выше температуру размягчения, чем мягкий материал, показывающий высокую пенетрацию.

Пластичность - это термин, определяющий эластичность или хрупкость материала. Испытание производится на приборе, который тянет и растягивает точно отлитый образец до тех пор, пока не сломаются волокна у концов закрепления.

Испытание обычно производится на образце материала с температурой 25 ⁰С. Пластичность измеряется в сантиметрах и просто означает величину в сантиметрах на которую образец растянулся перед тем как сломаться.

Эти три испытания производятся постоянно, тогда как другие испытания производятся не так часто.

Окисление битума

Для лучшего понимания процесса продувки воздуха и факторов, влияющих на характеристики описанные выше, необходимо сделать обзор химических реакций и технологических условий. Воздух, сжатый до требуемого давления, подается в нижнюю часть вертикального сосуда, имеющего значительную глубину битумного материала. По мере прохода воздуха сквозь материал происходит реакция окисления между кислородом воздуха и битyмным материалом, которая изменяет химический состав материала и изменяет его физические характеристики. Эти изменения можно лучше всего понять, рассматривая химический состав битумного материала. Тяжелый осадок, на дне окислителя, содержит в основном три различных типа углеводородных молекул. А именно: масла, смолы, ­битумы.

Масла - это длинные цепи углеводородов, значительно насыщенные водородом.

Смолы - состоят из цепей и колец с определенным количеством пересекаемых связей и в меньшей степени насыщены водородом, чем масляные молекулы.

Битумы - большие по размеру и более тяжелые молекулы, которые состоят в основном из углеродных колец с высокой степенью пересекаемых связей и высоким отношением углерода к водороду.

Когда кислород реагирует с этими соединениями, реакция почти полностью дегидрогенезирования, когда атомы водорода отрываются от углеродных молекул, и, соединяясь с кислородом, превращаются в воду. Это удаление углерода от углеродных молекул создает двойные связи между атомами углерода, которые приводят к реакции полимеризации ­объединением молекул друг с другом - создании больших, более сложных молекул с высоким  отношением углерода к водороду и более высокой степени пере крестных связей. Очень малое количество кислорода соединено с этими молекулами в форме органических кислот, сложных эфиров, альдегидов и кетонов. Почти весь остаток кислорода соединяется с водородом, образуя воду, которая выходит из перегонной колонны в виде пара.

Рассматривая три типа соединений, о которых шла речь выше, совершенно очевидно, что удаление водорода из молекул масел, превращает их в смолы, а последующее его удаление из смол, превращает их в битумы.

Дорожные битумы могут быть получены непосредственно из остатков вакуумной колонны.

Температура является прямым показателем в протекании реакции дегидрогенизации, т.е. при более высокой температуре происходит ускорение реакции. Поскольку реакция проходит с выделением тепла, а тепло должно быть отведено, эта переменная контролируется количеством воды в перегонную колонну и температурой сырья. Высокая температура также дает другой эффект увеличения окисления битума. Это реакция кислорода с битумными молекулами дает частично окисленные соединения в виде кислот, эфиров, альдегидов и кетонов. Однако, присутствие этих соединений в битуме не желательно, так как они с течением времени разлагаются, меняя состав и продолжительность службы битума в материалах. Поэтому, рекомендуется, чтобы максимальная температура была 255 ⁰С.

По мере протекания реакции дегидрогенизации, очевидно, что более продолжительное время продувки будет увеличивать соединения смол и битумов с низкой пенетрацией и высокой температурой размягчения, допуская, что другие параметры постоянны. Время продувки, при постоянной подаче сырья, контролируется выбранной отметкой (место перепуска) отчерченной на кожухе перегонной колонны. При проектной скорости подачи сырья, уровни перепуска устанавливают такими, чтобы время продувки могло колебаться между 5 и 8 часами.

Описание процесса. 

Процесс работы настоящей установки является обычным "Продувка воздухом" или "Окисление воздухом" процессом. Сырьем для секции 700 служит кубовый продукт вакуумной колонны Т-104. Нагнетаемый из атмосферы воздух воздуходувкой К-701 А,В подается в сепаратор V-701, где от него отделяются частицы влаги, масла, затем в нижнюю часть вертикальной перегонной колонны, содержащую горячий битумный материал с глубиной от 6 до 9 метров. По мере того, как воздух поднимается сквозь битумный материал, кислород воздуха реагирует с этим материалом и изменяет его физические характеристики. С целью получения различных сортов битума в линию подачи кубово­го продукта колонны Т-104 перед колоннами V-702A,B возможна подача тяжелого вакуумного газойля от насосов Р-109А,В.

Установка запроектирована для работы в непрерывном режиме с производительностью 318 м³/сутки. Две перегонные колонны, V-702 А/В, оборудованы для работы в параллельном режиме с контрольными и инструментальными устройствами, разделяющими сырье и воздух в должной пропорции для каждой колонны. Каждая колонна запроектирована для переработки до 60% (191 м³/сутки) от общей проектной производительности. Одна колонна может быть закрыта для ремонта, в это же время вторая колонна будет продолжать работать с этой производительностью. Запроектированы два нагнетателя воздуха, причем каждый из них с производительностью 100% от общего требования воздуха. Так что работает один нагнетатель, в то время как другой является запасным

Характеристики различной продукции регулируются путем изменения состава сырья, скорости наддува, температуры и времени наддува в различные перепускные - уровни.

Окисление битума - это экзотермическая реакция с выделением тепла. По мере продувки воздухом, температура повышается, если не обеспечить отвод тепла в результате реакции. Для обеспечения необходимого охлаждения, вода под напором впрыскивается сверху перегонной колонны с помощью насадки, создающей коническую струю. Испарение воды на поверхности битума будет производить требуемое охлаждение, а образовываемый пар уходит из колонны с отработанными испарениями. Температура продувки должна не превышать 255 °С. Охлаждение водяным распылением при температуре выше 218 °С не должно производиться, так как существует опасность взрыва воды. В течение продувки, отработанные газы, содержащие испарения углеводородов, азота, водяных паров и излишек кислорода выходят из колонны при температуре около 225 °С и давлении около 0,14 кг/см² и попадают в стряхивающий барабан V-703. Жидкая фаза с сепаратора V-703 сливается в дренажный коллектор. Конденсированные углеводороды, вовлеченные жидкие углеводороды и частицы битума отделяются от испарений в барабане и периодически откачиваются помпами некондиционной нефти Р-703 А/В к печи сжигания отходов Н-701, где они при сгорании уничтожаются. Дно барабана оборудовано паровой спиралью, с тем, чтобы держать материал в нем горячим и жидким для случая необходимости тепла. В случае повышения содержания кислорода в газах после сепаратора V-703 автоматически подается азот в колонну V-702A,B для разбавления отходящих газов.

Испарения из стряхивающего барабана V -703, проходят сквозь два параллельных гасителя пламени перед тем как сгореть в печи Н-701. Параллельные гасители пламени необходимы для ремонта. Испарения полностью уничтожаются в газовой печи и выходят через ее трубу в атмосферу. Окисленный битум выходит по выбранной сливной линии из колонны и течет к уравнительному барабану V -704. Уравнивающая линия проходит от верха этого барабана к верху испарительного пространства перегонной колонны. Битумные насосы Р-701 А/В, засасывают и качают битум из уравнительного барабана V-704, сквозь охладитель битума E-701 А/В, к месту складирования. Битум охлаждается в охладителе битума Е-701 А/В до температуры 165°С перед подачей к складированию.

В качестве охладителя на блоке окисления битума используется ди­зельное топливо, поступающее в емкость V-705 от насосов Р-105А,В секции атмосферно-вакуумной переработки нефти. Циркулирующий поток дизельного топлива охлаждается в свою очередь в дизельном охладителе АС-701 и затем возвращается в расширительный бак дизельного топлива V -705. Циркуляция дизельного топлива осуществляется насосами Р-702 А/В. для контроля температуры дизельного топлива существует контрольное устройство.

Предусмотрены меры для восполнения дизельного топлива, а также и для его полной замены, когда это необходимо. Расширительный бак дизельного топлива V -705 также оборудован системой наполняющего топливного газа, которая предназначена для поддержания давления этого газа в пределах от 0,35 до 0,5 кг/кв. см. Наполняющий газ течет к сосуду через регулятор давления, установленный для поддержания давления на выходе равным 0,35 кг/кв.см, и любой газ выходящий из сосуда протекает через регулятор давления, установленный для поддержания обратного давления в 0,5 кг/кв. см. Выходящий газ направляется в расширительную систему. Дизельное топливо из этой системы также используется для охлаждения остатка вакуумной колонны до температуры в охладителе Е-702. Предусмотрено также использование дизельного топлива для промывки насосов, теплообменников, сосудов во время их отключения. Предусмотрен возврат всего дизельного топлива в сосуд с сырьем для повторной очистки, с тем, чтобы предотвратить любые потери.

Поступающий на товарный склад в емкости Е-4/1..4 битум самотеком отгружается в автоцистерны.

Краткая характеристика технологического оборудования, отсечных, регулирующих клапанов, клапанов-регуляторов прямого действия, приборов.

1. Емкостное оборудование:

а)     V-701 сепаратор:

- FY-7401/7402 преобразование;

- FIC-7401/ 7402 регулирование расхода воздуха в линии.

б)    V-702 A/B окислительная колонна:

- TI-7201/7202/…/7213/7214 индикация температуры, по месту;

в)     V-704 сборник:

- LT-7101 передача показания уровня;

- LIC-7101 регулирование выхода битума по уровню;

- LY-7101 преобразование;

г)     V-705 расширенный бак дизельного топлива:

- LG-704 уровень, местное измерение ;

- PCV-703/704 регулирование в линии наполняющего газа.

2. Печное оборудование:

а)     H-701 печь сжигания отходов:

- TE-7216/7217A/7217B датчик температуры;

- TIC-7216/7217 регулирование температуры за счет подачи газа;

- TY-7216/7217 преобразование;

- PCV-7016 регулирование давления в линии воздух КИП;

- PCV-702 регулирование давления в газовой линии;

1. Теплообменное оборудование:

а)     E-701 A/B охладитель битума (теплообменник):

- TE-7215 измерение температуры линии битума;

- TIC-7215 регулирование по температуре битума количество охладителя;

- TY-7215 преобразование.

б)    E-702 охладитель остатка вакуумной колонны (гудрона):

- TE-7219 измерение температуры линии гудрона;

- TIC-7219 регулирование по температуре гудрона количество охладителя;

- TY-7219 преобразование.

в)     АС-701 дизельный охладитель:

- TE-7218 измерение температуры линии дизельного топлива;

- TIC-7218 регулирование по температуре дизельного топлива время охлаждения;

- TY-7218 преобразование.

5. Насосное оборудование:

а)     Р-701 A/B битумные насосы;

б)    Р-702 А/В дизельные насосы;

в)     К-701 А/В компрессор.

3. Техническая часть.

3.1 Иерархическая многоуровневая структура автоматизированной системы

 На  рис. 1. представлена обобщенная структура АСУ ТП, построенной на базе микропроцессорных программируемых контроллеров и  ОС  “ТDC 3000”.

                                        SCADA система – «TDC-3000»

                         Последовательный интерфейс RS-232

Рис. 1. Операторская станция в структуре автоматизированной

системы управления

Системой контроля и управления  блоком подготовки битума обеспечивается оперативный учет битума, поддержание заданных значений параметров технологического процесса и предотвращение возникновения аварийных ситуаций.

3.1                       Автоматизированная система управления

С целью значительного повышения технологических и производственно-экономических показателей установки предусмотрена автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП).

АСУ ТП ЕНПУ является распределенной системой. В ней имеется большое число каналов контроля, регулирования и управления и децентрализация явилась методом повышения живучести АСУ ТП, снижения стоимости и эксплуатационных расходов. Технической основой являются микропроцессоры, выполняющие следующие функции:

• сбор данных (коммутация сигналов, фильтрация, преобразование в цифровую форму, ввод в базу данных);
• регулирование и управление, изменение уставок, параметров алгоритмов, и самих алгоритмов;
• реализация алгоритмов ввода, вывода, блокировки.

В распределенной системе подсистемы функционально связанны и их работа подчинена общей цели, а процессоры имеют помимо аппаратной связи программный обмен, который осуществляется при помощи каналов связи.

С точки зрения обработки данных распределенная АСУ ТП представляет собой объединение при помощи каналов связи различных МПС.

Физическая среда передачи образованна коаксиальным кабелем.

Для подключения процессоров используют приемопередатчики – узел сбора данных и управления ввода-вывода данных от подсистем в магистраль, и включает в себя адаптеры, интерфейсные схемы канала связи и сетевые интерфейсы.

Обмен информации между отдельными устройствами осуществляется через интерфейсы.

Нижний уровень АСУ ТП предусматривает:

-         сбор информации о значении параметров технологического
процесса, о состоянии и положении исполнительных
механизмов технологического оборудования;

-         передачу управляющих сигналов на исполнительные
механизмы регулирующих;

-         местную световую и звуковую сигнализацию;

Верхний уровень АСУ ТП предусматривает:

-         обработку всей поступающей информации с визуальным
отображением на пульте (дисплее) АРМа оператора в режиме
реального времени значений всех измеряемых параметров и
сигнализацию их выхода за установленные пределы;

-         автоматическое регулирование контроллерами всех требуемых
параметров установки, формирование аналоговых и
импульсных сигналов управления исполнительными устройствами;

Средний уровень АСУ ТП предусматривает:

-   кон­троллеры, принимающие и обрабатывающие информацию с               

    датчиков и выдающие управляющие сигналы исполнительным      

    механизмам.

Конечная цель создания системы - эффективная работа и высокие технологические и про­изводственно-экономические показатели установки.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплексные и вспомогательные устройства.

Контролируемые и регулируемые параметры:

Температура продувки — t_max=255 C⁰;

Охлаждение водяным распылением продукта в перегонной колонне — t_max=218 C⁰;

Температура битума в охладителе  -  t=165 C⁰;

3.2Комплекс технических средств

АСУ ТП представляет собой комплекс технических средств, состоящий из большого числа различных блоков, моделей и устройств. Основная часть этих устройств – датчики, измерительные преобразователи, исполнительные механизмы  являются составной частью АСР. Характерной особенностью АСУ ТП является наличие в ее составе средств вычислительной техники, реализующей алгоритмы комплексом (УВК).

Технические средства для автоматизации выполняют следующие функции:

-              сбор и преобразование информации (без изменения ее содержания) о состоянии процесса; передача информации по каналам связи (перемещение в пространстве);

-              преобразование, хранение и обработка информации, формирование команд управления (перемещение информации во времени с изменением ее содержания); использование и предоставление командной информации для воздействия на процесс и связи с оператором АСУ ТП.

Все средства автоматизации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 12997-74 объединяют в функциональные группы, образуемые по характеру преобразования информации в системах управления. В свою очередь, средства функциональных групп классифицируются по признаку отношения к системе и образуют: средства на входе системы (датчики); средства на выходе (выходные преобразователи, средства вывода информации и команд управления процессом); внутрисистемные технические средства (средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устройствами с различными сигналами, различными машинными языками, средства передачи, фиксации и обработки информации).

При определенной структуре и алгоритмах функционирования АСУ ТП можно предположить возможность оптимального выбора комплекса технических средств для системы.

Одним из наиболее важных критериев выбора КТС может служить их стоимость, занимающая в общей стоимости систем управления значительную часть. Выбор ТС для АСУ ТП является задачей оптимизационного, многокритериального характера, от решения которой во многом зависит экономическая эффективность АСУ ТП.

Эффективность КТС существенно зависит также от времени и точности преобразования информации и затрат материальных ресурсов, необходимых для создания и эксплуатации КТС. Скорость обработки информации характеризуется затратами времени на решение задачи, а точность обработки – вероятностью появления ошибки в решениях. 

3.2.1 Описание нижнего уровня

Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР 3

Сигнализатор предназначен для сигнализации положения уровня различных жидких продуктов (нефти и нефтепродуктов, сжиженных газов, растворителей) в двух точках  технологических емкостей и управления  технологическими агрегатами и установками на объектах в зонах, где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом. 

Прибор индицирует положение уровня жидкости по первому и второму предельным  уровням с помощью светодиодных индикаторов.

Принцип работы прибора основан на измерении времени распространения короткого импульса упругой деформации в стальной проволоке.

           Технические чарактеристики:

- рабочее избыточное давление не более 2,0 МПа для датчиков ДПУ3 и не более  0,15 МПа для датчиков ДПУ3М;

- рабочая температура от минус 45 до +65 °С для нефти и нефтепродуктов, сжиженных газов (по специальному заказу возможно изготовление датчиков ДПУ3 с максимальной рабочей температурой 120 °С);

Датчик температуры ТСП-9201, ТСМ-9201

Назначение:

Для измерения температуры (термопреобразователи сопротивления платиновые и медные) жидких и газообразных сред. Средняя наработка до отказа при номинальных температурах - 66700ч.

Технические характеристики:

ТСП

Диапазон измеряемых температур…………………………-200..+600 оС

Показатель тепловой инерции…………………………………...20,40с

Номинальное значение W100……………………………………….1,3910

Диапазон условных давлений…………………………………...0,4..10мПа

Диапазон измеряемых температур……………………………-50..+180 оС

Показатель тепловой инерции…………………………………...20,40с

Номинальное значение W100……………………………………….1,428

Диапазон условных давлений…………………………………...0,4..10мПа

Регулятор температуры РТМ-2

Назначение: 

Регулятор температуры предназначен для двухпозиционного регулирования температуры (вкл.-откл.).  

Функции и достоинства:

-   простота в эксплуатации, невысокая стоимость

- установка заданной температуры по шкале лимба
-  поддержание температуры объекта с гистерезисом, определяемым тепловой инерционностью датчика и нагревателя
-  индикация недогрева (зеленый индикатор) и перегрева (красный индикатор) относительно уставки

-   индикация обрыва соединительной линии с датчиком температуры
- индикация включения нагревателя
- погрешность включения или отключения нагревателя относительно уставки - 4% 

Для измерения расхода воды используется  расходомер-счетчик «ВЗЛЕТ РС» (УРСВ-010М). 

Расходомер-счетчик предназначен для измерения объемного расхода и объема различных жидкостей (горячей, холодной и сточных вод, нефтепродуктов, агрессивных жидкостей и т.д.) в напорных металлических и пластмассовых трубопроводах с помощью врезных или накладных преобразователей электроакустических (ПЭА) в различных условиях эксплуатации, в том числе во взрывоопасных зонах.  

По принципу работы расходомер относится к время-импульсным ультразвуковым расходомерам, работа которых основана на измерении разности времен прохождения зондирующих импульсов  ультразвуковых колебаний (УЗК) по направлению движения потока жидкости в трубопроводе и против него.

Схемы установки ПЭА на трубопроводе приведены на рис. .

Рис. . Схемы  установки  ПЭА.

а) установка ПЭА по Z схеме

б) установка ПЭА по V схеме

в) установка ПЭА по W схеме

1 – трубопровод; 2 – направление потока в трубопроводе, соответствующее положительному знаку значения расхода.

Преобразователи измерительные давления пневматические

Преобразователи измерительные давления пневматические (в дальней­шем—преобразователи) основаны на принципе силовой компенсации.

Виды приборов:

- избыточного давления 13ДИ10, 13ДИЗО, 13ДИЗО-К, 13ДИ13, 13ДИ14, 13ДИ40, 13ДИ40-К, 13ДИ13-Ор, 13ДИ14-Ор, 13ДИЗО-Ор-Р, 13ДИ40-Ор-Р;

- вакуумметрического давления  13ДВ10,  13ДВ13, 13ДВЗО; избыточного и вакуумметрического (мановакуумметрического) давле­ния 13 ДИВ 10, 13ДИВЗО, 13ДИВ13;

- абсолютного давления 13ДА10, 13ДАЗО, 13ДА13 предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирова­ния технологических процессов с целью выдачи информации в виде уни­фицированного пневматического выходного сигнала о давлении агрессив­ных и нейтральных жидкостей, паров и газов в пределах коррозионной стойкости материалов.

                                             Датчики уровня

1. Система ,,Селтек”, УМПО-1 (уровнемер, Рязань, 16 первичных датчиков, один вторичный преобразователь).
2. У-1500. Изготовитель: Уфимское наладочное управление.
3. Многофункциональный  измеритель уровня SG-197 для различных жидкостей и применений.

Технические характеристики:

Диапазон измерений уровня ………………………………….. 0.. 30мм

Скорость изменения уровня ………………………………..300мм/мин

Диаметр поплавка…………………………………………….42..100мм

Рабочий диапазон температур воздуха ………………….-40..+70 град.;

Рабочий диапазон температур продукта ……………-150..+260 град.;

                              Исполнительные устройства

Исполнительным устройством во внедряемой системе является задвижка фирмы «VALTEK». Регулирующий (электрический) сигнал на задвижку подается от температурных датчиков, затем преобразовывается в пневматический сигнал на пневмопреобразователе. Под воздействием воздуха происходит регулирование зазора. Внутри блока происходит постоянное балансирование поршня, который своим перемещением либо уменьшает, либо увеличивает зазор. 

4.3.2. Верхний  и средний уровни  АСУТП

Кроме датчиков, измерительных преобразователей и исполнительных устройств в состав технических средств АСУ ТП используется УВМ.

Информационно-управляющий вычислительный комплекс, основное назначение которого состоит в управлении совокупностью объектов, должен работать в реальном времени. В этом случае темп поступления информации и темп выдачи управляющих воздействии определяются управляемым процессом и согласованны с его динамическими характеристиками. Это означает, что расчеты ведутся по мере поступления информации, а результаты расчетов преобразуют в управляющее воздействие.

Главной частью устройства связи с объектом являются преобразователи аналоговых электрических сигналов в цифровую форму и обратно – соответственно АЦП и ЦАП. Эти устройства работают дискретно во времени: на каждом очередном такте преобразования в зависимости от текущего значения измеряемого сигнала вырабатывается определенный набор электрических импульсов (числовой код сигнала) или наоборот.

Отдельную группу технических средств АСУ ТП составляют устройства связи управляемо вычислительного комплекса с оператором и устройства отображения информации, с помощью которых оператор наблюдает за ходом технологического процесса.

Основным способом представления текущей информации является отображение ее на экране дисплея в виде текста, таблиц, графиков. В операторной установлено шесть дисплеев, на экране которых можно вывести текущие, средние значения измеряемых технических параметров, сообщения о нарушениях и неисправностях. Дисплей, однако, при всем удобстве представления информации обладает недостатком – информация не регистрируется и не может быть использована для анализа качества работы системы. Для регистрации параметров применяют принтеры. Дисплеи используют комбинацию различных методик – от гистограмм до диаграммных решений. Динамические области содержат периодически обновляемую информацию, графические элементы. Например, цвет отображения значений на мнемосхеме может изменится на красный, когда значение достигает величины срабатывания сигнализации. Наиболее мощными из рабочих дисплеев являются мнемосхемы, содержащие графическую, текстовую информацию и её можно представить как графическую модель технологического процесса с размещенной на ней сигнализацией. Они могут быть продублированы в запоминающее устройство, обеспечивая резервирование важных данных.

Усовершенствованный менеджер процесса (АРМ) это основное, в хоневелловской системе TDC3000, устройство сбора данных и управления для промышленных процессов. 

Новая технология, примененная в АРМ, обеспечивает широкий диапазон возможностей, отвечающих как текущим, так и будущим требованиям процессов. АРМ обеспечивает гибкие функции обработки в/в как для контроля данных, так и для управления. Мощные функции управления, включая регулирующее, логическое и управление последовательностями, предлагаются для непрерывных, периодических и комбинированных процессов.

Оптимальный набор функций, которые можно сконфигурировать и запрограммировать, отвечает требованиям сбора данных и усовершенствованного управления, как с точки зрения высокой надежности, так и эффективности. Разумеется, возможности АРМ включают возможность связи «порт-к-порту» и совместимость с стандартными промышленными протоколами связи.

Усовершенствованный Менеджер процесса предназначен для обеспечения гибкого и мощного сканирования процесса и расширения возможностей управления. Для этого в нем использована усовершенствованная многопроцессорная архитектура, когда отдельные микропроцессоры отвечают за выполнение конкретных задач.

АРМ состоит из усовершенствованного процессора связи и модема, усовершенствованного процессора интерфейса связи в/в и усовершенствованного процессора управления.

Усовершенствованный процессор связи оптимально рассчитан для обеспечения высокоскоростной сетевой связи и выполняет такие функции как доступ к данным по сети и связь «порт-к-порту». Он также обеспечивает высокоточные маркеры времени.

Усовершенствованный процессор управления — это узел АРМ, предназначенный для обеспечения функций управления, логики, и отработки последовательностей, включая расширенные функции управления. Поскольку связь и обработка в/в осуществляются специально назначенными аппаратными средствами, вся мощь Усовершенствованного процессора управления используется для реализации стратегии управления.

Усовершенствованный процессор интерфейса связи в/в — это интерфейс АРМ с его подсистемой в/в.

Подсистема в/в состоит из резервированной связи и до 40 резервированных процессоров в/в. Эти процессоры в/в обрабатывают все входы и выходы с процесса как с точки зрения сбора данных и функций управления. Например, процессоры в/в обеспечивают такие функции, как преобразование в технологические единицы и проверка на состояние сигнализации независимо от АРМ.

Процессор интерфейса с интеллектуальными датчиками обеспечивает полную двухстороннюю связь с Хоневелловскими интеллектуальными датчиками, поддерживает конфигурацию датчиков и повышенную точность данных.

Все операции управления осуществляются в модуле усовершенствованного менеджера процесса, а сбор данных и «кондиционирование» сигналов осуществляют процессоры в/в. Для повышения безопасности управления процессоры Аналоговых входов высокого уровня, интерфейса с интеллектуальными датчиками и аналоговых выходов поставляются с резервированием. При необходимости процессоры вв/выв могут быть вынесены на расстояние до 8 километров от файла усовершенствованного менеджера процесса. В этом случае используются оптоволоконные расширители связи вв/выв. В рамках конфигурационных ограничений АРМ инженер-технолог имеет полную свободу выбора и назначения типов точек и стратегий управления. Такой выбор осуществляется с использованием интерактивных программ, работающих как на универсальной, так и на Универсальной рабочей станции TDC3000.

Простой контур управления может быть реализован в Усовершенствованном Менеджере процесса (АРМ) с помощью точки аналогового входа, точки-регулятора и точки аналогового выхода, как показано на рис.2 .

И хотя использованы три точки, основным операторским «интерфейсом» для обычного контроля, сигнализации и управления с помощью Группового и Детального дисплеев и мнемосхем будет являться только одна точка (FC101).

Рис 2. Типичный контур регулирующего управления системы TDC3000

АРМ оператора обеспечивает:

- подготовку и распечатку суточного рапорта и оперативных листов о работе технологической установки. Для удобства работы персонала форма и содержание суточного рапор­та и оперативных листов максимально приближено к существующим отчетным.

- ручной ввод недостающих параметров в отчетные формы. Если размер экрана не позволяет отобразить отчетную форму суточного рапорта и опе­ративные листы в удобном для обзора масштабе, то допускается фрагментарное отображение на экране монитора отчетных форм. Срок хранения заполненных отчетных форм - не менее 2-х месяцев.

4.4. Программное    обеспечение "Трейс Моуд 5.0".

4.4.1. Архитектура, назначение, структура и состав программных компонентов

Разработка АСУ ТП производилась в системе "Трейс Моуд". "Трейс Моуд" 5.0 является SCADAсистемой фирмы Ad Astra Reserch Group, Ltd (г. Москва). Это мощное средство разработки систем промышленной автоматизации, включающее в себя полный набор программных средств, проектирования распределенных АСУ, а также монитор реального времени - для запуска разработанных систем. "Трейс Моуд" предоставляет возможность разрабатывать неограниченное число прикладных систем автоматизации исключительно в графических редакторах без программирования на машинных языках. Основной областью его применения является разработка   верхнего уровня систем промышленной автоматизации. Созданные в системе "Трейс Моуд" проекты состоят из набора файлов, описывающих используемые сигналы, промежуточные переменные, структуру математической обработки данных, документирования и архивирования, а также файлы содержащие графические формы представления информации,   управления, шаблоны генерируемых отчетов, файлы технологических и   аварийных сообщений и пр. Проекты запускаются под управлением специальных программ-мониторов, интерпретирующих рабочие файлы. Основу "ТрейсМоуд" составляет мощный сервер реального времени. Связь с клиентскими модулями системы, УСО, СУБД и приложениями осуществляется через стандартные интерфейсы: DCOM, OPC, DDE, T-COM, ActiveX,  SQL/ODBC.  Благодаря  открытой  компонентной структуре отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУТП на базе"ТрейсМоуд" легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы.

При­кладные пакеты можно запускать под управлением MS DOS, Windows 3.10, WFWG 3.11, 32-разрядных операционных систем Windows 95 и WindowsNT. Поддерживается вытесняющая приоритетная многозадачность и DDE- обмен с приложениями, например: Excel, Access и др.

"Трейс Моуд" имеет поддержку звуковых карт (SOUND BLASTER), что позволяет воспроизво­дить предупреждающие сообщения человеческим голосом. Кроме того, в систему встроены функции вы­вода видеоизображения в реальном времени. 

 Функции пакета "ТРЕЙС МОУД":

- до 64000 входов/выходов;

- 55 мс - минимальный период опроса УСО (для верхнего уровня); открытый формат драйвера для связи с любым УСО;

- поддержка обмена между МРВ, МикроМРВ, WIN MPB по локальной сети, сети M-LINK на базе RS-232/485 и коммутируемым линиям;

-  встроенная   поддержка   контроллеров и УСО:   Modicon,  Allen-Bradley, OMRON, Siemens, Advantech, ADAM, Fischer Rosemount, КРУИЗ, ЛАН/Автоматик, МФК, Ремиконт 110/130, Ломиконт, Ш-711, ТСМ51/21, MicroPC Octagon Systems;

- встроенная поддержка 16 портов;

- средства создания систем с холодным и горячим резервированием;

- алгоритмы дискретного и аналогового управления и регулирования ;

- встроенный язык ТехноIL;

- вычисление технологических параметров по косвенным измерениям на основе стандартных методов;

- более 200 типов форм графического отображения информации;

- просмотр архивной информации в реальном времени, в т.ч. в  виде трендов и таблиц;

- средства отладки.

4.4.2. АРМ диспетчера

В приложении №1 представлены мнемосхемы  с АРМ диспетчера блока 700 ЕНПУ.

В приложении № 2 представлены копии журнала аварий.

4.4.5.  Объем автоматизации технологических объектов

На объектах используют следующие виды клапанов, необходимых для регулирования, управления, блокировки трубопроводов:

Регулирующие клапана:

а)  LV-7101 - на линии готового битума от насоса Р-701 А,В в теплообменник Е-701А (регулирование уровня в сборнике V-704, клапан закрывается, что предотвраща­ет опорожнение сборника V-704);

б)  TV-7215 - на линии подачи дизтоплива от насоса Р-702 в теплообменник Е-701 (регулирование температуры гото­вого битума, клапан закрывается, что предотвраща­ет перегрев битума);

в)  TV-7216 - на линии топливного газа в печь Н-701 (регулирование температуры дымо­вых газов, клапан закрывается, что предотвраща­ет перегрев печи);

г)   TV-7218 - на линии дизтоплива от теплообмен­ника Е-701 А по байпасу ABO AC-701 (регулирование температуры дизто­плива после АС-701, клапан закрывается, что предотвраща­ет подачу перегретого дизтоплива в емкость V-705);

д)  TV-7219  - на линии дизтоплива от теплообмен­ника Е-702 в ABO AC-701(регулирование температуры битума после Е-702, клапан закрывается, что предотвраща­ет перегрев битума);

е)   FV-7401 - на линии воздуха от вент. К-701 в ат­мосферу (регулирование расхода воздуха, клапан открывается, что предотвращает завышение давления на линии нагнетания К-701);

ж)FV-7402/7403 - на линии подачи воздуха из ceпаратора V-701 в окислитель V702B/А (регулирование расхода воздуха, клапан закрывается, что предотвраща­ет завышение температуры в V-702B/А)

з)   FV-7404/7405 - на линии битума из теплообменника Е-702 в окислитель V-702A/В (регулирование расхода битума, клапан закрывается, что предотвраща­ет переполнение окислителя);

и)  FV-7412/7413 - на линии тяжелого газойля из тепло­обменника Е-113 в окислитель V-702A/В (регулирование расхода газойля, клапан закрывается, что предотвраща­ет перевыполнение окислителя);

Клапана-регуляторы прямого действия:

а)     PCV-702 - на линии подачи топливного газа в контрольную горелку печи Н-701 (регулирование давления топливно­го газа);

б)    PCV-703 - на линии топливного газа в емкость V-705 (регулирование давления в V-705);

в)     PCV-701 - на линии подачи пара в печь Н-701 (регулирование давления пара);

г)     PCV-704 - на линии стравливания углеводородов из емк. V-705 на факел (регулирование давления в V-705);

д)    PCV-705 - на линии подачи жидких углеводоро­дов от насоса Р-703 в печь Н-701 (регулирование давления жидких углеводородов);

е)     PCV-7216C - на линии подачи воздуха в печь Н-701 (регулирование давления воздуха);

Отсечные клапана:

а)     NV-7501 - на линии подачи пара в пароэжектор печи Н-701 (клапан закрывается, что исключает подачу углеводородов в неработающую печь);

б)    NV-7502 - на линии подачи топливного газа в печь Н-701 (клапан закрывается, что предотвраща­ет  завышение температуры печи);

в)     NV-750 - на линии подачи топливного газа в печь Н-701 (клапан закрывается, что предотвраща­ет завышение температуры печи);

г)     NV-7504 - на линии стравливания остатка топ­ливного газа в атмосферу (клапан открывается, что обеспечивает сброс остатка топливного газа между отсекателями в атмосферу);

д)    NV-7505 - на линии подачи топливного газа в пилотную горелку печи Н-701 (клапан закрывается, что предотвраща­ет взрыв печи);

е)     NV-7506 - на линии подачи топливного газа в пилотную горелку печи Н-701 (клапан закрывается, что предотвраща­ет взрыв печи);

ж)   NV-7507 - на линии стравливания остатка топ­ливного газа в атмосферу (клапан открывается, что обеспечивает сброс остатка топливного газа между отсекателями в атмосферу);

з)     NV-7508 - на линии подачи жидких углеводоро­дов из сеп. V-703 в печь Н-701 (клапан закрывается, что исключает подачу углеводородов в неработающую печь);

и)    NV-7509 - на линии подачи пара в печь Н-701 (клапан закрывается, что предотвраща­ет выброс пара через остановленную печь);

к)     KV-7602 /7603- на линии подачи азота в окислитель V-702A/В (клапан открывается, что предотвраща­ет завышение содержания кислорода в отходящих газах из окислителя);

5. Экспериментальная часть.

5.1. Сущность экспериментального определения статических и динамических характеристик объектов регулирования

Статической характеристикой элемента, независимо от его конструкции и назначения, называется зависимость выходной величины от входной в равновесных состояниях. Статическую характеристику можно представить в виде таблиц или графически. Определит статическую характеристику можно аналитически (расчетным путем) и экспериментально. Обычно определение статических характеристик простых объектов не представляет трудностей, кроме того, они часто приводятся в литературе. Для многих сложных объектов статические характеристики неизвестны, и их трудно найти аналитически. В этом случае прибегают к экспериментальному определению их на действующих объектах.

Экспериментальное определение статических характеристик заключается в создании ряда последовательных равновесных состояний объекта при соответствующих выходных и входных величинах. В этом случае орган, управляющий притоком или расходом энергии или материи в объекте, вручную или дистанционно переводят из одного положения, соответствующего равновесному состоянию, в другое. При достижении нового равновесного состояния объекта записывают значения входных и выходных величин по показаниям измерительных приборов. По измеренным входным и выходным величинам можно составить таблицу и построить график статической характеристики и определить коэффициент усиления объекта.

Если по условиям эксплуатации изменять значения входных и выходных величин в широком диапазоне невозможно, то ограничиваются небольшим пределом выходных величин вблизи заданного значения регулируемого параметра, т. е. Снимается рабочий участок статической характеристики, в пределах которого допустимы указанные выше изменения.

Динамической характеристикой элемента называется зависимость изменения во времени выходной величины от входной в переходном режиме при том или ином законе изменения входной величины. Аналитически динамические характеристики выражаются обычно дифференциальными уравнениями, а графически в виде графиков (кривых), где по оси абсцисс отмечают время, а по оси ординат значения выходной величины. Очевидно, что графики динамических характеристик будут различными при разных законах изменения входной величины. Для определения динамических характеристик и сравнимости их друг с другом приняты типовые законы изменения входных величин, близкие к законам, возможным в реальных условиях работы систем. Часто таким законом является скачкообразное изменение входной величины, при котором выходная величина изменяется мгновенно на какую-либо конечную величину.

Динамические характеристики элементов систем можно определять так же, как и статические – расчетным путем и экспериментально.

Для оценки динамических свойств объектов регулирования можно воспользоваться временными характеристиками, снятыми с действующих объектов. Такие характеристики можно снимать в тех случаях, когда имеется возможность приложить возмущение и оставить действовать в течение времени, достаточного для окончания переходного процесса, т. е. Пока регулируемая величина не примет постоянного значения у устойчивых объектов или пока не установится постоянная скорость изменения выходной величины у нейтральных объектов. Регулируемые объекты часто имеют несколько каналов возмущения, тогда необходимо снять характеристики при всех возмущениях. Однако в ряде случаев можно ограничиться снятием характеристик для основных каналов. Наибольший практический интерес представляет исследование динамических свойств при возмущениях, вызванных изменением той величины, на которую действует или будет действовать регулирующий орган. При снятии временных характеристик весьма существенным является определение величины возмущения. При выборе величин возмущения исходят из допустимых отклонений в ходе технологического процесса. Однако необходимо, чтобы искусственно вводимое возмущение значительно превосходило по величине те случайные возмущения, которые могут быть при снятии характеристик.

    Временную характеристику снимают следующим образом. Перед экспериментом регулируемый объект приводят в равновесное состояние и обеспечивают постоянство всех входных и выходных величин. После стабилизации вводят скачкообразное возмущение, отмечая при этом время и величину его. Затем следят за изменением выходной величины, записывая ее значения до тех пор, пока выходная величина не примет нового установившегося значения ил пока не установится постоянная скорость ее изменения. На основании полученных данных строят кривую в координатах: выходная величина – время, которая и будет временной характеристикой объекта. Для снятия временной характеристики на объекте должны быть установлены приборы для измерения входной и выходной величин. Наиболее удобны регистрирующие приборы с ленточной картограммой и большой скоростью ее движения. Во время эксперимента записываются также все параметры, связанные с выходной величиной. Это позволяет при обработке результатов эксперимента установить, что снятые характеристики не искажены посторонними возмущениями.

     В зависимости от динамических свойств объектов кривые изменения выходной величины могут иметь различный характер. Чтобы получить исходные данные для расчета системы регулирования, необходимо найти аналитические выражения экспериментально полученных кривых. Этими аналитическими выражениями будут дифференциальные уравнения объектов. В настоящее время имеется несколько методов нахождения уравнения объектов по имеющимся временным характеристикам. Симою и Стефани разработали метод для определения передаточной функции объекта по его кривой разгона, который получил название метода площадей. Метод основан на предположении, что исследуемый объект может быть описан линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами. В заключение можно отметить, что многие промышленные технологические объекты имеют одну из следующих особенностей, влияющих на форму кривой разгона:

-           объект характеризуется отсутствием транспортного запаздывания и наличием самовыравнивания;

-           объект характеризуется отсутствием транспортного запаздывания и самовыравнивания;

-           объект характеризуется наличием транспортного запаздывания и отсутствием/наличием самовыравнивания.

5.2. Выделение САР из общей схемы автоматизации

     Определим передаточную функцию печи Н-701  по его кривой разгона. 

Выделим данный контур из схемы автоматизации.

5.3. Определение временных характеристик

В результате эксперимента были получены следующие графики.

При подаче на вход объекта битума Q=9 м³/ч можно наблюдать изменение выходной величины с помощью графиков.

Рис.3. Модель печи

6.3. Определение передаточной функции

1.Разбиваем ось абсцисс на отрезки с интервалом времени Δt=0,2.

Рис. 3.1. График изменения расхода

                       Рис. 3.2. График изменения температуры

2. Заполняем  таблицу 1.

Таблица 1