СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Факультет інформаційних технологій та електроніки

Кафедра комп’ютерно-інтегрованих систем управління

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до магістерської науково-дослідної роботи

освітній ступінь: магістр

спеціальність: 174 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології

(шифр і назва спеціальності)

спеціалізація __________________________________________________

(назва спеціалізації)

на тему «Розробка та дослідження комп'ютерно-інтегрованої системи контролю та управління випарювачем аміаку на стадії синтезу виробництва аміачної селітри»

Виконав: студент групи _АТП-23дм_	_________ В.С. Ганжа

( підпис )

Керівник	_________ П.Й. Єлісєєв

( підпис )

Завідувачка кафедри	_________ М.Г. Лорія

( підпис )

Рецензент	_________

( підпис )

Київ – 2024 р.

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Факультет: Інформаційних технологій та електроніки

Кафедра: Комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Освітньо-кваліфікаційний рівень: Магістр

Напрям підготовки: 174 – Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувачка каф. КІСУ

_______________________ М.Г.Лорія

«______» ______________ 2024 року

ЗАВДАННЯ

НА МАГІСТЕРСЬКУ НАУКОВО-ДОСЛІДНУ РОБОТУ

ЗДОБУВАЧУ ВИЩОЇ ОСВІТИ ГАНЖІ ВІТАЛІЮ СЕРГІЙОВИЧУ

1. Тема магістерської НДР: «Розробка та дослідження комп'ютерно-інтегрованої системи контролю та управління випарювачем аміаку на стадії синтезу виробництва аміачної селітри»

2. Керівник роботи: доц. Єлісєєв П.Й.

Затверджені наказом вищого навчального закладу №91_14.04 від 25.11.2024.

3. Термін подання студентом роботи 16 грудня 2024 р.

4. Висхідні дані до роботи:

4.1.Технологічний регламент виробництва.

4.2.Інструкція оператора по експлуатації АСК ТП.

4.4.Публікації по автоматизованому керуванню технологічними процесами випарювання аміаку.

4.5.Публікації по моделюванню складних систем контролю та керуванню технологічними процесами випарювання аміаку.

5. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити):

5.1.Вступ.

5.2.Аналіз сучасного стану автоматизації технологічних процесів випарювання аміаку.

5.3.Аналіз автоматизованих систем контролю та керування технологічними процесами випарювання аміаку і розробка завдань для виконання магістерської науково-дослідної роботи.

5.4.Розробка та аналіз математичних моделей процесу випарювання аміаку.

5.5.Теоретичні дослідження математичних моделей випарювача аміаку.

5.6.Розробка мнемосхем комп'ютерно-інтегрованої системи управління (КІСУ) процесом випарювання аміаку.

5.7.Розробка програмного забезпечення роботи КІСУ ТП в динамічному режимі роботи.

5.8.Аналіз результатів теоретичних досліджень.

5.9. Висновки.

6. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)

6.1. Мнемосхеми КІСУ процесом випарювання аміаку.

6.1.1.Основна мнемосхема контролю та керування випарювачем аміаку.

6.1.2.Архітектура КІСУ ТП.

6.1.3.Мнемосхеми рапортів і повідомлень.

6.2.Мнемосхема роботи КІСУ ТП в динамічному режимі роботи.

6.4.Математичні моделі випарювача аміаку.

6.3.Статичні та динамічні характеристики випарювача аміаку.

6.5.Результати оптимального керування випарювача аміаку.

7. Дата видачі завдання: 20 жовтня 2024 р.

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ з/п	Назва етапів дипломного роботи	Термін виконання етапів роботи	Примітка
1	Аналіз сучасного стану автоматизації технологічних процесів.	1.11.2024
2.	Аналіз автоматизованих систем контролю та керування технологічними процесами випарювання аміаку і розробка завдань для виконання магістерської науково-дослідної роботи.	1.11.2024
3.	Розробка математичних моделей процесу випарювання аміаку.	5.11.2024
4.	Розробка мнемосхем комп'ютерно-інтегрованої системи управління (КІСУ) процесом випарювання аміаку.	8.11.2024
5.	Розробка програмного забезпечення роботи КІСУ ТП в динамічному режимі роботи.	15.11.2024
6.	Теоретичні дослідження математичних моделей процесу випарювання аміаку.	25.11.2024
7.	Аналіз результатів теоретичних досліджень.	1.12.2024
9.	Оформлення пояснювальної записки дипломного проекту та презентації.	14.12.2024

Здобувач вищої освіти _________________ В.С. Ганжа

Керівник магістерської НДР _____________________ П.Й. Єлісєєв

РЕФЕРАТ

КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ, ВИРОБНИЦТВО АМІАЧНОЇ СЕЛІТРИ, АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ, АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБ’ЄКТА КЕРУВАННЯ, ВХІДНІ-ВИХІДНІ КООРДИНАТИ, ЗБІРНИК СЛАБКОГО РОЗЧИНУ АМІАЧНОЇ СЕЛІТРИ, СТРУКТУРНО-ЛОГІЧНА СХЕМА, МНЕМОСХЕМА, ПЕРЕДАВАЛЬНА ФУНКЦІЯ, МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ, РІВЕНЬ, ЧАСТОТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ, НАСТРОЮВАННЯ РЕГУЛЯТОРА ПЕРЕХІДНИЙ ПРОЦЕС, СИНТЕЗ САР.

Об’єктом дослідження є збірник слабкого розчину аміачної селітри (апарат з рідиною, який має стік), призначений для збору конденсату сокової пари з колектора сокового пара у виробництві аміачної селітри.

Мета - Розробити комп’ютерну систему автоматизації апарату нейтралізації ВТН і виконати синтез комбінованої системи регулювання тиску сокової пари на виході апарату нейтралізації виробництва аміачної селітри.

Метод дослідження – теоретичний з використанням персонального комп’ютера, пакета Maple, SCADA-додатку TRACE MODE.

У ході виконання проекту отримані наступні результати: аналіз сучасного стану автоматизації технологічних процесів, аналіз виробництва аміачної селітри, аналіз технологічного процесу стадії нейтралізації азотної кислоти аміаком і газами дистиляції в апаратах використання тепла нейтралізації, аналіз збірника слабкого розчину аміачної селітри як об’єкта керування, структурно-логічна схема збірника слабкого розчину аміачної селітри, розроблена математична модель, побудовані частотні характеристики та перехідні процеси для еквівалентного об’єкта, знайдені настроювання регулятора, розроблена функціональна схема автоматизації, мнемосхема у статичному та динамічному режимах.

ЗМІСТ

Частина 1

ВСТУП	7

Частина 1	8

Аналіз сучасних принципів автоматизації технологічних процесів хімічних виробництв	8

1.1 Контроль та автоматичне регулювання хіміко-технологічних процесів	8

1.2	Застосування системи MasterSCADA	11

Частина 2	13

Аналіз технологічного процесу випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри	13

2.1 Фізико-хімічні основи виробництва аміачної селітри	13

2.2 Аналіз технологічного процесу стадії нейтралізації азотної кислоти аміком і газами дистиляції в апаратах ВТН	16

2.3 Аналіз апарату нейтралізації ВТН як об’єкта керування	17

Частина 4	19

Розробка технічного проекту комп`ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в статичному та динамічному режимі роботи	19

3.1 Розробка функціональної схеми автоматизації випарювача рідкого аміаку	19

3.2 Розробка технічного проекту комп'ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в статичному режимі роботи	21

Частина 4	24

Розробка математичних моделей випарювача рідкого аміаку	24

4.1 Структурно-логічний аналіз випарювача рідкого аміаку	24

Рисунок. 4.1. Структурно - логічна схема одноконтурного випарювача рідкого аміаку	24

4.2 Розробка математичних моделей випарювача для рівня рідкого аміаку в динамічному режимі роботи	26

4.3 Розрахунок математичної моделі випарювача за рівнем рідкого аміаку в динамічному режимі його роботи	32

Частина 5	41

Синтез одноконтурної системи автоматичного регулювання (САР) рівня рідкого аміаку у випарювачі	41

5.1 Розробка функціональної та структурної схеми одноконтурної САР рівня рідкого аміаку у випарювачі	41

5.2 Вибір передавальних функцій динамічних ланок одноконтурної САР рівня рідкого аміаку та розробка еквівалентної передавальної функції САР за каналом регулювання	43

5.3 Вибір регулятора одноконтурної САР і розрахунок його налагоджувальних параметрів	50

5.4 Розрахунок перехідних процесів одноконтурної САР рівня рідкого аміаку у випарювачі та частотних характеристик	52

5.5 Розробка технічного проекту комп'ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в динамічному режимі роботи.	59

ВИСНОВОК	64

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА	65

ВСТУП

У хімічній технології автоматизація управління технологічними процесами відіграє ключову роль. Це зумовлено складністю та високою швидкістю перебігу хімічних реакцій, чутливістю процесів до змін параметрів режиму, а також небезпечними умовами роботи, зокрема, пожежо- та вибухонебезпекою оброблюваних речовин. Автоматизація виробництва сприяє підвищенню ефективності, забезпечуючи покращення якості продукції та зниження її собівартості.

Запровадження автоматизованих систем управління змінює роль оператора, зводячи її до спостереження за системою, аналізу результатів управління, розробки завдань та програм, а також налаштування складних автоматичних пристроїв. Автоматизація охоплює контроль, регулювання, сигналізацію та блокування технологічних параметрів, які здійснюються за допомогою відповідного обладнання. Поєднання технологічного об'єкта керування (ТОК) з автоматичними засобами реалізації утворює автоматизовану систему керування (АСК).

Розробка комп'ютерно-інтегрованих систем контролю та управління (КІСКУ) технологічними процесами розпочинається з аналізу фізичних або фізико-хімічних властивостей об'єкта керування. На основі цього аналізу створюється алгоритм роботи технологічного процесу та структурна схема АСК, яка враховує принципи регулювання, вимоги до точності й надійності, а також включає комплекс технічних засобів: датчики, нормувальні й проміжні перетворювачі, підсилювачі, логічні пристрої, виконавчі механізми, регулювальні органи тощо.

Синтез АСК зазвичай передбачає вибір типу та параметрів регуляторів і коригувальних пристроїв, здатних найбільш точно відтворювати сигнали управління, забезпечуючи ефективну роботу технологічного процесу.

Частина 1

Аналіз сучасних принципів автоматизації технологічних процесів хімічних виробництв

1.1 Контроль та автоматичне регулювання хіміко-технологічних процесів

Розвиток автоматизації в хімічній промисловості обумовлений постійним удосконаленням технологічних процесів, збільшенням масштабів виробництва, впровадженням потужних агрегатів, ускладненням технологічних схем і зростанням вимог до якості продукції.

Особлива увага приділяється автоматизації через вибухо- та пожежонебезпечність оброблюваних речовин, їх токсичність та агресивність, а також необхідність мінімізації шкідливих викидів у навколишнє середовище. Такі особливості, разом із чутливістю до змін режиму, численними точками контролю та управління, потребують оперативного втручання у разі відхилень. Це унеможливлює якісне ручне управління навіть досвідченим оператором.

Технологічний процес охоплює сукупність операцій, що проводяться із сировиною з метою отримання продукції з певними властивостями. Ці операції відбуваються у спеціалізованих апаратах, таких як ректифікаційні колони, реактори, абсорбери та інші. Для досягнення цільових показників зазвичай розробляють складні технологічні схеми, які в поєднанні з відповідним обладнанням формують технологічний об'єкт управління (ТОУ). ТОУ може представляти як окремий апарат, так і цех або все підприємство.

Зовнішні фактори, такі як зміна складу сировини або стану обладнання, можуть впливати на роботу ТОУ, що потребує відповідного управління. Управління передбачає забезпечення оптимальних умов для досягнення заданих показників, таких як продуктивність чи собівартість. Це досягається шляхом цілеспрямованого впливу на матеріальні й енергетичні потоки.

Процес управління включає кілька етапів: збір інформації про стан об'єкта, визначення оптимальних режимів роботи, розрахунок і реалізацію керуючих дій. Сучасні автоматизовані системи управління (АСУ) дозволяють реалізовувати ці завдання через інтеграцію людино-машинної взаємодії, оптимізуючи процеси і досягаючи найкращих результатів за заданими критеріями.

АСУ функціонують за трирівневою ієрархічною структурою.

Вищий рівень: забезпечує оперативне управління підприємством у цілому, координуючи роботу окремих виробництв і вирішуючи планово-економічні завдання. Для цього використовуються автоматизовані системи управління підприємствами (АСУП).

Середній рівень: відповідає за управління технологічними процесами через автоматизовану систему керування технологічними процесами (АСК ТП). Завданням цього рівня є оптимізація режимів роботи апаратів і ліній, а також розподіл ресурсів з урахуванням наявних матеріальних і енергетичних показників.

Нижчий рівень: зосереджується на стабілізації режимів роботи окремих апаратів через підтримання необхідних параметрів (температури, витрати тощо). Тут використовуються локальні автоматичні системи, що виконують функції контролю, сигналізації, блокування, запуску та зупинки обладнання.

Інформація, зібрана на всіх рівнях, обробляється та використовується для забезпечення ефективного управління підприємством. Такий підхід дозволяє досягти оптимальних результатів, забезпечуючи стабільність і безпеку виробничих процесів.

Ієрархічний підхід до автоматизації не лише забезпечує стабільність і якість процесів, але й підвищує ефективність управління всіма етапами виробництва. Високий рівень інтеграції автоматизованих систем дозволяє оперативно реагувати на зміни зовнішніх і внутрішніх умов, забезпечуючи адаптацію виробництва до вимог ринку та економічної кон'юнктури.

На вищому рівні АСУ, завдяки доступу до об’ємної інформації про всі аспекти виробництва, можна приймати стратегічні рішення щодо вдосконалення технологій, модернізації обладнання, а також впровадження інновацій. Така система сприяє оптимізації витрат, покращенню якості продукції та зниженню негативного впливу на довкілля.

На середньому рівні, автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСК ТП) дозволяють злагоджено працювати усім складовим технологічного ланцюга. Інтеграція з обчислювальними машинами дає змогу прогнозувати можливі відхилення в роботі обладнання, мінімізувати втрати та автоматично коригувати режими для підтримання стабільності процесу.

На нижчому рівні автоматизація спрямована на забезпечення безпечної роботи окремих апаратів і агрегатів. Автоматичні системи не лише підтримують задані параметри, але й виконують функції захисту обладнання, що дозволяє уникнути аварійних ситуацій та забезпечити безперервність виробництва.

Загалом, впровадження автоматизованих систем управління знижує потребу у фізичній участі операторів, перетворюючи їхню роль із виконавчої на аналітичну. Сучасні технології дозволяють операторам здійснювати моніторинг процесів у режимі реального часу, розробляти оптимізаційні алгоритми та оперативно реагувати на позаштатні ситуації.

Крім того, розвиток автоматизації хімічної промисловості стимулює появу нових рішень у галузі штучного інтелекту, машинного навчання та Інтернету речей (IoT). Ці інструменти значно розширюють можливості аналізу та прогнозування, дозволяючи створювати інтелектуальні системи управління, що здатні самостійно приймати рішення в межах заданих критеріїв.

Впровадження таких підходів відкриває нові перспективи для подальшої оптимізації виробничих процесів, зниження енергетичних витрат та підвищення екологічності хімічної промисловості, що є важливими аспектами сталого розвитку сучасного виробництва.

Застосування системи MasterSCADA

MasterSCADA є сучасним пакетом для розробки автоматизованих систем управління технологічними процесами (КСА ТП), який інтегрує широкий набір інструментів і методів, що дозволяють скоротити трудовитрати та підвищити надійність системи. Цей пакет є повнофункціональним SCADA та SoftLogic інструментом з розширеними можливостями. Вбудована підтримка стандартів OLE for Process Control (OPC) забезпечує ефективний обмін даними та повідомленнями, а максимальна підтримка таких стандартів, як XML, HTML, ODBC, OLE, COM/DCOM, ActiveX та інших, дозволяє зручно інтегрувати систему з іншими програмами та зовнішніми системами. Інтерфейс користувача побудований за принципом "усе в одному", що дозволяє працювати з єдиним виглядом програми, який включає проектну структуру, бібліотеку елементів і вікно редагування документів.

Проект в MasterSCADA поділяється на два основних розділи: "Система", де описується технічна структура КСА ТП, і "Об'єкт", що відображає ієрархічну структуру технологічного об'єкта, а також властивості та документи для кожного об'єкта. У залежності від типу властивості або документа, у вікні редагування відкривається відповідний редактор, наприклад, вбудований редактор мнемосхем або зовнішній редактор текстових описів, таких як Microsoft Word.

Серед найбільш поширених систем автоматизації для хімічних виробництв, зокрема азотних комплексів, можна виділити кілька:

Genesis 32 від компанії Iconics, яка використовує мікроядро для зв'язку з іншими компонентами системи, забезпечуючи високий рівень взаємодії та контролю.

Citect, яка включає три основних компоненти: "Citect Explorer" для створення проекту, вибору компонентів і управління системою, "Citect Builder" для розробки елементів і перевірки помилок, а також "Citect Runtime" для запуску проектів в реальному часі.

InTouch, що є частиною пакету FactorySuite від Wonderware, широко використовується в різних галузях промисловості, таких як металургія, машинобудування, харчова, фармацевтична, хімічна і енергетична. FactorySuite є комплексним рішенням для автоматизації промислових підприємств.

TRACE MODE 6, програмний комплекс для створення та запуску в реальному часі розподілених автоматизованих систем управління технологічними процесами. Ця система дозволяє ефективно вирішувати завдання управління підприємствами.

Ці системи автоматизації надають потужні інструменти для розробки, контролю та управління технологічними процесами в реальному часі, забезпечуючи гнучкість, ефективність та безпеку промислових виробництв.

Частина 2

Аналіз технологічного процесу випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри

2.1 Фізико-хімічні основи виробництва аміачної селітри

Метод виробництва аміачної селітри включає отримання розчину аміачної селітри через нейтралізацію неконцентрованої азотної кислоти (НАК) газоподібним аміаком (ГПА) в апаратах ВТН, використовуючи тепло, що виділяється під час нейтралізації. Після цього проводиться випаровування розчину в випарних апаратах, а отриманий розчин гранулюється у спеціальних грануляційних баштах. Однією з основних негативних властивостей аміачної селітри є її гігроскопічність, яка є причиною її злежуваності. Виробляють аміачну селітру двох марок: А – для промисловості та Б – для сільського господарства. Процес виробництва гранульованої аміачної селітри включає кілька основних технологічних етапів:

Нейтралізація неконцентрованої азотної кислоти аміаком і газами дистиляції в апаратах ВТН.

Приготування магнезитової витяжки.

Донейтралізація азотної кислоти аміаком і додавання магнезитової витяжки.

Концентрація слабких розчинів аміачної селітри.

Випаровування розчину аміачної селітри і процес гранулювання.

Нанесення антизлежуючої добавки і пакування готової продукції.

Ці етапи забезпечують отримання високоякісної аміачної селітри з оптимальними властивостями для використання в різних галузях.

У результаті хімічної реакції НАК з ГПА, створюється розчин аміачної селітри:

NH3+HNO3=NH4NO3+Q,

де Q=144936 Дж/моль – кількість виділеної теплоти.

Під час виробництва аміачної селітри утворюються тверді частинки, а також аміак і азотна кислота. Викиди аміаку та азотної кислоти відбуваються переважно при утворенні розчинів (нейтралізаторів і концентраторів), а також під час їх використання в грануляторах. Основним джерелом твердих частинок є процес утворення цих часток на всіх етапах виробництва. Приллові вежі і гранулятори є найбільшими джерелами пилу. Мікрочастинки можуть забивати отвори, що збільшує навантаження на систему очищення і викиди пилу в атмосферу.

Викиди відбуваються, зокрема, через грохочення твердих частинок аміачної селітри і їх зіткнення між собою. Більшість операцій скринінгу закриті або мають часткові покриття для зменшення викидів. Також під час змішування в обертових барабанах може утворюватися пил, який зазвичай уловлюється і переробляється для повторного використання. Іншим джерелом пилу є процес упаковки продукту в мішки та насипне завантаження, особливо при остаточному наповненні, коли пилове повітря витісняється з мішків.

Під час виробництва аміачної та азотної кислот на заводах утворюються стічні води, що містять ці сполуки та аміак, які повинні бути нейтралізовані до отримання аміачної селітри.

Фізико-хімічні властивості

Гігроскопічність аміачної селітри є однією з її основних негативних властивостей і сприяє її злежуваності. Це явище обумовлене кількома факторами:

підвищеним вмістом вологи в продукті;

механічною крихкістю гранул;

зміною кристалічних форм солі;

гігроскопічністю.

Для зменшення впливу гігроскопічності на злежуваність аміачну селітру упаковують у поліетиленову тару. Крім того, для зниження злежуваності до продукту додають магнезитову домішку, що готується в лужному середовищі з pH 7,02-8,0. Аміачна селітра випускається у двох марках: А – для промисловості, Б – для сільського господарства.

Аміак

Безводний аміак є газом, який легший за повітря і має різкий запах. Газоподібний аміак також є легкозаймистим і горючим. Законодавство вимагає, щоб підприємства, що зберігають більше 4535 кг безводного аміаку, мали план управління ризиками. Для роботи з безводним аміаком обов'язково слід використовувати захисне спорядження, таке як рукавички, захисні окуляри та респіратор або щиток.

У побуті аміачні продукти, наприклад, Windex, містять лише близько 10% рідкого аміаку, що є менш небезпечним, ніж безводний аміак. Як і більшість миючих засобів, продукти з аміаком слід зберігати в недоступному для дітей і домашніх тварин місці.

Аміак у будь-якому стані добре розчиняється у воді і вологості. Сліди аміаку можуть потрапляти в легені, очі, горло та шкіру людини, що може спричиняти роздратування, печіння і, в залежності від концентрації, серйозні ускладнення.

Висока розчинність аміаку у воді та його здатність до швидкої абсорбції в організмі підвищують ризик виникнення серйозних проблем зі здоров'ям. Контакт з аміаком, особливо в високих концентраціях, може призвести до гострих респіраторних захворювань, хімічних опіків дихальних шляхів, очей і шкіри. Хронічне або повторне впливання на організм може викликати більш серйозні ускладнення, зокрема порушення роботи дихальних шляхів і навіть отруєння.

Зважаючи на ці ризики, важливою частиною технологічного процесу є дотримання заходів безпеки. Системи вентиляції, очищення повітря та належне утримання обладнання допомагають зменшити концентрацію аміаку в робочих приміщеннях і на виробничих майданчиках. Крім того, технологічні процеси мають включати регулярний моніторинг наявності аміаку у повітрі та у воді, що допомагає своєчасно виявляти можливі витоки або порушення в системах безпеки.

Для зменшення ризиків, пов'язаних з використанням аміаку, розробляються також системи рекуперації і переробки відходів, що дозволяють мінімізувати кількість викидів аміаку в атмосферу та знижують навантаження на навколишнє середовище. Одним із напрямків є вдосконалення методів нейтралізації стічних вод, що містять аміак і азотні сполуки, з метою запобігання забрудненню водних ресурсів.

Усі ці заходи сприяють зменшенню впливу на здоров'я працівників і навколишнє середовище, а також допомагають дотримуватися нормативів і стандартів, що регулюють безпечне використання аміаку в промислових процесах.

2.2 Аналіз технологічного процесу стадії нейтралізації азотної кислоти аміком і газами дистиляції в апаратах ВТН

Мій апарат – це випарювач рідкого аміаку, розташований на позиції 25, в процесі нейтралізації. Випарювач являє собою ємність, в нижній частині якої встановлений змієвик, що обігрівається парою під тиском, який не перевищує 0,55 МПа (5,5 кгс/см²) (PI-81). Для запобігання надмірному тиску в системі, випарювач оснащений запобіжними клапанами, які спрацьовують при тиску понад 0,28 МПа (2,8 кгс/см²). Щоб уникнути попадання рідкого аміаку в лінію подачі газоподібного аміаку (ГПА) до апаратів ВТН 22/1-5, рідкий аміак з випаровувача 25 спрямовується в сховище аміачної води. Температура ГПА стабілізується регулятором температури ТС19, шляхом коригування витрати парового конденсату, що подається в теплообмінник 26 (трубопроводи світлокоричневого кольору). Рівень аміаку у випаровувачі 25 контролюється рівнемірами LIRАН25.1-3 і підтримується в межах від 400 до 700 мм.

Випарна установка має корпус, поділений на верхню та нижню випарні камери. Обидві камери обладнані пучками гріючих труб, розташованих один над одним і закріплених в трубних решітках. Випарні камери з'єднані перетічною трубою. На верхній решітці нижньої випарної камери встановлено циліндричний стакан, який має зазор до нижньої решітки верхньої камери. Цей стакан поділений поперечною перегородкою на два відділи: один для збору конденсату з верхнього пучка труб і другий для відведення газів, що виділяються з нижнього пучка труб. Гріюча пара надходить до труб нижньої випарної камери, а пари, що виділяються з розчину в міжтрубному просторі цієї камери, переносяться всередину труб верхньої випарної камери.

2.3 Аналіз апарату нейтралізації ВТН як об’єкта керування

Технологічний об'єкт керування (ТОК) є сукупністю технологічних процесів, які охоплюють балансування та реалізацію конкретних етапів виробничого процесу. Технологічні процеси в різних галузях промисловості часто мають велику кількість параметрів і характеризуються складними масообмінними та хімічними реакціями. Усі параметри, що описують процес, можна класифікувати на три групи: вхідні, вихідні та збурюючі. Вхідні параметри використовуються для керування процесом, вихідні - для контролю технологічних операцій, а збурюючі параметри впливають на процес, але не можуть бути використані для його регулювання.

Випарювання - це процес збільшення концентрації розчинів твердих нелетких речовин шляхом часткового випарювання розчинника при кипінні рідини, коли тиск пари над розчином дорівнює тиску в робочому об'ємі апарата. Випарювання застосовується для концентрації розчинів, виділення чистого розчинника (дистиляція) та кристалізації розчинених твердих речовин.

Для нагрівання розчину до температури кипіння зазвичай використовують топкові гази, електричний нагрів або високотемпературні теплоносії, проте найбільш поширеним джерелом тепла є водяна пара, яка має високу теплоту конденсації та хороший коефіцієнт теплопередачі. Пара, що використовується для нагріву, називається первинною, а пара, яка виділяється при кипінні розчину - вторинною. Випарювання може здійснюватися при атмосферному тиску, вакуумі або під надлишковим тиском.

Процес випарювання здійснюється у випарних апаратах. Для малих обсягів розчинів, часто при атмосферному тиску або під вакуумом, застосовуються однокорпусні випарні установки. Для економії енергії використовуються багатокорпусні установки, де вторинна пара з одного корпусу служить для нагріву наступного. У таких установках тиск в корпусах поступово зменшується, що дозволяє зберігати необхідну температурну різницю між киплячим розчином і парою.

Випарні установки класифікуються за принципом роботи на періодичної та неперервної дії. Періодичний метод використовується при низькій продуктивності або для отримання високих концентрацій цільового продукту в упареному розчині. В установках неперервної дії свіжий розчин постійно подається в апарат, а упарений розчин виводиться з нього безперервно. У хімічній промисловості найчастіше використовуються безперервні випарні установки з високою продуктивністю.

Безперервні випарні установки з високою продуктивністю є основним вибором у хімічній промисловості, оскільки вони дозволяють здійснювати процес випарювання без перерв, що значно підвищує ефективність виробництва. Ці установки здатні працювати на великих обсягах матеріалу і забезпечувати стабільний вихід продукту, що важливо для масштабованого виробництва. Вони дозволяють значно зменшити витрати енергії, оскільки вторинна пара, що утворюється в одному корпусі, використовується для нагріву наступного.

У випадку багатокорпусних випарних установок важливим фактором є оптимізація теплових потоків між корпусами, що дозволяє досягати значної економії енергії. Технологічний процес вимагає точного контролю температури, тиску та витрат пари, оскільки ці параметри безпосередньо впливають на ефективність випарювання та якість кінцевого продукту.

Однією з важливих проблем при використанні випарних установок є підтримка стабільності процесу при зміні складу та кількості розчину. Це вимагає постійного моніторингу та налаштування робочих параметрів, а також наявності автоматизованих систем керування, які дозволяють оперативно реагувати на будь-які відхилення від заданих режимів.

З огляду на економічну доцільність, сучасні випарні установки також оснащуються системами для рекуперації тепла, що дозволяє знижувати витрати на енергоспоживання. Використання таких установок дозволяє значно знизити експлуатаційні витрати та підвищити ефективність виробництва в умовах великомасштабного хімічного виробництва.

Частина 4

Розробка технічного проекту комп`ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в статичному та динамічному режимі роботи

3.1 Розробка функціональної схеми автоматизації випарювача рідкого аміаку

Функціональна схема автоматизації (ФСА) показує вимірювальні, виконавчі та обчислювальні пристрої, що використовуються для побудови системи управління. Вимірювальні пристрої - це датчики технологічних величин - температури, тиску, рівня тощо. Виконавчі - це пристрої, що змінюють потоки матеріалу - клапани, клапани, насоси тощо. Обчислення - це пристрої, в яких реалізовані алгоритми управління, наприклад, програмований логічний контролер. На рис. 3.1. показана функціональна схема автоматизації технологічного апарату.

Рисунок. 3.1. Функціональна схема автоматизації випарювача рідкого аміаку одноконтурними АСР

На функціональній схемі показано вимірювальні, виконавчі та обчислювальні пристрої, які використовуються для побудови системи керування. Вимірювальними пристроями є датчики технологічних величин - температури, тиску, рівня тощо. Виконавчими є пристрої, які змінюють матеріальні потоки, - клапани, засувки, насоси тощо. Обчислювальними є пристрої, в яких реалізовано алгоритми керування, наприклад, програмований логічний контролер. Алгоритм керування - це послідовність команд, які виконуються, щоб привести технологічний процес до заданого стану. В загальному випадку, контролер зчитує значення з датчиків, оброблює їх і формує сигнали керування виконавчим обладнанням.

На ФСА зображено також лінії, якими сигнали заходять у контролер, і виходять з нього. Також на схемі показуються допоміжні пристрої, наприклад, перетворювачі сигналів від датчиків або пускачі двигунів, оскільки є ситуації, коли датчики або виконавче обладнання може бути підключено напряму до контролера.

У більшості випадків центром системи автоматичного керування є щит автоматики, де розміщені контролери, пуско-регулююча апаратура та допоміжні засоби.

3.2 Розробка технічного проекту комп'ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в статичному режимі роботи

Мнемосхему контролю технологічного процесу розробимо за допомогою SCADA-системи Trace Mode.

Створений графічний екран є наглядним відображенням технологічного процесу, для якого створюється комп’ютерно-інтегрована система управління. Під час створення необхідно показати апарати стадії, системи регулювання та стабілізації. Для індикації параметрів на робочому екрані використовуються текстові блоки, які дають змогу виводити значення з програми на екран. Графічні елементи, такі як труби, корпуси апаратів, клапани, тощо створюються за допомогою вбудованих графічних бібліотек.

Рисунок 3.2 – Мнемосхема контролю випарювача рідкого аміаку

Випарювач рідкого аміаку являє собою посудину, в нижній частині котрої ззовні установлено змієвик, котрий обігрівається парою під тиском не більшим 0,55 МПа. Випаровувач аміаку має запобіжні клапани, котрі спрацьовують при підвищенні тиску понад 0,28 МПа. З метою запобігання попадання рідкого аміаку в лінію подачі ГПА в апарати ВТН передбачена видача рідкого аміаку з випаровувача у сховище аміачної води. Температура Т19 ГПА стабілізується регулятором температури ТС19 за рахунок зміни витрати парового конденсату, який подається в теплообмінник.

Частина 4

Розробка математичних моделей випарювача рідкого аміаку

4.1 Структурно-логічний аналіз випарювача рідкого аміаку

Технологічний об'єкт керування (ТОК) - це сукупність технологічного балансування та реалізованого на ньому за відповідним фрагментом технологічного процесу. Технологічні процеси будь-якої галузі промисловості характеризуються великою кількістю різних параметрів, високою складністю масообміну та хімічних процесів. Усі технологічні параметри, що характеризують процес, поділяються на 3 групи: вхідні, вихідні та збурюючі. Вхідні - за допомогою яких можна керувати процесом, вихідні - за допомогою яких можна керувати технологічними процесами, збурюючі - впливають на технологічний процес, на виходи параметрів об'єкта, але не можуть бути використані для керування.

Випарювач рідкого аміаку являє собою вертикальний апарат зі сферичними днищами. Призначений для відділення рідкого аміаку від газоподібного з подальшим випаровуванням рідкого аміаку.

Вхідною координатою є витрата упареного розчину Fk , збурюючіми – витрата свіжого розчину та температура теплоносія , а вихідною – рівень L.

Структурно-логічна схема об’єкта зображена на рис. 4.1.

Fp TT L

Рисунок. 4.1. Структурно - логічна схема одноконтурного випарювача рідкого аміаку

Випарювання - це процес концентрування розчинів твердих нелетких речовин шляхом часткового випарювання розчинника при кипінні рідини, тобто коли тиск пари над розчином дорівнює тиску в робочому об'ємі апарата. Випарювання використовують для збільшення концентрацій розчинів нелетких речовин, виділення з розчину чистого розчинника (дистиляція) і кристалізація розчинених речовин, тобто виділення нелетких речовин у твердому вигляді.

Для нагрівання випарюючого розчину (свіжого розчину) до кипіння використовують топкові гази, електронагрів і високотемпературні теплоносії, але найбільше використання знаходить водяна пара, яка характеризується високою питомою тепловою конденсацією і високим коефіцієнтом тепловіддачі. Пара, яка використовується для нагріва випарного апарату, називається первинною, а пара, яка створюється при кипінні розчину – вторинною. Випарювання ведуть під вакуумом, при атмосферному та надлишковому тиску.

Процес випарювання проходить у випарних апаратах. При роботі з невеликими кількостями розчинів при атмосферному тиску, а іноді і під вакуумом використовують одинарні випарні апарати, які називаються однокорпусними випарними установками. Для економії гріючої пари використовують багатокорпусні випарні установки, які складаються з декількох випарних апаратів, де вторинна пара, яка виходить з попереднього корпусу, є гріючою парою для наступного. При цьому тиск у послідовно з’єднаних корпусах понижується так, щоби зберегти достатню різницю температур між киплячим розчином і гріючою парою в кожному корпусі. За принципом роботи випарні апарата розділяються на періодичної та неперервної дії. Періодичний процес випарювання використовується при малій продуктивності установки або для одержання високих концентрацій цільового продукту в упареному розчині. В установках неперервної дії свіжий розчин неперервно подається в апарат, а упарений розчин неперервно виводиться з нього. У хімічній промисловості в основному використовуються неперервнодіючі випарні установки з високою продуктивністю.

4.2 Розробка математичних моделей випарювача для рівня рідкого аміаку в динамічному режимі роботи

Матеріальний баланс для рівня має вигляд:

(4.1)

де	- маса свіжого розчину, що подається у випарний апарат;

- маса упареного розчину, що накопичується у випарному апараті ( dV - зміна об’єму упареного розчину у випарному апараті; - густина рідини упареного розчину; L – рівень упареного розчину, м; S – площа поперечного перетину апарату, м2);

- маса упареного розчину, що відводиться із випарної установки;

- маса вторинної пари розчинника, що відводиться із випарної установки;

- маса вторинної пари розчинника, що накопичується у випарному апараті.

З урахуванням означеного, рівняння матеріального балансу в технологічних змінних набуде вигляду:

, (4.2)

Витрати зв’язані з рівнем L подальшою залежністю:

Витрата пари, яка створюються у процесі кипіння розчину:

де - питома теплота конденсації водяної пари,

– витрата теплоносія;

– теплоємністі відповідно свіжого розчину та упареного.

Витрати вторинної пари зв’язані з тиском подальшої залежності

Витрати розрахуємо за формулами (3.3 – 3.5) і підставимо в (3.2), а також поділимо на ліву частину рівняння (3.2) на dt.

Дамо відхилення змінним параметрам:

Виконаємо лінеаризацію моделі випарної установки за рівнем. Для цього скористаємося розкладенням у ряд Тейлора (обмежимося лінійною частиною).

Після відповідного перемноження, знехтування складовими малого ступеня важності отримуємо:

Вилучимо рівняння статики:

Тоді рівняння (4.7) приведемо до відносної форми, для цього кожну змінну величину помножимо і розділимо на її номінальне значення:

Виконаємо заміни: на , на та всі члени рівняння (4.9) розділимо на

Напишемо рівняння (4.10) у відносній формі

де

Для того, щоб знайти математичну модель за рівнем, слід розв’язати рівняння (4.11). Для того, щоб можна було для диференційного рівняння застосувати закон лінійної алгебри, перетворимо рівняння (4.11) за Лапласом, при цьому врахуємо, що , та запишемо його у такий спосіб:

де

Знайдемо детермінант:

З цього видно, що детермінант, який описується матрицею (4.15), становить ні що інше, як ліву частину математичної моделі, яка називається характеристичним рівнянням. Права частина моделі визначається чисельником матриці (4.16).

Математична модель випарної установки за рівнем має вигляд:

де

Підставляючи вираз для у рівняння (4.17), маємо:

Кожний канал характеризується передавальною функцією:

-за каналом регулювання:

-за каналами збурення:

4.3 Розрахунок математичної моделі випарювача за рівнем рідкого аміаку в динамічному режимі його роботи

Регламентні параметри для випарювача є наступними:

Витрата аміаку Fp=5000 м3/год.

Тиск газоподібного аміаку P= 0.55 МПа.

Рівень рідини в апараті .

Температура теплоносія .

Теплоємність свіжого розчину Cp = 2,71 кДж/кг·°С.

Теплоємність упареного розчину Ck = 2,74 кДж/кг·°С.

Універсальна газова стала – R = 8.314 кДж/кмоль*K.

Стала за формулою Сен-Венана – Венцеля – С = 0.685.

Коефіцієнт витрати через регулюючий орган - .

Прискорення вільного падіння - .

Поперечний перетин регулюючого органу - м2.

Питома теплота реакції -

Витрату упареного розчину знаходимо за формулою:

м3/год

Витрата пари, яка створюються у процесі кипіння розчину:

м3/год

Витрата вторинної пари, яка зв’язана з тиском розраховується за формулою:

м3/год

Знайдемо сталі часу:

Визначимо коефіцієнти передачі:

Знаходимо сталі часу об’єкта керування:

Диференціальне рівняння, яке описує об’єкт керування:

Передавальні функції об’єкта без ланки запізнення:

З цих рівнянь видно, що у динамічному відношенні об’єкт – це аперіодична ланка четвертого порядку.

Час запізнення визначаємо за формулою:

Перехідний процес за каналом регулювання, враховуючи 5% зону, зображений на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 – Крива перехідного процесу об’єкта керування за каналом регулювання

Перехідний процес об’єкта керування має аперіодичну форму. Час регулювання становить 25 с.

Графіки частотних характеристик показані на рис. 4.3-4.6.

>

>

>

Рисунок 4.3 – Дійсна частотна характеристика

>

>

Рисунок 4.4 – Уявна частотна характеристика

>

>

Рисунок 4.5 – Амплітудо-частотна характеристика

>

>

Рисунок 4.6 – Фазо – частотна характеристика

Частина 5

Синтез одноконтурної системи автоматичного регулювання (САР) рівня рідкого аміаку у випарювачі

5.1 Розробка функціональної та структурної схеми одноконтурної САР рівня рідкого аміаку у випарювачі

Одноконтурні системи автоматичного керування (АСК) призначені для стабілізації одного технологічного параметра (вихідної координати) при дії на об’єкт різних збурень. Одноконтурна АСК має один замкнений контур, який складається з регулятора Р, виконавчого механізму ВМ, регулюючого органу РО, технологічного об’єкта керування ТОК, давача Д і проміжного перетворювача ПП.

У процесі дослідження одноконтурних АСК кожну ланку структурної схеми описують тією чи іншою передавальною функцією, наприклад, регулятор передавальною функцією , виконавчий механізм - , регулюючий орган - , технологічний об’єкт керування - , давач - і проміжний перетворювач - .

Така АСК має дві вхідні координати: завдання u і збурення z та одну вихідну – y. Канал називається каналом регулювання, а - каналом збурення. У разі ступінчатої зміни вхідної координати z на виході системи з’явиться сигнал, який змінюватиметься в часі, тобто вихідний сигнал одержить відхилення від усталеного значення, яке з часом зникає. Зі зміною задання u вихідний сигнал також одержить відхилення, яке набуде нового усталеного значення.

Розробимо одноконтурну АСР рівня, а також розробимо або виберемо передавальні функції всіх динамічних ланок АСР. На рисунку 5.1. представлена структурна схема стабілізації АСР рівня.

Рисунок 5.1 – Структурна схема АСР стабілізації рівня

5.2 Вибір передавальних функцій динамічних ланок одноконтурної САР рівня рідкого аміаку та розробка еквівалентної передавальної функції САР за каналом регулювання

Для стабілізації рівня використаємо ПІ-регулятор. Його передавальна функція має вигляд:

де і - коефіцієнт підсилення та час інтегрування регулятора.

Виконавчий механізм являє собою пневматичний виконавчий механізм. З деяким наближенням передавальну функцію виконавчого механізму напишемо у вигляді:

>

Регулюючий орган та нормуючий проміжний перетворювач вихідного сигналу рахуватимемо як підсилювальні динамічні ланки, для яких приймемо наступні передавальні функції:

>

>

Технологічний об'єкт керування (ТОК) без часу запізнення описується наступною передавальною функцією:

>

Рівень в установці вимірюється рівнеміром ультразвуковим. Тому передавальна функція датчика рівня:

>

Знаходимо передавальну функцію еквівалентного об'єкта керування:

>

Підставивши в останнє рівняння вищеназвані передавальні функції, маємо:

>

З рівняння видно, що еквівалентний об'єкт керування описується диференціальним рівнянням п’ятого порядку.

Розрахуємо ДЧХ та знайдемо частоту переходу еквівалентного об’єкта.

>

>

Рисунок 5.2 – Дійсна частотна характеристика еквівалентного об’єкта

З графіка на рисунку 5.2. видно, що частота переходу ДЧХ через частотну:

>

Постійну часу Т022 знаходимо за формулою:

>

Відповідно T01:

>

Підставивши частоту переходу у розрахунок знайдемо постійні часу та підставимо їх у ідентифіковане характеристичне рівняння еквівалентного об'єкта керування, яке має вигляд:

(5.2)

ДЧХ, УЧХ та АЧХ еквівалентного об’єкта зображені на рис. 5.3-5.5.

>

>

>

Рисунок 5.3 – Дійсна частотна характеристика еквівалентного об’єкта

>

>

Рисунок 5.4 – Уявна частотна характеристика еквівалентного об’єкта

>

>

Рисунок 5.5 – Амплітудно-частотна характеристика еквівалентного об’єкта

Знайдемо відношення постійних часу еквівалентного об'єкта керування:

>

Так як відношення , то робимо висновок, що перехідний процес еквівалентного об'єкта керування матиме критичний характер. Тому розрахунок перехідного процесу виконаємо за формулою:

>

Крива перехідного процесу еквівалентного об'єкта керування матиме вигляд, показаний на рисунку 5.6.

Рисунок 5.6 – Перехідний процес еквівалентного об’єкта

5.3 Вибір регулятора одноконтурної САР і розрахунок його налагоджувальних параметрів

Розрахунок оптимальних настроювань регулятора виконаємо методом трикутника. Для цього використаємо криву перехідного процесу еквівалентного об'єкта керування показану на рис. 5.6. В області максимальної чутливості об'єкта побудуємо трикутник як показано на рисунку 5.7 та знайдемо швидкість його руху за формулою:

(5.3)

Рис. 5.7. Визначення оптимальних параметрів регулятора

методом трикутника.

Розрахунок оптимальних параметрів:

>

Так як для регулювання використовуємо ПІ-регулятор, то оптимальні настроювання регулятора знаходимо за формулами:

- оптимальне значення коефіцієнта регулювання:

>

- час інтегрування:

>

5.4 Розрахунок перехідних процесів одноконтурної САР рівня рідкого аміаку у випарювачі та частотних характеристик

Розрахувавши параметри для ПІ-регулятора, отримаємо передавальну функцію регулятора:

Передавальна функція одноконтурної системи керування:

Підставляємо значення передавальних функцій усіх ланок САР та отримаємо:

>

Частотні характеристики автоматичної системи регулювання показані на рис. 5.8-5.10.

>

>

Рисунок 5.8 – Дійсна частотна характеристика САР

>

>

Рисунок 5.9 – Уявна частотна характеристика САР

>

>

Рисунок 5.10 Амплітудно - частотна характеристика САР

Графік кривої перехідного процесу приведений на рис.5.11.

>

>

Рисунок 5.11 – Графік кривої перехідного процесу

З графіка на рисунку 5.11 видно, що перехідний процеc аперіодичний, час регулювання дорівнює 275 сек., а перерегулювання відсутнє.

5.5 Розробка технічного проекту комп'ютерної системи автоматизації випарювача рідкого аміаку у виробництві аміачної селітри в динамічному режимі роботи

Створення графічного екрану управління апаратом.

Для ефективного керування технологічним процесом оператор має отримувати повну інформацію про хід технологічного процесу. При цьому до інформації, що надходить, висуваються певні вимоги. Вона має бути вичерпною, конкретною та ненадлишковою.

Загальною платформою для надання оперативної технологічної інформації оператору є мнемосхема. Мнемосхема, що розроблена для керування технологічним процесом випарювання рідкого аміаку наведена на рис. 5.12.

Рисунок 5.12 – Створення графічного екрану КІСУ ТП

Завдяки цій мнемосхемі оператор має можливість спостерігати за станом технологічного процесу через основні технологічні параметри, контролювати зміни, що відбуваються в апараті-випарювачі та здійснювати керування ходом процесу через зміну параметрів і уставок регулятора.

Синтез системи автоматичного регулювання технологічного процесу випарювання рідкого аміаку, вибір регулятора типу регулятора та розрахунок його коефіцієнтів налаштування описано в попередньої главі. Проте впровадження результатів, що отримані шляхом теоретичних розрахунків, безпосередньо на діючий технологічний об’єкт неможливо. Для перевірки працездатності запропонованих рішень необхідно провести додаткові експериментальні дослідження. Для цього розробляється імітаційна модель системи регулювання технологічним процесом. Вона включає модель об’єкта керування, моделі приладів та обладнання системи керування та безпосередньо регулятор.

Програмування здійснювалося мовою програмування Техно FBD (Function Block Diagram) – це графічна мова програмування високого рівня, що забезпечує керування потоком даних усіх типів. Ця мова програмування дає можливість використовувати широкий діапазон алгоритмів шляхом виклику функцій та функціональних блоків. Вона підходить для невеликих додатків і зручна для реалізації досить складних об’єктів, таких як ПІД регулятори. Мова програмування FBD включена до стандарту МЕК 61131-3, якій описує мови програмування для програмованих логічних контролерів.

Загальний вигляд програми, що імітує роботу система автоматичного регулювання випарювачем рідкого аміаку наведена на рис. 5.13.

Рисунок 5.13 – Модель КІСУ ТП випарювача рідкого аміаку

Програма складається з 5 модулів:

арифметичний блок – виконує функцію блоку контроля на структурній схемі АСР (рис. 5.1);

блок регулювання (-регулятор) – скомпонований як -регулятор. Цей блок формує вихідне значення за ПІ-законом від величини, поданої на вхід :

де – поточний такт перерахунку,

та – відповідно коефіцієнти при пропорційній та інтегральній складових,

– період перерахунку блоку в секундах (тривалість такту).

3 блока, що модулюють об’єкт регулювання () – кожен з цих блоків є комбінацією аперіодичної (інерційної) ланки першого порядку і ланки запізнення, тобто передатна функція блоку має вигляд:

де і – відповідно коефіцієнт підсилення та постійна часу інерційної ланки першого порядку,

– час запізнення.

Вхідним по відношенню до об'єкта, що моделюється, є вхід . Входи , і – використовуються для завдання відповідно коефіцієнта підсилення, постійної часу і часу запізнення.

Перший блок моделює добуток передавальних функцій блоків виконавчого механізму, регулюючого органу та проміжного перетворювача (формула 5.2) і має підсумкову передавальну функцію

Другий та третій блоки моделюють випарювач рідкого аміаку. Вони реалізують передавальну функцію

Перевірка працездатності КІСУ ТП здійснюється наступним чином. На вхід імітаційної програми подається сигнал «Завдання». Система регулювання реагує на зовнішнє збурення відповідно до закладеного в регуляторі закону. Реакція системи відображається аргументом програми «Вихід».

Результат роботи системи регулювання в режимі реального часу виводиться у вікно трендів (рис. 5.14).

Рисунок 5.14 – Реакція системи автоматичного регулювання випарювача рідкого аміаку (блакитна лінія) на вхідне збурення – «Завдання» (зелена лінія)

Тренд є графічним елементом, що входить до складу типового набора графічних елементів SCADA-системи. Він відображає поточні значення контрольованих та регульованих параметрів об’єкта керування в реальному часі.

ВИСНОВОК

В ході дипломного проекту була розроблена комп’ютерна система автоматизації випарювача рідкого аміаку Розроблено функціональну схему (ФСА), проведено аналіз технологічного процесу як об'єкта управління, побудовано структурно-логічну схему технологічного об'єкта.

Також розроблена математична модель апарату в статичному та динамічному режимах, досліджена передавальна функція системи вздовж каналу управління та каналу збурень. Побудовані частотні характеристики та перехідні процеси як для еквівалентного об'єкта, так і для самої системи управління. Розроблено синтез АСР.

За допомогою системи Trace Mode SCADA було побудовано КІСУ випарювачем рідкого аміаку, створено програми для моделювання параметрів та програму контролю рівня.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

Стенцель Й.І. Автоматизація технологічних процесів хімічних виробництв: Уч. Пос. – К.: ИСИО, 1995. – 360с

Стенцель Й.І. Математичне моделювання технологічних об'єктів керування: Навч. посібник. – К: ІСДО. 1993. -328 с.

Стенцель Й.І., Поркуян О.В. Автоматизація технологічних процесів хімічних виробництв: Підручник. – Луганськ: Вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім.. В.Даля, 2010. – 300 с.

Стенцель Й. ., Проказа О. І., Літвінов К. А., Кузнецова О. В. Комп’ютерні системи автоматизації технологічними процесами виробництва аміачної селітри. Підручник /Під ред. проф. Й. І. Стенцеля. – Сєвєродонецьк: Вид-во Східноукр. нац. ун-ту, 2020. – 320 с., 162 іл., табл. 20.

Стенцель Й.І., Целіщев О.Б., Лорія М.Г. Вимірювання в хімічній технології: Підручник. - Луганськ: Вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім.. В.Даля, 2007. – 480 с.