CC BY
11
УДК 66.011
А. В. Мущинин, В. В. Елизаров, В. И. Елизаров
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАСХОДОМ ПИТАНИЯ В КОЛОННУ ПРИ ПУСКЕ УСТАНОВКИ ДЕБУТАНИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ
Ключевые слова: программное управление, алгоритм, управляющее воздействие.
Рассматривается распределенная система программного управления пуском установки дебутанизации углеводородов. Приводится алгоритм управления расходом питания в колонну в процессе пуска.
Keywords: management software, algorithm, manipulated.
We consider a distributed system management software start-up installation debutanization hydrocarbons. The algorithm controls the power consumption in the column during the start.
Распределенная система программного управления
Задача управления процессом пуска типичная задача программного управления [1], когда требуется найти управляющее воздействие и(1), которое переводит систему из начального состояния Х(10) в заданное (конечное) Х(1к) за заданное или минимальное время (задача о максимальном быстродействии).
В рассматриваемой ХТС необходимо найти такие управляющие параметры (расходы питания -ОР, греющего пара - ОГП, охлаждающей воды -
Ох, фракции С3-С4 - ОСз-С, давление - Р), которые переводят ХТС из заданного начального состояния Х(10) в состояние нормального функционирования Х( : ) за заданное или минимальное время по заданной технологическим регламентом траектории пуска.
Заданная траектория пуска [ Р(1), ОР(1),
Ог. П.(1) , ОС3-С. (1) ] представлена ураВнениями регрессии, является жесткой программой управления процессом пуска. Однако она не учитывает влияние внешних и внутренних возмущений на технологический процесс.
Пуск ХТС проводится через определенные временные промежутки после ремонта или останова. Состав поступающего на переработку сырья, теплофизические и гидродинамические параметры сырья, теплоносителей после каждого останова могут изменяться, с течением времени возможны внутренние возмущения в виде отложений (коррозии) на стенках аппаратов. Чтобы учесть влияние возмущающих факторов на управляющие воздействия здесь рассматривается задача синтеза программного управления с обратной связью, с коррекцией управляющих воздействий по измеренным значениям технологических параметров процесса.
Система управления пуском технологического объекта состоит из нескольких уровней: уровень датчиков и исполнительных механизмов, уровень контроллера и уровень диспетчерского управления. При моделировании процесса автоматизированного пуска изменение технологических параметров происходит в строгом соответствии с програм-
мой пуска, установленной в памяти контроллера. На рис. 1 приведена структурная схема распределенной системы программного управления (РСПУ).
Датчики температуры•, расхода, дабления, уробня
Исполнительные механизмы
Рис. 1 - Структурная схема системы программного управления с обратной связью
Информация о состоянии технологического процесса во время пуска с первичных преобразователей - датчиков поступает в контроллер распределенной системы программного управления (РСПУ), где сравнивается с программным значением, а полученное отклонение передается для компенсации на исполнительный механизм, установленный на линии технологического потока.
Для реализации сформулированной задачи синтеза далее разрабатываются алгоритмы программного управления технологическими параметрами в период пуска ХТС.
Программа управления расходом питания в колонну от времени пуска
Путем обработки экспериментальных данных в процессе пуска установки получены характерные значения параметров пуска в различные моменты времени. По этим данным построены уравнения регрессии и определены их параметры с помощью экспериментально-статистических методов моделирования.
Для определения зависимости расхода питания от времени в процессе пуска получена выборка экспериментальных данных, значения которых сведены в таблицу 1 и представлены на рис. 2. Экспериментальные данные по расходу питания в ко-
лонну аппроксимированы уравнением квадратичной регрессии:
у = ах2 + Ьх + с.
Таблица 1 - Вспомогательные величины для определения параметров уравнения
1 Х\ у: х2 х3 х4 х ¡у | 2 х2у,
1 4 3.786 16 64 256 15.14 60.5856
2 9 11.79 81 729 6561 106.15 955.395
3 25 34.43 625 15625 390625 860.87 21521.875
4 49 53.29 2401 117649 5764801 2611.25 127951.691
I 87 103.3 3123 134067 6162243 3593.43 150489.546
Здесь х, - время измерения расхода (ч), у -расход питания в ьй момент времени (т/ч).
Рис. 2 - Зависимость расхода питания в колонну поз. Е-БЛ-105 от времени в период пуска: 1 -данные по уравнению регрессии; 2 - экспериментальные значения
Для определения параметров уравнения регрессии составляется система линейных уравнений, которая решается методом Крамера:
Искомое уравнение регрессии имеет вид:
у = -0.014912 +1.89651
Проанали-
зируем адекватность полученного уравнения регрессии. Найдём среднее значение измеряемой величины:
у = 1Е у, = 103 3076 = 25.8269 п 4
Таблица 2 - Вспомогательные величины для анализа уравнения
\ х, у у у: - у (у,- у )2 у\ - у (у,- у, )2
1 4 3.78 3.583 -22.040 485.774 0.2033 0.0413
2 9 11.7 12.09 -14.031 196.894 -0.3001 0.0901
3 25 34.4 34.31 8.6081 74.099 0.1191 0.0142
4 49 53.2 53.31 27.4641 754.276 -0.022 0.0005
I — — — — 1511.045 — 0.1461
Индекс корреляции:
Р =
1 -
!(у, - у,)2
0.1461 1511.0452
= , 1 -
0.9999
Т К - у,)2
Индекс детерминации:
Р » 0.99992 = 0.9999
По ^критерию Стьюдента все параметры уравнения регрессии являются значимыми. F-критерии Фишера:
- критический (табличный)
Р^, = р(а,к1,к2 )= р(0.05,2,1)« 199.5
- фактический
Р,а
к,
0.9999 1
1 - Р к1 1 - 0.9999 2
— « 5172.3113
где
к1 = т = 2 ,
к2 = п - т -1 = 4 - 2 -1 = 1.
а = 0.05 , т - число параметров при переменных уравнения регрессии.
Так как фактическое значение критерия Фишера больше табличного, можно сделать вывод об адекватности данного уравнения регрессии.
Таким образом, в процессе пуска расход питания описывается уравнением:
2
ОР = 1.89651 - 0.014912
(1)
где 1 - время (ч), ОР - расход питания (т/ч), который
является программой пуска.
Программное управление расходом питания в колонну
Программное управление расходом питания в колонну в период пуска представим в виде блок-схемы алгоритма (рис. 3). В алгоритме подачи питания в колонну реализована система программного управления с обратной связью. Изменение расхода во времени подчиняется программе пуска (1) и корректируется в зависимости от возможных возмущений по величине текущего измеренного значения расхода ОР.
Входными параметрами алгоритма являются: х - время вывода параметра на режим (х = 70ч);
Д1 - период опроса расходомера FIC3 (квантования сигнала);
п - количество итераций; хР0 - начальное положение регулирующего органа на трубопроводе подачи питания FCV3; 10 - начало отсчета времени; Ор - измеренное значение расхода в ьй момент времени;
О р, - программное значение расхода в ьй момент времени, полученное по уравнению (1);
хр, - значение степени открытия регулирующего органа в ьй момент времени.
В момент времени 1, измеренное значение расхода ОР, сравнивается с программным значением О р,. В зависимости от отклонения ДОР, определяется перемещение регулирующего органа Дхр, и его положение хр,, которое в зависимости от зна-
ка А Оп прикрывает или приоткрывает сечение трубопровода. Электрический сигнал пропорциональный отклонению Ахп передается через модуль вывода на позиционер исполнительного механизма.
Рис. 3 - Блок-схема алгоритма программного управления расходом питания колонны поз. E-DA-105
Проверяется условие окончания работы программного регулятора. Если время пуска не окончено (I < П), то в следующий момент времени 1+1 повторяется расчет и вывод управляющего воздействия на исполнительный механизм БСУ3.
На рис. 4 показано изменение расхода питания по программе управления с периодом квантования А1 = 5 мин. После окончания пуска (I > П ) программный регулятор переводится на автоматическое регулирование и поддерживает величину
расхода на заданном значении Ор = 55т / ч .
2,2
О 5 10 15 20 25. 30
Lh Mini
Рис. 4 - Зависимость расхода питания в колонну поз. Е^А-105 от времени в период пуска. 1 -данные по уравнению регрессии; 2 - изменение расхода по программе управления
Алгоритм программного управления используется в качестве математической модели функциональных блоков непрерывной функциональной схемы [2]. Применение программного управления позволяет снизить скачки давления в аппарате, что уменьшит количество продукта, сбрасываемого на факел [3].
Заключение
В работе рассмотрена распределенная система программного управления процессом пуска установки дебутанизации углеводородов. На основе экспериментальных данных получена зависимость расхода питания в колонну от времени в период пуска. Для реализации обратной связи в процессе пуска установки разработана блок-схема алгоритма программного управления расходом питания колонны поз. Е-БЛ-105.
Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых № 14.Z56.14.5663-МД от 03.02.2014 г.
Литература
1. И.Н. Красовский Теория управления движением. Наука, Москва, 1968, 476 с.
2. В.И. Елизаров, Э.Р. Галеев, А.В. Мущинин, Н.Г. Смолин, И.М. Валеев, Вестник Казан. технол. ун-та, 16. 20. 288-290 (2013).
3. В.В. Гетман, Н.В. Лежнева, Вестник Казан. технол. унта, 16. 12. 104-107 (2013).
© А. В. Мущинин - инженер кафедры АТПП НХТИ КНИТУ, aleksey_muschinin@mail.ru; В. В. Елизаров - д-р техн. наук, профессор, директор НХТИ КНИТУ, pd@nchti.ru; В. И. Елизаров - д-р техн. наук, проф. каф. АТПП НХТИ КНИТУ, atpp.nchti@mail.ru.
© A. V. Mushchinin - engineer of the department ATPM NCHTI KNRTU, aleksey_muschinin@mail.ru; V. V. Elizarov - head of the department ATPM NCHTI KNRTU, pd@nchti.ru; V. I. Elizarov - professor of the department ATPM NCHTI KNRTU, atpp.nchti@mail.ru.
