1. Актуальностьтемы.
На современном этапе развития технических средств управления, качественное управление современными крупнотоннажными химическими и нефтехимическими производствами невозможно представить без систем автоматизированного контроля и управления. Непрерывное развитие и совершенствование АСУ и создание распределённых систем управления является одной из наиболее важных задач, решаемой с целью оптимизации функционирования технологических процессов и производств. Применение в современных системах управления технических средств, базирующихся на микропроцессорной технике, способствует увеличению производительности, повышению точности управления и качества продукции, а также безопасности процесса производства.
Одним из важнейших направлений научно-технического развития в химической промышленности является широкая автоматизация химико-технологических процессов на основе применения вычислительной техники.
В данной диссертационной работе рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и расчётом систем управления, построенных на базе многоканальных микропроцессорных контроллеров, а также вопросы, связанные с разработкой эффективных методов и алгоритмов их настройки. В качестве конкретного примера рассматривается система управления процессом производства карбамида на ОАО «Невинномысский Азот» и система антипомпажной защиты компрессорной установки в этом же производстве. Анализ действующей системы управления показал её существенные недостатки: выполнение только информационно-диспетчерских функцийнизкая надёжность средств контрольно-измерительных приборов и средств вычислительной техники, приводящая к необходимости ввода дополнительных локальных аналоговых систем автоматического регулированиянизкая точность регулированияотсутствие алгоритмов оптимального управленияотсутствие алгоритмов управленияотсутствие алгоритмов технической диагностики средств вычислительной техники и контрольно-измерительный приборов.
Следствием указанных недостатков является: недостаточная точность и полнота информациинеудобство представления информации и невозможность реализации более сложных задач оптимизации и управления процессом.
Производство карбамида относится к крупнотоннажным установкам с непрерывным характером работы и представляет собой сложный, взаимосвязанный по материальным потокам многомерный объект управления с многочисленными рециклами и значительным количеством переменных технологического процесса. Синтез карбамида производится из жидкого аммиака и газообразного диоксида углерода. Количество образуемого в реакторе синтеза карбамида зависит от многих факторов, одним из которых является количество исходных компонентов (NH3, С02).
В связи с тем, что диоксид углерода является одним из главных исходных компонентов, то для непрерывного и стабильного протекания процесса возникает необходимость поддержания его параметров (давление и расход на входе в цех) на необходимом уровне на протяжении всего технологического цикла. Для выполнения этой задачи используется турбинный компрессор, которым осуществляется сжатие газа до необходимого давления и поддержание расхода на входе в цех.
Любой осевой или центробежный компрессор характеризуется минимальным расходом, дальнейшее уменьшение которого приводит к помпажу — разрушительному для агрегата явлению. Для предотвращения помпажа необходимо предотвращать дальнейшее уменьшение этого минимального расхода путем сброса части рабочей среды в атмосферу или на вход компрессора. Т.к. выход компрессора из строя в связи с помпажем приведёт к длительному останову всего цеха и значительным убыткам комбината, то антипомпажная защита турбинного компрессора для данного производства является одной из основных задач управления.
В настоящее время для решения данной задачи используется простой антипомпажный клапан с ПИД законом регулирования, которым и производится управление рабочей средой. Как показывает практика, данный подход не является экономичным и выгодным, компрессор работает не на полную мощность и со средним КПД, причём значительная часть затрат идёт на электроэнергию двигателя, приводящего в работу компрессор.
Система антипомпажной защиты может обеспечить предотвращение помпажа и регулирование нагрузки компрессора, работающего с постоянной или с изменяемой частотой вращения и переменными условиями на входе компрессора.
Таким образом, вопросы связанные с разработкой методов и алгоритмов антипомпажной защиты, построенных на базе многоканальных микропроцессорных контроллеров изучены недостаточно, тогда как их практическое значение очень велико и внедрение данных систем позволит повысить качество управления и снизить производственные затраты.
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
1. Проведён анализ технологического процесса получения карбамида как объекта управления.
2. Сформулированы основные задачи автоматизации. Показана необходимость использования распределённой АСУТП для управления технологическим процессом.
3. Разработана качественно новая система управления технологическим процессом производства карбамида, повышающая качество регулирования и оптимизирующая работу действующих установок.
4. Проведён анализ критериев качества работы компрессора и описана топология связей элементов управления компрессорной установки с учётом их взаимного влияния друг на друга.
5. Разработан эффективный алгоритм расчёта антипомпажной системы, который наиболее полно удовлетворяет технологии ведения процесса производства карбамида. Данный алгоритм применим и на других производствах, где используются компрессорные установки данного типа с подобными технологическими обвязками компрессора.
6. Разработан комплекс программных модулей для расчёта оптимальных настроек антипомпажного регулятора.
7. Часть результатов диссертационной работы, а именно:
S АСУТП производства карбамида на базе функционально-распределённой микропроцессорной системы Damatic XDi производства финского концерна Metso Automation;
S типовые проектные решения и пакет прикладных программбыли переданы и внедрены на ОАО «Невинномысский Азот». Внедрение новой системы управления привело к повышению производительности цеха, снижению энергозатрат и потерь исходного сырья.
8. Предложен вариант технической реализации системы антипомпажной защиты компрессорной установки турбинного типа на базе функционально-распределённой микропроцессорной системы Damatic XDi производства финского концерна Metso Automation.
9. Внедрение данной системы антипомпажной защиты компрессора позволяет стабилизировать давление и расход сжимаемого газа, значительно снизить расходы газа на рециркуляции, а также расход электроэнергии в процессе работы компрессора.
10. Разработанные алгоритмы и программы антипомпажной системы регулирования переданы для внедрения на ОАО «Невинномысский Азот» в цех производства карбамида.
