д.т.н., профессор Тлебаев М.Б.

магистр Маматаева Д.У.

магистр Байжарикова М.А.

магистр Назаров Д.

магистр Сламкулова М.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати

Разработка программного обеспечение моделирования процесса разделения воздуха в криогенной установке

В данной работе создано программное обеспечение компьютерного математического моделирования ректификационной колонны. Данный программный продукт обладает преимуществом в проведении расчетных показателей, отображая химические процессы компьютерного и математического моделирования в реальном режиме времени с визуализацией результатов расчета.

При разработке программы кроме использования стандартных компонент Delphi были разработаны и применены собственные визуальные и не визуальные компоненты. Кроме того, авторами была написана специальная подпрограмма на языке ассемблера, позволяющая организовать как прием информационных сигналов от датчиков, так и передачу управляющих сигналов в схему автоматизации установки. Связь с установкой осуществляется по последовательному порту.

Система управления ВРУ АКт-30 функционирует следующим образом.

После запуска на экране появляется основной экран программы, через меню которого выбирается необходимый режим работы.

При выборе режима “Ввод данных” система переходит в режим ввода технологических параметров работы ВРУ. В данном режиме предполагается возможность добавления контролируемых системой параметров работы ВРУ.

При выборе режима “Ведение журнала” система выдает на экран типовую форму сменно-суточного журнала оператора ВРУ. Этот режим предназначен для ручного ввода контрольных записей в журнал по желанию оператора или по производственной необходимости. Практически осуществление записи значений параметров работы производится автоматически через каждый час работы ВРУ.

При выборе режима “Расчет матмодели” система производит расчет оптимальных параметров работы ВРУ по записанным заранее во внешний файл данным. Этот файл имеет простую структуру и снабжен всеми необходимыми комментариями, таким образом, изменение входных данных не представляет труда для оператора ВРУ.

Программа расчета матмодели работает следующим образом. Вначале задаются оператором или считываются из текущих переменных начальные данные расчета - расходы азота и кислорода, коэффициент распределения флегм, точность расчета.

После этого из файла данных считываются данные о нормативносправочной информации, текущие данные концентрации и температуры потоков.

Результатом отработки системы в данном режиме является, выдача рекомендаций и оптимальных значений работы ВРУ, которые могут быть внесены оператором в базу данных технологических параметров системы по согласованию с начальником цеха или главным инженером завода.

При выборе режима “Печать документов” производится печать следующих отчётных документов: сменно-суточный журнал, журнал сообщений и отчет-анализ работы установки за выбранный период. Необходимый документ, выбирается оператором ВРУ. При выборе печати отчета-анализа работы установки система выдает запрос на период анализа и производит формирование отчета по данным из базы данных.

При выборе режима “Просмотр и коррекция БД” система предоставляет возможность оператору просмотреть и при необходимости изменить значения контролируемых параметров работы ВРУ.

При выборе режима “Очистка журнала” система выполняет следующие операции: перенос необходимой информации за истекшую смену в базу данных для последующего использования при формировании отчета- анализа и удаление записей из сменно-суточного журнала. Очистка журнала невозможна, если не выполнялась печать документов. Для правильного функционирования системы необходима очистка журнала при каждой смене обслуживающего персонала, т.е. два раза в сутки.

Во всех вышеописанных режимах, а также в режиме “Справка” и в состоянии ожидания работают три потока. Один поток отслеживает действия оператора, второй - осуществляет опрос датчиков, третий - контролирует соответствие данных получаемых от объекта и данных, хранимых в базе данных. При обнаружении несоответствия система переходит в режим “Мониторинг”.

Режим “Мониторинг” является основным режимом работы системы управления. Здесь работают два потока. 1 поток осуществляет вывод схемы установки на экран и следит за необходимостью ее изменения. 2 поток осуществляет опрос датчиков и передает 1 потоку данные для оперативного изменения схемы установки. При возникновении критической ситуации раздается звуковой сигнал, воспроизводится речевое сообщение (при наличии мультимедиа на компьютере) и на экране выделяются красным цветом участки установки, в которых возникла аварийная ситуация. После устранения аварийной ситуации система возвращается в режим мониторинга автомата-1 чески.

При открытии программного продукта, в программе мы можем видеть визуальное изображение ректификационной колонны. В окне программы показан пример общей схемы ретификационной колонны. При определенном задании параметров рефитикационной колонны, программа выводит Схема ректификационной колонны:

1 - куб испаритель;

2 - колонна;

3 - дефлегматор; модель этой самой колонны.

Общая схема показана на рисунке ниже.

Рис.1. Визуальное изображение ректификационной колонны

Параметрами рефитикационной колонны являются его полная высота, высота дефлегмат, расстояние между тарелками, диаметр дефлегматора, диаметр дефлегматора, длина патр дефлегматора, угол наклона дефлегматора.

Также нам необходимо задать параметры тарелки. В него входят такие параметры как высота тарелки, диаметр тарелки. При задании всех параметров, программа выдает нам модель ректификационной колонны. В окне функционирует блок панели управления. Оно служит для управления процессами ретификационной колонны. В блок управления колонны входят: пауза, показать колонну, показать тарелку, убрать схему, выход, назначение.

Когда мы задаем все необходимые параметры и заполняем все поля программы, нажимая на кнопку «запуск», программа запускает нам модель визуализации процесса колонны.

При нажатии на кнопку «Убрать схему», программа убирает схему и выкладывает модель колонны и его движение в процессе с учетом заданных параметров. Показан на рисунке ниже.

Рис.2. Модель колонны и его движение в процессе

При нажатии на кнопку «Убрать колонну», программа убирает его с нашего видения. Показано на рисунке ниже.

При нажатии на кнопку «показать тарелку», программа открывает окно визуализации одноколпочковой тарелки. Подробнее показан на рисунке ниже.

Рис.3. Визуализация одноколпочковой тарелки

В окне, также необходимо задать параметры высоты тарелки и диаметр тарелки. Задание параметров является обязательным. Также в окне программы разъяснены более подробно сведения о одноколпачковой тарелки.

Сведения об одноколпачковой тарелки.

Поток пара идет в колонне снизу вверх, жидкость стекает сверху вниз. В тарелке пар и жидкость вступает в контакт. Вследствие отсутствия равновесия между жидкостью и паром на тарелке возникает между ними процесс массобмена (обмена компонентами), а в результате которого составы пара и жидкости изменяются, приближаясь к равновеским. Пар становится богаче более летучим компонентом, а жидкость - менее летучим. В тарелчатых ректификационных колоннах контакт и массообмен между паром и жидкостью осуществляется во время барботажа - прохождения пузырьков и струек пара через слой жидкости на тарелке. На колпочковых тарелках барботаж происходит по периметру колпачков, края которых имеют зубцы или прорези для раздробления потока пара на отдельные мелкие паровые струйки.

Детали одноколпочковой тарелки:

1, 2 - переточные трубы;

3 - перегородка;

4 - отбойник;

5 - патрубок для пара;

6 - колпачок;

Высота тарелки определяется в сантиметрах. Конструкция одноколпачковой тарелки покан на рисунке выше.

Также в программе существует панель управления в окне одноколпачковой тарелки. В нее входят такие кнопки управления как «показать тарелку», «убрать тарелку», кнопка «назад», и «убрать схему». При обязательном задании параметров, при нажатии на кнопку «показать тарелку», программа отобразит моделирования визуализации процесса одноколпачковой тарелки.

Рис.4. Моделирования визуализации процесса одноколпачковой тарелки

При нажатии на кнопку «пауза», движение процесса прекратиться. При нажатии на кнопку «далее», тарелка вновь обретет непрерывное движение процесса. При нажатии на кнопку «убрать тарелку», программа уберет тарелку, при нажатии на кнопку «показать схему», программа возвратит пользователя в главное окно программы. При изменении параметров рефектиционной колонны, будет изменяться свойство и процесс визуализации моделирования потоков движения. При нажатии на кнопку «Очистить», программа очищает блок «назначение».

Таким образом практическая реализация теоретических выкладок, описанных выше, выполнена в виде законченного интерактивного приложения среды Windows. Разработанное программное обеспечение представляет собой прототип системы мониторинга воздухоразделительной установки АКт-30. Система нормально функционирует на машине класса Pentium-166 с объемом ОЗУ 16 Мбайт. Программа работает в режиме реального времени и удовлетворяет всем требованиям такого рода программам, которые были описаны выше.

Программа выполнена в полном соответствии с общепринятой структурой CAD/CAM/CAE- систем промышленных установок и имеет следующие модули:

- модуль математического описания основных узлов ВРУ АКт-30;

- модуль управления данными с использованием встроенной СУБД Delphi;

- модуль поддержки графического отображения схемы объекта в режиме реального времени;

- модуль оперативного управления работой установки;

- модуль подготовки и выпуска отчетной документации.

Программа является многопотоковым приложением. Работа с программой осуществляется в интерактивном режиме с помощью системы экранных меню.

Литература:

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.:Химия, 2006. – 576с.

2. М.Б.Тлебаев. «Вorland Delphi – дi меңгеру» электронды оқу курсы: Оқу құралы. – Тараз: Тараз университетi, 2003. – 184 б.