Автоматизация производства приготовления смол

4 Постановка задач  автоматизации, требования к системе  автоматизации технологического  процесса, разработка алгоритма  управления

 

Рассматриваемый технологический  процесс производства БЖ-3 является периодическим процессом. Это означает, что в процессе производства осуществляются определенные циклы, в рамках которого осуществляется функционирование объекта управления по определенному алгоритму. Осуществляется определенное количество операций по открытию и закрытию клапанов, включению и отключению насосов в строго определенном порядке. На основании этого можно сделать вывод о том, что при сведении к минимуму ручного труда автоматизировать данный процесс только средствами локальной автоматизации не представляется возможным. Таким образом, необходимо использовать средства вычислительной техники и автоматизировать объект на уровне АСУ ТП. Кроме того, данные средства необходимо использовать в системе автоматизации для ее соответствия требованиям [ 2 ], согласно которым система автоматизации технологического процесса, должна строится на средствах микропроцессорной техники.

Исходя из вышеизложенного, следует, что к системе автоматического  управления технологическим процессом  предъявляются повышенные требования:

• постоянный контроль за параметрами процесса, решение задачи согласования работы основного технологического оборудования;
• формирование и выдачу на устройства отображения сообщений об отклонениях технологического процесса;
• регистрацию срабатывания и контроль за работоспособным состоянием средств ПАЗ;
• постоянный контроль за состоянием воздушной среды в пределах объекта;
• постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и прогнозирование возможной аварии;
• действие средств управления и ПАЗ, прекращающих развитие опасных ситуаций;
• действие средств локализации аварийной ситуации, выбор и реализацию оптимальных управляющих воздействий;
• проведение операций безаварийного пуска, остановки и всех, необходимых для этого переключении;
• выдачу информации о состоянии безопасности на объекте в вышестоящую систему управления.

Реализовать перечисленные требования можно с помощью микропроцессорной (контроллеры) и дисплейной (персональные ЭВМ) техники.

Создание АСУТП на базе микропроцессорной техники  дает ряд преимуществ перед системами  автоматизации, организованными на базе локальных средств автоматизации:

• возрастает быстродействие, как по информационным, так и по управляющим каналам;
• появляются широкие и эффективные возможности по представлению информации на экране дисплея в виде шкал, таблиц, графиков, мнемосхемы технологического процесса и ее фрагментов с указанием текущих значений параметров и состояния исполнительных механизмов, и т. п. для визуального контроля;
• появляется возможность оперативного реагирования на возникающие аварийные ситуации, исключается при этом участие человека;
• расширяются возможности представления информации через печать (циклическая печать, печать по вызову, внеочередная печать отклонений параметров, распечатка режимных листов и т.п.);
• снимаются проблемы по оптимальной организации рабочего места оператора-технолога, как с точки зрения способа представления информации и воздействия оператора на технологический процесс, так и с точки зрения эргономических требований.

Для рассматриваемого технологического процесса необходимо обеспечить выполнение, как информационных задач автоматизации, так и задач автоматического управления.

В рамках информационных задач необходимо обеспечить функции  индикации и регистрации технологических  параметров, а также функции сигнализации выхода параметров за установленные пределы и функции сигнализации положения технологического оборудования. Эти функции обеспечат контроль за безопасным ведением процесса. А также контроль за соблюдением технологического режима.

В рамках задач автоматизации  управления необходимо обеспечить функции стабилизации технологических параметров, а также функции программно-логического управления процессом в целом. Эти функции обеспечат поддержание технологических параметров в установленных регламентом пределах, а также функционирование технологическою оборудования как единого целого по алгоритму, регламентируемому технологией производства.

 

4.1 Программное управление

 

Первоначально параметры  загрузки сырья заносятся в память ПК. Предусмотрена возможность ручной корректировки, когда управляющие параметры могут быть изменены оператором процесса. После передачи полученных значений в микроконтроллер идет пуск программы управления микроконтроллера.

Происходит открытие клапана, стартует первая стадия –  «загрузка фенола».

 

           

 

 

                                да

 

 

           нет

 

 

                                 да                                                   да

 

 

 

                                                           нет

 

 

 

В течение первой стадии происходит заполнение реактора фенолом из приемника фенола. Загрузка производится вакуумом, для чего происходит открытие клапанов поз.28-1, 28-2 для заполнения реактора вакуумом. При достижении заданного уровня в приемнике происходит закрытие отсечных клапанов поз.26-1, 26-2, включается мешалка и программа переходит на вторую стадию «Загрузка формалина».

 

Вторая стадия – «Загрузка  формалина».

Формалин в реактор  загружается насосом поз. 81/1,2. При достижении заданного значения массового расхода происходит закрытие запорно – регулирующего клапана поз.22-5 и отключение насоса.

После этого включается счетчик времени длительности процесса, и реакционная смесь перемешивается в течение 10-15 минут.

Затем производится отбор  пробы на определение коэффициента рефракции.

При получении удовлетворительного результата происходит переход на третью стадию.

 

 

 

 

                             

                                           да

 

         

                      нет

                                          да                                                      да

 

 

 

                                                                 нет

 

 

Третья стадия – «Загрузка  щелочи».

В течение третьей  стадии в реактор порциями сливается едкий натр. Температура смеси в реакторе при этом не должна превышать 42⁰С. Катализатор загружается из преемника щелочи насосом поз.87. Контроль за сливом ведется по величине массового расхода и при достижении заданного значения происходит закрытие клапана поз.22-7, отключение насоса и переход на стадию поликонденсации

 

 

4.2 Стабилизация температуры процесса с использованием

систем управления

 

Получение фенолоформальдегидной  смолы – процесс, в течение  которого происходит поглощение (разогрев) и выделения (реакция) тепла. При  протекании процесса происходит уменьшение не прореагировавших углеводородов, что ведет к замедлению скорости реакции. Уменьшается выделение теплоты, при этом меняются характеристики объекта. Чтобы обеспечить автоматическое регулирование температуры при тепловыделении и теплопоглощении рабочей среды мы будем использовать два регулятора.

Управление разогревом реактора производится путем изменения задания регуляторам  температуры с допустимой скоростью. При разогреве задания регуляторам  температуры выше фактической температуры, поэтому регуляторы приоткрывают регулирующий клапан на подаче пара. При реакции (стадия поликонденсации), задания регуляторам температуры задается оптимальная температура Т для проведения процесса. Если фактическая температура выше задания регулятору, то регулятор прикрывает регулирующий клапан, тем самым, уменьшая расход теплоносителя, и наоборот, тем самым стабилизируется температура. Если регулирующий клапан на подаче пара закрылся, а фактическая температура повышается, то происходит переключение на подачу охлаждающей (оборотной) воды. Происходит охлаждение реакционной массы, и стабилизация температуры. Если регулирующий клапан на подаче охлаждающей (оборотной) воды закрылся, а фактическая температура снижается ниже оптимальной температуры Т, происходит переключение на теплоноситель пар, происходит нагрев и стабилизация температуры реакционной массы.

Вопрос точности поддержания  температурного режима является очень  важным с точки зрения качества получаемого  продукта. Равномерный разогрев и  стабильная температура в режиме реакции обеспечивают правильный ход полимеризации, что способствует повышению выхода продукции.

 

 

Таблица 4.2 – Перечень управляемых и контролируемых параметров

Наименование параметра	Функции автоматизации	Управляющее воздействие
1	2	3
Уровень в хранилищах поз.65/1,2, 70/1-4	I,R,S,A	-
Уровень в приемниках поз.88, 8	I,R,A	-
1	2	3
Уровень в приемниках поз.80/1,2	I,R,S,A	-
Положение отсечных клапанов поз.	А	Управление клапанами
Уровень в реакторе поз.1/2-4	I,R,S,A	-
Температура в реакторе поз.1/2-4	I,R,S,A	Расход теплоносителя
Температура после холодильника поз.67	I,R,C,S,A	Расход теплоносителя
Положение насосов поз.74/1,2, 64. 87, 66/1,2, 64/1,2, 68, 81/1,2	I,A	Давление нагнетания
Расход формалина, едкого натра	I,R,A	-
Расход смолы	I,R	-