WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 14 |

Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций

-- [ Страница 11 ] --

К промышленным хроматографам относится хроматограф типа GC Mark II фирмы «Икогава Электрик Корпорейшен» (рисунок 4.6). Хроматограф выпускается с тремя детекторами: пламенно-ионизационным, пламеннофотометрическим и детектором по теплопроводности. В хроматографе могут быть использованы как насадочные, так и капиллярные колонки. Максимальное число анализируемых потоков более 30 [41].

Рисунок 4.6 – Промышленный хроматограф Mark II фирмы Yokogawa Данный хроматограф широко используется на предприятиях различных отраслей промышленности: нефтехимической и перерабатывающей, химической, фармацевтической, а также в энергетике и при контроле за окружающей средой.

Фирма Иокотава разработала анализаторную шину, которая позволяет строить единую систему техобслуживанием.

Использование анализаторной шины (рисунок 4.7) фирмы «Yokogawa Analytical» длиною 107 км и скоростью обмена 2,5 Мбит/с позволило довести число подключаемых анализаторов до 254.

Рисунок 4.7 –. Использование анализаторной шины К такой шине могут подключаться рН-метры, анализаторы различных компонентов, например, кислорода. В ряде случаев подключение аналитических датчиков проводится с использованием специализированного интерфейса.

Выходная информация анализаторной шины с помощью сетевого сервера и специализированных плат передается в другую локальную сеть, в действующую распределенную систему управления, а также для формирования выходных команд.

Анализаторная шина при организации промышленного аналитического контроля позволяет создать эффективный мониторинг технологических процессов и позволяет расширить возможности сбора данных.

Характеристика шины приведена в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Характеристика шины фирмы «Yokogawa analytical»

Максимальное число подключенных устройств до Пределы детектирования Максимальное количество измеряемых компонентов до Промышленные хроматографы, используемые непосредственно в технологическом процессе, должны эксплуатироваться с высокой надежностью.

В промышленном хроматографе GC1000 Mark II в связи с этим используется оригинальный клапан отбора пробы (рисунок 4.8).

Из рассмотренных промышленных хроматографов для задачи контроля концентрации фракций этаноламинов выбираем хроматограф типа GC Mark II фирмы «Икогава Электрик Корпорейшен» [41]. Это объясняется отработанностью его элементов в задачах промышленного анализа состава технологических веществ и наличия информационной анализаторной шины, которая позволяет эффективно выполнить разветвленный интерфейс.

4.4 Разработка алгоритма коррекции состава этаноламинов Рассмотренная на рисунке 3.6 схема коррекции состава фракций этаноламинов построена на двух независимых контурах. Недостатком этой схемы управления составом фракций является отсутствием информации о концентрации, например, моноэтаноламинов после реактора-смесителя перед входом в реактор вытеснения.

Учитывая это, предлагается (заявка и патент) дополнительно задатчик расхода пара соединить с выходом датчика хроматографа, установленного на коммуникации после реактора-смесителя (рисунок 4.9). Это позволит повысить эффективность управления составом фракций этаноламина.

Подача МЭА в реактор-смеситель также стабилизирована.

Подача окиси этилена корректируется с учетом результатов аналитического контроля выходного потока из смесителя на основе математической модели реактора-смесителя для достижения оптимального состава реакционной смеси на выходе смесителя.

Рисунок 4.9 – Принципиальная схема оптимального управления стадией синтеза в производстве этаноламинов Критерием оптимальности является, как было показано в главе 2, один из компонентов реакционной смеси на выходе из реактора, чаще моноэтаноламин:

Для решения поставленной задачи на базе математической модели, полученной для стационарного состояния объекта (4.2), осуществляется поиск оптимума путем численного решения системы нелинейных алгебраических уравнений с вариацией входного параметра управления FОЭвх (подача ОЭ) одним из однопараметрических методов оптимизации, и с последующей корректировкой задания регулятору расхода ОЭ.

Алгоритм корректировки подачи ОЭ в реактор-смеситель в общем виде можно представить (рисунок 4.10):

При поиске оптимума шаговым методом шаг дробится до тех пор, пока не станет меньше или равным погрешности расходомера ОЭ.

Рисунок 4.10 – Алгоритм корректировки подачи ОЭ в реактор-смеситель:

Оптимальный состав реакционной смеси на выходе из узла синтеза (после аппарата вытеснения) достигается регулированием температуры в реакторе вытеснения за счет подачи пара, определяемой с помощью регрессионной математической модели (4.3):

полученной в ходе статистического анализа объекта управления, и затем преобразованной относительно расхода пара (4.4):

Алгоритм управления подачей пара в реактор вытеснения представлен на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 – Алгоритм управления подачей пара в реактор вытеснения Реализация полученных алгоритмов на стадии синтеза позволит снизить энергозатраты на стадии ректификации на 9 %, а временные затраты на 15 %.

4.5 Оценка управляемости и устойчивости системы управления Для анализа свойств системы предпочтительно использовать линейные или линеаризованные модели объектов управления. Математическая модель реакторасмесителя существенно не линейная. При этом линеаризацию модели целесообразно провести в окрестности стационарного состояния объекта: [ОЭ]ст, [МЭА]ст, [ДЭА]ст, [ТЭА]ст, [NH3]СТ, произведя замену переменных:





где концентрации компонентов представлены как суммы их значений в стационарном состоянии и малых отклонений. Тогда математическую модель реактора-смесителя можно записать в виде:

или Если ввести следующие обозначения коэффициентов при переменных в системе:

то представление модели будет более наглядным, а именно:

В данной модели представлены параметры состояния системы, входные и выходные факторы. Свойства многомерной системы можно исследовать, если представить ее описание уравнениями состояния и уравнениями выхода.

Уравнения выхода можно получить из материального баланса объекта управления. Общий материальный баланс смесителя:

входящий поток в РС, м3/ч, выходящий поток из РС, м3/ч.

Отсюда можно получить уравнения выхода:

а затем уравнения состояния:

Многомерная система, описываемая уравнениями состояния и уравнениями выхода, полностью характеризуется набором трех матриц – А, В и С:

где U – вектор параметров состояния U([оэ], [мэа], [дэа], [тэа], [NH3]);

X – вектор входных параметров (управления) X ( Fоэ, Fмэа, FNH ) ;

Y – вектор выходных параметров Y ( Fоэ, Fмэа, Fдэа, Fтэа, FNH ).

FNH FNH

Система называется вполне управляемой по состоянию, если существует управляющее воздействие, которое может за конечный промежуток времени перевести систему из любого начального состояния U0 в любое заданное конечное состояние UK.

Критерий управляемости по состоянию: для того чтобы система была вполне управляемой по состоянию, необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы управляемости по состоянию равнялся размерности вектора состояния rangW = n.

Для исследуемой системы n = 5. Матрица W в данном случае может быть получена следующим образом Присоединенная матрица W тогда может быть записана в виде:

Данная матрица содержит не нулевой минор размера следовательно, ранг данной матрицы rangW = 5, и исследуемый объект является вполне управляемым по состоянию.

Система называется вполне управляемой по выходу, если выбором управляющего воздействия X(t) за конечный промежуток времени можно перевести систему из любого начального состояния, в такое конечное состояние, которое обеспечивает заданное значение выхода.

Критерий управляемости по выходу: для того чтобы система была управляемой по выходу необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы управляемости по выходу равнялся размерности вектора выхода rangP = k.

Затем получаем следующую матрицу:

И наконец матрица управляемости по выходу:

Имеется ненулевой минор данной матрицы:

Наибольший ненулевой минор этой матрицы имеет размер 5 5, rangP = 5 и размерность вектора выхода равна 5. Следовательно, система является вполне управляемой по выходу.

Доказано, что системы вполне управляемые по состоянию и по выходу являются и асимптотически устойчивыми.

Таким образом, исследование свойств объекта управления показывает, что система является вполне управляемой по состоянию и по выходу, а также асимптотически устойчивой.

4.6 Программно-технический комплекс и программные аспекты реализации алгоритма управления процесса синтеза этаноламинов настоящей работе производится посредством микропроцессорного контроллера типа SIMATIC S7 – 400 (Siemens). Данный контроллер – SIMATIC S7 – 400 имеет широкий спектр функций программно-логического управления и аналогового регулирования [39, 69].

Контроллер удовлетворяет следующим требованиям:

– способность без предварительного преобразования принимать аналоговые сигналы 4 20 mA;

– способность коммутации на дискретных выходах до ~ 220 В (для того, чтобы напрямую управлять электропневмоклапанами);

– возможность с минимальными затратами организовать независимый прием и выдачу сигналов технологического процесса.

Монтаж модулей контроллера SIMATIC S7 – 400 производится на так называемом «монтажном рельсе» с 11-ю слотами расширения, обозначаемом в дальнейшем «каркас».

располагается в слоте № 2 основного каркаса (каркас 0) и поддерживает до 3 каркасов расширения. Слоты № 4,..., 11 всех каркасов служат для размещения модулей ввода-вывода, причем контроллеры SIMATIC могут принимать все виды унифицированных входных сигналов по току и напряжению, сигналы термопар и термометров сопротивления с различными видами номинальных статических характеристик: вид входного сигнала выбирает пользователь при монтаже контроллера, а не при заказе (кроме взрывозащищенных модулей). Питание модулей ввода-вывода и процессорного модуля осуществляется напряжением = 24 В от блока питания PS407, подключаемого к слоту № 1 каждого каркаса. При помощи модуля IM360, устанавливаемого в каркасе 0, и модуля IM361, устанавливаемого в каркасах расширения, осуществляется связь между каркасами.

Все процессорные модули контроллеров S7 – 400 имеют встроенный интерфейс MPI. Подключение контроллера SIMATIC к станции оператора на основе IBM-совместимого компьютера производится с помощью платы CP443 - 1, которая устанавливается в слот системной шипы PCI. Плата СР443 - 1 – это адаптер для связи станции оператора с контроллером и позволяет использовать станцию оператора в качестве программатора. СР441 – коммуникационный процессор с интерфейсом RS 232. Станция оператора и микроконтроллер полностью совместимы и аппаратно, и программно. Станция оператора размещается в помещении ЦПУ. В АСУТП станция оператора выполняет следующие функции:

– предоставление оператору информации о текущей стадии процесса и о текущих значениях технологических параметров;

– архивирование технологической информации;

– регистрация хода технологического процесса в форме периодически выдаваемых операционных листов;

– сообщение об аварийных и предаварийных ситуациях;

– регистрация действий обслуживающего персонала.

Для решения этих задач фирмой Siemens предлагается открытая система визуализации (SCADA) WinCC, полностью совместимая с контроллерами серии S7. SCADA WinCC состоит из среды разработки и среды исполнения проекта, работающей в режиме реального времени. Ядро среды разработки WinCC образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания. WinCC включает в себя следующие программные компоненты:



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 14 |
 


Похожие работы:

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.