WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

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

Математические модели стадии синтеза производства этаноламинов и разработка оптимальных систем коррекции его фракций на основе хроматографической диагностики

-- [ 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 техобслуживания и технической диагностики.

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 Приборно-программный аналитический комплекс как средство Реализация разработанных математических моделей и алгоритмов обеспечивается созданным в настоящей работе приборно-программным аналитическим комплексом, который включает два аналитических контура технической диагностики и автоматического регулирования (рисунок 4.9). В состав приборно-программного комплекса включены также промышленнопоточные хроматографы типа MARK II как средства технической диагностики.

Рисунок 4.9 – Принципиальная схема приборно-программного аналитического комплекса стадии синтеза в производстве этаноламинов В первом контуре комплекса на основе хроматографической информации о составе фракций этаноламина микропроцессорный контроллер с эксклюзивной программой на основе детерминированной математической модели обеспечивает регулирование расхода окиси этилена с целью формирования на выходе реакторасмесителя в соответствии с целевой функцией максимального значения концентрации моноэтаноламина.

Решение поставленной задачи на базе математической модели, полученной для стационарного состояния объекта (4.1), позволяет осуществляить 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.

Критерием оптимальности является, как было показано в главе 2, один из компонентов реакционной смеси на выходе из реактора, чаще моноэтаноламин:

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:

Второй контура комплекса обеспечивает регулирование расхода пара на основе регрессионной математической модели с целью уточнения концентрации моноэтаноламина на выходе стадии синтеза.

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 в уравнении (4.4):

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

Рисунок 4.11 – Алгоритм управления подачей пара в реактор вытеснения Важным звеном приборно-программного аналитического комплекса обеспечивающий первичную функцию технической диагностики. Благодаря наличию клапана ввода жидкой пробы реакционной смеси этаноламинов и уникального испарителя становится возможным анализ фракций этаноламинов.

Выходной сигнал GC 1000 MARK II в виде аналогового сигнала поступает в управляющую станцию хроматографа и далее после преобразования в цифровую форму поступает в контур регулирования расхода ОЭ.





Хроматографический комплекс GC 1000 MARK II, как основное средство технической диагностики, имеет специализированное программное обеспечение, позволяющее получить на выходе информацию о процентном составе фракций этаноламинов. Это программное обеспечение согласовано с программным обеспечением микропроцессорных контроллеров. Эксплуатация, обслуживание и техническая настройка значительно упрощена благодаря реализации эффективного интерфейса и программного обеспечения Maintenance Terminal.

При каждом анализе фракций этаноламинов проводится предварительная внутренняя диагностика хроматографического комплекса, результаты которой отображаются на экране.

В хроматографе используется анализаторная шина, которая позволяет строить единую систему обслуживания. Выходная информация анализаторной шины с помощью сетевого серсера и специализированных плат используется для формирования выходных команд и выполнения других функций. Анализаторная шина при организации промышленного аналитического мониторинга, например, в производстве этаноламинов позволяет создать эффективную техническую диагностику процесса.

Хроматограф GC 1000 MARK II обеспечивает контроль концентрации фракций этаноламинов в диапазоне от 10 ppm до 100 %. Воспроизводимость показаний ± 1 %.

Таким образом, хроматографический комплекс GC 1000 MARK II, обеспечивая первичную техническую диагностику фракций этаноламина, в микропроцессорным контроллером, способствует эффективной работе приборнопрограммного аналитического комплекса по технической диагностики процесса и коррекции фракций этаноламинов.

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 Обеспечение задач технической диагностики и управления процессом синтеза этаноламинов в настоящей работе производится посредством микропроцессорного контроллера типа SIMATIC S7 – 400 (Siemens). Данный контроллер – SIMATIC S7 – 400 имеет широкий спектр функций программнологического 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».



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


Похожие работы:

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как ...»

«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.