Анализ результатов работы системы управления

Содержание

   Введение

1 Описание  технологического процесса моделирования.

2 Литературный  обзор методов моделирования.

3 Цель  моделирования АСУ.

4 Этапы  имитационного моделирования объекта  в VisSim 3.0

5 Расчётно-исследовательская  часть.

5.1 Схема  и материальные потоки технологического  процесса.

5.2 Построение  топологических и структурных  схем подсистем.

5.3 Инструкция  пользователя программой  VisSim  по курсовой работе.

5.4 Построение  имитационных моделей подсистем.

5.5 Уточнение   параметров   передаточных   функций   моделей   подсистем   по   кривым  переходных процессов.

5.6 Коррекция   параметров  передаточных  функций   моделей  подсистем  по отклонениям  входных величин в пределах 5-10%.

5.7 Построение  имитационной модели всей системы  управления с учётом связей  входных и выходных параметров  подсистем исходя из физической  сущности процесса.

5.8 Моделирование  работы системы управления при  подаче возмущающего воздействия  на содержание НКК в сырье К-4.

6 Анализ  результатов работы системы управления.

7 Выводы.

   Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одной из основных задач химической технологии является создание новых высокоэффективных  процессов и совершенствование  уже действующих. Но в современном  мире технологические процессы и  системы имеют настолько сложную  структуру, что их изучение возможно только при помощи методологии системного анализа. В частности, с появлением электронных вычислительных машин  одним из наиболее важных и полезных орудий анализа структуры сложных  процессов и систем стало имитационное моделирование.

Идея  имитационного моделирования очень  проста и в тоже время практически  полностью решает поставленную задачу. Она даёт возможность пользователю экспериментировать с системами (существующими  и предлагаемыми) в тех случаях, когда делать это на реальном объекте  практически невозможно или нецелесообразно.

Имитационное  моделирование основывается главным  образом на теории вычислительных систем, математике, теории вероятностей и   статистике. Но в тоже время имитационное моделирование и экспериментирование  во многом остаются интуитивными процессами.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического процесса объекта моделирования
1. Назначение процесса

Установка вторичной перегонки нефти предназначена  для разделения фракций, полученных при первичной перегонке, на более  узкие погоны, каждый из которых  затем используется по собственному назначению.

Сырьем  колонны К-3 является фракция 85-180 ⁰С. Верхний продукт колонны К-3 (фракция 85-105 ⁰С) предназначен для переработки на установках каталитического риформинга с целью получения толуола. Боковой погон (фракция 105-140 ⁰С) предназначен для переработки на установках каталитического риформинга с целью получения ксилола. Нижний продукт колонны К-3 (фракция 140-180 ⁰С) является компонентом товарного бензина и керосина, а также используется как сырье установок каталитического риформинга и гидроочистки керосина.

 

2. Технологическая схема процесса

Сырье поступает  в колонну К-3 установки вторичной перегонки бензина. Верхний продукт колонны – фракция НК–62⁰С охлаждается в холодильнике ХК-3, после чего собирается в ёмкости Е-3, из которой часть дистиллята отбирается на холодное орошение, а часть отбирается с установки. С нижней части колонны отбирается фракция 62–85⁰С, часть которой подогревается и возвращается обратно в колонну, оставшаяся часть потока отводится с установки.

Боковой погон колонны К-3 поступает в  колонну К-4, где разгоняется на две фракции. Верхняя фракция  возвращается в колонну К-3. С нижней части колонны К-4 отбирается фракция 105-140⁰С, часть которой подогревается и возвращается обратно в колонну, оставшаяся часть потока отводится с установки.

 

 

 

1.3 Материальные и энергетические потоки процесса

Поступило:

- cырьё F, кг	65,2
- температура сырья TF, 0C	140
- содержание НКК в сырье XF, мольные доли	0,6

Получено:

Фракция 85–105 0С D, кг	12.5
Фракция 105–140 0С W1, кг	23,8
Фракция 140–180 0С W, кг	28,9

Технологический режим колонны К-3:

Температура верха TВ, 0C	110
Температура низа TН, 0C	200
Температура холодного орошения TХ, 0C	50
Температура горячей струи TГС, 0C	250
Показатель по качеству продукта (плотность остатка Ro)	800

Технологический режим колонны К-4:

Температура бокового погона tБ, 0C	150
Температура верха tВ, 0C	125
Температура низа tН, 0C	140

 

1.3.1 Материальный баланс

Материальный  баланс по потоку сырья для всей системы:

F + g_VP = D + W₁ + W + V

F + g_VP = 65.2 + 0.5 = 65.7 кг

D + W₁ + W + V = 12.5 + 23.8 + 28.9 + 0.5 = 65.2 кг.

Материальный  баланс по потоку сырья сходится.

Расчет  потоков для атмосферной колонны К-3:

- кратность орошения R = 2.5;

- расход холодного орошения

g_ХО = R * D = 2.5 * 12.5 = 31.3 кг;

- расход верхнего продукта 

G_В = D + g_ХО + V = 12,5 + 31,3 +0,5 = 44,3 кг;

- расход горячей струи 

G_ГС = S * W = 0.1 * R * W = 0.1 * 2.5 * 28.9 = 7.2 кг;

- расход нижнего продукта 

G_Н = W + G_ГС = 28.9 + 7.2 = 36.1 кг.

Расчет  потоков для колонны К-4:

- расход водяного пара g_VP = 0.5 кг;

- расход нижнего продукта 

g_Н = W₁ = 23.8 кг;

- расход верхнего продукта g_В = 1.2 кг;

- расход сырья

F_K-4 = g_Н + g_В – g_VP = 23.8 + 1.2 – 0.5 = 24.5 кг.

Тогда материальный баланс колонны  К-3:

F+ g_ХО + g_В + G_ГС = G_В + F_K-4 + G_Н

F = G_В + F_K-4 + G_Н - g_ХО - g_В - G_ГС =

= 44.3 + 24.5 + 36.1 – 31.3 – 1.2 – 7.2 = 65.2 кг.

Таким образом, материальный баланс колонны  К-3 сходится.

 

2. Литературный обзор методов моделирования

Различают три вида моделирования: физическое, математическое и комбинированное.

При физическом моделировании изучение процесса проводится непосредственно на физической модели в разных масштабах. Опытные данные обрабатываются с последующим представлением их в форме зависимостей безразмерных комплексов, составленных комбинацией  различных физических величин и  линейных размеров. Эта безразмерная форма позволяет распространить найденные зависимости на группу подобных между собой явлений, характеризующихся  постоянством определяющих безразмерных комплексов или критериев подобия. Этот подход оправдывает себя для простых систем при анализе исследований детерминированных процессов. Однако использование физического подобия становится затруднительным при изучении и анализе стохастических процессов.

Сущность  математического моделирования  заключается в том, что деформация модели процесса изучается не на физической модели, а непосредственно на математической модели с применением ПК.

С позиции  системного подхода математическое моделирование можно рассматривать  как итеративный процесс, протекающий  в три этапа:

1) формализация  изучаемого процесса – составление  математического описания его  модели;

2) разработка  алгоритма, моделирующего изучаемый  процесс;

3) установление  адекватности модели изучаемому  объекту.

Методы  математического моделирования  позволяют исследовать различные  варианты аппаратурного оформления процесса, изучить его основные особенности  и вскрыть резервы усовершенствования. При этом всегда гарантируется отыскание  оптимальных решений в рамках используемой математической модели.

Необходимо  отметить, математическое моделирование  ни в коей мере не противопоставляется  физическому моделированию, а, наоборот, призвано дополнить его имеющимся  арсеналом полученных математических зависимостей.

В настоящее  время методы физического моделирования  используются для нахождения границ деформации коэффициентов, входящих в  уравнения математической модели, и  установления адекватности модели изучаемому объекту. Математическое и физическое моделирование хорошо дополняют  друг друга в комбинированном  методе моделирования. При этом трудность  формализации математического описания отдельных стадий процесса решается путём физического моделирования  и наоборот.

К комбинированному моделированию относится имитационное моделирование.

Имитационное  моделирование начинается с составления  наиболее простой  модели.   Затем   проводится   эксперимент   и   выявляется   степень адекватности модели. После этого, как правило, происходит её усложнение и вновь ставится эксперимент. Процесс повторяется до создания модели адекватной объекту и отвечающей заданной точности.

Имитационное  моделирование позволяет ускорять и удешевлять проведения эксперимента, решать задачи, включая прогнозные задачи и моделировать системы, состоящие  из элементов различной природы.

  

3. Цель  моделирования АСУ

Целью данной работы является разработка модели блока атмосферной колонны К-3 установки вторичной перегонки бензинов и оптимизация параметров системы управления технологическим процессом.

 

4. Этапы  имитационного моделирования объекта  в VisSim 3.0

Моделирование системы управления проводится с  использованием системного (структурного) анализа сложных АСР со следующим  итеративным подбором параметров передаточных функций объектов управления.

Особенностью  данного способа, является малый  исходный объём информации и относительно меньшая трудоёмкость. Структурный  анализ используют на ранних стадиях  создания системы управления для  выявления свойств системы, которые  определяются её структурными особенностями.

Моделирование системы управления с использованием структурного анализа можно разбить  на этапы:

1. разрабатывается структурная схема объекта управления (выделяются границы подсистем технологических объектов, определяют входы/выходы и задачи, решаемые подсистемой);
2. строится граф входных и выходных параметров отдельных подсистем;
3. разработка имитационной модели и уточнение структуры соединения звеньев;
4. определение параметров передаточных функций;
5. связывание подсистем или элементов в систему и её отладка;
6. исследование системы управления с целью оптимизации процессов и её исследование.

 

5. Расчётно-исследовательская часть

5.1 Схема  и материальные потоки технологического процесса

Моделирование колонны К-3 проводится исходя из подачи сырья (F=65.2 кг), получения дистиллята (D=12,5 кг), бокового погона (W₁=24,5 кг) и остатка (W=28.9 кг). Температура сырья (T_F=140°C). Температура верха колонны (T_в=110°C) регулируется холодным орошением (Т_x.о=50°C, G_x.o.=31,3 кг), температура низа колонны (T_н=200°С) – горячей струей (T_г.с.=250°C, G_г.с.=7,2 кг). Охлаждение потока, поступающего с верха колонны, осуществляется в холодильнике XK-3 (t_возд=24°C). Подогрев горячей струи осуществляется в печи П-2 (t_пер=650°C). Боковой погон (t_б.=150°C, F_K-4=24,5 кг) поступает в колонну К-4. Температура верха колонны К-4 t_в=125°C регулируется боковым орошением (g_В=1,2 кг), температура низа колонны К-4 (t_н=140°С) – подачей водяного пара (g_в.п.=0.5 кг).