Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Automatică și Calculatoare

Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor

LUCRARE DE LICENȚĂ

Desulfurarea gazului rezultat în urma procesului de ardere a cărbunelui

Coordonator Conf. Dr. Ing. Ioana Făgărașan

Absolvent

Comșa Alexandru

Cuprins:

1. Introducere 3 1.1 Arderea cărbunilor 4 1.2 Poluarea cu oxizi de sulf 4 1.3 Clasificarea instalatiilor de desulfurare 5 1.4 Componentele unei instaltii de desulfurare 6

1.4.1 Zona de pregătire a instalației de calcar 6 1.4.2 Turn de absorbție 6 1.4.3 Instalația de evacuare a șlamului de gips 8

2. Descrierea procesului 9

2.3 Instalatia de calcar 9 2.4 Absorber 10 2.5 Instlatia de recirculare 11 2.6 Instalatia de evacuare gips 12 2.7 Secventa de pornire/oprire 13 2.8 Lista de echipamente 13

3. Proiectarea regulatoarelor 18

3.1 Modelare analitică 18 3.1.1 Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit constant 18 3.1.2 Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit variabil 21 3.2 Strategii de reglare 23 3.2.1 Reglarea nivelului în turnul de absorbție 24 3.2.2 Reglarea nivelului în razarvorul cu soluție de calcar 27

4. Aplicația 28 4.1 Sisteme de control distribuit 28 4.2 Centum VP 29 4.3 Lista de semnale 32 4.4 Programul 35 4.4.1 Partea grafică 35 4.4.2 Logica 37 4.4.3 Achiziția datelor 38 4.4.4 Funcții tip 40 4.4.5 Secvențe de pornire/oprire 42

5. Concluzii 44 6. Bibliografie 45

1. Introducere La începutul dezvoltarii umanității capacitatea de regenerare a naturii era suficientă pentru a face fața expluatării la care era supusă,dar o dată cu cresterea populației și a nivelului de trai omul a început o expluatare intensă a naturii care a depășit capcaitatea acesteia de a se regenera. În ultimul secol industria a cunoscut o dezvolatare accentuată ceea ce a dus datorită legaturii strănse dintre industrie si poluare la modificări grave asupra mediului înconjurător. Această dezvoltare accentuată a avut ca rezultat apariția automaticii ca ramură a tehnicii,ramură al cărei obiectiv inițial era acela de a utiliza echipamentele într-un mod cât mai eficient pentru a creste productivitatea și calitatea.Dar o dată cu descoperirea efectelor poluării,produse de această activitate industrială intensă, obiectivele automaticii au fost modificate,astfel au fost introduse pe lânga cele existente si obiective cum ar fi reducerea poluării și a riscurilor. Acum pentru procesele industriale unde producerea unui accident poate avea efecte foarte grave asupra mediului cât și asupra vieții omului sunt instalate sisteme de automatizare foarte eficiente de prevenire și înlaturare a pericolelor fără a pune viața oamenilor în pericol.

Principalel ramuri ale industriei ce produc poluare sunt:[1]

Industria energetică:Se află in topul surselor de poluare datorită cantității mari de energie necesară ce este obținută prin combustie în urma căreia rezultă o cantitate foarte mare de gaze reziduale.

Industria petrochimică: nivelul ce mai ridicat de poluare apare în urma proceselor de combustie în urma carora se va produce o poluare a aerului cu: oxizi de carbon ,oxizi de sulf,oxizi de azot,etc.

Industria chimică: poluarea produsă de industria chimică este una din cele mai grave tipuri de poluare doarece pot afecta mediul pe durate foarte mai de timp,în funcție de tipul poluanților.Cea mai gravă formă de poluare chimică este ce radioactivă ce are efecte devastoatoare asupra mediului și a omului pe duarete de mii de ani.

Industria minieră:efectele industriei miniere asupra mediului sunt dintre cele mai variate producând modificări ale relievului,poluarea apelor de suprafață sau freatice. [2]

1.1 Arderea cărbunilor La baza formării cărbunelui este materia rezultată în urma descompunerii resturilor de plante preistorice(în special arborii-ferigă) care reprezentau principala formă de vegetație. Procesul de formare a cărbunelui are loc în două etape:

- Faza biochimică – reprezintă descompunera materiei de bază în lipsa oxigenului.

- Faza geochimică – reprezentată de procesul de îmbogășire cu carbon.Această îmbogățire are loc la presiuni ridicate pe durate de timp foarte îndelungate.

În funcție de faza geochimică au rezultat mai multe tipuri de cărbuni:

Turbă – este un cărbune inferior ce se formează si astăzi.Acest tip de cărbune este folosit ca combustibil fosil sau îngrășământ natural.

Lignit(cărbune brun) – este un cărbune cu conținut de carbon de 60 - 78%.Datorită cantităților mari în care se găseste este folosit în special ca combustibil în industria energetică.

Huilă – are un conținut ridicat de carbon 75-91%.Este cel mai prețios cărbune deoarece acesta este folosit la producerea cocsului.

Antracit – cărbunele cu cel mai mare conținut de carbon >91%.Deoarece acest nu conține materii volatile apriderea sa este foarte dificilă,având nevoie de combustibili suplimentari.Datorită acestei proprietăți el este folosit în special în industria chimică.

La nivel mondial cantitatea cea mai mare de cărbune se consumă în producerea de energie electrică,aproximativ 40% din necesarul mondial de energie electrică fiind produs în termocentrale unde cărbunele este folosit drept combustibil.În ultimi 10 ani consumul de cărbune a crescut cu aproximativ 60% ,în anul 2000 s-au consunat aproximativ 4600 milioane de tone de cărbune.Această cantitate a ajuns în anul 2010 la 7200 de milioane de tone. [3] Datorită consumului ridicat de cărbune au apărut probleme legate de poluarea aerului cu elementele chimice ce rezultă în urma arderii acestora,elemente care se degajă în aer si care au efecte negative asupra mediului,elemente cum ar fi:oxizi de cabon,sulf,azot.etc.

1.2 Poluare cu dioxid de sulf: [4]

Poluarea cu dioxid de sulf se produce prin arderea unor substanțe ce au in compoziția lor sulf,cum ar fi petrolul și cărbunii.Se estimează că 70% din cantiatea de SO2 este produsă prin ardera carbunirilor. Poularea cu acestă substanță duce la :

formarea de ploi acide

corziunea metalelor

erodarea materialelor ce se foloesc în contrucții Metode folosite pentru reducerea poluării cu oxizi de sulf:

Epurarea combustibililor pentru a reduce conținutul de sulf.

Desulfurarea gazelor rezultate în urma arderii.

1.3 Clasificarea instalațiilor de desulfurare. [5] Datorită cercetărilor facute asupra poluării cu dioxid de sulf,oamenii de stiință au realizat importanța găsirii unor metode pentru a reduce acest tip de poluare,astfel în ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee prin care să se realizeze acest obiectiv.

Procedeul uscat:Reținerea dioxidului de sulf din gaze se produce prin contactul dintre o soluție alcalină(de obicei soluție de calcar) ce poate fi distribuită sub forma de praf după ce în prealabil a fost trecută printr-un uscător.Rezultatul acestui proces sunt deseuri uscate.

Procedeul semiuscat: folosește o soluție alcalină apoasă ce este pulverizată în instalație.În momentul în care apa din această soluție este evaporată are loc reacția cu dixidul de sulf din gaz ce este reținut și care va fi elimiat sub formă de deșeuri uscate.

Procedeul umed:Folosește o soluție apoasă alcalină ce este pulverizată in absorber.Soluția intră în contact cu gazul si are loc reacția cu dioxidul de sulf ce este reținut.Rezultatul acestui procedeu este o soluție apoasă de gips ce poate fi ulterior procesată pentru obținerea unui gips de calitate ridicată ce poate mai apoi valorificat.

Costurile de operare și întreținere ale unor astfel de instalații sunt specificate în tabelul următor: [5]

Tip de absorber Cost($/tonă) Eficiență in eliminarea SO2

Uscat 150-300 ≈80%

Semiuscat 150-400 85-90%

Umed 200-500 ≥90%

Tabel 1.1

Cel mai folosit procedeu este cel umed,peste 80% din instalațiile de desufurare se bazează pe acest procedeu. Deși procedeul semiuscat se apropie de performațele procedeului umed având în același timp un cost mai scăzut nu este la fel de răspândit ca cel umed deoarece și-a avut apariția mai târziu decat acesta,fiind o modernizare a procedeului uscat. În acest moment se fac cercetări pentru descoperirea unor noi tehnologii pentru desulfurare(sau modernizarea celor existente) pentru cresterea eficienței și scaderea costurilor de operare și mentenanță.

1.4 Componente ale unei instalții de desulfurare bazată pe procedeul umed. Deoarece această licență are ca scop prezentarea unei aplicații de comandă și control pentru o instalație de desulfurare bazată pe procedeul umed se va face o descriere amănunțită a acesteia. 1.4.1 Zona de pregătire a soluției de calcar[12]

Este formată dintr-un depozit de stocare a pietrei de calcar cu o capacitate de stocare ce poate acoperii necesarul de calcar pentru funcționarea instalației pe o durată îndelungată.Din depozit calcarul este transportat catre unul sau mai multe concasoare(în funcție de instalație) care vor aduce piatra de calcar la o granulație corespunzătoare(0-30 mm).Piatra concasată va fi depozitată in mai multe silozuri cu o capacitate redusă de stocare ce asigură funcționarea pentru 1-2 zile. Din silozuri piatra concasată va fi transportată prin intermediul unor benzi transportoare catre moara umedă unde va fi amestecată cu apă de proces pentru producerea soluției de calcar.Apa de proces este stocată într-un rezervor care este alimentat dintr-o sursă de apa proaspată cât și din apa ce este extrasă prin uscarea soluției ce va rezulta în urma procesului de desulfurare. Reacția chimica de dizolvare a pietrei de calcar în soluție apoasă: CaCO3(s)+H2O ↔ CaCO3(aq)+H2O Această soluție va fi la răndul ei stocată in mai multe rezervoare de unde sa va face alimentarea absorberului.

Figura 1.1 Instalația de pregatire a soluției de calcar

1.4.2 Turn de absorbție[6]

Există trei tipuri de turnuri de absorbție :

a) Turn de pulverizare. b) Turn cu coloane de lichid. c) Turn cu barbotare.

Absorberul folosit este de tipul turn de speiere care oferă avantaje cum ar fi:

- Performațe ridicate - Costuri mici de întreținere. - Consum mic de energie

Acest tip de abosrber este format din următoarele componente: 1. Zona de alimentare cu șlam de calcar. 2. Pompe de recirculare. 3. Zona de admisie gaz cu conținut ridicat de dioxid de sulf. 4. Zonă de amisie a oxigenului folosit la oxidare. 5. Agitator. 6. Etaje de pulverizare. 7. Separator de picături. 8. Zonă evacuare gaz. 9. Evacuare șlam de gips

Figura 1.2:Turn de absorbție prin pulverizare

Descrierea modului de funcționare: Turnul de absorbție este alimentat cu soluția de calcar necesară procesului de desulfurare.Cu ajutorul pompelor de recirculare soluția este distribuită etajelor de pulverizare ce sunt situate deasupra zonei de admisie a gazului.Soluția va fi pulverizată prin intermediul unor duze de pulverizare ce vor fi amplasate astfel încât distribuția soluției să fie uniformă pe toată suprafața absorberului. Gazul rezultat în urma contactului cu soluția de calcar are un conținut scăzut de oxizi de sulf dar un grad ridicat de umiditate.Pentru a îndepărta acest neajuns a fost instalat un separtor de picături cu rol în reținerea excesului de apă din gazele curățate.Acesta este format dintr-un strat de sârma cu diametru foarte mic (10-15mm) împletită astfel încât să rețină apa din gaze. În urma contactului dintre soluția de calcar și gazele cu conținut ridicat de sulf se vor produce următoarele reacții chimice: În soluție dioxidu de sulf reacționează cu carbonatul de calciu rezultând sulfitul de calciu : CaCO3 + SO2 +H2O → CaSO3 * 1/2H2O + 1/2H2O +CO2

1.1

O parte din acest sulfit de calcar este transformat în sulfat de calciu(gips) prin reacția de oxidare : CaSO3 + 1/2H2O + SO2

+H2O → Ca(HSO3)2 + 1/2H2O

1.2 Ca(HSO3)2 + 1/2O2 + 2H2O → CaSO4 * 2H2O + SO2 +H2O

1.3 Alte reacții ce au loc în absorber sunt reacțiile trioxidului de sulf,acidului clorhidric și acidului florhidric cu carbonatul de calciu: CaCO3 + SO3 + 2H2O → CaSO4 * 2H2O +CO2

1.4 CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

1.5 CaCO3 + 2HF → CaF2 + H2O + CO2

1.6 Aerul necesar oxidării este introdus in turnul de absorbție la nivelul bazinului

de reacție,iar cu ajutorul agitatorului soluția din interilorul bazinuli de reacție este amestecată pentru a ajuta reacția de oxidare să se producă în toată masa soluției. În urma reacției de oxidare va rezulta șlamul de gips ce va fi scos di absorber

spre a fi falorificat sau aruncat în funcție de cerințele procesului. 1.4.3 Instalația de evacuare a șlamului de gips. [12] În urma procesului de desulfurare este produs șlamul de gips ce poate fi valorificat.Datorită conținutului ridicat de apă(≈75%) din șlamul de gips este necesară uscarea în prealabil a acestuia.Această uscare se face prin intermediul unui hidrociclon care va reduce cantitatea de apă la aproximativ 50%.Din hidrociclon gipsul va fi dus către un al doile sistem de uscare care va reduce umiditatea gipsului pană la 5% în funcție de metoda aplicată:

1. Bandă de filtrare (≈10%). 2. Centrifugare (5-8%).

3. Descrierea procesului: 4.

Figura 2.1:Schema bloc funcțională

În acest capitol se va face o descriere completă a modului de functionare a procesului si a echipamentelor folosite. Instalația de desulfurare este formată din:

1. Instalația de calcar 2. Absorber 3. Instalația de recirculare 4. Instalația de evacuare gips

2.1 Instalația de calcar:

Este formată dintr-un rezervor în care se depozitează soluția de calacar ce va

fi folosită în procesul de desulfurare.Soluția este adusă în bazin prin intermediul unei țevi ce are montată o valvă(01HTK01AA001) pentru reglarea debitului astfel menținânduse un nivel constant in bazin.

Nivelul în rezervor se măsoară prin intermediul traductorului de nivel (01HTK01CL001).Vlava de control va fi comandată prin intermediul unui regulator (01HTK01CL901) care va avea ca referință nivelul de soluție ce trebuie menținut în bazin.

Soluția de calacar este trasportată in turnul de absorbție cu ajutorul unei

pompe(01HTK02AP001) de tipul ON/OFF dupa ce în prealabil a fost deschisă valva de legătură(01HTK02AA101). Pentru a evita problemele ce pot apărea în cazul unei defecțiuni la primul grup de transport a fost monat un al doilea grup ce poate prelua sarcina primuli grup.Defecțiunea va fi semanalată prin scăderea presiunii sub un anumit nivel,presiune măsurată prin intermediul traductorului de presiune(01HTK02CP001).

Secvența de trecere de la grupul principal la cel aflat în stand by se face in 3 pasi: - Pas 1:La scăderea presiunii sub 30% din debitul maxim se va porni o alarmă

de LL(dată de traductorul de presiune).În acel monent se deschide valva secundara (01HTK02 AA102) și se așteaptă feedback de valvă deschisă.

- Pas 2:Se verifică statusul pompei secundare dacă statusul este Ready se trimite comanda de pornire;dacă statusul este Fault sau Runing se trece la pasul urmator.

- Pas 3:Se porneste o alarmă ce indica o defectiune la întreg sistemul de circulare a soluției de calcar,defecțiune ce poate duce la oprirea instalației.

Cantitatea de soluție necesară în turnul de absorbție este calculată pe baza pH-ului măsurat cu ajutorul unui analizor(01HTK03CQ001).Direcționarea soluției către se face prin intermediul unei valve cu 3 căi(01HTK03AA103) de tipul comutare completă ce va direcționa soluția de calcar în funcție de nevoie către turnul de absorbție sau înapoi în rezervor.Această recirculare este necesară pentru a nu permite soluției să se depună.

Reglarea pH-ului se face pe baza unei strucuri de reglare bipozițională după cum va fi descrisă în tabelul următor:

Valoare pH-ului Acțiune

6.6 Direcționează soluția de calcar catre turnul de absorbție.

6.8 Direcționează soluția de calcar catre rezervor.

Tabel 2.1:Reglare bipozițională după pH

Tot în instalația de calcar a fost montat un sistem ce face reglarea nivelului in bazinul de reacție al absorberului.

Reglarea nivelului se face prin intermediul unei pompe centrifuge (02HTL01AP001) cu convertizor de frecvență(02HTL01GU001) dupa ce nivelul solutiei din bazin a fost măsutat cu ajutorul senzorului de nivel(02HTL01CL001) . Secvența de pornire a acestui sistem este asemănătoare cu secvența de pornire prezentată mai sus,deosebirile apar la modul de funcționare al pompei. Deoarece soluția de calcar se depune avem nevoie de un agitator format dintr-un motor ce acționează o paletă,producânduse astfel amestecarea soluției.Motorul este pornit atunci când nivelul în bazin este de minim 10%.

În cadrul acestei zone din proces avem 3 bucle de reglare:

Reglarea nivelului in bazin

Reglarea nivelului de soluție din absorber 2.2 Turn de absorbție:

Pentru aceasta aplicație s-a ales un absorber de tip turn deoarece ofera un

procent ridicat de absorție a dioxidului de sulf din gaze(pana la 95%). Parțile componente ale unui astfel de absorber sunt:

- Bazin de reacție - Zonă intrare gaz - Etaje pulverizare soluție de calcar - Eliminator de picături - Agitator

Bazinul de reacție : Se află în zona de jos de turnului de absorbție și este conceput cu o

capacitate de reținere destul de mare pentru a oferii o utilizare optimă a soluției de calcar.

La acest nivel se va face

Măsurarea pH-ului(02HTK03 CQ001)

Măsurarea desitații soluției de gips (02HTK01CD001)

Măsurarea nivelului(02HTK01CL001)

Pentru a nu defecta si alte sistem au fost implementare alarme ce sunt declansate de catre nivelul in bazinul de reacție:

Nivel Alarmă Acțiune

90% HH Se pornește o alarmă pentru a anunța operatorul de aparitia unei defecțiuni

85% H Se oprește pompa ce aduce solutie in absorber

20% L Se setează viteza maximă pentru pompa de nivel

10% LL Se pornește o alarmă pentru a anunța operatorul de aparitia unei defecțiuni

Tabel 2.2:Alarme de nivel în trunul de absorbție

Intrare gaz: Gazul este introdus în absorber prin intermediul unei conducte ce este situată

deasupra bazinului de reacție după deschiderea in prealabil a valvei de siguranță(02HTF01AA107).Această zonă este critică deoarece gazul are o temperatură ridicată(≈170ºC) și condiții chimice critice.

Agitator: Este format,ca și cel de la bazinul de depozitare a solutiei de calcar, dintr-un motor ce acționează o paletă.Acest motor este pornit in momentul în care nivelul de solutie din bazinul de reacție ajunge la limita de LL(10%).

2.3 Instalția de recirculare Are rolul de a reutiliza solutia de calcar aflată în bazinul de reacție în reacția

de desulfurare a gazelor. Cantitatea de soluție reutilizată este dată de numarul de pompe de recirculare

ce vor funcționa la un momet dat.Numarul de pompe este determinat de cantitatea de SO2 ce va fi măsurată la ieșirea din absorber cu ajutorul celor 3 analizoare(02HTA01 CQ001, 02HTA01 CQ002, 02HTA01 CQ003) care în urma

procesului de voting(2oo3) vor porni urmatoarele alarme având efectele corespunzătoare:

Cantiate de SO2 ALARMĂ ACȚIUNE

400mg/Nm3 HH Pornește pompă suplimentară

100mg/Nm3 LL Oprește pompă suplimentară Tabel 2.3:Reglare bipozițională după concentrația de dioxid de sulf

În condiții normale de funcționare avem nevoie de 2 pompe pentru a reduce

cantitatea de dixid de sulf în limitele dorite.Pompele ce vor funcționa in regim permanent sunt: 02HTF01AP001 si 02HTF01AP002 ,pompa 02HTF01AP003 fiind cea utilizată în cazul apariției alarmei de HH.

Pentru instalaiția de recirculare sau ales pompe cu debit constant si valve de

tipul ON/OFF deoarece pentru reglarea am implementat un algoritm de reglare bipozițional.

Pentru pornirea și oprirea pompei suplimentare au fost create secvențe de

pornire/oprire: Secvența de pornire:

- Pas 1: Se verifică starea alarmelor,dacă se activează alarma HH se va trece la pasul 2.

- Pas 2:Se deschide valva 02HTF01AA105 si se așteaptă semnalul de Feedback Deschis.

- Pas 3:Se verifică statusul pompei 02HTF01AP003 daca acesta este Ready se trimite comanda de pornire a pompei.

- Pas 4:Se deschide valva 02HTF01AA106 si se așteaptă semnalul de Feedback Deschis.

Daca unul din feedback-uri nu va fi primit sau semanalul de status al pompei este Fault atunci se va porni o alarmă pentru a semnala o defecțiune.

În cazul în care statusul pompei suplimentare este Runing atunci se va porni o altă alarmă care va semnaliza operatorilor faptul ca instalația deși funcționează la capacitate maximă nu poate reduce poluarea cu dioxid de sulf sub o limită adisibilă.

2.4 Instlația de evacuare gips:

Soluția rezultată in urma reacțiilor de desulfurare va fi scoasă din absorber in

funcțit de densitatea acesteia,densitatea fiind masurată cu ajutorul unui analizor(02HTL02CD001), ce va avea setat două praguri:

Valoare Alarma Acțiune

1400kg/m3 H Pornește pompă evacuare

1250kg/m3 L Oprește pompă evacuare Tabel 2.4:Reglare bipozițională dupa desitate

Pompa de evacuare(02HTL02AP001) va porni atunci cand analizorul va indica

valoarea de H si va scoate soluție din absorber pană când densitatea va ajnunge la valoarea de L.

Această soluție a fost implementată pentru a reduce consumul de energie fară a afecta modul de funcționare și performațele procesului.

Pentru mentenanță cât și pentru situații de urgență a mai fost montată o linie de evacuare a soluției din absorber.Această linie de evacuare este activată prin intermediu unui buton(02HTL02GK101) ce poate fi apăsat de catre operator si care activează o secvența de evacuare.

Secvența de evacuare este: -La apasarea butonului 02HTL02GK101 se deschide valva 02HTL02AA002, și se

asteaptă feedback deschis. -La primirea feedback deschis de la valvă se verifică statusul motorului,dacă

acesta este Ready se trimite comanda de pornire.Daca statusul este Fault se pornește o alrmă de defecțiune.

2.5 Secventa de pornire/oprire a instalației de desulfurare. Pentru o instalație de mari dimensiuni ce are un numar mare de parmetri ce

trebiesc controlați si condiții inițiale ce trebuiesc indeplinite este nevoie de implementarea unei secvențe de pornire/oprie.

Secvența de pornire:

- Pas 1:Aducerea soluției de calcar în bazinul instalției de calcar. - Pas 2:Pornirea pompelor de transport soluție de calcar catre absorber. - Pas 3:Se asteaptă atingerea unui nivel de soluție in absorber. - Pas 4:Pornirea pompelor de recirculare. - Pas 5:Deschiderea valvei de acces a gazului în absorber. - Pas 6:Pornirea instalației de evacuare gips.

Secvența de oprire: - Pas 1:Se închide valva de acces a gazului în absorber. - Pas 2:Se inchide valva de reglare a nivelului in bazinul cu soluție de calcar. - Pas 3:Se opresc pompele de recirculare. - Pas 4:Se opresc pompele de transport a soluției de calcar catre absorber. - Pas 5:Se golește absorberul de soluție. - Pas 6:Se închide instalația de evacuare gips.

2.8 Lista de echiapamente:

a) Traductoare de nivel: Pentru proces avem nevoie de 4 traductoare de nivel:

Trei pentru bazinul de șlam

Unul pentru bazinul de reacție al absorberului. Deoarece soluția din bazine este un amestec ce poate ave densitați diferite avem nevoie de un traductor ce poate funcționa la diferite densități ale soluției,de aceea am ales un traductor de nivel cu ultrasunete . Principiul de funcționare constă în fenomenul de ecou ce se produce în momentul în care o undă ultrasonică întâlnește o suprafață de reflexie.Distanța este calculată pe baza duratei de timp trecut între momentul în care a fost emisă unda inițianlă si momentul de timp în care va recepționa ecoul undei,ținând sema de viteza de propagare a undei prin aer.

𝑑 =𝑐 ∗ 𝑡

2

2.1

d=distanța până la soluție c=viteza de propagare a undei t=timpul de la transmiterea undei până la receptarea undei refactate. Avantajele oferite de un astfel de traductor sunt:

- Domeni de măsurare între:0-40 m. - Nu există contact cu fluidul. - Comunicație prin HART sau PROFIBUS. - Rezistența la medii chimice. - Temperaturi de funcționare cuprinse între:-40ºC -95ºC - Iesire analogică în curent(4-20mA).

Traductoarele de nivel au domenii de măsurare diferite în funcție de locul în care sunt amplasate,asadar:

I. Traductoarele ce măsoară nivelul îm bazinul cu soluție de calcar au un domeniu de măsurare cuprin între: 0 - 15m.

II. III. Traductorul ce măsoară nivelul în absorber are domeniul de măsurare cuprins

între: 0 – 10m.

b) Analizor de pH: Pentru ca reacția de desulfurare să fie eficientă afem nevoie de o anumită concetrație de CaCO3 în absorber.Această concetrație este menținută cu ajutorul unui analizor de pH. PH-ul este calculat pe baza potențialului electro-chimic dintre electrodul de referință si lichidul al cărui pH trebuie măsurat.Dependența dintre pH si concetrația de CaCO3 este reprezentată în următorul grafic: [8]

Figure 2.1:Dependența pH – CaCO3

În acest scop am ales un analizor ce oferă următoarele proprietăți:

Domeniu de măsurare: -2 – 16

Precizie : 0.01 pH

Variație a temeperaturii: -30ºC - 140ºC

Ieșire: 4 – 20 mA

Comunicație HART Analizor de gaze:

La evacuarea gazelor din absorber a fost monat un analizor de gaz pentru a determina cantitatea de sulf ce se regăsește în gaze după trecerea lor prin absorber. Deoarece cantitatea de dioxid de sulf ce se va regăsi la iesire din absorber este mică am ales un traductor cu ultraviolete ce are un domeniu de măsurare de cuprins între 0 – 1000 mg/m3. Analizorul folosit trimite o undă de lumină ultravioletă care va trece prin gaz. Concentrația de sulf va fi determinată în urma analizei spectale a undei. Un astfel de analizor are următoarele caracteristici:

Domeniu de măsurare: 40 – 1000 mg/m3

Temperaturii de funcționare: -20ºC - 80ºC

Tipuri de gaze ce pot fi măsurate:SO2,NO,NO2,NH3

Ieșiri:4 analogice(1 pentru fiecare tip de gaz),3 digitale(Fault,Mentenace Request,Funcțional Check)

Comunicație HART

c) Analizor de densitate: Se bazează pe frecvența de vibrare a unui diapazon care este determintă de densitatea lichidului.

Figura 2.2:Analizor de densitate

Acest tip de analizor oferă :

Precizie ridicată

Nu este afectat de variațiile vâscozitătii și debitului

d) Pompe:

În instalația de desulfurare avem montete un număr de 8 pompe ce indeplinesc următoarele funcții:

3 pope pentru recirculare.

2 pompe pentru aducerea șlamului de calcar în absorber(una în funcțiune si alta în rezervă).

O pompă pentru evacuarea șlamului de calcar catre instalațiile de uscare

O pompă pentru evacuarea șlamului de gips in caz de urgență.

O pompă pentru reglarea niveluli de soluție din absorber. Pentru alegerea pompelor se vor lua în considerare anumite caracteristici ale procesului:

- Proprietățile chimice ale soluției(aciditate,densitate). - Cerințe specifice de proces:presiune,debit,distanță,etc.

În urma acestor considerente am ales pentru această aplicație pompe centrifuge cu cuplaj magnetic,acest tip de pompă fiind unul dintre cele mai folosite tipuri pentru transportare soluțiilor chimice. Pompele centrifuge folosesc forța centrifugă pentru a deplasa fluide prin intermediul unor conducte.Acest lucru se face prin transformarea energiei mecanice(de rotație) produsă de motorul pompei(de regulă electric) în energie hidrodinamică prin intermediul unui ax cu pale. Există 2 tipuri de cuplare între motorul de acționare si axul cu pale:

- Cu cuplaj mecanic. - Cu cuplaj magnetic.

La pompele centrifuge cu cuplaj mecanic axul cu pale se află situat în prelungirea axului rotorului ceea ce duce la un mai bun contol asupra schimbărilor de sarcină având totuși dezavantajul unei uzuri mai ridicate a motorului de acționare,cât și posibilitatea defectări motorului la apariția unor sarcini foarte mari ce depășesc capacitate motorului La pompele centrifuge cu cuplaj magnetic miscarea de rotație imprimată axului cu pale se face prin intermediul unui câmp magnetic.Acest câmp magnetic este format cu ajutorul unor magneți montați atât pe rotor cât si pe axul cu pale.

Figura 2.3:Pompă cu cuplaj magnetic

Avantajele unei astfel de pompe sunt: - Separarea motorului de acționare de axul cu pale: în acest mod este protejat

atăt motorul de scurgei de lichid,sarcini foarte mari(cuplajul magnetic se rupe astfel împiedicând defectarea pompei).

Dezavantaje:

- Răspuns lent la variații mici de sarcină.

e) 5.Valve.

Instalația procesului de desulfurare are în componența sa două tipuri de valve:

Valve ON/OFF

Valve de control. Valve ON/OFF: În total 9 valve de acest tip au fost montate în instalație :

- 2 valve pe conductele de transport șlam de calcar catre absorber. - 6 valve pe conductele de recirculare. - 2 valve pe conducta de reglare a nivelului în absorber. - 1 valvă pe conducta de evacuare șlam de gips catre instalația de prelucrare. - 1 valvă pe conducta de eliminare șlam de gips de urgență. - 1 valvă cu trei căi pentru direcționarea șlamului de calcar.

Desi presiunile din instalație sunt relativ mici ,datorită soluției de calcar ce este transportată prin conducte care poate duce la o corodare mai intensă a materialelor cât și la depuneri ce pot bloca valvele am ales servo-valve acțioante printr-un motor electric. Acest tip de valve este unul din cele mi des folosite deoarece înglobează costuri reduse de implementare și mentenanță cu fiabilitate ridicată.Motorul va acționa asupra unui unei tije care la capătul celălat va avea montat dispozitiv de închidere a conducte.

Figura 2.4:Valvă ON/OFF cu două căi

Valva cu trei căi este de tipul comutare completă,adică tot debitul de soluție este direcționat către una din cele două căi de ieșire.

3. Proiectarea regulatoarelor Automatizarea proceselor industriale a apărut ca o consecință a creșterii economice bazată pe impunerea unor cerințe din ce în ce mai ridicate privind performațele sistemului ,cum ar fi:calitatea,siguranța,impactul asupra mediului si nu în ultimul rând profitabilitatea. Pentru proiectarea sistemelor de automatizare este nevoie să se țină cont de performațele dorite încă de la început astfel putânduse alege atât echipamente cât si tipul algoritmilor de reglare. Pentru a putea proiecta un sistem de reglare este nevoie de parcurgereau următorilor pași:

1. Modelare. 2. Proiectare. 3. Simulare. 4. Implementare.

(Ioan Dumitrache-IRA) 3.1 Modelarea: Obținerea modelului matematic asociat unui proces se poate face pe cale analitică prin aplicarea legilor fizice și chimice care detemină modul de evoluție al procesului.Aceste legi vor fi analizate din punct de vedere matematic fiind reprezentate prin sisteme de ecuații(liniare sau neliniare) ce vor reflecta comportamentul procesului. Modelarea unui proces are loc în 6 pași:

1. Definirea procesului. 2. Stabilirea ecuațților de stare. 3. Obținerea modelului matematic. 4. Liniarizarea modelului matematic. 5. Centrarea si Normarea modelului. 6. Validarea modelului.

În urma descrierii procesului au rezultat necesitatea controlării nivelului în:

- rezervor deschis cu debit de evacuare variabil - rezervor deschis cu debit de evacuare constant.

Pentru proiectarea algoritmilor de reglare avem nevoie de funcțiile de transfer ale celor două procese de acumulare de lichid în rezervoare deschise,pe care le vom obține în urma modelării matematice. 3.1.1 Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit constant [13] În primul pas al modelării se face definirea procesului a variabilelor prin care poate fi reprezentat,a relațiilor fizice și chimice cât și a relațiilor de legătură cu alte procese(sisteme) care îi pot influența evoluția. Variabilele prin care este definit procesul pot fi de mai multe categorii:

- De stare – mărimi fizice care caracterizează procesul cum ar fi:presiunea, temperatura,viteza,concentrația etc.

- De intrare – mărimile ce vor fi modificate pentru a obține un răspun dorit al procesului.

- De ieșire – mărimi a căror valoare este dependentă de variabilele de intrare și de stare.

- Perturbații – mărimi ce afectează evoluția sistemului.Ele pot fi măsurabilesau nemăsurabile.

Figura 3.1:Schemă de reglare a nivelului în rezervor deschis cu debit de evacuare constant

- L = nivelul lichidului în rezervor - Fa = debit de alimentare - Fe = debit de evacuare(constant) - L0 = nivelul dorit în bazin.

În cel de al doile pas se stabilesc ecuațiile de stare ale procesului.Acestea vor fi reprezentate prin ecuații de bilanț material/energetic.Deoarece procesele industrial prelucrează fluxuri cotinue de intrare cu scopul de a obține la ieșire rezultatele dorite.Variația dintre fluxul de intrare și cel de ieșire reprezintă variația în timp a cantităților de material introduse sau evacuate din sistem. În regim staționar nivelul din rezervor este constant,astfel rezultă că debitul de alimentare este egal cu debitul de evacuare :

𝜌𝐹𝑎0 − 𝜌𝐹𝑒0 = 0 3.1

Fa0 = Debitul de alimentare în regim staționar Fe0 = Debitul de evacuare în regim staționar ρ=densitatea lichidului. În regim dinamic se reprezintă dependența dintre variabilele de intrare/ieșire și a nivelului din bazin de debitul de alimentare Fa.

𝜌𝐹𝑎 𝑡 − 𝜌𝐹𝑒 𝑡 =𝑑

𝑑𝑡𝑉 𝑡

3.2 V(t)=Volumul de lichid din rezervor la momentul t.

La pasul 3 se face exprimarea exuațiilor de stare. Deoarece debitul de evacuare a lichidului din bazin este constant (Fe=ct),se va determina modelul de intrare/ieșire ce va fi exprimată sub forma unei ecuații diferențiale liniare de ordin 1.

𝑉 = 𝑆 ∗ 𝑕 3.3

Prin înlocuirea ec 3.3 în ecuația 3.1.2 rezultă

𝐹𝑎 𝑡 − 𝐹𝑒 = 𝑆𝑑𝑕

𝑑𝑡(𝑡)

3.4

𝑆𝑑𝑕

𝑑𝑡 𝑡 + 𝐹𝑒 = 𝐹𝑎(𝑡)

3.5 Pasul 4 nu este necesar datorită faptului că modelul este liniar,acest pas făcâd liniarizarea. Pasul 5 se ocupă de centrare si normare variabilelor. Normare reprezintă exprimarea unor variabile în funcție de valorile sale de regim staționar.

𝑕 𝑡 = 𝑕0 + ∆𝑕 𝑡

𝐹𝑎 𝑡 = 𝐹𝑎0 + ∆𝐹𝑎 𝑡

3.6 Vom înlocui ecuațiile descrise în sistemul 3.6 în ecuația 3.5:

𝑆𝑑(𝑕0 + ∆𝑕(𝑡))

𝑑𝑡+ 𝐹𝑒 = 𝐹𝑎0 + ∆𝐹𝑒(𝑡)

3.7 Din condiția de regim staționar rezultă:

∆𝐹𝑎 𝑡 = 𝑆𝑑∆𝑕(𝑡)

𝑑𝑡

3.8 Normalizăm mărimile de interes:

𝑦 𝑡 =∆𝑕(𝑡)

𝑕𝑜

3.9

𝑚 𝑡 =∆𝐹𝑎(𝑡)

𝐹𝑎0

3.10

Din normalizare rezultă:

𝑚 𝑡 =𝑆𝑕0

𝐹𝑎0

𝑑𝑦(𝑡)

𝑑𝑡=

𝑉0

𝐹𝑎0

𝑑𝑦(𝑡)

𝑑𝑡

3.11

𝑦 𝑡 =𝐹𝑎0

𝑉0

𝑚(𝑡)𝑑𝑡1

0

3.12 y(t)=mărimea reglată

m(t)=mărimea de execuție V0=volumul inițial din bazin Funcția de transfer rezultată este:

𝐻 𝑠 =1

𝑇𝑠

3.13 unde

𝑇 =𝑉0

𝐹𝑎0

3.14 3.1.2 Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit variabil[14]

Figura 3.2:Sechemă de reglare a nivelului în rezervor deschis cu debit de evacuare variabil

Fa=debit de alimentare Fe=debit de evacuare h=deschiderea vetilului de alimentare L=Nivelul de soluție in rezervor Primul pas al acestei modelări sunt identici cu cei de la modelarea facută în capitolul 3.1.1.Diferențele apar la scrierearea ecuației de bilanț în regim dinamic care este făcută la pasul doi.Aceasta are forma:

𝐹𝑎 𝑡 − 𝐹𝑒 𝑡 =𝑑𝑉

𝑑𝑡

3.15

𝐹𝑎 𝑡 − 𝐹𝑒 𝑡 = 𝑆𝑑𝐿

𝑑𝑡

Vom considera debitul de alimentare variază în funcție de deschiderea ventilului si de presiunea fluidului care este o perturbație pentru ieșirea procesului,și debitul de alimentare variază în funcție de nivelul din rezervor. p=presiunea fluidului de intrare

𝐹𝑎 = 𝑓(𝑕, 𝑝) 3.15

𝐹𝑒 = 𝑔(𝐿)

3.16 Din ecuațiile 3.15 și 3.16 rezultă:

𝑆𝑑𝐿

𝑑𝑡+ 𝑔 𝐿 = 𝑓(𝑕, 𝑝)

3.17 Deoarece funcțiile f și g sunt neliniare se va liniariza ecuația 3.17 in jurul unui punct static de funcționare M0(Fa0,h0).Liniarizarea se face dezvoltarea in serie Taylor:

𝐹𝑎 = 𝑓 𝑕, 𝑝 = 𝐹𝑎0 + 𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑕 ∗ 𝑕 − 𝑕0 + 𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑝 ∗ 𝑝 − 𝑝0 +

1

2 𝜕

2𝐹𝑎

𝜕𝑕2 ∗ 𝑕 − 𝑕0 2 + 2

𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑕𝜕𝑝 𝑝 − 𝑝0 𝑕 − 𝑕0 + 𝜕

2𝐹𝑎

𝜕𝑝2 ∗ 𝑝 − 𝑝0 2

3.18

𝐹𝑎 ≅ 𝐹𝑎0 + 𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑕 ∗ 𝑕 − 𝑕0 + 𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑝 ∗ (𝑝 − 𝑝0)

3.19 Normalizăm marimile de interes:

∆𝐹𝑎 = 𝐹𝑎 − 𝐹0

∆𝑝 = 𝑝 − 𝑝0

∆𝐻 = 𝐻 − 𝐻0

3.20 Notăm:

𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑕= 𝑘𝑕

𝜕𝐹𝑎

𝜕𝑝= 𝑘𝑝

𝜕𝐹𝑎

𝜕𝐻= 𝑘𝐻

3.21 Rezultă:

∆𝐹𝑎 = 𝑘𝑕∆𝑕 + 𝑘𝑝∆𝑝

3.22

∆𝐹𝑒 = 𝑘𝐻∆𝐻 3.23

Înlocuim în ecuația 3.17 pe 3.1.22 și 3.23 și obținem:

𝑆𝑑(𝐻0 − ∆𝐻)

𝑑𝑡+ 𝐹𝑒0 + 𝑘𝐻∆𝐻 = 𝐹𝑒0 + 𝑘𝑕∆𝑕 + 𝑘𝑝∆𝑝

Dar în regim staționar Fe0=Fa0

𝑆𝑑∆𝐻

𝑑𝑡+ 𝑘𝐻∆𝐻 = 𝑘𝑕∆𝑕 + 𝑘𝑝∆𝑝

3.24

𝑆

𝑘𝐻

𝑑∆𝐻

𝑑𝑡+ ∆𝐻 =

𝑘𝑕

𝑘𝐻∆𝑕 +

𝑘𝑝

𝑘𝐻∆𝑝

3.25

𝑇𝑑∆𝐻

𝑑𝑡+ ∆𝐻 = 𝑘∆𝑕 = 𝑘𝑙∆𝑝

T=constanta de timp a procesului k=factorul de amplificare al procesului kl=factorul de amplificare al perturbației. Unde :

𝑇 =𝑆

𝑘𝐻

𝑘 =𝑘𝑕

𝑘𝐻

3.26 Funcția de transfer obținută este:

𝐻 𝑠 =∆𝐻(𝑠)

∆𝑕(𝑠)=

𝑘

𝑇𝑠 + 1

3.27

3.2 Strategii de reglare: [15] Evolutia automaticii este datorată în mare maăsură dezvoltării accentuate a idustriei cu care a trebuit să țină pasul.Această evoluție a apărut datorită descoperii unor noi tehnologii privind sistemele de calcul,cât și în domeniul echipamentelor. Astfel s-a creat nevoia unor noi strategii de reglare care să folosească toate caracteristicile acestor noi tehnologii. (Ioan Dumitrache-IRA) Aceste strategii de reglare se împart în următoarele categorii:

- Sisteme convenționale de reglare – sunt strategiile înglobează regulatoare de tip:P,PI,PID,dar si variații ale acestor tipuri.

- Sisteme avansate :

clasice – cuprind agoritmii de reglare bazați pe ajustarea amplificării,compensarea timpului mort.

tehnici noi – înglobează algorimi de reglare cum ar fi:control predictiv,control multimodel,control adaptiv.

modele matematice complexe – are în componeță următoarele tipuri de control:control neliniar,control robust,control optimal

- Sisteme inteligente:cuprind algoritmi bazați pe:logica fuzzy,algoritmi neurali. - Sisteme inteligente hibride:acest tip de algoritm integrează tehnicile folosite

de sistemele iteligente cu tehnici de Inteligență artificială si programare avansată.

Pentru a descoperi strategia de reglare necesară unei aplicații este nevoie de tratarea în ansamblu a sistemului urmărint funcționalitatea următoarelor elemente:

- Instalația tehnologică. - Elementele de execuție. - Traductoarele. - Obiectivele reglări. - Unitățile de calcul.

3.3.1 Reglarea nivelului în absorber:

În urma modelării proceselor cu acumulare de lichid în rezervoare deschise a rezultat că funcția de transfer a procesului de reglare a nivelului în turnul de absorbție este de forma:

𝐻𝑝 =𝑘𝑝

𝑇𝑝𝑠

3.27 Unde kp este factorul de amlificare al procesului iar Tp este constanta de timp a acestuia.Valorile kp și Tp sunt luate din documentația primită:

𝑘𝑝 = 1

𝑇𝑝 = 18

3.28 Prin înlocuirea ecuațiilor 3.28 în ecuația 3.27 rezultă funcția de transfer a procesului:

𝐻𝑝 =1

18𝑠

3.29 Elementul de execuție pentru reglarea nivelului în bazinul absorberului este o pompă acționată de un motor a cărui viteză este setată cu ajutorul unui convertizor de frecvență,a cărei funcție de transfer este de ordinul I:

𝐻𝑒𝑒 =𝑘𝑒𝑒

𝑇𝑒𝑒 𝑠 + 1

3.30 Pentru elementul de execuție factorului de amplificare(kee) si aconstantei de timp(Tee) au fost alese astfel:

𝑘𝑒𝑒 = 1𝑇𝑒𝑒 = 5

3.31 Prin înlocuirea ecuațiilor aferente sistemului de ecuații 3.31 în ecuația 3.30 rezultă funcția de transfer a elementului eîde execuție:

𝐻𝑒𝑒 =1

5𝑠 + 1

3.32 La alegerea traductoarelor s-a ținut cont de caracteristicile acestora:pecizi,caracteristica statică,viteză de răspuns.Datorită timpului de răspus foarte mic al traductorului acesta introduce în proces o întârziere ce poate fi neglijabilă,astfel rezultând :

𝐻𝑇 = 𝐾𝑇 = 1 3.33

Pentru reglare s-a ales o structură convențională de reglare cu un singur grad de libertate:

Figura 3.3:Structură de reglare cu un singur grad de libertate

Funcția de transfer a procesului este dată de formula:

𝐻𝐹 = 𝐻𝑝 ∗ 𝐻𝑒𝑒 ∗ 𝐻𝑇

3.34 Înlocuind în 3.34 ecuațiile 3.29, 3.32, 3.33 rezultă:

𝐻𝐹 =𝑘𝑝𝑘𝑒𝑒𝑘𝑇

𝑇𝑝𝑠 𝑇𝑒𝑒 𝑠 + 1

3.35 Din 3.35 prin înlocuirea valorilor rezultă funcția de transfer a procesului final:

𝐻𝑓 =1

18𝑠 5𝑠 + 1

3.36 Pentru procesele de relglare a nivelului în bazine deschise se recomadă strategii de reglare convenționale cu algoritmi de tip P sau PI. Regulatoare de tip P sunt caracterizate de o constantă de proporționalitate:

𝐻𝑅 = 𝐾𝑅 3.37

Aceste regulatoare duc la o eroare staționară diferită de zero.Pentru a elimina acest neajus procesul trebuie să introducă un integrator pe calea directă(funcția de transfer a procesului final are un pol în origine). Regulatoarele de tip PI se relizează prin introducerea componentei de tip integrator la componenta proporțională astfel fucția de transfer rezultată este:

𝐻𝑅 = 𝑘𝑅 1 +1

𝑇𝑖𝑠

3.38 Acest tip de regulator oferă performanțe bune în urmărirea referinței(datorită elementului integrator) si rejecția perturbației. Din ecuația 3.36 rezultă că procesul nostru conține un integrator pe calea directă deci putem folosi un regulator de tip P. În urma acordării ragulatorului proporțional am obținut ca rezultat:

𝐻𝑅 = 1.1 3.39

Raspunsul buclei de reglare:

Figura 3.4:Răspunsul sistemuli la intrare de tip treptă

În graficul XX este reprezentat răspunsul sitemului la o intrare treaptă. Performațele unui astfel de regulator sunt următoarele: tt=35 sec σ=0% εst=0

Figura 3.5:Răspunsul sitemului la perturbații

În graficul XX este reprezentat răspunsul sistemului la o intrare treaptă,cât și la aplicare unei perturbații după stabilizarea răspunsului.

3.3.2 Reglare nivelului în bazinul soluție de calcar: În urma modelării făcute în capitolul 3.1.2 a rezultat că funcția de transfer a procesului este de forma:

𝐻𝑝 𝑠 =𝑘𝑝

𝑇𝑝𝑠 + 1

3.40 unde kp este factorul de amplificare al procesului iar Tp este constanta de timp a procesului.Valorile acestor doi parmaetri au fost luate din documentația primită:

𝑘𝑝 = 2

𝑇𝑝 = 12

3.41 După înlocuirea în 3.40 a valorilor lui kp si Tp obținem funcția de transfer:

𝐻𝑝 =2

12𝑠 + 1

3.42 În acest caz elementul de execuție este o valvă de control a cărei,aceasta având o funcție de trasfer de tipul: [17]

𝐻𝑒𝑒 =𝑘𝑒𝑒

𝑇𝑒𝑒 𝑆

3.43 Din documentația de specialitate a rezultat că valorile parametrilo kee și Tee sunt:

𝑘𝑒𝑒 = 1𝑇𝑒𝑒 = 10

3.44 Prin înlocuriea valorilor în ecuația 3.43 se obține:

𝐻𝑒𝑒 =1

10𝑠

3.45 Deoarece traductorul de nivel de același fel ca și cel din turnul de absorbție deci si aceast va introduce aceași întârziere. Pentru a obține funcția de transfer a procesului final înlocuim funțiile de transfer 3.42 și 3.45 în ecuația 3.34 :

𝐻𝐹 =1

10𝑠(12𝑠 + 1)

3.46 Deoarece și acest proces conține integrator pe calea directă tipul regulatorului folosit este tot un regulator de tip P.În urma acordării acestui regulator s-a ajuns la următorul rezultat:

𝐻𝑅 = 0.17 3.47

Răspunsul sitemului la intrare de tip treaptă și o perturbație apărută după stabilizarea răspunsului este prezentat în figura următoare:

Figura 3.6:Raspunsul sistemului la intrare și perturbație de tip treaptă

Acest regulator oferă următoarele performațe: tt=64 sec σ=0% εst=0 4.Alicația.

Acest capitol urmărește să descrie într-o manieră cât mai amănunțită a ceea ce înseamnă control distribuit cât și a programului folosit la crearea aplicației și a aplicației proprizise. 4.1 DCS:

Termenul de DCS provine de la Distributed control sistem(sistem de control distribuit) și se referă la instalațiile industriale în care echipamentele de control nu mai sunt localizate într-un singur punct ci sunt distribuite în instalație.Echipamentele de control local(PLC,Contolere) vor fi monitorizate de către un echipament central cu putere de calcul mare(de obicei calculator de proces).

Primul sistem de control distribuit a fost introdus de către Honeywell în anul

1975,fiind urmată la scurt timp de către Yokogawa ficare venind cu propriul sitem,TDC 2000 si CENTUM. [9]

Dezvoltarea acestor sisteme a fost limitată de posibilitățile tehnologice din acel

timp,dar datorită ritmului alert de dezvoltare a thenologiei,și o dată cu înglobarea acestora în DCS aceste sisteme au devenit din ce în ce mai fiabile si mai eficiente , ajungânduse astfel ca sitemele DCS să devină cele mai folosite siteme de control în industrie,în special în acele ramuri ale industriei unde cerințele procesului sunt din cele mai variate. O primă piedică apărută în calea dezvoltării acestui tip de sistem de control a fost necesitatea transmiterii unui volum mare de date.Această piedică a fost înlăturată o dată cu apariția protocoluilui de comunicație TCP-IP care oferea transfer

mare de date dar si posibiliatea de comunicație pe distanțe foarte mari.După apariția acestui protocol sistemele de control DCS au migrat către sistemele de operare din acel timp(UNIX) care foloseau acest protocol de comunicație. [9]

În ani 90 a fost făcută tranziția de la sistemul de operare UNIX la sistemul de

operare Windows care a dus la apariția unor noi standarde.Pentru industrie unul din cele mai importante stadndarde este OPC(Object linking and embedding(OLE) for process control) care definește modul de comunicație în timp real. [9]

În orice sistem de control distribuit avem nevoie de centralizarea datelor astfel încât să se faciliteze controlol operatorilor asupra sitemului.Rolul echipamentului ce va face cetralizarea este de a primi informații de la toate echipamentele de control din rețea și de a lua decizii pe baza acestor informații, atât informațiile primite cât si deciziile luate vor fi stocate în istorice care vor fi folosite pentru găsirea cauzelor diferitelor probleme ce pot apărea.Ca echipament central este folosit calculatorul de proces deoarece oferă:putere de calcul foarte mare,fiabilitate, compatibilitate, posibiliate de extindere.

O altă caracteristică a sistemele DCS este ceea de redundanță ce apare atât

la nivelul echipamentelor de control cât și la echipamentele din câmp.La nivelul echipamentelor de control redundanța apare la nivelul procesorului cît si la nivelul sitemului de achiziție de date. 4.2 CENTUM VP: [10]

Este un sistem DCS impelmentat de firma Yokogawa.A suferit numeroase

modificări de la variant inițială lansată in anul 1975,acum aflânduse la versiunea 8 care este rezultatul a peste 35 de ani de cercetare si înbunătățire continuă a performanțelor atât din punct de vedere al controluli procesului cât și al modului de utilizare. Yokogawa a conceput sistemul DCS Centum pe baza unei arhitecturi simple formată din:

FCS – Field Control Station(stație de control).

HMI – Human-Machine Interface(interfață om-mașină).

Control network – Echipamente de rețea.

Stația de control(FCS): Numarul FCS-urilor variază în funcție de dimensiunile instalațiilor ajungânduse până la 1024 de astfel de stații. Sistemul DCS implenetat de Yokogawa este conceput astfel încât fiecare FCS să fie independent în funcționare,el depinzând doar de elementele sale constructive și de echipamentele de câmp direct conectate. Din punct de vedere constructiv un FCS are următoarele componente:

- Rack/dulap – este structura în care sunt montate cardurile componente ale uni FCS.Acesta este împărțit pe noduri fiecare având capacitatea de 12 carduri.Numărul maxim de 8 noduri pot fi instalate pe acelasi rack.

- Card de calcul – este cardul în care se gasește unitatea de calcul(microprocesorul).Aceste carduri se vor monta doar pe primul nod. Pentru redundanță în fiecare FCS se vor monta astfel de carduri.Redundanța cardurilor de calcul este obligatorie.

- Card de alimentare – deoarece toate cardurile unui FCS funcționează la tensiunea de 24V este necesarea montarea cardurilor de alimentare pentru a face converisa tensiuni.Redundanța acestora este obligatorie,ele fiind montate totdeauna câte două.Cardurile de alimentare sunt necesare pe fiecare nod al unui rack.

- Card I/O – există un număr mare de astfel de carduri fiecare având anumite caracteristici.Numărul acestor tipuri de carduri depinde de aplicație fiind limitate doar de numărul maxim de carduri ce pot fi montate pe un rack.La montarea cardurilor de I/O trebuie să se țină cont si de redundanța necesară sitemelor DCS.

- Card de comunicație – carduri cu ajutorul cărora se face comincare între FCS-uri cât si între FCS și stațiile de inginerie.Protocolol folosit pentru comunicația între FCS-uri este Vnet IP.

- Carduri de conectare a nodurilor – în situația în care un FCS are mai multe noduri pentru a asigura conectivitatea între acestea este nevoie de montarea unor carduri.

Montarea cadurilor pe rack se face de la dreapta la stânga în ordinea următoare: Se începe cu montarea celor două carduri de alimentare urmate de cardurile de calcul.Aceste prime 4 carduri sunt obligatorii oricărui FCS. În continuare vor fi montate cardurile de rețea.Numărul cardurilor de legătură intre noduri variază în funcție de modul de conectare(serie sau serie).

Figura 4.1:Modul de conectare în ste Figura 4.2:Modul de conecate în serie

Human interface station(HIS): Stațiile HIS sunt calculatoare ce oferă toate funcțiile necesare pentru operarea și monitorizarea unei instalații.Înglobează capacități de actualiazre a datelor în timp real oferind mărind astfel controlul asupra instalației.Un alt avantj este posibilitatea instalării mai multor stați HIS astfel oferind control detaliat pe mai multe zone din instalație. Softul de monitorizare este format din două componente majore:

- Interfața grafică – Această componentă oferă posibilitatea dezvoltării unei scheme a instalației în care să se afișeze diferite date critice ale procesului.Pe fiecare HIS se pot crea mai multe pagini de afisare care să conțină informații diferite.

- Operating and monitoring functions – Componentă ce indică statusul

procesului prin afișarea alarmelor. [11] Vnet/IP

Acest protocol de comunicație a fost dezvoltat special pentru sistemele de control distribuit aplicate pe instalații de dimensiuni mari.Denumirea de Vnet/IP provine de la compatibilitatea acestuia cu predecesorul său,protocolul Vnet,folosește protocolul IP pentru scopuri generale.Oferă viteze de transfer de până la 1 Gbps cu ajutorul tehnologiel Ethernet 1000 baste-t.

Figura 4.3:Rețea Vnet/IP

La fel ca toate componentele arhitecturii DCS si rețeaua de comunicații este redundantă.Redundanța se realizează atât la nivelul echipamentelor de rețea cât si la nivelul magistralelor ce conectează echipamentele de switchuri.În mod normal dacă amebele magistrase sunt în stare de funcționare pe prima magistrală se va transmite informațiile cu priveire la controlul instlației iar pe cealaltă magistrală infotmațiile ce nu țin de control. Pentru operarea în timp real,Vnet/IP a adoptat o tehnologie ce permite planificarea transmisiei,prioritizarea informațiilor critice,răspuns rapid.Planificarea transmisiei este realizată atunci când cantități mai de date sunt transmise de mai multe stații în același timp,pentru a preveni întârzieri produse de pierdera pachetelor.Deși se folosesc switchui cu viteze 1Gbps ce împiedică coliziunea, pierdera datelor poate apărea atunci când un număr foate mare de pachete este primit de la mai multe stații.Protocolul Vnet/IP folosește un sistem bazat pe microcicluri pentru a elimina acest neajuns,fiecare microciclu conținând același tip de pachete.Prioritatea pachetelor este stată în câmpul Type of Service(ToS) al pachetului IP. [12]

3.3 Lista de semnale:

Pentru controlul procesului este nevoie să avem un control foarte ridicat asupra echipamentelor din câmp,de aceea fiecare echipament utilizează un număr mare de semnale.Aceste semnale vor fi folosite de către aplicația creată pentru a simula cât mai bine modul de funcționare al procesului. Clasificarea semnalelor:

După tipul de date: - Analogice – semnale transmise în mod continuu, ce pot fi în tensiune

sau curent având valori cuprinse între 2 limite.Prin astfel de semnale se transmit informații de control.

- Digitale – semnale ce au două valori(0 sau 1) logice.Acest tip de semnale este folosit pentru a trimite informații de stare,comandă si control.

După tipul semnalului: - Intrare – Acestea sunt semnale pe care unitatea centrală a DCS-ului le

primeste de la echipamentele din câmp si pe baza cărora ia decizii în funcție de logica prgramului ce rulează.

- Ieșire – Aceste sunt semnale pe care unitatea centrală a DCS-ului le transmite către diferite echipamente din câmp,semnale ce pot reprezenta comenzi de închis/deschis.

La semnalele de tip digital valorile de 1 sau 0 logic pot avea semnificații diferite în funcție de starea normală a echipamentului:

- Starea normal deschis: pentru un echipament a carui stare normală este deschisă o comandă de 1 logic va însemna închiderea/oprirea acestuia,iar o comandă de 0 logic va însemna revenirea în starea normală.

- Starea normal închisă:semnalele au efecte inverse față de starea normal deschisă,adică 1 logic însemnă inchiderea/oprirea echipamentului iar 0 logic deschidrea/pornirea acestuia.

Semnale interne: - Anunțiatore – variabile interne.Fiecare anununțiator are ca efect

generarea unui eveniment ce va fi păstrat în istoric.

- Switchuri – variabile interne prin intermediul cărora se face lagătura între semnalele de câmp și logica programului.

Toate semnalele din proces au fost definite după standardul KKS care împarte fiecare semnal în 2 parți:

- Denumirea echipamentului – va fi explicată în anexă. - Denumirea semnalului – este formată din 2 litere si 2 cifre.

- Litere au următoarele specificații:

Prima literă: X înseamnă intrare Y înseamnă ieșire

A doua literă: B inseamnă digital Q inseamnă analogic.

Pentru a ușura scrierea și înțelegerea semnalelor se va scrie doar partea ce cuprinde denumirea semnaluli. Semnalele unei pompe sunt următoarele: Semanele digitale de intrare:

- XB03 – "Ready" – semnal de intrare a cărui valorea de 1 logic înseamnă că pompa este în stare bună de funcționare.Valoarea 0 a acestui semnal nu specifică faptul că pompa este defectă ci doar faptul că nu este în stare bună de funcționare.

- XB07 – "Fault" – semnal complementar cu XB03.Valoare 1 a acestui semnal înseamnă că pompa este defectă.Valoare 0 înseamnă că pompa nu este defectă.

- XB06 – "Running" – acest semnal specifică dacă pomp este în funcțiune sau nu.

- XB46 – "Warning" – - XB23 – "Device local" – Valoarea 1 a acestui semnal repezită permisiunea de

a porni/opri pompa dor local.Valoare 0 a acestui semnal reprezintă permisiunea de Remote care permite pornire/oprirea pompei prin intermediul DCS-ului.

- XB04 – "Test" – Specifică dacă pompa este sau nu în modul de testare.

Semnale digitale de iesire:

- YB01 – "Comandă start" – Transmiterea valorii 1 prin acest semnal reprezintă comanda de pornire a pompei.Dacă semnalul are valoarea 0 comanda de pornire nu este activă.

- YB02 – "Comandă stop" – Valoare 1 a semnalului reprezintă comada de oprire a pompei.

- YB05 – "Resetare echipament" – Prin transmiterea valorii 1 pe semanalul acest semnal se va reporni pompa.

Switchuri:

- AST – comandă de start automată. - ASP – comandă de oprire automată. - SFLT – totalizator alarme. - FRST – resetare alarme.

Anunțiatoare:

- PST – protecție la pronire. - PSP – protecție la oprire. - RST – permisiune de pornire. - RSP – permisiune de oprire. - NRDY – echipament indisponibil.

- FLT – echipament defect. - DVM – deviație -. - DVP – deviație +. - TEST – echipament în testare. - WNG – avertizare.

Semnalele unei valve on/off: Semnale de intrare:

- XB01 – "Feedback deschis" – Transmite informatii dacă valva este deschisă.Valoarea 1 înseamnă că valva este deschisă,iar valoarea 0 înseamnă că valva nu este deschisă.

- XB02 – "Feedback închis" – Transmiterea unei valori 1 înseamnă că valva este închisă.Transmiterea unei valori 0 înseamnă că valva nu este închisă.

- XB03 – "Ready" – Transmite statusul valvei; valoare 1 înseamnă că valva este în stare bună de funcționare, iar valoare 0 semnifică că valva nu este în stare bună de funcționare(dar nu specifică că este defectă).

- XB07 – "Fault" – Transmiterea unei valori 1 prin acest semnal semifică o defecțiune a valvei,iar transmiterea valorii 0 semifică faptul că valva nu este defectă.

- XB22 – "Remote" – Valoarea 1 specifică dacă valva poate fi comandată prin DCS.

- XB23 – "Local" – Specifică dacă valva poate fi deschisă/închisă prin operare locală fară intervenția DCS-ului.

Semnale digitale de ieșire:

- YB01 – "Comandă deschis" – transmite comanda de deschidere a valvei. - YB02 – "Comandă închis" – transmite comanda de închidere a valvei.

Switchri:

- SFLT – totalizator alarme. - FRST – resetare alarme. - AOP – comandă automată de deschidere. - ACL – comandă automată de închidere.

Anunțiatoare:

- AV – antivalență. - POP – protecție la deschidere. - PCL – protecție la închidere. - ROP – permisiune de deschidere. - RCL – permisiune de închidere. - DVP – deviație +. - DVM – deviație -.

Semnalele traductoarelor: XQ01 – semnal analogic de transmitere a datelor măsurate în câmp.

3.4 Programul:

Pentru simulare a fost creat un program de simulare cu ajutorul softului Yokogawa,CENTUM VP,în care se va demonstra modul de funcționare al unei stalații de desulfurare. Aplicația va fi prezentată în două părți:

- Partea grafică – unde se va explica modul în care au fost create elementele vizuale.

- Partea de logică – în care se va explica modul în care sunt explicate toate secvențele si modelele echipamentelor.

3.4.1 Partea grafică Are rolul de a facilita utilizarea aplicației prin crearea unor elemente grafice ce pot fi ușor de urmărit de către operatori. Interfața grafică este creată cu ajutorul Graphic Buider-ului inclus în softul Centum VP.Acesta permite crearea de elemente grafice ce vor reprezenta echipamentele active(motoare,pompe,valve,traductoare,etc) din sistem.Tot pentru echipamentele active se crează o interfață pentru comanda(Faceplate) ,aceasta având înglobate toate semnalele atașate acelui echipament. Elementele grafice utlizate în aplicație nu fac parte din librăria standard inclusă în program,deoarece acestea sunt foarte generale având un număr foarte mic de elemente vizuale.Elementele folosite au fost create pentru a arăta starea în care se află echipamentul. Modul de crearea al unui element grafic: În elementul grafic prezentat în figura 4.4 este reprezentată de o pompă centrifigă cu toate elementele sale constructive.

Figura 4.4: Pompă centrifugă

Crearea acestui element s-a făcut pe bucăți,adică fiecare element repezentat a fost creat separat.Deoarece în timpul funcționării se dorește doar afișarea elementelor care exprimă starea echipamentului fiecare element la creare este setat astfel încât să fie afișat doar atunci când elementul reprezentat se află în starea respectivă. Această funcționare se realizează prin legarea tagurilor semnalelor reprezentate astfel încât doar la activarea acelor semnale elementele să fie afisate.De exemplu la o pompă toate acele elemente de indicare sunt afișate doar atunci când echipamentul se află în starea respectivă. Singurele elemente ce sunt totdeauna prezente sunt cele care reprezintă starea motorului(pornit/oprit),comanda și tagul KKS elementul fiind reprezentat ca în figura 4.5. Starea de pornit este reprezentă prin culoare verede iar stare de oprit pri culoarea gri.Același cod de culori este valabil si pentru comenzi.

Figura 4.5:Pompă centrifugă în timpul funcționări

Interfața pentru comandă(Faceplate) se crează din punct de vedere grafic în același fel ca si elementele grefice.Rolul acestu element este acela de a descrie modul de funcționare al echipamentului pe care îl reprezintă.

Figura 4.6:Faceplate

Așa cum se observă în figura 4.6 un faceplate oferă posibilitatea vizualizării stării în care se află echipamnetul cât si posibilitate de modificare a anumitor parametri care specifică modul de funcționare. Faceplate-urile fac legătura între elementele grafice si modul de funcționare al instalației,deoarece toată logica de funcționare a echipamentelor sunt direct legate la acestea. În urma studiului efectuat asupra instalațiilor de desulfurare am constata numărul mare de elemente ce trebuiesc controlate pentru o bună funcționare a unei asemenea instalații.Pentru aplicație în urma împărțirii instlației în subinstalații După împărțirea instalației în subinstalații am ajuns la următorul rezultat:

- Subinstalația de răcire a gazului. - Subinstalația de prelucrare a calcarului. - Subinstalația suluției de calcar. - Subinstalația de absorbție. - Subinstalația de recirculare. - Subinstalația de prelucrare a gipsului.

În crearea aplicației au fost neglijate subinstalațiiile de prelucrare a calcarului și de prelucrare a gipsului deoarece ele nu erau necesare pentru descrierea modului de funcționare al turnului de desulfurare. Rezultaul înlăturari acestor două subinstalații fiind prezentat în figura 4.7:

Figura 4.7:Schema procesului de desulfurare

3.4.2 Logica

Din punct de vedere logic echipamentele sunt caracterizate prin funcții tip care descriu funcționarea acestora.O dată creată funcția tip a unui echipament ea poate fi folosită pentru toate echipamentele de acel fel.

Pentru crearea funcționalității echipamentelor și a secvențelor create s-au folosit următoarele blocuri de funcții:

Blocul RL(Relațion Expression Block) – se execută în timpul testării condițiilor pentru un bloc de control sau de calcul.Testează relațiile numerice/logice dintre date,în funcție de expresiile scrise în bloc.

Calcu(General Purpose Calculațion Block) – este blocul funcțional care execută algoritmi de calcul definiți de utilizator.Algoritmi sunt scriși cu ajutorul unui limbaj general de calcul.Blocul CALCU-C are același rol cu specificarea că are terminale de I/O care pot manipula stringuri de date.

HAS3C(Extended Hybrid Manual Station Block) – este un bloc dedicat funcționalității faceplateurilor.Scopul său fiind acela de a opera pâna la cinci butoane de pe un faceplate

LC64(Logic chart block) – este blocul funcțional care descrie relațiile între semanlele de intrare,de ieșire și operatori de calcul prin conexiuni logice.

ST16(Sequence Table Block) – conține o tabelă de decizie care descrie relațiile dintre semnalele de intrare și ieșire.Prin crearea secvențelor de conexiune cu alte blocuri ,vor controla monitorizarea procesului.

PBS5C(Extended 5-Push-Button Switch Block) – este un bloc utilizat în faceplate care manipulează datele de la cinci butoane,și poate schimba indicatorii de pe faceplate în concordanță cu statusul fiecărui buton.

SFCSW(Sequential Function Chart) – este un limbaj de programare grafic folosit pentru a crea secvențe de control.Are în componența sa 3 elemente :Pas,tranziție,legătură.Procesare unui SFC se face în concordanță cu pași secvenței,fiecare pas și tranziție se execută începând cu prima linie.

PVI (Input Indicator Bloc) – această funcție afișază un semanal de intrare analogic primit de la uun modul de I/O sau de la un alt bloc ca variabilaă de proces.Acest bloc este folosit doar pentru indicare/afișare.

PID(PID Controller Block) – asigură o funcție de control generală bazată pe decalajul dintre variabila din proces si valoarea de refeință

AS-M(Auto-Selector Block) – Bloc ce face compararea între 2 sau 3 semnale analogice primite si selectează unul ca fiind valoarea ce va fi transmisă pe ieșire.Modul în care se va face seșâlectarea semnalului este setat cu ajutorului unui comutator intern astfe:

- Poziția 1 – Transmite valoarea primită pe prima intrare. - Poziția 2 – Transmite valoarea primită pe a doua intrare. - Poziția 3 – Transmite valoarea primită pe a treia intrare. - Poziția 4 – Compară cele trei semnale și transmite valoare

medie dintre cele trei. 3.4.3 Achiziția datelor:

Pentru a putea afișa intrările analogice a fost nevoie de legarea tagului semnalului la un bloc PVI în care se face scalarea mărimii din 4-20 mA în unitățile de măsură dorite.În figura 4.8 este reprezentat modul de achiziție a datelor de la un traductor de nivel cu scala de măsurare 0-15m.

Figura 4.8:Intrare Analogică

Pentru sistemul de votare semnalele de intrare se vor lega prin blocurile PVI aferente fiecăruia la un boc AS-M unde se va face selecția valorii medii măsurate la cele trei analizoare de gaz.

Figura 4.9:Sistem de votare

Pentru ieșirile analogice avem nevoie de blocul PID care implementează un algoritm de reglare proporțional-integrator-derivativ.Pe intrarea acestui bloc se va lega un semnal analogic de intare venit de la un traductor,semnal ce reprezintă

mărimea măsurată din proces. Regulator va calcula comanda pe care o va transmite prin semnalul analogic de ieșire către elementul de execuție.

Figura 4.10:Implementarea blocului PID

Din blocul PID se poate seta doar scala semnalului de ieșire.Setarea parametrilor regulatorului se face în fereastra de tuning din modul simulare așa cum este prezentat în figura 4.10

3.4.4 Funcții tip:

a) Funcția tip unei pompe: În funcția tip a unei pompe sunt implementate toate semnalele caracteristice unei pompe,enumerate în capitolul 4.2, restricțiile de funcționare cât si modul în care funcționarea este simulată Toate acestea sunt realizate într-un bloc de funcții al softului Centum VP.Bloc ce va fi multiplicat si editat pentru fiecare pompă în parte.Editarea blocului tip pentru fiecare pompă este facilitată de posibilitatea exportării funcției tip într-un document care poate fi ediat prin mijloace specifice.

Figura 4.11:Funcția tip a unei pompe

În figura 4.11 este prezentată funcția tip a unei pompe.După cum se poate observa este formată din mai multe blocuri de instrucțiuni fiecare având următoarele fucționalități. Pentru pompe în blocul RL sunt necesare următoarele relații:

Figura 4.12:Blocul RL

Aceste semnale sunt necesare pentru pornirea/oprirea unei pompe, toate relațiile având legătură cu comenzile de pornire/oprire si semnalul de feedback.Toate semnalele folosite în relațiile acetui bloc sunt luate din blocurile CALCU și LC64.Apelarea unui semnal se face prin apelarea numelui blocului de unde este luat urmat de extensia ce îl caracterizează. În blocul HAS3C este descris tipul și modul de reprezentare al butoanelor de pe faceplate.Pentru o pompă avem 3 butoane cu lampă de afișare atasată și o lampă pentru afișarea modului de operare.Pentru afișare se pot seta etchetele și culorile.

Figura 4.13:Blocul HAS3C

În blocul LC64 se găsește logica de funcționare pompei.Această logică este descrisă cu ajutorul conexiunilor logice care leagă semnalel între ele.Aceste

conexiuni se realizează cu ajutorul funcțiilor logice:and,or,not cât și a funcțiilor de timp:timere.

Funcție Simbol Descriere

AND

Bloc ce efectueză operația de ȘI logic

OR

Bloc ce efectuează operația de SAU logic

NOT Bloc de negare

TON

Bloc generator de puls activat pe frontul

crescător

OND

Bloc de timp

WOUT Bloc de resetare pe baza unui semnal

SRS1R

Bloc de set/reset cu o ieșire

Tabelul 4.1:Tabel cu funcții logice

Cu ajutorul blocurilor de funcții descrise în tabelul 4.1 se vor conecta semnalele astfel încât informațiile afișate operatorului să fie in concordanță cu starea echipamentului din câmp. În figura 4.14 este prezentată schema de conexiuni pentru o pompă

Figura 4.14:Blocul LC64

Blocul ST16 este caracterizat printr-o tabelă de semnale reprezentată în figura 4.15.

Figura 4.15:Blocul ST16

Această tabelă este împărțită in două componente:

- Condiții – Se află în partea de sus a tabelei,având denumirea C**,unde ** reprezintă numarul condiției.Fiecare condiție are în componență :

Tag.tip_date – este un semnal digital de intrare

Valoare – în funcție de tipul semnalului poate lua valorile:0/1,ON/OFF,GOOD/BAD

- Acțiunii – Situate în parte de jos a tabelei ele acționează asupra semnalelor interne(switchuri,anunțiatoare) dacă condițiile necesare au fost îndeplinite.

Verificarea condițiilor se face cu ajutorul unei matrici(reprezentată în partea dreaptă a figurii 16).Verificarea condițiilor se face pe coloane,deci dacă toate condițiile de pe o coloană vor fi indeplinte se va activa acțiunea corespunzătore.În figură este prezentată o funție SAU ce are loc între condițiile C08 – C11 care va activa acțiunea A06. Pentru ficare tip de echipament folosit s-au creat astfel de funcții tip care descriu modul de funcționare.Pentru aplicația implementată avem implementate 4 astfel de funcții. 3.4.5 Secvențe de pornire/oprire:

Astfel de secvențe au fost implementate pentru fiecare grup de echipamente care prezintă dependențe funcționale.În aplicație aceste grupuri sunt formate din pompe și valve,pornirea pompei fiind condiționată de deschiderea valei. Aceste secvențe se fac cu ajutorul blocului SFCSW în care se implementează o diagramă secvențială de stări.În figura 4.16 este repezentată secvența de pornire a grupului principal aflat pe evacuarea soluției de calcar din rezervor:

Figura 4.16:Secența de pornire a unei pompe

Mod de funcționare

- La primul pas se fac inițializările semanlelor folosite și se crează un alias pentru acestea. Tot în acest pas se se trec echipamentele pe manual.

- Tranziția la pasul 2 se face automat,deoarece nu este există nici o condiție de verificat.

- Pasul 2 : se trimite comanda ,prin setarea switch-ului intern 01HTK02AA101AOP, de deschidere a valvei.

- Pe tranziția urătoare prin intermediul feedback-ului de valvă deschisă 01HTK02AA101XB01 se verifică dacă s-a deschis valva.

- Pasul 3:se resetează comanda de deschidere a vlavei,și se trimite comanda de pornire a pompei,prin setarea switchului intern 01HTK02AP001AST.

- Următoarea tranziție verifică dacă pompa a pornit prin verificarea feedbackului de pompă pornită,01HTK02AP001XB06.

- La ultimul pas se resetează comanda de pornire a pompei. La secvența de închidere se vor modifica semnalele de comandă si feedback. Secvența va avea același număr de pași dar ordine va fi următoarea:

- Se trimite comanda de oprire a pompei. - Se așteaptă feedback-ul de pompă oprită. - Se trimite comanda de închidere a valvei. - Se așteapă feedback-ul de valvă închisă.

Secvențele de pornire/oprire ale tuturor grupurilor din instalație urmăresc aceași secveță. Pentru rezervorul cu soluție de calcar a fost implementat un al doilea grup de evacuare a soluției,care va prelua funcțiile primului gurp dacă acesta se defectează sau dacă presiune soluției prin conductă scade sub un anumit nivel precizat de traductorul de presiune 01HTK02CP001,sau la intervemția operatorului prin intermediul butoanelor. Secvența de comutare a fost realizată cu ajutorul a două blocuri; LC16 și RL. În blocul RL sa făcut comaprarea valorii măsurate cu ajutorul traductorul de presiune cu valoare de declanșare a comutării dintre cele două ramuri. În figura 4.17 este prezentată schema de comutare:

4.17:Blocul LC16 din secvența de comutare

Concluzii: Datorită probelemelor produse de poluare asupra calității vieți,cerințele privind poluare produsă de proceselor industriale au devenit din ce în ce mai riguroase,astfel mediile industriale au fost nevoite să dezvolte noi metode mai eficeinte de realizare a acestor obiective. În această lucrare s-a propus o metodă de reducere a poluării aerului cu dioxid de sulf bazată pe reacțiile chimice dintre dioxidul de sulf și carbonatul de calciu,care au ca rezultat sulfatul de calciu(gips) care poate fi la rândul său valorificat. Pentru implementarea aplicației am ales o instalație de desulfurare bazată pe procedeul umed cu turn de pulverizare.Turnul de pulverizare face recircularea soluției prin intermediul a trei pompe,două în funcțiune si una ăn așteptare. În instalație au fost implementați mai mulți algoritmi de reglare de tip bipozițional cum ar fi:

Reglarea cantității de soluție recirculată.

Reglarea pH-ul în absorber.

Reglarea cantității de soluție evacuată. cât și doi algorimi de reglare ce folosesc o structură convențională cu un singur grad de libertate ce conțin regulatore proporționale pentru:

Reglarea nivelului în rezervorul de acumulare a soluției de calcar

Reglarea nivelului în bazinul absorberului Prin implementarea acestei aplicații,cu ajutorul firmei Yokogawa, m-am familiarizat cu programul Centum VP folosit pentru a implementa aplicații de control distribuit cât si cu programul Pro-Safe RS folosit pentru a implementa alicații de siguranță în funcționare pentru procesele industriale.Pentru acesta din urmă am făcut un curs de pregătire.

Bibliografie: [1] Nicolae Ilaș,Angelica Drăghici, Dan Drăguțoiu, Sebastian Gherlagiu, Alina Cornescu. 2009. Poluarea produsă de industria petrolului si factorilor de mediu. Universitatea din Petroșani. [2] Prof.univ.dr.ing. Dumitru Fodor. 2006. Influența industriei miniere asupra mediulu. Universitatea din Petroşani [3] www.eia.gov –U.S. Energy Informațion Administrațion [4] R.V. Bravo,R.F. Camachol, V.M. Moya,L.A.I.Garcia. 2002. Desulphuruzation of SO2-N2 mixtures bu limestone slurries. Chemical Engineering Science 57. [5] Ravi K. Srivastava, 2000 CONTROLLING SO2 EMISSIONS:A REVIEW OF TECHNOLOGIES. U.S. Environmental Protection Agency National Risk Management Research Laboratory Research Triangle Park. [6] Paul S. Nolan. 2000.Flue gas desufurization technologies for coal-fired power plants. Coal-Tech 2000 International conference. [7] Qi Zhang,Keting Gui.2009, A novel semidry flue gas desulfurization process with the magnetically fluidized bed reactor.Journal of Hazardous Materials

[8] Prassad Y. Duggirala,Formation of Calcium Carbonate Scale and Control Strategies in Continuous Digesters, Research Associate at Pulp and Paper Research Nalco Company. [9] George Barrett, Decentralized supervisory control with communicating controllers. [10] Centum VP System Overview [11] Kawashima Tetsuya,New human intereface station ”HIS” for centum VP [12] Demachi Kouji,Akabane Kuniharu,Nakajima Takeshi Yokoi Toyoaki, Vnet/IP Real-Time plant network system. [13] Dan Ștefănoiu,Janeta Culiță. 2008, Modelarea analitică și experimental a sistemelor [14] Sergiu Stelian Iliescu. 2006, Teoria reglării automate. [15] Ioan Dumitrache. 2005. Ingineria reglării automate. [16] *** Documentație Yokogawa [17] Brian Bouma. Overview and control of DC and AC Motors