Автоматизированная система управления процессом дозирования и смешивания жидких компонентов
Полезная модель относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использована для управления дозированием смеси в производстве олигомера на предприятиях химической промышленности. Задачей является обеспечение высокого качества продукции при достаточно простой схеме управления и при повышении надежности работы системы. По функциональной структуре система представляет собой двухуровневую систему: первый уровень - уровень визуализации технологического процесса, второй уровень - управляющая подсистема. Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок 1 задания, блок 2 расчета рецепта, предназначенный для расчета и сравнения полученного и заданного состава смеси, блок 3 хранения и отображения информации и блок 4 технологического интерфейса, предназначенный для межуровневого обмена данными и передачи информации. Управляющая подсистема содержит логические функциональные блоки: блок 5 адаптивного управления, блок 6 формирования заданий, блок 7 управления подачей мономера, блок управления подачей катализатора 8, блок 9 управления подачей промотора, блок 10 входных сигналов, блок 11 выходных сигналов. При этом блок 1 заданий, блок 2 расчета рецепта и блок 4 технологического интерфейса, блок 5 адаптивного управления последовательно соединены между собой, причем второй выход блока 2 расчета рецепта соединен со входом блока 3 хранения и отображения информации, второй выход блока 4 технологического интерфейса соединен со вторым входом блока 2 расчета рецепта, первый выход блока 5 адаптивного управления соединен со вторым входом блока 4 технологического интерфейса, а второй выход блока 5 адаптивного управления соединен со входом блока 6 формирования задания, первый выход блока 5 формирования задания соединен со вторым входом блока 5 адаптивного управления, второй выход - с первым входом блока 7 управления подачей мономера, третий - с первым входом блока 8 управления подачей катализатора, четвертый - с первым входом блока 9 управления подачей промотора, выхода с блоков 7 управления подачи мономера, катализатора 8 и промотора 9 соединены с первым, вторым и третьим входами блока 10 выходных сигналов соответственно, а первый, второй и третий выхода блока 11 входных сигналов соединены со вторыми входами блоков 7 управления подачей мономера, катализатора 8 и промотора 9 соответственно, четвертый выход блока 11 входных сигналов соединен с блоком 5 адаптивного управления. Введение в уровень управляющей подсистемы блока формирования заданий и блока
адаптивного управления, представляющих собой второй контур управления, в совокупности с введением в уровень визуализации блока расчета рецепта обеспечивает подачу настроечных параметров и задания для управления технологическим процессом, позволяет в процессе работы установки вычислять изменения в составе компонентов, определять моменты попадания примесей и каталитических ядов, повысить точность дозирования исходных компонентов, обеспечить контроль и осуществить скоординированное автоматическое управляющее воздействие на исполнительные механизмы, управляющие подачей компонентов в реактор. Разработанные адаптивные алгоритмы, заложенные в основу функционирования блока адаптивного управления и блока формирования задания, позволяют рассчитать, в зависимости от значения давления реакции, рецепт основного дозирования и прогнозируемый химический состав смеси, а в случае отклонения химического состава полученной смеси от заданного автоматически изменить коэффициенты управления. Все это обеспечивает полное соблюдение требований технологии и безопасности приготовления олигомера, повышая качество продукции, и значительно снижает риск получения смеси с отклонениями от заданного химического состава, повышает безопасность процесса, обеспечивая надежное функционирование системы при достаточно простой схеме. 1 п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использована для управления дозированном смеси в производстве олигомера на предприятиях химической промышленности.
Известна «Автоматизированная система управления процессом дозирования и смешивания сухих компонентов и связующего», разработанная в ОАО «УКРГРАФИТ» и описанная в одноименной статье авторов В.И.Синячкова и А.И.Курочка в журнале «Металлург», 2002 г., №2, стр.32, 33.
Известная система функционально представлена двумя уровнями автоматизации: уровнем визуализации и уровнем управляющей подсистемы. Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок заданий, блок технологического интерфейса и блок хранения данных процесса. Уровень управляющей подсистемы содержит логические функциональные блоки: блок входных сигналов, блок диагностики, блок контроля и сигнализации, блок межуровневого обмена, блок управления шнековым питателем бункера, блок управления питателем дозатора, блок управления смесителем, блок выходных сигналов.
Недостатком известной системы является то, что в процессе дозирования компонентов смеси не учитывается химический состав каждого исходного компонента и химический состав готовой порции смеси после разгрузки сдозированных компонентов, в результате чего полученная смесь может не соответствовать заданному химическому составу. Важно также и то, что в случае непопадания в заданные интервалы процентного содержания составляющих смеси, коррекция готовой порции не представляется возможной. Все перечисленное снижает точность и надежность в процессе приготовления смеси.
Известна автоматизированная система управления процессом приготовления шлакообразующих смесей, описанная в одноименном п. РФ №2275668 по кл. G05B 19/18, з. 08.08.03, oп. 10.02.05.
Известная система функционально представлена двумя уровнями автоматизации: уровень визуализации и уровень управляющей подсистемы. Уровень визуализации включает последовательно соединенные блок заданий, блок технологического интерфейса и блок хранения данных процесса, а также блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов, блок расчета основного рецепта дозирования и блок расчета рецепта дозирования. Уровень управляющей подсистемы включает блок входных сигналов, блок диагностики, блок контроля и сигнализации, блок межуровневого обмена данными, блок
управления шнековым питателем бункера, блок управления питателем дозатора, блок управления смесителем, блок выходных сигналов, а также блок координатора технологического процесса (блок формирования задания на управление текущим состоянием механизмов). Связи узлов, входящих в систему, подробно описаны в описании.
Недостатком известной системы является ее конструктивная и функциональная сложность.
Более близкой по технической сущности к заявляемой является система управления процессом приготовления смеси для олигомеризации СКОП, используемая в ОАО "Стерлитамакский опытный нефтехимический завод", описанная в «Технологическом регламенте производства СКОП», выбранная в качестве прототипа.
Известная система функционально представлена двумя уровнями автоматизации: уровень визуализации и уровень управляющей подсистемы. Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок заданий, блок технологического интерфейса и блок хранения данных процесса. Уровень управляющей подсистемы содержит логические функциональные блоки: блок входных сигналов, блок диагностики, блок управления насосами подачи сырья, блок управления насосами подачи катализатора, блок управления насосами подачи промотора, межуровневого обмена, блок выходных сигналов.
Недостатком данной системы является то, что в процессе дозирования компонентов смеси учитывающийся химический состав каждого исходного компонента адекватен только для момента взятия пробы. В интервалах между пробами он может меняться, в результате чего качество продукции может не соответствовать заданному уровню. Важно также и то, что в случае непопадания в заданные интервалы процентного содержания составляющих смеси может резко повыситься давление и произойти срабатывание разрывной мембраны и выброс реагентов в буферную емкость. Все перечисленное снижает точность и надежность в процессе приготовления СКОП.
Применение подобной системы для приготовления СКОП с достаточно узкими пределами колебаний химического состава по определяющим составляющим смеси ограничивает функциональные возможности при управлении производства СКОП и повышает риск получения продукта с отклонениями от заданного качества и риск потерять продукт при срабатывании ПАЗ.
Задачей является обеспечение высокого качества продукции при достаточно простой схеме управления и при повышении надежности работы системы.
Поставленная задача решается тем, что в автоматизированной системе управления процессом дозирования и смешивания жидких компонентов, включающей уровень визуализации, содержащий логические функциональные блоки: блок заданий, блок
технологического интерфейса и блок хранения данных процесса, и уровень управляющей подсистемы, содержащий логические функциональные блоки: блок входных сигналов, блоки управления подачей компонентов, а именно управления насосами подачи сырья, управления насосами подачи катализатора, управления насосами подачи промотора, и блок выходных сигналов, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, уровень визуализации содержит дополнительно блок расчета рецепта, один выход которого соединен со входом блока хранения и отображения информации, а второй выход блока расчета основного рецепта подключен к входу блока технологического интерфейса, связанного выходом со вторым входом блока расчета рецепта, в уровень управляющей подсистемы дополнительно введены блок формирования заданий и блок адаптивного управления, два входа которого соединены соответственно с выходами блока технологического интерфейса и блока формирования заданий, а третий его вход подключен к выходу блока выходных сигналов, выходы блока адаптивного управления соединены соответственно со вторым входом блока технологического интерфейса и входом блока формирования заданий, выходы всех блоков управления подачей компонентов соединены с тремя входами блока входных сигналов, а три выхода блока выходных сигналов соединены соответственно со вторыми входами блоков управления подачей компонентов.
Введение в уровень управляющей подсистемы блока формирования заданий и блока адаптивного управления, представляющих собой второй контур управления, в совокупности с введением в уровень визуализации блока расчета рецепта обеспечивает подачу настроечных параметров и задания для управления технологическим процессом, позволяет в процессе работы установки вычислять изменения в составе компонентов, определять моменты попадания примесей и каталитических ядов, повысить точность дозирования исходных компонентов, обеспечить контроль и осуществить скоординированное автоматическое управляющее воздействие на исполнительные механизмы, управляющие подачей компонентов в реактор. Разработанные адаптивные алгоритмы, заложенные в основу функционирования блока адаптивного управления и блока формирования задания, позволяют рассчитать, в зависимости от значения давления реакции, рецепт основного дозирования и прогнозируемый химический состав смеси, а в случае отклонения химического состава полученной смеси от заданного автоматически изменить коэффициенты управления.
Все это обеспечивает полное соблюдение требований технологии и безопасности приготовления олигомера, повышая качество продукции, и значительно снижает риск получения смеси с отклонениями от заданного химического состава, повышает безопасность процесса, обеспечивая надежное функционирование системы при достаточно простой схеме.
Технический результат - повышение точности дозирования исходных компонентов при весьма простой схеме управления.
Заявляемая система обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как наличие блока расчета рецепта в уровне визуализации, а также блока формирования задания и блока адаптивного управления в уровне управляющей подсистемы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая автоматизированная система может найти широкое применение в химической промышленности, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная блок-схема автоматизированной системы управления процессом приготовления смеси компонентов для производства олигомера.
По функциональной структуре система представляет собой двухуровневую систему: первый уровень - уровень визуализации технологического процесса, второй уровень - управляющая подсистема.
Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок 1 задания, блок 2 расчета рецепта, предназначенный для расчета и сравнения полученного и заданного состава смеси, блок 3 хранения и отображения информации и блок 4 технологического интерфейса, предназначенный для межуровневого обмена данными и передачи информации.
Управляющая подсистема содержит логические функциональные блоки: блок 5 адаптивного управления, блок 6 формирования заданий, блок 7 управления подачей мономера, блок управления подачей катализатора 8, блок 9 управления подачей промотора, блок 10 входных сигналов, блок 11 выходных сигналов.
При этом блок 1 заданий, блок 2 расчета рецепта и блок 4 технологического интерфейса, блок 5 адаптивного управления последовательно соединены между собой, причем второй выход блока 2 расчета рецепта соединен со входом блока 3 хранения и отображения информации, второй выход блока 4 технологического интерфейса соединен со вторым входом блока 2 расчета рецепта, первый выход блока 5 адаптивного управления соединен со вторым входом блока 4 технологического интерфейса, а второй выход блока 5 адаптивного управления соединен со входом блока 6 формирования задания, первый выход блока 5 формирования задания соединен со вторым входом блока 5 адаптивного управления, второй выход - с первым входом блока 7 управления подачей мономера, третий - с первым входом блока 8 управления подачей катализатора, четвертый - с первым входом блока 9 управления подачей промотора, выхода с блоков 7 управления подачи мономера, катализатора 8 и промотора 9 соединены с первым, вторым и третьим входами блока 10 выходных сигналов соответственно, а первый, второй и третий выхода блока 11 входных сигналов соединены со вторыми входами блоков 7 управления подачей мономера, катализатора 8 и промотора 9 соответственно, четвертый выход блока 11 входных сигналов соединен с блоком 5 адаптивного управления.
Система функционирует следующим образом. Исходные компоненты (сырье, катализатор, и промотор) поступают в соответствующие емкости из других цехов по трубопроводам. Из каждой емкости берется проба на химический анализ. Полученные из экспресс-лаборатории данные о химическом составе исходных компонентов и характеристики получаемого олигомера поступают в блок задания 1. Далее данные передаются в блок 2 расчета рецепта, где по специальному алгоритму рассчитывается основной рецепт дозирования, содержащий массовые расходы каждого из реагентов. По окончании расчета основного рецепта дозирования формируется массив информации с заказанными компонентами и сигнал готовности, который последовательно через блоки 7 технологического интерфейса поступает на блок 5 адаптивного управления. При первом прохождении через блок 5 адаптивного управления информация без изменения передается в блок 6 формирования задания. Оттуда одновременно задание поступает на блоки 7, 8, 9 управления подачей соответственно мономера, катализатора, промотора. Каждый блок 7, 8, 9 управления в соответствии с заданием регулирует подачу мономера, катализатора и промотора соответственно, получая данные с блока 10 входных сигналов и передавая данные на блок 11 выходных сигналов. После стабилизации расхода в соответствии с заданием, данные о расходе реагентов из блока 6 формирования задания и давлении в реакторе из блока 11 входных сигналов поступают на вход блока 5 адаптивного управления. Блок 5 адаптивного управления, получающий заданные значения параметров давления через блок 11 входных сигналов и значения заданных расходов из блока 6 в виде обратной связи, работает по следующему алгоритму:
F(t+1) i=F(t)i+
Fi·Z·M,
где F(t+1) i - заданный расход i компонента в следующем цикле, F(t) i - заданный расход i компонента в текущем цикле,
Fi - изменение заданного значения расхода i реагента в следующем цикле,
Z - величина указывающая знак изменения заданного значения расхода, М - переменная смены знака.
Блок 5 адаптивного управления через блок 4 межуровневого интерфейса передает информацию об изменении задания в блок 2 расчета рецепта, где происходит перерасчет реагентов, и далее в блок 3 отображения и хранения информации, что позволяет определить изменения в составе реагентов в интервалах между лабораторными анализами.
Согласно предложенному алгоритму блок 5 расчета адаптивного управления будет менять
значения заданий расходов реагентов, и в случае изменения состава одного или нескольких реагентов, он предложит оптимальный вариант расхода, при котором давление будет держаться вблизи заданного уровня.
Полученные из экспресс-лаборатории данные о химическом составе смеси поступают в блок 1 задания. В случае непопадания в заданные пределы химического состава смеси, возможно проведение повторной процедуры расчета и дозирования коррекции.
Блок 4 технологического интерфейса (межуровневого обмена данными) организует двухсторонний обмен данными между управляющей подсистемой и уровнем визуализации процесса, что дает возможность обеспечивать оперативными данными блок 6 формирования задания по изменению рецепта, исходя из информации блока 1 задания.
Через блок 4 технологического интерфейса информация, необходимая технологическому персоналу для дальнейшего анализа, через блок 2 расчета рецепта поступает в блок 3 хранения и отображения информации, где организованы долгосрочные архивы данных процесса.
Предлагаемая автоматизированная система управления процессом приготовления смесей для производства СКОП промышленно применима и может быть использована для эффективного управления дозировочными процессами с оперативным предоставлением информации технологическому персоналу. Кроме того, в случае изменения состава реагентов (попадания влаги) возможна быстра оперативная корректировка заданных технологических параметров и настроек. Алгоритмы, заложенные в основу расчетов основного дозирования и коррекций, легко настраиваемы, и предлагаемая автоматизированная система может быть быстро адаптирована для производства СКОП из реагентов различного состава.
В сравнении с прототипом заявляемая система обеспечивает получение высококачественных смесей, является более надежной в работе и простой в реализации.
Автоматизированная система управления процессом дозирования и смешивания жидких компонентов, включающая уровень визуализации, содержащий логические функциональные блоки: блок заданий, блок технологического интерфейса и блок хранения данных процесса, и уровень управляющей подсистемы, содержащей логические функциональные блоки: блок входных сигналов, блоки управления подачей компонентов, а именно управления насосами подачи сырья, управления насосами подачи катализатора, управления насосами подачи промотора, и блок выходных сигналов, отличающаяся тем, что уровень визуализации содержит дополнительно блок расчета рецепта, один выход которого соединен со входом блока хранения и отображения информации, а второй выход блока расчета основного рецепта подключен к входу блока технологического интерфейса, связанного выходом со вторым входом блока расчета рецепта, в уровень управляющей подсистемы дополнительно введены блок формирования заданий и блок адаптивного управления, два входа которого соединены соответственно с выходами блока технологического интерфейса и блока формирования заданий, а третий его вход подключен к выходу блока выходных сигналов, выходы блока адаптивного управления соединены соответственно со вторым входом блока технологического интерфейса и входом блока формирования заданий, выходы всех блоков управления подачей компонентов соединены с тремя входами блока входных сигналов, а три выхода блока выходных сигналов соединены соответственно со вторыми входами блоков управления подачей компонентов.
