39898

Алгоритм численного построения решения краевой задачи с параметром и функций чувствительности этого решения к какому-либо параметру (температура, давление) модели

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

С точки зрения оптимального управления реактором синтеза метанола возможными задачами являются следующие: минимизация времени нагревания и охлаждения реактора; стабилизация температуры в реакторе в процессе синтеза метанола. В связи с этим в данной работе были поставлены и решались следующие задачи: разработка численных оптимальных по быстродействию алгоритмов управления непрерывными реакторными процессами синтеза метанола; разработка на примере Metacalc программного обеспечение для оптимального управления непрерывными...

Русский

2013-10-11

3.18 MB

22 чел.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время гибкие автоматизированные химические производства используются для выпуска продуктов многотоннажной химии, в том числе и для выпуска метанола, который широко используется в производстве формальдегидов.

В последнее время во всем мире возникли условия, которые негативно воздействовали на конкурентоспособность и доходы многих секторов перерабатывающих отраслей промышленности. Поэтому, особое внимание стало уделяться инженерному анализу и оптимизации производственных процессов с целью снижения издержек производства.

Из производственных процессов, наибольший интерес для большинства технологий представляют каталитические процессы. Это связано с тем, что в процессе работы может произойти снижение каталитической активности, что негативно повлияет на все производство. Иногда, остановка с целью восстановления или замены дорогостоящего катализатора может быть экономически невыгодна, поэтому возникает необходимость определить и поддерживать в течение некоторого времени новые, отличные от регламентных, оптимальные параметры работы производства. С точки зрения оптимального управления реактором синтеза метанола  возможными задачами являются следующие:

минимизация времени нагревания и охлаждения реактора;

стабилизация температуры в реакторе в процессе синтеза метанола.

В  данном проекте разработана методика, основанная на детальном описании механизма процесса (с учетом термодинамики, кинетики и гидродинамики), и позволяющая количественно оценить интегральную активность катализатора по текущим технологическим параметрам. С использованием этой методики было создано программное обеспечение для основных каталитических процессов технологии метанола.

В зависимости от поставленной задачи программное обеспечение  не только может использоваться как для оценки реальной активности катализатора, так и для оптимизации режимов работы аппарата (с учетом реальной активности катализатора) в составе технологической системы.

Кроме того, известно, что иногда из-за мелких поломок измерительное оборудование может выдавать правдоподобные, но неверные показания, которые могут иногда ввести персонал в заблуждение и спровоцировать их неверные действия. Поэтому в состав программного обеспечения были внесены элементы экспертной оценки по согласованности исходных данных: показаний штатной системы КИПиА АСУ и результатов химических анализов «НАК АЗОТ». Это позволило использовать разработанное программное обеспечение для косвенного определения неисправностей измерительного оборудования и скрытых механических дефектов.

Таким образом, используя разработанное программное обеспечение как инструмент, работающий по принципу: "какие исходные данные использованы для расчета - такой и результат расчета", заводской технолог (эксперт) может:

  •  обоснованно делать заключение о продолжении работы производства или необходимости его остановки для восстановления или перезагрузки катализатора (на основании численных оценок его текущей активности и прогнозирования ее изменения в дальнейшем);
  •  косвенно выявлять скрытые механические дефекты в реакторах или во вспомогательном оборудовании и возникающие неисправности измерительного оборудования, которое из-за мелких поломок может выдавать правдоподобные показания;
  •  оценивать достоверность аналитического контроля производства;
  •  производить выбор наилучшего проекта реконструкции реактора с точки зрения управляемости процессом при частичной дезактивации катализатора.

 Разработанное программное обеспечение  применялось для анализа и оптимизации режимов работы агрегатов производства метанола типа TDC3000 в отделение синтеза.

Цель работы: разработать алгоритм численного построения решения краевой задачи с параметром и функций чувствительности этого решения к какому-либо параметру (температура, давление) модели. На примере конкретной модели процесса окисления метанола в формальдегид исследована чувствительность решения к параметру, пористость слоя и проведен сравнительный анализ чувствительности решений краевой задачи и задачи Коши.

В связи с этим в данной работе были поставлены и решались следующие задачи:

-  разработка численных   оптимальных по быстродействию алгоритмов управления  непрерывными  реакторными процессами синтеза метанола;

-  разработка на примере Metacalc программного обеспечение для оптимального управления непрерывными реакторными   процессами   в   гибких   химико-технологических   системах (XTC) в условиях неполной исходной информации.

Научная новизна.  Предложен новый метод широкого использования компьютера  и центральной системы управления типа микро TDC3000 для синтеза математических моделей   динамики сложных химико-технологических систем,  в которых в явном виде присутствуют материальные потоки,  характеризующие доли рецикла и байпаса,  что позволяет учитывать   их влияние на     устойчивость, чувствительность и   другие   характеристические   свойства   сложных систем.

Разработано программное обеспечение оптимального управления процессом синтеза  метанола с использованием метода математического программирования в условиях неполной информации.

Практическая ценность. Разработан комплекс алгоритмов и программ, который может использоваться для целей управления реакторными процессами  непрерывного действия в гибких XTC и целей проектирования алгоритмов управления. Разработана структура объектно-ориентированного программно-технического комплекса на базе контроллеров С200 и программного паке та Experion PKS

. Разработанные алгоритмы управления переданы в  отделение синтеза  и программ «НАК АЗОТ», г. Новомосковск. проект состоит из введения, четырех глав, выводов, экономической части, части безопасности и приложений.

Глава 1 посвящена анализу существующих методов производства метанола в целом и в частности  синтеза. Моделирования, управления и постановка задачи оптимизации процессов в реакторах  непрерывного действия. Анализ  непрерывных реакторных процессов как объектов управления показал целесообразность и эффективность использования алгоритмов оптимального управления технологическими операциями с учетом неопределенности исходной информации. Проведен анализ влияния доли рецикла на динамические свойства реакторной подсистемы.

В главе 2 проведен анализ существующих проблем синтеза метанола. вопросы оптимизации, системный анализ варианта схемы автоматизации реактора синтеза, различных путей, как управления объектов в гибких химико-технологических системах (XTC).

В главе 3 проведено описание системы микро TDC3000 и все необходимые функции, которая она выполняет. Анализирована структура управления технологического процесса и объектом.  Проведено описание анализа пуска и остановки объекта с использованием микро TDC3000. структура программного обеспечения на микропроцессорной системе TDC3000 так же рассмотрена. Вопрос построения базы данных зоны анализирован.  

В главе 4 разработаны аналитические и численные алгоритмы оптимального управления периодическим процессом синтеза метанола, которые позволили решить задачи стабилизации температуры в реакторе в процессе синтеза. Разработана структура объектно-ориентированного программно-технического комплекса на базе TDC3000 для управления. Приводятся результаты разработки, имитационного моделирования и реализации на базе микропроцессорной техники и пакет прикладных программ  «CHEMCAD Professional» оптимизация  непрерывного  реакторного процесса синтеза метанола в гибких XTC.

В экономической части разработано количественное и качественное доказательство экономической целесообразности создания и развития автоматизированной системы (АС), а также определение организационно-экономических условий ее эффективного функционирования, рассчитаны и проанализированы по отдельным статьям затраты, необходимые для создания или развития АС; сопоставлены затраты на создание и функционирование АС с результатами, получаемыми при ее внедрении; на основе расчетов технико-экономических показателей, характеризующих результаты функционирования создаваемой АС, и сравнивая их с сопоставимыми показателями варианта, выбранного за базу для сравнения (аналога), дать количественную и качественную оценку экономической целесообразности создания или развития АС.

В части безопасности жизнедеятельности проведены мероприятия, направленные на предотвращение воздействия на людей опасных и вредных факторов, в том числе их вторичных проявлений, которые не должны превышать уровень приемлемого риска. Анализирование потенциальных опасностей и вредностей, которые могут возникнуть при реализации проекта, характеристика объекта с точки зрения токсичности и взрывопожароопасности, и ряд других вопросов.

Глава 1. Анализ технологического процесса производства метанола в целом и синтеза в частности

Метанол (метиловый спирт) с химической формулой СН3ОН представляет собой простейший алифатический спирт со слабым запахом: температура кипения 64°С., температура замерзания -68°С. плотность 792 кг/куб-метр. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе от 6, 7 - 36% по объему. Октановое число более 150. Теплота сгорания   24000  кДж/кг.
Смешивается в любых пропорциях с водой и органическими растворителями.

Метанол, один из основных продуктов многотоннажной химии, широко используется для получения множества ценных химических веществ: формальдегида, сложных эфиров, аминов, растворителей, уксусной кислоты. Мировое производство метанола превышает 20 млн. тон в год, и спрос на него постоянно растет, что связано с наметившейся тенденцией использовать метанол в новых областях, например для получения высокооктановых бензинов, топлива для электростанций, как сырья для синтеза белка и т.д. Ниже показаны некоторые направления использования метанола: Рассмотрим наиболее важные из них. Получение формальдегида. Более 40% производимого метанола идет на получение формальдегида. Уксусная кислота. Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров (винилацетат), в пищевой промышленности и т.д.

1.1. Физико-химическое обоснование основных процессов производства метанола

На производство метанола необходим синтез-газ, который в дальнейшем преобразуется. Синтез-газом (Сингаз) является смесь водорода, угарный газ углекислый газ и может, содержит азот, аргон, и метан. Можно сингаз получать  следующими  путями:

  •  Из угля [2,3]
  •  Из Керосина [1]
  •  Из парциального окисления [1]
  •  Из углеводорода [1,3,4]

На сегодняшний день большинство заводов используют углеводород для производства сингаза, и это состоит из двух этапов:

  •  Пар, преобразуя реакцию.
  •  Обессерирования (в проекте не рассматривается)

Этап  преобразование  идет по следующим реакциям

СН4 + Н2О  СО + 3Н2                    ∆Н298К = 206,08 KJ/gmol   (1.1)

СО + Н2О  СО2 + Н2                       ∆Н298К = - 41,17 KJ/gmol  (1.2)

Другая нежелательная реакция может происходить, результирующая в накоплении угля на стенках реактора. Но это  накопление не принимается в проекте. Как реакция (1.1) есть эндотермическая и реакция (1.2) экзомитермическая, тогда  увеличение температуры реформации  переносит к меньше метана и больше СО и Н2 на выходе. То же   уменьшение давления реформации   результируются в уменьшении метана в выходе.  Количество нереагируюшего метана можно уменьшать путем увеличения парциального давления пара (по принципе чателиер – Chatelier) [ ]

На все процесс можно принимать равновесном реактора и константы равновесия можно аппроксимировать по уравнения

                        (1.3)

где

T – Температура (К)

Ki – Константа равновесия

Параметры А и В для константы равновесия уравнения  (1) (2) дано в следующем таблицы

Таблица 1.1.

Константы равновесия

К1

К2

А

-29,3014

- 4,35369

В

26248,4

4593,17

     

Процесс получения метанола основан на каталитический взаимодействии водорода и окиси углерода:

2О + СО   СН3ОН      ∆Н298К = -90,77 KJ/gmol           (1.4)

СО22 СО+Н2О      ∆Н298К = 41,19 KJ/gmol                   (1.5)

Реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. В соответствии с законом действующих масс скорость любой химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Тогда равновесного отношении константы равновесия  с температуры можно аппрозимировать по следующем соотношения

ln Ki = A+                     (1.6)

где  T – Температура (К); Ki – Константа равновесия (K3  atm2; K4 безразмерный) Значение константы равновесия необходимо для расчета равновесного выхода метанола. Равновесный выход—это теоретический максимальный выход метанола, который может быть получен из водорода и окиси углерода, взятых при данных концентрациях, температуре и давлении процесса. Константу равновесия можно определить как теоретическим, так и экспериментальным путем. Константа равновесия может быть представлена в различных единицах измерения и их значение представлены в следующем таблицы

таблицы 1.2.

Константы  равновесия

K3

K4

A

-29.286

4.459

B

12002

-4685.9

Давление. В технических расчетах обычно пользуются выражением константы равновесия через парциальное давление компонентов.

При повышении давления и понижении температуры равновесие сдвигается в сторону увеличения выхода метанола. В промышленных условиях синтез метанола осуществляется из газовой смеси, содержащей кроме водорода и окиси углерода также двуокись углерода. Поэтому при расчете равновесия синтеза метанола из смеси газов Н2—СО—CO2 необходимо учитывать следующую реакцию:

СО2 + Н2 (г)   СО + Н2О —   9,8 ккал;              (1.7)

Равновесный выход метанола, степень превращения окиси и двуокиси углерода в значительной мере меняются в зависимости от давления, температуры, отношения Н2: СО и содержания двуокиси углерода в газе. Влияние давления и температуры на равновесный выход метанола определено для следующего состава газа: 1,25 объемн.% СО2; 10,6 объемн.% СО; 74,2 объемн.% Н2;-13,95 объемн.% (CH4+N2).

Давление. При повышении давления выход метанола почти прямо пропорционально увеличивается и резко возрастает степень превращения окиси и двуокиси углерода (при 380°С):

Давление, кгс/см2 ..........     50    100    200    300    400

Выход СН3ОН, объемн. %......    0,37   1,56  5,54  9,31 11,68

Следует заметить, что с увеличением давления более резкий рост равновесного выхода метанола наблюдается при повышенных температурах. Так, при изменении давления от 50 до 300 кгс/см2 равновесный выход метанола при 280 °С увеличивается в 2,4 раза а при 380 °С — в 2,3 раза (отношение H2 : СО = 4 : 1).

Температура. С повышением температуры равновесный выход

метанола понижается. Наиболее резкое понижение наблюдается при температурах выше 340°С. В этих условиях (при 300 кгс/см2) начинает снижаться степень превращения окиси и двуокиси угле рода в метанол, причем более резко окиси углерода:

Температура, °С .......   250   300    340    360    380    400

Выход метанола, объемн. %. .   15,44 14,81 12,88 11,37   9,31   7,40

Степень превращения, %

СО ...........  99,75 97,20 87,52 78,96- 66,19 53,29

СО3 ...........  98,00 89,80 77,00 71,50 66,61 64,00

При давлении 50 кгс/см2 и повышении температуры от 180 до 300 °С равновесный выход метанола снижается более чем в 7 paз (отношение Н2 :СО=3,6,  содержание двуокиси углерода 6,0 объемн. %). При этом степень превращения окиси и двуокиси углерода в метанол уменьшается с 75,3 до 14,6%.

При повышении отношения Н2: СО степени превращения окиси и двуокиси углерода возрастают, причем степень превращения СО2 в большей мере, а равновесный выход метанола снижается. Влияние отношения. На: СО на равновесны выход метанола определено для такого состава газа: 1,25 объемн.% С02; 84,8 объемн. %); 13,95 объемн. % (CН4+N2). При 300 кгс/см2 и 380 °С равновесный выход метанола и степень превращения окислов углерода в зависимости от отношения Н2: СО меняются следующим образом:

Отношение Н2:СО . .........    2     4     8     10    14

Выход СН3ОН, объемн. %,.....  17,25 13,80  8,39  7,05  5,40

Степень превращения, %

СО ...............  44,50 60,39 66,85 67,80 67,97

СО2 ..............   19,50 45,71 70,52 76,15 82,39

При увеличении содержания окиси углерода в газе, т. е. уменьшении отношения Н2:СО, равновесный выход метанола возрастает пропорционально при 50 кгс/см2 и 6 объемн. % СО2). Так, при 8 объемн. % СО,  равновесный выход метанола составляет 5,71 объемн. %, при 16 объемн. % СО—11,41 объемн. %, а при 24 объемн, % СО—16,82 объемн. % СНзОН.

Двуокись углерода. Реакция восстановления двуокиси углерода водородом до окиси углерода в промышленных условиях синтеза метанола протекает практически до равновесного состояния, и пренебрегать ею при расчете равновесных выходов метанола нельзя. При повышении содержания двуокиси углерода в газе равновесный выход метанола меняется незначительно. Степень превращения

окислов углерода в метанол при этом снижается с 42,2% при 6 обьемн.% СО2 до 32,7% при 12 объемн.% СО2.

Инертные компоненты. В промышленных условиях синтез метанола протекает в присутствии инертных к данному процессу газов (метан, азот). Они в реакции не участвуют и не оказывают прямого влияния на равновесие реакции образования метанола. Однако наличие их в газе снижает парциальное (эффективное), давление реагирующих веществ, что ведет к уменьшению равновесного выхода метанола. Поэтому концентрацию инертных компонентов необходимо поддерживать на минимальном уровне.

 На основании изложенного следует отметить, что синтез метанола на цинк-хромовом катализаторе, который работает при 360—380. °С, целесообразно проводить только при давлениях выше 200 кгс/см2. На низкотемпературных катализаторах, эксплуатируемых в температурном интервале 220—280°С, возможна работа при давлениях ниже 100 кгс/см2, причем, чем ниже температура, тем ниже может быть и давления синтеза.

1.1.1. Кинетика синтеза метанола. В гомогенных условиях (без катализатора) скорость взаимодействия окиси углерода и водорода ничтожно мала, и получить метанол в больших количествах невозможно. Для увеличения скорости реакции взаимодействия исходных компонентов используют вещества, которые, способствуя ускорению процесса, сами к концу реакций остаются химически неизменными. Для оценки этого ускорения, или иначе активности катализатора, необходимо знать скорость химического взаимодействия реагирующих компонентов. Если реакция протекает в гомогенных условиях, то скорость ее зависит от температуры, давления и концентрации реагирующих веществ. В гетерогенном, каталитическом процессе скорость реакции будет определяться также типом катализатора и состоянием его поверхности.  Синтез метанола является гетерогенным каталитическим процессом, протекающим на границе раздела твердой (поверхность катализатора) и газообразной (смесь окиси углерода и водорода) фаз. До начала реакции окись углерода, и водород концентрируются на поверхности катализатора (происходит адсорбция СО и H2). Суммарный процесс синтеза метанола состоит из следующих стадий: диффузия исходных веществ к поверхности катализатора; адсорбция этих веществ да поверхности катализатора; химическое взаимодействие адсорбированных молекул СО и Н2 до метанола; удаление (десорбция) образовавшегося метанола с поверхности катализатора. Скорость процесса образования метанола будет равна скорости реакции в зависимости от начальных условии (температуры, давления, концентрации веществ, времени контакта газа с катализатором) позволило вывести кинетическое уравнение. Последнее используют при моделировании процесса и разработке промышленных реакторов.

Проведенные на электронно-вычислительной машине расчеты по кинетическому уравнению показали, что оно хорошо описывает процесс образования метанола.

На катализаторе СНМ-1 и может быть использовано для расчета промышленных реакторов, работающих при 50 Кгс/см можно  определить оптимальные параметры процесса и равновесные  условия. Наибольший выход метанола наблюдается при 255- 270° С, что согласуется с экспериментальными данными. С уменьшением парциального давления окиси углерода (повышение отношения Н2:СО) максимум активности катализатора смещается в сторону более низких температур.

Следовательно,  производство метанола как в  гибких многотонажных химико-технологических системах (XTC) химические используются  реакторы непрерывного  действия являются одним из важных технологических узлов и в значительной степени определяют эффективность функционирования XTC в целом.

В современных технологических схемах используются реакторы трех типов:

трубчатые реакторы, в которых катализатор размещен в трубах, через которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водным конденсатом, кипящим в межтрубном пространстве;

адиабатические реакторы, с несколькими слоями катализатора, в которых съем тепла и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного газа между слоями катализатора;

реакторы, для синтеза в трехфазной системе, в которых тепло отводится за счет циркуляции жидкости через котел-утилизатор или с помощью встроенных в реактор теплообменников.

В процессе производства метанола  М-300 используются адиабатические реактор, с несколькими слоями катализатора, в которых съем тепла, и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного газа между слоями катализатора. Тот же реактор является  реактором идеального вытеснения (РИВ). Химическую реакцию можно проводить в трубчатом реакторе, при этом предварительно перемешанные реагенты вводятся с одной стороны реактора, а конечная смесь выводится с другой. Такой реактор работает в  непрерывном режиме.

Одним из факторов, определяющих эффективность функционирования периодических производств, является длительность технологической стадии, которая, в свою очередь, складывается из времени элементарных технологических операций. Задача оптимизации элементарных технологических операций решается на нижнем уровне иерархии АСУ ТП с применением классических алгоритмов оптимального управления. При этом необходимо наличие математических моделей элементарных технологических операций.

Однако, учитывая особенности периодических процессов, в данной главе будут рассмотрены так же алгоритмы оптимального управления, использующие качественную априорную информацию о поведении объекта управления.

1.2. описание технологической схемы синтеза метанола и анализ реакторной подсистемы как объекта управления

На рис. 1  представлена технологическая схема производства метанола при низком давлении 5,0 МПа и температуры 220 – 280 ºС на 60-66м3 цинк-медь-алюминиевом CHM-1 катализаторе из синтез-газа состава: Hg — 67%, СО — 22%, С02 — 9% -объемных, полученного конверсией метана, производительностью 300 тыс. т в год.

Очищенный от сернистых соединений синтез-газ сжимается в компрессоре до давления 5—9 МПа, охлаждается в холодильнике  и поступает в сепаратор для отделения сконденсировавшейся воды. Пройдя сепаратор, синтез-газ смешивается с циркуляционным газом, который поджимается до рабочего давления в компрессоре. Газовая смесь проходит через адсорбер. Циркуляционный газ, где очищается от пентакарбонила железа, образовавшегося при взаимодействии оксида углерода (II) с материалом аппаратуры, и разделяется на два потока. Один поток подогревают до температуры начала реакции 220 – 240 ºС в теплообменнике T303 и подают в верхнюю часть реактора Р301, а другой поток вводят в реактор между слоями катализатора для отвода тепла и регулирования температуры процесса..  Пройдя реактор, реакционная смесь при температуре около 300°С также делится на два потока. Один поток поступает в теплообменник Т303, где подогревает исходный синтез-газ, другой поток проходит через котел-утилизатор Е322 , вырабатывающий пар высокого давления. Затем, потоки объединяются, охлаждаются в холодильнике – аппараты воздушного охлаждение  и поступают в сепаратор высокого давления С305, в котором от циркуляционного газа отделяется спиртовой конденсат. Циркуляционный газ дожимается в компрессоре 2 и возвращается на синтез. Конденсат метанола-сырца дросселируется в дросселе  до давления близкого к атмосферному и через сборник E307 поступает на ректификацию. В ректификационной колонне 13 от метанола отгоняются газы и диметиловый эфир, которые также сжигаются. Полученный товарный метанол с выходом 95% имеет чистоту 99,95%.

Рис.1.2. Схема процесс холодной байпас  слоя реактора.

1.3. Выбор средство автоматизации.

Для обеспечения надежности работы технологического оборудования, быстродействия элементов схем автоматического контроля и регулирования в проекте принято за основу применение средств КИПиА, выполненных на электронной элементной базе.

Измерительные преобразователи расхода тензометрические системы сапфир. Для обеспечения производительности и выработки агрегата по готовому раствору  метанола применен расходомер  типа Сапфир22ДД-Вн  с пределом измерения  25 кПа  Кл. Т—0,5   и выпуском ЗАО Манометр г. Москва.

Для  применения дополнительных преобразователей работающих в схемах замера температур применены термопреобразователи с унифицированным токовым выходным сигналом типа П282,  работающие в паре стермопарами TXK -  008 с   материалом защитной  арматуры 12ХН10Т и выпуском  АО « Промприбор» г. Обнинск.

Для измерения давление принимаются Датчик давления КРТ – С  выпуск  АО « Орлэкс» г. Орёл с пределы измерение 6,0 мПа  Класс Точности —0,5. Так же используют  датчики давление типа Сапфир22ДД-Вн  с пределы измерение 6,0 МПа  и классом  точности —0,5.

Исполнительные механизмы пневматические работающим комплектно с Злектропневмопозиционерами Фирмы Хоневелл (США), входной токовой сигнал в пределах   4 и 20мА  и выходной давление  в пределах   0,2  и  4 кгс/см2 . Давление питания находится в пределах  2  и 6 кгс/см2.

Основой автоматизации проекта является применение  микропроцессорной системы управления Мс-TDC3000.  Микро TDC3000 позволяет исключить ряд технологических средств и осуществляет управление всего технологического процесса.

 

1.4. Динамические  характеристики объекта управления

Определение характеристики объекта по данным экспериментальных исследований который тоже называется идентификацией - Идентификация означает отождествление модели объекту-оригиналу. Выбираем,  пассивный эксперимент основанный на регистрации контролируемых переменных в режиме нормальной эксплуатации объекта без внесения каких-либо преднамеренных возмущений, определяем характеристики объекта. C использованием имитационного моделирования было определено оптимальное управляющее воздействие в каждый момент времени для процесса нагревания от начальной температуры, равной 220 0C, до заданного конечного состояния, которому соответствует температурный интервал и рассчитана переходная характеристика объекта (рис.2.). Имитационное моделирование проводилось при детерминированном ступенчатых (рис.1.) возмущениях  изменение давление из первоначальном значение 0,5кгс/см2 до конечном значение 0,53 кгс/см2 как иллюистрируется внизу

Рис.1.3. Вид скачкообразных возмущающих воздействий на  объекте.

получаем кривую разгона реактора на момент этого  времени

Рис.1.4. Кривая разгона объекта  в результате приложения единичных скачкообразных возмущающих воздействий.

Передаточная функция объекта  представляет собой апериодической звено первого порядка с запаздыванием и имеет вид:

          (1.8)

И с целью нахождение коэффициенты уравнение аппроксимируем   кривая разгона по методу Ортмана

И так,

0.3y(∞) = 5.6 мин

0.7y(∞) = 10.2 мин

Постоянная времени объекта TОБ = 1, 25 (t2t1) = 345 сек.

Запаздывание τОБ = 0,5 (3t1t2) =   198 сек.

Диапазон изменение входной величина определяем

∆ХВХ = 0,53 -0,5 = 0,03 кгс/см2  

Диапазон изменение выходной величина определяем

∆УВЫХ = 288 – 280 = 8 º С

Находим диапазон изменение приборы

При 400 º С мах. Темр  → 0,8 кгс/см2

                              8 º С  → У

тогда,            ∆УВЫХ = 0,016 кгс/см2

следовательно,

коэффициент передачи  объекта  КОБ  равно

     (1.9)

 Таким образом,  передаточная функция по каналу " расход хладагента - температура в реакторе" - записывается в виде:

    (1.10)

Полученная передаточная функция использовалась в качестве математической модели для аналитического решения задачи оптимального  управления процессом в проекте.

Амплитудно-частотная характеристика  имеет вид

                   (1.11)

Уравнение фазо-частотной характеристики  имеет вид

                  (1.12)

Амплитудно - фазовая характеристика  имеет вид

                            (1.13)

Глава 2. анализ проблемы синтеза метанола, вопросы оптимизации, реактор синтеза объект управления, в гибких химико-технологических системах (XTC).

2.1.  Вопросы оптимального управления непрерывными процессами.

При решении задач оптимального управления непрерывными процессами необходимо, прежде всего, выбрать математический метод, который приводил бы к конечным результатам с наименьшими вычислении давал возможность получить наибольший обьём информации об искомом решении. Выбор метода оптимизации определяется постановки задачи, математической моделью объекта оптимального управление, а также видом ограничений.

Согласно предложенной в работе [9] классификации методы решение динамической оптимизации процессов химической технологии можно условно разделить на три группы:

  1.  методы классического вариационного исчисления;
  2.  методы, основанные на идеях динамического программирования;
  3.  методы, основанные на использовании принципа максимума Понтрягина.

Большие возможности, связанные с применением динамического программирования к задачам оптимизации химической технологии подобно проанализированы в работе [8], в которой рассмотрено большое количество задач, возникающих при оптимизации химических ректоров, например, задача оптимизации последовательности реакторов идеального смешения, реактора идеального вытеснения и др.

Много вопросов, связанных с применением метода динамического программирования к задачам оптимизации химических реакторов, предусмотрено также работе [9]. В частности, рассматривается задача Минимизации времени перехода из начального состояния с концентрациями x0,   Y0,   z0 ,    давлением P0   и температурой t0   в заданное срединное состояние   XF,  УF ,ZF   температурой TF при условии,    что константы скорости реакций R1    зависят только от давления, качестве управляющего воздействия выбирается давление в реакторе.

При этом рассматривается траектория процесса на фазовой плоскости (X,Z). Необходимо перевести по некоторой траектории на этой плоскости из начальной точки (x0,y0) в конечную (ХFF) так, чтобы время движения было наименьшим. Для этого на плоскости (Х,Z) строится сетка с линиями, не параллельными осям координат, виденная оптимальная траектория соответствует минимальному времени только в выбранном классе траекторий, проходящих через срединное число точек. По мере уменьшения размеров ячеек сетки оптимальная траектория будет точнее.

Задачи подобного типа можно также решать с использованием метода вариационного исчисления.   Однако метод динамического программирования   имеет   преимущество перед вариационным исчислением при решении задач этого типа,   так как в динамическом программировании довольно удобно учитывать ограничения типа неравенств    [10].    Область применения методов вариационного исчисления в химической технологии составляют два класса процессов - нестационарные и с Определёнными параметрами. Однако использование вариационного счисления для оптимизации режимов работы непрерывного реактора кресается в литературе крайне редко. Одна из возможных задач оптимипизации непрерывного реактора методом вариационного счисления рассмотрена в работе [11]. Задача заключается в максимизации выхода продукта реакции. А  В за фиксированное время сводится к максимизации функционала  

при этом  предполагается, что математическая модель реактора представляется системой уравнений:

в любой момент выполняется соотношение ха + XВ = ха 0.

В теории систем оптимального управления принцип максимума Понтрягина [10-13,14-18,19,20] занимает особое место. Принцип Максимума позволяет решать широкий класс оптимальных задач для непрерывных процессов, в том числе и ряд задач, решаемых методом динамического программирования.

Рассмотрим некоторые из задач оптимизации периодических процессов, решаемых с использованием принципа максимума. В работе [12] рассмотрена задача поиска оптимальной стратегии управления, которая обеспечила бы максимальный выход промежуточного продукта фиксированное время в реакторе непрерывного действия, в koтором при управляемом нагреве идет реакция  АВ C. При этом температуру в реакторе наложены ограничения:

при Допущении о втором порядке реакции по первой стадии  и первого порядка по второй стадии для рассматриваемой задачи был  составлен  гамильтониан:

Уравнения для сопряженных переменных: 

Для решения задачи использовался градиентный алгоритм поиска  оптимальной стратегии управления.  Полученная в результате решения оптимальная стратегия управления температурой в реакторе позволяя - увеличить выход продукта на 30% и 300% по сравнению с не завищими от времени стратегиями управления при T = Тмах и T= Tmin соответственно. Следует отметить, что такая постановка задачи оптимального управления является классической и имеет большое практическое значение в различных процессах химической технологии, например, окисление гидрокарбонатов или хлорирование ароматических углеводородов), где требуется максимизировать выход промежуточного продукта и тем самым предотвратить преждевременное заверение реакции.

Для непрерывного реактора, в котором протекает экзотермическая реакция  AB, как правило, типична другая постановка – задачи [7]. Задача оптимального управления в данном случае состоит в том, чтобы выбрать такой закон изменения температуры хладагента Tx во времени, при котором заданная степень превратил реагента А достигается за минимальное время. Приведенная постановка задачи является типичным случаем задачи на быстродействие [11,18-21]. В работе [22] принцип максимума использовался оптимизации периодической ректификации. Критериями оптимизации или продолжительность разделения единицы исходного сырья до Манного состояния за минимальный период времени, максимальное количество дистиллята при заданных концентрациях и заданной продолжительности разделения.    Следует отметить,  что эти две   задачи. Не были решены   с   использованием метода динамического программирования.

В настоящее время для решения оптимальных задач помимо перечисленных методов применяют и другие,    такие как линейное и неличное   программирование  [11],    метод   Красовского  [23]  и т.д.    В частности   в работе [24] приводится пример динамической оптимизации  полимеризации винилацетата в реакторе непрерывного действия использованием   метода   нелинейного   программирования.    Целевая функция,    подлежащая минимизации,  представляет сумму двух слагаемых

S = W1(Pn -Pnd)2 + W2(Vm -Vmd)2 (2.6)

Где  Pn и Vm - среднечисловая степень полимеризации и вариация молекулярно-массового распределения;  Pnd и Vmd - желаемые значения n и Vm; w1 и w2 - весовые коэффициенты соответствующих параметров. В  качестве управляющего воздействия используется температура в реакторе. В рассматриваемом примере динамической оптимизации общее время протекания химической реакции  было разделено на 20 одинаковых  временных интервалов и для каждого интервала найдено приближенное кусочно-оптимальное управление методом нелинейного программирования.

В работе [25] для решения задачи оптимального управления температурой в реакторе непрерывного действия использовался метод аналитического конструирования регуляторов, разработанный Ресовским. Разработанные алгоритмы оптимального управления были использованы при проектировании АСУ типовым модулем тонкого органического синтеза, предназначенного для работы в составе гибких ассортиментных производств малотоннажной химии.                                       

Проведенный анализ позволил в данной работе поставить   и   решить типичные задачи оптимального управления изотермическим   реактором непрерывного действия,  в котором протекает экзотермическая химическая реакция.

2.2. Нужды оптимизации режима управления реактора синтеза метанола

В связи с тем, что одни и те же значения выходных переменных могут быть получены ценой различных затрат и усилий, возникает потребность в оптимизации, которая позволяет достигать наилучших технико-экономических или технологических показателей. Задача оптимизации сводится к выбору такой последовательности действий, которая удовлетворяет некоторым наперед заданным условиям и приводит к максимуму или минимуму те или иные показатели технологического процесса.

Предположим, например, что нужно минимизировать затраты на производство некоторой продукции и при этом выполнить определенные требования по качеству этой продукции. С точки зрения возможных затрат может оказаться небезразличным выбор режима технологического процесса. Следовательно, среди множества режимов, допустимых для данного процесса, можно попытаться найти такой, который, позволяя получать продукцию заданного качества, требует минимальных затрат на свое поддержание.

Выбор режима может быть определен из решения задачи оптимизации. В состав такой задачи входят зависимости между показателями процесса, в математическом виде представляющие собой математическую модель технологического процесса; Критерий оптимизации; ограничения, которым должны удовлетворять входные переменные и связанные с ними режимные показатели процесса. В этой точка следует отметит, что  система TDC3000 бывает в автоматическом и ручном управлении.

Определив и установив оптимальный режим, тем не менее, нельзя быть гарантированным в том, что он будет сохраняться неизменным и качество продукции будет находиться на требуемом уровне. Обычно технологический процесс, протекая во времени, неизбежно сталкивается с проявлением целого ряда переменных факторов, которые приводят к отклонению от заданного режима. Необходимо заботиться о том, чтобы сами отклонения были минимальными. Если контролировать текущие отклонения режимных и выходных переменных от их заданных значений и стремиться эти отклонения уменьшить путем воздействий на входы системы, то достаточно часто можно получить удовлетворительные результаты. В таких системах управляющие воздействия являются функциями текущих отклонений переменных. Однако такое управление для объектов, обладающих сложными динамическими характеристиками, например инерционностью, запаздыванием, зачастую не является наилучшим.

Старение катализаторов, износ оборудования и т. д. вынуждают рассматривать управление, в ходе которого одновременно происходит изучение объекта и подстройка параметров системы.

Многие задачи управления химико-технологическими процессами можно представить как задачи нахождения экстремумов функции п переменных при различного рода ограничениях, т. е. как задачи оптимизации. Теория и методы решения таких задач составляют дисциплину, называемую математическим программированием. Этот термин следует отличать от термина «программирование», принятого при составлении алгоритмов вычислений на языке ЭВМ.

В качестве простейшего примера, иллюстрирующего класс задач, решаемых методами математического программирования, можно рассмотреть задачу оптимизации производства синтетического каучука. Прохождение химической реакции в этом технологическом процессе зависит от скорости подачи основного сырья, его состава, от подачи дополнительных ингредиентов, а также от температуры процесса и скорости перемешивания. Эффективность процесса определяется степенью конверсии, т. е. процентом молекул мономеров (бутадиена, стирола), образовавших молекулы полимера. Предположим, что частью перечисленных факторов, например температурой и скоростью перемешивания, мы можем распоряжаться. Численные значения этих факторов, которые могут быть установлены в заданных пределах, определяют режим технологического процесса. Тогда задача оптимизации сводится к поиску такого режима среди множества возможных, который обеспечит максимальную степень конверсии.

К задачам оптимизации, решаемым методами математического программирования, относятся также выбор наилучшей программы выпуска различных видов продукции, распределение нагрузок между параллельно работающими агрегатами, определение наилучшего плана перевозок, выбор оптимального варианта технологии и т. д.

В настоящее время в математическом программировании созданы эффективные методы, позволяющие решать различные экстремальные задачи с большим числом переменных и накладываемых на них ограничений.

2.3. Варианты системы управления реакторной системой

Системы управления непрерывными процессами можно   классифицировать следующим образом:

Класс 1. Программируемые логические контроллеры, которые обеспечивают выполнение требуемой последовательности элементарных технологических операций,  происходящих в реакторах,  и осуществляя - непрерывное управление технологическими переменными (рис.2.1). Программируемые логические контроллеры   широко   используются   для Давления периодическими процессами малых и средних масштабов, которые имеют фиксированные режимы работы, например, процессами, которые не требуют постоянных изменений ассортимента выпускаемой  продукции,    либо для них не требуется решения задач   календарного планирования и оперативного управления.

Класс 2.    Системы   прямого   цифрового   управления    (рис.2.2). Используют   миникомпьютер для выполнения всех функций управления; однако они требуют аналоговое резервирование для контуров   стабилизации основных переменных.  Системы прямого цифрового управления более эффективно используются для управления химико-технологискими   процессами средних и больших масштабов, и для которых помимо решения задач регулирования и логического управления,    необходимо реализовать системы оперативного управления и календарного планирования.

Класс 3. Распределенные системы управления (рис.2.3). Используют специальную микропроцессорную технику для выполнения всех функций управления, связи и отображения информации для оператора-технолога. Как показано на рис.2.3, распределенные системы управления выполняют все функции непрерывного и непрерывного управления, и в этом случае нет необходимости в аналоговом резервировании. Эти системы лучше всего применять для управления процессами средних и больших масштабов, которые являются довольно сложными и которые требуют строгую интеграцию между подсистемами стабилизации и непрерывного управления.

Приведенный в   данной главе анализ существующих систем управления позволяет сделать вывод о типовой структуре системы   управления реактором непрерывного действия,  которая должна иметь из - точное число информационных каналов ввода-вывода.    С учетом высказанного    в   разделе  4.6   была разработана структура объектно-ориентированного программно-технического комплекса   управления реактором непрерывного действия на основе логического микропроцессорного контроллера микро TDC 3000.

программируемый контроллер

резервные аналоговые контроллеры

2

1

резервное управление двигателями

блок ввода-вывода

гибкая XTC

Рис.2.1. Система управления класса 1 (1- печатающее устройство; 2- пульт оператора; 3- персональная ЭВМ).

 

миникомпьютер

резервные аналоговые контроллеры

панель управления

резервное управление двигателями

блоки ввода-вывода

Рис.2.2. Система управления класса 2 (1- печатающее устройство; 2- пульт оператора; 3- персональная ЭВМ).

 


компью-

терная

подсист-

ема

управл-

ения

подсисте-

ма непрерыв-ного управления

подсистема  непрерыв-

ного упрашения

подсистема интерфейса оператора

процесс

линия связи

рис. 2.3. Система управления класса 3 (распределенная система управления):

1 печатающее устройство, 2-пульт инженера, 3-пульт оператора).

 

Глава 3.  Анализ структуры управления технологическим процессом и объектом с использованием микро TDC3000

3.1. описание система микро TDC3000

Система Микро TDC3000 основана на концепции "глобальной" базы данных. Данные содержатся только в одном месте, поэтому информация, отображаемая на двух разных Универсальных станциях, одинакова. Это же относится и к другим узлам.

Система Микро TDC3000 состоит из определенного набора оборудования и функций. Поставляются конфигурационные файлы для конфигурирования сети, включающей US, AM, HM и NIM, а также файл точки AM, и одна База данных Зоны.

Система Микро TDC3000 объединяет информацию и управление, и открывает доступ, с помощью одного "окна", к данным, необходимым для принятия технологических и управленческих решений. Используя AM (расчеты), NIM (интерфейс) и соединенные с процессом устройства, Система Микро TDC3000 решает широкий диапазон задач по информации и управлению те SCADA, включая следующие:

Сбор данных

Единое окно на процесс

Повышение уровней управления

Новые возможности управления

Набор архивов Отчеты Графика

Связь с выбранным пользователем главным компьютером

Связь с сетью программируемых контроллеров

3.2. Системные связи микро TDC3000

3.2.1. Локальная сеть управления. Витая пара LCN (TPLCN) это коммуникационная связь между узлами Стоек №1 и №2. По этой линии передается также непрерывный сигнал 12,5 кГц системного синхрогенератора для синхронизации времени в модулях. TPLCN подобна LCN, используемой для другого оборудования TDC3000, но была выбрана некоаксиальная сеть RS-485 (витая пара) из-за ее простоты и незначительного расстояния между узлами.

Распределенная обработка данных при централизованных операциях реализована в Системе Микро TDC3000, поскольку витая пара обеспечивает быструю со скоростью 5 миллионов бит в секунду и надежную связь между всеми модулями даже при пиковых нагрузках.

3.2.2. Универсальная сеть управления. Универсальная сеть управления (UCN), используя NIM, обеспечивает коммуникационную связь между PM  и TPLCN, которая включает такие модули как US, HM, AM и Шлюз компьютера. Информация от устройств UCN (режим процесса, конфигурация, и т.д.) передается через NIM на TPLCN. Эти данные используются операторскими, архивными, технологическими и управленческими функциями Системы Микро TDС3000. UCN обеспечивает прямую связь (порт-К-порту). Это означает, что устройства UCN могут записывать информацию в другие устройства этой сети или считывать ее с них для улучшения стратегий управления, гибкости и координации.

3.3. Связанные с процессом сбор данных и управление

3.3.1. менеджер процесса (PM). Это устройство сбора данных и управления система МикроDС3000. технологические устройства в/в подключаются к PM через различные типы клеммников устройств, связанных с процессом, подробнее. PM - это полностью совместимый компонент из семейства устройств ТDC3000, который выполнять функции сбора данных и управления, включая функции регулирования, логические и управления последовательностями, а также связь порт-К-порту с другими устройствами UCN.

Рис. 3.1.  Типичный контур регулирующего управления РМ

Осуществлять связь с оператором или инженером с помощью Универсальной станции. Процедуры и дисплеи идентичны или подобны используемым для других контроллеров TDC 3000.  Обеспечивать стратегии управления более высокого уровня Ha TPLCN с помощью Прикладного модуля. PM Обеспечивает гибкие и широкие возможности сканирования процесса и управления, используя многопроцессорную архитектуру с отдельными процессорами, выделенными для выполнения специальных заданий.

PMM состоит из Коммуникационного Процессора и модема, Процессора интерфейса связи в/в, и Управляющего Процессора. Коммуникационный Процессор оптимизирован для обеспечения наивысших характеристик сетевой связи. Управляющий Процессор является для PM назначенным источником, выполняющим регулирующие, логические и последовательные функции управления, включая широкие возможности пользовательского программирования. Процессор интерфейса связи в/в - это интерфейс PM с Подсистемой в/в.

PM Предлагает широкий выбор "инструментов" управления для широкого диапазона требований автоматизации процессов. Все значения в/в внутренне преобразуются в технологические единицы Процессорами в/в и представляются для дальнейшей обработки по управлению в PMM. Концептуально, PMM можно рассматривать как устройство, разделенное на несколько конфигурируемых "слотов" различных типов. Слот, которому присвоено имя, называется точкой данных . B Системе Микро TDC3000 точки данных обрабатываются с переформатированных групповых и детальных дисплеев, и мнемосхем.

В слотах PMM можно сконфигурировать 5 типов точек данных: PV Регулятор, Регулирующее управление, Дискретная комбинированная Логическая, Программный модуль.

3.3.1.1. Программы пользователя в РМ. Современным стратегиям управления часто нужна гибкость программ пользователя, применимых для непрерывных, периодических или гибридных процессов. Точка PM "Программы пользователя" является инициатором выполнения программ пользователя, написанных на Языке Управления, CL (CL/ PM - расширенная версия CL, используемого в Прикладном модуле). CL/PM для инженера-технолога - мощное средство последовательного управления и вычислений. CL/PM-программы автодокументируемы, что очень важно для возможных изменений стратегий управления. С Универсальной станции программы легко изменить и перезагрузить без помех для выполнения программ регулирующего управления, логических блоков и других.

Все программы программного модуля могут связываться через общую базу данных системы для доступа к аналоговым и дискретным входам и выходам; состояниям логических блоков, сигнализации; числовым переменным и флагам. Кроме того, каждая программа программного модуля имеет доступ к данным с других устройств UCN.

Точки программного модуля обеспечивают структуру Фаза/Шаг/Команда, удобную для функций управления периодическими процессами. Многоуровневые функции программ для нештатных ситуаций позволяют пользователю определять условия срабатывания программ Удержание, Останов или Аварийный останов.

3.3.2. Обработка информации. В Системе Микро TDC3000 функции обработки информации и расширенного управления распределены между отдельными модулями, с использованием единое окно для доступа в систему различных пользователей.  

3.3.2.1. Универсальная станция. Универсальная станция (US) связывается с другими модулями Ha TPLCN, и с устройствами UCN, подключенными к процессу, через NIM. Важно замечать, что US является видеотерминальном на который отражается единое окно для доступа в систему различных пользователей.

3.3.3.2. Обзор дисплеев. Оператор, инженер-технолог и техники связываются с процессом и системой используя различные дисплеи. Они просматривают дисплеи, а затем делают ввод с клавиатуры, либо выбирают соответствующую "мишень". Ввод может производиться как с операторской, так и с инженерной клавиатуры, в зависимости от желаемой функции. На микро 3000 есть 3 основных типа дисплеев US – Дисплей оператора (рабочие дисплей непрерывных процессов, дисплей трендов и отчетов, дисплей программ-последовательностей, дисплей сигнализации, дисплей подсказки, системные дисплей ТДС 3000, дисплей системных функций, Мнемосхемы), Дисплей инженера – технолога (конфигурационное дисплей, дисплей построения точки данных, дисплей построения мнемосхем, дисплей программирования СL Дисплеи форматирования   системных и  технологических  журналов, Дисплеи редактирования файлов, Дисплеи программ утилитой, Дисплеи системных функций) и Дисплеи инженеров по эксплуатации (Дисплеи рекомендаций по техобслуживанию, Дисплеи нагрузки памяти,  Дисплеи журнала обслуживания системы, Вспомогательные дисплеи для техобслуживания).

3.3.2.3. Функции работы с процессом. Оператор может получить доступ к любым данным, необходимым для нормального управления процессом с US, используя [программу] персоналитет оператора. Данные представлены на дисплее как в виде общих обзоров, так и мельчайших деталей процесса на уровне точки данных.

3.3.4. Инженерно-технологические функции. В инженерном режиме US обеспечивает для инженера-технолога легкодоступную среду для построения или изменения базы данных для конкретного процесса. Система Микро TDC3000 обеспечивает следующие функции для инженера-технолога:

  •  Конфигурирование сети. Загрузка операционных программ и баз данных с Архивного модуля или картриджа. Построение баз данных процесса и системы. Построение точек данных. Построение пользователем и загрузка мнемосхем, отчетов и журналов.
  •  Подготовка, редактирование, компиляция, и связывание CL-программ.
  •  Редактирование файлов в исходных кодах.

3.3.5. Прикладной модуль (AM). Прикладной модуль (AM) связывается с другими модулями TPLCN и устройствами UCN, соединенными с процессом. Он осуществляет вычисления высокого уровня и стратегии управления, невозможные или непрактичные при применении только соединенных с процессом устройств.

Стратегии управления в AM можно внедрять, применяя стандартные алгоритмы и стандартную обработку точек данных, либо с помощью пользовательских алгоритмов и программ обработки точек, написанных на CL/AM. См. приложение - описание основных функций AM.

Рис.3.2.  Функции прикладного модуля.

3.3.5.1.  Пользовательское управление в AM. В дополнение к встроенным алгоритмам PVи управления инженер может использовать CL для создания собственных алгоритмов и подпрограмм обработки данных. Программы пишутся, редактируются и компилируются на Универсальной станции.

3. 4. язык управления (CL). CL разработан специально для инженеров-технологов для внедрения пользовательских схем управления. Этот про стой язык использует как общие, так и технологически ориентированные команды, перечисленные в приложение 2.

3.4.1. Сегмент пользовательских данных.  Сегмент пользовательских данных (CDS) это структура, обеспечивающая возможность определения одного или нескольких параметров, к которым могут иметь доступ CL-программы. Единожды определенный и назначенный точке данных, CDS доступен для дисплеев и других функций.

3.4.2. Точки вставки CL Заданные точки вставок в стандартной последовательности обработки упрощают пользователю процедуру вставки блоков CL-программ, которые должны выполняться по определенному событию (напр., превышение предела сигнализации).

3.4.3. CL Алгоритмы - Алгоритм из стандартного набора алгоритмов Уиуправления-упрощает пользователю замену стандартного алгоритма собственным в процедуре обработки точки.

3.4.4. Пользовательский многоточечный переключатель - Точку данных "CL-переключатель" можно применять с написанными пользователем программами для контроля и прямого управления стратегиями, включающими разные комбинации точек данных. Многоточечные CL-подпрограммы меняют "стратегии" по запросу оператора с Универсальной станции.

3.5. Архивный модуль (HM). Архивный модуль (HM) связывается с другими модулями TPLCN и с устройствами UCN, соединенными с процессом. Архивный модуль служит многопользовательским хранилищем больших объемов данных всей системы. Эти данные доступна для любого модуля TPLCN. Информация с устройств, соединенных с процессом также может записываться в HM. Основные элементы HM показаны на Рис.3.3.

Рис.3.3.  Элементы архивного модуля

3.5.1. Программные описания. Загружаемые Программные описания хранятся в HM, а не на картридже  для   облегчения   их загрузки.

3.6. База Данных. Информация по содержанию данных модуля TPLCN и UCN хранится в HM. Она может быть быстро списана с устройства (запись контрольных точек) или загружена в устройство простой командой оператора. Такое сохранение базы данных используется каждый раз при перезагрузке модуля-"владельца" точек (AM, NIM, PM).

3.7.  Управление технологическим объектом

3.7.1. Структура управления объектом

Устройство связи с объектом, применяемым в микропроцессорном комплексе микро TDC3000 имеет следующее максимальное количество каналов, подключаемых к процессоры вход / вывода вместе с FTA (Field terminal assemblies):

  •  аналоговых входов:

Высокого  уровня (16 точек),

Низкого уровня (8 точек)

  •  интерфейса интеллектуальных датчиков (16 точек)
  •  аналоговых входов – мультиплексор низкого уровня (32 точки)
  •  аналоговых выходов -    (8 точек),
  •  дискретных входов - (32 точки),
  •  дискретных выходов -   (16 точек)

Работа оператора с микро TDC3000 ведётся в диалоговом режиме двумя способами:

  •  путем нажатия клавиши,
  •  C помощью мишени через сенсорный экран.

С помощью клавиатуры или сенсорный экран оператор может воздействовать на процесс, т.е. изменять установки сигнализации и блокировки, включать и отключать каскадные схемы регулирования и т. д.

3.7.2. порядок пуска и остановки объекта с использованием микро TDC3000

Наибольшие изменения происходят при пуске и останове процесса или части процесса, и здесь  требуется повышенное внимание оператора. Для периодического процесса пуск и останов являются обычными операциями и происходят часто. Для непрерывных операций они происходят не так часто и могут вообще считаться обычными.

Запуск и останов всего процесса или основной части процесса могут потребовать самых разнообразных действий оператора, от внесения изменений в параметры процесса при переходе к направлению точками или при отключении от управления ими, до внесения изменении  в состояние процесса и связанных с процессом блоков которые оказывают влияние на связей процессом.

Запуск и останов фаз и переходов периодического процесса может осуществляться с помощью  менеджеров Процесса и Многофункциональных Контроллеров, и от оператора обычно требуется лишь осуществление контроля. Запуск последовательностей производится обычно оператором.

Приведённые ниже примеры иллюстрируют запуск как непрерывного, так и периодического процесса.

В  управления реактору, в определённый момент оператор должен запустить подачу реагентов в реакторе. Оператор начинает свои действия с контура управления расходом в ручном режиме. В этом режиме оператор пользуется Дисплеями Группы, Детальными или Графическими Дисплеями для регулирования выхода вручную, управляя при этом положением клапана и расходом

Та часть Графического Дисплея, которая представляет контур управления расходом может появиться на экране. С помощью этого дисплея оператор может изменить режим управления и параметры. Например, оператор может выбрать мишень на графической схеме контроллера, при этом Зона Изменений этого устройства появляется внизу экрана. Затем оператор может выбрать пик выходного значения OUTPUT и ввести понос значение в порт, который появляется специально для этой цели. После выверки нового значения, оператор дотронется до клавиши ENTER или мишени ENTER, и новое значение заменит старое. Оператор затем увидит изменение параметра процесса по мере изменения вложения клапана. Подобные изменения в параметрах могут быть внесены с помощью Дисплея Группы и Детального Дисплея.

После того как, вследствие внесенных вручную изменений в выходное значение, параметр процесса в достаточной степени приблизится к заданию, оператор может изменить режим с ручного (MAN) на автоматический (AUTO). B автоматическом режиме, управление потоком перейдет к слоту контроллера в связанном с процессом устройстве и через короткое время параметр процесса установится равным или почти равным заданию.

Запуск последовательностей может осуществляться с помощью мнемосхем или с помощью Обзор и Дисплея Модулей и Группового Дисплея Технологического Процесса.

Последовательность может контролироваться и управляться с помощью Обзорного Дисплея юнита. Данный дисплей позволяет оператору изменять статус и режим выполнения последовательности и технологического модуля.

Групповой Дисплей Технологического Модуля позволяет оператору управлять большинством функций модуля.

3.8. Структура программного обеспечения микропроцессорной системы  TDC3000 управления производством метанола

Программное обеспечение (ПО) микропроцессорной системы управления состоит из следующих основных частей:

системное ПО TDC3000;

библиотека   алгоритмов   для   выполнения сложных функций,    в том числе:  ПИ - и ПИД-регулирования,    интерполяции,  фильтрации,  интегрирования,  умножения,  извлечения корня и других;

База данных полученных по содержанию модуля TPLCN и UCN сохранены в архивных модуль (HM);

программы пользователя (ПрП),  реализующей классические алгоритмы оптимального управления,  алгоритмы  логического управления.

ПрП задается оператором на языке Control Language (CL) или на русском языке-язык управление и запоминается в оперативной памяти программы пользователя. В состав алгоритмов, реализованных в ПрП, входят алгоритмы оптимального управления элементарными технологическими операциями процесса синтеза метанола, разработанные в разделе 4.2, а также программного обеспечение управления, разработанные в разделе 4.5.  Классические алгоритмы оптимального управления реализуются как в разомкнутом, так и в замкнутом контуре управления (если оптимальное управляющее воздействие определяется исходя из значения функции Гамильтона).

Разработанная на   базе   микропроцессорного   комплекса структура системы управления с учётом специально   встроенных   аппаратных и программных средств   резервирования,    контроля   и самодиагностики обеспечивает высокую надежность системы управления реакторным  синтеза производством метанола в целом.

3.8.1. Построение Базы данных зоны

До построения Базы данных совокупность названных устройств и совокупность названных точек данных были сконфигурированы и присвоены различным технологическим устройствам. Также была сконфигурирована совокупность дополнительных мнемосхем, клавишных операций и журналов системных сообщений произвольных форматов. Инженер-технолог может выбрать для конфигурирования в любую зону произвольный объект из любой совокупности. Используя операцию Area Data Base [База данных зоны], инженер технолог может состыковать по желанию пользователя предварительно сконфигурированные возможности с нуждами для каждой зоны технологических операции.

Чтобы  сконфигурировать базу данных для определенной зоны процесса, инженер-технолог:

  •  Выбирает операцию "Area Data Base" из Главного инженерного меню
  •  выбирает операции, но конфигурированию зона из  "AREA  DATA  BASE  MENU" [Меню база данных зоны]
  •  вводит конфигурационные данные для параметров зоны, операционных дисплеем, рапортов и звуковой сигнализации

Пример  построенный база данных  на процесс синтеза метанола показано внизу:

Таблица 3.1.

Некоторые точки  измерение  база  данных  синтез метанола.

№ п/п

Позиция

Дескриптор

Тип прибор прибора

1

2

3

4

1

TCAH9410

Т  газа в 1 слой  Р301/1

TXK -  0179

2

TIR9411A

Т  газа из 1 слоя  Р301/1

TXK - 1489

3

TCAH9414

Т  газа во 2 слой  Р301/1

TXK - 1489

4

TRA9415A

Т  газа из 2 слоя  Р301/1

TXK - 1489

5

TCAH9418

Т  газа в 3 слой  Р301/1

TXK - 1489

6

TRA9419A

Т  газа из 3 слоя  Р301/1

TXK - 1489

7

TCAH9422

Т  газа в 4 слой  Р301/1

TXK - 1489

8

TRAH9423

Т  газа из 4 слоя  Р301/1

TXK -  0179

9

TIR9478

Т  АВС на катализатор

TXK -  0179

10

PIAL9013

Азот  после  ресивера   Е313

МП-П2х60+Сп22ДИ

11

PI9407

Газ после Т302/1

КРТ - 1К

12

PIR9471

Азот на катализатор и продувку  

КРТ - 1К

13

FIR9403

Газ по основному ходу в Т303/1

Сапфир22ДД-Вн

14

FIR9432

Газ по 1 холодному байпасу

Сапфир22ДД-Вн

15

FIR9433

Газ по 2 холодному байпасу

Сапфир22ДД-Вн

16

FIR9434

Газ по 3 холодному байпасу

Сапфир22ДД-Вн

17

FIR9435

Газ по 4 х/байпасу

Сапфир22ДД-Вн

18

FIR9439

Вода  на  АВО  (Т304)

Сапфир22ДД-Вн

19

LIAS9443

Сепаратор  С305/1

Сапфир22ДД-Вн

20

LIAS9449

Дренажный резервуар   Е308

Уб-ПВ-1,6+СпДИ/100кПа

21

LRCA9442

Сепаратор  С305/1

Сапфир22ДД-Вн

22

LRCA9444

Сборник   Е307/1

Сапфир22ДД-Вн

23

H2Q9018

Газ на нагн. М306.  Синт 1 агр.

ТП5501

24

 CO2Q9016

Газ на нагн. М306.  Синт 1 агр.

КЕДР – 13

25

 CO2Q9022

Газ на всасе после С315/1 синт 1 а

КЕДР – 13

Глава 4. Разработка алгоритма управления процессом оптимального режима работы реактора синтеза метанола

4.1. Постановка задачи

Процесс в адиабатическом реакторе с неподвижным слоем катализатора, в котором протекает экзотермическая химическая реакция, можно описать математической моделью идеального вытеснения в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

                                                    (4.1)

где X1, ...., XN-1 - температура и концентрации исходного вещества и продуктов реакции, XN - перепад давления. ξ- безразмерная координата по длине слоя, ε— пористость слоя, v - скорость фильтрации газа.

В традиционных постановках скорость v считается известной, и для системы (4.1) ставится задача Коши:

X (0) = X0   (4.2)

Здесь параметр v представляет осредненное значение скорости по сечению слоя. В проекте работе v - неизвестный параметр, и считается известным перепад давления на слое, т. е. рассматривается краевая задача с условиями Коши на левой границе и одним условием на правой:

X (0) =X0,              XN (1) = ∆P. (4.3)

В такой постановке значение параметра v соответствует величине локальной скорости потока в слое катализатора.

Цель работы - разработать алгоритм численного построения решения краевой задачи с параметром и функций чувствительности этого решения к какому-либо параметру модели. На примере конкретной модели процесса окисления метанола в формальдегид исследована чувствительность решения к параметру ε и проведен сравнительный анализ чувствительности решений краевой задачи и задачи Коши.

4.2. Алгоритм численного нахождения решения краевой задачи с параметром

Решение краевой задачи (4.1), (4.3) с параметром будем искать с помощью итерационного метода Ньютона. Пусть известно некоторое приближение X0 вектора Х и v0 параметра v. Линеаризуем задачу на этом приближении:

                       (4.4)

и найдем ее решение. На очередной итерации в качестве приближения X0 , v0 берем вектор X и число v соответственно, полученные на предыдущей итерации. Опять линеаризуем задачу уже на новом приближении (X0, v0) и находим очередные X и v. При подходящем выборе начального приближения Х0 и v0 векторами параметра v итерационный процесс сходится к решению исходной краевой задачи для системы нелинейных дифференциальных уравнений с параметром.

Решение линеаризованной задачи (4.4) предлагается искать методом ортогональной прогонки, который впервые был предложен академиком С. К. Годуновым, а для краевых задач с параметром его обосновал С. В. Кузнецов. Идея этого алгоритма состоит в следующем. Интервал [0,1] разбивается подходящим образом на несколько подинтервалов, определяется ортогональный базис пространства, удовлетворяющего условиям палевой границе, и при численном интегрировании в конце каждого подинтнервала этот базис заново ортогонализуется. Это позволяет избежать эффекта "сплющивания" базиса и находить решение более точно в областях высоких градиентов.

4.3. Построение функций чувствительности

Для анализа чувствительности решения задачи к изменениям параметра ε введены функции чувствительности

      (4.5)

Дифференцирование системы (4.1) по ε дает:

  (4.6)

(здесь X, v - решение задачи (4.1), (4.3)). Краевые условия

Z (0) = 0,   ZN (1) = 0         (4.7)

однородные, поскольку краевые условия в исходной задаче не зависят от параметра ε. Таким образом, получается линейная краевая задача для нахождения Z c неизвестным параметром и, аналогичная предыдущей задаче. Она, как и линеаризованная задача (4.4), решается методом ортогональной прогонки.

4.4. Результаты

Ha языке управление – cl, разработан универсальный пакет программ для численного решения краевой задачи с параметром и построения функций чувствительности полученного решения к какому-либо параметру модели. С помощью этого пакета получены профили . концентраций, температуры, перепада давления и функций чувствительности к пористости ε по длине реактора для модели конкретного процесса в реакторе, в котором протекает необратимая двустадийная реакция окисления метанола вида А —>В—>С, где  А - метанол, В - формальдегид. С - вода и другие продукты глубокого окисления, и
целевым продуктом является
В. В этой модели вектор Х содержит три компоненты: Х1, Х2 - концентрации веществ А и В соответственно, X3 - перепад давления.

Для корректности сравнения функций чувствительности решений краевой задачи и задачи Коши необходимо в краевой задаче брать ∆Р. соответствующее скорости фильтрации v в задаче коши. Тогда в реакторе реализуются одни и те же технологические режимы. Получено, что функции чувствительности краевой задачи значительно больше, чем функции чувствительности задачи Коши.

Предложенный метод может быть использован для анализа функций чувствительности не только к параметру ε, но и к любому другому параметру модели.

4.5. Логика выполнения и преобразования программа пользователя на TDC3000

Программа пользователя (ПрП) выполняется система микро TDC3000 при нажатия на клавиши RUN.

В начале цикла и при каждого цикла ПрП производят считывание дискретных входов с PMM box и запоминается их в HM и  их значение передаются по LCN в программа в AM. В каждом цикле ПрП по окончанием выполнением ПрП проводится контроль в система автоматический.

  1.  Обзор элементов программы пользователя на  языке управления (CL)

ПрП задает точку управления конкретным технологическим объектом. ПрП вводится пользователем в дисплеем и запоминается в оперативной памяти ПрП.

ПрП состоит из двух частей: Первая заголовок ПрП и вторая программой управление.

В заголовке ПрП содержится информации задаваемая пользователем и условно называние. Тип данных которые используются в язык управление (CL) включают число, время, строки, массивы, точки данных и используют операторы следующего типа -,+,*,/,**, mod, и, или, не, >.<.,<+,>+ <>.

  1.  Описание программы разработаной в системе микро TDC3000  отделения синтеза

М-300 «НАК» АЗОТ

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Last revision 28.02.2003.  (for Novomoskovsk)

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sequence PMM15BK (apm; point PMM15BK) – sequence for tc XK (1)

[Комментарии обозначающий последовательности для  tc ХК(1) ]

external $nm01n15

external TC15BK – temperature in grad c in box APM

[ Функция температуре град с в прикладного модуля]

external tir1005, ti8151a, ti8151b, ti8151c, tir8135, tir8139, tir8144

external tir8166, tir8001, ti8157, ti8158, ti8153, ti8160, tir8144

external ti8251a, ti8251b, ti8251c, tir8239, tir8244, tir8248

external ti8257, ti8258, ti8258, ti8260, tir8266, tir8235

external ti8351a, ti8351b, ti8351c, tir8335, tir8339, tir8344, tir8348

external  ti8357, ti8358, ti8353, ti8360,tir8366, trah9120, tra9122

external  tir9136, tir9124, trah9220, trah9222, tir3236, tir9224

external  tгah9320, trah9322, tir9336 , tir9324 , tir9625

[ввод точки считывание данных из реактора]

------------------------------------------------------   

lосаl r1 = -0.0988784        ---/          

lосаl r2 = 15.4288           ---/ koeff. For polinom grad(mv) XK(L)

lосаl r3 = -0.14701          ---/                                                                            LINE 24

lосаl r4 = 0.00219454        ---/

[  

-----------------------------------------------------   

lосаl y at nn(04)

lосаl s at nn(05) --- number for parameter pvcalc tc

lосаl s1 at nn(06)

[ число параметры из которые рассчитываем процесс переменной темр, давление,расход ]

local TBegin : time at time(01)

local TEnd : time at time(02)

local TDiv : time at time(03)

[ Функция время по которые учитываем при выполнение программа]

----------------------------------------------------  

[ этап вычисление функции параметры процесса]

Phase оne

[первая шаг]

Step s0

[ступень S0]

end hоld r

[конец считывание значение r]

сall set_ sub

[использование подмножество считыванные значение r]

phase two (hоld r)

[шаг два подержание значение r]

Step s1

[ступень s1]

set TBegin = nоw

[начало вычисление]

set s1 = tс15bk . p.V

[ функция цель]

set s = tir 1005.pvraw

call 1in(s1,r1,r2,r3,r4 ,s)

[использование полученные линеаризованные значение переменные s1,r1,r2,r3,r4 ,s]

LINE46

call lin(s1, r1, r2,r3,r4,s)

set tir1005.pv = s  

set s = - ti8151а.рvraw

call lin(s1,r1,r2,r3,r4, s)

sеt ti8151а.рv = s

set s = ti8151b.рvrаw

call lin(s1,r1,r2,r3,r4,s)

set ti8151b.рv = s

sеt s = ti8151с.рvrаw

call lin( s1,r1,r2,r3,r4,s )

set ti8151с.рv = s

sеt s = tir8135.рvrаw

call  lin (s1,rl r2,rЗ,r4,s)

sеt tir8135.рv = s

sеt s = tir8139.рvrаw

call lin(s1,r1,r2,r3,r4, s)

sеt tir8139.рv = s  

и так вычисляем все необходимые функции подпрограммы и эти  оптимальные значения отображаются на универсальной станции управления US как показано на рис. 4.1.

Рис.4.1.  Температурный режим реактора синтеза метанола на US.

Где, например TCAH9414M

PVProcess variable [процесс переменная]

SPSet point [задание]

OPOutput [выходное значение]

Рис. 4.2.  Характеристики точки TCAH9414  реактора синтеза метанола

4.6.  Разработка объектно-ориентированнй программы на языке Delphi для оптимального управления режимом работы процесса производства метанола

программное обеспечение – это  комплекс программ, описаний и инструкций, позволяющих автоматизировать отладку программ и решение задач на ЦВМ.

А математическое программирование это раздел прикладной математики, занимающийся изучением задач отыскания экстремумов функций на некотором множестве и разработкой методов решения этих задач.

не смотря,  разница между этим двух раздели наука их отдельно использование не существенное выгодно на эффективно управление технологически процессов.

объектно-Ориентированная  методология программирования может использоваться, чтобы идентифицировать объекты  и проектирование  объект  основанные  системы, которые обращаются к следующим областям:

  •  Фактический  завода физические объекты, типа оборудования процесса
  •  Производство логических объектов, типа периодической /непрерывной логики стадии.
  •  Производственная информация, типа деловых сделок и рецептов

4.6.1. Применение объектно-ориентированного  программирования в проектировании управления производственным процессом

Ориентированные на объект технологии программирования предлагают мощную модель, очень подходящую для управления производственным процессом проект. Центральная объектом методология обеспечивает платформу для модульного проекта процессом моделирования системы управления в классы  и объекты, которые формируют стандартные блоки системы.

Модель оборудования выделяет и собирает оборудование процесса в иерархическую структуру модулей управления, модулей оборудования, единиц и идеал ячеек процесса для ориентированного на объект проекта. Модули управления (самый низкий уровень в оборудовании модель) управляет приводами головок, типа насосов и клапанов, непосредственно. Модули оборудования логические группировка управления и других модулей оборудования, способных к выполнению обрабатывающих зеркало действий, типа дремоты и взвешивания. Единицы - логическая группировка оборудования и управляют модулями, которые могут, исполните главные действия обработки, типа реакции или кристаллизации. Ячейка процесса - набор единиц производство одной или более партий. Следующее - пример модели оборудования ячейки процесса использование S88 стандарт.

Следующее - пример модели оборудования ячейки процесса использование S88 стандарт и объектного подхода к разработке программного обеспечения,  которая лежит объектная декомпозиция, т. е. представление разрабатываемого программного обеспечения в виде совокупности объектов, в процессе взаимодействия которых через передачу сообщений и происходит выполнение требуемых функций (рис.4.3).

В этом примере, классы представляют оборудование в каждом иерархическом уровне, где каждый класс состоит из свойств и методов представить характеристики оборудования. Например, рассмотрите химическую пакетную систему, где множественные реакторные модули исполняют подобные задачи. Вместо того, чтобы создавать реакторный модуль каждый раз, каждый необходим, реакторный класс модуля со свойствами, и методы могли быть созданы и приведены в качестве примера всякий раз, когда новый реактор необходим. Эти классы могут тогда быть собраны, чтобы создать специфические для приложения библиотеки. Такие библиотеки далее допускают прикладному многократному использованию и стандартизации. Объект в системе управления процессом обычно содержит три основных уровня управления процессом: уровень данных (включая реальный мировой ввод - вывод), который представляет свойства объекта, логический уровень, который представляет функциональные возможности объекта, и уровень представления который, представляет человеческий-машинный интерфейс объекта (интерфейс управления концентратором). 

Рис. 4.3.  графическое представление объектной декомпозиции функций

В традиционной программируемой архитектуре контроллера объект управления процессом, возможно, должен охватить три различных приложения: логика, программируя программное обеспечение, программируемые данные ввода - вывода контроллера и программное обеспечение интерфейса управления концентратором. Это представляет трудную проблему интегрирования трех индивидуальных уровней в пределах различных пакетов программ, чтобы формировать тот сильно интегрированный объект.

Сильно интегрирование единственного объекта может быть достигнуто со справкой технологии общей объектной моделиCOM
(common object module) от  Microsoft, которая позволяет различным пакетам программ взаимодействовать. Общая объектная модель формирует общую парадигму из взаимодействия среди уровня данных, логического уровня и уровня представления, чтобы формировать единственный объект в пределах сложной системы управления процессом. Эта архитектура строго напоминает технологию ДНК Microsoft. ДНК Microsoft - деловая системная архитектура с тремя рядами - содержание уровня дисплея, который служит входным интерфейсом клиента/оператора, деловой-логический уровень, который обрабатывает операционные запросы от его клиентов и уровня данных, который служит сервером данных - интегрированный с COM/DCOM. Усиление ДНК Microsoft и технологии общей объектной модели в дизайне управления процессом обеспечивает, твердая платформа для этажа предприятия возражает против непосредственно интегрированного с деловыми системами для материального управления, качественного управления и промышленного планирования.

Прямые выгоды от гибкого объектно-ориентированная система, что применение объект-ориентированое  проектирование на  управления производственным процессом следующие:

  •  Способность использовать прикладное развитие на основе модели
  •  Способность создавать завод и корпоративные стандарты для применений, возражает и библиотеки
  •  Уменьшенная разработка и время ввода в действие {укомплектования персоналом}
  •  Гибкость, чтобы изменить компоненты, не затрагивая полное применение.
  •  Способность отслеживать замены в применениях, возражает и библиотеки
  •  Уменьшенное обслуживание, расследующее время
  •  Более напряженная интеграция между процессом и областями предприятия
  •  Улучшенный модулированный  и стандартизированные для увеличенного повторного использования
  •  Способность создавать основные системы, которые могут быть скроены, чтобы выполнить определенные прикладные требования
  •  Структура, чтобы гарантировать правильную документацию системы и применения

Система микро TDC 3000 Операторская консоль может состоять из одной Универсальных Станций. Она может быть сконфигурирована с дополнительными сенсорными экранами, инженерскими клавиатурами, дисководами картриджей, дисководами гибких дисков, трендовыми самописцами и принтером. По своей конструкции консоль является удобным рабочим местом и обеспечивает максимальную читаемость знаков, оптимальный угол зрения и минимальную усталость. Пользователь имеет возможность, не вставая, легко дотянуться как до клавиатуры, так и до видео монитора. Один основной составляющие элемент консоли является интегрированные программные средства на консоль оператора.

  1.  Этапы разработки программного обеспечения

4.6.2.1. стадии разработки по ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки»:

постановка задачи (стадия «Техническое задание»);

анализ требований и разработка спецификаций (стадия «Эскизный проект»);

проектирование (стадия «Технический проект»);

реализация (стадия «Рабочий проект»).

На техническое задание существует стандарт ГОСТ 19.201-78 «Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению». В соответствии с этим стандартом техническое задание должно содержать следующие разделы:

введение;

основания для разработки;

назначение разработки;

требования к программе или программному изделию;

требования к программной документации;

технико-экономические показатели;

стадии и этапы разработки;

порядок контроля и приемки.

4.6.2.2. Принципиальные решения начальных этапов проектирования. К таким решениям относят:

выбор архитектуры программного обеспечения - однопользовательскую архитектуру, при которой программное обеспечение рассчитано на одного пользователя, работающего за персональным компьютером;

выбор типа пользовательского интерфейса и технологии работы с документами; программ используют прямого манипулирования - реализуют множество сценариев, представленных в операциях над объектами, основные операции инициируются перемещением пиктограмм объектов мышью, данная форма реализована в интерфейсе   самой   операционной   системы   Windows   альтернативно интерфейсу со свободной навигацией. Однодокументная, которая предполагает однодокументный интерфейс (SDI - Single Document Interface); Однодокументную - если одновременная работа с несколькими документами не обязательна.

выбор подхода к разработке (объектного);  по сколько  выбран интерфейс со свободной навигацией или прямого манипулирования, то среды визуального программирования, такие как Visual C++, Delphi, Builder C++ и им подобные, предоставляют интерфейсные компоненты именно в виде объектов библиотечных классов. Выбирали  языка и среды программирования. Версия Object Pascal, использованная в среде Delphi, сопровождается профессиональными библиотеками классов, упрощающими ведение больших разработок, в том числе и требующих использования баз данных, что делает Delphi достаточно эффективной средой для создания приложений Windows.

  1.  Разработка  человеческий-машинный интерфейс

Пользовательский интерфейс представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи: обмен информацией и координация действий [35].

Интерфейсы со свободной навигацией также называют графическими пользовательскими интерфейсами (GUI - Graphic User Interface) или интерфейсами WYSIWYG (What You See Is What You Get - что видишь, то и получишь, т. е., что пользователь видит на экране, то он и получит при печати). Эти названия подчеркивают, что интерфейсы данного типа ориентированы на использование экрана в графическом режиме с высокой разрешающей способностью.

Графические интерфейсы поддерживают концепцию интерактивного взаимодействия с программным обеспечением, осуществляя визуальную обратную связь с пользователем и возможность прямого манипулирования объектами и информацией на экране. Кроме того, интерфейсы данного типа поддерживают концепцию совместимости программ, позволяя перемещать между ними информацию (технология OLE).

Существенной особенностью интерфейсов данного типа является способность изменяться в процессе взаимодействия с пользователем, предлагая выбор только тех операций, которые имеют смысл в конкретной ситуации. Ниже примера Metacalc.

4.7. Обзор пакета прикладных программ METACALC 

Программа METACALC предназначена для анализа работы системы рециркуляции в производстве метанола на медьсодержащем катализаторе. Программа позволяет техническому персоналу агрегата синтеза метанола получать статистически сглаженные (усредненные) значения величин газовых потоков и их составы в различных точках системы рециркуляции; приводит производительности агрегата по метанолу-сырцу, по конденсату-сырцу и их составы; позволяет контролировать работу КИП. Расчетные данные могут служить основой для оценки уровня активности катализатора синтеза. При обследовании производства программа METACALC значительно облегчает и ускоряет обработку результатов.

Программа METACALC использует в качестве исходных данных измеренные рабочие параметры всей системы рециркуляции, включая потоки и составы свежего газа, циркуляционного газа, газа постоянной продувки, танковых газов, поток и состав метанола-сырца, а также температуры на входе и на выходе реактора синтеза, в узле конденсации и давления на выходе реактора, выходе сепаратора и в танке. На основе измеренных параметров рассчитываются значения ряда сглаженных параметров, обеспечивающих материальные балансы системы и тепловой баланс реактора.

Усредненные значения параметров вычисляются по методу наименьших квадратов, т.е. так, чтобы сумма квадратов SSQ была минимальной

где

- измеренное значение i-ой переменной,

 x- усредненное значение i-ой переменной,

- стандартная ошибка измерения i-ой переменной,

N - общее число измеряемых переменных.

Значения    заданы в программе на основе опыта работы с обширной базой экспериментальных данных. Пользователь имеет возможность их изменения.

4.7.1. Основные компоненты алгоритма программы:

1. В реакторе рассчитывается покомпонентная конверсия в соответствии с протекающими в нем химическими реакциями, приводящими к образованию CH3OH и Н2О с расходованием Н2, СО и СО2.

2. Сумма объемных концентраций всех компонентов в каждой точке рецикла равна 100%.

3. Обеспечивается общий материальный баланс по элементам Н2, О2, С, N2 и Ar.

4..На основе входных и выходной температур определяется тепловой баланс адиабатического процесса в реакторе.

5. На основе сглаженных величин на выходе из реактора: потока, состава газа и температуры, а также измеренного давления, с помощью заложенной в программу термодинамической базы данных в рамках модели идеального газа рассчитываются "равновесные" температуры и степени приближения к равновесию химических реакций. В программе используются константы равновесия реакций, приведенные в [1]. При вводе исходных данных пользователь имеет возможность потребовать, чтобы состав газа на выходе реактора отвечал равновесному для реакции СО22=СО+Н2О.

6. Конденсация метанола и воды в сепараторе рассчитывается с использованием уравнения равновесия жидкость-пар [2] с коэффициентом неидеальности для Н2О равным 1.4, учитывающим положительное отклонение от закона Рауля для паров воды в случае богатых метанолом (80-90 масс.%) растворов в воде при 25-50 град.С. Для давления пара чистой жидкости используется корреляция Антуана со справочными значениями параметров корреляции для СН3ОН и Н2О [2]. Аналогично рассчитывается содержание паров СН3ОН и Н2О в танковых газах.

7. Растворение газов в метанольно-водном растворе рассчитывается для равновесной абсорбции с использованием закона Генри в условиях независимости константы Генри данного газа от состава газовой смеси. При измеренных потоке и составе танковых газов расчет величин потоков и составов растворенных газов не требует знания растворимостей (констант Генри), так как потоки и составы (СН3ОН+Н2О) конденсата-сырца и метанола-сырца, а также температуры сепаратора и сборника метанола практически совпадают. В отсутствии измеренного состава танковых газов в расчете используются величины растворимостей, найденные из данных о растворимости газов в чистых СН3ОН и Н2О при 20 град. С (25 град. С) и 50 град. С и 1 атм. Для вычисления растворимостей газов в (СН3ОН+Н2О) растворе при известных составе и температуре используется Вантгоффовская зависимость констант Генри для чистых веществ от температуры и правило аддитивности применительно к натуральным логарифмам константы Генри того же газа в чистых СН3ОН и Н2О. Учитывая приближенный характер вычисления растворимостей, в расчетах допускаются отклонения полученных таким способом потоков газов, растворенных в конденсате-сырце, на 20% для каждого растворенного газа.

4.7.2. Исходные данные. Величины, требуемые для работы программы METACALC, вводятся в окне „Исходные данные”. Они делятся на величины, которые обязаны быть введены (в приведенном ниже списке и в окне программы печатаются обычным шрифтом), и величины, которые могут быть введены (курсив).

Величины, отмеченные курсивом (кроме расхода и состава танковых газов), в минимизируемую сумму не входят и могут не вводиться. Но они входят в материальные и тепловые балансы и METACALC также их определяет. Величины с номерами 42-47 не сглаживаются.

Если измерены расход и состав танковых газов, то пользователь может ввести величину погрешности для расхода танковых газов в столбец "Скорректированная погрешность". (Позиция для ввода стандартной погрешности расхода танковых газов всегда недоступна для набора). В этом случае пользователь должен задать состав танковых газов. Тогда расход и состав танковых газов (кроме концентраций Н2, Н2О и СН3ОН) будут входить в минимизируемую сумму.

Если погрешность расхода танковых газов не задана (и только в этом случае), то величины расхода и состав танковых газов не входят в минимизируемую сумму и определяются из материальных балансов. Рекомендуемая величина погрешности расхода танковых газов – 10% от измеренной величины.

В столбце "Стандартная погрешность" выводятся величины стандартных ошибок, принятые такими по умолчанию. Если выведен нуль, то стандартная ошибка считается как заданная доля от измеренной величины или заданная величина), а появляется при вводе измеренной величины). В столбце "Скорректированная погрешность" пользователь может ввести другие значения стандартных ошибок, которые будут использованы при расчете вместо стандартной ошибок в данном конкретном расчете.

В последней ячейке окна "Исходные данные" пользователь должен указать принимается или нет условие равновесия реакции конверсии СО водяным паром.

Ниже для каждого аппарата приведены вводимые величины.

СВЕЖИЙ ГАЗ

1. Расход, нм3/ч

Состав, % об.

2. CO2

3. CO

4. H2

5. CH4

6. N2

7. Ar

ГАЗ НА ВХОДЕ В РЕАКТОР

8. Основной ход, нм3/ч

9. Температура, град. C

10. Холодные байпасы, нм3/ч

11. Температура, град. C

Состав, % об

12. СО2

13. СО

14. Н2

15. СН4

16. N2

17. Ar

18. H2O

19. CH3OH

ВЫХОД ПОСЛЕДНЕЙ ПОЛКИ

20. Температура, град. C

ПОСТОЯННАЯ ПРОДУВКА

21. Расход, нм3/ч

Состав, % об.

22. СО2

23. СО

24. Н2

25. СН4

26. N2

27. Ar

28. H2O

29. CH3OH

ТАНКОВЫЕ ГАЗЫ

30. Расход, нм3/ч

Состав, % об.

31. СО2

32. СО

33. Н2

34. СН4

35. N2

36. Ar

37. Н2О

38. СН3ОН

МЕТАНОЛ-СЫРЕЦ

39. Производительность (СН3ОH2О), кг/ч

40. СН3ОН, % масс.

41. Растворенные газы, кг/ч

НЕСГЛАЖИВАЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Давление, атм. (физ.)

42. Сепаратор

43. Сборник СН3ОН

44. Выход реактора

Температура, град. C

45. Сепаратор

46. Сборник СН3ОН

47. Загрузка катализатора, м3

Исходные данные рекомендуется сохранять в файле, имеющим оригинальное имя и расширение .dat.

4.7.3. Стандартные погрешности. В качестве стандартных погрешностей приняты следующие величины погрешностей:

1. Для расходов газа – 10% от измеренной величины.

2. Для производительности по метанол-сырцу – 3% от измеренной величины.

3. Для концентрации метанол-сырца – 1%.

4. Для температур на входе в первую полку и на выходе из последней полки – 5 град.C.

5. Для температуры холодных байпасов - 2 град.C.

6. Для концентрации СО при ее величинах:

СО <= 1% – стандартная погрешность равна 0.2%,

1%< CО <= 2% – стандартная погрешность равна 10% от измеренной величины,

2%< CO <= 10% – стандартная погрешность равна 7% от измеренной величины,

10% < CO – стандартная погрешность равна 5% от измеренной величины.

1. Для концентраций С % остальных газов (СО2, СН4, N2, Ar) при их величинах:

С <= 1% – стандартная погрешность равна 0.2%,

1%< C <= 2% – стандартная погрешность равна 15% от измеренной величины,

2%< – стандартная погрешность равна 7% от измеренной величины,

4.7.4. Результаты расчетов. Выходные данные представляются в окне “Результаты расчетов”. В нем для каждой из величин, вошедших в SSQ, выдается значение измеренной величины, значение сглаженной величины, разность между сглаженной и измеренной величиной и квадрат отношения этой разности к ошибке измерения.

Если вклад, какой либо величины в сумму SSQ больше или равен 0.5 (что отвечает ошибке определения этой величины, превышающей 70%), то соответствующая строка в таблице результатов выделяется красным цветом и печатается курсивом. В этом случае вероятна большая погрешность в измерении данного параметра. Требуется провести анализ этого эффекта и, возможно, провести повторные измерения и расчет по программе Metacalc.

В конце таблицы выдается найденное при минимизации значение суммы квадратов SSQ. Далее выдаются: состав и расход газа на выходе реактора; растворенных газов в метанол-сырце; растворимость газов в метанол-сырце (нм3/атм2т (СН3ОН+Н2О)); производительность и состав конденсат-сырца; эффективность переработки углеродного сырья в метанол (%) в реакторе, конденсат-сырца, продукта (метанол-сырца); расход свежего газа на тонну метанола в сырце; съем метанола в единицу времени с единицы объема загрузки катализатора. Для выхода с последней полки реактора выдаются "равновесные" температуры реакций, т.е. те, которые отвечают равновесию для соответствующих реакций по найденному составу, разности между "равновесными" и сглаженной температурами и степени приближения к равновесию для сглаженной температуры.

Результат рекомендуется сохранить в файле, имеющем оригинальное имя и расширение .rez.

4.7.5. Требования к компьютеру. Программа Metacalc предназначена для работы в русифицированной операционной системе Windows-95/98/2000/Me или Windows NT (версии 4.0 и выше). Поставляется в виде дистрибутива и требует инсталляции в соответствующей операционной системе.

Программа занимает на диске порядка 1 Мбайта (без учета внутренней базы данных по проведенным ранее расчетам).

Время счета одного варианта для компьютера Celeron-500MHz порядка 10–20 сек. Установленная программа требует для работы не менее 50 свободных Кбайт на диске.

4.8. Тестирование программных продуктов

Тестирование - это процесс выполнения программы, целью которого является выявление ошибок.  В процессе разработки программного обеспечения использовали  три стадии тестирования: автономное, комплексное и системное, каждая из которых соответствует завершению соответствующей части системы.

При разработки программного обеспечения предусматривали раннее обнаружение ошибок за счет выполнения контроля результатов всех этапов и стадий разработки. На начальных этапах такой контроль осуществляют в основном вручную и с использованием CASE-средств, на последних - он принимает форму тестирования.

4.9. Оптимизации процесса производства метанола с использованием пакета прикладных программ CHEMCAD и входа-выхода технологического параметра (Flow sheet stimulation technology)

Как был описан выше, есть несколько факторов, которые имеют эффект на производство метанола, и на экономику отделение. Цель состоит в том, чтобы использовать вычислительные инструменты, чтобы оптимизировать эксплуатационные расходы завода. Проблема оптимизации вовлекает десять независимых переменных, которые внесены в список в Таблице 4.1. Каждая независимая переменная дается с диапазоном, который является допустимым для той переменной.

Таблица 4.1.

 рассмотренные переменные в целевой  функции.

Рассмотренные  независимые переменные

Рассмотренный  диапазоном

Температура реформатора (Tref)

1000 - 1200 K

 Давление реформатора (Pref)

6 - 25 atm

Норма  углекислого газа и метана во входном отверстии (R1)

0.4-1

Норма  пара и метана во входном отверстии (R2)

2-4

Охлаждение температуры Компрессора 1 (T1)

283-295K

Охлаждение температуры  Компрессора 2 (T2)

283-295K

 Comp1 давление выхода (P1)

50-300 atm

 Comp2 давление, то есть давление контура синтеза (Pconv=P2)

50-300 atm

 Температура реактора / конвертера (Tconv)

470-600K

произведите чистку (X)

0.01-0.1

Рассмотренные  зависимые переменные:

Количество производства метанола

Необходимая высокой производительность температуры для реформатора

Производительность компрессора

Количество энергии, необходимой для уплотнения

Количество энергии, необходимой чтобы охлаждать Реактора /  Конвертер

Таблица 4.2.

Преимущества и неудобства нескольких факторов

Фактор

Преимущество

Недотаток

1

2

3

увеличение реформатора

температура

лучший выход реформатора, меньше метана, больше СО, и H2

высокой стоимость нагревание температуры

Уменьшение  парциального давления

лучший выход реформатора

-

H2O увеличение в касательно входного отверстия

лучший выход

H2O стоимости  увеличивается

высокая температура в конвертер

-

повреждает катализатор,

конвертер повреждения,

преобразование пределов, стоимость охлаждение

низко

температура конденсатор

количество циркулизировано уменьшений метанола, лучшее преобразование в конвертере

стоимости охлаждение, это также производит к необходимое сжатие

Замкнутая давления увеличивается (conv давление)

более высокое сжатие,

меньший конвертер

стоимость сжатия

произведите чистку

многократно используемый чтобы нагреть реформатора, и необходимый, чтобы предотвращать накопление инертных газов.

4.9.1. Функция Цель

Цель состоит в том, чтобы максимизировать операционную прибыль в заводе. Целевая функция поэтому должна включить отпускную цену изделия, затраты сырья и энергии, необходимой для того, чтобы охладиться и нагреваться. Метан воспламенен, чтобы нагреть реакцию в реформаторе

Целевая функция, которая максимизируется: [руб./h]:

   (4.9)

где

S=3.5 ·10-3  руб./мола является отпускной ценой метанола;

C1 =1.76  руб. /k мола является стоимостью метана

C2 =1.087 ·10-3руб./k мола является стоимостью CO2

C3 =1.8 ·10-3 руб./k мола являются стоимостью H2O

C4 =9.44 ·10-6 руб./kJ являются стоимостью Сжатия

C5 =3.31 ·10-9 руб./kJ являются стоимостью охлаждения воды, необходимой для 1kJ энергия

QH1, QH2 [kJ/h] охлаждающаяся производительности  холодильников  охлаждение

QH3 [kJ/h] количество высокой температуры, произведенной реформатором

Comp1, Comp2 [kJ/h]  производительности компрессора

[kmol/h] количество метана, используемого для сгорания может быть рассчитано от уравнения (4.10)

      (4.10)

Qr - нагревание, требуемое в реформаторе

ξ - является эффективностью сгорания, которое является приблизительно 0.75

HCH4=890800 kJ/kmoл -  температура сгорания метана.

4.9.2.  Результаты моделирования для оптимизации отделения производства метанола

Таблица 4.3. содержит результаты моделирования ChemCad выполнения фабрики метанола. В целом 22 случая - отметили C1, C2, и т.д. - были исследованы. Столбцы таблицы относятся к индивидуальным случаям, в то время как ряды указывают переменные и характерные особенности исследованных случаев.

Параметры системы были изменены, держа ценности в пределах данных границ, данных в Таблице 4.1.. Измененные переменные показывают в первых десяти рядах таблицы. Следующие 6 рядов показывают ценности элементов целевой функции, то есть цены произведенного метанола и затрат материалов ряда (CH4, CO2, H2O) кроме того расходы сжатия и охлаждения. Следующий ряд (треть в этих трех последний) показывает полную прибыль), есть отпускная цена метанола минус все расходы).

Цены, затраты и полная прибыль выражены в руб./h. Смотрение на данные, мы можем видеть, что большинство затрат вызвано использованным метаном и сжатием.

Относительная прибыль (который является прибылью, разделенной на количество входного метана) и чистоты изделия (то есть процент веса метанола в изделии), показана в последних двух рядах. Эти два показатели должны были максимизироваться. Лучшие решения выдвинуты на первый план в этих двух рядах.

Рассматривая прибыль, случаи C1, C20, C11 являются лучшим, в то время как чистота изделия наиболее высока в случаях C19 и C18. Поскольку мы можем видеть максимизирование экономической целевой функции, и чистота изделия находится в противоречии цели. Необходимо найти компромисс между этими целями.

При вычислении отпускной цены метанола только поток метанола в изделии был принят во внимание (т.e SSCH3OH = S· F · x CH3OH). Количество необходимого метана включает количество метана, использованного в реакции (), и количестве метана, используемого для того, чтобы нагреться ().

4.9.3.  Наблюдения и примечания

  •  поскольку единственный положительный фактор на целевой функции - количество произведенного метанола, мы должны стремиться производить так много метанола насколько возможно при хранении затрат настолько низко насколько возможно.
  •   самые драматические изменения на объективной функции вызван давлением и температурой реформатора.

Давление реформатора уменьшается объективные увеличения.

Температура реформатора увеличивает объективные увеличения.

  •  когда конверсионная норма плохо увеличивается,    чистка ведет к немного лучшему решению. Это - то, потому что в этом случае чистка содержит больше метана, который израсходован, чтобы нагреть реформатора.
  •   Увеличение охлаждающейся температуры цель стала хуже. Когда охлаждающаяся температура не достаточно низка, уплотнение будет менее эффективным. В результате поток стадии пара, оставляющей конденсатор увеличивается и следовательно увеличения производительности компрессора также. В более высоких температурах охлаждения количество изделия - меньше.
  •   Давление Comp1: Гарантируйте, что данный конвертер вставляет температуру в данном давлении петли, но пробует держать это настолько низко насколько возможно.
  •   Состав входного отверстия: больше - содержание H2O  (то есть. R2) - лучше.

  1.  Допущения  и  пренебрегающие факторы для моделирования

  •  реформатор: реакция равновесия, выход имеет состав равновесия.
  •  восстановление энергии от преобразованного газа включен в процесс обычно, но здесь мы не принимаем во внимание это, (то есть охлаждение является дорогостоящим)
  •  Углеродистое смещение не включен в модель реформатора. Однако, используя избыток H2Oи хороший катализатор (добавленные составы металла щелочи [1.37]) мы можем предположить, что нет никакого углеродистого смещения. Цена на катализатор не включена в целевую функцию.
  •  предположение: давление входного отверстия реформатора (то есть давление реформатора) не имеет никакого эффекта на цену
  •  катализатор конвертера: тип катализатора необходимый зависит от температуры и давления [1.19,1.73.1.74]. В более высокой температуре деятельность катализатора ниже. Цену на катализатор не рассматривают.
  •  конвертер оформлен как приблизительно в равновесии. Адиабатный реактор используется. Нет никакого восстановления энергии от этой единицы, таким образом, охлаждаясь необходим.
  •  нет никакого перепада давления, заглядывает реформатору, сепараторам и теплообменникам высокой температуры.

Вывод

На этой части проекта будем рассматривать, как с использованием микропроцессорной системы микро ТДС3000 можно создавать программное обеспечение, для оптимизирования режима работы реактора.

Последовательности создания программного обеспечения на хоневелловской системы TDC3000.

  •  Создание базы данных, т.е. как идет сбор данных  процесса (объекта) с использованием системы микро TDC 3000 , установление соотвествуюших режимов, регуляторов и других динамических параметров управления процессом - систем связи, РМ и FTA.
  •  Обработка базы данных, т.е. создание программы пользователя – обзор универсальной станции, дисплеев, АМ, и  языка управления CL.
  •  Сохранения предудующих этапов на системе управление с помощью HM и обзор трендов.
  •  Запуск программ в статическом,  либо в динамическом режиме.

Прямые выгоды от гибкого объектно-ориентированной системы, при применении объектно-ориентированного проектирования в  управлении производственным процессом следующие:

  •  Способность использовать прикладное развитие на основе модели
  •  Способность создавать завод и корпоративные стандарты для применений, возражает и библиотеки
  •  Уменьшенная разработка и время ввода в действие (укомплектования персоналом)
  •  Гибкость, чтобы изменить компоненты, не затрагивая полное применение.
  •  Способность отслеживать замены в применениях, возражает и библиотеки
  •  Уменьшенное обслуживание, расследующее время
  •  Более напряженная интеграция между процессом и областями предприятия
  •  Улучшенный модулированный  и стандартизированные применения для увеличенного повторного использования
  •  Способность создавать основные системы, которые могут быть скроены, чтобы выполнить определенные прикладные требования
  •  Структура, чтобы гарантировать правильную документацию системы и применения

Эти выгоды помогают понимать бизнес и полезные действия производства, идентифицированные промышленностью сегодня. Большее использование актива, уменьшенное время цикла, быстрее и более эффективные переключения линии, чтобы облегчить изменения изделия и введения, увеличенная последовательность и качество - только несколько из вкладчиков к экономической выгоде таких систем.

5. Экономическая часть

5.1.  ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНого ПРОЕКТа

Целью технико-экономического обоснования автоматизированной системы (АС) является количественное и качественное доказательство экономической целесообразности создания или развития АС, а также определение организационно-экономических условий ее эффективного функционирования.

Основными факторами, определяющими экономическую эффективность АС, являются:

  1.  увеличение выпуска продукции и повышение ее качества за счет более рационального использования производственных мощностей, сырья, материалов, топлива и трудовых ресурсов;
  2.  повышение производительности труда производственных рабочих, вследствие сокращения потерь рабочего времени и простоев оборудования.

5.2. Исходные данные для расчета

Исходными данными для расчета является плановая калькуляция себестоимости на текущий год (табл. 5.1.), а также:

  1.  Установленная мощность КТС (W),130 кВт·ч;
  2.  Эффективный фонд времени работы КТС ЭФ),8760 ч;
  3.  Стоимость электроэнергии ЭЛ),1 руб./ кВт·ч.

Таблица 5.1

Плановая калькуляция себестоимости продукции на 2003 год

Производственная программа – 300000 т

Статьи затрат

Обозначение

Затраты на единицу продукции, руб.

Затраты на весь выпуск, тыс. руб.

1. Материалы и полуфабрикаты

147,48

44243

2. Топливо и энергия на технологические цели

17,19

51558

3. Заработная плата производственных рабочих с отчислениями на социальные нужды

19,48

5844

4. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования

6,345

1903

5. Цеховые расходы

2,976

892

6. Общезаводские расходы

2,89

866

7. Внепроизводственные расходы

19,43

5827

Полная себестоимость

СБ

215,78

64733

5.3. Расчет единовременных затрат на создание АС

Единовременные затраты на создание АС (КА) определяются по формуле:

       (5.1.)

где  - предпроизводственные затраты, руб.;

- капитальные затраты, руб.

Предпроизводственные затраты на создание АС рассчитываются по формуле:

    (5.2.)

где  - затраты на проектирование АС, 4030 руб.;

- затраты на создание программного обеспечения, 5500 руб.;

- затраты на подготовку информационного обеспечения длительного пользования (создание базы данных АС), 10000 руб.

Величина капитальных затрат определяется по формуле:

   (5.3.)

где  - сметная стоимость комплекса технических средств (КТС), 78750000 руб.;

- затраты на установку, монтаж и запуск КТС в работу, 7875000 руб. (10% от стоимости КТС);

- сметная стоимость технических средств, высвобожденных в результате внедрения АС, -  руб.

5.4. Расчет эксплуатационных расходов на функционирование АС

Расчет годовых эксплуатационных расходов на функционирование АС (ЗЭКСП) осуществляется по формуле:

    (5.4.)

где ЗЗП - годовые затраты на заработную плату специалистов в условиях функционирования АС с отчислениями на социальные нужды, 5844138 руб.;

ЗЭН - годовая стоимость электроэнергии, потребляемой АС, 740220 руб.;

ЗА - годовая сумма амортизационных отчислений, 8662500 руб.;

ЗМАТ - годовая стоимость материалов, необходимых для функционирования АС (2% от стоимости КТС), 1575000 руб.;

ЗРЕМ - годовая стоимость ремонта оборудования (7% от стоимости КТС), 5512500 руб.

Годовая стоимость электроэнергии, потребляемой АС, определяется по формуле:

    (5.5.)

где W - установленная мощность КТС, кВт;

ТЭФ - эффективный фонд времени работы КТС, час;

ЦЭ - стоимость 1 кВтчас электроэнергии, руб.

Годовая сумма амортизационных отчислений рассчитывается по формуле:

     (5.6.)

где НА - норма амортизации, % (10%).

5.5. Расчет себестоимости продукции после внедрения АС

Величина себестоимости после внедрения АС определяется по предусмотренному изменению отдельных видов затрат, на которые оказывает влияние внедрение АС.

5.5.1.Затраты на сырье и материалы при функционировании АС с учетом возможного увеличения объема производства и сокращения расходов на сырье и материалы () составят:

   (5.7.)

     (5.8.)

где  - затраты на сырье и материалы до внедрения АС, 44243445,96 руб.;

- индекс объема производства;

- процент возможного увеличения объема производства в результате внедрения АС,  3 %;

- процент возможного сокращения расходов сырья и материалов после внедрения АС (рассчитывается прямым счетом по отдельным материалам), 4 %;

Сокращение расходов сырья и материалов при внедрении АС достигается за счет стабилизации и оптимизации технологического процесса, постоянного контроля за расходованием материалов, проведения анализа отклонений фактического расхода материалов от нормативов, что позволяет обеспечить соблюдение плановых норм затрат сырья и материалов и доведение их до прогрессивного уровня.

5.5.2. Затраты на топливо и энергию на технологические цели () определяются по формуле:

   (5.9.)

где  - затраты на топливо и энергию до внедрения АС, 5151198,765 руб.;

- процент возможного сокращения расходов топлива и энергии после внедрения АС (рассчитывается прямым счетом по отдельным статьям или принимается по согласованию с руководителем проекта и консультантом-экономистом), 3 %.

5.5.3. Заработная плата основных производственных рабочих в условиях функционирования АС () определяется с учетом роста объема производства и соотношения между темпами прироста средней заработной платы и производительности труда:

   (5.10.)

где  - заработная плата с отчислениями на социальные нужды производственных рабочих до внедрения АС, 5844138 руб.;

- коэффициент соотношения темпов прироста средней заработной платы и темпов прироста производительности труда (принимается равным соотношению, существующему на предприятии до внедрения АС). 0,3

5.5.4. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования состоят из условно-переменной части, которая изменяется прямо пропорционально росту объема производства, и условно-постоянной части, которая не зависит от роста объема производства.

Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования после внедрения АС () определяются по формуле:

    (5.11.)

где  и  - соответственно условно-переменная и условно-постоянная часть расходов на содержание и эксплуатацию оборудования до внедрения АС, руб.

5.5.5. Цеховые расходы после внедрения АС () определяются по формуле:

    (5.12.)

где  - цеховые расходы до внедрения АС, 892688,91 руб.;

ДЦ - коэффициент зависимости прироста цеховых расходов от прироста объема производства (0,4).

5.5.6. Общезаводские расходы после внедрения АС () определяются по формуле:

    (5.13.)

где  - общезаводские расходы до внедрения АС, 866439,83 руб.;

ДЗ - коэффициент зависимости прироста общезаводских расходов от прироста объема производства (0,3).

5.5.7. Внепроизводственные расходы () изменяются пропорционально росту объема производства и рассчитываются по формуле:

      (5.14.)

где  - внепроизводственные расходы до внедрения АС, 5827984,32 руб.

5.5.8. Себестоимость годового выпуска продукции после внедрения АС (СА) составит:

  (5.15.)

5.6. Расчет показателей экономической эффективности АС

Основными показателями экономической эффективности АС являются:

  •  годовой прирост прибыли;
  •  годовой экономический эффект;
  •  расчетный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений;
  •  срок окупаемости затрат.

5.6.1. Годовой прирост прибыли () рассчитывается по формуле:

    (5.16.)

где ВБ, ВА - годовой выпуск продукции до и после внедрения АС,

- затраты на рубль реализуемой продукции до и после внедрения АС,

ПБ - прибыль от реализации продукции до внедрения АС,  руб.

5.6.2. Годовой экономический эффект (Э) определяется по формуле:

     (5.17.)

где ЕН - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (0,15).

5.6.3. Расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений на создание АС (ЕР) рассчитывается по формуле:

     (5.18.)

Если , то внедрение данной АС эффективно.

5.6.4. Срок окупаемости затрат (Т) определяется по формуле:

     (5.19.)

Результаты расчета экономической эффективности свести в табл. 5.2.:

Таблица 5.2

Результаты расчета экономической эффективности

Наименование показателя

Ед. изм.

Значение показателя

До внедрения АС

После внедрения АС

  1.  Годовой объем реализуемой продукции

т. тонн

300

309

  1.  Себестоимость годового выпуска продукции

т. руб.

64733

78295

  1.  Единовременные затраты на создание АС,

в том числе:

- предпроизводственные затраты

- капитальные затраты

т. руб.

т. руб.

 т. руб.

86646

21,2

86625

  1.  Годовой прирост прибыли,

в том числе:

-за счет роста объема производства

-за счет уменьшения себестоимости продукции

т. руб.

т. руб.

т. руб.

105283

415,404

104868

  1.  Годовой экономический эффект

т. руб.

92287

  1.  Расчетный коэффициент

-

1,2

  1.  Срок окупаемости капитальных вложений

лет

0,8

Вывод

На основе проведенного расчета внедрение программного обеспечения АСУ ТП является эффективным.

6. Безопасность жизнедеятельности и Гражданская оборона

6.1. Аналитическая часть

6.1.1. Техника безопасности, противопожарные мероприятия,  производственная санитария и охрана труда

6.1.1.1 Обоснование обшей характеристики производства по

взрыво - пожароопасности и производственной санитарии

В производстве метанола перерабатываются пожароопасные, взрывоопасные и токсичные вещества, (природные газ, метанол, конвертированный газ, содержащий водород и окись углерода) поэтому производство метанола относится к пожаро - и взрывоопасным производствам.

При авариях  возможна загазованность рабочих помещений и близлежащей территории, что может привести к взрывам, пожарам и отравлениям.

    Наличие в кабинете компьютеров и периферийных  устройств  представляют  опасность поражения  человека  электрическим током  из-за нарушения  целостности  кабельной системы, короткого замыкания, накопления заряда статического электричества, несоблюдения правил техники безопасности, также возможность воздействия электромагнитного излучения от компьютера.

Первичные факторы, воздействующие на людей при возникновении пожара являются:

  •  пламя и искры;
  •  повышение температуры окружающей среды;
  •  Дым и др.

    Вторичные факторы, воздействующие на людей:

  •  осколки в результате разрыва кинескопов дисплеев и части разрушающихся зданий, сооружений;
  •  электрический ток в результате повреждения оборудования и кабельной системы и др.

Основные физико-химические, пожаро-взрывоопасные и токсичные свойства сырья, готового продукта и отходов производства метанола приведены в таблице 5.1

таблице 6.1

Основные физико-химические, пожаро-взрывоопасные и токсичные свойства сырья, готового продукта и отходов производства метанола

Вещества

Агрегатное

Состояние

СИЗ

Класс опасности

Температура

ºС

Пределы  взрывоопасности воздухом,

% об.

Предельно-допустимая  концентрация, мг/м3

В воздухе рабочей зоны производственных помещений, мг/м3

В атмосферном воздухе  населенных мест-максимально – разовидий

мг/м3

вспышки

Воспламеняя

самоваопасменения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Окись

Углерода

Газ

Респиратор, противогаза

4

-

-

610

12,7-75

20

3

Водород

Газ

Респиратор, противогаза

1

-

-

510-4

74,2

-

-

Метан

Газ

Респиратор, противогаза

4

-

-

645

4,9-15,4

300

-

Метанол (Сырец и ректификат).

Жидкость

Перчатка, Респиратор, противогаза

3

8

7-39

464

6,0-34,7

5

1,0

Гидразин-гидрат технический

Жидкость

Перчатка, Респиратор, противогаза

1

59

59

-

207

0,1

-

Аммиак водный технический

Жидкость

Перчатка, Респиратор, противогаза

4

2

2-10

Выше 750

--

20

0,2

 

6.1.1.2.  Характеристика  потенциальных  опасностей и вредностей,  категорирование помещений производства метанола.

Классификация основных отделений и наружных установок по взрыво - и пожаро-опасности, ПУЭ, степени огнестойкости и санитарной характеристика в производство в целом приведена в таблица 5.2.

Согласно ПУЭ по опасности поражения электрическим током помещение относится к категории  без повышенной  опасности, т.к. характеризуется отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.

таблица 6.2

Классификация помещений и наружных установок по пожарной опасности, пуэ стенки огнестойкости и санитарной характеристике.

Наименование  цеха, отделения

Категория взрыва-пожарной опасности производства  

НПБ 105-95

Степень огнестойкости зданий по СНиП 21-01-97

Классификация помещений и наружных установок классе помещения и установок по ПУЭ.  

Категория и группа взрывоопасных смесей  

Гост 12.1.011-78

Категория молниезащиты

PD 34.21.122-87

1

2

3

4

5

6

Синтез метанола

Открытая площадка

А

  1.  

  1.  

IIA-T2

II

6.1.2. Санитарно-гигиеническая характеристика помещения. Организация рабочего места

В производственных помещениях, где работа с видеотерминалами является основной (диспетчерские, операторские и т.д.) должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата.

Параметры помещения:

высота - 3 м., ширина – 2,45 м., длина -4,5 м.

Следовательно, площадь данного помещения (S) – 11.025 м2, объем помещения – 33,075 м3. В комнате постоянно находятся 2 человека. Следовательно, на одного работающего приходится площадь - 5.5125 м2 и объем – 16.5375 м3.

В соответствии с "Гигиеническими требованиями к видео дисплейным терминалам, ПЭВМ и организации работы" - СанПиН -2.2.2.542- 96 требуется 6 м2 площади и 20 м3 объема.

Комната содержит:

  •  4 стола;
  •  6  кресел типа престиж;
  •  1 шкаф  для документов;
  •  2 компьютера;
  •  2 системых блока
  •  2 принтера

По ГОСТ 12.1.004-91 "Пожаро - и взрывоопасность веществ и материалов" устанавливается номенклатура пожаро - и  взрывоопасности  веществ и материалов.  Согласно этому, все перечисленное содержимое кабинета по горючести относится к трудногорючим и горючим.

В кабинете полы покрыты линолеумом. Он содержит антистатические добавки, чтобы не было вредных   выделений.   Проводится    ежедневная   влажная  уборка для защиты от статического электричества.

В помещении находится различного рода бумага. Это  документы, писчая бумага.

                                                                    

               Таблица 6.3.

показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений.

Период

года

Категория

работ по

уровню

энергозатрат. Вт

Температура воздуха

ºС

Температура         поверхностей.

Относительная

влажность воздуха

%

Скорость движения воздуха. м/с

Теплый

1а (до 139)

22-24

21-25

60-70

0.1

Холодный

1а (до 139)

23-25

19-26

15-75

0.1

Для соблюдения параметров микроклимата в теплый период года необходимо использование вентиляции или кондиционирование, а в холодный период года используется центральное водяное отопление. Уровень шума на рабочих местах не должен превышать 50 дБА. (СН2.2.4/2.1.8.562-96). Минимальная освещенность рабочих мест 300 Лк (СНиП 23-05-95)

Средства индивидуальной  защиты:

  1.  Фильтрующие противогазы марки КД или М
    1.  Весь персонал, связанный с обслуживанием электрооборудования, должен быть снабжен диэлектрическими перчатками
      1.  В цехе должен находится аварийный запас фильтрующих противогазов от аммиака, кислородно-изолирующих противогазов два комплекта аварийных резиновых костюмов типа Л-1 которые хранится в специальных ящиках.  

6.1.3. Мероприятия и решения, принятые в проекте по безопасному ведению процесса

  1.  Основное оборудование, кроме компрессоров, насосов, оборудования для приготовления растворов гидразингидрата, тринатрии-фосфата и аммиачной воды, размещается вне здания на открытой площадке. Оборудование устанавливается с учетом обеспечения безопасности и удобства его обслуживания и ремонта.
  2.  Управление технологическом  процессом осуществляется автоматически или дистанционно из ЦПУ, что уменьшает необходимость пребывания обслуживающего персонала у аппаратов.
  3.  На всех аппаратах и трубопроводах где возможно увеличение давления выше рабочего, установлены предохранительные клапаны, разрывные пластины или предохранительные гидрозатворы.
  4.  Для обслуживания оборудования  и арматуры на высоте выше 1,8м предусмотрены площадки  с ограждениями по действующим нормам.
  5.  Для продувки трубопроводов и оборудования предусмотрена разводка азота.
  6.  Для продувки оборудования перед ремонтом после продувки азотом предусматривается разводка  воздуха.
  7.  От всего оборудования и коммуникаций предусмотрен отвод статического электричества.
  8.  На вводах в агрегат и помещения трубопроводов с взрывоопасным  веществами установлены запорные  устройства с рунным и дистанционным управлением (электрическим лил пневматическим).
  9.  Аппараты и трубопроводы с температурой стенки выше 60ºС изолируется, а на рабочих местах и в проходах при +45ºС.
  10.  Для предотвращения загазованности в машзале и насосных, а также для создания нормальных условий работы обслуживающего персонала предусматривается ариточно-вытяжная  вентиляция. В помещениях машзала  предусмотрена также аварийная вентиляция, включающаяся при наличии предельно-допустимой концентраций по СО в компрессий конвертированного газа в СН4 в компрессии природного газа.
  11.  Во избежание утечек метанола от уплотнений насосов в ректификаций  предусматривается герметичные насосы типа ХГ и химические насосы с двойным торцевым уплотнением.
  12.  Предусматривается    дистанционная остановка насосов ректификация метанола из безопасного место - из ЦПУ.
  13.  Для предотвращения аварийных ситуаций предусматривается в ЦПУ сигнализация отклонения параметров от нормы и соответствующие блокировки.
  14.  Для исключения попаданий воздуха и предотвращения взрывов в линии подачи газов на сжигание на факел и газов низкого давления в котельную предусматривается подача азота.
  15.  Для обеспечения нормальной работы производства необходимо:

А) Не допускать нарушения технологического режима

Б) Обеспечить необходимую плотность всех фланцевых соединений аппаратов и трубопроводов.

В) Обеспечить бесперебойную работу всех вентиляционных устройств.

Г) Обеспечить бесперебойную работу КИПиА.

Д) Не допускать при работе проливов взрывоопасных, аридных и токсичных веществ.

Е) Допускать к работе обслуживающим персонал, который изучил свое рабочие место и успешно выдержал испытание по проверке знаний и умению практического применения их на своем рабочем место

Ж) Допускать работу только на исправном оборудования.

Действия персонала при нормальной работе, остановках, пусках и аварийных случаях должны быть регламентированы соответствующим инструкциями.

Работа в центральная пункт управления характеризуется повышенной напряженностью, связанной с необходимостью поддерживать активное внимание, а также ответственностью за свои действия при работе с документами и компьютера.

6.1.4. Условия безопасности при проведении работ в ЦПУ

Рекомендуется использовать защитное экранирование для ослабления воздействия электрического излучения от компьютера.

Основные требования безопасности работы на компьютере:

  •  продолжительность непрерывной работы не более 2 часов с перерывом в 10-15 мин;
  •  расстояние от экрана монитора до глаз должно быть не менее 50 мм. (Оптимальное значение 60-70 мм.);
  •  высота стола должна регулироваться от 680-800 мм, обязательно наличие подставки под ноги;
  •  кресло должно быть подъемно-поворотным и регулироваться по наклону сиденья и спинки;
  •  расстояние от экрана монитора до задней стенки соседнего монитора-2 м., расстояние между мониторами-1,3 м.;
  •  по отношению к окнам естественный свет должен падать сбоку (желательно слева).

6.1.5.  Электробезопасность

Широкое применение электрического оборудования в промышленности сопряжено с опасностью поражения обслуживающего персонала электрическим током.

Центральная пункт управления характеризуется отсутствием условий создающих повышенную или особую опасность. Поэтому для защиты людей от поражения электрическим током принимаются следующие меры электробезопасности:

  •  недопустимо оголение токоведущих частей, приборов;
  •  электропроводка внутренняя (в стенах), напряжение сети 220 B, частота тока 50Гц;
  •  все приборы и оборудование должны быть в исправном состоянии и иметь защитное заземление;
  •  предусматривается аварийное отключение электросети в случае резкого увеличения тока (короткое замыкание и т.п.), для этих целей необходима установка защитного оборудования - плавких предохранителей, реле;
  •  пол должен быть выполнен из нетоковедущих материалов (дерево, линолеум и т.п.);
  •  все работы по монтажу производятся при отключенном напряжении с использованием инструмента с изолированными рукоятками;
  •  к работе допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности;
  •  помещение поддерживается в чистоте и сухости, что является мерой для повышения сопротивления человека;
  •  особое внимание уделяется исправности розеток и разъемов.

6.1.6. Противопожарные мероприятия, стационарные системы пожаротушения и первичные средства

 Основным условием пожаро-безопасности является строгое  соблюдение технологического режима, правил и нор техника безопасности, а также своевременный и качественным ремонт оборудования.

Для тушения пожара на открытой площадке сероочистки, конверсии, синтеза и ректификации предусмотрена разводка азота давлением на менее Ризб = 5 кгс/см2.

На открытой площадке синтеза метанола предусматриваются стационарные лафетные установки.

В помещениях компрессии, приготовления растворов гидразингидрата, транатрифосфата и аммиачной воды предусмотрена разводка пожарно-хозяйственного водопровода с Устиновной пожарных кранов.

В отделении компрессии предусмотрена автоматическая система пенотушения маслосистемы компрессоров и маслопункта. Включение подачи пены осуществляется автоматически  при  возникновении пожара, а также дистанционно из ЦПУ.

Оросительные  установки оборудуются задвижками с электроприводами и дублирующими ручными задвижками, которые размещаются в специальной помещений.   

Включение оросительных установок предусматривается дистанционно из ЦПУ или из помещения управления задвижками.

В агрегата М-300 предусмотрено также:

  •  Электрическая пожарная сигнализация
  •  Молнизащита оборудования и трубопроводов
  •  Защита от статического электричества
  •  Обеспечение первичным средствами пожаротушения и устройства пожарных гидрантов на наружном водопроводе.

6.1.7. Мероприятия по санитарии и окружающей среды

Производство метанола связно с применением природного газа, окиси углерода, метанола и других веществ, обладающих токсическим и на организм человека.

Характеристика этих веществ приведена в таблице 6.1.

В качестве средств индивидуальной защиты  в  производстве должны применяться:

  •  Фильтрующие и изолирующие шланговые противогазы;
  •  Резиновые перчатки, сапоги и фартуки, защитные очки.

Предусмотрены следующие мероприятия по охране труда:

  •  Контроль и управление процессом осуществляется дистанционно из диспетчерской, что сводит к минимуму необходимость пребывания обслуживающего персонала у работающего оборудования;
  •  Вентиляция производственных  помещений для предотвращения накопления вредных веществ;
  •  В помещениях приготовления растворов гидразин - гидрата и аммиачной воды предусмотрены ванны, и раковины самопомощи для смыва указанных веществ при попаданий на различные части тела человека;
  •  В помещениях компрессии природного и конвертированного газа для снижения уровень шума до допустимых санитарными нормами предусмотрена эвуко - изоляция межступенчатого оборудования и коммуникаций компрессоров.

6.1.8. Гражданская оборона

Гражданская оборона (ГО) представляет собой систему общегосударственных оборонных мероприятий, осуществляемых в мирное и военное время для защиты населения, народного хозяйства от оружия массового поражения (ОМП), а также для проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ (CHABP) в очаге поражения и по ликвидации последствий при крупных производственных авариях и стихийных бедствиях.

Сигнал "об угрозе нападения противника" подается органами ГО по радиотрансляционным сетям, телефонам, громкоговорящим установкам и др. возможными средствами оповещения. С этого момента все средства оповещения должны находиться постоянно в рабочем состоянии на случай, новых сообщений и подачи сигналов ГО. Начальники цехов с момента объявления угрозы нападения противника обязаны донести до рабочих и служащих о введении в стране состояния "Угроза нападения противника".

Начальники цехов с получением сигнала ГО ("Химическая тревога") обязаны быстро оповестить рабочих и служащих, дать указание личному составу надеть противогазы, средства защиты кожи (при отсутствии табельных средств использовать пленочные материалы, плащи, резиновые сапоги, перчатки и т. д.), при высоких концентрациях отравляющих веществ укрыться в закрепленных защитных сооружениях. В случаях отсутствия защитного сооружения выйти из очага поражения в сторону, перпендикулярную направлению ветра, при этом использовать любые индивидуальные средства защиты органов дыхания и кожи.

По приказу начальника ГО ("при угрозе нападения противника"), штаба ГО объединения, начальники производств и цехов организуют получение со складов ГО и выдачу рабочим, служащим и членам их семей, невоенизированным формированиям СИЗОД.

При проведении рассредоточения рабочих, служащих, и эвакуации их семей в загородную зону начальники сборных эвакопунктов развертывают СЭП (в соответствии с планом ГО объединения), через которые будет проводиться эвакуация и рассредоточение в загородную зону.

Начальники производств и цехов при объявлении эвакуации высылают своих представителей в штаб ГО объединения для получения указаний на время проведения эвакомероприятий (обработка вопросов приема личного состава цехов и производств в загородной зоне и их размещения).

На производствах и в цехах в период проведения эвакомероприятий по приказу начальника ГО объединения оставляется необходимое количество ИТР и рабочих для продолжения деятельности, остальной контингент служащих и рабочих выезжает через СЭП в загородную зону. На месте эвакуации руководители цехов и их заместители совместно с представителями местных, органов ГО производят подселение в отведенном по плану ГО объединения жилом фонде загородной зону, а также принимают меры по защите личного состава на случай радиационного заражения местности. Для чего совместно с местными органами ГО (администрации) организуют учет населения всех подвальных помещений в выделенном для данного производства или цеха жилого фонда, производят предварительный расчет на укрытие личного состава и организуют строительство недостающего количества простейших противорадиационных укрытий для личного состава и членов их семей.

На производствах, в цехах объединения для выполнения СНАБР, а также по ликвидации последствий крупных производственных аварий и стихийных бедствий создаются невоенизированные формирования ГО.

В невоенизированные формирования ГО включаются все рабочие и служащие мужчины от 16 до 60 лет и женщины от 16 до 55 лет.

Освобождаются от зачисления в невоенизированные формирования ГО:

рабочие и служащие, приписанные к призыву в ряды Российской Армии;

инвалиды войны и труда I и II групп;

беременные   женщины   и   женщины   со   средним   и   высшим   медицинским образованием, имеющим детей до двухлетнего возраста; .

- женщины, имеющие детей до 8-летнего возраста.

Невоенизированные формирования ГО создаются на основании приказа генерального директора - начальника ГО объединения по производствам, цехам в соответствии со штатным расписанием и представляется в одном экземпляре в штаб ГО объединения. На командиров невоенизированных формирований ГО возлагается:

организация    и    проведение    обучения    личного    состава    невоенизированных формирований согласно учебных программ;

подготовка невоенизированных формирований к выполнению CHABP в очаге поражения   и   ликвидации   последствий   крупных   производственных   аварий   и стихийных бедствий;

совместно    со     штабом     ГО    объединения    обеспечение    личного    состава невоенизированных    формирований    средствами    индивидуальной    защиты    и табельным имуществом;

систематически вести учет за комплектованием невоенизированных формирований личным   составом,   вносить   все   изменения   по   личному   составу   в   штатное расписание; обеспечение выполнения распоряжений, приказов начальников ГО производства (цехов), штаба и начальника ГО объединения и др. вышестоящих органов ГО.

6.2. Расчетная часть

6.2.1.  Расчет искусственного освещения в ЦПУ

Расчет искусственного общего освещения сводится к определению количества светильников, необходимого для обеспечения на рабочих местах нормированного значения освещенности.

рассчитываем количество светильников:

                       (5.1)   

где:

EH – Нормируемая минимальная освещенность по СаНиП 23-05-95 Лк (300Лк)

Kз = Коэффициент запаса учитывающий снижение освещенности по процессе эксплуатации в следствие ламп и светильников а также снижение отражающих свойств поверхностей. 1, 4;

n – Число ламп в светильнике.

S – Площадь, м2

U – Коэффициент использование светлого потока.

Z – Коэффициент неравномерности освещения.

Площадь S = AB = 4,5 ∙ 2,45 = 11,025м2                             (5.2)

Z = 1,2

n = 2 лампы в светильнике.

Тогда читаем индекс помещения,

            (5.3)

где:

А, В – Длина и ширина помещения в плане, м

Н- высота подвеса светильников над рабочей поверхностей, м

Для дальнейшем расчете, принимаем следующем:

  •  потолок белый  → ρпт = 70%
  •  стены светло-серы → ρс = 50%
  •  пол темый → ρп  = 10%

i1 = 0,8                                         u1 = 0,36

i2 = 0,9                                         u2 = 0,4

i* = 0,822                                      u* = ?

Тип светильник ЛДОР, сделаем интерполяций 

                                                      (5.4)

                                       (5.5)

u = 0,369

Принимаем ЛБ-40.

Ф = 2600 ЛК ( ГОСТ 6825-91)

Тогда, число светильников составит:

                                                 (5.6)

m = 2,896 ≈ 3 светильники.

Светильник типа ЛДОР имеет размера типа 1,24м  0,2 м.

Всего 6 ламп ЛБ-40, мощность каждого по 40 Вт.

  1.  Расчет производительности вентиляционной системы

Из сказанного выше, обеспечение нормальных метеорологических условий и частоты воздуха на рабочих местах в значительной степени зависит от правильно организованной системы вентиляции. Основное требование СаНиП 2.04.05-91 работа вентиляционных систем должна создать на рабочих местах метеорологические условия и чистоту воздушной среды, соответствующими действующим санитарным норма. Это обеспечивается вентиляцией с отоплением в зимнее время и кондиционированием в летнее время.

По СаНиП 2.04.05-91 рассчитываем явную теплоту по формуле

                                       (5.7)

где:

с - теплоемкость воздуха = 1,2 Кдж/м3 ºС

Q – Избыточное тепло подлежащие удалению, Вт/ч

tn- температура поступающего в помещение воздуха,  ºС

ty – температура удаляемого из помещения воздуха, ºС

L - Производительность вентиляционная система, м3

Принимаем следующем значениями

  1.   Работа легкая и относится категория работы Ia  и ty = 28ºC
  2.  Параметра нарущеного  воздуха:

  Tn = 22.2 º C (Для Тула)

                             (5.8)

где:

Qизб – избыточное тепло подлежащие удалению, кВт

QПК - тепло от оборудование, кВт

Qh – тепло от персонала, кВт

Qл – тепло от системы искусственного освещение, кВт

А) По работы один человека на УС

                                          (5.9)

где:

qn – тепло от персонала, кВт

n- Количество персонала.  

категория работа Ia  → qn = 139 Вт

следовательно,

Вт                               (5.10)

Б) В помещений 2 пк и 2 принтеры

                                    (5.11)

где:

β = 1 – коэффициент одновременности работы аппаратуры в помещении

РСБ – мощность системный блок = 250 Вт

h = 0, 4 - коэффициент передачи тепла в помещения от ПК

РСБ = 250 Вт

Рмон = 80 Вт

РПриб. л = 80 Вт

РПринт. Стр = 60 Вт

Qоб = (250∙2+80∙2+80+60) ∙1∙0, 1 = 80,0Вт                      (5.12)

В) Qосв = Роб ∙ β ∙ α ∙ cosφ                                                   (5.13)

Где:

Роб – мощность, потребляемая осветительюшии  установками

β =  коэффициент одновременности работы аппаратуры в помещении равной 1

α – КПД перевода электрической энергии в тепловую равной 0,1

cos φ – мощность коэффициент равной 0, 7

Но

Роб = 6∙ 40 = 240 Вт                                                                 (5.14)

Qосв = 240 ∙ 0.1 ∙ 1 ∙ 0.7 = 16.8 Вт                                           (5.15)

Qизб = 278 + 80+16, 8 = 374.8 Вт                                           (5.16)

                                        (5.17)

Рассчитываем объем помещения W:

W = 4, 5 ∙ 2, 45 ∙ 3 = 33,075 м3                                               (5.18)

И тогда кратность

ч-1                                                    (5.19)

где:

К - кратность воздуха обмена, ч-1

L - Производительность вентиляционной системы м3

W – Объем, м3

Выбираем кондиционер оконного типа модель RAC-07E-E (Toshiba)

  •  Мощность 1,93 КВт;
  •  Производительность 400 м3/час;
  •  Потребляли мощность 700 Вт.

Библиографический список

  1.  McKetta J., Encyclopedia of Chemical Processing and Design. Marcel Dekker. (1988)
  2.  Supp E., How to Produce Methanol from Coal, Springer Verlag (1990)
  3.  Resnick W. Process Analysis and Design for Chemical Engineers, McGraw-Hill, 1981
  4.  Paul J.K., Methanol Technology and Application in Motor Fuels, publisher (1978),
  5.  S. H. Ballman and J. L. Gaddy, Optimisation of Methanol Process by Flowsheet Simulation, Ind. Eng.
    Chem., Process Des. Dev., Vol.16, No. 3. (1977)
  6.  ChemCad
  7.  Кафаров В.В. Методы кибернентики в химии и химической технологии. -M. ,1985.-448 с.
  8.  Арис P. Анализ процессов в химических реакторах. - Л.,1967. 328 с
  9.  Роберте С. Динамическое программирование в процессах химической технологии и методы управления.-M., 1965.-488 с.
  10.   Чаки Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы.-M.,1975.-424 с.  
  11.   Бояринов А.И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химии и химической технологии.-M.,1975. -575 с.
  12.  Рей У. Методы управления технологическими процессами.-M., 1983.-368 с.
  13.   Брайсон А., Xo Ю-Ши Прикладная теория оптимального управления. Оптимизация, оценка и управления.-M., 1972.-544 с.
  14.   Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления.- M., 1969. - 408 с.
  15.   Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе P.В., Мищенко Е.Ф.Математическая теория  оптимальных  процессов.-  M., 1976.-392 с.
  16.   Кожухов Ю.В. Разработка алгоритмов управления технологическим процессом получения красителей: Дисс. ... канд. техн. наук. - M., 1981. - 206 с.
  17.   Drlscoll K.F.,Ponnuswarny S.R.,Penlldls A. Optimisation of a batch polymerization  reactor  at  the  final of conversion// Polim.mater.sci.and eng./Proc. acs div.pollym.mater.- 3RD Congr.. Toronto, June, 1988-Washington (D. C.)- vol.58, N 1. - p. 234-239.
  18.   Клюев А.С., Колесников А. А. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию.-M., 1982.-240 с.
  19.   Табак А., Куо Б. Оптимальное управление и математическое программирование.- M., 1975. -233 с. 

20.  Островский Г.M.,    Волин Ю.M.  Методы оптимизации химических реакторов.- M., 1967.   - 248 с.

21. Нитше P. Системный анализ и оптимальное управление процессами конверсии метана: Дисс. ... канд. техн. наук.- M., 1979. - 113 с.

22. Брайсон А.,  Прикладная теория оптимального управления. Оптимизация, оценка и управления.-M., 1972.-544 с.

23. Красовский А.А. Фазовое пространство и статистическая теория динамических систем. - M., 1974.-233с.

24. Саутин С.H.,  Пунин A. E.,  Хартмин К.,  Чешков В.H:  Динамическая оптимизация    химико-технологических   процессов:   текст лекций.-Л., 1987.-57 с.

25. Дворецкий С.И.,    Казаков А. С.    Алгоритмическое и   программное обеспечение АСУ реакторными подсистемами периодического действия. //Методы кибернетики химико-технологических процессов:  Тез.  докл. Всесоюзн.   конф.   - Тамбов,1988.-с.   13-16.

26. Плискин Л.Г. Оптимизация непрерывного производства. М., Энергия, 1975. 366с

27. Протодьяконов И.О., Муратов О.В., Евлампиев И.И. Динамика процессов химической технологии: учебное пособие для вузов. –Л.: Химия, 1984. – 304 с.

28. Вальков В.М., Вершин В.Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Л., Машиностроение, 1973,160сКараханов Э.А. Синтез-газ как альтернатива нефти процесс Фишера-Тропша и оксо-синтез // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 3.

С. 69-74.

29. Катализ в С1-химии  Под ред. В. Кайма. М., 1983. 296 с.

30.  Караваев М.М., Леонов Е.В., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола. М., 1984. 239 с.

31. Anderson, B., and Moore, J., Optimal Control: Linear-Quadratic Methods, Prentice Hall, 1990. 32. Brogan, W., Modern Control Theory, Prentice-Hall, 1991.

33. Bryson, A. E., Jr., and Ho, Y. C., Applied Optimal Control, Hemisphere, 1975.

34. Dickinson, B., Systems: Analysis, Design, and Computation, Prentice Hall, 1991.

35. Gelb, A., ed., Applied Optimal Estimation, MIT Press, 1974.

36. Graham, A., Kronecker Products and Matrix Calculus: with Applications, J. Wiley, 1981.

37. Kwakernaak, H., and Sivan, R., Linear Optimal Control Systems, Wiley, 1972.

38. Maciejowski, J., Multivariable Feedback Design, Addison-Wesley, 1989.

39. Maybeck, P., Stochastic Models, Estimation, and Control, Academic Press, 1982.

40. Zhou, Z., Doyle, J., and Glover, K., Robust and Optimal Control, Prentice Hall, 1996.

41. Levenspiel, O., Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons, Toronto, Ed. 2, 1972,

p. 283-290.

42. Kendall, H.B., An Apparatus for Undergraduate Experiments in Flow System Reaction Kinetics, Chemical Engineering Progress Symposium Series, vol. 70, no. 63, p. 3-16.

43. Макарова Г.В. Охрана труда в химической промышленности. М.: Химия, 1989. 540с.

  1.  СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к ВТ, ПЭВМ.
  2.  СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование.
  3.  ГОСТ 12.1.004-91. Пожаро - и взрывоопасность веществ и материалов.

47. СаНиП 21-01-97. определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

  1.  СанПиН 2.2.4.548-96. Оптимальные и допустимые микроклиматические условия.
  2.  СаНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. М: Энергоиздат, 1980.
  3.  Кноринг Г.М. Осветительные установки. Л.: Энергоиздат,1981.435с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Некоторые программы  оптимизации производства метанола

Complex- программа, предназначенная для расчета трубчатого и адиабатического реакторов процесса получения формальдегида из метанола на окисных катализаторах, для расчета подконтактного теплообменника интервальным методом и самой схемы производства итерационным методом.

Gazo - программа, предназначенная для расчета адиабатического слоя катализатора по модели идеального вытеснения для процессов каталитической очистки отходящих газов.

Gz- программа, предназначенная для расчета методов решения систем линейных уравнений

-Метод Гаусса

-Метод Зейделя

Optimize- программа, предназначенная для расчета методов оптимизации:

-Безградиентные методы

- Покоординатный спуск

- Метод Хука-Дживса

-Градиентные методы

- Метод градиентов

- Наискорейший спуск

-Методы одномерного сканирования

- Метод локализации экстремумов

- Метод золотого сечения

Dias - программа, предназначенная для расчета сужающего устройства

Измеряемая среда:

- жидкость

- пар

- газ

Приложение 2

Язык CL

Типы данных Число, Время, точки данных, дискретные (логические, индексы), строки, массивы

Команды Set, Send, exit, go to, call, state change, if/else, loop, repeat, abort, and end

Операторы

Арифметические -,+,*,/,mod,**

Логические и, или, не, исключающее или

Отношения <, +, >, <+, >+, <>

Функции и подпрограммы Абсолютная величина, десятичный логарифм, интеграл, квадратичный корень, косинус, котангенс, максимум, минимум, натуральный логарифм, округление, порядок, синус, сумма, тангенс, усреднение.

Разрешить,  плохое значен.  Ошибка связи, дата/время, число, установить « плохие» значения,

 

Приложение 3

Интерфейсы разработаной программы МЕТАСАLС

Приложение 4

Приложение 5

Программа на CL ORIGINAL COPY


Слой1

Слой2

Слой3

Байпас

Байпас

Нагреватель

продукт

Байпас 1

Байпас 2

0,53

PИУ

0,5

tмин

40

40

МИН

Tº C

288

280

Встроенные

Алгоритмы

Быстрый  Процессор

Медленный процессор

Выполнение

CL - Программ

База данных Процесса

Витая пара локальной сети управления

Дисковод Жесткого Диска

Управление

Диском

Витая Пара локальной сети управления

Задание-SP

PV

Модуль РМ Точка

Регулирующего

управления

Процессор В/В точка АВых

FV101

Ц/А преобразование

Защита удержание выхода

Характеризация выхода

FC101

Алгоритм

Управления

Сигнализация

FT101

А/Ц преобразование

Преобразование в технологические

единицы

4-20мА

Процессор в/в

Точка АВх

ОР

4-20мА

3

1

2

1

1

3

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28215. Развитие мышления в онтогенезе: сравнительный анализ эмпирических характеристик допонятийного и понятийного мышления 43.5 KB
  Мышление – высший психический процесс обобщенного и опосредованного отражения действительности в ходе ее анализа и синтеза при обязательном участии языка речи. В онтогенезе мышление развивается по пути все большей генерализации признаков и объединения их в более крупные классы.Допонятийное мышление нагляднодейственное через практическое действие с объектом нагляднообразное с помощью образных представлений 2.Понятийное мышление словеснологическое с помощью логических понятий и знаков Допонятийное мышление – мышление при...
28216. Понятия «эгоцентризм» и «децентрация» в стадиальной концепции интеллекта Жана Пиаже 36.5 KB
  Пиаже показал что ребенок на определенной ступени развития в большинстве случаев рассматривает предметы такими какими их дает непосредственное восприятие то есть он не видит вещи в их внутренних отношениях. Ребенок думает например что луна следует за ним во время его прогулок останавливается когда он останавливается бежит за ним когда он убегает. Свое мгновенное восприятие ребенок считает абсолютно истинным. Вербальный эгоцентризм ребенка определяется тем что ребенок говорит не пытаясь воздействовать на собеседника и не осознает...
28217. Стадии формирования понятия (по Выготскому). Методы исследования и диагностики понятийного мышления 42 KB
  Методы исследования и диагностики понятийного мышления. Понятийное мышление – ведущий вид мышления характеризуется использованием понятий логических конструкций которые существуют на базе языка и языковых средств. Понятийное мышление – осознанное вербальное мышление. С ее помощью было установлено что формирование понятий у детей проходит через 3 основные ступени: Образование неоформленного неупорядоченного множества отдельных предметов их синкретического сцепления обозначаемого одним словом.
28218. Отношение мышления и речи. Роль внутренней речи в процессе мышления (по А.Н.Соколову). Методы исследования внутренней речи 37 KB
  Отношение мышления и речи. Роль внутренней речи в процессе мышления по А. Методы исследования внутренней речи. Внутренняя речь – производная форма внешней звуковой речи специально приспособленная к выполнению мыслительных операций в уме.
28219. Язык и речь: виды речи и ее функции 38.5 KB
  Язык и речь: виды речи и ее функции. Речь – конкретный продукт использования носителем языка системы вербальных знаков проявляющийся в различных процессах речи. Речь форма общения опосредствованная языком. Речь процесс использования языка.
28220. Память как сквозной психический процесс: ее функции, виды и процессы 48.5 KB
  При выделении процессов памяти в качестве основания рассматривают различные функции выполняемые памятью в жизни и деятельности. Основные процессы памяти: запоминание сохранение воспроизведение Есть еще один процесс памяти забывание. Деятельность памяти начинается с запоминания т. Таким образом запоминание можно определить как процесс памяти в результате которого происходит закрепление нового путем связывания его с приобретенным ранее.
28221. Основные характеристики памяти и методы их исследования 37 KB
  У нормального человека в процессе запоминания впечатления внешнего мира подвергаются классификации отбору переработке. Опосредствованный осмысленный характер запоминания. Отбирая нужное существенное подлежащее сохранению человек пользуется для лучшего удержания этого материала какимлибо обозначением чаще всего словом Опосредствованное запоминание осмысленного материала это высший уровень запоминания. Если в раннем детстве ребенок многое запоминает механически то впоследствии он все более широко пользуется опосредствованными...
28222. Факторы и способы повышения эффективности запоминания 38 KB
  Факторы влияющие на извлечение информации из памяти: Осмысленность информации. Неожиданностъ информации. В задаче запоминания и последующего воспроизведения уход из сознания неожиданных знаков будет осуществляться медленнее все мнемотехники стараются использовать самые невероятные и странные комбинации предметов Близостъ информации по смыслу или по форме. Время между предъявлением информации и извлечением ее из памяти.
28223. Внимание, его характеристики и методы диагностики 49.5 KB
  Функции внимания: 1функция отбора значимых воздействий которые соответствуют потребностям данной деятельности; 2функция игнорирования других несущественных контролирующих воздействий; 3функция удержания сохранения выполняемой деятельности пока не будет достигнута цель т. Виды внимания: непроизвольное непреднамеренное произвольное преднамеренное. Поддержание устойчивого произвольного внимания зависит от ряда условий. Свойства внимания: сосредоточенность удержание внимания на одном объекте или одной деятельности при отвлечении...