В данной статье рассматривается проект модернизации системы управления процессом рекуперации этилацетата на предприятии ОАО «ВАТИ» (г.Волжский Волгоградской области), выпускающем фрикционные изделия, универсальные прокладочные, уплотнительные и теплоизоляционные материалы на асбестовой и безасбестовой основе. Важными условиями проекта являются минимальные затраты на элементы автоматики и обеспечение максимальной эффективности работы технологического оборудования.
Рекуперация - процесс улавливания и возвращения в рабочий цикл сырьевых материалов и полупродуктов.
Применяемые в проекте по рекуперации этилацетата технические решения, базируются на современной технике в области автоматизации технологических производственных процессов.
Нахождение оптимальных условий эксплуатации промышленного процесса рекуперации на самом объекте сопряжено с большими трудностями, связанными с необходимостью установки измерительных приборов, позволяющих определить реакцию объекта на любое изменение входных и управляющих воздействий, и существенным вмешательством в эксплуатационный режим работы установки.
Сложность оптимизации процесса рекуперации заключается в наличии взаимно влияющих одна на другую фаз (стадий), каждая из которых характеризуется своими специфическими особенностями.
При выборе критерия оптимальности процесса рекуперации решается вопрос о том, следует ли ориентироваться на экономический критерий или можно ограничиться достижением экстремума одного из технологических показателей, таких, например, как удельный расход пара, степень десорбции и т.д.
При оптимизации промышленного процесса рекуперации заключается в необходимости учитывать все факторы, влияющие на оптимальный вариант технологического цикла в целом.
Необходимо связать все затраты, связанные с проведением процесса рекуперации, воедино с учетом как основных, так и вспомогательных фаз: сушки, охлаждения, разделения (конденсации) и т.д.
Проектом автоматизации предусматривается:
контроль давления ПВС во всасывающих и напорных трубопроводах;
контроль перепада давления ПВС на вентиляторе;
контроль температуры ПВС в трубопроводе;
регистрация температуры ПВС в трубопроводе до и после холодильника;
регулирование давления в адсорбере при подаче пара/процесс десорбции;
контроль температуры в зонах адсорбера;
контроль давления в адсорбере;
регулирование температуры ПВС после холодильника;
контроль температуры воздуха выбрасываемого из адсорбера в атмосферу;
регулирование температуры охлаждающей воды на выходе из конденсатора-холодильника и холодильника;
контроль уровня этилацетата в подземных емкостях;
контроль давления воздуха во всасывающих и напорных трубопроводах;
контроль перепада давления воздуха на вентиляторе;
регулирование температуры сушильного воздуха на выходе из воздухоподогревателей;
контроль температуры сушильного воздуха на выходе из воздухонагревателей;
контроль давления и расхода охлаждающей воды.
Для этого выбираются надежные средства автоматизации с характеристиками, необходимыми для данного технологического процесса.
В качестве объекта управления на стадии рекуперации этилацетата выбирается адсорбер, являющийся аппаратом периодического действия. В нем адсорбент находится в неподвижном состоянии и при достижении определенной (заданной) степени насыщения его необходимо заменить или регенерировать (десорбировать). На время регенерации процесс адсорбции прерывается.
Эффективность работы адсорбционной установки в первую очередь зависит от соответствия способа организации процесса, физико-химических характеристик обрабатываемых газов и адсорбента.
Для моделирования процессов, происходящих в адсорбере используется метод наименьших квадратов для оценки неизвестных величин по результатам измерений, содержащих случайные ошибки.
В разрабатываемом проекте предусмотрен переход от локальных средств автоматизации к АСУТП на базе микропроцессорной техники.
Использование микропроцессорной техники, включающей схемы большой степени интеграции, приводит к существенному перераспределению трудоемкости создания отдельных компонентов устройств управления. При этом большая часть функций реализуется программно, что определяет наибольшую трудоемкость разработки устройств в области создания программного обеспечения. Одновременно трудоемкость и стоимость изготовления устройств управления, как правило, заметно снижается по сравнению с чисто аппаратурными реализациями. Также микропроцессорная техника позволяет значительно расширить функции и возможности рассредоточенных по системе электроснабжения автоматических устройств, осуществляющих управление процессом производства, передачи и потребления электроэнергии как в нормальных, так и в аварийных режимах.
Для реализации системы управления, предлагаемой в данном проекте, используется промышленный контроллер WP-8847, работающий на процессоре PXA270 (520MHz) под управлением Windows CE.NET 5.0. Микропроцессор имеет интерфейсы VGA, USB, Ethernet, RS-232/485 и 8 слотов расширения.
Операционная система Windows CE 5.0, имеет много преимуществ. Это жесткое реальное время, малые размеры ядра, быстрая скорость загрузки, обработка прерываний и низкая стоимость. На WP-8847 с Windows CE.Net 5.0 можно запускать приложения созданные в Visual Basic.NET, Visual C #, Embedded Visual C + +, SCADA TraceMode, Soft PLC и др.
Одной из основных тенденций использования микропроцессорной техники в настоящее время является замена аналоговых линейных и функциональных измерительных преобразований цифровой обработкой мгновенных значений сигнала, полученных от быстродействующих и точных АЦП. Однако при такой замене необходимо проводить сравнительный анализ суммарных погрешностей и быстродействия, с тем чтобы такая замена не привела бы к снижению основных метрологических характеристик цифрового измерительного устройства. Цифровые измерения характеристик сигнала, особенно среднего или среднего квадратического значения напряжения или фазы, на основе цифровой обработки сигналов целесообразны главным образом при ипфранизких частотах, так как при этом обеспечивается снижение времени измерения до длительности одного или двух периодов сигналов и не требуется использование быстродействующих микропроцессоров.
Система управления, составленная из аппаратных средств, имеющая место на рассматриваемом в проекте производстве, имеет жесткую структуру. Аппаратные средства соединяются между собой электрическими проводками и коммуникациями. Изменение их структуры или законов функционирования в процессе эксплуатации требует их перемонтажа и сопряжено с большими трудностями.
При использовании микропроцессорной техники и при наличии необходимого набора датчиков должны обеспечиваться: диагностика состояния оборудования; прогнозирование и локализация аварийных ситуаций; оптимизация работы технологического оборудования и процессов. Все основные технологические параметры процесса задаются на панели оператора, которая соединена с процессорным модулем кабелем связи по интерфейсу RS-485. Для экранной индикации используется SCADA-система Trace Mode 6.
При автоматизации данного технологического процесса будет применяться распределенная система управления и сбора данных.
Применение распределенных систем управления и сбора данных позволяет:
значительно сократить затраты на кабельные коммуникации, идущие к датчикам;
приблизить мощность современных вычислительных средств к объекту управления;
повысить живучесть всей системы, легко заменять отказавшие элементы, дублировать критически важные узлы;
использовать принцип модульности, делая отдельные элементы и узлы системы относительно независимыми и автономными;
вводить в строй не всю систему сразу, а поэтапно;
снизить расходы на модернизацию системы, быстрое расширение и наращивание возможностей;
быстро интегрировать вновь создаваемые системы в общую информационную сеть предприятия.
Стыковка элементов распределенной системы управления осуществляется с помощью cтандартных сетевых интерфейсов на аппаратном уровне и с помощью стандартных протоколов - на программном. Данный подход стал активно применяться в промышленности с середины 80-х годов с появлением малогабаритных компьютеров и контроллеров, обладающих невысокой стоимостью. В настоящее время даже активные датчики и исполнительные устройства стали снабжаться сетевыми интерфейсами.
Ввиду того, что процесс рекуперации этилацетата является взрывоопасным производством, то используются приборы во взрывоопасном исполнении. Также в электрической цепи, связывающей датчик, находящийся во взрывоопасной зоне, и вторичный преобразователь (прибор), расположенный во взрывобезопасной зоне устанавливаются барьеры искрозащиты. Барьер обеспечивает искрозащиту электрической цепи датчика путем ограничения значений напряжения и тока до искробезопасных. Барьер искрозащиты предназначен для защиты искробезопасных цепей при воздействии на барьер напряжения до 250 В и устанавливается вне взрывоопасной зоны с обязательным искрозащитным заземлением. Барьер относится к устройствам пассивного типа.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что система управления процессом рекуперации этилацетата, созданная на базе микропроцессорной техники с использованием современного оборудования в области автоматизации технологических производственных процессов, будет удовлетворять заданным требованиям. Так как система автоматического управления является распределенной, то упрощается дальнейшая ее модернизация при установке нового оборудования. Отдельные элементы системы автоматического управления будут относительно автономными и независимыми.
Литература:
- Касаткин А.Г., Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: 1961 г. – 832 c.
Распределенные системы управления [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.kaskod.ru/article/02syscontr/
Шор. Я.Б., Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. – М.: Госэнергоиздат, 1962 г. – 552 с.
Контроллеры WinPAC/LinPAC ICP DAS [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://empc.ru/e-store/ICPDAS_Lin_WinPAC/WP-8847.html
Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К., Основы микропроцессорной техники. – Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2009 г. – 360 с.
