شناسایی سیستم واحد استحصال گوگرد و کنترل سیکل فرآوری آن به کمک کنترلرهای پیشرفته : پایان نامه ارشد برق الکترونیک

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوان شناسایی سیستم واحد استحصال گوگرد و کنترل سیکل فرآوری آن به کمک کنترلرهای پیشرفته در 125 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده تحقیق شناسایی سیستم واحد استحصال گوگرد و کنترل سیکل فرآوری آن به کمک کنترلرهای پیشرفته

فرآيند بازيابي گوگرد به روش كلاوس يكي از متداول ترين روش هاي جدا سازي گوگرد عنصري از گاز اسيدي حاصل از فرآيند شيرين سازي در پالايشگاه هاي گازي و نفتي مي باشد. ولي به دليل پيچيدگي اين فرآيند و چند متغيره بودن كوره واكنش و عدم وجود كنترل كننده‌هاي مناسب متاسفانه تا كنون امكان كنترل بهينه و راندمان مناسبي جهت بازيافت گوگرد در پالايشگاه هاي پارس جنوبي وجود نداشته و همواره كنترل واحد استحصال گوگرد فرآيندي مهم با مشكلات زيادي مواجه بوده است. در اين تحقيق از دو روش شناسايي سيستم استفاده شده است، یک روش مدلسازی ریاضی با استفاده از حداقل مربعات، و روش دیگر مبتنی بر هوش مصنوعی با استفاده از شبكه هاي عصبي مصنوعي می باشد. تلاش شده تا با مدلسازي اين فرآيند، مسائلي از قبيل پايداري، كنترل پذيري و رؤيت پذيري مدل رياضي چند متغيره بررسي و سپس به طراحي كنترلر متناسب با مدل هاي به دست آمده، پرداخته شده است. براي طراحي كنترل كننده نیز از دوروش استفاده شده است، یک روش جايابي قطب جهت مدل رياضي چند متغيره، و روش دیگر استفاده از كنترل كننده شبکه های عصبي مصنوعي بهره گرفته شده است. از نتايج اين تحقيق مي توان راندمان بسيار بالاتر واحد استحصال گوگرد به دليل كنترل بهينه آن و در نتیجه سود دهي و افزايش بهره وري و كاهش انرژي و مهمترين اثر آن يعني كاهش آلودگي هوا نام برد.

کلید واژه: شناسایی سیستم، کنترل چندمتغیره، حداقل مربعات، شبکه عصبی آدالاین، پرسپترون چند لایه، پالایشگاه گاز، واحد استحصال گوگرد.

اهمیت و ضرورت تحقیق

گاز حاصل از منابع و صنايع نفت، گاز و پتروشيمي شامل مقاديري از CO₂ و H₂S است که به آن گاز­ترش گويند. H₂S يک ماده بسيار سمي است که بايد حذف شود، ضمناً اين گاز به شدت خورنده است و هنگام سوختن توليد SO₂ مي کند که هم سمي است و هم خورنده. بنابراين تبديل H₂S به گوگرد و بازيابي گوگرد موجود در گاز ترش يک فرآيند بسيار مهم است چون از طرفی يک ماده سمي و خورنده را تبديل به يک ماده قابل فروش و با ارزش (گوگرد) مي‌کند و از طرف دیگر در پالایشگاه‌های گازی که از آمین جهت شیرین سازی استفاده می‌گردد  جدا سازی گاز H₂S، موجب استفاده مجدد از آمین می‌گردد.

نياز روز افزون صنايع به گوگرد همراه با توجه به قوانين زيست محيطی جهت حذف آلاينده­ها باعث شده است که توجه بيشتری به واحدهای بازيافت گوگرد در صنايع نفت، گاز و پتروشيمی گردد تا بتوان راندمان واحدهای فوق را به حداکثر رساند.

روش كلاوس داراي چنـدين مرحلــه کاتاليستـــي و گرمـــايي است که نهايتاً گـوگرد مذاب تهيه و انبار مي‌گردد. اما از آنجايي که مقدار بازدهي در شرايط ايده آل 98-97 درصد می‌باشد، ضروري است که شرايط را بگونه‌اي مهيا گردد كه اين بازدهي حفظ گردد و كنترل اين واحد به شكل بهينه‌اي صورت پذيرد كه به مقدار بيشينه راندمان توليد نزديك باشيم. در اين راستا نياز است كه از راه‌كارها و دستگاههاي کنترل پيشرفته بهره بگيريم.

اغلب واحدهاي  کلاوس براي ظرفيت هاي بسيار بالا (بين ده تا صدها تن گوگرد در روز) طراحــي شده اند، چون در ظرفيت هاي پايين دچار مشکل مي شوند. از طرفي، ميزان جريان گاز اسيدي و مقادير H₂S ورودي به فرآيند مذكور مرتباً در حال تغيير مي‌باشد، ضمناً انعطاف پذيري آنها نسبت به تغييرات جريان و غلظت گاز بسيار کم است. به همين دليل طراحي آنها براي گازهايي مثل گازهاي پالايشگاهي که جريان و ترکيب آنها دائماً متغير است، مشکل بوده و اغلب به خاطر همين عدم توانايي در مقابل تغييرات خوراک دائماً مجبور به توقف اضطراري مي‌گردند.[1]

تهيه مدلی كه بتواند خصوصيات فرآيند را بطور واقعي و دقيق شبيه‌سازي نمايد به مهندسين فرآيند کمک بسيار بزرگي مي‌کند، چون مهندس فرآيند با استفاده از آن مي‌تواند اثر کليه پارامتر ها را در شرايط خاص منطقه، بر روي جريان­هاي خروجي بررسي و با اندازه گيري مقادير مهم، يک حالت بهينه براي انجام فرآيند معرفی کند. همچنين مي‌تواند با مطرح کردن فرضهايي، در مورد تغيير تجهيزات به منظور بهتر کردن شرايط فرآيندي، و يا حذف قسمتهاي فرآيندي اضافي و اعمال آنها در نرم افزارهاي شبيه ساز، هزينــه‌هاي مــربــوط به سرمـايه گــذاري را بهينـه کند. بنابراين در شرايط امروزي مدل سازي جهت توسعه فرآيندهاي بزرگ لازم وضروري مي باشند.

جهت طراحي كنترل كننده سيستم‌هاي با شرايط ديناميكي پيچيده، بدست آوردن مدل با روش معادلات ديناميكي، بطور دقيق امكان پذير نمي‌باشد و گاهی ناچاریم از برخي از پارامترهاي مهم صرفنظر کنيم. همين موضوع، باعث بروز بسياري از مشكلات طراحي كنترل كننده‌ها مي شود. در اين راستا كنترل كننده‌هاي مبتني بر مدل رفتاري پيشنهاد مي‌گردد.

نمونه پژوهشی و عملي مد نظر، در پالايشگاه پنجم(فازهاي 9 و 10) شركت مجتمع گاز پارس جنوبي، كه شامل سيكل كاملي از واحد استحصال گوگرد مي‌باشد، در اين پژوهش مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در این پروژه براي اولين بار، سيستم مورد شناسايي قرار مي‌گيرد و با استخراج داده‌هاي عملي و پس از اعمال الگوريتم‌هاي رياضي، تابع تبديل بدست مي آيد و در جهت بالابردن بازدهي سيستم و اصلاح سيكل كنترل توليد، راه‌كارهايي پيشنهاد مي‌گردد.

فهرست مطالب تحقیق شناسایی سیستم واحد استحصال گوگرد

چکیده 1

فصل اول: کلیات تحقیق  2

1-1- مقدمه 3

1-1-1- طرح توسعه میدان گازی پارس جنوبی  3

1-1-2- پالایشگاه پنجم (فازهای 9 و 10) 4

1-1-3- واحد های پروسس    5

1-2- بیان مسئله 9

1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق  10

1-4- اهداف   12

1-5- فرضیه ها 12

فصل دوم: مروری بر پیشینه تحقیق  13

2-1- مقدمه و تاریخچه شناسایی سیستم و کنترل سیستم های صنعتی  14

2-2- شناسایی سیستم چیست؟ 16

2-3- دلايل نياز به يك مدل  17

2-4- سيستم هاي ديناميكي  17

2-5- مدلها 18

2-6- ساختن مدلها 18

2-7-  تخمين يك مدل از سيستم  19

2-8- حلقه شناسايي سيستم  20

2-9- مراحل انجام آزمايش    22

2-10- شناسایی سیستم با روش حداقل مربعات   24

2-11- کنترل پذیری 25

2-12- رؤيت پذيري 27

2-12-1- رؤيت پذيري كامل سيستم‌هاي زمان- گسسته 29

2-13- شناسایی سیستم‌های چند ورودی-چند خروجی MIMO 30

2-14- شناسايي سيستم با استفاده از شبكه هاي عصبي مصنوعي  31

2-14-1- مقدمه 31

2-14-2- کاربردهای شبکه عصبی  32

2-14-2-1- مدل سازی و کنترل  33

2-14-3- ساختار های شبکه 33

2-14-4- انواع شبکه‌های جلو سو و برگشتی  34

2-14-5- مدلسازی و انواع روشهای آن  34

2-14-5-1- انواع روشهاي مدلينگ   34

2-14-6- شيوه هاي مختلف مدل سازي (از ديدگاه جعبه اي) 35

2-14-7- مدلسازی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی  36

2-14-8- توصیف و شناسایی سیستمها 36

2-14-8-1- شناسایی سیستمهای استاتیک و دینامیک   37

2-14-9- شبکه‌های چند لایه و برگشتی  37

2-14-9-1- شبکه‌های چند لایه 37

2-15- کنترل و طراحی  38

2-15-1- مقدمه 38

2-15-1-1- تحليل و طراحي سيستم هاي كنترل چند متغيره 39

2-15-1-2- روش هاي فضاي حالت   40

2-15-1-3- روش هاي جايابي قطب   42

2-15-2- کنترل چند متغيره 42

2-15-3- طراحی از طریق جایابی قطب   44

فصل سوم: روش اجرای تحقیق  47

3-1- روش شناسایی حداقل مربعات   48

3-1-1- توضیح روش حداقل مربعات   48

3-1-1-1- مرحله اول : انجام آزمایش روی سیستم و جمع آوری اطلاعات   49

3-1-1-2- مرحله دوم: تعریف ساختار و بدست آوردن معادله رگرسیون خطی  49

3-1-1-3- مرحله سوم : محاسبه  (تخمین Ѳ) 50

3-2- مطالعه‌ی ميزان جريان گاز اسيدي وارد شده به كوره واكنش    51

3-3- هواي تركيبي و مورد نياز احتراق جهت گاز اسيدي  52

3-4- هواي مورد نياز جهت احتراق گاز طبيعي يا گاز سوخت   53

3-5- طراحي سناريو جهت استخراج داده 55

3-6- تعیین ورودی‌ها 57

3-7- مراحل مختلف جمع‌آوری داده و مشکلات آن  57

3-7-1- مشکلات بوجود آمده در حین عملیات نمونه برداری  58

3-7-2- بررسی داده‌های خام جمع‌آوری شده، ایرادات موجود جهت پردازش اطلاعات   59

3-8- طراحی با نرم‌افزار LabView   59

3-9- اعتبار سنجی مدل بدست آمده 60

3-10- طراحی کنترل کننده 61

3-11- مراحل انجام طراحي كنترل كننده چند متغيره 62

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها  (یافته ها) 74

4-1- تحلیل داده های شناسایی سیستم مبتنی بر روش ریاضی  75

4-2- يافته‌هاي بخش كنترل  77

4-2-1- سعي و خطا در حالات مختلف جهت تنظيم قطب‌هاي جديد(جايابي قطب‌ها) 77

4-2-2- به كنترل درآوردن واحد با قطب‌هاي فضاي حالتي كه صرفاً بخش حقيقي دارند  80

4-3- تجزیه و تحلیل پروژه توسط شبکه‌های عصبی مصنوعی  81

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات   82

5-1- نتایج بدست آمده و مقایسه آنها 83

5-2- خصوصيات مقايسه‌اي روش رياضي نسبت به شبكه عصبي  84

5-3- نظرات و پيشنهادات جهت ادامه كار بر روي اين پروژه در آينده 85

منابع  86

ضمائم  88

چکیده انگلیسی  108

فهرست شکل ها

شکل 1-1: میدان گازی پارس جنوبی  3

شکل 1-2: نمای شماتیک یکی از پالایشگاه‌های پارس جنوبی و تأسیسات فراساحلی  4

شکل 1-3: نقشه کلی واحد استحصال گوگرد 8

شکل 1-4: واحد بازیابی گوگرد فازهای 9 و 10 پارس جنوبی 9

شکل 2-1: مراحل شناسایی سیستم  21

شکل 2-2: دیاگرام بلوکی نشان دهنده تفاضل (خطا) بین خروجی دستگاه واقعی و خروجی مدل ریاضی  24

شکل 2-3: سیستم چند ورودی- چند خروجی  30

شکل 2-4: یک نرون واقعی و یک نرون مصنوعی شکل (a)  یک نورون واقعی و شکل (b) مدل یک نورون مصنوعی را نشان می‌دهد  32

شکل 2-5: تقسیم بندی شبکه‌های عصبی 33

شکل 2-6: یک شبکه عصبی سه لایه 37

شکل 2-7: بلوک دیاگرام شبکه عصبی سه لایه 38

شکل 2-8: سیستم یک ورودی و یک خروجی حلقه بسته 44

شکل 2-9: (الف) سیستم کنترل حلقه باز (ب) سیستم کنترل حلقه بسته باu(k)=-Kx(k) 45

شکل3-1: مراحل انجام کار 50

شكل 3-2: پاسخ پله سيستم حلقه باز 61

شكل 3-3: پاسخ ضربه سيستم حلقه باز 62

شكل3-4: نمايش قطب‌ها و صفر‌ها در حالت حلقه باز 62

شكل3-5: ماتريس فضاي حالت   63

شكل 3-6: بررسي كنترل پذيري و رؤيت پذيري  63

شكل 3-7: نمايش فضاي حالت با در نظر گرفتن كليه حالت‌هاي طراحي شده 64

شكل 3-8: پاسخ پله قبل از بكار گيري كنترل كننده فضاي حالت   65

شكل 3-9: پاسخ پله سيستم حلقه بسته با روش جايابي قطب   66

شكل 3-10: پاسخ ضربه قبل از بكارگيري كنترل كننده فضاي حالت   66

شكل 3-11: پاسخ ضربه سيستم حلقه بسته با بكار گيري قطب‌هاي فضاي حالت   67

شكل 3-12: بكارگيري كنترل كننده PID و تلاش براي به كنترل درآوردن سيستم  68

شکل 3-13: آموزش شبکه عصبی MLP  72

شكل 4-1: روش سعي و خطا براي بدست آوردن محل مناسب قطب‌ها 77

شكل 4-2: نمايش محل قطب‌ها در حالت حلقه بسته با قطب‌هاي جايابي شده 78

شكل 4-3: قطب‌هاي جايابي شده صحيح و نمايش پاسخهاي پله و ضربه 79

شكل 4-4: قطب‌هاي جايابي شده با جزء صرفاً حقيقي(جزء موهومي صفر) 80

فهرست جداول

جدول  2-1: انواع روشهای شناسایی سیستم  23

جدول 3-1: جدول سناريوي تغييرات وروديها و استخراج داده 56

فهرست معادلات

معادله 2-1: رابطه بین ورودی و خروجی سیستم  19

معادله 2-2- خروجی سیستم  19

معادله  2-3  20

معادله  2-4  20

معادله 2-5: تابع تبدیل درجه n در حوزه z  24

معادله 2-6  25

معادله 2-7  26

معادله 2-8  26

معادله 2- 9  27

معادله 2-10  30

معادله 2-11  30

معادله 2-12  31

معادله 2-13  43

معادله 2-14  43

معادله 2-15  45

معادله 2-16  45

معادله 2-17  46

معادله3-1: محاسبه ماتریسی خروجی  50

معادله3-2: محاسبه مجموع مربعات خطا 50

فهرست شکل ضمائم

شكل 1: شماي كلي واحد SRU در سيستم كنترل DCS  89

شكل 2: شماي بخش كوره واكنش در سيستم كنترل DCS  90

شكل 3: مسير جريان گاز اسيدي و هواي ورودي به كوره واكنش و كنترل كننده كننده‌هاي PID بكار رفته فعلي  91

شكل 4: نقشه P&ID بخش كنترل گازهاي اسيدي واحد بازيافت گوگرد 92

شكل 5: نقشه P&ID بخش كنترل هواي مورد نياز احتراق جهت گاز اسيدي واحد بازيافت گوگرد 93

شكل 6: آخرين تبريد كننده(كندانسور) واحد  94

شكل7: نمايش ايجاد كليد براي 11 قطب حالت و نمايش پاسخهاي پله و ضربه 95

شكل 8: مقايسه بين كنترل كننده PID و كنترل كننده فضاي حالت با روش جايابي قطب   96

شکل 9: منحنی راندمان یا میزان خطا بر اساس معیار MSE در فاز شناسایی  97

شکل 10: منحنی آموزش در حالات مختلف   98

شکل 11: منحنی خطا 98

شکل 12: منحنی آموزش شبکه عصبی در حالات مختلف در زمان کنترل  99

شکل 13: منحنی هیستوگرام خطا 100

شکل 14: منحنی راندمان یا میزان خطا بر اساس معیار MSE در فاز کنترل  100

شکل 15: شبکه عصبی MLP در حالت کنترل کننده 101

شكل 16: تابع تبديل FT-0021A  را در مقابل AY-0096 در محيط LabView   102

شكل 17: تابع تبديل FT-0021A  را در مقابل TI-5020 در محيط LAbView   103

شكل 18:  تابع تبديل FT-0016A  را در مقابل AY-0096 در محيط LAbView   104

شكل 19: تابع تبديل FT-0016A  را در مقابل TI-5020در محيط LAbView   105

شكل 20:  تابع تبديل FT-0031  را در مقابل AY-0096 در محيط LAbView   106

شكل 21: تابع تبديل FT-0031  را در مقابل TI-5020 در محيط LAbView   107

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.