Материал: 2013 [Вильнина] Разработка системы управления технологическим процессом

питания приборов и средств автоматизации в этом случае необходимо начинать с оценки возможности применения пневматической системы приборов.

Измерительная система – одно из наиболее инерционных звеньев САР (кроме ТОУ), поэтому при выборе датчика в первую очередь необходимо учитывать его динамические характеристики. Запаздывание и постоянная времени датчика должны составлять менее 5% постоянной времени ТОУ. Нелинейностью статических характеристик измерительных устройств обычно пренебрегают, т.к. в системах стабилизации измеряемая и регулируемая величины изменяются в достаточно узких пределах.

Вследствие простоты устройства, изготовления и эксплуатации наиболее часто в качестве исполнительных механизмов используют мембранные исполнительные механизмы (МИМ). Промышленностью серийно выпускаются МИМы совместно с клапанами [7,8]. Такие комплекты называются исполнительными устройствами. Для повышения быстродействия пневматических исполнительных механизмов и улучшения их статической характеристики (линейности, устранения гистерезиса) они дополняются позиционерами [9,10].

Большинство электродвигательных электрических исполнительных механизмов постоянной скорости допускают как релейно-контактное, так и бесконтактное управление. Основными элементами силовой цепи релейно-контактной схемы управления являются магнитные пускатели и контакторы, а основными элементами силовой цепи бесконтактного управления – тиристорные пускатели и бесконтактные тиристорные преобразователи с широтно-импульсным или фазоимпульсным выходом [11].

Регулирующее воздействие может представлять собой изменение материального или энергетического потока на входе в объект управления. Управление материальными потоками осуществляется клапанами, задвижками заслонками, дозаторами и т.д. Регулирование расхода пульп, кристаллизующихся растворов, суспензий, растворов с абразивными частицами, химически агрессивных сред, вязких жидкостей рекомендуется осуществлять шланговыми или диафрагмовыми клапанами [8, с.122].

Детальный выбор и расчет регулирующего органа заданием на проект не предусматривается.

Для управления потоком энергии, поступающим с каким-либо теплоносителем или хладоагентом, используются различные клапаны. Для пара, сжатого воздуха, горячей воды, рассола применяются вентили, шиберы, задвижки, заслонки, заслонки для нагретых газов под небольшим давлением. Если энергия выделяется электрическим нагревателем, то для управления используют реостаты, автотрансформаторы, реле, магнитные пускатели, тиристорные усилители и т.д.

4. Использование ЭВМ в управлении технологическими процессами

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) – это человеко-машинная система, обеспечивающая сбор, обработку и отображение информации, а также выработку и передачу на регулирующие органы управляющих воздействий, обеспечивающих заданный режим функционирования объекта управления. При этом возможно ведение технологического процесса в режиме, оптимальном с точки зрения какого-либо технико-экономического показателя, характеризующего качество управления.

26

Целями создания АСУ ТП являются:

экономия топлива, сырья, материалов и других ресурсов;

обеспечение безопасности функционирования технологических аппаратов;

повышение качества выходного продукта;

снижение затрат живого труда;

достижение оптимальной загрузки оборудования;

оптимизация режимов работы аппаратов.

Совокупность действий системы управления, направленной на достижение поставленной цели управления, реализуются информационной и управляющей функциями АСУ ТП.

Информационные функции: централизованный контроль и измерение технологических переменных, косвенное измерение (вычисление) значений технологических переменных и технико-экономических показателей (ТЭП) производства, оценка и прогноз состояния оборудования.

Управляющие функции: стабилизация технологических переменных, оптимальное управление технологическими режимами, адаптивное управление объектом, логическое управление аппаратами, оборудованием. Информационные, вычислительные, а частично и управляющие функции реализуются средствами вычислительной техники в рамках информационной и управляющей подсистем. В зависимости от степени участия человека в реализации функций АСУ ТП различают автоматизированный и автоматический режимы работы. В первом случае оперативный персонал принимает активное участие в управлении. Здесь реализуются: ручное дистанционное управление в период пуска, возникновения аварийных ситуаций или изменения режима работ технологического процесса.

В автоматическом режиме АСУ ТП вырабатывает и реализует управляющее воздействия без участия оператора. При этом реализуется централизованная или распределенная структура управляющей системы. В системах с централизованной структурой, реализация всех процессов управления объектами, осуществляется в едином органе управления (ЭВМ), который реализует сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа, в соответствии с критериями системы, вырабатывает управляющие сигналы (рисунок 14). ЭВМ выполняет функцию центрального управляющего устройства в супервизорном режиме управления, изменяя уставки локальных САР, а также в режиме прямого цифрового управления (ПЦУ), когда ЭВМ непосредственно передает управляющие сигналы на исполнительные устройства.

ЭВМ

27

АСУ, функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор — управляющая программа или комплекс программ), предназначена для организации многопрограммного режима работы ЭВМ и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надежностью [12]. Нижний уровень, непосредственно связанный с процессом, образуют локальные регуляторы отдельных технологических параметров. На верхнем уровне управления установлена ЭВМ, основной функцией которой является определение оптимального технологического режима и вычисление на его основе значений уставок локальных регуляторов.

Супервизорный режим позволяет не только автоматически контролировать процесс, но и автоматически управлять им вблизи оптимальной рабочей точки. Функции оператора сводятся к наблюдению за технологическим процессом и в случае необходимости к корректировке цели управления и ограничений на переменные.

Режим ПЦУ резко повышает эффективность АСУ ТП, исключает из комплекса технических средств регистрирующие, показывающие приборы и локальные автоматические регуляторы (следовательно, громоздкие щиты технологического контроля (ЩТК)), позволяет реализовать оптимизационные алгоритмы и создавать адаптивные системы управления. Но его реализация требует высокой надежности вычислительной системы, наличия математических моделей для различных режимов работы технологического оборудования.

Для повышения надежности управления и живучести управляющих систем в настоящее время широко применяются распределенные вычислительные комплексы, состоящие из нескольких связанных между собой ЭВМ и (или) микропроцессорных контроллеров с распределением между ними выполняемых системой функций АСУ ТП (рисунок 15) [13]. Меньшие требования по надежности управляющих вычислительных комплексов (УВК) предъявляются при реализации режима супервизорного управления, т.к. в этом случае выход из строя вычислительного устройства не приводит к прекращению выработки управляющих воздействий.

При реализации режима ПЦУ на ЭВМ обычно организуют автоматизированные рабочие места операторов, обеспечивающие отображение и регистрацию технологиче-

28

ской информации и прием команд оператора (т.е. человеко-машинный интерфейс). Функции программно-логического управления, технологических и противоаварийных блокировок, а также аналогового локального регулирования выполняют микропроцессорные контроллеры.

Автоматизированные рабочие места операторов содержат специальные средства отображения информации: мониторы ЭВМ, плазменные и жидкокристаллические экраны большой площади для отображения мнемосхем и цифробуквенной информации, печатающие устройства, а также клавиатур и специальных манипуляторов для ввода команд оператора и управления устройствами отображения.

Функции и режимы работы АСУ ТП реализуются техническим, программным и другими видами обеспечений. Техническое обеспечение образовано чувствительными элементами, преобразователями, вычислительной техникой, вторичными КИП и автоматическими регуляторами, исполнительными механизмами и т.д.

Программное обеспечение состоит из специальных программ, обеспечивающих сбор, обработку, отображение, регистрацию технологической информации, а также выработку управляющих воздействий. В настоящее время для этой цели разработаны специальные пакеты программ, называемые SCADA-системами.

При разработке АСУ ТП должны соблюдаться общие принципы: формулирование новых задач, системного подхода, единой информационной базы, непрерывного развития системы, разумной типизации.

В проекте АСУТП необходимо указать цели ее создания и выполняемые функции. Важным моментом в реализации АСУТП является обеспечение ее необходимой информацией.

29

Литература

1.Горячев В.П. Основы автоматизации производства в нефтеперерабатывающей промышленности. – М.: Химия, 1987, 126 с.

2.Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990, 464с.

3.Обозначения условные графические ГОСТ 2.784-96. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2002

4.Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности.– М.: Химия, 1985, 352 с.

5.Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. ГОСТ 21.404-85. – М.: Издательство стандартов, 1987

6.www.metran.ru

7.Полоцкий Л.М., Лапшенков Т.И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации.– М.: Химия, 1982, 296с.

8.Гинзбург И.В. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов.– Л.: Стройиздат, Ленинград. отд., 1985, 256с.

9.Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: Справочник/ Гуревич Д.Ф. и др. – Л.: Машиностроение, Ленинград. отд., 1982, 320 с.

10.Слободкин М.С. и др. Исполнительные устройства регуляторов: Справочное руководство – М.: Недра, 1972, 304с.

11.Шарков А.А. и др. Автоматическое регулирование и регуляторы химической промышленности. – М.: Химия, 1990; 288с.

12.Соломенцев Ю.М. Теория автоматического управления. – М.: Высшая школа, 2000, 256с.

13.Шкатов Е.Ф. Основы автоматизации технологических процессов химических производств. – М.: Химия, 1988; 303с.

30