پایان نامه ارشد برق شبیه سازی واحد EDC پتروشیمی بندر امام و بهبود کنترل آن

چکیده:

از آنجا که کشور ما یکی از تولیدکنندگان بزرگ نفت و محصولات پتروشیمی در جهان است، به روز نمودن شرایط تولید محصولات مختلف با توجه به تقاضای بازارهای جهانی، داشتن حق انتخاب تولید محصولات جانبی و احساس نیاز به داشتن عکس العمل های سریع وصحیح در شرایط مختلف عملیاتی، می تواند اهمیت کنترل کارخانه های نفتی و شیمیایی با روشهای هوشمند و پیشرفته را نشان دهد. در این تحقیق، کارخانه پتروشیمی EDC شرکت پتروشیمی بندر امام شبیه سازی شده است. با توجه به کارآیی بالای نرم افزار HYSYS، شبیه سازی در محیط این نرم افزار انجام پذیرفته است.

با توجه به قابلیت ها و کارایی الگوریتم ژنتیک، از این الگوریتم جهت بهینه سازی پارامترهای کنترل کنننده های کارخانه، استفاده شده است.

MATLAB به عنوان نرم افزار اصلی برنامه نویسی انتخاب شده، با کمک نرم افزارهای VB و EXCEL لینک ارتباطی بین نرم افزارهای MATLAB و HYSYS بوجود آمده است.

با اجرای برنامه، پارامترهای کنترل کننده، بهینه گردیده و نتایج مطلوبی حاصل شده است.

فصل اول

مقدمه

عملیاتی که مربوط به کنترل فرآیند باشد اغلب در طبیعت موجود است، چنین کنترل فرآیند “طبیعی” می تواند برای هر عملیاتی که مشخصه های فیزیکی داخلی را که برای یک سازمان مهم هستند را تنظیم می کند، تعریف شود.

انسانهای نخستین متوجه شدند که تنظیم بعضی از پارامترهای محیط خارجی آنها، برای بهبود زندگی بسیار ضروری هستند. این تنظیم می توانست به عنوان “کنترل فرآِیند به صورت مصنوعی” یا به صورت ساده تر به عنوان “کنترل فرآیند” تعریف شود. این نوع از کنترل فرآیند، با بررسی یک پارامتر، مقایسه آن با مقدار مورد نیاز و ایجاد یک اکشن کنترلی برای نزدیک شدن آن پارامتر به مقدار مورد نیاز صورت می پذیرد. یکی از نمونه های اولیه چنین کنترلی استفاده انسان های اولیه از آتش برای تنظیم درجه حرارت محیط اطرافشان بود.

دوره کنترل اتوماتیک فرآیند زمانیکه بشر تنظیم کردن اتوماتیک پروسه ها برای تولید محصولات یا مواد فرآیندی بهتر را آموخت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت.

کنترل سیستم ها و اتوماسیون در صنایع از قرن 19 میلادی مورد توجه قرار گرفت. با رشد کمی و کیفی صنایع مختلف ، از سالهای 1950 به بعد رشد و پیشرفت چشمگیری پیدا نمود و توانست نقش بسیار اساسی در پیشرفت صنایع مهندسی داشته باشد.

سیستم های کنترل در عمل معمولا پیچیده می باشند و همین امر ایجاب می نما ید که این سیستم های پیچیده، مورد تحلیل و مدلسازی ریاضی قرار گیرند. در این عمل اصول ریاضی و قواعد مشابهی برای تجز یه و تحلیل، مدلسازی و طراحی سیستم کنترل برای موارد مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و نحوه بررسی دینامیک سیستم ها و اصول طراحی کم و بیش مشابه می باشد و جالب است که بدانیم اصول طراحی سیستم کنترل برای یک راکتور شیمیایی یا برج تقطیر مشابهت فراو انی با طراحی سیستم کنترل جنگنده های F-16، جمبوجت بوئینگ 747، اتومبیل های سریع مسابقه ای و بیل مکانیکی جمع آوری زباله دارد.

امروزه با توجه به گسترش و پیچیده گیهای روزافزون صنایع نیاز به فراگیری زمینه های مختلف علم و کنترل و طراحی سیستم های کنترل و برطرف سازی نقایص اینگونه سیستم ها بیش از پیش احساس می شود، چرا که سیستم های کنترل در کارخانجات به خصوص صنایع شیمیایی همواره با خطرات و مشکلات عدیده ای از نظر ا یمنی دست به گریبان بوده است و این سیستم ها که در حکم مغز آن واحد ها می باشند، فرآمین مورد نظر را به قسمت های مختلف ارسال می کنند. واکنش های ناشی از این فرامین و یا تغییرات محیطی بوجود آمده در آن بخش را از طریق سیستم دریافت می نمایند تا فرآمین متناسب را جهت رفع تغییرات و برقراری توازن و تعادل در آن قسمت صادر نمایند. دانستن و کاربرد علم کنترل عامل بسیار مهم در دست یابی به بازده بهینه سیستم های دینامیکی می باشد.

روشهای متعارف مختلف طراحی سیستم کنترل، معمولا روشهای سعی و خطا می باشند، که در آنها برای استفاده پارامترهای طراحی یک سیستم قابل قبول، روشهای مختلف تحلیل، بطور تکراری مورد استفاده قرار می گیرند. نحوه عملکرد قابل قبول سیستم معمولا بر حسب مشخصه های زمانی نظیر زمان صعود، زمان قرار، حداکثر جهش و یا برحسب مشخصه های فرکانسی نظیر حد فاز، حد دامنه و پهنای باند بیان می شود. لیکن با این روش، در مورد سیستم هایی با چند ورودی و چند خروجی که نیازهای تکنولوژی امروزه را برآورده می نمایند، باید معیارها یا نحوه عملکرد های گوناگونی صادق باشند.

روش جدید و مستقیم طرح چنین سیستمهای پیچیده ای که کنترل بهینه نامیده می شود، با توسعه کامپیوترهای دیجیتال، امکان پذیر شده است.

هدف سیستم بهینه تعیین سیگنالهای کنترل به طوری است که در محدودیتها یا قیود فیزیکی صدق کرده و در ضمن نحوه عملکرد یا معیار معینی را حداقل یا حداکثر نماید.

در طرح سیستم های کنترل، هدف نهایی بدست آوردن کنترل کننده ای است که باعث عملکرد سیستم بطریق مطلوبی شود. معمولا پارمترهای دیگری نظیر وزن، حجم، قیمت و قابلیت اعتماد نیز در طرح کنترل کننده تاثیر داشته و بین مشخصات مورد لزوم نحوه عملکرد و ملاحظات اجرایی باید کم و زیاد نمود. طراح با استفاده از مشابه سازی، تحلیل ریاضی یا روشهای ترسیمی اثرات جاسازی تجهیزات و وسائل فیزیکی مختلف را در سیستم برآورد مینماید.

با روش سعی و خطا، یا یک طرح کنترل کننده قابل قبولی بدست می آیِد و یا طراح نتیجه می گیرد که مشخصات مورد لزوم نحوه عملکرد، نمی توانند مصداق پیدا کنند.

تعداد صفحه : 116

چکیده ................................................................................................................................ الف
مقدمه ................................................................................................................................ 1
موضوع پایان نامه ......................................................................................................... 6
ساختار پایان نامه ......................................................................................................... 6
8................................................................................ EDC فصل دوم : کلیاتی از کارخانه
-1-2 مقدمه..................................................................................................................... 9
-2-2 کلراسیون مستقیم.............................................................................................. 9
-1-2-2 خلاصه ............................................................................................................ 9
-2-2-2 فلسفه طراحی فرآیند .................................................................................. 12
-3-2-2 شرح فرآیند ................................................................................................ 12
-1-3-2-2 دستگاه کلریناسیون................................................................................ 12
-3-2 سیستم بازیابی اتیلن دی کلراید ..................................................................... 14
-1-3-2 شستشوی اتیلن دی کلراید......................................................................... 16
-4-2 خالص سازی اتیلن دی کلراید ......................................................................... 21
-1-4-2 خلاصه .......................................................................................................... 21
-2-4-2 فلسفه طراحی.............................................................................................. 22
-3-4-2 برج جداکننده ترکیبات سنگین.................................................................. 23
فصل سوم : الگوریتم ژنتیک......................................................................................... 27
-1-3 مقدمه ............................................................................................................. 28
-2-3 مقایسه مقاوم پذیری روشهای جستجو و بهینه سازی مرسوم..................... 29
-3-3 اهداف بهینه سازی ....................................................................................... 32
-4-3 موارد اختلاف الگوریتم ژنتیک با روشهای مرسوم........................................ 32
-5-3 الگوریتم ژنتیک ساده .................................................................................... 35
-1-5-3 انتخاب ....................................................................................................... 36
-2-5-3 عملگر جابجائی ( کراس آور )................................................................... 39
-3-5-3 عملگر جهش.............................................................................................. 40
-6-3 قابلتهای شباهت ............................................................................................ 42
-7-3 یادگیری اصطلاحات فنی ................................................................................ 45
-8-3 قضیه اساسی الگوریتم ژنتیک ....................................................................... 47
-9-3 تبدیل تابع هدف به فرم تابع برازندگی.......................................................... 48
-10-3 مقیاس بندی تابع ارزش ................................................................................ 48
-11-3 کد بندی ......................................................................................................... 51
فهرست مطالب
فصل چهارم : شبیه سازی........................................................................................... 52
-1-4 مقدمه ................................................................................................................ 53
61 ......................................... HYSYS -2-4 شبیه سازی کارخانه در محیط نرم افزار
62 .................................................................................. Fluid PKG -1-2-4 ساختار
-2-2-4 تعیین چهارچوب ترمودینامیکی فرآیند ..................................................... 63
-3-2-4 تعیین اجزاء ، مواد و ساختن فهرست مواد ................................................ 65
66.............................. Fluid PKG -4-2-4 تعیین معادلات ترمودینامیکی در برگ
67 .................................................Fluid PKG در پنجره Setup الف )برگه
67 ................................... Fluid PKG در پنجره EDC ب )معادلات حالت
69................................................................SBM -5-2-4 تعریف واکنش ها در پنجره
70.................................................................................. Library -6-2-4 واکنش های
-7-2-4 اتمام شبیه سازی........................................................................................... 71
74................. MATLAB های الگوریتم ژنتیک در نرم افزار M-File -3-4 نوشتن
75........MATLAB و HYSYS -4-4 نحوه تبادل اطلاعات و فرامین بین نرم افزارهای
76 .......................................... Excel به نرم افزار HYSYS -1-4-4 اتصال نرم افزار
برای برنامه نویسی .................................................. 77 Excel الف) آماده سازی
ب ) ساختن رابط کاربر...................................................................................... 78
79............................................... HYSYS ج) ساخت مسیر ارتباطی در محیط
86..................... Excel و انتقال اطلاعات به HYSYS د )اجرای سیمولیک در
87................................. Excel با نرم افزار MATLAB -2-4-4 اتصال بین نرم افزار
چیست ؟ ........................................................................... 87 Excel Link ( الف
ب) درک محیط................................................................................................... 87
88............................................................................. Excel ج) نصب و اجرا لینک
88...............................…EXCEL برای کار با لینک EXCEL د) پیکره بندی
89.......................................................................EXCEL کردن لینک Start( ه
89...........................................................MATLAB و)اتصال به یک لایه موجود
90.......... HYSYS وMat lab جهت ارتباط با نرم افزار های M-File -3-4-4 نوشتن
91................ HYSYS در Mat lab الف )دستور انجام تغییرات متغیرهای مورد نظر از
در MATLAB ب ) دستور انجام تغییرات پارامترهای کنترل کننده ها ازمحیط
92......................................................................................................HYSYS محیط
فصل پنجم : نتیجه گیری ............................................................................................. 94
مراجع فارسی................................................................................................................ 99
فهرست مطالب
مراجع غیر فارسی