Устройство для автоматического управления процессом обессоливания нефти

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) (11) 1)4 В О 1 В 17 00 ИСАНИЕ РЕТ ЕЛЬСТВУ ескии инсти Октябрьскоции .Видюк,ство СССР00 ) 1961,во СССР00, 19 Ь 1.МАТИЧЕСКОГССОЛИВАНИЯ етельст 0 С ЗЗ/ ДЛЯ АВТО СОМ ОБЕ 57) Изобрет е автоматич нефти в отстои быть использоцессом .ном ап вано в ссоливания арате и мож нефтедобываю и промышленно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(54) УСТРОЙСТВОУПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕСНЕФТИ е относится к техниого управления проти на стадии первичной подготовкинефти. Целью изобретения являетсяуменьшение себестоимости процессаподготовки нефти и улучшение качества нефти, В состав устройства дляавтоматического управления процессомобессоливания нефти входят датчик 1расхода, отстойник 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 умножения, регистр 5 хранения настоящегокоэффициента, сумматор 6, функциональный преобразователь 7, цифроаналоговый преобразователь 8, элемент9 сравнения, датчик 10 расхода химического реагента, регулятор 11, исполнительный механизм 12, анализатор 13 солености готовой нефти, сумматор 14, пульт 15 управления, сумматор 16, регистр 17 хранения данных, задающий генератор 18, двоичный счетчик 19) одновибратор 20,вентиль 21, одновибратор 22 и распределитель 23 импульсов. 4 ил.1473795 50 Изобретение относится к технике автоматического управления процессом обессоливания нефти в отстойном аппарате и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности на стадии подготовки нефти.Цель изобретения - улучшение качества выходного продукта за счет повы шения точности регулирования, а также уменьшение себестоимости нефти за счет экономии дорогостоящего хи,мического реагента.На фиг. 1 представлена функцио нальная схема системы управления расходом химреагента, подаваемого в отстойный аппарат; на фиг. 2 - структурная схема функционального преобразователя; на фиг3 - временные диаграммы, иллюстрирующие последовательность генерации синхроимпульсов; на фиг. 4 - схема пульта управления.Устройство (фиг,1) содержит датчик 1 расхода сырой нефти, поступающей в отстойник 2, соединенный через аналого-цифровой преобразователь 3 с первыми входами блока 4 умноже.ния, вторые входы которого соединены с выходом регистра 5 хранения постоянного коэффициента, а выходысоединены с первым входом сумматора 6, вторые входы которого соединены с выходами функционального преобразовате ля 7, а выход соединен через цифроаналоговый преобразователь 8 с пер вым входом элемента 9 сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика 10 расхода химического реагента (химреагента), а выход - с входом регулятора 11, связанного 40 через исполнительный механизм 12 сзадвижкой, Анализатор 13 соленостиготовой нефти соединен с первым входом1первого сумматора 14,второй вход которого соединен с информационным вы ходом пульта 15 управления, а выход - с первым входом второго сумматора 16, выход которого соединен с входом функционального преобразоваГтеля 7 и с информационным входом регистра 17 хранения данных, Задающий генератор 18 соединен с входом двоичного счетчика 19, выход которого соединен через одновибратор 20, вентиль И 21 и одновибратор 22 с 55 первым входом распределителя 23 импульсов.Функциональный преобразователь (фиг,2) содержит многовходовую схему НЕ-И 24, инверторы 25 и 26, вентиль И 27, мультиплексор 28 и регистры 29 и 30. При этом один из входов схемы НЕ-И 24 является также входом элемента НЕ 25, а его выход соеди" нен с входом инвертора 26 и с первым адресным входом мультиплексора 28. Выходы инверторов 25 и 26 являются входами вентиля И 27, выход которого соединен с вторым адресным входом мультиплексора 28, третий адресный вход которого соединен с линией знакового разряда числа, .поступающего на вход схемы НЕ-И 24, устройство (фиг,1) снабжено связями 31-47, а функциональный преобразователь (фиг,2.2) снабжен связями 48-50.Пульт 15 (фиг.4) содержит переключатель для задания требуемого значения солености нефти и имеет соответственно входы 51-66 и выходы 67-82 (позиции 55-62 и 71-78 не обозначены).;На выходах 67-82 будут сигналы ло- гической "1", если соответствующие входы 51-.66 будут соединены с землей (общий контакт) с помощью переключателя; Шестнадцатиразрядное дво" ичное число на выходе инверторного регистра рассматривается как целое и отрицательное (поскольку задание по солености должно поступать в сумматор 14 со знакомминус - старший разряд знаковый), Выходы 67-82 микросхем 1155 ЛАЗ соединены непосредственно с вторыми входами сумматора 14, Сигналы управления для инверторного регистра не требуются, так как заданное переключателем значение солености нефти постоянно находится на выходах 67-82 (фиг.4), Занесение заданного значения в сумматор 14 производится третьим импульсом распределителя 23, поступающим по линии 36. Регистры 5, 29 и 30 собраны на микросхемах К 155 ЛАЗ (фиг.4). Входы 51-66 этих регистров соединены постоянно с землей или шиной питания +5 В через резисторы (в зависимости от того, какой логический сигнал требуется на конкретном выходе "1" или "0"). Благодаря использованию такой простой схемы для регистров 5, 29 и 30 сигналы управления не требуются, Выходной код регистра 5 постоянно присутствует на выходах 67-82 и записывается в блок 4 умноже737950,5 мс на каждый импульс генератора18 (фиг,3), Эти импульсы поступаютв распределитель 23 импульсов по линии 33 в качестве импульсов переключения.По приходу первого импульса отодновибратора 22 на выходе 34 распределителя 23 импульсов появляетсяимпульс, который вызывает обнуление цифрового комбинационного сумматора 14, Второй импульс, поступающий полинии 35,вызывает занесение в.сумматор 14 значения солености готовой нефти, поступающее от анализатора 13, а третийимпульс, поступающий по линии 36,вызывает занесение в сумматор 14 заданного значения Я д солености нефти со знаком минус, поступающее иэпульта 15 управления, В результате 20 на выходе сумматора .14 получаетсяошибка поддержания заданной соленостинефти. Пересылка данных между цифровыми блоками осуществляется по шестнадцатиразрядным шинам, которые изоб ражены на фиг, 1 двойными линиями, асинхронизирующие и аналоговые сигналыпередаются по обычным одинарным линиям. 30 35 40 1 = , (Я, - Я),(2) ния синхроимпульсом, поступающим по линии 46 из распределителя 23.Выходные коды регистров 29 и 30 также постоянно присутствуют на информационных входах мультиплексора 28. Однако на выход мультиплексора 28 пропускается код, который определяется комбинацией адресных сигналов на входах 48-50,Устройство работает следующим образом.После включения устройства срабатывает схема генерации импульса "Сброс", которая находится в пульте 15 управления. Импульс "Сброс" поступает по линии 31 и в двоичный счетчик 19 и устанавливается его в нулевое состояние. На вход задающего генератора 18, представляющего собой усилитель-ограничитель, поступают синусоидальные колебания частотой 50 Гц от сети питания. Выходом задающего генератора являются положительные прямоугольные импульсы (меандр) частотой 50 Гц (период 20 мс) амплитудой 3 В. Эти импульсы поступают на вход шестнадцатиразрядного двоичного счетчика 19. Анализатор 13 солености регистрирует показание солености нефти на выходе аппарата каждые 20 мин.Чтобы получить промежуток времени, равный 20 мин, на вход счетчика необходимо подать 60000 импульсов.Шестнадцатиразрядный счетчик позволяет получить максимальный коэффициент пересчета 65535. Для получения коэффициента пересчета 60000 введены обратные связи, переводящие счетчик. в нуль по приходу 60000-го импульса. После прихода 60000-го импульса счетчик 19 устанавливается в нулевое состояние, а на его выходе формируется положительный импульс длительностью 15 мс, который запускает одно" вибратор 20 и устанавливает в еди".ничное состояние первый 0-триггер распределителя 23 импульсовПосле этого счетчик 19 снова начинает счет до 60000. Выходной импульс одновибратора 20 длительностью 265 мс поступает на первый вход вентиля.И 21, на второй вход которого подаются им пульсы от задающего генератора, по-.ступающие по линии 32, которые запускают одновибратор 22, генерирующий короткий импульс длительностью В предлагаемом устройстве минимализируется квадратичный критерий качества управления1 = 3(Я - Я,.)а, (1) где Я - значение солености нефтина выходе аппарата в текущий момент времени, измеряемое анализаторомсолености;Я - заданное по технологическоЗадму регламенту значение солености нефти на выходе аппарата, поступающее с пультауправления;(О,т) - заданный интервал времени.Так как устройство автоматического управления реализовано на цифровых элементах, в предлагаемом устройстве используется критерий качества 1 в дискретной форме где- номер шага измерения солено.сти нефти;Я. - значение солености нефти на-м шаге измерения.Необходимым условием минимума функции является равенство .нулю ее первой производной.5 14737Условием минимума функционала качества (2) является,95 629 и 30 для хранения значений дС,и - Ср,Значение градиента со знаком поступает на вход схемы НЕ-И 24, навыходе которой формируется сигнал логической "1", если градиент равеннулю. Знаковый разряд подается отдельно на элемент-НЕ 25, на выходекоторого будет "1", если число положительное. Однако самого знакового разряда недостаточно для подтверждения наличия ненулевого положительного числа. Поэтому выходной сигналсхемы НЕ-И 24 подается дополнительнона элемент НЕ 26 на выходе которогобудет "1", если градиент не равеннулю. Таким образом, на выходе вентиля И 27 будет сигнал "1", еслиградиент больше нуля. Если градиентотрицательный, то об этом свидетельствует единица в знаковом разряде.На адресных входах. мультиплексора28, к которому подключены линии 4850, возможны следующие комбинациисигналов:100 если 1=0;010 если 1)0;001 если 1(0,Эти комбинации используются длявыбора требуемого выходного сигналамультиплексора 28. Если на адресныхвходах 48-50 мультиплексора 28 комбинация сигналов 100, то на его выходе формируется нулевое значение,Если 010, то на выход мультиплексора 28 передается положительное приращение расхода химреагента из регистра 29, если на адресных входах 001,то на выход передается отрицательноеприращение расхода химреагента из регистра 30,С выхода функционального преобразователя 7 значение дС р с соответствующим знаком поступает на второйвход сумматора 6, на первый вход которого поступает сигнал, равный заданному значению расхода химреагента С " с выхода блока 4 умноже, ния,,Сумматор. 6 синхрониэируется сигналами от распределителя 23 (вось,мой, девятый и десятый синхроимпульсы), На первый вход блока 4.умножения подается через АЦП 3 сигнал Сот датчика 1 расхода сырой нефти,подаваемой в отстойник 2.В блоке 4 умножения сигнал Сумножается на коэффициент пропорцио. функциональный преобразователь 7 55 содержит схему НЕ-И 24 (на.вентилях. НЕ-И), элементы НЕ 25 и 26, вентиль И 27, мультиплексор 28 и регистры С 11. ф-"(3)В предлагаемом устройстве исследуется знак градиента функции 1.Если8 тай 1 (О, то функция 1 возрастает,т,е, отклонение солености нефти от 10заданного значения уменьшается,Таким образом, коррекция расходаимреагента осуществляется в зависиости от знака градиента функции 1.Выражение (3) реализуется с помощью сумматора 16 и регистра 17 хранения промежуточного результата. Сумматор 16 сбрасывается в нуль четвертым сигналом, поступающим по линии37 от распределителя 23,20Значение ошибки солености нефтипоступает по шине 40 на первый информационный вход комбинационного сумматора 16 и заносится в.него пятымсинхроимпульсом, поступающим по линии 38 от распределителя 13. На второй информационный вход сумматора16 поступает с выхода сдвиговогорегистра 17 предыдущее значение суммы (3), которое заносится в сумматор 16 шестым синхроимпульсом, поступающим по линии 39 от распределителя 23 Значение градиента функционала качества поступает с выхода сумматора 16 с соответствующим знаком навход регистра 17, в который оно записывается седьмым синхроимпульсомраспределителя 23 поступающим полинии 41. Так как в дальнейшем используется только знак градиента, тоумножать .сумму (3) на два нет необ.ходимости,Значение градиента функционалакачества поступает также на входфункционального преобразователя 7,который работает следующим образом.Если на его вход поступает положительное значение градиента (функция1 возрастает), то на выходе будетположительное приращение расхода хим.реагента ( Ь С ). Если на вход блока 7 поступает отрицательное значение, то на его выходе формируетсянулевой сигнал,фнальности К, который подается навторой вход умножителя 4 иэ регистра 5. Умнбжитель 4 синхронизируетсяодиннадцатым, двенадцатым и тринадцатым синхроимпульсами, поступающи 5ми по линиям 45-47 от распределителя23, Коэффициент пропорциональностиК подбирается в процессе настройкивсего устройства.С выхода сумматора 6 на ЦАП 8 поступает цифровой код, значение которого равно Сф ЛС = К С+ВС .ЦАП 8 преобразует этот код в ана"логовый сигнал, который подаетсяна первый вход элемента 9 сравнения,на второй вход которого подается сигнал Сот датчика 10 текущего растйКхода химреагентаС выхода элемента .9 сравнения сигнал ошибки(Схр + 4 Схр) С задпоступает на вход регулятора 11, который выдает управляющий сигнална исполнительный механизм 12, свя"занный с задвижкой на линии подачи 25химического реагента,В предлагаемом устройстве повышается на 8-103 точность управленияпроцессом подготовки нефти, так какуправление расходом химреагента осу 30ществляется не по косвенному показателю (вязкости), а непосредственнопо качественному показателю (солености) нефти. Это приводит к улучшению качества подготавливаемой нефти,В связи с тем, что в предлагаемомустройстве осуществляется коррекцияпо расходу химреагента в зависимостиот величины и знака градиента функционала качества (квадрата отклонения солености нефти от заданногозначения) по солености, существенноповышается оперативность управленияпроцессом. Это приводит к уменьшению технологической себестомостипроцесса за счет экономии дорогостоящего химреагента,Формула изобретения50Устройство для автоматического управления процессом обессоливания нефти, содержащее датчик и регулятор расхода химического реагента, датчик расхода сырой нефти, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения себестоимости процесса подготовки и улучшения качестванефти, в его состав дополнительно введены анализатор солености, первый, второй и третий сумматоры, пульт управления, функциональный преобразователь, блок умножения, первый и второй запоминающие регистры, задающий генератор, двоичный счетчик, первый и второй одновибратор, вентиль И распределитель импульсов; аналогоцифровой и цифроаналоговый преобразователи,при этомвыход анализаторасолености нефти соединен с первыми входами первого сумматора, вторые входы которого соединены с выходами соответствующих контактов переключателей пульта управления, третьи,входы первого сумматора соединены с первыми выходами распределителя импульсов, выходы первого сумматора соединены с первыми входами. второгосумматора, вторые входы которогоСоединены с выходами первого запоминающего регистра, третьи выходы соединены с вторыми выходами распределителя импульсов, выходы второго.сумматора соединены с первыми входамипервого запоминающего регистра ифункционального преобразователя, выходы которого соединены с первыми входами третьего сумматора, вторые входы которого соединены с третьими выходами распределителя импульсов, третьи входы третьего сумматора соединены с выходами блока умножения,- первые входы которого. соединены с четвертыми выходами распределителя импульсов, пятый выход которого соединен с вторым входом первого запоминающего регистра вторые входы блока умножения соединены с выходами второго запоминающего регистра, а третьи входы - с выходами аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика расхода сырой нефти, выходы третьего сумматора соединены с входами цифроана.логового преобразователя, выход которого соединен с первым входом элементасравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода химического реагента, выход элемента сравнения соединен через регулятор с входом исполнительного механизма подачи химического реагента, выход задающего генератора соединен .с первым входом вентиля И и двочного счетчика соответственно, второй вход которого соединен с выходом задания солености нефти пульта управления, выходдвоичного счетчика соединен с первымл. входом распределителя импульсов ивходом первого одновибратора, выходкоторого соединен с вторым входом 1473795 1 Овентиля И, выход которого через второй одновибратор соединен с вторымвходом распределителя импульсов.Составитель А.Прусковцовактор А.Иотыпь Техред Л.Олнйньа Корректор Л.Пилипен при ГЕНТ ССС гарина,10 роизводственно-издател Заказ 1822/4 Тираж 600 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. комбинат "Патент", г. ужгород, ул 1