Абдурахмонов М.А., Калашник Д.В.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КЛЮЧЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ *
Аннотация:
в статье рассматривается разработка модель оценки показателя качества сырья по параметрам технологического процесса и разработка алгоритма адаптации настроек регуляторов в зависимости от показателя качества сырья. Работа модели основана на принципах статистического анализа параметров технологического режима. Особенностью является применение алгоритма автоматического выбора настроек регуляторов для различных режимов
Ключевые слова:
первичная переработка нефти, системы усовершенствованного управления
УДК 6
Абдурахмонов М.А.
магистрант кафедры автоматизации, телекоммуникации и метрологии
Уфимский государственный нефтяной технологический университет
(г. Уфа, Россия)
Научный руководитель:
Калашник Д.В.
к.т.н., доцент кафедры автоматизации, телекоммуникации и метрологии
Уфимский государственный нефтяной технологический университет
(г. Уфа, Россия)
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ПОДСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ
ОЦЕНКИ КЛЮЧЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ
ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
Аннотация: в статье рассматривается разработка модель оценки показателя качества сырья по параметрам технологического процесса и разработка алгоритма адаптации настроек регуляторов в зависимости от показателя качества сырья. Работа модели основана на принципах статистического анализа параметров технологического режима. Особенностью является применение алгоритма автоматического выбора настроек регуляторов для различных режимов.
Ключевые слова: первичная переработка нефти, системы усовершенствованного управления.
Введение
В настоящее время наблюдается изменение условий разработки месторождений нефти, что в первую очередь с технической стороны связано с такими явлениями, как истощение месторождений и повышение обводненности нефтяной продукции. Анализ литературы по теме показывает [1 – 3], что основные резервы повышения эффективности производств добычи, транспорта и переработки нефти и газа связаны с решением «продвинутых» задач (задач усовершенствованного управления), в первую очередь — задач оперативного управления по показателям качества (ПК) и технико-экономическим показателям (ТЭП) [4, 5].
Актуальность исследования
Одной из особенностей нефтеперерабатывающих производств является нестабильность характеристик сырья, определяющая необходимость изменения режимных параметров с целью поддержания нормируемых показателей качества получаемых продуктов. При этом могут изменяться фракционный и химический составы, содержание воды и солей. В последнее время на части НПЗ практикуется использование сырья и его переработка «с колес», что сводит к минимуму время на анализы сырья, при этом сырье может быть смесью нескольких нефтей, полученных с различных месторождений и обладающих различными свойствами и характеристиками. Известно, что, несмотря на огромное количество работ по изучению свойств нефтей отдельных месторождений, многие вопросы управления технологией переработки этих нефтей остаются открытыми, а при использовании смесей нефтей проблемы только усиливаются.
Одним из основных подходов в решении подобных вопросов является разработка систем усовершенствованного управления. Также существуют работы по улучшению качества продукции за счет настройки и адаптации регуляторов для технологических процессов. Таким образом, соединение в общей системе усовершенствованного управления с использованием моделей и подсторойки регуляторов позволит взять лучшее от каждого подхода и решить проблему изменения сырья [6 –8]. Таким образом, в ближайшем будущем проблема стабильности нефти, поступающей, на заводы будет приобретать все большие масштабы, а соответственно внедрение систем усовершенствованного управления становится все более актуальным.
Постановка задачи исследования
Для повышения стабильности работы установки и выхода целевого продукта в условиях нестабильного сырья необходимо:
– разработать модель оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам работы установки;
– разработать систему автоматической подстройки регуляторов на основе разработанной модели;
– реализация и тестирование разработанной системы.
Результаты исследований и их практическая значимость
В качестве объекта исследований выбрана установка первичной переработки нефти (рисунок 1). Проведено разделене технологической установки первичной переработки нефти на отдельные технологические объекты. Для каждого технологического объекта сотавлены технологическая и топологическая схемы и имитациооная модель.
Все построенные имитацонные модели были объединены в единую имитационную модель, представленную на рисунке 2.
В данной имитационной модели присутствует обобщенный показатель состава сырья XF и выходные параметры в виде измеряемых расходов каждой из выделяемых фракций. С использование полученной модели проведены эксперименты по анализу влияние качества состава сырья XF. По результатам получены значения для каждого их трех основных расходов – измеренный расход фракции 85-105; – измеренный расход фракции 105-140; – измеренный расход фракции 140-180.
Рисунок 1 – Схема технологического процесса
Для определения зависимости обобщенного показателя состава сырья проведён расчет корреляции между потоками и составом сырья для разного состава сырья. Для каждого расхода получены значения корреляции выше 0,9, что соответствует высокому уровню связи.
В результате была разработана модель показателя состава сырья XF:
,
где – измеренный расход фракции 85-105;
– измеренный расход фракции 105-140;
– измеренный расход фракции 140-180.
По результатам моделирования погрешность определения XF не превышает 1 %, что позволяет сделать вывод о корректности работы модели и возможности ее дальнейшего применения.
Рисунок 1 – Имитационная модель блока колонны К-3 установки первичной переработки нефти
Для реализации корректировки настроек регуляторов разработана система автоматической подстройки регуляторов на основе разработанной модели. В качестве примера рассмотрена возможность работы с тремя вариантами настроек в зависимости от значения XF, полученного по модели. Количество вариантов настроек так же может быть изменено для конкретного объекта автоматизации. Соответственно разработанный подход может быть применен на различных объектах с возможностью, как расширения, так и уменьшения количества вариантов настроек регулятора, а также применен для нескольких регуляторов на одном объекте. Алгоритм определения настроек регулятора из пула вариантов представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Алгоритм определения настроек регулятора из пула вариантов
Для реализации алгоритма разработанного в разделе 2.5 можно использовать практически любой промышленный логический контроллер. Для примера реализации был выбран Micrologix 1500 и среда программирования RSLogix 500. Данный контроллер является базовым с наличием ПИД-регулятора и на его примере можно показать возможность реализации, как на самых простых контроллерах, так и для более сложных систем автоматизации. В качестве языка программирования выбран язык LD, как один из стандартных языков, имеющийся практически у всех программных логических контроллерах, применяемых в системах автоматизации технологических объектов.
Поставленную задачу условно можно разделить на две части: определение параметра качества и выбор настроек регулятора, и загрузка необходимого пула настроек в регулятор.
После расчета качества сырья XF по алгоритму, описанному во второй главе, по разработанной программе произведем выбор и запись соответствующих настроек в регулятор. В начале программы считываем значение XF, во внутренние регистры загружаются настройки регуляторов для различных вариантов XF. Далее в программе определяем, какой вариант настроек использовать. по алгоритму, описанному во второй главе. При этом для каждого параметра настроек устанавливается значение бита активности 0 или 1. Исходя из того, какой вариант настроек выбран (значение для варианта 1), загружаем пул настроек регулятора во внутренние регистры регулятора. В результате работы программы настойки регулятора в зависимости от показателя качества сырья загружены в регулятор. Расчет программы выполняется циклически непрерывно, что обеспечивает актуальность настроек в течение всего времени работы.
Выводы
Предложенная модель оценки ключевых показателей качества сырья по технологическим параметрам работы установки первичной переработки нефти и программа расчета показателя качества сырья на основе данной модели позволяют рассчитывать показатель качества сырья с точностью не хуже 1%.
Предложенный алгоритм расчета настроек регуляторов в зависимости от показателей качества сырья и программа изменения настроек регулятора позволяет оперативно реагировать на изменения качества сырья и автоматически корректировать ведение технологического процесса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №6 (63) том 3
Ссылка для цитирования:
Абдурахмонов М.А., Калашник Д.В. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КЛЮЧЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ // Вестник науки №6 (63) том 3. С. 1041 - 1049. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/9114 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+