ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6338| Title: | Автоматизація технологічного процесу нафтопереробки на підприємстві |
| Authors: | Нечипоренко, Ольга Володимирівна Гвоздик, Костянтин Сергійович |
| Issue Date: | Jun-2023 |
| Abstract: | Головна мета даної роботи полягає в розробці моделі для підсистеми автоматичного управління цією конкретною піччю. Актуальність цієї роботи обумовлена необхідністю модернізації системи управління технологічним обладнанням, що використовується для переробки нафтопродуктів. Ця система була введена у використання кінцем минулого століття і вже застаріла з моральної та фізичної точок зору. У ході кваліфікаційної роботи був проведений детальний аналіз технологічного процесу переробки нафти. Згідно вимог до підсистеми управління, було здійснено вибір апаратного забезпечення для розробки автоматизованої підсистеми управління. На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що розроблена модель відповідає характеристикам об'єкта управління і, отже, може бути використана для подальшої розробки підсистеми управління. Об'єктом управління в даному випадку є підсистема автоматичного управління піччю трубчастою нагрівальною горизонтальною. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6338 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_151_2023_Гвоздик.pdf Restricted Access | 1.9 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ НАФТОПЕРЕРОБКИ НА ПІДПРИЄМСТВІ Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи АКІТС-2199 спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Костянтин ГВОЗДИК (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Ольга НЕЧИПОРЕНКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2023 року ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ ............................................ 3 ВСТУП ............................................................................................................................ 4 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ ......................................................... 6 1.1 Технологічний процес переробки нафтопродуктів .......................................... 6 1.2 Нeoбхiднicть вдocкoнaлeння зacoбiв aвтoмaтизaцiї для пiдприємcтв нaфтoпeрeрoбки ................................................................................................... 9 1.3 Об’єкт автоматизованого управління .............................................................. 16 2 РОЗРОБКА АПАРАТНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ......................................................................................... 23 2.1 Структурні схеми підсистеми управління та інформаційних потоків ......... 23 2.2 Вибір апаратного забезпечення для автоматизованої підсистеми управління ............................................................................................................................. 25 2.3 Розробка функціональної схеми автоматизації та електричної принципової схеми ................................................................................................................... 39 3 РЕАЛІЗАЦІЯ МОДЕЛІ ОБ’ЄКТА АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ ... 43 3.1 Розробка структурної схеми інформаційних потоків автоматизованої системи ............................................................................................................... 43 3.2 Ідентифікація даних та обробка результатів ................................................... 48 3.3 Розробка моделі об’єкта управління в Simulink ............................................. 51 ВИСНОВКИ ................................................................................................................. 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ .................................................................... 58 ЧДТУ.232252.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Розроб. Гвоздик Автоматизація технологічного Літ. Лист. Листів Перевір. Нечипоренко процесу нафтопереробки на 2 60 Реценз. підприємстві. Н. Контр. Пояснювальна записка ЧДТУ, АКІТС-2199 Затверд. Лукашенко СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ АВР – автоматичне включення резерву; ВМ – виконуючий механізм; КВП – контрольно-вимірювальні прилади; МК – модульний коплекс; МПСА – мікропроцесорна система автоматизації; МСКУ – мікропроцесорний субкомплекс контролю і управління; НПЗ – нафто-переробні заводи; НПС – нафтоперекачувальна (нафтопродуктоперекачувальна) станція; ПК – промисловий комп’ютер; ПЛК – програмований логічний контролер; ППН – первинна переробка нафти; САК – Система автоматичного керування; ТЗА – технічні засоби автоматизації. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 3 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВСТУП Українська нафтопереробна промисловість є важливим сектором важкої промисловості, де підприємства здійснюють переробку сирової нафти і виробляють широкий спектр нафтопродуктів. Головна продукція цієї галузі включає різні види палива для різних типів двигунів, таких як авіаційний і автомобільний бензин для карбюраторних двигунів, авіаційний гас для реактивних двигунів, дизельне паливо для дизельних двигунів, мазут для котельних установок, а також моторні сировини, спеціальні бітуми різного застосування, парафіни, кокс для електродної промисловості, мастила та інші продукти. Всього виробляється понад 300 видів продукції. На базі нафтової сировини також виробляється значна кількість хімічної і нафтохімічної продукції. Продукція нафтопереробної галузі знаходить застосування у різних сферах національного господарства. Протягом періоду з 1990 по 2000 рік обсяги виробництва нафтопереробної промисловості скоротилися на 71%. Перегонка нафти – це процес її термічного розділення на частини (фракції) без значного розкладання вуглеводнів, які входять до складу нафти. Основою перегонки є властивість вуглеводнів виділяти пару при певному тиску та температурі. При підвищенні температури переганяється нафти, пара над нею збільшується, і коли тиск пари досягає або перевищує тиск оточуючого середовища (атмосферного тиску), починається рух парових частинок до простору з меншим тиском. Випаровану речовину з нагрівального апарата охолоджують, що призводить до її конденсації, розрідження та відокремлення наступних фракцій суміші, які мають вищу температуру кипіння. Для цих цілей використовують високоефективні безперервні перегінні установки з трубчастою конструкцією, що включають печі для нагрівання нафти та інші апарати. Продукти переробки нафти найширше застосовуються в паливно- енергетичній галузі. Наприклад, мазут має більшу теплоту згоряння, ніж краще Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 4 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата якість вугілля, і займає мало місця при згорянні, не залишаючи твердих залишків. Мазут використовується на теплових електростанціях, заводах та в транспорті, що дає значні економічні вигоди та сприяє розвитку основних галузей промисловості та транспорту. Мета кваліфікаційної роботи – створення підсистеми автоматичного управління трубчастою печей, яка входити до складу верхнього рівня системи управління переробкою нафти. Об'єкт дослідження – підсистема автоматичного управління трубчастою нагрівальною піччю. Предмет дослідження – автоматизація технологічного процесу нафтопереробки на підприємстві. Для досягнення мети у даній роботі вирішувалися такі завдання: • проаналізовати сучасний стан технологічного процесу переробки нафтопродуктів ; • спроектувати автоматичну системи управління трубчастою нагрівальною піччю; • розробити схема інформаційних потоків автоматизованої системи. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 5 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ 1.1 Технологічний процес переробки нафтопродуктів Параметри, режими та продукти перегонки нафти Зазвичай, при перегонці нафти отримують наступні основні фракції: • Бензинову фракцію, яка википає при температурі до 170-200 °C. • Гасову фракцію, яка википає при температурі від 175 до 270 °C. • Газойлеву фракцію, яка википає при температурі від 270 до 350 °C. • Остаток – мазут. Крім цього, під час перегонки нафти також утворюється газ прямої гонки, який представляє собою важку частину побічних газів, що залишилися розчиненими в нафті. Звичайно, кількість газу прямої гонки є незначною (рис. 1.1.). Рисунок 1.1 – Ректифікаційна колона В промисловості перегонку нафти здійснюють на безперервно діючих трубчастих установках. У складі цих установок знаходиться трубчаста піч, для конденсації і розділення парів використовуються великі ректифікаційні колони, а для зберігання отриманих нафтопродуктів будуються цілі містечка резервуарів. Оскільки нафта складається з суміші вуглеводнів різної молекулярної маси, які Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 6 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата мають різні температури кипіння, перегонкою її поділяють на окремі нафтопродукти. Під час перегонки нафти отримуються наступні легкі нафтопродукти: бензин (з кипінням в діапазоні 90-200°C), нафта (з кипінням в діапазоні 150-230°C), гас (з кипінням приблизно 300 °C), легкий газойль – солярове паливо (з кипінням в діапазоні 230-350°C). У результаті залишається в'язка чорна рідина – мазут (з кипінням вище 430°C). Мазут піддають подальшій переробці, під зменшеним тиском його переганяють та виділяють сировину. Технологічна схема виробництва Під час процесу перегонки нафти можна використовувати одноразове випаровування, де нафту нагрівають у змійовику нагрівача з попередньо встановленою температурою. Зі збільшенням температури утворюється більше пари, яка знаходиться у рівновазі з рідиною. При використанні заданої температури, парорідинна суміш залишає нагрівач і подається до адіабатичного випарника. Випарник є порожнім циліндром, де парова фаза відділяється від рідиної, і температура парової та рідиної фаз однакова. У випадку багаторазового випаровування під час перегонки використовуються два або більше одноразових процесів з підвищенням робочої температури на кожному етапі. Метод одноразового випаровування нафти має меншу точність у поділі на фракції порівняно з методами багаторазового або поступового випаровування. Однак, якщо точність поділу фракцій не є критичною, то використання одноразового випаровування є більш економічним. При досягненні максимально допустимої температури нагріву нафти у межах 350-370°C (при вищій температурі відбувається розкладання вуглеводнів), більша кількість продуктів переходить у парову фазу порівняно з методами багаторазового або поступового випаровування. Для відокремлення фракцій нафти, які киплять вище 350-370°C, можна застосовувати вакуум або водяну пару. Використання принципу одноразового випаровування разом з ректифікацією парової і рідиної фаз дозволяє досягати високої якості розділення нафти на фракції, забезпечує безперервність процесу і економію палива, витраченого на нагрів сировини. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 7 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.2 – Спрощена технологічна схема переробки нафти Під час первинної перегонки нафти відбуваються тільки фізичні зміни. Цей процес включає відокремлення легких фракцій, які киплять при низьких температурах, від більш важких вуглеводнів, які залишаються незмінними. В результаті, лише 10-15% бензину отримують від такої перегонки, що не вистачає для задоволення зростаючого попиту на бензин з боку авіації і автомобільного транспорту. У процесі крекінгу відбуваються хімічні зміни в нафті, що призводить до зміни будови вуглеводнів. Крекінг є процесом розщеплення вуглеводнів з довгим ланцюгом на вуглеводні з меншим числом атомів вуглецю в молекулі. Цей процес здійснюється в апаратах крекінг-заводів, де відбуваються складні хімічні реакції. Результатом крекінгу є значне збільшення вихідного бензину (до 65-70%), який складається з вуглеводнів з меншою молекулярною масою. У крекінг-заводах використовується подібна апаратура, як для перегонки нафти, але з іншим режимом Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 8 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата переробки. Сировиною для крекінгу є мазут, який є залишком після первинної перегонки. Мазут є густою і важкою рідиною зі складними і великими молекулами вуглеводнів. Під час крекінгу мазут піддається переробці, і деякі його компоненти розщеплюються на менші вуглеводні молекули, з яких утворюються легкі нафтові продукти, такі як бензин, гас та нафта. Однак, перед крекінгом нафти необхідно проводити класифікацію та змішування нафт, оскільки вони відрізняються за фізико-хімічними та товарними характеристиками. Наприклад, бензинові фракції одних нафт мають високу концентрацію ароматичних, нафтенових або ізопарафінових вуглеводнів та характеризуються високими октановими числами, у той час як бензинові фракції інших нафт містять більше парафінових вуглеводнів і мають низькі октанові числа. Також важливими є вміст сірки, жирності та смолистості у нафті, оскільки ці показники впливають на подальшу технологічну переробку. З метою спрощення нафтопромислового господарства та зменшення капіталовкладень, на промислах близькі за фізико-хімічними та товарними властивостями нафти змішуються і спільно переробляються, уникуючи складнощів, пов'язаних з окремим збиранням, зберіганням та перекачуванням нафти з різних родовищ, які містять багато нафтових пластів. 1.2 Нeoбхiднicть вдocкoнaлeння зacoбiв aвтoмaтизaцiї для пiдприємcтв нaфтoпeрeрoбки Існуючі системи перегонки нафтопереробних заводів є дуже енергоємними і мають складні конфігурації колон, які тісно взаємодіють з відповідною мережею теплообмінників. Розроблено підхід до оптимізації існуючих процесів перегонки нафтопереробних заводів. Платформа оптимізації включає моделі швидкого доступу, розроблені для моделювання існуючої ректифікаційної колони, а також модернізовану модель швидкого доступу для мережі теплообмінників. Існуючий процес перегонки оптимізується шляхом зміни ключових робочих параметрів, одночасно враховуючи гідравлічні обмеження, а також дизайн і продуктивність Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 9 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата існуючої мережі теплообмінників. Дослідження показує, що можна досягти зниження споживання енергії та експлуатаційних витрат понад 25%. Цілі проектів модернізації нафтопереробних заводів включають зниження споживання енергії та збільшення виробничих потужностей з метою збільшення прибутку. Мети модернізації бажано досягати шляхом ефективнішого повторного використання існуючого обладнання, а не встановлення нових блоків і збільшення капіталовкладень. При досягненні цих цілей модернізації необхідно дотримуватись існуючих обмежень обладнання, таких як гідравлічна потужність. Обидві ці цілі модернізації можуть бути досягнуті шляхом підвищення енергоефективності (і, отже, зменшення парового навантаження) колони для перегонки сирової нафти. Існуючі методи модернізації не враховують наявні дистиляційні колони одночасно з існуючими мережами теплообмінників. Оскільки вони не враховують гідравлічні обмеження дистиляційних колон, модифіковані модернізації можуть вимагати значних капітальних вкладень. Крім того, розглядаються цілі теплоінтеграції для базового проектування, а не деталі існуючої теплової мережі. У цій роботі представлено оптимізаційний підхід до проектування перегонних систем нафтопереробного заводу, заснований на коротких моделях для проектування ректифікаційних колон і теплообмінних мереж. Також запропоновано автоматизовану систему для контролю процесу перегонки нафти. Основні продукти фракційної перегонки нафти в промисловості включають наступне (рис. 1.3.): 1. Рідкий нафтовий газ (LPG) має від 1 до 5 атомів вуглецю і температуру кипіння до 20 °C. Більшість зріджених газів складають пропан і бутан, які мають відповідно 3 та 4 атоми вуглецю та температури кипіння -42 °C і -1 °C. Цей продукт зазвичай використовується як побутовий газ, газ для кемпінгу, паливо для транспортних засобів та сировина для нафтохімічних процесів. 2. Нафта, або нафта повного діапазону, є фракцією з температурами кипіння від 30°C до 200°C та молекулами, які зазвичай мають від 5 до 12 атомів вуглецю. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 10 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Ця фракція зазвичай становить 15–30% обсягу сирової нафти. Вона використовується в основному як сировина для інших процесів, зокрема: • в нафтопереробних заводах для виробництва придатків до високооктанового бензину; • як розріджувач для транспортування дуже важкої нафти; • як сировина для виробництва нафтохімічних олефінів; • як сировина для багатьох інших хімічних речовин; • як розчинник при очищенні. 3. Бензин має кількість вуглецю переважно від 4 до 12 і температуру кипіння до 120°C. Його основне використання полягає в якості палива для двигунів внутрішнього згоряння. Спочатку цю фракцію можна було продавати безпосередньо як бензин для автомобілів, але сучасні двигуни вимагають більш точного складу палива. Тому менше 20% бензину на насосі становить фракція "циркового" бензину. Для задоволення попиту необхідні додаткові джерела, а для контролю таких параметрів, як октанове число і летючість, потрібні домішки. Також можуть бути додані інші джерела, такі як біоетанол, в кількості приблизно до 5%. Риcунoк 1.3 – Бaзoвa cхeмa пeрeгoнки нaфти Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 11 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Гас має основні числа атомів вуглецю від 6 до 16 (діапазон від 6 до 16) при температурі кипіння від 150°C до 275°C. Його основне використання в якості авіаційного палива, де найвідоміша суміш – Jet A-1. Також гас використовують для освітлення (парагінові лампи) та опалення. Дизельне паливо, або нафтодизель, використовується для дизельних двигунів автомобілів, вантажівок, кораблів, поїздів і комунальних машин. Воно має діапазон чисел вуглецю від 8 до 21 (головним чином 16-20) і є фракцією, яка кипить від 200°C до 350°C. Білі та чорні олії: вищезазначені продукти часто називають білими маслами, а фракції, як правило, доступні з атмосферної дистиляційної колони. Фракція, що залишилася нижче, – чорні нафти, які необхідно додатково відокремити шляхом вакуумної перегонки через обмеження температури нагріву сирих сировин до не вище 370-380°C. Це дозволяє легшим фракціям випаровуватися при нижчих температурах, ніж при атмосферній перегонці, уникнувши перегріву. Мастильні масла або мастило на мінеральній основі (на відміну від синтетичних мастил) утворюють основу для змащення восків і поліролів. Вони зазвичай містять 90% сировини з числом вуглецю від 15 до 50 і фракції, що киплять при 300-600°C. 10% додатки використовуються для контролю властивостей мастила, таких як в'язкість. Мазути – це загальний термін, що охоплює широкий спектр палив, який також включає гас і дизельне паливо, а також мазут і бункер, який виробляється в нижньому кінці колони перед залишками бітуму та коксу. Мазут оцінюється за шкалою від 1 до 6, де 1 і 2 класи подібні до гасу та дизельного палива, 3 більше використовуються рідко. 4-6 – важке паливо, яке також називають бункером A, B і C, де B і C мають дуже високу в'язкість при нормальних температурах навколишнього середовища і вимагають попереднього нагріву приблизно до 100 °C і 120 °C відповідно, перш ніж витікає достатньо для використання в двигуні або пальнику. Мазут 4 класу не потребує попереднього розігріву і іноді змішується з продуктами, що не відповідають вимогам, наприклад, залишками бака та Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 12 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата поверхневою рідиною з багатофазних трубопроводів або з мазутом 2 класу для досягнення досить низької в'язкості при температурі навколишнього середовища. Мазут 6 є найнижчим сортом, його специфікація також допускає 2% води і 0,5% мінерального ґрунту і споживається майже виключно великими суднами в міжнародних водах, де забруднювачі, такі як сірка, менше регулюються. Бітум та інші залишки, такі як кокс і смола, мають число вуглецю вище 70 і температури кипіння вище 525 °C. Кокс з низьким вмістом сірки може бути використаний для анодів у металургійній промисловості (алюміній і сталь) після обробки (випалювання). Решта є проблемним паливом через високий вміст сірки та навіть більші викиди CO2, ніж вугілля (зазвичай на 15% вище). Бітум у вигляді асфальту, що википає вище 525 °C, використовується для покрівлі та вимощення доріг. Асфальтобетонний тротуарний матеріал зазвичай складається з 5% асфальту/бітуму і 95% каменю, піску та гравію (заповнювачів). Модернізація та вдосконалені процеси. Склад нафтопереробного заводу відрізняється від заводу, що знаходиться вище за течією, тим, що загальна ділянка поділена на типи процесів або "блоки". Процеси нафтопереробного заводу, як правило, ліцензовані, і для будівництва та експлуатації одного з них потрібна ліцензія. Кожна ліцензія буде однаковою, але збільшена для забезпечення переробної потужності в тоннах на день. Повне пояснення цих процесів виходить за рамки цієї книги, але неповний опис наведено нижче. На рис. 1.4 представлена більш детальна технологічна схема фактичного сучасного НПЗ. Це показує ступінь обробки, яка відбувається після початкової фракційної перегонки, для покращення виходу палива та функціональних властивостей, а також пояснення того, чому сучасний бензин на насосі містить менше 20% сирового бензину прямо з колони. Також можуть бути включені додаткові процеси, наприклад, для попередньої обробки сирої сировини, щоб мати можливість отримати нафту нижчої якості з меншою обробкою на місці виробництва. Більшість цих реакцій відбуваються при підвищеній температурі та тиску над каталізатором, таким як платина або реній або Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 13 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата іноді залізо, і потребують точного контролю для оптимальної пропускної здатності. Було включено кілька технологічних діаграм процесів, щоб показати складність цих процесів у порівнянні з відносною простотою багатьох процесів на початку. Риcунoк 1.4 – Блoк-cхeмa прoцecу нaфтoпeрeрoбки Атмосферна перегонка - це вже описана установка фракційної перегонки. У реальних конструкціях вона поєднується з вакуумною перегонкою. Сирої не можна нагрівати до температури вище 370-380 °C. Його часто називають установкою для перегонки сирої нафти (CDU). Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 14 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Вакуумна дистиляційна установка (VDU) додатково переганяє мазути в мазут, залишковий бітум і кокс, щоб уникнути перегріву сирої сировини та отримати додатковий цінний продукт, який можна було б модернізувати. Гідроочистка нафти: у вуглеводневій суміші присутні різні сполуки сірки, і якщо вони спалюються разом з іншими вуглецевими сполуками, це спричинить викиди сірки. Гідроочищувач використовує водень для видалення деяких з цих сполук. Дослідження щодо модернізації дистиляційних систем нафтопереробних заводів проводили різні дослідники. Перші дослідження були спрямовані на пропозицію модифікацій дистиляційної колони та мережі теплообмінників з метою зменшення споживання енергії. Зіттіг [1] пропонував встановлення нових внутрішніх пристроїв з більшою ефективністю для підвищення ефективності дистиляційної системи та рекомендував використовувати проміжні ребойлери. Беннон і Марпл [2] запропонували інші модифікації колони, такі як установка насосів. Додавання барабанів попереднього спалаху та колон попереднього фракціонування може зекономити енергію [3], а також додавання насосів і зниження робочого тиску [4]. Багато дослідників [наприклад, 5-7] керувалися принципами пінч-аналізу для визначення модифікацій ректифікаційних колон з метою зниження споживання енергії та підвищення продуктивності системи. Лібманн [8] запропонував двоетапний підхід для підвищення продуктивності дистиляційної колони нафтопереробного заводу, заснований на висновках, отриманих з аналізу пінч. Багаєвич [9] запропонував підхід до оптимізації існуючих ректифікаційних колон на НПЗ, заснований на принципах пінч-аналізу та суворого моделювання на основі моделі. Суфаніт [10] розробив комплексний підхід до проектування системи перегонки сирої нафти. Він використовував моделі швидкої дистиляції, аналіз щільки та систему оптимізації, щоб створити енергоефективні конструкції низових колон. Це був перший метод, який систематично дозволив використовувати ступені свободи в конструкції колони, щоб максимізувати енергоефективність процесу перегонки на нафтопереробному заводі. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 15 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Попередні підходи не розглядали існуючу дистиляційну колону з деталями її існуючої мережі теплообмінників одночасно. Більшість методів пропонували модифікації колони, які могли потребувати капітальних вкладень без ефективного повторного використання існуючого обладнання для перегонки. Практичні обмеження, такі як гідравлічні обмеження існуючої дистиляційної колони, не були враховані. Це може призвести до нездійсненних проектів. Крім того, хоча цілі інтеграції тепла, отримані в результаті аналізу, були враховані, деталі системи рекуперації тепла не були достатньо вивчені. Багато підходів використовують жорстке моделювання, що призводить до проблем зі збіжністю, а також вимагає багато часу. Нарешті, методи, розроблені для базового проектування, не можуть бути застосовані безпосередньо до модернізації дистиляційних колон НПЗ. Навпаки, у цій роботі представлено новий підхід, заснований на оптимізації, до модернізації дистиляційних колон НПЗ з метою зниження споживання енергії та експлуатаційних витрат. Цей підхід розглядає дистиляційну колону та пов'язану з нею мережу теплообмінника одночасно. У цьому підході до модернізації враховано гідравлічні обмеження дистиляційних колон. Можуть застосовуватися й інші практичні обмеження, такі як максимальні навантаження. Цей новий підхід дозволяє ефективно оптимізувати дистиляційні системи нафтопереробних заводів з метою зниження споживання енергії та підвищення продуктивності. 1.3 Об’єкт автоматизованого управління Типова трубчаста безперервно діюча установка складається з таких компонентів: трубчастої печі, насоса для нагнітання нафти через печі під високим тиском (1,0 МПа і більше), фракціонувальної колони, куди нагріта нафта подається для подальшого розділення на різні фракції, які забираються з колони на різних рівнях, конденсатора, водовідбірача і пароперегрівача, який використовується для нагрівання пара. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 16 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Залежно від конструкції печей для нагрівання нафти та інших компонентів установки, установки для перегонки нафти можуть бути високопродуктивними та працювати безперервно. Продуктивність ректифікаційних колон у первинній переробці становить від 3 до 9 тисяч тонн нафти на добу, а вакуумних установок у вторинній переробці - від 1,5 до 3 тисяч тонн мазуту на добу. У межах кваліфікаційної роботи будуть розглядатися питання створення автоматичної підсистеми управління для трубчастої печі, яка включатиметься до верхнього рівня системи управління переробкою нафти. Загальна характеристика об’єкта управління Трубчаста піч є спорудою, внутрішній шар якої викладений вогнетривким цеглям. Усередині печі розташована багаторазово вигнута сталева труба, довжина якої може сягати кілометра. Під час роботи заводу, нафта активно переміщується через ці труби з великою швидкістю до двох метрів в секунду завдяки насосу. Мазут, який подається через форсунки, використовується для обігріву печі і спалюється у факелі. Внаслідок цього, нафта у трубопроводі швидко нагрівається до температури 350-370 °C, що призводить до перетворення більш легких компонентів нафти у пару. На нафтопереробному заводі використовуються 10 ректифікаційних колон (і відповідно 7 трубчастих печей) з продуктивністю 700 тонн на добу. Трубчасті нагрівальні печі (ПТНг) (рис. 1.5) складаються з таких елементів: • Камера радіації з радіантним змійовиком і пальниковими пристроями. • Камера конвекції. • Газоходи та димова труба з регулюючими шиберами. Для зменшення втрати тепла в навколишнє середовище, трубчасті нагрівальні печі (ПТНг) обкладаються вогнетривкими та теплоізоляційними матеріалами. Трубчасті нагрівальні печі мають горизонтальне розташування і обладнані навісами для зручності обслуговування пальників та для захисту від зовнішніх погодних умов. Крім того, печі ПТНг комплектуються системами контролю виробничого процесу (КВП), що забезпечують дотримання технологічного режиму роботи обладнання згідно заданих параметрів. Більшість систем автоматизації Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 17 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата побудовані на блоково-функціональному принципі і включають в себе комплекс пристроїв для управління, контролю та сигналізації, розташованих як у контрольно-вимірювальному блоку, так і на технологічній частині обладнання. Це забезпечує надійний контроль рівня концентрації газоповітряного середовища в печі, запобігаючи вибуху або загорянню матеріалів. Рисунок 1.5 – Печі трубчасті нагрівальні горизонтальні Кожна піч також обладнана аварійними блокуваннями, необхідними для запобігання нещасних випадків під час експлуатації. Для полегшення обслуговування та зручності доступу, нагрівальні печі встановлюються з драбинами і майданчиками. ТОВ «УКРНАФТОМАШ EPC» спеціалізується на розробці та виготовленні горизонтальних трубчастих печей ПТНг для пальників будь-якої країни-виробника. Замовнику надається можливість обладнання печей парогенераторами або пароперегрівачами для технологічної водяної пари. Нижче наведено перелік печей, розроблених та виготовлених нашим підприємством. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 18 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата У кваліфікаційній роботі розглядається модернізація трубчастої нагрівальної горизонтальної печі - ПТНг-V-Г-10,5-СД модельного ряду V з газовим пальником і системою допалювання (табл. 1.1). Ця печ має потужність до 10,5 МВт та максимальну продуктивність по сировині 30 тонн на годину. Температура сировини на вході печі становить 160-190 °C, а на виході – 350-360 °C. В рамках модернізації буде вибрано більш сучасне та ефективне обладнання, яке включатиметься до системи управління. Таблиця 1.1 – Печі горизонтальні трубчасті нагрівальні Технічні Модельний ряд характеристики I II III IV V Номінальна теплова до 0,6 0,4…1,0 1,1…2,0 3,2…7,0 6,5…11,5 потужність, МВт Продуктивність по сировині 2 700 5 500 8 400 23 900 33 825 max, кг/год Паливо газ, мазут, газ/мазут Максимальні витрати мазуту, 30-55 80-110 120-160 830 1295 кг/год Температура УВ сировини на 120-180 130-180 160-210 150-180 150-200 вході в піч, °С Температура УВ сировини на 310-340 310-340 320-350 360-430 360-380 виході з печі, °С Габаритні розміри, мм: -довжина 2 000 3 450 5 120 9 110 11 920 -ширина 1 000 2 240 2 220 3 560 45860 -висота 1 500 3 050 2 990 6 525 13 380 -висота з трубою 7 500 8 070 8 000 18 000 18 380 Маса, кг 3 000 7 500 10 500 40 500 100 500 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 19 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.6 – Модельний ряд – печі трубчасті нагрівальні горизонтальні Структура об’єкту управління Система автоматичного управління повинна виконувати такі функції: • підтримувати температуру сировини на виході печі в заданих межах; • захищати піч від підвищення температури сировини понад допустимий рівень. Принцип функціонування об'єкта управління передбачає наявність розробленої підсистеми, яка взаємодіє з автоматизованою підсистемою управління технологічним обладнанням. Ця підсистема складається з різних компонентів, зокрема датчиків температури на вході і виході печі для збирання інформації, еталонів стану обладнання (максимальна температура сировини та уставка температури сировини), системи автоматичного контролю стану обладнання, програми управління, яка генерує керуючі впливи для забезпечення заданої температури сировини, протиаварійного захисту, блока переключення до ручного режиму управління та виконавчих пристроїв, таких як газовий пальник і клапани подачі сировини на вхід та вихід печі. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 20 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Структура системи управління Система управління має наступну структуру. Вона призначена для збору інформації про об'єкт управління і виконує такі основні функції: формування або реєстрація керуючого впливу, який надсилається на об'єкт управління, реєстрація фактичного значення на виході об'єкта, візуалізація отриманих даних та їх подальше представлення у зручному для обробки форматі. Згідно зі специфікаціями та наявним апаратним забезпеченням, підсистема управління температурою сировини включає такі компоненти: нагрівальна піч, яка є об'єктом управління; датчик температури; програмований логічний контролер, що виконує функцію пристрою управління; та газовий пальник. Процес управління відображається та контролюється за допомогою персонального комп'ютера, на якому встановлена SCADA-система. Після проведення аналізу об'єкта управління як об'єкта автоматизації та об'єкта дослідження, ми можемо зробити наступні детальні висновки: 1. Вихідними параметрами об'єкта управління є температура сировини на виході печі та температура сировини на вході печі. Ці параметри є ключовими для ефективного контролю та регулювання процесу нагріву сировини. 2. Об'єктом дослідження в цьому проекті є нагрівальна піч ділянки переробки нафти. Наша мета полягає в розробці підсистеми автоматичного управління температурою сировини на виході печі, щоб забезпечити стабільність і точність контролю цього параметра. 3. Об'єкт управління в цьому проекті відноситься до класу неперервних об'єктів управління. Це означає, що процес нагріву сировини відбувається безперервно і вимагає постійного контролю та регулювання для досягнення бажаної температури. 4. Для аналізу статичних характеристик та динамічних моделей елементів об'єкта управління та оцінки їх адекватності використовуються методи статистичного аналізу даних та методи теорії автоматичного управління. Ці методи дозволяють нам дослідити характеристики системи та забезпечити її ефективне функціонування. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 21 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5. Вхідними параметрами об'єкта управління є сигнали управління для газового пальника, який регулює температуру сировини на виході печі, а також клапани подачі сировини. Ці параметри впливають на процес нагріву і їх правильна настройка дозволяє досягти необхідних значень температури. 6. Предметом дослідження в цьому проекті є підсистема управління температурою сировини. Ми зосереджуємося на вивченні та оптимізації цієї підсистеми, щоб забезпечити стабільність, точність та ефективність управління температурою сировини на виході печі. 7. При створенні імітаційної моделі об'єкта управління ми враховуємо відповідні закономірності. Це дозволяє нам створити віртуальну модель, яка відображає реальну систему та дозволяє проводити різноманітні експерименти і тести без ризику пошкодження фізичного об'єкта. 8. Розробка апаратного забезпечення підсистеми автоматичного управління буде здійснюватися з використанням програмованого логічного контролера. Це дозволить нам реалізувати управління температурою сировини на основі програмного коду, забезпечити точність та швидкість реакції системи на зміни параметрів. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 22 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2 РОЗРОБКА АПАРАТНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ 2.1 Структурні схеми підсистеми управління та інформаційних потоків Дане дослідження фокусується на системі керування трубчастою печчю модельного ряду V PTNg-V-30,0-G-SD з потужністю 10,5 МВт. Ця піч використовується для підігріву нафти, яка поступає до ректифікаційної колони. Продуктивність печі складає 30 тонн на годину, а температура сировини на вході коливається від 160°C до 190°C, а на виході - від 350°C до 360°C. З метою поліпшення надійності роботи, газовий пальник планується замінити новим. Управління об'єктом здійснюється за допомогою сигналів для газового пальника, які регулюють температуру сировини на виході печі, а також клапану подачі сировини до печі та підігрітої сировини до ректифікаційної колони. Вихідними параметрами є температура підігрітої сировини на виході печі та температура сировини на вході печі. Для забезпечення заданих вимог підсистема управління включає датчики температури на вході та на виході печі, датчик температури підігрітої сировини, клапан подачі сировини та підігрітої сировини до ректифікаційної колони. Крім того, у системі присутній пристрій управління та під'єднання до загальної промислової мережі (рис. 2.1). Розроблювана підсистема відповідає вимогам автоматизованого управління технологічним обладнанням та забезпечує контроль температури сировини на виході. До складу підсистеми входять пристрої для збору інформації, такі як датчики температури на вході і виході печі, а також еталони стану обладнання, включаючи максимальну температуру та задану температуру сировини на виході. У системі також присутній автоматичний контроль стану обладнання, програма управління, яка формує керуючі впливи для досягнення заданого рівня температури сировини. Крім того, в системі використовуються захисні механізми, блок переключення в ручний режим управління та виконавчі пристрої, такі як газовий пальник та клапани подачі сировини. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 23 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 2.1 – Структурна схема підсистеми управління На рисунку 2.2 зображено структурну схему інформаційних потоків, яка забезпечує підтримку встановленого рівня температури сировини на виході печі. Ця схема є важливою складовою системи управління процесом переробки нафти. Рисунок 2.2 – Структурна схема інформаційних потоків Отже, згідно з вимогами, розроблювана підсистема представляє собою комплекс апаратно-програмних засобів, який включає датчики температури, об'єкт Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 24 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата управління, пристрій управління та необхідні компоненти. Зокрема, для пристрою управління використовується програмований логічний контролер, а газовий пальник та клапани відповідають за постачання пари. 2.2 Вибір апаратного забезпечення для автоматизованої підсистеми управління Вибір датчиків Головна мета розроблюваної підсистеми полягає у керуванні температурою сировини на виході нагрівальної печі. Відповідно до технологічної карти, температура сировини на виході печі повинна перебувати у діапазоні 350-360°C. Рисунок 2.3 – Датчик ДТС015 Таблиця 2.1 – Технічні характеристики датчика ДТС015 № Найменування параметра Значення 1 Тип НХ: Pt100 2 Діапазон температур, °С ‐60÷600 3 Клас допуску 2 4 Точність, °С ±2.5 / ±0.003t 5 Діапазон сигналу, мА 3÷25 6 Напруга живлення, В 10÷48 7 Потужність споживання, Вт 1,5 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 25 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для вимірювання температури сировини на вході та виході печі було обрано датчик ДТС015, який є термоелектричним перетворювачем з широким діапазоном вимірювання від -50 до 500°C. Цей датчик також оснащений вбудованим перетворювачем напруги, що генерує стандартний струмовий сигнал в діапазоні 4- 20 мА. Технічні характеристики цього датчика наведені у таблиці 2.1. На підставі обраних датчиків та їх технічних характеристик складена таблиця 2.2. Таблиця 2.2 – Датчики Поточна Термоелектри Анал 1 сировинина чний огови ‐50÷500°С ±1.5°С 4÷20 мА 0.1 с 12÷36 В 1 Вт вході перетворювач й Поточна Термоелектри Анал 2 сировини на чний огови ‐50÷500°С ±1.5°С 4÷20 мА 0.1 с 12÷36 В 1 Вт виході перетворювач й Вибір виконавчих пристроїв В зв'язку з автоматизацією печі трубчастої нагрівальної горизонтальної – ПТНг-V-Г-10,5-СД, було прийнято рішення про заміну газового пальника потужністю 22 МВт без оперативного управління на газовий пальник блочного типу з потужністю до 30 МВт з плавним керуванням від програмованого логічного контролера. Промислові газові пальники серії MD-G мікродифузійного типу призначені для ефективного та екологічно чистого спалювання природного газу, пропан- бутанової суміші та інших газів. Вони доступні в 19 типорозмірах з номінальною тепловою потужністю від 0,3 до 75,0 МВт і можуть бути використані на різних типах устаткування, таких як парові та водогрійні котли, печі, теплогенератори та Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 26 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата № Назва параметру Принцип дії Тип Діапазон змінення Точність Значення виходу Період оновлення Напруга живлення Потужність споживання сушильні установки. Газові пальники серії MD-G мають повний набір елементів системи автоматики розпалу, безпеки та регулювання. Для відповідності цим вимогам, обрано газовий пальник MD-G-1250 потужністю 2,0-12,5 МВт, який керується за допомогою інтерфейсу RS-485 з використанням протоколу Modbus RTU. Технічні характеристики пальника наведені в таблиці 2.3. Таблиця 2.3 – Модельний ряд та технічна специфікація пальників мікродифузійного типу серії MD-G Перетин Коефіцієнт Витрата Теплова фронтальної Модель робочого природного потужність, частини пальника регулювання, газу, МВт пальника, не менше м3/год мм х мм MD-G-30 0,06 – 0,3 5 6 – 30 92 х 92 MD-G-50 0,1 – 0,5 5 10 – 50 110 х 110 MD-G-100 0,2 – 1,0 5 20 – 100 156 х 156 MD-G-150 0,3 – 1,5 5 30 – 150 178 х 178 MD-G-200 0,4 – 2,0 5 40 – 200 196 х 196 MD-G-250 0,5 – 2,5 5 50 – 250 212 х 212 MD-G-320 0,6 – 3,2 5 60 – 320 248 х 248 MD-G-400 0,8 – 4,0 5 80 – 400 268 х 268 MD-G-550 1,1 – 5,5 5 110 – 550 300 х 300 MD-G-600 1,2 – 6,0 5 120 – 600 276 х 276 MD-G-820 1,5 – 8,2 5 150 – 820 344 х 344 MD-G-1250 2,0 – 12,5 6 200 – 1250 400 х 400 MD-G-1600 2,5 – 16,0 6 250 – 1600 444 х 444 MD-G-2000 3,0 – 20,0 6 300 – 2000 504 х 504 MD-G-2500 4,0 – 25,0 6 400 – 2500 548 х 548 MD-G-3200 4,5 – 32,0 7 450 – 3200 590 х 590 MD-G-4200 6,0 – 42,0 7 600 – 4200 670 х 670 MD-G-5500 7,5 – 55,0 7 750 – 5500 764 х 764 MD-G-7500 9,0 – 75,0 8 900 – 7500 900 х 900 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 27 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 2.4 – Газовий пальник MD-G-1250 Для автоматичного регулювання подачі сировини необхідно замінити ручний клапан на електричний клапан. Електричний клапан повинен мати робочий тиск не менше 1,5 МПа, витрату 60 м3/год, температуру носія до +400 °C та напругу керування +24 В. Електричні клапани моделей 21W8KB650 виконані у вигляді електромагнітних 2/2-ходових клапанів нормально закритої непрямої дії з пілотним керуванням. Вони застосовуються для автоматичного перекриття потоків рідини, повітря, продуктів переробки нафти та інших рідких і газоподібних середовищ. Клапани мають різні розміри підключення, від G 1/8 до G 3 (DN3 - DN80), і можуть працювати з рідиною до 400 °C, в залежності від матеріалу мембрани або ущільнення. Максимальний тиск перед клапаном може сягати до 150 бар, а клапани доступні у варіантах 2/2 та 3/2 ходових нормально закритих електромагнітних клапанів. Для живлення клапанів можна використовувати різні напруги, такі як 12 В, 24 В, 36 В, 110 В, 220 В постійного струму або 12 В, 24 В, 36 В, 110 В, 220-230 В, 380 В, 50/60 Гц змінного струму. Корпус клапанів виготовляється з різних матеріалів, таких як латунь, нержавіюча сталь AISI 316, Ryton (PPS або сульфід поліфенілена, технополимер), PSU (полисульфон), PA (поліамід) та інші. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 28 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Мембрани, прокладки і ущільнення використовуються з різних матеріалів, таких як NBR (нітрил-бутадієновий каучук), HNBR (гидрірований нітрил-бутадієновий каучук), FKM (фтореластомер, витон), EPDM (етилен-пропіленовий каучук), VMQ (силікон), PTFE (фторопласт, тефлон), RUBY (штучний рубін) та інші. Рекомендується використовувати електромагнітний клапан ODE 21W8KB650 з розміром 2 1/2" нормально закритий. Цей клапан має максимальний тиск 16 МПа, робочий прохід 80 мм, витрату 75 м3/год, температуру носія +400 °C та напругу керування +24 В.Технічні характеристики клапану наведені в таблиці 2.4. Рисунок 2.5 – Клапан ODE 21W8KB650 Таблиця 2.4 – Технічні характеристики клапану ODE 21W8KB650 № Найменування параметра Значення 1 Тип Електромагнітний 2 Підключення DN80 3 Робочий тиск, МПа 20 4 Умовний прохід, мм 90 5 Максимальна витрата, м3/Г 85 6 Температура носія, °С 0÷500 7 Робоча температура, °С -40÷140 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 29 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9 Керуюча напруга, В 36 10 Потужність споживання, Вт 30 Скомпонована таблиця 2.5 на основі обраних актуаторів та їх технічних характеристик. Таблиця 2.5 – Технічні характеристики виконавчих пристроїв Пода ча Електром Дискр вимк. Неліні 2 0÷24 В 0,1 с 36 В 65 Вт сиров агнітний етний /вкл.. йний ини Вихід Електром Дискр вимк. Неліні 2 сиров 0÷24 В 0,1 с 36 В 65 Вт агнітний етний /вкл.. йний ини Вибір пристроїв управління Дотримуючись вимог щодо управління температурою сировини, для пристрою управління було обрано програмований логічний контролер від компанії VIPA - VIPA 214-2BS33. Цей контролер задовольняє необхідні вимоги, включаючи цикл роботи не більше 100 мс для швидкої реакції на зміну температури. Він також має робочу пам'ять обсягом 96 КБайт та програмну пам'ять обсягом 144 КБайт, що достатньо для програми управління. Крім того, контролер має модульну структуру, що дозволяє легко підключати два датчики температури зі струмовим інтерфейсом 4-20 мА та електромагнітний клапан для пари з напругою керування +24 В. Це забезпечує можливість розширення функціоналу в майбутньому. Крім того, інтерфейс RS-485 на Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 30 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата № Назва параметру Принцип дії Тип Діапазон змінення Лінійність Значення входу Період оновлення Напруга живлення Потужність споживання контролері дозволить інтегрувати підсистему управління температурою сировини з системою управління ділянкою дезодорації нафти і керувати газовим пальником. Докладні технічні характеристики контролера VIPA 214-2BS33 (рис. 2.6) наведені у таблиці 2.6. Рисунок 2.6 – Програмований логічний контролер VIPA 214-2B Таблиця 2.6 – Технічні характеристики контролеру VIPA 214-2B № Найменування параметра Значення 1 Тип CPU 214 2 Пам’ять, КБайт 156 3 Робоча пам’ять, КБайт 120 4 Максимальна кількість модулів, штук 64 5 Час виконання команди над бітом, мкс 0,16 6 Час виконання команди над байтом, мкс 0,67 7 Час виконання команди над словом, мкс 1,6 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 31 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Час виконання команди над двійним словом, 8 30,0 мкс 9 RS-485 інтерфейс Присутній 10 Напруга живлення, В 36 11 Споживана потужність, Вт 2,4 Для підключення датчиків температури зі стандартним струмовим сигналом 4-20 мА було вибрано модуль аналогового вводу VIPA 231-1BD40. Цей модуль має чотири аналогові входи для зчитування сигналів (рис. 2.7). Докладні технічні характеристики модуля наведені в таблиці 2.7. Рисунок 2.7 – Загальний вигляд модуля вводу VIPA 231-1BD Таблиця 2.7 – Технічні характеристики модуля аналогового вводу VIPA231-1BD № Найменування параметра Значення 1 Тип SM 231 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 32 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2 Кількість каналів 8 3 Тип каналу Аналоговий 4 Діапазон вхідного сигналу, мА 2÷20 5 Довжина екранованого провідника, м 300 6 Споживана потужність, Вт 0.8 На рисунку 2.8 наведена схема з'єднання датчика температури з модулем аналогового вводу VIPA 231-1BD. Рисунок 2.8 – Схема підключення датчика температури Відповідно до підключення схеми, VIPA 231-1BD40 є модулем аналогового вводу з чотирма незалежними каналами, які можуть бути з'єднані з джерелами струму. Позитивний вихід джерела напруги повинен бути підключений до позитивного входу датчика. Вихід датчика, який функціонує як джерело струму, Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 33 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата повинен бути з'єднаний з відповідним каналом модуля аналогового вводу (канали 2, 4, 6, 8). Земляний вихід модуля аналогового вводу (канали 3, 5, 7, 9) повинен бути підключений до земляного контакту джерела напруги. Для відкриття електромагнітного клапана пари використовується дискретний модуль VIPA 222-1BF00, який зображений на рисунку 2.9. Технічні характеристики цього модуля наведені в таблиці 2.8. Рисунок 2.9 – Модуль дискретного виводу VIPA 222-1BF Таблиця 2.8 – Технічні характеристики модуля дискретного виводу VIPA 222-1BF40 № Найменування параметра Значення 1 Тип SM 22 2 Кількість каналів 10 3 Тип каналу Дискретний 4 Діапазон вихідного сигналу, В 0÷36 5 Максимальний струм вихідного сигналу, А 1,1 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 34 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6 Довжина екранованого провідника, м 800 7 Споживана потужність, Вт 4 На рисунку 2.10 показано схему підключення клапана до модуля дискретного виведення. Відповідно до даної схеми модуль має вісім незалежних каналів, кожен з яких може використовуватися для управління дискретним виконавчим пристроєм з напругою +24 В. Блок живлення підключається до входів 1 та 10 модуля. Відповідний вихід модуля (2-9) з'єднується із входом електромагнітного клапана. Земляний вихід клапана підключається до входу блока живлення. Рисунок 2.10 – Схема підключення клапану Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 35 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для зв'язку програмованого логічного контролера з газовим палітром використовується RS-485 інтерфейс. Схема підключення цього інтерфейсу наведена на рисунку 2.11. Рисунок 2.11 – Схема підключення газового пальника На основі обраного програмованого логічного контролера та його модулів було складено таблицю 2.9. Таблиця 2.9 – Пристрій управління та його модулі Напруга Потужність № Назва модуля Пристрій живлення споживання Центральний процесорний 24 В 5.00 Вт 1 VIPA 214-2BS модуль Газовий пальник MD-G-12500 ~380 В 1.60 кВт Модуль аналогового вводу 24 В 0.60 Вт Датчик температури сировини на 24 В 1.00 Вт 2 VIPA 231-1BD вході печі ДТС015 Датчик температури сировини на 24 В 1.00 Вт виході печі ДТС015 Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 36 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Модуль дискретного виводу 24 В 2.00 Вт Клапан сировини на вході печі 24 В 55.00 Вт 3 VIPA 222-1BF ODE 21W8KB650 2 1/2" НЗ Клапан сировини на виході печі 24 В 55.00 Вт ODE 21W8KB650 2 1/2" НЗ Вибір джерел живлення Програмований логічний контролер та його модулі працюють при напрузі живлення +24 В. Загальна потужність споживання програмованого логічного контролера та його модулів обчислюється за формулою: P = 5.00 + 0.60 + 2.00 = 7.60 Вт. Враховуючи споживану потужність контролера та його модулів, для живлення було обрано блок живлення SPD24301 з вихідною напругою +24 В та потужністю 30 Вт (рис. 2.12). Технічні характеристики блока живлення наведені в таблиці 2.9. Рисунок 2.12 – Блок живлення LRS-150-MEANWELL Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 37 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Таблиця 2.10 – Технічні характеристики блока живлення LRS-150-MEANWELL № Найменування параметра Значення 1 Напруга живлення, В ~80÷~270 2 Вихідна напруга, В 36 3 Потужність, Вт 160 4 Максимальний вихідний струм, А 5,2 Схема підключення програмованого логічного контролера до блока живлення наведена на рис. 2.13. Після аналізу обраного обладнання, можна зробити висновок, що зовнішній блок живлення необхідний для датчиків температури та електромагнітного клапана, які працюють при напрузі живлення +24 В та споживають наступну потужність: P = 1.00 + 1.00 + 55.00 + 55.00 = 112.00 Вт. Враховуючи споживану потужність датчиків та виконавчого пристрою, для живлення їх було обрано такий самий блок живлення, як і для програмованого логічного контролера - SPD24301 з потужністю 30 Вт та вихідною напругою +24 В. Рисунок 2.13 – Схема підключення логічного контролера до блока живлення Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 38 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Газовий пальник не вимагає окремого блока живлення, оскільки він живиться від трифазної мережі з напругою ~400 В. 2.3 Розробка функціональної схеми автоматизації та електричної принципової схеми На основі вимог до системи керування температурою сировини на виході печі та обраного апаратного забезпечення розроблено функціональну схему автоматизації, зображену на рисунку 2.14. У цій схемі як пристрій управління використовується програмований логічний контролер моделі UY 5 - VIPA 214-2BS33. Даний контролер підключається до системи керування ділянкою дезодорації нафти, де використовується контролер вищого рівня моделі UY 6 і зв'язок між ними реалізований через інтерфейс RS-485. Рисунок 2.14 – Функціональна схема автоматизації підсистеми управління Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 39 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для вимірювання температури сировини на виході печі використовується датчик температури моделі TE 2-1 – ДТС015, а отримане значення перетворюється на стандартний струмовий сигнал 4÷20 мА за допомогою вбудованого перетворювача моделі TT 2-2 – ДТС015. Також для вимірювання температури сировини на вході печі використовується датчик температури моделі TE 4-1 – ДТС015 і отримане значення також перетворюється в стандартний струмовий сигнал 4÷20 мА за допомогою вбудованого перетворювача моделі TT 4-2 – ДТС015. На основі вимірювання температури програмований логічний контролер UY 5 - VIPA 214-2BS33 генерує керуючий сигнал, який передається через інтерфейс RS- 485 газовому пальнику TC 1-2 - MD-G-1250. Цей сигнал використовується для регулювання теплового впливу на сировину, що виходить із печі. Якщо температура сировини на виході печі перевищує 400 °C, то клапан NS 3-2 - ODE 21W8KB650 2 1/2" НЗ закривається, запобігаючи потраплянню сировини в колону ректифікації. Аналогічно, якщо температура сировини на виході печі перевищує 400 °C, то клапан NS 5-2 - ODE 21W8KB650 2 1/2" НЗ закривається, запобігаючи потраплянню сировини в печі. Рисунок 2.15 – Схема електрична принципова підсистеми управління Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 40 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата У разі перевищення температури сировини на виході печі 400 °C, програмований логічний контролер UY 5 - VIPA 214-2BS33 формує керуючий сигнал, що передається через інтерфейс RS-485 газовому пальнику TC 1-2 - MD-G- 3200, що призводить до зупинки нагрівання печі. На основі принципової електричної схеми, що зображена на рисунку 2.15, було розроблено схему підсистеми управління температурою сировини на виході печі, з використанням відповідного апаратного забезпечення. Для забезпечення живлення використовуються два блоки живлення. Блок живлення LRS-150-MEANWELL (позначений як G1) підключений до програмованого логічного контролера VIPA 214-2BS (позначений як A1). Також блок живлення LRS-150-24 MEANWELL (позначений як G2) забезпечує живлення модуля дискретного виводу VIPA 222-1BF (позначений як A1 - X5) та датчиків температури сировини на вході та виході печі (позначені як BK1 - ДТС015 та BK2 - ДТС015 відповідно). Зв'язок між програмованим логічним контролером VIPA 214-2BS33 (позначений як A1) та системою управління лінією дезодорації (позначено як A3) реалізований за допомогою інтерфейсу RS-485 (позначений як A1-X2). Зв'язок між контролером та газовим пальником MD-G-1250 (позначений як A2) також використовує інтерфейс RS-485. Газовий пальник живиться від трифазної мережі. Для вимірювання температури на виході печі використовується датчик ДТС015 (позначений як BK1), який підключений до модуля аналогового вводу VIPA 231-1BD40 (позначений як A1 - X4) до каналу 0 з використанням стандартного струмового сигналу 4-20 мА. Для вимірювання температури на вході печі використовується датчик ДТС015 (позначений як BK2), який підключений до модуля аналогового вводу VIPA 231- 1BD40 (позначений як A1 - X4) до каналу 1 з використанням стандартного струмового сигналу 4-20 мА. Управління клапаном сировини на виході печі (позначений як YA1 - ODE 21W8KB650) здійснюється за допомогою модуля дискретного виводу VIPA 222- 1BF00 (позначений як A1-X5). При наявності напруги +24 В на вході клапану, він Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 41 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата відкривається, а при відключенні напруги автоматично повертається до закритого стану. Управління клапаном сировини на вході печі (позначений як YA2 - ODE 21W8KB650) також здійснюється за допомогою модуля дискретного виводу VIPA 222-1BF (позначений як A1 - X5). При наявності напруги +24 В на вході клапану, він відкривається, а при відключенні напруги автоматично повертається до закритого стану. В даному випадку було обрано апаратно-програмні засоби для створення підсистеми управління. Крім того, було розроблено функціональну схему автоматизації та принципову схему підсистеми управління. Ця підсистема управління включає в себе процес підігріву сировини в трубчастій нагрівальній горизонтальній печі, який позначається як ПТНг-V-Г-12,5- СД. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 42 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3 РЕАЛІЗАЦІЯ МОДЕЛІ ОБ’ЄКТА АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ 3.1 Розробка структурної схеми інформаційних потоків автоматизованої системи Представлена система дослідження призначена для збору інформації про об'єкт управління. Основними функціями цієї системи є формування або реєстрація керуючого впливу, що надходить до об'єкта управління, реєстрація фактичного значення на виході об'єкта, візуалізація отриманих даних та подальша обробка цих даних. У відповідності до завдання та розробленого апаратного забезпечення підсистеми, до контуру управління температурою сировини об'єктом управління є піч для підігріву сировини на ділянці переробки нафти. Для забезпечення контролю над температурою використовується термоелектричний перетворювач, який має діапазон вимірювання від -40 до 500 °C зі струмовим сигналом від 4 до 20 мА. Управління здійснюється за допомогою програмованого логічного контролера VIPA 214-2BS33, а підключений до контролера газовий пальник MD-G-1250 через інтерфейс RS-485. Газовий пальник має широкий діапазон потужності від 2,0 до 12,5 МВт (16,0 до 100 %). Візуалізація процесу управління здійснюється за допомогою персонального комп'ютера, на якому встановлена SCADA система zenon. Крім функцій управління, така підсистема дозволяє проводити дослідження об'єкта, для чого використовується спеціальне дослідницьке програмне забезпечення. На основі цього розроблена структурна схема інформаційних потоків дослідницької системи, яка наведена на рис. 3.1. Згідно з цією схемою, система дослідження може формувати керуючий сигнал, який визначає потужність пальника в діапазоні від вимкнено до 7,0 до 100 %. Це дозволяє нагрівати пару, що використовується для підігріву сировини в печі. Температура сировини вимірюється за допомогою відповідного датчика з діапазоном -40 до 500 °C. Програмований логічний контролер передає створений керуючий сигнал через інтерфейс RS-485 до пальника і отримує значення температури сировини з датчика температури. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 43 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Зв'язок між програмованим логічним контролером та персональним комп'ютером зі SCADA системою zenon також здійснюється за допомогою інтерфейсу RS-485. Рисунок 3.1 – Структурна схема інформаційних потоків дослідницької системи Важливою особливістю управління нагрівом сировини є те, що газовий пальник має мінімальну потужність, яка становить 16,0% від його максимальної потужності. Це означає, що перед початком вимірювання температури сировини, необхідно забезпечити, щоб пальник працював на мінімальній потужності. Процес вимірювання температури повинен розпочинатися з моменту, коли температура сировини досягне усталеного значення при роботі пальника на мінімальній потужності, яка становить 16,0%. Це означає, що перед вимірюванням необхідно забезпечити стабільну температуру сировини при мінімальній потужності пальника, а потім починати збирати дані про температуру для подальшого аналізу та контролю процесу нагріву. Це важливо, оскільки установлення усталеної температури при мінімальній потужності пальника дозволяє забезпечити однакові початкові умови для кожного вимірювання та зберегти стабільність процесу управління нагрівом сировини. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 44 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Система дослідження дозволяє формувати різноманітні керуючі впливи та подавати їх на газовий пальник. При цьому об'єкт управління не накладає обмежень на керуючий вплив, що дозволяє досліджувати його за допомогою методу активного експерименту. Для ідентифікації об'єкта управління методом активного експерименту потрібно отримати його динамічну характеристику, дані для побудови статичної характеристики, характеристику при П-образному керуючому впливі та перевірочні дані. Для досягнення цих цілей розроблено план експерименту. Для налаштування системи дослідження проведіть наступні кроки: 1. Приведіть об'єкт управління до початкових умов, встановивши потужність пальника на 16% (2,0 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 2. Запустіть процес реєстрації. 3. Встановіть потужність пальника на 100% (10,5 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 4. Зупиніть процес реєстрації. Це дозволить отримати дані для побудови динамічної характеристики. Для отримання даних для побудови статичної характеристики виконайте такі дії: 1. Приведіть об'єкт управління до початкових умов, встановивши потужність пальника на 16% (2,0 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 2. Запустіть процес реєстрації на чотирьох однакових інтервалах часу, збільшуючи потужність пальника на (100-16)/4=21% або 2,205 МВт. 3. Задайте потужність пальника на 37% (3,885 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 4. Задайте потужність пальника на 58% (6,09 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 5. Задайте потужність пальника на 79% (8,295 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 6. Задайте потужність пальника на 100% (10,5 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 45 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7. Зупиніть процес реєстрації. Для отримання даних при П-образному впливі виконайте наступні кроки: 1. Приведіть об'єкт управління до початкових умов, встановивши потужність пальника на 16% (2,0 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 2. Запустіть процес реєстрації. 3. Задайте потужність пальника на 100% (10,5 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 4. Задайте потужність пальника на 16% (2,0 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 5. Зупиніть процес реєстрації. Для отримання перевірочних даних виконайте такі кроки: 1. Приведіть об'єкт управління до початкових умов, встановивши потужність пальника на 16% (2,0 МВт) та зачекайте досягнення усталеного режиму. 2. Налаштуйте псевдовипадковий вплив таким чином, щоб період зміни впливу був у десять разів менший за час перехідного процесу, а амплітуда впливу змінювалася в діапазоні 16÷100% (2,0…10,5 МВт). 3. Запустіть процес реєстрації. 4. Запустіть формування псевдовипадкового впливу. 5. Здійснюйте реєстрацію протягом часу п'яти перехідних процесів. 6. Зупиніть процес реєстрації. На першому етапі експерименту систему дослідження було налаштовано для забезпечення можливості керування впливом в діапазоні від 16% до 100% (від 2,0 до 10,5 МВт) і зміни температури сировини на виході печі нагріву в діапазоні від 55°C до 360°C. На другому етапі було отримано динамічну характеристику об'єкта управління. Спочатку газовий пальник було налаштовано на потужність 16% (2,0 МВт). Після досягнення усталеного режиму вимірювання почалося. Далі, газовий пальник було переведено на максимальну потужність - 100% (10,5 МВт). Після досягнення усталеного режиму збір даних було завершено, що дозволило отримати динамічну характеристику об'єкта управління. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 46 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.2 – Отримання динамічної характеристики На третьому етапі проводилося отримання даних для побудови статичної характеристики. Спочатку газовий пальник було встановлено на потужність 8% (2,56 МВт). Після досягнення усталеного режиму, збір даних розпочався. Далі, газовий пальник було переведено на потужність 31% (9,92 МВт). Після досягнення усталеного режиму, збір даних продовжився. Потім газовий пальник було встановлено на потужність 54% (17,28 МВт). Після досягнення усталеного режиму, збір даних тривав. Після цього газовий пальник було переведено на потужність 77% (24,64 МВт). Після досягнення усталеного режиму, збір даних був продовжений. Нарешті, газовий пальник було встановлено на максимальну потужність 100% (32,0 МВт). Після досягнення усталеного режиму, збір даних був завершений. Експеримент на цьому етапі було завершено. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 47 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата На четвертому етапі проводилося отримання даних для П-образного керуючого впливу. Газовий пальник було спочатку встановлено на потужність 16% (2,0 МВт). Після досягнення усталеного режиму, потужність було збільшено до максимальної - 100% (10,5 МВт). Після досягнення усталеного режиму, потужність було знову знижено до 16% (2,0 МВт). Після досягнення усталеного режиму, експеримент на цьому етапі було завершено. На п'ятому етапі проводилося отримання перевірочних даних. Для цього було налаштовано період псевдовипадкового впливу тривалістю 3 000 секунд, а реєстрація даних відбувалася протягом 300 000 секунд. 3.2 Ідентифікація даних та обробка результатів Дані, які були отримані в SCADA системі імпортували до математичного пакета MATLAB для здійснення подальшої обробки (рис. 3.3). Рисунок 3.3 – Імпортовані данні Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 48 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для зберігання даних динамічної характеристики використовуються дві змінні: "Dynamic_Power" (динаміка потужності) і "Dynamic_Temperature" (динаміка температури). Для побудови статичної характеристики використовуються дані змінних "Static_Power" (статична потужність) і "Static_Temperature" (статична температура). Отримані дані при П-образному керуючому впливі зберігаються у змінних "P_Power" (П-образна потужність) і "P_Temperature" (П-образна температура). Перевірочні дані мають назви "Check_Power" (перевірочна потужність) і "Check_Temperature" (перевірочна температура). Суфікс "_Power" вказує на керуючий вплив, а суфікс "_Temperature" вказує на дійсне значення температури. Дані температури сировини на виході печі, отримані при П-образному керуючому впливі, були розділені на дві змінні. У змінну "P_First" (П-образна перша) включені дані етапу підйому дійсного значення температури з 16% (2,0 МВт) до 100% (12,5 МВт). У змінну "P_Second" (П-образна друга) включені дані етапу спаду дійсного значення температури з 12,5 МВт до 2,0 МВт. Рисунок 3.4 – Отримана динамічна характеристика Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 49 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для оцінки структури моделі об'єкта управління проаналізуємо його динамічну характеристику (рис. 3.4). Після подачі керуючого впливу, спостерігається миттєва зміна температури, що свідчить про відсутність запізнення в об'єкті. Крім того, на динамічній характеристиці можна побачити відсутність інерції, монотонний характер перехідного процесу та два перегини. З урахуванням цих фактів, можна припустити, що модель об'єкта управління може бути представлена у вигляді аперіодичної ланки другого порядку без запізнення. Статична характеристика об'єкта управління проявляє лінійну залежність. З цього можна зробити висновок, що об'єкт управління також є лінійним у діапазоні потужності від 16% до 100% (2,0...12,5 МВт). Далі розглянемо характеристику при П-образному керуючому впливі (рис. 3.5). Підвищення потужності газового пальника від 16% до 100% (2,0...12,5 МВт) призводить до відповідного збільшення температури нафти, а зниження потужності від 100% до 16% (12,5...2,0 МВт) - до відповідного зниження температури нафти. З цього можна зробити висновок, що об'єкт не має інтегруючих властивостей і є об'єктом з самовирівнюванням. Рисунок 3.5 – Характеристика при П-образному керуючому Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 50 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Різниця стандартних відхилень між етапом підйому і етапом спаду, відносно діапазону зміни температури сировини на виході печі (305,0 °C), становить 0,05%, що значно менше, ніж технічна похибка 10%. З цього можна зробити висновок, що об'єкт управління є симетричним. На основі проведеного аналізу експериментальних даних можна стверджувати, що об'єкт управління може бути представлений у вигляді аперіодичної ланки другого порядку без запізнення. 3.3 Розробка моделі об’єкта управління в Simulink На основі отриманих результатів ідентифікації була розроблена модель об'єкта управління у графічному середовищі імітаційного моделювання Simulink (рис. 3.6) у формі передавальної функції. Рисунок 3.6 – Модель автоматизованого управління в середовищі Simulink Під час аналізу динамічної характеристики було встановлено, що об'єкт управління є лінійним. Згідно з його статичною характеристикою, був розрахований Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 51 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата коефіцієнт підсилення. Далі параметри об'єкта управління були визначені за допомогою "System Identification Toolbox". Динамічні дані "Dynamic" використовувалися як робочі дані, а перевірочні дані "Check" використовувалися для оцінки відповідності моделі об'єкта управління, оскільки ці дані не використовувалися раніше під час ідентифікації. Для визначення параметрів моделі об'єкта управління використаний метод "Process Models". Отримана модель "Р2" відповідає параметрам об'єкта управління на рівні 98.08% за нормованим середньоквадратичним відхиленням. З цього можна зробити висновок, що обрані параметри моделі "Р2" є відповідними для створення моделі об'єкта управління. Рисунок 3.7 – Результати моделювання з використання перевірочних даних Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 52 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Результати моделювання об'єкта управління з використанням перевірочних даних наведені на рис. 3.7. Отримана модель у формі передавальної функції ідентична моделі, отриманій за допомогою програмного забезпечення "System identification toolbox". Крім того, результати моделювання практично збігаються з перевірочними даними. Таким чином, модель у формі передавальної функції може бути використана замість моделі, отриманої під час параметричної ідентифікації. Рисунок 3.8 – Остаточна модель об’єкта управління Було проведено аналіз адекватності моделі об'єкта управління на основі результатів моделювання та перевірочних даних з використанням методу нормованого середньоквадратичного відхилення. Відповідно до отриманих результатів, модель відповідає об'єкту управління на рівні 98.08%. Це підтверджує її адекватність і дозволяє використовувати її для подальшого моделювання об'єкта управління у майбутніх дослідженнях. Остаточна модель об'єкта управління наведена на рис. 3.8, а результати моделювання представлені на рис. 3.9. Внесення вдосконалень та оптимізація системи рекуперативного підігрівання нафти можуть значно знизити витрати енергії. Ступінь підігрівання нафти обмежується температурою і обсягом теплових потоків, і в теорії можна відновити певну кількість тепла. Оптимізація системи теплообміну дозволяє підвищити максимальну температуру нагрівання до 270 °C. Ця температура практично є межею для нагрівання нафти в системі рекуперації. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 53 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для забезпечення оптимального режиму роботи системи підігрівання нафти була розроблена система управління комплексом теплообмінних пристроїв. Ця система контролює температуру блоку десалінації, забезпечує мінімально допустиму швидкість потоку нафти в кожному теплообміннику та максимально можливу температуру нагрівання нафти при поступовому забрудненні теплообмінників. При цьому всі параметри підтримуються в межах допустимих значень. Робота системи управління базується на спрощеній, але ефективній моделі об'єкта, використанні мікропроцесорної техніки та ієрархічного управління. Рисунок 3.9 – Результати моделювання Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 54 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Основним шляхом зниження енергозатрат при первинній перегонці нафти є розробка високоефективних технологічних схем. На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що модель відповідає об'єкту керування і може бути використана для подальшої розробки системи керування. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 55 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВИСНОВКИ Енергетичне використання нафти є домінуючим у всьому світі, і вона складає понад 46% світового енергобалансу. Проте, останнім часом продукти переробки нафти все більше знаходять застосування як сировина в хімічній промисловості. Приблизно 8% нафти використовується як сировина в сучасній хімії. Наприклад, етиловий спирт знаходить застосування в близько 50 галузях виробництва. У хімічній промисловості сажа використовується для вогнестійких обкладань в печах, у харчовій промисловості - для поліетиленових упаковок, харчових кислот, консервуючих засобів, парафіну, білково-вітамінних концентратів та інших продуктів. Похідні переробки нафти знаходять широке застосування у фармацевтичній, парфумерній, деревообробній, текстильній, шкіряно-взуттєвій та будівельній промисловості. Об'єктом управління в даному випадку є підсистема автоматичного управління печчю трубчастою нагрівальною горизонтальною. Ця підсистема відповідає за регулювання температури сировини, що виходить з печі. Головна мета цього дослідження полягає в розробці моделі для підсистеми автоматичного управління цією конкретною печчю. Актуальність цієї роботи обумовлена необхідністю модернізації системи управління технологічним обладнанням, що використовується для переробки нафтопродуктів. Ця система була введена у використання кінцем минулого століття і вже застаріла з моральної та фізичної точок зору. У ході кваліфікаційної роботи був проведений детальний аналіз технологічного процесу переробки нафти. Згідно вимог до підсистеми управління, було здійснено вибір апаратного забезпечення для розробки автоматизованої підсистеми управління. На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що розроблена модель відповідає характеристикам об'єкта управління і, отже, може бути використана для подальшої розробки підсистеми управління. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 56 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для подальшого вдосконалення моделі рекомендується провести більш детальний аналіз впливу розбіжностей та модифікувати програмний код з метою досягнення більшої швидкодії та ефективності. Отримана модель може бути використана як основа для розробки програмного забезпечення підсистеми управління. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 57 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Kovaliuk D. O. Development of SCADA System based on Web Technologies. // International Journal of Information Engineering and Electronic Business (IJIEEB). – 2019. 10(2). – Р. 25-32. 2. Manners David. MathWorks updates Simulink and MATLAB families. // Electronics Weekly. Retrieved. – 2020 – Р.125-134. 3. Orazbayev B. Development of mathematical models and optimization of operation modes of the oil heating station of main oil pipelines under conditions of fuzzy initial information // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2021. Vol. 6, № 2. – Р. 108-114. 4. Tasabov N. Introduction: Hybrid intelligent adaptive systems / N. Tasabov // International Journal of Intelligent Systems. – 2018. – V.6. – P. 453-454. 5. Бабіченко А. К. Промислові засоби автоматизації. Ч.1. Вимірювальні пристрої / За заг. ред. Бабіченка А.К.: Навч. посібник. – Харків: НТУ ХПГ, 2021. – 470 с. 6. Бідюк П. І. Комп'ютерні системи підтримки прийняття рішень / П. І. Бідюк, О. П. Гожий, Л. О. Коршевнюк. – Київ, 2021. – 379 c. 7. Бородацький Є. Г. Ефективне використання енергії в насосних установках нафтоперекачувальних станцій // Харків: Енергетика. 2019. № 1. – 526 с. 8. Галіцин В. К. Програмні оболонки і пакети / Галіцин В. К., Сидоренко Ю. Т. – Київ : КНЕУ, 2021. – 212 с. 9. Дуель М. А. Основи побудови АСУ енергоблоками теплових і атомних електростанцій / М. А. Дуель. – Харків: ФОП «Федорко М. Ю.», 2018. – 480 с. 10. Ельперін І. В. Автоматизація виробничих процесів.: Ліра-К, 2018. – 376 с. 11. Кавицький В. С. Технічні засоби автоматизації.: Інфо-Інженерія, 2017. – 932 с. 12. Кватер Т. Нейромережеві інформаційні технології контролю та діагностики динамічних об’єктів в умовах невизначеності / Кватер Тадеуш. – Львів: Видавництво Тараса Сороки, 2020. – 270 с. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 58 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13. Ковалюк Д. О. Інтеграція програмних засобів систем керування. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Київ, 2019. –Том 30 (69) Ч.1 № 1. – С. 56-60. 14. Кулінченко Г. В. Релейний регулятор печі обігріву нафти // International scientific innovations in human life. Proceedings of the 7th International scientific and practical conference. – Manchester, Unit-ed Kingdom: Cognum Publishing House, 2022. – P. 209-217. 15. Ладанюк А. П. Сучасні технології конструювання систем автоматизації складних об’єктів (мережеві структури, адаптація, діагностика та прогнозування).: Ліра-К, 2020. – 312 с. 16. Микитишин А.Г. Телекомунікаційні системи та мережі: навчальний посібник для студентів спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2019 – 384 с. 17. Остапенко Ю. О. Ідентифікація та моделювання технологічних об’єктів керування: Підруник для студентів вищих за напрямом «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – К.: Задруга, 2019. – 424 с. 18. Сидор А. Р. Математичне моделювання параметрів надійності несиметричних розгалужених систем / Сидор А. Р., Береговський В. В. // Вісник Національного університету «Львівська політехніка»: № 771. Комп’ютерні науки та інформаційні технології. – Львів, 2018. – С. 167-173. 19. Синєглазов В. М. Автоматизація технологічних процесів. – Київ, 2019. – 444 с.; 20. Стрілець О. Р. Способи і пристрої керування процесами зміни швидкості.: Рівне. – 2021. – 282 с. 21. Трегуб В. Г. Проектування систем автоматизації: навч. посібник / В. Г. Трегуб. – Київ: Ліра-К, 2019. – 342 с. 22. Тологривов М. М. Інфраструктура і режими експлуатації систем нафтотранспорту: Навчальний посібник. – Одеса: Видавницькій центр ОДАХ, 2019. – 60 с. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 59 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23. Цовел І. М. Імітаційні моделі автоматичних систем регулювання з широтно- імпульсною модуляцією // Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація: Вісник НУ «ЛП». – 2019. – №677. – С.113-121. 24. Шкодзінський О. К. Автоматизація виробничих процесів. Навчальний посібник для технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. – Тернопіль: ТНТУ ім. І.Пулюя, 2019. – 344 c. Лист ЧДТУ.232252.001 ПЗ 60 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата