Электрон комплексная автоматизация поставки электрооборудования Тульская область

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ.

3. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ


Объект управления является заданной, неизменяемой частью системы управления. Для того чтобы система достигла цели управления, необходимо, зная свойства объекта управления, создать соответствующую ему управляющую систему. Свойства объекта управления изучают на основании его статических и динамических характеристик. Получить характеристики объекта можно аналитическим методом и экспериментальными методами - активным и пассивным.
Для получения статической характеристики объекта аналитическим методом (для расчета автоматизированной системы) необходимо составить уравнение, связывающее выходную величину с входной в установившемся (статическом) состоянии объекта. Далее задаются различными значениями входной величины и по уравнению рассчитывают соответствующее значение выходной величины. По полученным данным строят линию статической характеристики объекта.
При поступлении возмущения в объект, находившийся в равновесном состоянии, возникает переходный процесс, при котором выходная величина изменяется во времени. Процесс изменения выходной величины во времени является динамической характеристикой объекта. Для получения динамической характеристики аналитическим методом нужно решить дифференциальное уравнение, связывающее входную и выходную величины объекта во времени, т. е. получить кривую изменения выходной величины.
Достоинство аналитического метода заключается в возможности составления характеристики объекта управления на стадии проектирования. Однако при этом трудно учесть конкретные особенности данного технологического объекта, такие, как изменение активности катализатора, появление накипи и т. п. Поэтому аналитический метод используют для получения характеристик только простых объектов управления.
Экспериментальный активный метод (метод искусственных воздействий) состоит в том, что входному параметру объекта сообщают пробные изменения (ступенчатое, импульсное, в виде гармонических колебаний и т. п.). Регистрируя при этом изменение выходного параметра объекта во времени, получают динамическую характеристику объекта, а построив график (таблицу) зависимости между отдельными значениями входной и установившимися значениями выходной величины, получают статическую характеристику объекта.
При исследовании сложных объектов со многими взаимосвязанными параметрами необходимо снять характеристики для всех возможных режимов работы объекта с учетом всех источников возмущений. После проведения экспериментов результаты опытов обрабатывают.
Для реализации этого метода могут быть использованы как имеющиеся на установке контрольно измерительные приборы, так и установленные специально.
Достоинство аналитического метода заключается в его простоте, а также в том, что не требуется значительного времени для наблюдения и обработки результатов. Однако в действующие технологические аппараты не всегда можно вносить изменения входных параметров. Кроме того, в ряде случаев невозможно проследить реакцию объекта только на пробное изменение, так как в объекты, как правило, поступают и другие воздействия.
Пассивный метод (статистический) основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации, В течение длительного времени (6—12 месяцев) фиксируют данные нормально работающей аппаратуры, после обработки которых, получают характеристики объекта.
В качестве примера использования этого метода можно привести работы по составлению математической модели одного из процессов производства синтетического каучука. Исходными данными послужил статистический материал, собранный по результатам обработки 82 опытов, проведенных при нормальном режиме эксплуатации оборудования. Опыты заключались в одновременной регистрации 25 переменных, характеризующих процесс.
Пассивный метод наиболее перспективен. Правда, он применяется в меньшей степени, чем активный, так как связан со сбором и обработкой большого количества информации.
Разработку систем управления начинают с выбора параметров, участвующих в управлении. К ним относятся контролируемые, сигнализируемые и регулируемые величины, а также пара метры, изменяя которые, можно вносить регулирующие воздействия. Далее выбирают идеи и способы осуществления защиты и блокировки, а затем - конкретные автоматические устройства управляющей системы. Существенное значение имеет минимизация числа параметров управления.
Проектируемая система управления должна обеспечивать достижение цели управления в любых условиях, а также безопасность работы объекта; при этом она должна быть простой и надежной.
Разработка высокоэффективных систем управления процессами химической технологии часто затруднена, что объясняется сложностью процессов, высокими скоростями реакций, большой мощностью технологических аппаратов, (взрыво и пожарооопасностью перерабатываемых веществ, отсутствием надежных первичных преобразователей некоторых параметров (состава, влажности и др.).
Основными автоматическими устройствами, поддерживающими требуемый технологический режим в объекте, является регуляторы. Поэтому сначала целесообразно наметить регулируемые параметры процесса и каналы внесения регулирующих воздействий ;и только после этого приступать к (выбору остальных параметров.
Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий. Выбрать из ряда параметров процесса те, которые следует регулировать и изменением которых целесообразно вносить регулирующие воздействия, можно только при хорошем знании процесса. При этом определяют: целевое назначение процесса; взаимосвязь его с другими процессами производства; показатель эффективности и значение, на котором он должен поддерживаться; статические и динамические характеристики объекта. Затем анализируют вероятность поступления в объект возмущающих воздействий, и возможности устранения их до поступления. Особое внимание необходимо обратить на стабилизацию входных параметров, так как с их изменением в объект поступают наиболее сильные возмущения.
Как правило, все возмущающие воздействия не удается ликвидировать с помощью системы автоматизации до поступления их в объект управления: не все входные и выходные параметры поддаются стабилизации, так как многие из них определяются технологическим режимом предыдущего или последующего процессов; очень трудно (а часто практически невозможно) предусмотреть и устранить внутренние возмущающие воздействия.

Возмущающие воздействия, не поддающиеся ликвидации до поступления в объект, приводят к изменению показателя эффективности. Чтобы обеспечить, например, заданное постоянное значение показателя эффективности, в этих случаях необходимо в качестве регулируемой величины взять сам показатель эффективности, а регулирующее воздействие вносить изменением одного из параметров, наиболее эффективно влияющего на показатель эффективности. Ранее намеченные узлы стабилизации входных, режимных (внутренних) и выходных параметров оста­ются в схеме; они повышают качество регулирования показателя эффективности.

характеристики объектов в автоматизации

Рисунок 1.3 Характеристики объекта автоматизации.

Выбор эффективных каналов внесения регулирующих воз­действий основан на анализе статических и динамических характеристик объектов.
Статические характеристики позволяют оценить степень влияния одних параметров на другие. На рис. 1.3, а показана зависимость параметра А (например, показателя эффективности) от параметров Б и В. Анализ статических характеристик (объектов без автоматизации) показывает, что даже большие изменения параметра Б не ока­зывают заметного влияния на параметр А. Поэтому нецелесообразно использовать параметр Б и для внесения регулирующих воздействий. Изменения же параметра В вызывают сравнительно сильное воздействие на параметр А.
Исследование динамических характеристик необходимо для выбора каналов, по которым регулирующие воздействия вносятся наиболее эффективно. Из графика на рис. 1.3, б видно, что наименьшие запаздывания происходят при изменении входного параметра В (кривая 2). При снятии динамических характеристик 1 и 2 значения возмущений по каналам параметров В и Б были подобраны таким образом, чтобы новое, установившееся значение параметра А в обоих случаях было одинаковым.
Выбор контролируемых величин. При выборе контролируемых величин в системе автоматизации необходимо руководствоваться тем, чтобы при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе.
Контролю подлежат прежде всего те параметры, знание текущих значений которых облегчает пуск, наладку и ведение технологического процесса. К таким параметрам относятся все регулируемые величины, нерегулируемые внутренние параметры, входные и выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.
Для осуществления оперативного управления возникает необходимость контроля наиболее важных выходных параметров процесса, например количества полученного конечного продукта, его температуры и состава.
Для получения данных, необходимых для хозрасчетных операций и подсчета технико экономических показателей, контролируют еще одну группу параметров, к которым относятся, например, количества потребляемой электроэнергии, тепло- и хладоносителей.
Выбор сигнализируемых величин. К выбору параметров сигнализации приступают после анализа объекта с учетом его взрыво- и пожароопасности, а также токсичности и агрессивно­сти перерабатываемых веществ.
Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям (например, отравлениям) или серьезному нарушению технологического режима. К ним относятся концентрация взрывоопасного вещества в воздухе производственного помещения, уровень жидкости, давление в аппаратах и др.
Если к отклонению регулируемых величин предъявляют жесткие требования, они одновременно являются и сигнализируемыми. Сигнализации подлежат главные параметры регулирования в многоконтурных системах; остановка оборудования, не предусмотренная технологическим регламентом; предельные значения параметров, которые контролируются с целью проведения оперативного управления.
Одним из важных назначений устройств сигнализации является оповещение обслуживающего персонала о нарушениях технологического процесса, которые могут привести к браку выпускаемой продукции. В связи с этим следует сигнализировать об отклонениях наиболее ответственных внутренних параметров и показателей эффективности, а также о прекращении подачи продуктов, теплоносителей и т. п.
Выбор параметров и способов защиты и блокировки. В качестве параметра, при значительном отклонении которого срабатывает устройство автоматической защиты, прежде всего следует брать концентрацию взрывоопасного вещества в воздухе производственного помещения. Если концентрация достигает опасного значения, устройство защиты обеспечивает проведение необходимых при этом мероприятий (прекращается поступление на производственный участок данного вещества; снижается давление в аппаратах; приводится в действие аварийная система вентиляции) .
Опасность взрыва или аварии может возникнуть и в случае прекращения подачи одного из веществ в технологический аппарат, например охлаждающего агента в реактор, где идет реакция с выделением тепла. При этом устройство защиты должно полностью изолировать данный аппарат, отключив от него все магистрали, по которым подаются вещества, способствующие возникновению аварии.
Одним из обязательных параметров защиты в системе автоматизации должно быть давление в аппарате. В случае повышения давления до опасного предела должно срабатывать автоматическое устройство, обеспечивающее сообщение полости аппарата с атмосферой или линией продувки. Одновременно должны быть приняты меры для изоляции аппарата от источника давления (насос, компрес­сор).
При выходе из строя насоса (или компрессора) устройства защиты (например УБЗ-301) должно автоматически включить резервный насос (или компрессор).
Устройства (схемы) автоматической блокировки, как была сказано, должны предотвратить неправильный пуск и останов аппаратов и машин, исключить, в частности, возможность проведения последующих операций, если не выполнена предыдущая. Например, в схемах управления реверсивными электродвигателями предусматривается блокировочная зависимость, исключающая возможность одновременного срабатывания обоих магнитных пускателей (для избежания короткого замыкания фаз с этой задачей лучше всего справляется реле РНПП-311М).
Выбор средств автоматизации. Средства автоматизации, с помощью которых будет осуществляться управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно.
Конкретные типы автоматических устройств выбирают с учетом особенностей объекта управления и принятой системы управления (местное или централизованное управление). В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность сред, числа параметров, участвующих в управлении, и их физико-химиче­ские свойства, а также требования к качеству контроля и регулирования.
В связи с тем, что большинство химических производств относится к числу пожаро- и взрывоопасных, автоматизация в химической промышленности осуществляется на основе использования пневматических средств при централизованном управлении. Применение пневматических приборов при прочих равных условиях обходится примерно на 30% дешевле, чем электрических (в некоторых случаях), однако с увеличением длины пневматических трасс возрастают запаздывания при передаче показаний приборов, что приводит к ухудшению качества управления. Поэтому наиболее целесообразно применять пневматические средства автоматизации, когда расстояния между приборами, установленными непосредственно «а технологическом оборудовании, и приборами, расположенными на щитах, сравнительно невелики (не более 300 м).
При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразнее применять электрические средства автоматизации. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические по точности измерения (класс точности большинства пневматических приборов — 1, электрических — 0,5). Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.
Гидравлические автоматические устройства характеризуются ограниченным радиусом действия и большими габаритными размерами, поэтому их рекомендуют только в тех случаях, когда необходимо применение исполнительных механизмов большой мощности.
Выбор конкретных типов автоматических устройств рекомендуется проводить, исходя из следующих соображений:
для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса следует применять одинаковые автоматические устройства, что облегчает их приобретение, настройку ремонт и эксплуатацию;
следует отдавать предпочтение автоматическим устройствам серийного производства;
при большом числе одинаковых параметров контроля рекомендуется применять многоточечные приборы и машины централизованного контроля;
при автоматизации сложных технологических процессов следует использовать программируемые логические контроллеры и промышленные компьютеры;
класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;
для местного контроля рекомендуется применять простые и надежные приборы (термометры расширения в защитных чехлах, манометры общего назначения, уровнемерные стекла с защитной сеткой, счетчики и ротаметры), так как они часто функционируют в неблагоприятных условиях (значительные колебания температуры и влажности, повышенная запыленность, виб­рация, механические воздействия и т. п.);
для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами следует предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении необходимо защищать их.


Часть 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ.

Часть 2. УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА

 

 

автоматизация и электрооборудование
электрооборудование, средства автоматизации, электронные приборы
техническая библиотека, автоматизация, робототехника электрошкафы
комплексная автоматизация
рускомплект
контакты. Тульская область