Реферат на тему магістерської роботи

Вступ

1. Актуальність теми
2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
3. Огляд досліджень і розробок
   1. Огляд міжнародних джерел
   2. Огляд національних джерел
   3. Огляд локальних джерел
4. Розробка функціональної схеми і алгоритмів ПО
   1. Проектування САУ
   2. Розробка функціональної схеми
   3. Розробка алгоритмів програмного забезпечення САУ

Висновки
Література

Вступ

На сьогоднішній день автоматизація досягла значних висот. З появою ПЛК ми отримали можливість автоматизувати фактично будь–який технологічний процес, для якого раніше була потрібна участь десятків працівників. У більшості випадків різні об'єкти моделюють, нехтуючи їх другорядними збуреннями і керованими величинами. Це багато в чому спрощує модель, проте в деяких випадках необхідно враховувати більшу кількість параметрів обурення і управління. Складність таких об'єктів полягає в тому, що зміна показників на одному вході може спричинити зміну декількох виходів, при чому з різними коефіцієнтами. Для опису таких об'єктів необхідно використовувати різні підходи, такі як метод декомпозиції і децентралізації, векторні функції та інше.

1. Актуальність теми

Існує велика кількість об'єктів з кількома керуючими впливами, якими не можна, або ж вкрай небажано нехтувати. Всі ці об'єкти і є багатовимірними. Так само, всі реальні об'єкти володіють будь–якою затримкою, котрою часто нехтують. У деяких системах, в яких тривалість такої затримки може досягати декількох хвилин, або ж десяток хвилин, така зневага так само неприпустима. Таким чином можна прийти до висновку про необхідність створення системи управління таким об'єктом, враховуючи усі показники.

В рамках даної роботи в якості багатовимірного об'єкта прив'яжемося до процесу ректифікації спирту, який в реальних умовах має близько 8 можливих керуючих впливів і створимо систему управління таким об'єктом.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

При аналізі об'єкта і існуючих рішень з його автоматизації було прийнято рішення про його часткове спрощення, у вигляді обмеження кількості керуючих впливів і розгляду інших у вигляді збурень. Таким чином мету роботи можна сформулювати наступним чином: підвищення якості поділу суміші в АСР за рахунок введення коректуючих контурів по витраті флегми, вихідної суміші, дистиляту і складу НКК.

Для досягнення заданої мети необхідно вирішити такі завдання:

1. Проаналізувати технологічні схеми процесу ректифікації.
2. Розробити функціональну схему і виконати вибір апаратних засобів для реалізації САУ.
3. Виконати синтез САУ.
4. Перевірити працездатність САУ методом математичного моделювання.

3. Огляд досліджень і розробок

На даний момент існує багато підприємств, які займаються ректифікацією спирту, проте всі ці структури є комерційними, через що вся інформація, пов'язана з поточними напрацюваннями, закрита від сторонніх. Це відчутно ускладнює пошук інформації на дану тематику. Однак існує велика кількість сайтів, форумів і статей присвячених ректифікації в домашніх умовах, що дозволяє використовувати частину цих даних в даній роботі.

3.1 Огляд міжнародних джерел

Існує багато джерел на тему багатовимірних об'єктів із запізненням в зарубіжному просторі, проте не всі з них знаходяться у відкритому доступі.

• Назва: Topics in Time Delay Systems: Analysis, Algorithms and Control. Lecture Notes in Control and Information Sciences (Том 388)
• Редактори: Jean Jacques Loiseau, Wim Michiels, Silviu–Iulian Niculescu, Rifat Sipahi
• Видавництво: Springer, 2009
• ISBN: 3642028977, 9783642028977
• Кількість сторінок: 418

Одна з книг про різні типи управлінь об'єктів з запізненням, що знаходиться в закритому доступі.[1]

Публікація: L. Fridman, P. Acosta – Steady Modes in the Multidimensional Relay Control Systems with Time Delay // Functional differential equations, Vol 7, No 3–4 (2000) ISSN: 0793–1786. Стаття, присвячена дослідженню стабільних режимів при роботі з багатовимірним об'єктом із запізненням. [2]

3.2 Огляд національних джерел

На російськомовному просторі так само зустрічаються статті на тематику багатовимірних об'єктів. А ось через величезної кількості любительських статей на тему ректифікації, складно знайти наукові публікації з корисною інформацією.

Публікації: Федосов Б. Т. – Многомерные объекты. Описание, анализ и управление, Уравнения состояния динамических объектов с запаздыванием. Дві статті про тонкощі проектуванні багатовимірних об'єктів і про об'єктів з запізненням.[3][4]

Публікація: О. Ю. Камкін, О. А. Ремізова, В. В. Сироквашин, А. Л. Фокін – Робастная стабилизация многомерного линейного объекта с запаздываниями по управлениям. Стаття щодо робастной стабілізації об'єктів.[5]

3.3 Огляд локальних джерел

В рамках Донецького Національного Технічного Університету (ДонНТУ) була знайдена одна робота з схожою тематикою і кілька робіт близьких до даної теми.

Робота магістра ДонНТУ Павленко А. О. – Исследование динамики многомерной системы автоматического регулирования сушильным агрегатом [6]. В рамках цієї роботи розглядається сушильний агрегат в якості багатовимірного об'єкта і проводиться аналіз технічного процесу як в цілому.

Робота магістра ДонНТУ Масленникової Світлани Василівни – Исследование и разработка САУ температуры трубчатой печи типа ПТБ –10Э в условиях Лисичанского НПЗ [7]. У роботі в якості багатовимірного об'єкта представлена трубчаста піч.

Робота Магістра ДонНТУ Ісаєва Петра Сергійовича – Оптимизация режимов работы ректификационного оборудования. [8] У даній роботі здійснюється аналіз методів оптимізації режимів роботи ректифікованого обладнання.

4. Розробка функціональної схеми і алгоритмів ПО

4.1 Проектування САУ

Для виконання поставлених завдань передбачається отримання інформації про параметри, що характеризують і впливають на режими роботи об'єкта.

Для того щоб забезпечити ефективне управління об'єктом необхідно:
• – Вимірювати витрати вихідної суміші, киплячій вихідної суміші, флегми, дистиляту, пара в виносному кип'ятильнику
• – Вимірювати температуру вихідної суміші
• – Вимірювати рівень кубового залишку в нижній частині колони, флегми в флегмовій ємкості
• – Вимірювати тиск у верхній частині колони
• – Вимірювати концентрацію НКК
• – Керувати подачею пара в теплообмінник і кип'ятильник
• – Керувати подачею вихідної суміші
• – Керувати потоком флегми
• – Керувати охолодженням флегми
• – Керувати рівнем флегми і кубового залишку

Виходячи з вимог виникає потреба в підключенні безлічі датчиків: датчики витрати, датчик температури, датчики рівня, датчик тиску, датчик концентрації парів.

Таким чином, для виконання поставлених завдань, з управління системою доцільно застосувати промисловий контролер.

Виходячи із заданих вимог побудуємо загальну функціональну схему Рис. 4.1

Рисунок 4.1 – Загальна функціональна схема ректифікаційної колони

На рис 2.1 РЗ – регульована заслонка, ЕП – електропривод, ДР – датчик витрати, ДТ – датчик температури, ДК – датчик концентрації, ДУ – датчик рівня, ДД – датчик тиску, ПК – персональний комп'ютер.

Рисунок 4.2 – Принцип дії ректифікаційної колони (анімація: 6 кадрів, 10 циклів повторення, 45 кілобайт)

Автоматичні пристрої і засоби обчислювальної техніки, що реалізують функції управління, повинні вибиратися з урахуванням складності об'єкта та його пожежо– та вибухонебезпечності, агресивності і токсичності навколишнього середовища, виду вимірюваного технологічного параметра, дальності передачі сигналів від датчиків і виконавчих пристроїв з пунктами управління, необхідної точності та швидкодії, допустимої похибки вимірювальних систем, місця установки пристрою, вимог правил встановлення електрообладнання. При цьому необхідно мати на увазі, що перевагу слід віддавати однотипним, централізованим пристроїв. Це значно спростить встановлення, а потім і експлуатацію системи управління. [9]

Конкретні прилади та засоби автоматизації будемо підбирати виходячи з таких міркувань:
• – При великій кількості однакових параметрів необхідно застосовувати багатоточкового прилади;
• – При автоматизації складних технологічних процесів необхідно використовувати обчислювальні і керуючі машини;
• – Клас точності приладів повинен відповідати технологічним вимогам; [10]

4.2 Розробка функціональної схеми

Виходячи з обраних елементів побудуємо функціональну схему системи управління ректифікаційної колоною рис 4.3.

Суміш надходить до нагрівача 1. Надходження регулюється поворотною заслінкою 2г підключеної до електродвигуна 2в виходячи з даних отриманих датчиком витрати 2а. В нагрівач подається пар, який нагріває вихідну суміш до температури кипіння і виходить з нагрівача у вигляді конденсату. Управління подачею пара здійснюється так само як і в попередньому випадку (зворотним зв'язком) тільки за допомогою датчика температури встановленому на виході нагрівача і заслінкою з електродвигуном перед нагрівачем. Далі кипляча суміш надходить в колону, де і відбувається процес ректифікації. На дні колони знаходиться суміш, яка циркулює в нагрівач 2 і назад, що б підтримувати температуру кипіння. В нагрівач 2 подається пар, який і нагріває циркулюючу рідину і виходить у вигляді конденсату. Управління подачею пара здійснюється за допомогою зворотного зв'язку датчика витрати 3а і заслінки з електродвигуном 3в і 3г. Піднімається вгору по колоні НКК надходить в дефлегматор, де пара охолоджується і стає флегмою і потрапляє до збірки дистиляту. Якщо в колоні підвищується тиск, що фіксується датчиком 6а, то збільшується потік води в дефлегматор, відкриваючи заслінку 6г і відкривається отдувка з збірника дистиляту, для зменшення тиску в ньому за допомогою заслінки 6е. Якщо рівень дистиляту в збірнику досягає певної позначки, що фіксується датчиком 7а, то відкривається заслінка 7г. За таким же принципом з колони виходить кубовий залишок, за допомогою датчика 4а і заслінки 4в. Ключовим елементом даної є заслінка 5і, яка управляє подачею флегми в колону за допомогою чотирьох датчиків (5а, 5в, 5б і 5г). Обчислюється різниця витрати киплячій вихідної суміші і дистиляту, і з урахуванням концентрації НКК у верхній частині колони і витрати флегми обчислюється необхідна витрата для досягнення максимальної продуктивності колони.

Рисунок 4.3 – функціональна схема САУ ректифікаційної колони

4.3 Розробка алгоритмів програмного забезпечення САУ

Розробка програмного забезпечення управління ректифікаційної колоною досить складне завдання, тому обмежимося загальною схемою роботи системи.

При запуску САУ необхідно провести початкову ініціалізацію: запустити програму управління на ПК оператора, обнулити всі змінні програми, перевірити працездатність всіх датчиків системи, самої системи в цілому. Зв'язок комп'ютера з ПЛК забезпечується через RS–485. З його допомогою можна буде здійснювати контроль і управління процесом. Далі здійснюється запуск програми на комп'ютері і введення необхідних значень витрати і температури для початку роботи системи. Подальша робота програми здійснюється циклічно. Проводиться опитування всіх датчиків, обробка отриманих значень від них, висновок інформації на монітор.

Далі програма буде порівнювати дані отримані від датчиків з заданими значеннями, які були введені раніше, і якщо якийсь параметр вийшов за межі допустимого діапазону, то ПЛК подає керуючий вплив на відповідний виконавчий механізм.

Усе це можна представити у вигляді блок–схеми:

Рисунок 4.4 – Блок – схема алгоритму програми

Висновки

В даному проекті вирішена задача автоматизації регулювання процесом ректифікації. Визначено основні завдання проекту, вирішення яких дозволить розробити ефективну систему управління з енергоємним управлінням. За результатами роботи на даний момент можна зробити наступні основні висновки:
1. –Як об'єкт управління розглядається технологічний процес ректифікації спирту. Проаналізувавши ТП ректифікаційної колони як ОУ було з'ясовано, що даний об'єкт володіє високим запізненням. Наведено способи регулювання конкретним видом обладнання.
2. –Проаналізовано та обґрунтовано обраний напрям розробки. Поставлені вимоги до елементів САУ. Розроблена і описана функціональна схема.
3. –Був реалізований алгоритм програми управління процесом ректифікації.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення – травень 2018 року.

Список джерел

1. Topics in Time Delay Systems: Analysis, Algorithms and Control / J.J. Loiseau, R.W. Sipahi, W. Michiels, S. I. Niculescu. – India: Springer, 418 pp.
2. Fridman L. Steady Modes in the Multidimensional Relay Control Systems with Time Delay / P. Acosta // Functional differential equations, Vol 7, No 3 – 4 (2000) – http://functionaldifferentialequations.com
3. Федосов Б.Т. Многомерные объекты. Описание, анализ и управление. – http://model.exponenta.ru
4. Федосов Б.Т. Уравнения состояния динамических объектов с запаздыванием. – http://model.exponenta.ru
5. Робастная стабилизация многомерного линейного объекта с запаздываниями по управлениям / О.Ю. Камкин, О.А. Ремизова, В.В. Сыроквашин , А.Л. Фокин. – Известия высших учебных зеведений. Приборостроение. – 2013. – T. 56. – №10. – http://openbooks.ifmo.ru
6. Павленко А.А. Исследование динамики многомерной системы автоматического регулирования сушильным агрегатом. – http://masters.donntu.ru
7. Масленникова С.В. Исследование и разработка САУ температуры трубчатой печи типа ПТБ–10Э в условиях Лисичанского НПЗ. – http://masters.donntu.ru
8. Исаев П.С. Оптимизация режимов работы ректификационного оборудования. – http://masters.donntu.ru
9. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. / Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия, 1995г, 768 с.
10. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов / В.А. Лукас – 2–е издание. – М: Недра, 1990. – 416 с.