Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный технический университет

С. Ф. Абдулин

АВТОМАТИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Учебное пособие

Омск 2002

АВТОМАТИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ: Учебное пособие /

С.Ф. Абдулин. – Омский государственный технический университет: Омск, изд-во ОмГТУ, 2002. – 150 с.

Рассмотрены основные понятия и элементы автоматических и автоматизированных систем управления, даны основные понятия метрологии и техники измерений, общие принципы построения и основные характеристики измерительных преобразователей и средств автоматизации, применяемых в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Приведены элементы теории, принципы и техника построения и приме­нения автоматических систем регулирования (АСР) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, производства синтетического каучука. Даны элементы техники проектирования схем авто­матизации.

Для студентов обучающихся по специальности 250100 «Химическая технология органических веществ».

Рецензенты:

зав. каф. Технологии органических веществ ОмГТУ,

д-р техн. наук, профессор, академик МТА РФ, И.В. Мозговой

зав. каф. Автоматизации производственных процессов

и электротехники СиБАДИ, д-р техн. наук, профессор,

академик РАЕН В. С. Щербаков

начальник службы ИТАТ ОНПЗ А. В. Говядинов

Рекомендовано научно-методической комиссии кафедры ТОВ ОмГТУ

____________________________________© Омский государственный технический

университет

СОДЕРЖАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ

   1. Основные понятия об объектах и системах автоматического управле­ния

   2. Общие сведения о Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации

2. Автоматический контроль и измерение технологиче­ских параметров

   1. Основы метрологии и техники измерений

   2. Типовые измерительные схемы и приборы технического контроля

      1. Общие сведения о датчиках физических величин

      2. Измерительные схемы для датчиков

      3. Вторичные приборы

   3. Методы измерения важнейших технологических параметров

      1. Измерение температуры

      2. Измерение давления

      3. Измерение уровня

      4. Анализаторы состава жидкостей

      5. Влагомеры неводных жидкостей

      6. Измерение плотности и вязкости жидкостей

      7. Анализаторы состава газов

      8. Измерения количества и расхода жидкостей и газов

3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИ-ЧЕС­КИХ ПАРАМЕТРОВ

   1. Классификация автоматических систем регулирования (АСР)

   2. Объекты регулирования и их свойств

   3. Автоматические регуляторы и законы регулирования

      1. Классификация линейных регуляторов

      2. Нелинейные законы регулирования

   4. Усилительно-преобразовательные устройства

   5. Реле

   6. Исполнительные механизмы и регулирующие органы

   7. Управление электроприводами оборудования

   8. Основные характеристики элементов и линейных систем автоматиче­ского регулирования непрерывного действия

      1. Дифференциальные уравнения для элементов и системы

      2. Передаточные функции

      3. Временные характеристики

      4. Частотные характеристики

      5. Типовые динамические звенья АСР

      6. Основные виды соединений звеньев системы

      7. Устойчивость одноконтурных АСР

      8. Качество АСР

   9. Многоконтурные АСР

      1. Комбинированные АСР

      2. Каскадные АСР

3.10. Дискретные автоматические системы регулирования

3.10.1.Понятия о дискретных АСР и их классификация

3.10.2.Классификация релейных АСР

3.10.3.Автоколебания в релейных АСР

4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИ­ЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (АСУТП)

   1. Общая характеристика АСУТП

   2. Назначение, цель и функции АСУТП

   3. Упрощенная структура комплекса технических средств (КТС) АСУТП

   4. Техническое обеспечение распределенных АСУТП

      1. Общая характеристика аппаратурной основы АСУТП

      2. Микропроцессорные автоматические устройства и системы

      3. Электро–пневматические системы управления химико-технологи­ческими процессами

      4. Автоматизированные тренажерно-обучающие комплексы

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕПЕРЕ­РАБОТКИ И НЕФТИХИМИИ

   1. Элементы техники проектирования систем автоматизации

      1. Краткие сведения о типовых технологических процессах

      2. Последовательность выбора системы автоматизации

      3. Выбор регуляторов и параметров их настройка

      4. Элементы техники проектирования схем автоматизации

   2. Автоматизация производства нефтепродуктов

      1. Автоматизация управления процессами первичной переработки нефти

      2. Автоматизация управления процессом каталитического крекинга

      3. Автоматизация управления процессом гидроочистки дизельного топлива

      4. Автоматизация управления процессом замедленного коксования

      5. Автоматизация управления процессом алкилирования бензола

5.3.Автоматизация управления процессами производства некоторых органических продуктов

5.3.1. Автоматизация управления процессом производства олифинов

2. Автоматизация управления процессом производством ацетилена

5.4.Автоматизация управления процессами производства синтетического каучука

5.4.1. Автоматизация производства бутадиен-стирольного каучука

5.4.1.1. Технологическая схема производства

5.4.1.2. Автоматизация процесса приготовления эмульсии и полимеризации

5.4.1.3. Автоматизация процесса дегазации

5.4.1.4. Автоматизация процесса коагуляции

5.4.1.5. Автоматизация процесса сушки

5.4.2. Автоматизация производства изопренового куаучука

5.4.2.1. Технологическая схема производства

5.4.2.2. Автоматизация процесса полимеризации

Библиографический список

Введение

За прошедшее десятилетия автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) нефтепереработки и нефтехимии получили существенное развитие в количественном и качественном отношениях. Установилась масштабная деятельность зарубежных и отечественных фирм по созданию программного обеспечения задач контроля и управления технологическими процессами. При этом основным является развитие косвенных методов контроля неизмеряемых величин (переменных), адаптивного и многосвязного регулирования, оптимального управления и экспертных систем.

Осуществлен переход от устаревшего пневматического оборудования и традиционных щитовых систем к электронным микропроцессорным бесщитовым распределенным АСУТП сетевой архитектуры, в составе которых широко используются IBM-совместимые ПЭВМ и новейшие программные средства.

Появились организации (фирмы), выполняющие разработку и внедрение АСУТП ''под ключ'', включая изготовление и комплектацию оборудования. Усилившаяся конкурентная борьба способствовала повышению качества и снижению стоимости технических средств, программного обеспечения и выполняемых работ. Большое внимание уделяется повышению надежности систем.

АСУТП нефтепереработки и нефтехимии традиционно строится по двухуровневому принципу.

Информационно-управляющая подсистема нижнего уровня предназначена для оперативного контроля, автоматического регулирования и ручного дистанционного управления процессами, программно-логического управления технологическими агрегатами, контроля состояния, сигнализации, блокировка и защиты оборудования в аварийных ситуациях.

Информационно-управляющая подсистема является централизованной по характеру процессов контроля и управления, осуществляемых на каждом рабочем месте, и распределенной по аппаратной реализации своих функций. Задачи контроля и управления, решаемые в рамках этой подсистемы, достаточно универсальны и мало зависят от свойств объекта управления, а используемое программное обеспечение определяется выбором технических средств.

Функционирование информационно-управляющей подсистемы связано с переработкой текущей информации, поступающей с объекта. Решение за­дач, использующих информацию, накапливаемую за достаточно продолжи­тельные интервалы времени, как правило, характерно для верхнего уровня АСУТП.

Подсистема верхнего уровня АСУТП является централизованной как по способам хранения и обработки информации, так и по аппаратной реали­зации, и ориентирована на решение задач расчетного характера. В составе функциональных задач верхнего уровня АСУТП выполняются технологиче­ские и технико–экономические расчеты, диагностика состояния технологического оборудования и учет времени его работы, прогнозирование показателей качества выпускаемой продукции, оптимальное управление ус­тановкой в целом и каждой из ее секций, архивирование значений технологических переменных с целью их апостериорного анализа.

Определяющими факторами, характеризующими качество подсистемы верхнего уровня, является, прежде всего, универсальность используемых алгоритмов, обеспечивающая возможность их применения и различных алгоритмов, обеспечивающая возможность их применения на различных объектах, а также гибкость системы, удобство ее настройки и сопровождения.

В составе технических средств распределенных АСУТП выделяются следующие аппаратно-функциональные элементы:

субкомплексы связи с объектом, обеспечивающие сбор информации, формирование и выдачу управляющих воздействий;

рабочие места операторов-технологов, реализующих систему отображения информации и человеко-машинный интерфейс связи с процессом;

вычислитель для решения функциональных задач верхнего уровня.

Большинство зарубежных и отечественных фирм считают основным подходом к организации субкомплексов связи с объектом на основе программируемых контроллеров, обеспечивая их использование, как в составе сложных систем, так и автономно.

Высокая надежность микропроцессорных программируемых контроллеров (МПК) обеспечивается путем аппаратного резервирования (дублирования или троирования) устройства в целом или отдельных информационных каналов. Живучесть выполняемых функций достигается высокой степенью их распределения по аппаратным средствам за счет применения функциональных плат.

Рабочее место оператора-технолога предназначено для обеспечения контроля и управления ходом технологического процесса и его агрегатами без привлечения дополнительных средств. Организовано рабочее место опе­ратора-технолога на базе контроллеров, оснащенных цветными графиче­скими терминалами, алфавитно-цифровыми и функциональными клавиату­рами. Многие фирмы используют сенсорные экраны, позволяющие перемещать курсор по полю экрана прикосновением пальца.

В составе автоматизированного места оператора-технолога функционируют подсистемы отображения информации, автоматического контроля и сигнализации, связи оператора с технологическими процессом и системой.

Подсистема отображения реализует информационную модель управляемого объекта в виде последовательности кадров, вызываемых на экране цветных графических терминалов. Каждый кадр представляет собой мнемосхему участка технологического процесса с текущими значениями соответствующих переменных, набор графиков изменения этих переменных во времени или гистограмм распределения нарушений для границ различного уровня.

Идеология построения систем отображение информации в настоящее время предусматривает два основных принципа их реализации:

Представление информации по мере возникновения каких – либо нарушений или по требованию оператора;

Безусловное предоставление основной информации о доходе технологического процесса и ее последующей детализации при возникновении нарушений, либо по желанию оператора.

Примером осуществления первого принципа являются системы американских фирм Taylor МОД – 300, Honeywell ТДС – 3000. Конфигурирование этих систем основано на понятиях ''зона контроля'', ''группа элементов'' и ''динамический элемент''. Обеспечена возможность изменения задание регулятором при их вызове, осуществляемом подведением курсора к значению соответствующей переменой.

Второй принцип организации систем отображение информации является более последовательным в идеологическом плане. Он базируется на четком разделении смыслового содержания отображаемой информации и способов ее отображения.

Состав информации на выводимых кадрах выбирается из условия мак­симальной информативности их сопоставительного анализа в каждой конкретной ситуации, а формы ее отображения обеспечивают наилучшую психологическую восприимчивость для оператора в зависимости от харак­тера сопоставления. Любые действия оператора начинаются с вызова требуемого ему информационного кадра. Запросы на выводы кадров могут быть организованы различными способами:

Прямым вызовом по имени (имеется подсказка – меню) или нажатием соответствующей этому кадру клавиши на алфавитно-цифровой или функциональной клавиатурах;

Подведением курсора в определенное место мнемосхемы (обзорного кадра) или движением ''окна'' по мнемосхеме (детализация участков мнемосхемы);

Последовательным перелистыванием в прямом и обратном направлениях.

Регуляторы отображаются в привычном для операторов виде стилизованных шкал, а величина задания изменяется с помощью клавиш увеличения или уменьшения.

Совпадение текущих значений регулируемой переменной и задания отображается на шкале с учетом точности измерений. Управление дискретными элементами (насосами, компрессорами, задвижками, отсечными клапанами), требующее незамедлительных действий оператора в определенных ситуациях, организовано на базе функциональных клавиатур, что значительно снижает время его реакции при возникновении нарушений.

Средствами конфигурирования системы могут быть специализированные языки описания системы, заполнения таблиц, ответы на вопросы меню.

Выполняется конфигурирование либо с рабочей консоли оператора, либо с помощью специализированной или персональной ЭВМ, подключен­ной системе.

Надежность и живучесть функций рабочего места оператора-технолога обеспечивается введением резервной станции с организацией для нее доступа к информации по всем имеющимся зонам контроля.

В системах управления технологическими процессами используются сети, являющиеся разновидностями стандартного протокола МАР–протокола автоматизации производства, разработанного компанией General Motors (США).

Основными направлениями совершенствования функций контроля и управления в АСУТП являются разработка алгоритмов реального времени для косвенного контроля неизмеряемых переменных, автоматизация настройки регуляторов, адаптивного одноконтурного и многосвязного регулирования, оптимального управления и экспертных систем.

В основе всех указанных разработок лежит математическая модель технологического процесса, получаемая методами статистики (объектно- независимые пакеты), формальной кинетики (объектно-зависимые пакеты) и теория нечетких множеств (для экспертных систем).

Автор выражает сердечную благодарность главному инженеру ОНПЗ Абрашенкову П.А., начальнику службы ИТАТ ОНПЗ Говядинову А.В., начальнику группы электриков и КИПиА Логохину А.Г., главным специалистам ИТАТ Козлову А.В., Федорову В.Н. за оказанную любезность в предоставлении новых каталогов по средствам автоматизации и материалов по реальным современным средствам и системам АСУТП.