Репозиторій ЧДТУ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА 
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 
 
 
 
Допущено до захисту 
Завідувач кафедри ПМКТ 
_______ М.О. Бондаренко  
«___» ___________ 2023 р. 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА 
 
на тему «Автоматизація транспортування нафти на базі промислового 
контролера» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи СРС93+ск 
спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології 
освітня програма: Робототехнічні системи та 
автоматизація 
_____ Сиваченко Валентин Русланович  
Керівник       Базіло К.В.  
Рецензент       
 
 
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора. 
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на 
відповідне джерело ___________________________________________________ 
підпис здобувача 
 
 
 
Черкаси – 2023 
Зміст 
 
Стор. 
Технічне завдання………………………………………………..…… 2 
Вступ............................................................................................................ 5 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів..................................................................................   6 
1.1 Інтернет пошук……………………………………………………... 6 
1.2 Склад установки і основних технічних вузлів……………………. 12 
1.3 Приклади автоматизації процесів в нафтогазовій промисловості 14 
2 Обґрунтування технічного завдання...................................................... 21 
3 Розробка структурної та електричної принципової  схеми ………….. 23 
3.1 Розробка функціональної схеми АСУ ТП………………………….. 23 
3.2 Вибір вимірювальних засобів та виконавчих механізмів…………. 27 
3.3 Розробка схеми електричної принципової………………………… 30 
3.4 Розробка схеми з'єднань та підключень…………………………… 32 
4 Розрахунок основних елементів системи …………………………… 35 
4.1 Дослідження та налаштування контуру регулювання……………. 35 
4.2 Функціональна схема контуру регулювання………………………. 35 
4.3 Опис елементів передавальними функціями………………………. 36 
4.4 Структурна схема контуру регулювання…………………………… 39 
4.5 Дослідження контуру регулювання…………………………………. 41 
4.6 Висновки за результатами дослідження…………………………….. 47 
5 Розробка алгоритмів управління………………………………………. 48 
6 Спеціальний розділ…………………………………………………….. 52 
  
  
  
       
      РС93.21050.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підп Дата  
Разроб. Сиваченко В.Р.   Літ. Лист Листів 
Пров. БазілоК.В.   Автоматизація  Т  3  
     транспортуванн  я нафти на 
Н.контр   базі промислового контролера ЧДТУ 
Тичков В.В 
Затв.    Пояснювальна записка  
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки……………………………… 52 
6.2  Охорона праці………………………………………………………. 55 
Висновок…………………………………………………………….……. 67 
Список використаної літератури………………………………………... 68 
Додаток А   Відомість технічного проекту…………….……………….. 70 
Додаток Б    Перелік нормативних документів………………………... 72 
Додаток В    Характеристики вхідних і вихідних сигналів………….....  75 
 
 
 
 
 
 
  
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
4 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Вступ 
 
Атмосферна перегонка нафти - це складний технологічний процес, що 
включає в себе ряд фізичних та хімічних реакцій. Цей процес вимагає точності та 
уваги операторів, які контролюють його параметри та забезпечують безперебійну 
роботу устаткування. Автоматизована система керування процесом атмосферної 
перегонки нафти є інноваційним рішенням, яке дозволяє забезпечити більш 
ефективний та безпечний процес перегонки нафти, а також зменшити ризик 
людських помилок. У цій статті ми розглянемо основні принципи та переваги 
автоматизованої системи керування процесом атмосферної перегонки нафти. 
Однією з головних переваг автоматизованої системи керування процесом 
атмосферної перегонки нафти є можливість точного та швидкого контролю за всіма 
параметрами процесу. Система контролює температуру, тиск, склад та інші 
параметри, що дозволяє операторам швидко виявляти будь-які аномалії та 
здійснювати необхідні корекції. Крім того, автоматизована система забезпечує 
безперебійну роботу устаткування та попереджує виникнення аварійних ситуацій, 
що зменшує ризик виникнення небезпеки для персоналу та довкілля. 
Іншою важливою перевагою автоматизованої системи є зменшення витрат 
на оплату праці операторів. У традиційній системі керування процесом 
атмосферної перегонки нафти необхідна постійна присутність операторів, які 
контролюють процес та здійснюють корекції в разі необхідності. Автоматизована 
система дозволяє значно зменшити кількість необхідних операторів, що значно 
знижує витрати на оплату праці. 
Окрім цього, автоматизована система керування процесом атмосферної 
перегонки нафти є більш екологічно чистим рішенням, оскільки дозволяє 
зменшити викиди в атмосферу токсичних речовин та інших відходів. Крім того, 
автоматизована система дозволяє підвищити продуктивність та якість продукту 
шляхом забезпечення більш точного контролю за процесом. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 5 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Загалом, автоматизована система керування процесом атмосферної 
перегонки нафти є інноваційним та ефективним рішенням, яке дозволяє 
забезпічити більш ефективний та безпечний процес перегонки нафти. Застосування 
автоматизованої системи керування дозволяє зменшити ризик виникнення 
аварійних ситуацій, покращити якість продукту, знизити витрати на оплату праці 
та зменшити вплив на довкілля. 
Однак, впровадження автоматизованої системи керування вимагає великих 
витрат на розробку та встановлення системи. Також необхідно забезпечити 
надійний та безперебійний доступ до інформації, що збирається системою, та 
забезпечити високий рівень кібербезпеки. 
У залежності від конкретних потреб та вимог виробництва, встановлення 
автоматизованої системи керування може бути вигідним рішенням, яке дозволить 
забезпечити більш ефективний та безпечний процес перегонки нафти. 
Метою даного дипломного проекту є розробка системи управління 
перегонкою нафти в ректифікаційних клонах.. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 6 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
1.1 Інтернет пошук 
Варіанти переробки нафти. 
Вибір напряму переробки нафти і відбір продуктів її переробки 
визначаються відповідно до фізико-хімічних властивостей нафти, технічного рівня 
НПЗ і реальних потреб нафтопромислу в товарних нафтопродуктах. Існує три 
основних варіанти переробки масла: 
1) паливо; 
2) паливно-мастильні матеріали; 
3) Нафтохімічний. 
Залежно від вибору палива нафту переважно переробляють на моторне та 
котельне паливо. Варіанти на обробленому паливі відрізняються мінімальною 
технологічністю і невеликими капіталовкладеннями. Розрізняють глибоку обробку 
палива та дрібну обробку палива. Що стосується переробки нафти, вони прагнуть 
виробляти якомога більше преміального автомобільного бензину, зимового та 
літнього дизельного палива та авіаційного палива. Витрата палива котла в цьому 
варіанті зведена до мінімуму. Тому передбачається комплекс технологій вторинної 
переробки для вилучення високоякісного легкого моторного палива з важких 
нафтових фракцій і гудронних залишків. У цьому варіанті використовуються 
каталітичні процеси - каталітичний крекінг, каталітичний риформінг, гідрокрекінг 
і гідроочищення, а також термічні процеси, такі як коксування. У цьому випадку 
очищення заводських газів спрямована на збільшення виробництва бензину 
преміум-класу. У разі неглибокої обробки нафти очікується, що виробництво 
котельного палива буде високим. При паливно-мастильному варіанті переробки 
нафти мастило отримують разом з паливом. Для виробництва мастил зазвичай 
вибирають масла з високим вмістом масляної фракції. У цьому випадку для 
отримання якісного масла необхідна мінімальна кількість технічних установок. 
Переробка нафтової фракції здійснюється шляхом подальшого очищення 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 7 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
білильною глиною. У новітніх технологіях для отримання масла використовується 
процес гідроочищення замість селективного очищення та обробки з використанням 
відбілюючої глини. Таким способом отримують дистиляти (легкої та середньої 
промисловості, автомобілів і тракторів тощо). Видалення залишків масел 
(авіаційних, балонних) з гудрону деасфальтизацією рідким пропаном. Одночасно 
утворюються деасфальтування і асфальтування. Деасфальт переробляється далі, а 
бітум переробляється на пек або кокс. У порівнянні з попередніми варіантами 
нафтохімічний варіант переробки нафти характеризується більш широким 
асортиментом нафтохімічної продукції і, у зв'язку з цим, найбільшою кількістю 
технічних установок і великими капітальними вкладеннями. Нафтопереробні 
заводи, побудовані в останні десятиліття, призначені для нафтохімічної переробки. 
Нафтохімічний варіант переробки нафтопродуктів - це комплекс підприємств, які, 
крім виробництва високоякісних моторних палив і масел, не тільки готують 
сировину для важкого органічного синтезу (олефіни, ароматичні сполуки, н- і 
ізопарафіни та ін.), а й складні фізико-хімічні процеси, пов’язані з багатотонним 
виробництвом азотних добрив, синтетичного каучуку, пластмас, синтетичних 
волокон, миючих засобів, жирних кислот, фенолів, ацетону, спиртів, ефірів та 
багатьох інших хімічних речовин. У цей час з нафти отримували тисячі продуктів. 
Основні категорії: рідке паливо, газоподібне паливо, тверде паливо (нафтовий 
кокс), мастила та спеціальні масла, парафіни та озокерит, бітум, ароматичні 
речовини, сажа, ацетилен, етилен, нафтова кислота та її солі, вищі спирти[1-9]. 
Первинна перегонка нафти, техніка. При первинній переробці нафти поділ 
нафти на фракції відповідно до температури кипіння для подальшої переробки або 
використання в якості товару. Часто здійснюється за атмосферного тиску або у 
вакуумних трубках, часто з використанням обладнання для знесолення нафти або 
обладнання для вторинної перегонки бензину: 
1) Вуглеводневі гази відбираються з заводу в газоподібному та рідкому стані 
("стабілізований напір") і направляються на подальшу переробку на 
газофракційних установках, де використовуються як паливо для печей 
нафтопереробних заводів. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 8 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
(2) Бензинова фракція: википає при 50-180°C і використовується як 
компонент товарного бензину, а також як сировина для установок каталітичного 
риформінгу та піролізу, де піддається вторинній перегонці для отримання тонкої 
фракції. 
(3) Гасові фракції (температура кипіння 120-315°C) використовуються як 
паливо для реактивних літаків і карбюраторних двигунів тракторів, для освітлення 
і як сировина для установок гідроочищення. 
(4) Дизельні фракції (атмосферний газойль) википають при 180-360°C і 
використовуються як паливо для дизельних двигунів та як сировина для установок 
гідроочищення. 
5) Мазут - залишок атмосферної перегонки, що википає вище 350°C, 
використовується як котельне паливо та сировина для установок гідроочищення та 
піролізу. 
6) Дистиляти низького тиску (вакуумні газойлі) - википають при 350 - 500°C 
і використовуються як сировина для каталітичного крекінгу та гідрокрекінгу (на 
нафтопереробних заводах зі схемами переробки нафти виробляється декілька (2-3) 
видів дистилятів низького тиску). 
7) Гудрон - залишок вакуумної перегонки нафти при атмосферному тиску, 
википає при температурі понад 500 °C і використовується як сировина для 
термічного крекінгу, коксування, виробництва бітумів і нафти. 
Переробка вторинних нафтових (нафтових) фракцій - процес 
температурного розділення фракцій, отриманих під час перегонки первинної 
нафти, на більш дрібні фракції для різного використання. Це процес 
температурного розділення фракцій, отриманих під час перегонки первинної 
нафти, на менші частини (фракції) для різних застосувань. На нафтопереробних 
заводах вторинною перегонкою переробляють широкий спектр бензинових і 
дизельних фракцій (в установках адсорбційної витяжки парафіну), нафтових 
фракцій тощо[1-9]. 
При деструктивній переробці нафти отримують різні фракції, які можуть 
бути використані як сировина для виробництва різних хімічних речовин. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 9 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Наприклад, фракція 50-62°C може бути використана для виробництва бензину та 
для ізомеризації, а фракція 140-180°C - як компонент автобензину та гасу. Фракції 
від 62 до 105°C використовуються як сировина для каталітичного риформінгу, на 
основі яких можуть бути вироблені різні хімічні речовини, такі як бензол, толуол 
та ксилоли. В залежності від потреб виробництва, можуть бути використані різні 
типові склади отриманих сумішей фракцій нафти.. 
Таблиця – Типові склади сумішей, одержуваних при деструктивній 
переробці нафт (% мас.) 
 
Таблиця 1.1 – Типові склади сумішей, одержуваних при деструктивній 
переробці нафт (% мас.) 
Продукти перегонки нафти. Установки і режими перегонки. 
Нафта - це природний ресурс, який має велике значення для економіки 
багатьох країн. Одним з основних способів переробки нафти є перегонка, під час 
якої нафту розкладають на різні фракції за допомогою трубчастих установок. 
У процесі перегонки виникає бензин, газ, газойл та мазут. Бензин є однією 
з найбільш важливих фракцій нафти, оскільки він використовується як паливо для 
автомобілів та інших транспортних засобів. Гасова фракція також має свої важливі 
застосування, наприклад, вона використовується для побутового опалення та в 
промисловості. Газойл є основним паливом для великих транспортних засобів та 
суден. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 10 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Трубчасті установки, що використовуються для перегонки нафти, є 
високопродуктивними та безперервнодіючими. У них використовуються 
спеціальні печі, що нагрівають нафту, та інші апарати, які допомагають у 
розділенні нафти на різні фракції. Бензин з газами прямої перегонки відбирається 
у верхній частині колони і спрямовується на охолодження і конденсацію, після чого 
відокремлюється від води та збирається у спеціальних резервуарах. 
Перегонка нафти є складним технологічним процесом, який вимагає високої 
кваліфікації персоналу та використання спеціального обладнання. Однак вона 
дозволяє отримувати різні корисні фракції нафти, які мають велике значення для 
різних галузей промисловості та побутового використаня. 
Є кілька методів перегонки нафти: перегонка з однократним випаром, 
багаторазовим випаром і поступовим випаром. У першому випадку нафту 
нагрівають до певної температури й відбирають всі фракції, що перейшли в парову 
фазу. У другому випадку перегонка виконується з поетапним нагріванням нафти, і 
фракції нафти з відповідною температурою переходу в парову фазу відбираються 
на кожному етапі. Третій метод, поступовий випар, використовують у лабораторній 
практиці для одержання особливо точного розділення великої кількості фракцій. 
Перегонка нафти може бути здійснена на трубчастих установках, які можуть 
перегоняти понад 2000 т нафти на добу. Після перегонки нафти фракції піддаються 
відповідній обробці, такі як очищення, після чого їх можна використовувати як 
товарні види палива і мастил або піддавати вторинній переробці. 
Першу установку для перегонки нафти створили брати Дубиніни у 1823 
році. Справді, з того часу технології переробки нафти значно прогресували, і 
сьогодні нафтопереробні заводи здатні виробляти широкий спектр нафтопродуктів 
з високою точністю та ефективністю. 
Трубчасті установки, які використовуються для перегонки нафти, дійсно 
мають кілька переваг порівняно з кубовими установками. Оскільки трубчасті 
установки мають більшу поверхню контакту між парою і рідиною, вони можуть 
здійснювати перегонку на більш низьких температурах, що зменшує кількість 
термічного розпаду нафтових сполук та покращує якість продуктів перегонки. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 11 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Також, як ви правильно зазначили, нафтопереробні заводи використовують 
трубчасті установки не тільки для першої переробки нафти, але й як постачальників 
сировини для вторинних процесів переробки, таких як термічний та каталітичний 
крекінг та риформінг. 
 
1.2 Склад установки і основних технічних вузлів 
Установка призначена для фракціонування нафти, з метою отримання 
світлих нафтопродуктів. Склад установки[1-9]: 
 колона відбензинювання 
 ємність орошення 
 4 повітряних конденсатора холодильника 
 теплообмінник 
 5 насосів 
Розглянемо технологічний процес атмосферної перегонки нафти: 
Потоки нагрітої знесоленої і збезводненої нафти поступають в 
ректифікаційної колони. Тут відбувається процес ректифікації - це тепло і 
масообмінний процес поділу рідин, що розрізняються по температурі кипіння, за 
рахунок протиточного, багаторазового контактування парів та рідини. У колоні 
через кожну тарілку протитечією проходять 2 потоки[1-9]: 
1. рідина - флегма, що стікає з вище розміщеної на нижню тарілку; 
2. пари, що поступають з нижньої на верхню тарілку; 
Пари і рідина, що надходять на тарілку, не перебувають у стані рівноваги, 
однак, вступаючи в рівновагу прагнуть до цього. Рідкий потік з вище розміщеної 
тарілки надходить у зону більш високої температури, і тому з нього випаровується 
деяку кількість низькокиплячого компоненту, в результаті чого концентрація 
останнього в рідині зменшується. З іншого боку, паровий потік, що надходить з 
нижньої тарілки, потрапляючи в зону більш низької температури, конденсується, і 
частина висококиплячого продукту з цього потоку переходить в рідину. 
Концентрація високо киплячого компоненту в парах таким чином знижується, а 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 12 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
низькокиплячого - підвищується. Фракційний склад парів та рідини по висоті 
колони безперервно змінюється. Частина ректифікаційної колонний, яка 
розташована вище введення сировини, називається концен-траційною, а 
розташована нижче введення - відгонною. В обох частинах колони відбувається 
один і той же процес ректифікації[1-9]. 
Зверху концентраційної частини в паровій фазі виводиться цільовий 
продукт необхідної чистоти - ректифікат, а з нижньої тарілки - рідина, все ще 
достатньою мірою збагачена низькокиплячими компонентами. У відгінній частині 
відбувається відпарювання з цієї рідини легкокипячих фракцій, а з нижньої частини 
колони виводиться висококиплячий продукт - кубовий залишок. 
Таким чином, з верху колони суміш вуглеводневих газів, парів бензину і 
водяної пари відводиться в повітряні конденсатори холодильники ХВК1-ХВК4. 
Тут відбувається конденсація парів, за рахунок повітряного охолодження до 35oС. 
Далі конденсат потрапляє в ємність зрошення. Тут конденсат відстоюється і 
поділяється на бензин і воду. Вода скидається з ємності і виводиться з установки. 
Бензин з ємності зрошення надходить на прийом насосів Н3/1-Н3/2. Частина 
бензину з ємності цими ж насосами подається на верх колони в якості гострого 
зрошення. Інша частина бензину з балансовою температурою, через клапан, 
виводиться з установки, в якості готового продукту. 
Вуглеводневий газ з верху ємності направляється в сепаратор паливного 
газу. У трубопровід на виході з колони, для запобігання хлористоводневої і 
сірководневої корозії устаткування, подаються розчини інгібітора корозії типу 
«Геркулес 1017», в кількості 10г / т нафти і нейтралізатора. 
Для виключення підвищення тиску в колоні і ємності вище максі-мально 
допустимого на них встановлені клапани ручного Управління, для відкриття 
скидання у факельний колектор. 
Відбензинена нафта з низу колони насосами H2/1-H2/2, після попереднього 
нагрівання в теплообміннику, де змішується з нафтою з ректифікаційної колони 
отримання продукту з більш високою температурою кипіння, направляється для 
подальшої переробки. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 13 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Передбачена можливість аварійної відкачки надлишку нафти з колони 
насосами H2/1-H2/2 назад на сировинний парк. 
 
 
1.3 Приклади автоматизації процесів в нафтогазовій промисловості 
АСУ ТП установки переробки високосірчистої нафти (УПВСН) 
Надворнянського товарного парку 
творення АСУ ТП на УПВСН Надворнянського товарного парку було 
важливим кроком у напрямку підвищення ефективності технологічних процесів та 
зниження трудомісткості обслуговуючого персоналу. Головні цілі впровадження 
системи включали отримання реального часу інформації про технологічні процеси, 
впровадження автоматизованих засобів діагностування та попередження аварійних 
ситуацій, контроль стану виконавчих механізмів і допоміжних агрегатів, заміну 
ручного документообігу автоматизованим, а також заміну застарілих засобів КВП 
на сучасніші, що підвищують надійність та точність вимірювань, забезпечують 
зручність в обслуговуванні та знижують трудомісткість управління 
технологічними процесами. Застосування АСУ ТП дозволило підвищити 
продуктивність і ефективність роботи УПВСН та зменшити витрати на 
обслуговування. 
Максимальне використання датчиків та приладів, що вже існують у складі 
установки, дозволяє збільшити кількість зібраних даних та забезпечити їх точність. 
Простота інтеграції системи в ЛВС підприємства стандарту Ethernet забезпечує 
зручність в підключенні та керуванні системою, а також дозволяє забезпечити її 
масштабованість. 
Контролери збору даних і Управління ADAM-5000/TSP фірми Advantech є 
надійними та ефективними засобами збору та обробки даних для АСУ ТП. Вони 
використовують промислову шину Ethernet, яка є стандартом у промисловості та 
дозволяє забезпечити швидку передачу даних між компонентами системи. Модулі 
вводу серії ADAM-5000, які використовуються у системі, мають різні типи входів, 
що дозволяє зібрати різні типи даних від різних датчиків та приладів. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
14 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
У загальному, вибір таких технічних засобів дозволив побудувати 
ефективну та надійну систему АСУ ТП для УПВСН, яка забезпечує отримання в 
режимі реального часу інформації про хід технологічних процесів, автоматизовані 
засоби діагностики та попередження аварій, контроль стану виконавчих 
механізмів, заміну ручного ведення документообігу автоматизованим та заміну 
застарілих засобів КВП на сучасні. 
 
 
Рисунок 1.1 – Структурна схема АСУ ТП УПВСН 
 
Перелік датчиків задіяних в системі представлено в таблиця 1.2. 
За допомогою системи можна отримати інформацію про стан виконавчих 
механізмів, допоміжних агрегатів, рівні рідин у резервуарах, тиск і температуру в 
різних точках системи, а також про хід процесів і навіть можливість передачі даних 
на віддалені пристрої для моніторингу та аналізу. 
Оператори тепер можуть контролювати технологічний процес у режимі 
реального часу, вчасно реагувати на аварійні ситуації і запобігати їх виникненню. 
Дані про стан обладнання і процесу передаються автоматично і в реальному часі в 
центральну систему, що дозволяє операторам зосередитися на вирішенні проблем 
та прийнятті важливих рішень. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
15 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
В результаті впровадження АСУ ТП УПВСН Надворнянського товарного 
парку покращилася якість виробництва і зменшилася кількість відмов обладнання. 
Також знизилась кількість аварійних ситуацій, що дозволило збільшити 
безперебійність виробництва і забезпечити більш ефективне використання 
ресурсів., відслідковувати стан обладнання установки і контролювати значення 
регульованих параметрів. У системі закладені можливості нарощування і швидкої 
інтеграції в корпоративну АСУ ТП всього підприємства[4]. 
АРМ операторів базуються на персональних ЕОМ стандартної ком-
плектаціі під Управлінням Microsoft Windows 2000. Як SCADA-системи 
використовується InTouch версії 7.1 з пакета Wanderware Factory Suite 2000. 
 
Таблиця 1.2 - Задіяні в системі датчики і контрольно-вимірювальні прилади 
Датчик/прилад Кількість Тип вихідного сигналу Задіяний пристрій 
введення сигналів Примітки 
РівнемірУ-1500, одноканальний 12 4...20 мА ADAM-5017 - 
Рівнемір У-1500, двоканальний 5 РЗ-485 Перетворювач ADAM-
4579 - 
Лічильник нафти турбінний НОРД- 6 Імпульсний ADAM-5080 
ЕЗМ - 
Пристрій контролю температури У Використовується адаптер АС-2 для 
КТ-38-В-ОЗ 4 Струмова петля - перетворення струмової петлі в КБ-232 
Датчик температури ТРМ1Б-Щ2-
ТС-І 2 4...20 мА ADAM-5017 - 
0...5 мА + 4 дискретні 
Пристрій багатоканальної (ADAM-5017 + ADAM-
сигнали А0АМ-5017 + 
сигналізації УМС-3 2 5051), контролер Кожен такий пристрій обслуговує по б 
А0АМ-5051 А0АМ-5О00ДСР термоопорів ТСМ 
Датчик тиску Радон РІЦ.1.2 2 4...20 мА ADAM-5017 - 
Термоопір з уніфікованим 
струмовим виходом 4 4...20 мА ADAM-5017 - 
Термопара з уніфікованим 
струмовим виходом 4 4...20 мА ADAM-5017 - 
Датчик перепаду тисків (витрата 2 4...20 мА Контролер ADAM- Загальна кількість таких датчиків з 
газу) 5000/TCP урахуванням тих, що працюють з БІК, - 4 
Блок вилучення кореня БІК і датчик Структура вимірювального ланцюга: 
перепаду тиску (витрата нафти) 2 4...20 мА ADAM-5017 звужувальний пристрій (діафрагма), 
датчик перепаду тиску, БІК 
Додатково використовуються 4 сигнали 
Сигналізатори тиску, рівня, справності сигналізаторів загазованості. 
загазованості 14+11+16 Дискретний сигнал ADAM-5051 Загазованість контролюється за вмістом 
метану та сірководню 
Для 19 насосів (вкл./викл.) і 7 засувок 
Стан насосів і засувок 19+21 Дискретний сигнал ADAM-5051 (відкрита/за крита/несправна) 
Контроль полум'я в печах 2 Дискретний сигнал ADAM-5051 - 
 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
16 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
САУ газоповітряного тракту парового котла  
Для розподіленої системи управління характерно, що керування процесом 
здійснюється за допомогою розподілених контролерів, які розташовані в різних 
частинах технологічного процесу і взаємодіють між собою за допомогою мережі 
передачі даних. Така архітектура дозволяє забезпечити більшу надійність системи 
та знизити ризик виникнення аварійних ситуацій. 
У системі автоматизації газоповітряного тракту парового котла 
використовуються як аналогові, так і дискретні сигнали. Аналогові сигнали є 
неперервними і вимірюють фізичні параметри, такі як тиск, температуру, рівень 
рідини і т.д. Дискретні сигнали, у свою чергу, є цифровими сигналами, які можуть 
бути лише двох станів - "увімкнено" або "вимкнено". Використання обох типів 
сигналів дозволяє забезпечити більш точний та комплексний контроль за 
технологічним процесом. 
Тип контролю, що застосовується в системі автоматизації газоповітряного 
тракту парового котла, полягає в регулюванні та управлінні процесом. 
Регулювання дозволяє підтримувати фізичні параметри технологічного процесу на 
заданому рівні, тоді як управління забезпечує виконання певних команд та дій 
відповідно до зазначених параметрів технологічного процесу. Проектована 
система має ієрархічну 3-х рівневу структуру. 
Ієрархія системи наступна: 
1) Нижній рівень - рівень датчиків і виконавчих механізмів; 
2) Середній рівень - рівень мікропроцесорного комплексу SLC-500; 
3) Верхній рівень - рівень оперативного Управління. 
До приладів та засобів автоматизації нижнього рівня відносяться всі 
первинні і вторинні перетворювачі, магнітні пускачі та підсилювачі. 
Середній рівень (рівень контролю) представлений промисловим 
контролером SLC 5 / 04. 
Прилади нижнього рівня під'єднуються до SLC 5 / 04 за звичайними 
проводах; електричний сигнал у них уніфікований. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 17 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Під верхнім (SCADA-рівнем) розуміється автоматизоване робоче місце 
(АРМ) оператора, реалізоване на базі персонального комп'ютера. 
Система контролю і управління газоповітряного тракту парового котла 
призначена для оперативного обліку, підтримання заданих значень параметрів 
технологічного процесу та запобігання виникнення аварійних ситуацій. 
Реалізація рівня управління. 
Для реалізації функцій управління та збору даних у системі, що 
розробляється в рамках цього проекту, використаний один з контролерів 
виробництва компанії Allen-Bradley сімейства SLC-500[4]. 
Основними позитивними якостями контролерів SLC-500 вважаються: 
модульність структури, дружній до користувача інтерфейс і можливість 
експлуатації без примусового охолодження. 
Контролер SLC у поєднанні з модулем безпосередньої комунікації (DCM), 
модулем сканера (SN) або модулем розподіленого сканера (DSN) для реалізації 
розподіленого вводу / виводу може бути інтегрований у мережу дистанційного 
вводу / виводу Allen-Breley 1771 Remote I / O / 21 / . 
Модулі 1746-NI8 забезпечують введення аналогових сигналів у вигляді 
струму в діапазоні від мінус 20 до плюс 20 мА та напруги від мінус 10 до плюс 10 
В. Модулі мають 8 входів, що дозволяє вводити до 8 сигналів. Використання таких 
модулів дозволяє отримувати точні дані про рівень аналогових сигналів у системі. 
Модулі 1746-IV32 використовуються для введення дискретних сигналів 
типу "сухий контакт". Застосування модулів дозволяє підключати до 32 сигналів 
постійної напруги 24 В за схемою із загальною землею. Використання таких 
модулів дозволяє оперативно отримувати інформацію про стан дискретних 
сигналів, таких як відкрито/закрито, наявність/відсутність сигналу тощо. 
Модулі 1746-OV32 і 1746-OV16 використовуються для формування 
вихідних сигналів 24 В постійного струму. Модулі типу OV32 і OV16 
забезпечують, відповідно, 32 і 16 транзисторних виходів за схемою із загальною 
землею. Використання таких модулів дозволяє керувати підключеними 
пристроями шляхом вмикання/вимикання вихідних сигналів.Модулі розміщуються 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 18 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
в шасі типу 1746-А13, що має 13 слотів для установки модулів. Розташування 
модулів відображено у таблиці 1.2. 
Розробка верхнього рівня АСУ ГВТ 
На рисунку 1.2 представлений дисплей АРМ оператора-технолога у вигляді 
мнемосхеми, що відображає роботу всього газоповітряного тракту. 
АРМ операторів базуються на персональних ЕОМ стандартної ком-
плектаціі під Управлінням Microsoft Windows 2000. Як SCADA-системи 
використовується RSView 32. 
Таблиця1.3 - Розташування модулів 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
Впровадження АСУ значно полегшило роботу операторів, також дозволило 
підвищити якість Управління технологічним процесом, скоротити кількість і час 
локалізації аварійних ситуацій і відмов. 
Висновки за результатами огляду 
Розглянуті приклади автоматизованих систем управління (АСУ) свідчать 
про децентралізований характер сучасних систем, що забезпечує гнучкість, високу 
продуктивність за рахунок розподілу функцій між керуючими пристроями та 
можливість значного збільшення ресурсів у порівнянні з централізованими 
системами. Промисловий Ethernet також розвивається швидко в галузі АСУ, 
завдяки великому вибору сумісних апаратних та програмних засобів для побудови 
мереж за цим стандартом. Існуючі системні рішення гарантують потребу в 
промисловому Ethernet і в майбутньому. Наприклад, це об'єднання в єдину мережу 
промислових комп'ютерів, робочих станцій і терміналів, що використовуються як 
робочі місця операторів. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 19 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
1746-Р2 
1747-L541 
1746-  NI8 
1746-  NI8 
1746-  NI8 
1746-  NI8 
1746-IV-32 
1746-IV-32 
1746-OV-32 
1746-OV-32 
1746-OV-16 
резерв 
резерв 
резерв 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок  1. 2 - Мнемосхема-дисплей  АРМ оператора-технолога[4] 
 
Під час дипломного проектування був проведений патентний пошук, під час 
якого було проаналізовано всі види ректифікаційних колон, відібрані патенти та 
авторські свідоцтва на розробки, які мають різні технічні рішення та є найбільш 
перспективними. Найбільш перспективні роботи в цій галузі були зроблені в 
останнє десятиліття завдяки розвитку сучасної техніки. В установці 
використовується найбільш підходяща для даного технологічного процесу колона 
відбензинювання. 
Розробка АСУ для процесу атмосферної перегонки нафти є необхідною 
для автоматизації установки та збільшення продуктивності до 2,5 млн. тонн на рік 
на ВАТ "Надворнянський НПЗ". Впровадження системи дозволить підвищити 
якість продукції, уникнути аварійних ситуацій та знизити психологічне 
навантаження на операторів. З метою розробки системи було складено технічне 
завдання.
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 20 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Найменування та область застосування: автоматизована система керування 
процесом атмосферної перегонки нафти. Область застосування - установка на 
нафтопереробних заводах.  
Мета і призначення розробки: метою даної розробки є створення нової 
автоматизованої системи керування процесом атмосферної перегонки нафти.  
Технічні вимоги 
Склад продукції та вимоги до конструктивного пристрою 
Система Керування складається з:  
- Вузла Керування на базі програмованого контролера;  
- Автоматизація робочого місця АРМ;  
Показники призначення 
- Автоматичне включення резервного устаткування при порушенні роботи 
основного (насоси та ін);  
- Автоматичне керування виконавчими механізмами;  
- Безаварійний пуск / зупинка і переключення технологічного обладнання;  
- Запобігання розвитку аварійних ситуацій і забезпечення безпечного 
завершення процесу за заданою програмою;  
- Функціонування програм Керування технологічним процесом відповідно 
до логіки алгоритмів Керування;  
- Обчислення і аналіз розрахункових параметрів, побічно характеризують 
технологічний процес.  
Умови експлуатації 
Під час розробки АСУ для процесу атмосферної перегонки нафти, основною 
метою є автоматизація установки з метою підвищення її продуктивності до 2,5 
мільйонів тонн на рік, на базі ВАТ «Надворнянський НПЗ». Застосування АСУ 
дозволить збільшити якість продукції, попередити аварійні ситуації, знизити 
психологічний навантаження на оператора, а також підвищити рівень 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 21 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
продуктивності. У зв'язку з цим було розроблено технічне завдання для 
проектування системи. 
АСУТП повинна бути призначена для безперервного цілодобового режиму 
роботи, а види, періодичність та регламент обслуговування технічних засобів 
повинні бути описані в інструкціях з експлуатації. Постачальник повинен надати 
перелік вузлів, компонентів, роз'ємів і блоків, які потребують профілактичного 
огляду, калібрування та перевірки, з зазначенням періодичності проведення цих 
робіт, а також інструкції щодо їх виконання. Для забезпечення нормального 
функціонування обчислювальної та мікропроцесорної техніки в приміщеннях 
апаратних і операторних повинні бути створені відповідні умови, такі як 
температура навколишнього повітря, відносна вологість, запиленість та частота 
вібрації. 
Розташування технічних засобів АСУТП повинно бути раціональним, щоб 
забезпечити зручність і безпеку їх експлуатації та обслуговування, а також 
монтажні зв'язки між ними 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 22 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
3 Розробка структурної схеми та принципової схеми пристрою  
 
3.1 Розробка функціональної схеми АСУ ТП 
Опис об'єкту автоматизації 
Функціональна схема автоматизації представлена на аркуші 
РС93.023.611.001Э2 графічної частини проекту і на рисунку 3.1. 
На функціональній схемі автоматизації зображені елементи установки 
атмосферної перегонки нафти: колона відбензинювання, 4 повітряний конденсатор 
холодильника ХВК, ємність зрошення, плообмінник та 5 насосів. Показані 
трубопроводи, які з'єднують ці елементи між собою, разом з різними іншими 
елементами даної установки та іншими установками нафтопереробного комбінату. 
Всі трубопроводи мають напрямки, позначені найменування речовини, що 
транспортується і зазначений діаметр трубопроводу. Опис технологічного процесу 
наведено вище. Далі наведено обґрунтування контрольованих, сигналізуючих, 
регульованих параметрів і каналів внесення регулюючих впливів, а також 
обґрунтування вибору заходів із захисту та блокування. 
 
Функції, що автоматизуються: 
Функції регулювання 
На основі аналізу виконуваних процесом атмосферної перегонки нафти 
функцій, робимо висновок про необхідність автоматизації регулювання: процесу 
ректифікації; охолодження і конденсації сировини в повітряних конденсаторах 
холодильниках; температури газопродуктовой суміші зверху колони; рівнів рідкої 
фази в ємкості і колоні; витрати бензину, що подається в колону в якості гострого 
зрошення; тиску в ємності та колоні. 
 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 23 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 3.1 – Функціональна схема автоматизації 
 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 24 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
У проекті передбачено регулювання температури зверху колони 
відбензинювання. Для цього використовується датчик 36-1 та запірно-регулюючий 
клапан RN-2. Пари бензину з температурою 150 °С потрапляють з верху колони в 
повітряні конденсатори холодильники (ХВК), де конденсуються та охолоджуються 
до температури 45°С. Температура в ХВК контролюється та регулюється за 
допомогою датчиків 31-1, 32-1, 33-1, 34-1 на виході кожного ХВК, які корегуються 
за допомогою зміни частоти обертання вентиляторів (ЧРП1-ЧРП8). 
Прилад 59-1 контролює, реєструє та регулює тиск у лінії подачі бензину в 
колону, з впливом на клапан RN-2. Тиск вгорі колони (0,27 МПа) контролюється 
датчиком 28-1 зі сигналізацією максимального значення (0,3 МПа), що корегується 
за допомогою показників 29-1. Заслонка N-1 встановлена на лінії скидання газу на 
факел. При перевищенні тиску відбувається відкриття заслонки і скидання газу. 
Датчик 58-1 контролює подачу сировини в колону з впливом на регулюючий 
клапан RN-1. 
Прилад 5-1 контролює, реєструє та регулює витрату сировини, що 
надходить вгору колони як гостре зрошення. Є регулюючий клапан на лінії 
нагнітання насосів H-3/1 та H-3/2. 
Датчик 30-1 контролює тиск в ємності зрошення із сигналізацією по 
максимальному (0,28 МПа) та мінімальному (0,22 МПа) значеннях. Регулювання 
відбувається за допомогою регулюючого клапана RN-3 на лінії подачі сировини в 
ємність, заслонки N-2 на лінії скидання газу на факел та регулюючого клапана RN-
5 на лінії виходу вуглеводневого газу з ємності. 
Рівень розділення фаз у ємності контролюється, реєструється та 
регулюється датчиком 23-1, з сигналізацією за максимальними значеннями. 
Вихідний вплив здійснюється на заслонку N-3, що встановлена на лінії відведення 
стічних вод. Скидання відбувається при досягненні максимального значення. 
Рівень бензину у ємності контролюється, реєструється та регулюється за 
допомогою датчика 27-1, з сигналізацією по максимальному значенню. 
Регулювання відбувається впливом на регулюючий клапан RN-4, який 
встановлений на лінії виведення бензину з установки..  
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 25 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Протиаварійний захист блоку 
Для збору інформації про критичні параметри технологічного процесу та 
обладнання також можна використовувати інші датчики та сигналізатори, зокрема: 
Датчики тиску на лініях підкачки і відкачки (наприклад, насосів P-1, P-2 / 1, 
P-2 / 2, P-3 / 1, P-3 / 2) з сигналізацією і видачею блокування за мінімальним або 
максимальним значенням. 
Датчики температури на лініях підкачки і відкачки (наприклад, насосів P-1, 
P-2 / 1, P-2 / 2, P-3 / 1, P-3 / 2) з сигналізацією і видачею сигналу блокування по 
максимальному значенню. 
Датчики рівня на ємностях і резервуарах (наприклад, ємності зрошення, 
ємності зберігання бензину, резервуари для зберігання вуглеводневого газу) з 
сигналізацією і видачею блокування за максимальним або мінімальним значенням. 
Датчики температури на технологічних лініях (наприклад, на лініях з подачі 
та скидання сировини, газу, стоків) з сигналізацією і видачею сигналу блокування 
по максимальному значенню. 
Датчики складу газу на виході з установки з переробки нафти з 
сигналізацією і видачею сигналу блокування за встановленими критеріями.). 
- Ці дані дозволяють зробити деякі висновки про можливі причини 
аварійних ситуацій: 
Зупинка насосів Н-3 / 1, Н-3 / 2 і закривання запірно-регулюючого клапана 
RN-4 при досягненні мінімального рівня бензину в ємності (500мм) може свідчити 
про відсутність достатнього запасу бензину на обробку, що може викликати 
зупинку технологічного процесу. Це може бути пов'язано з несправною роботою 
датчика рівня бензину, несправністю насосів або іншою причиною. 
Зупинка насосів Н-2 / 1, Н-2 / 2 при досягненні гранично мінімального 
значення рівня в колоні може свідчити про затримку процесу затравлення колони 
або про недостатню подачу сировини в колону. Це може бути пов'язано з 
несправністю датчика рівня, несправною роботою насосів або іншою причиною. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 26 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Сигнал блокування за мінімальним значенням на датчиках затоки насосів 
може свідчити про затримку подачі сировини в насос, що може викликати зупинку 
процесу. Це може бути пов'язано з несправністю насоса або іншою причиною. 
Сигнал блокування по максимальному значенню температури підшипників 
може свідчити про перегрів насосів, що може викликати їхню поломку. Це може 
бути пов'язано з несправністю системи охолодження насосів або іншою причиною. 
Взагалі, діагностика стану обладнання та контроль за критичними 
параметрами технологічного процесу є важливою умовою попередження аварій та 
забезпечення безперебійної роботи установки.. 
 
Індикація технологічного процесу атмосферної перегонки нафти 
Додамо до переліку контрольних параметрів ще такі: 
• Рівень рідини в ємності зрошення контролюється датчиком 22-2, з сигналізацією 
по максимальному і мінімальному значенням. При досягненні максимального рівня 
відбувається зупинка насосу Н-1, при досягненні мінімального - зупинка насосів Н-
2 / 1, Н-2 / 2 і закривається запірно-регулюючий клапан RN-3. 
• Контроль рівня в камерах підвищення тиску здійснюється датчиками 11-1, 12-1, 13-
1, 14-1, 15-1 з сигналізацією по максимальному і мінімальному значенням. При 
досягненні максимального рівня відбувається зупинка насосів Н-2 / 1, Н-2 / 2, при 
досягненні мінімального - зупинка насосу Н-1.. 
 
3.2 Вибір вимірювальних засобів та виконавчих механізмів 
Тиск: 
- Датчики  поставляються комплектно з насосами. 
- Датчики 11, 14, 16, 18, 20, 21, 22 - використовуємо ДМ-02-160, манометр 
можна використовувати для вимірювання тиску рідин і газів, які не мають 
агресивної дії на мідні сплави. Серед таких речовин можна назвати воду, пар, газ, 
масло, газ і паливо (бензин, дизельне паливо). 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 27 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Діапазони вимірів: 0 ... 0,6 до 0 ... 1600 кгс/см2 чи бар (інші варіанти 
виконання по замовленню) 
Допустимі температури: 
Навколишнє середовище: -40 ... +60 ° С 
Вимірюване середовище: максимум +160 ° С 
- Датчики 59-1, 29-1, 38-1,28-1, 30-1, - використовуємо перетворювач тиску 
з внутрішньою вимірювальною коміркою CERTEC VEGABAR 52. 
VEGABAR 52 використовується для вимірювання тиску рідин, пари і газу в 
резервуарах підприємств в нафтовій, газовій, хімічній, фармацевтичній та інших 
галузях промисловості. Діапазон вимірювання тиску - 0,005 ... 60,0 МПа. 
Похибка,% +0,1; +0,15; +0,2; +0,5. - Гранично висока стійкість до перевантажень 
Витрати: 
- Датчики 5-1, 35-1 - використовуємо вихровий витратомір DY080. Відмінні 
риси і переваги приладу: підвищена стійкість до вібрації; нечутливість до 
нерівномірності потоку; широкі функціональні можливості, розвинена 
самодіагностика, зручне конфігурування; не потрібне обслуговування; 
міжповірочний інтервал 4 роки, два способи повірки (проливний / безпроливний). 
Параметри вимірюваного середовища: температура: -198 ... 450 ° С; тиск: -0,1 ... 15 
МПа (на замовлення <25 МПа); швидкість потоку: газ / пар: 6 ... 80 м / с (повітря); 
рідина: 0 , 35 ... 10 м / с (вода); в'язкість: <7 сП. 
Вхідні сигнали: аналоговий: 4 ... 20 мА + BRAIN-або HART-протокол; 
Температура: 
- Датчики 1-1 ... 4-1, 24-1, 31-1 ... 34-1, 36-1, 37-1 - використовуємо 
інтелектуальний перетворювач температури (ІПТ) Метран - 286 [3]. Дані 
перетворювачі призначені для точних вимірювань температури нейтральних, а 
також агресивних середовищ, по відношенню до яких матеріал захисної арматури 
є корозійностійким. Сигнал первинного перетворювача температури 
перетворюється в уніфікований вихідний сигнал постійного струму 4-20 mA з 
накладеним на нього цифровим сигналом HART. Для передачі сигналу на відстань 
використовуються 2-х дротяні струмові лінії; 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
28 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
- Датчики 38-1 ... 57-1 - поставляються комплектно з насосами Н-1, Н-2 / 1, 
Н-2 / 2, Н-3 / 1, Н-3 / 2. 
Рівень: 
Ми використовуємо датчики 6-1 до 10-1, які є вібраційними вимикачами 
рівня типу VEGASWING 61 для визначення граничних значень рівнів рідини. 
VEGASWING 61 може вимірювати рівні рідин з в'язкістю від 0,2 до 10,00 mPa та 
щільністю від 0,5 г/см³. Його модульна побудова дозволяє використовувати його в 
резервуарах, танках та трубопроводах. Він працює в навіть найважчих умовах 
вимірювання та незалежно від хімічних і фізичних властивостей рідини. Крім того, 
є можливість виконання з видом вибухозахисту "вибухонепроникна оболонка". 
Датчик 23-1 - це рівнемір VEGAFLEX 67 з коаксіальним, стрижневим або 
тросовим вимірювальним зондом, який призначений для безперервного 
вимірювання міжфазного рівня. Сигнал міжфазного рівня формується 
безпосередньо датчиком. Висота міжфазного рівня (h1) у відсотках передається 
через аналоговий вихід (4 ... 20 mA). Це значення може бути перераховано в інші 
одиниці. Передача вимірюваних значень здійснюється через вихід 4 ... 20 mA / 
HART, розділений з подачею живлення. 
Датчики 25-1 та 27-1 також використовують рівнемір VEGAFLEX 61 з 
тросовим або стрижневим вимірювальним зондом для безперервного вимірювання 
рівня. Передача вимірюваних значень здійснюється через вихід 4 ... 20 mA / HART, 
розділений з подачею живлення. 
Датчик 26-1 використовує VEGADIF 55 як перетворювач диференціального 
Регулюючі клапани: 
- RN-5 - використовується пневматичний регулюючий і швидкозакриваючий 
клапан для газоподібних середовищ Samson -газ [18, 19]; 
- RN-1-RN-6 - використовуються пневматичні регулювальні та 
швидкозакриваючі клапани для рідкого палива Samson 241-7-нафта; 
Запірні клапани: 
- N-1, N-2, N-3-використовуються пневматичні запірні клапани «від-крити-
закрити» Samson 3351 з приводом Samson 3277; 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 29 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Характеристики вхідних і вихідних сигналів представлены в додатку Д. 
 
3.3 Розробка схеми електричної принципової 
Схема електрична принципова представлена на аркушах 
РС93+СК.023.611.001Э3 графічної частини проекту і на рисунку 3.2, 3.3. 
На принциповій електричній схемі зображені дві схеми управління: насосом 
і повітряним конденсатором холодильника. Схема управління насосом розрахована 
на електродвигун з номінальним струмом Iн = 133 А і містить місцеве та 
дистанційно-автоматичне управління. Ця схема призначена для насоса H-1, а для 
інших насосів (H-2/1, H-2/2, H-3/1, H-3/2) застосовується аналогічна схема. 
Управління повітряним конденсатором холодильника здійснюється за 
допомогою перетворювача частоти ACS800-01-0020-3 від компанії ABB. Приводи 
ABB розраховані на номінальні струми, які використовуються в виробничому 
обладнанні для високої перевантажувальної здатності. Алгоритм Управління 
двигуном DTC (Direct Torque Control) забезпечує точне статичне і динамічне 
управління швидкістю і моментом, великий пусковий момент і можливість 
використання довгих кабелів двигуна. Крім того, приводи ABB мають міцні 
корпуси і шафи з широким набором класів захисту та силових клем, що дозволяє 
їм працювати в навантажених умовах.. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
30 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 3.2 – Схема електрична (початок) 
 
Відповідно до схеми, ми маємо потужність ПЧ 15 кВт з вбудованим 
гальмівним переривником, призначеним для двигуна з номінальним струмом Iн = 
30,3 А. Схема містить два види управління: місцеве та дистанційне управління. Для 
перетворювача частоти прийняті наступні параметри захисту: захист від зниження 
напруги, захист від замикання на землю, контроль вихідних фаз, захист від 
перегріву двигуна та зупинка двигуна по вибігу. Додатково, повітряний 
конденсатор холодильника включає в себе два електродвигуни, але схема 
передбачена для підключення лише одного електродвигуна, а для решти 
електродвигунів схема є аналогічною. 
Перелік елементів для електричної принципової схеми представлений в 
додатку. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
31 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 3.3 – Схема електрична принципова (продовження) 
 
3.4 Розробка схеми з'єднань та підключень 
Схема з'єднань та підключень представлена на аркуші 
РС93+СК.023.611.001Э4 графічної частини проекту і на рисунки 3.4. 
На схемі зображено з'єднання між компонентами системи управління, 
такими як модулі вводу/виводу, датчики та виконавчі механізми. Для групової 
установки датчиків встановлені сполучні коробки, що дозволяють об'єднати 
ланцюги вимірювання в один кабель та скоротити кількість кабелів, що ведуть від 
датчиків до апаратної, де знаходиться станція розподіленого вводу/виводу ET200M 
з сигнальними модулями вводу/виводу. Підключення датчиків до сигнальних 
модулів показано на схемі та здійснюється за допомогою затискачів під гвинт 
(клем). 
Для проводки від польових датчиків до щитів торічних перетворювачів 
передбачені кабелі залежно від типу сигналів: аналогові сигнали передаються за 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 32 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
допомогою КВВГЕ кабелю, сигнали живлення - за допомогою КВВГ кабелю, а 
цифрові сигнали - за допомогою МКЕШВ кабелю. 
Підключення польових пристроїв до модулів вводу/виводу має свої 
особливості: електропневмопозиціонери регулюючих клапанів RN-1 ... RN-6 
підключаються через польові бар'єри, що необхідні для узгодження іскробезпечних 
ланцюгів з неіскробезпечними; аналогові датчики використовують двухпровідну 
схему підключення. Реле температури підключається через релейну гальванічну 
розв'язку. Для підключення використовуються 32 і 16 канальні модулі вводу та 
виводу. Кожен модуль має резервні канали, що дає можливість в подальшому 
підключити нові датчики і виконавчі механізми. 
Перелік елементів для схеми з'єднань і підключень представлено в додатку. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 33 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 3.4 – Схема з'єднань і підключень 
  
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 34 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
4 Розрахунок основних елементів системи 
 
До складу системи MATLAB входить пакет моделювання динамічних 
систем Simulink. Даний пакет має широкі можливості для реалізації методів теорії 
автоматичного регулювання при дослідженні динаміки автоматичних систем. 
Скористаємося пакетом Simulink для математичного моделювання нашої системи. 
 
4.1 Дослідження та налаштування контуру регулювання 
Завдання системи регулювання полягає у забезпеченні постійного тиску в 
лінії подачі суворого зрошення в верх колони відбензинювання з корекцією по 
температурі верху колони. Це обґрунтовується тим, що тиск бензину 
безпосередньо впливає на ступінь нагріву верху колони, що, в свою чергу, має 
вплив на процес відбензинювання нафти. Швидкодія і точність контуру 
регулювання мають визначатися вимогами до температури парів бензину на виході 
колони, яка повинна бути нагріта до 150 °C (температура випаровування бензину). 
Регулювання тиску з корекцією по температурі полягає в обчисленні 
заданого значення тиску бензину в кожному циклі роботи програми управління за 
методикою, що враховує зміну температури парів (використовується лінійна 
залежність). Урахування факту корекції не потрібно, оскільки при проведенні 
досліджень реальний керуючий вплив замінюється одиничним ступінчастим 
сигналом, і всі результати, отримані для прийнятої системи, будуть справедливі і 
для вихідної. [9] 
 
4.2 Функціональна схема контуру регулювання 
Функціональна схема контуру регулювання представлена на рисунку 4.1. 
Ця функціональна схема є стандартною для багатьох систем регулювання. 
Об'єктом управління є регулюючий клапан, який контролює прохідний перетин 
трубопроводу і відповідно тиск у лінії подачі суворого зрошення в верх колони 
відбензинювання. Ділянка трубопроводу між клапаном і датчиком тиску 
перетворює середовище (бензин) і його тиск у вхідний сигнал для датчика тиску. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 35 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Сигнал з датчика порівнюється з заданим впливом, що обчислюється в кожному 
циклі програми управління, і на виході регулятора формується керуючий сигнал, 
який визначає ступінь відкриття клапана.  
Однією з особливостей цієї схеми є наявність негативного зворотного 
зв'язку, що служить для вимірювання результату дії системи. Це означає, що 
вихідна величина системи, тобто тиск у лінії подачі суворого зрошення в верх 
колони відбензинювання, порівнюється з заданою величиною, і на основі 
отриманої помилки формується керуючий сигнал для регулюючого клапана. 
Негативний зворотний зв'язок дозволяє системі автоматично реагувати на зміни 
вихідної величини і компенсувати будь-які похибки у роботі системи. 
 
 
Рисунок 4.1 - Функціональна схема контуру регулювання 
. 
 
4.3 Розрахунок передавальними функціями 
Розглянемо окремо елементи функціональної схеми передавальної функції. 
При розрахунку знехтуємо суматорами, та вважатимемо передавальну функцію 
цього елемента рівною 1. 
• Датчик тиску. 
На лінії подачі бензину встановлений датчик інтелектуального 
надлишкового тиску VEGABAR 52. У технічній документації на датчик загальна 
передавальна функція датчика тиску може бути описана як: 
 
Gd(s) = Kd / (1 + Td*s) * exp(-Tcs) 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 36 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
де Kd - коефіцієнт передачі, Td - час демпфування, Tc - час відгуку 
сенсорного модуля. 
Отже, передавальна функція датчика тиску має експоненційний спад зі 
збільшенням частоти та затримку, пов'язану з часом демпфування та часом відгуку 
сенсора.: 
 
 Tдд = Tс + Tд = 0,043 + 1 = 1,043 с.                      (4.1) 
 
Вбудований процесорний блок датчика дозволяє коректувати власну 
нелінійність і вплив зовнішніх факторів. 
Т.ч. Датчик тиску можна уявити типовою інерційною ланкою: 
 
Wдд ( р) k
= дд .                                       (4.2) 
Тдд ⋅ р +1
 
Коефіцієнт kдд визначається, виходячи з умов: мінімальному тиску мазуту 
Рmin = 1 МПа (1·106 Па) відповідає вихідний сигнал датчика Ymin = 4 мA (0,004 А), а 
максимальному – Р 6
max = 3 МПа (3·10  Па) відповідає вихідний сигнал датчика Ymax 
= 20 мA (0,02 А). Тоді: 
 
k Ymax −Ymin 0,020− 0,004
дд = = 6 = 8 ⋅10−9 .                    (4.3) 
Pmax − Pmin (3−1) ⋅10
 
Підставивши вирази (4.1) і (4.3) в (4.2), отримаємо передавальну функцію: 
W ( р) 8 ⋅10−9
дд = . 
1,043 ⋅ р +1
Труба. 
З огляду на можливе транспортне запізнювання та падіння тиску в трубі, 
варто враховувати, що труба може виступати як підсилювальна ланка з 
коефіцієнтом підсилення, що дорівнює одиниці. Таким чином, невелика довжина 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 37 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
труби між регулюючим клапаном та датчиком тиску не враховує можливих 
ефектів, що впливають на тиск в трубі.: 
 
Wт ( р) = 1. 
 
Регулюючий клапан. 
Для контролю тиску рідкого палива в системі використовується 
пневматичний регулюючий клапан Samson 241-7-нафта, який входить до 
комплекту поставки. з сервоприводом Samson 3277 та інтелектуальним 
електропневматичним позиціонером Samson 3780. Відзначимо, що все навісне 
обладнання встановлюється та тестується на заводі-виробнику для параметрів, що 
вказуються в опитувальному листі на клапан, оскільки визначення властивостей 
клапана є складним завданням, розв'язуваного для конкретної конфігурації 
клапана. Для даного устаткування та параметрів процесу, які відповідають 
характеристикам, наведеним у джерелі [20], клапан можна розглядати як типову 
коливальну ланку з постійними часу.: Т1кл = 0,28 с; Т2кл = 0,45 с. 
Т.о. передаточна функція клапана: 
 
Wкл ( р) k
= кл
2 2 .                                (4.4) 
Т1кл р +Т 2кл ⋅ р +1
 
Коефіцієнт kкл  визначається, виходячи з умов, що мінімальному сигналу 
Umin = 4 мA (0,004 А) на вході позиціонера відповідає мінімальний тиск 
середовища на виході клапана. Smin = 1 МПа (1·106 Па), а максимальному – Umax = 
20 мA (0,02 А), відповідає тиск Smax = 3 МПа (3·10-6 Па). Тоді: 
 
6
k Smax − Smin (3 −1) ⋅10 8
кл = =
U −U (20 − 4) ⋅10−3 = 1,25 ⋅10 .                   (4.5) 
max min
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 38 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Підставивши (4.5) в (4.4) із врахуванням Т1кл = 0,28 с; Т2кл = 0,45 с, 
отримаємо передаточну функцію клапана в числельному вигляді: 
 
W ( р) 1,25 ⋅108
кл = . 
0,0784 р2 + 0,45 ⋅ р +1
• ПІД-Регулятор. 
Контролер виконує обчислення сигналу керування за допомогою формули, 
що складається з трьох доданків: пропорційного, інтегрального та 
диференціального. При цьому кожен з цих доданків відповідає за певний аспект 
регулювання. Коефіцієнт посилення пропорційного каналу kп відповідає за 
реакцію на поточне значення відхилення від заданого значення, коефіцієнт 
посилення інтегрального каналу kи відповідає за усунення залишкової похибки, а 
коефіцієнт підсилення диференціального каналу відповідає за стійкість системи до 
швидких змін вхідних сигналів. Відповідно до обраних значень цих коефіцієнтів 
будується закон керування, який забезпечує стабільну роботу системи 
регулювання. kд. Так як до складу регулятора входить форсує ланка другого 
порядку, запишемо: 
 
2 2
WP ( р) k kи k p k Т1Р ⋅ р +Т 2Р ⋅ р +1
= п + + д ⋅ = и ,                       (4.6) 
p р
де Т 2 kд kп
1Р = , Т
k 2Р = . 
и kи
Записати вираз (4.6) в чисельному вигляді поки не представляється віз-
можна, так як Т2
1Р и Т2Р  невідомі параметри, які визначаються через настройки 
регулятора. 
 
 
4.4 Структурна схема контуру регулювання 
На основі функціональної схеми розробимо структурну схему регулювання 
тиску (рисунок 4.2). 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 39 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок  4.2 -  структурна схема контуру регулювання тиску 
Для створення замкнутої структури з одиничним зворотним зв'язком в теорії 
автоматичного управління необхідно ввести додатковий елемент зворотного 
зв'язку, який передає інформацію про роботу системи з контрольованого параметру 
до регулятора. Таким чином, регулятор може змінювати вихідний сигнал, щоб 
скоригувати значення контрольованого параметру. 
Отже, для перетворення вихідної структурної схеми до структури з 
одиничним зворотним зв'язком необхідно додати елемент зворотного зв'язку і 
під'єднати його до вихідного сигналу та вхідного сигналу регулятора. переносу 
суматора, а фіктивну ланку відкинемо, оскільки при описі неважливо яким чином 
отримано Pзад(t). Структурна схема після перетворення зображена на рисунку 4.3. 
 
Рисунок 4.3 - Структурна схема після перетворення 
Запишемо в умовних позначеннях ланок конкретні вирази їх передавальних 
функцій  з урахуванням параметрів системи: 
1. Позиціонер: Gп( s ) = Kп / (Tпs + 1) 
2. Клапан: Gкл( s ) = Kкл / (Tклs + 1) 
3. Об'єкт управління: Gоб( s ) = Kоб / (Tобs + 1) 
4. Регулятор: Gр( s ) = Kp + Ki / s + Kd s 
5. Зворотний зв'язок: H( s ) = 1 
Де Kп, Tп - коефіцієнт і часова стала передавальної функції позиціонера, 
Kкл, Tкл - коефіцієнт і часова стала передавальної функції клапана, Kоб, Tоб - 
коефіцієнт і часова стала передавальної функції об'єкта управління, Kp, Ki, Kd - 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
40 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
коефіцієнти ПІД-регулятора, що відповідають за посилення пропорційного, 
інтегрального та диференціального каналів відповідно. Кінцева структурна схема 
представлена на рисунку. 4.4. 
 
Рисунок 4.4 - Остаточна структурна схема 
 
4.5 Дослідження контуру регулювання 
Simulink є потужним інструментом для моделювання і аналізу динамічних 
систем, що включають у себе елементи автоматичного регулювання. Для 
моделювання системи в Simulink потрібно спочатку побудувати структурну схему 
системи, яка складається з блоків, що відповідають окремим елементам системи, 
таким як датчик, регулятор, виконавчий орган і т.д. 
Для кожного блоку потрібно задати параметри, які відповідають за його 
роботу. Наприклад, для блоку "Регулятор PID" потрібно задати значення 
коефіцієнтів kп, kі та kд. Після цього, можна задати початкові умови системи, тобто 
початкові значення вихідних сигналів кожного блоку. 
Після побудови структурної схеми системи, можна проводити аналіз її 
динаміки. Наприклад, можна розрахувати передавальну функцію системи, яка 
відображає залежність вихідного сигналу системи від вхідного. Також можна 
аналізувати частотні характеристики системи, такі як АЧХ та ФЧХ, або 
досліджувати перехідний процес системи під час зміни вхідного сигналу. 
У Simulink результати аналізу системи можна відображати у вигляді 
графіків, що дозволяє більш детально оцінювати роботу системи і знаходити 
недоліки в її проектуванні.. 
Для дослідження системи використовується програма MATLAB, зокрема 
пакет моделювання динамічних систем Simulink, який дозволяє вирішувати задачі 
аналізу і синтезу автоматичних систем регулювання. В Simulink використовується 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 41 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
структурна схема системи, яка складається з типових ланок, що є в бібліотеці 
Simulink. Для дослідження системи вводимо цю структурну схему в вікно моделі, 
перетворюючи її у відповідності до вимог програми. Після цього за допомогою 
Simulink можна розрахувати передавальну функцію, частотні характеристики і 
перехідні процеси системи та відобразити результати у вигляді графіків (рисунок 
4.5) будуть відповідати його динамічним характеристикам. Це дозволить 
забезпечити більш точну і швидку роботу системи регулювання і зменшити вплив 
затримки і перехідних процесів на роботу системи. Таким чином, оптимальною 
буде настройка ПІД-регулятора з такими параметрами, які забезпечать 
відповідність його динамічних характеристик динамічним характеристикам 
двигуна. 
 
Рисунок 4.5 - Структурна схема в MATLAB 
 
Т 2 k
= д =T 2
1Р k 1кл = 0,0784 ;                                      (4.7) 
и
 
Т k
2Р =
п =T
k 2кл = 0,45 .                                        (4.8) 
и
 
Для усунення негативного впливу коливальної характеристики клапана на 
якість системи найбільш раціонально буде вибрати такі параметри регулятора, які 
будуть аналогічні параметрам двигуна. Для цього налаштуємо коефіцієнти 
регулятора так, щоб вираз в дужках чисельника передавальної функції регулятора 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
42 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
та вираз в знаменнику передавальної функції клапана скорочувалися. Це 
забезпечить компенсацію коливальних властивостей клапана. 
На першому етапі дослідження приймемо коефіцієнт підсилення 
інтегрального каналу регулятора рівним Kи = 1., тоді з (4.7) і (4.8): 
Kп = 0,45; 
Kд = 0,0784. 
Графік перехідного процесу для заданих параметрів ПІД-регулятора 
представлений на рисунку 4.6. 
 
Рисунок  4.6 - Графік перехідного процесу для вихідних налаштувань ПІД-
регулятора 
 
Можна зробити висновок, що хоча система є стійкою, її якість є 
незадовільною. Щоб поліпшити якість процесу, можна використовувати ПІД-
регулятор, що забезпечить аперіодичний перехідний процес або зменшить 
перерегулювання до рекомендованих значень. На першому етапі дослідження ми 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
43 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
визначили коефіцієнт підсилення інтегрального каналу рівним Kи = 1. Графік 
перехідного процесу показав, що система є стійкою з коливальним перехідним 
процесом, а тривалість перехідного процесу склала 5,15 с. Значення 
перерегулювання становить 18,6%, а статична помилка дорівнює нулю 
(інтегральна складова присутня). - σ <15%) якщо вдасться підібрати відповідні 
налаштування регулятора. 
Будемо шукати оптимальні параметри регулятора з використанням 
логарифмічних частотних характеристик. 
Для побудови ЛАХ і ЛФХ системи, задаємо точки входу / виходу в 
структурі моделі і розриваємо ланцюг зворотного зв'язку. 
ЛЧХ досліджуваної моделі при вихідних налаштуваннях регулятора 
показані на рисунку 4.7 - криві L1(ω) та ϕ1(ω) (PressureNew_1 на графіках Magnitude 
і Phase). 
Рисунок 4.7 - ЛЧХ досліджуваної моделі при вихідних настройках 
регулятора 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
44 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Примітки:  
• точка А відповідає частоті спряження ωс = 1/Тдд = 0,958; 
• точки B, C, D - частоти зрізу при відповідних настройках регулятора; 
• точки E, F, G - значення АЧХ при відповідних настройках регулятора. 
З графіка 4.7 видно, що загальний вигляд АЧХ при початкових 
налаштуваннях регулятора є оптимальним. Залишається вибрати коефіцієнт 
підсилення системи, використовуючи наступні правила: по-перше, в межах не 
менше 0,6 декад в обидві сторони від частоти зрізу нахил АЧХ повинен бути -20 
дБ/дек - в цьому випадку перехідний процес буде аперіодичним, по-друге, запас 
стійкості системи по фазі повинен лежати в межах від 20 до 50 градусів або, в 
крайньому випадку, бути більшим за ці значення, по-третє, запас стійкості системи 
по амплітуді повинен бути не менше -15 дБ. 
Відзначимо, що при зміні kи крива L1(ω)буде переміщатися вгору або вниз 
паралельно самій собі, ϕ1(ω) залишиться незмінною. Змінюючи kи, можна з L1(ω) 
отримати таку Lопт(ω), яка буде мати найбільш оптимальний вигляд, тобто 
відповідать більш високій якості перехідного процесу. 
 Для вихідних налаштувань ПІД-регулятора ЛЧХ мають такі 
характеристики: ωс<ωπ – система стійка; ωс лежить на відрізку з нахилом -20 
дБ/дек; запас стійкості системи по фазі φз = 51°; LЗ →−∞ дБ, оскільки φ1(ω) не 
перетинає прямую -180°. Видно, що єдина умова, яка не виконується - в околі 
частоти зрізу в межах не менше 0,6 дек в обидві сторони нахил ЛАХ повинен 
становити -20 дБ / дек. Для виконання цієї вимоги потрібно зменшити Ки. 
Візьмемо Kи = 0,5, тоді з (4.7) и (5.8): 
Kп = 0,225; 
Kд = 0,0392. 
ЛЧХ за даних налаштуваннях регулятора показані на рисунку 4.7 - криві 
L2(ω) і φ2(ω) (PressureNew_2 на графіках Magnitude і Phase). Видно, що для ωс все 
ще не забезпечується відстань 0,6 дек до точки перегину. 
Візьмемо Kи = 0,3, тоді: 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
45 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Kп = 0,135; 
Kд = 0,02352. 
ЛЧХ для даних налаштувань представлені на рисунку 4.7 кривими L3(ω) і 
φ3(ω) (PressureNew_3 на графіках Magnitude і Phase). У даному випадку 
виконуються всі вимоги для отримання оптимального, з точки зору якості, 
перехідного процесу. 
Перехідні процеси для всіх прийнятих параметрів регулятора представлені 
на рисунку 4.8. 
Оцінку якості налагодженої системи виробляємо за графіком перехідного 
процесу і по логарифмічним характеристиками (криві L3(ω) і φ3(ω) на рисунку 4.7). 
 
Рисунок 4.8 -  Переходні процеси для всіх прийнятих настройок регулятора 
 
Час регулювання tпп знаходимо по графіку перехідного процесу (на рисунку 
4.8 крива PressureNew_3): tпп = 7,39 с. 
Запас стійкості системи по фазі: ϕЗ = 64,7° . 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 46 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Запас стійкості по амплітуді: LЗ → −∞ дБ. 
 
4.6 Висновки за результатами дослідження 
У налаштованій системі перехідний процес є аперіодичним, з часом 
регулювання tпп = 7,39 с. Для такого процесу величина перерегулювання дорівнює 
нулю. Система має запас стійкості по амплітуді і по фазі, оскільки для систем 
задовільної якості запас по фазі повинен лежати в межах (20…50)°, а запас по 
амплітуді не повинен бути менше 15 дБ (за модулем). Для отриманої системи маємо 
перевищення даних значень, що означає лише недовикористання властивостей 
системи. Таким чином, вважаємо, що система задовольняє всім вимогам, що 
пред'являються до стійкості та швидкодії. 
Налаштування контуру регулювання представлена на аркуші 
РС93+СК.023.611.001ДМ (Налаштування контуру регулювання) графічної частини 
і на рисунку 4.9. 
 
 
Рисунок 4.9 – Налаштування контуру регулювання  
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
47 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
5 Розробка алгоритмів управління 
 
Процес проектування дав два різні алгоритми для керування операціями: 
загальний алгоритм керування та алгоритм аварійного керування.  Аркуш 
РС93+СК.023.611.001ДМ (Алгоритм керування) у графічному розділі проекту та 
малюнок 5.1 зображують ці алгоритми, які були створені для спрощення процесу 
створення програм керування. 
Алгоритм керування пропонує серію дій із можливістю паралельних 
процесів.  Все починається зі стану блоку 01, де програмований контролер 
вимкнено, а комп'ютер оператора працює на ОС Windows XP.  Паралельні гілки 
процесу розмежовують етапи ініціації системи, включаючи облік незалежної 
активації комп’ютера та програмного забезпечення.  Після ввімкнення комп’ютера 
(блок 2) набуває чинності процедура ініціалізації (блок 3).  У разі затримки (блок 
4) система зупиняється і видається повідомлення про помилку (блок 6).  Якщо 
ініціалізація пройшла успішно, комп'ютер переходить в режим очікування (блок 5) 
до встановлення зв'язку з вищим рівнем. 
Щоб запустити програмне забезпечення АСУ ТП на комп'ютері оператора, 
зверніться до блоків 8-12.  Після завершення тестування та встановлення зв’язку з 
комп’ютером система готова до роботи.  Про це свідчить поява головного екрана 
інтерфейсу оператора з головним меню (блок 13).  Після цього система переходить 
в режим очікування команди оператора (блок 14).  Отримавши команду, система 
розпізнає її (Блок 15) і, якщо вона дійсна (Блок 16), ініціює відповідну програму 
(Блок 18).  У разі недійсної команди оператор сповіщається повідомленням на 
екрані (блок 17), і система очікує наступної команди. 
Блоку 18 призначається режим роботи F. Активація F = 1 відкриває етап 
налаштування системи керування.  У цьому режимі також можливе проведення 
комплексних діагностичних процедур, перевірка функціонування Управління, 
перевірка якості та повноти спрацьовування замків аварійного захисту.  
Альтернативно, F = 2 запускає атмосферну дистиляцію, ініціюючи роботу в 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 48 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
дистанційному режимі.  Варто відзначити, що при коректній роботі агрегату з цього 
режиму можна перевести його в автоматичний режим атмосферної дистиляції. 
Розберемося в автоматичному режимі процесу атмосферної дистиляції 
більш детально.  Для початку контролюється самий верхній датчик температури в 
колоні ректифікації (блок 24).  Якщо температура відповідає попередньо 
встановленому значенню (блок 25), система переходить до наступного датчика.  
Однак, якщо є відхилення від заданої температури, система виконує ПІД-
регулювання та виконує необхідну дію (блок 27), після чого перевіряється датчик 
рівня колонки (блок 28).  Якщо рівень відповідає попередньо визначеним 
параметрам (блок 29), система переходить до наступного датчика.  Однак, якщо 
рівень досягає максимального або мінімального значення, спрацьовує 
передаварійне сповіщення та тривога (блок 30), а насос зупиняється (блок 31). 
У типовій робочій послідовності контролюються датчики температури, 
розташовані на виході HVAC (блок 33).  Якщо показники температури не 
збігаються з очікуваними значеннями (блок 34), реалізується ПІД-регулювання 
(блок 35), і вихід регулюється для двигуна (блок 36).  Потім запитується датчик 
тиску контейнера (блок 37).  Будь-які параметри, які не відповідають встановленим 
стандартам (блок 38), спонукають до закриття регулюючої арматури (блок 40).  При 
досягненні параметрами максимальних або мінімальних значень спрацьовує 
система передаварійної сигналізації (блок 39).  Далі проводиться опитування 
датчиків рівня та перепаду рівня резервуара (блок 44).  Будь-які відхилення від 
заданого рівня (блок 45) запускають ПІД-регулювання (блок 50), яке потім вимагає 
відповідних налаштувань продуктивності клапанів (блок 51) і двигунів (блок 47).  
Коли резервуар досягає мінімального рівня, спрацьовує передаварійна сигналізація 
(блок 46), і насоси припиняють роботу.  Потім програма буде слідувати тій же 
моделі для наступної оцінки датчика під час типового процесу. 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 49 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 4.10 -  Алгоритми управління 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 50 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Розглянемо підпрограму ПІД-регулювання.  На початку підпрограми 
значення інтеграла та помилки скидаються до нуля (блок 57).  Потім отримується 
значення контрольного параметра (блок 58) і обчислюється відхилення (блок 59).  
Потім обчислюються пропорційна (блок 61), інтегральна (блок 64) і 
диференціальна (блок 70) складові керуючого впливу (блок 72).  Далі виконується 
початковий вплив (блок 73), за яким слід перевизначення змінної (блок 74) і 
узгодження робочої швидкості (блок 75), щоб продовжити. 
Алгоритм програми керування насосним агрегатом з опитуванням 
головного датчика. Розглянемо цей алгоритм докладніше. На початку програми 
опитується датчик тиску на виході насоса (блок 78), якщо значення відповідає 
необхідним параметрам (блок 79), то опитується наступний датчик, інакше 
видається сигнал тривоги (блок 80). Далі опитуйте датчик рівня в жалюзі (поле 81), 
якщо значення відповідає вказаному значенню (поле 82), перейдіть до опитування 
наступного датчика, якщо ні, подайте звуковий сигнал у цьому місці та в кімнаті 
оператора (блок 83), насос зупиняється на критичному мінімумі (блок 84). Далі 
опитуємо датчик температури підшипника насоса (блок 85). При досягненні 
максимального значення видається сповіщення (блок 87) і насос зупиняється (блок 
88). Якщо процес протікає нормально, програма проведе наступне вимірювання 
датчика за тією ж схемою. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 51 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
6 Спеціальний розділ 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки  
Автоматизована система керування процесом атмосферної перегонки нафти 
може мати значні економічні переваги, такі як: 
• Зменшення витрат на робочу силу: Автоматизація процесів дозволяє 
зменшити кількість працівників, необхідних для контролю та керування процесом. 
Це може зменшити витрати на зарплату, соціальні виплати та інші витрати, 
пов'язані зі зберіганням працівників. 
• Збільшення продуктивності: Автоматизована система може 
забезпечити більш ефективний та точний контроль над процесом. Це може 
підвищити продуктивність та зменшити час переробки, що дозволить збільшити 
виробничі обсяги та знизити витрати на виробництво одиниці продукції. 
• Покращення якості продукту: Автоматизована система може 
забезпечити більш точний контроль над процесом, що може покращити якість 
виготовленої продукції. Це може підвищити якість виробу та підвищити рівень 
задоволення клієнтів. 
• Зменшення витрат на енергію: Автоматизована система може 
допомогти зменшити витрати на енергію, наприклад, за допомогою оптимізації 
використання енергії та забезпечення більш ефективного використання 
обладнання. Це може знизити загальні витрати на енергію та підвищити 
рентабельність виробництва. 
• Зменшення витрат на матеріали: Автоматизована система може 
допомогти зменшити витрати на матеріали, наприклад, шляхом точного контролю 
за додаванням реагентів та хімічних речовин. Це може знизити витрати на 
матеріали та забезпечення. 
• Ефективність: Автоматизована система керування може забезпечити 
більш ефективну роботу процесу перегонки, знижуючи час переробки та 
підвищуючи продуктивність. Наприклад, система може бути налаштована для 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 52 
З м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
автоматичного регулювання тиску, температури та інших параметрів, що 
забезпечить більш точну і стабільну роботу процесу. 
• Безпека: Автоматизована система керування може знизити ризики 
небезпеки для працівників та довкілля. Наприклад, система може виявляти аварійні 
ситуації та автоматично виконувати заходи безпеки, такі як зупинка обладнання 
або відкриття вентиляційних отворів. 
• Якість продукту: Автоматизована система керування може забезпечити 
більш високу якість продукту шляхом точного контролю процесу перегонки. 
Наприклад, система може контролювати склад та концентрацію хімічних сполук в 
продукті, що забезпечить виробництво якісної нафти з меншим вмістом домішок. 
• Економічність: Автоматизована система керування може знизити 
витрати на енергію та матеріали, знизити витрати на підтримку та знизити витрати 
на обслуговування та ремонт обладнання. Наприклад, система може автоматично 
контролювати витрати енергії та регулювати їх, що забезпечить ефективну роботу 
Визначення вартості автоматизованої системи керування процесом 
атмосферної перегонки нафти 
Метою даного розділу є обґрунтування економічної доцільності і 
ефективності автоматизованої системи керування процесом атмосферної 
перегонки нафти. При цьому, за рахунок використання сучасного мережевого 
обладнання і нових технічних рішень, збільшується продуктивність, пропускна 
спроможність і надійність сортувального обладнання, зменшуються: витрати часу 
і засобів на обслуговування.  
Далі будуть приведені розрахунки, що дозволяють кількісно визначити 
економічні показники проектування та виготовлення автоматизованої системи 
керування процесом атмосферної перегонки нафти. 
Розрахунок прямих витрат на розробку та виготовлення автоматизованої 
системи керування процесом атмосферної перегонки нафти[23]. 
 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
53 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Таблиця 6.1 - Розрахунок вартості основних матеріалів 
№ Одиниця Кіль- Сума 
Назва обладнання, матеріалів 
п/п виміру кість витрат грн. 
1. Перелік обладнання: 
 Процесорний модуль CPU-315-2DP шт 2 24000 
 Комунікаційний процесор CP343-1 шт 2 22400 
 Модуль аналогового введення SM 331 шт 2 10000 
 Модуль аналогового виводу SM 332 шт 1 4800 
 Модуль дискретного введення SM 321 шт 3 13200 
 Модуль дискретного виводу SM 322 шт 1 4600 
Модуль дискретного введення/виводу шт 
 1 5000 
SM 323 
  Блок живлення PS 307 шт 3 13200 
Станція розподіленого шт 
 1 2000 
введення/виводу ET-200M 
 Інтерфейсный модуль IM 153-3 шт 1 7200 
Вібраційний сигналізатор рівня 
 шт 5 8700 
VEGASWING 61 
Датчик роздягнула фаз радарний шт 
 1 40000 
VEGAFLEX 67 
 Датчик рівня VEGAFLEX 61 шт 2 13400 
 Датчик перепаду тиску VEGADIF 55 шт 1 30400 
Пневматичний відсічної клапан шт 
 2 11180 
Samson  
Пневматичний регулювальний клапан шт 
 1 28520 
Samson 241-7- газ 
Пневматичний регулювальний клапан шт 
 5 31760 
Samson 251-7 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 54 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Продовження таблиці 6.1 
 Датчик тиску серії ДМ02-160-1-M шт 7 30240 
Вихровий витратомір DY080 шт 
 2 93800 
«Yokogava» 
Датчик надлишкового тиску шт 
 4 28000 
VEGABAR 52 
 ТСПУ Метран-286-02 шт 11 49280 
Інтелектуальний перетворювач шт 
 15 50400 
температури «Ruhrpumper Gmbh» 
 Сигналізатор тиску «SYNDANE» шт 5 210000 
 Реле температури «SYNDANE» шт 5 485000 
Перетворювач частоти ACS800-01- шт 
 8 238400 
020-3  
 Шафа керування EMA-VB1201T2D00 шт 1 6200 
 Клемна коробка КП24 шт 23 3128 
Всього: 1576268 
Загальна вартість матеріалів 1576268грн. 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в приміщенні  
проектно-експериментального відділу 
В даному розділі розглядаються можливі шкідливі фактори, які можуть 
впливати на працівника, що працює в приміщенні проектно-експериментального 
відділу при дослідженні проблем автоматизації транспортування нафти на базі 
промислового контролера. 
Для виконання поставлених задач опрацьовується значна кількість 
теоретичного матеріалу, що звичайно, викликає потребу у використанні 
персонального комп’ютера. Тому потрібно забезпечити безпечну та продуктивну 
організацію праці працівника, що працює з комп’ютерною технікою у відділу. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 55 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно звернути 
особливу увагу на фактори виробничого середовища, які безпосередньо  впливають 
на дослідника[24-29]. 
При виконанні досліджень персональний комп’ютер (ПК) використовується 
для проведення розрахунків та формування відповідної документації. За ПК 
працівник проводить не більше 4 годин на день з перервою не менше 1 години. 
Виконання багатьох операцій в відділу призводить до тривалої статичної 
напруженості м'язів спини, шиї, рук і ніг, що приводить до швидкого розвитку 
стомлення. Основними причинами такого стомлення є: нераціональна висота 
робочої поверхні столу і сидіння, відсутність опорної спинки і підлокітників, 
незручні кути згинання в плечовому і ліктьовому суглобах, кут нахилу голови, 
незручне розміщення документів, монітора, клавіатури, неправильний кут нахилу 
екрана, відсутність простору і підставки для ніг[24-29]. 
За рівнем фізичних навантажень робота за комп’ютером класифікується як легка 
фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120-150 ккал/год – категорія І а. 
У відділу розташовано п’ять робочих місць обладнаних комп’ютерною 
технікою. Для забезпечення комфортної роботи персоналу столи мають довжину 
140 см і ширину 70 см, що задовольняє санітарним нормам. Стільці, що змінюються 
за висотою, з напівм'яким сидінням, дозволяють здійснювати поворот сидіння і 
спинки стільця в межах 360°. Висота сидіння регулюється в межах 42-55 см. 
Фактична відстань очей до монітора  дорівнює 0,6-0,7 м. Отже, робоче місце 
відповідає ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання 
робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги» [24-29]. 
Розміри відділу  становлять: довжина 7 м, ширина 4 м, висота від підлоги до 
стелі 3 м, загальна площа аудиторії 28 м2, площа яка припадає на одну людину 
становить 5,6 м2. Об’єм приміщення складає: 84 м3, об’єм, який припадає на одну 
людину становить 16,8 м3, розміри приміщення за площею не відповідають 
вимогам ДБН В.2.2-28-2010 «Будинки адміністративного та побутового 
призначення» [24-29]. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 56 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки 
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Фактичні значення 
основних параметрів мікроклімату наступні: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 22-24 ˚С; 
- в холодний період року 15-18 ˚С; 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 45-60 %; 
- в холодний період року 40-50 %; 
3) Швидкість руху: 
- в теплий період року – 0,1 м/с; 
- в холодний період року – 0,1 м/с. 
Згідно ДСН 3.3.6.042–99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих 
приміщень» нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1) Температура повітря: 
- в теплий період року 22–28 ˚С допустима (оптимальна 23–25 ˚С); 
- в холодний період року 21–25 ˚С допустима (оптимальна 22–24 ˚С); 
2) Вологість повітря: 
- в теплий період року 40-60 %; 
- в холодний період року 40-60 %; 
3) Швидкість руху: 
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с); 
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с). 
З вище наведених даних мікроклімату видно, що лише показники 
температури в холодний період року не задовольняють норму згідно ДСН 
3.3.6.042-99.  
Велике значення має система освітлення відділу. Під час роботи дослідник 
працює з даними, які виводяться програмним забезпеченням на екран монітору. 
Найменша розрізненість об’єкту (в даному випадку об’єктом розрізнення і фоном 
є: текст на моніторі та власне фон монітора, текст на аркуші паперу та аркуш, букви 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 57 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
на клавіатурі і клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це відповідає високій 
точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд – Г. Контраст 
відмінності об’єкту з фоном - великий. 
При роботі з комп’ютером використовувалося приміщення з однобічним 
природним освітленням. Розмір вікна приміщення становить 2×1,5 м. Робочі столи 
розміщені так, що природне світло потрапляє в приміщення спереду. Вікно 
завішене шторами, які запобігають виникненню відблисків, затемнених плям на 
моніторах при попаданні прямого світла.  Згідно з нормами освітлення ДБН 
В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення» коефіцієнт природного 
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце 
розташоване на відстані 0,3м від вікна і в цій точці значення КПО становить 
30-35 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім[24-29].  
Штучне освітлення створюється світильниками з люмінесцентними 
лампами. Освітлювальні установки забезпечують рівномірне освітлення по всій 
робочій зоні, відсутність глибокої і різкої тіні, постійність освітлення в часі. 
Джерела світла по відношенню до робочих місць слідує розмістити таким чином, 
щоб уникнути попадання в очі прямих світлових потоків. Фактичне значення 
штучного загального освітлення складає 360 лк, а нормативне значення – 300 лк. 
Отже, рівень штучного освітлення відповідає нормативним значенням згідно ДБН 
В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення» [24-29]. 
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери 
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45-48 дБА. 
Згідно ДСН 3.3.6.037–99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та 
інфразвуку» цей рівень повністю відповідає нормативному рівню, який становить 
50 дБА. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а отже негативно 
не впливає на працівника. 
Основними джерелами електромагнітного поля на робочих місцях є монітори 
комп’ютерів, а також системні блоки. Найбільше впливає електромагнітне поле на 
органи зі слабкою терморегуляцією, що мають недостатню кількість кровоносних 
судин або слабкий кровообіг. До таких органів відносяться: головний мозок, око 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 58 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
(кришталик), шлунок, сечовий міхур і т.п. Функціональні зміни виявляються в 
передчасній стомленості, млявості, головному болі. При систематичному 
опроміненні спостерігається зміна кров'яного тиску (гіпертонія, гіпотонія), 
уповільнення пульсу, трофічні явища (випадіння волосся, ламкість нігтів, лущення 
шкірного покриву). Величина напруженості, що живить комп’ютерне обладнання 
220В, і споживана потужність менше ніж 3000 Вт, що не перевищує нормативне 
значення, визначене в ДСН 198 «Державні санітарні норми і правила при виконанні 
робіт в невимкнених електроустановках напругою до 750 кВ включно» та ДСН 239-
96 «Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу 
електромагнітних випромінювань» [24-29]. 
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу, що забезпечує 
захист працюючих у відділу від доторкання до оголених проводів. Обладнання 
встановлене в приміщенні живиться напругою 220В і споживає потужність 2500 
Вт. Деяке обладнання, зокрема персональний комп’ютер, має металевий корпус, 
тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-82-2016 у відділу передбачена система захисного 
занулення[24-29]. 
Інструктаж з техніки електробезпеки складений згідно НАОП 1.1.10-4.09-87 
«Програми навчання безпеки праці робітників, до професій яких пред'являються 
підвищені вимоги з техніки безпеки». Вступний інструктаж проводиться з усіма 
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно 
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж 
проводиться на робочому місці до початку роботи на робочому місці. Інструктаж 
проводить інженер по техніці безпеки, відповідно до НАОП 0.00-4.12-05 «Типове 
положення про навчання з питань охорони праці» [24-29]. 
Відділ за вибухопожежонебезпекою відноситься до приміщень  типу В, 
згідно з ДСТУ Б В.1.1:36-2016. В даному відділу забезпечуються необхідні заходи 
щодо протидії виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ 
А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні[24-29]»: 
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою. Стеля 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 59 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а підлога 
з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва та оздоблення 
відділу пройшли перевірку і були дозволенні органами державного санітарно-
епідеміологічного нагляду. 
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5, який знаходиться 
на стіні біля д верей з вільним доступом до нього, відповідно до Правил 
експлуатації та типових норм належності вогнегасників. 
-  план евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для 
попередження пожежі у відділу використовується електрична пожежна 
сигналізація  POLON 4000 та теплові датчики типу (ИПД-1) у кількості 4 шт. 
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до НАПБ А.01.001-2014 
«Правила пожежної безпеки в Україні». 
Після проведення аналізу відділу та умов праці за робочим місцем можна 
зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються 
сприятливими окрім системи опалення. Тому пропонується замінити систему 
опалення, щоб параметри мікроклімату відділу відповідали нормам ДСН 3.3.6.042–99. 
 
Модернізація системи водяного опалення відділу 
Основний поділ опалювального обладнання ґрунтується на способах 
передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних приміщень.  
 Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та конвекційне. 
Цей поділ виникає з пропорції потоку тепла, яке віддається через нагрівальні 
прилади до приміщення. 
Типовими випромінюючими нагрівачами є: 
- випромінювачі; 
- випромінюючі смуги; 
- площинні нагрівальні системи (стельові, стінні та підлогові). 
Конвекційними нагрівачами є: 
- нагрівальні прилади з чавунних та сталевих ланок, 
- конвектори. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 60 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Повітряне опалення, в тому числі і вентиляторні конвектори, є майже 100% 
конвекційним. 
 Питання про те, який тип обігріву приміщень корисніший — радіаційний чи 
конвективний — постійно призводить до нових технологічних рішень. Наприклад, 
це стосується встановлення продуктивності випромінювання теплової енергії 
(ККВ) нагрівального приладу певного типу або теплового радіуса дії нагрівального 
приладу. 
Ці два типи нагрівання дають різні результати і можуть призвести до 
приємних відчуттів або температурного дискомфорту. 
Наприклад, втрати тепла, які відчуває людина внаслідок випромінювання в 
напрямку холодної площини (від поверхні печі), не можуть бути компенсовані 
більш інтенсивним поглинанням випромінювання іншими частинами тіла. 
 У цьому випадку ми змінюємо положення тіла відносно джерела тепла. Крім 
того, різкі рухи повітря (навіть досить гарячого відносно кімнатної температури), 
які викликають теплове відчуття, можуть сприйматися як неприємні 
охолоджувальні потоки. 
Якщо приміщення, що опалюється, справне, температура повітря не буде 
суттєво відрізнятися від середньої (можливо, рівномірної) температури повітря 
оточуючих поверхонь, а температура поверхні, що нагрівається, не значно 
перевищуватиме температуру тіла людини. Тому найчастіше перевага віддається 
плоскому низькотемпературному опаленню.  
Підвищення температури опалювального обладнання, тобто концентрація 
внутрішніх джерел тепла, призведе до посилення і розділення теплового 
випромінювання, що призведе до збільшення інтенсивності теплового 
випромінювання або швидкості повітряного потоку в приміщенні. Очевидно, що 
при встановленні температури опалювального обладнання не слід перебільшувати, 
тому що навіть температура поверхні опалювального обладнання порядку 80-90 ° 
С шкідлива для здоров'я, крім того, що погіршує самопочуття.  [24-29] 
 Обмеження температури поверхні нагрівального пристрою пов'язане з тим, 
що при температурі вище 60 °С починається процес сухої перегонки органічної 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 61 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
рідини та її згоряння на поверхні нагрівального пристрою. Продукти цих процесів 
можуть подразнювати слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, викликаючи 
відчуття сухості, яке особливо неприємно при низькій відносній вологості повітря 
в приміщенні під час морозів. 
В даний час використовуються декілька типів радіаторів: алюмінієві, 
біметалічні, чавунні, сталеві конвектора. 
Радіатори водяного опалення діляться на дві групи:  
− секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);  
− панельні-сталеві. 
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, володіють великою тепловою 
потужністю на одиницю довжини приладу і можуть застосовуватися в системах 
опалення з низькою якістю теплоносія. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 62 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата 
 
 
Рисунок 6.1 – Двохтрубна система опалення будівлі 
 
Альтернативою чавуну є алюміній, з якого виробляються більш ефектні на 
вигляд і менш металомісткі алюмінієві або біметалічні (сталь + алюміній) 
радіатори. Гідність цих опалювальних приладів в тому, що вони прогрівають 
приміщення швидше, ніж чавунні радіатори, і добре керуються термостатичним 
вентилями. 
Біметалічні радіатори зовні схожі на алюмінієві, але завдяки застосуванню 
сталевих труб, всередині кожної секції, витримують внутрішній тиск до 25 атм. і 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
63 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
вище. Потужність кожної секції (при висоті 500 мм) 160 Вт. Застосовуються, як 
правило, для облаштування міських квартир. 
Сталеві панельні радіатори середні за теплопровідністю між чавунними і 
алюмінієвими радіаторами. Панельні радіатори виконуються з штампованих, 
стійких до корозії сталевих листів, утворюють ряд вертикальних паралельних 
каналів, які об'єднуються горизонтальним колектором. Радіатори виконуються 
однорядні, дворядними, трьохрядний, з ребрами і без нього. При цьому кожен 
радіатор покритий багатошарової термостійкою емаллю. 
Обчислення тепловитрат в приміщенні[24-29]: 
 
Q = S∙T/R,                                                    (6.1) 
 
де Q - тепловтрати через перешкоду, Вт; 
     S - площа перешкоди, м2; 
     Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С; 
     R - значення теплоопору перешкоди, м2·°С/Вт. 
Розраховуємо тепловтрати через стіни. Тепловтрати через зовнішню стіну - 
R = 0,712 - опір теплопередачі  стіни завтовшки в 2 цеглини (50 см). Площа стіни 
S 2
стіни = 7 ⋅3−1,3 ⋅ 2 ⋅ 4 =18,4 м  
 
Q 18,4 ⋅50
1 = =1292
0,712 Вт 
 
Тепловтрати через вікна: R = 0,37 - опір теплопередачі  звичайного вікна з 
подвійною рамою. Площа вікна Sвікна =1,3 ⋅ 2 = 2,6м2. 
 
Q 2,6 ⋅5 ⋅50
2 = =1757
0,37 Вт 
 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
64 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
З урахувань втрат на вентиляцію (25%): 
 
Q = (1292 +1757) ⋅1.25 = 3811,25Вт 
 
Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні в холодну 
пору року потрібна система опалення потужністю не менше 3811,25 Вт.  
Згідно отриманих даних обираємо алюмінієвий радіатор ELSOTERM JET - 
500. Представлений алюмінієвий радіатор має високу тепловіддачу і опалює будь-
яке приміщення краще в порівнянні з чавунними радіаторами. Має універсальний 
дизайн. Алюмінієві радіатори найчастіше випускаються у вигляді секційної 
конструкції, яка чудово вписується в будь-який інтер'єр і головне, допомагає 
зберегти чистоту приміщення завдяки простому і зручному поверхневому 
очищенню. Пристосовані до українських умов експлуатації, можуть працювати в 
системах опалення з високим тиском. З характеристик можна відмітити легкість 
монтажу і підключення до будь запірно-регулюючої арматури. 
Основні технічні показники однієї секції радіатора: 
- робочий тиск - 18 атм;  
- обпресувальний тиск - 24 атм;  
- тиск на розрив - понад 40 атм;  
- максимальна температура теплоносія - 120 °С; 
- ph-фактор - 7-8;  
- тепловіддача - 181 Вт; 
- маса - 1,25 кг; 
- обсяг води секції - 0,45 л;  
- габаритні розміри: висота - 580 мм, довжина - 80 мм, глибина - 85 мм;  
- міжосьова відстань - 500 мм. 
Враховуючі потрібну потужність системи опалення 3811,25 Вт та 
тепловіддачу однієї секції радіатора – 181 Вт, можна зрозуміти, що для компенсації 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
65 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
тепловтрат в приміщенні відділу необхідно встановити: 3811,25 : 181 = 22 секції. 
Найбільш оптимальним варіантом буде встановлення двох радіаторів по 11 секцій.  
Радіатор пофарбований електростатичним методом. При нагріванні він не 
виділяє шкідливих речовин. Радіатор можна встановити на стіну, не знімаючи при 
цьому захисної коробки. Це дозволить захистити його від механічних пошкоджень, 
пилу і бруду при проведенні ремонтно-оздоблювальних робіт.  
 
Рисунок 6.2 - Алюмінієвий радіатор ELSOTERM JET - 500 
 
 
  
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
З 
66 
м. Лист № докум. Підпис Дата 
 
Висновок 
 
У ході виконання дипломного проекту була розроблена автоматизована 
система керування процесом атмосферної перегонки нафти. 
Були розроблені алгоритми керування процесом атмосферної перегонки 
нафти, та керуюча програма. 
У розрахунковій частині дипломного проекту було зроблено настроювання 
контуру регулювання температури у верху колони обензинювання, з результатами: 
вид перехідного процесу – аперіодичний; час перехідного процесу 7,39 з; запас 
стійкості по фазі 64,7°.  
У дипломному проекті наведений розрахунки собівартості системи, 
розглянуті питання охорони праці. 
Впровадження АСУ процесом атмосферної перегонки нафти на базі 
промислового мікроконтролера дозволило: 
- розширити функції автоматичного й автоматизованого контролю й 
керування; 
- підвищити надійність функціонування системи протиаварійного 
захисту; 
- підвищити якість керування технологічним процесом; 
- скоротити кількість і час локалізації аварійних ситуацій та відмов 
устаткування. 
Арк  
 РС93.21050.001 ПЗ 
 67 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата