Регулювання основних параметрів технологічного процесу ат. Контроль та регулювання основних технологічних параметрів: витрати, рівня, тиску та температури

Для нормальної стійкої роботи енергоблоків АЕС потрібна підтримка цілого ряду теплотехнічних параметрів у заданих межах. Зазначені функції реалізуються системами автоматичного регулювання теплотехнічних параметрів, від надійної, ефективної та сталої роботи яких значною мірою залежить робота енергоблоку загалом.

Загалом на одному енергоблоці АЕС налічується близько 150 локальних систем автоматичного регулювання (регуляторів), з яких приблизно 30-35 можна віднести до найважливіших, при відмові яких енергоблок, як правило, відключається захистами (регулятори рівня в ПГ, деаераторі, БРУ- СН, тиску в I контурі та ін), або відбувається зниження навантаження енергоблока (регулятори рівня ПВД).

Підтримка параметрів вручну протягом тривалого часу складна, трудомістка і потребує певних навичок у оперативного персоналу. Експлуатація та оперативне обслуговування регуляторів на енергоблоці вимагає від персоналу знання основ теорії автоматичного регулювання, принципів дії, устрою та апаратних засобів, на яких реалізовані регулятори.

Системи автоматичного регулювання використовуються в тих випадках, коли необхідно протягом тривалого часу змінювати або підтримувати постійними будь-які фізичні величини, які називаються регульованими змінними (напруга, тиск, рівень, температуру, частоту обертання і т.д.), що характеризують роботу машини, технологічний процес або динаміку об'єкта, що рухається.

Пристрої, що реалізують ці функції, називають автоматичними регуляторами.

Об'єктом регулювання є машина або установка, заданий режим роботи яких повинен підтримуватись регулятором за допомогою регулюючих органів. Сукупність регулятора та об'єкта регулювання носить назву – система автоматичного регулювання.

Система автоматичного регулювання (CAP) на базі апаратури Каскад-2 виконана на основі мікроелектроніки в приладовому виконанні.

Як основні джерела інформації використані первинні перетворювачі типу «Сапфір-22» з тензочутливими елементами, термометри опору та термопари.

Розглянемо функціональну схему включення блоку Д07 за балансу регулятора на поточне значення параметра (рисунок 2.4).

Самобаланс авторегулятора на поточне значення ґрунтується на зміні сигналу завдання. При положенні перемикача “Р” (ручний режим) впливом на кнопки “Б” (більше) або “М” (менше) встановлюється завдання регулятора.

Малюнок 2.4 – Структурна схемасамобалансу авторегулятора на поточне значення параметра

При положенні перемикача "А" (автоматичний режим) вихідні команди регулюючого блоку Р27 (мінус 24В) надходять на входи "" або "", викликаючи зміни вихідного сигналу блоку Д07. При включенні регулятора в роботу вплив керуючих імпульсів блоку Р27 на інтегратор припиняється (розмикаються нормально замкнуті контакти реле БВР) і завдання регулятора залишається рівним значенню технологічного параметрана момент увімкнення.

СУЗ реактора ВВЕР-1000

Завдання, які має вирішувати система управління та захисту ЯР:

1. Забезпечення зміни потужності або іншого параметра реактора в потрібному діапазоні з необхідною швидкістю та підтримки потужності або іншого параметра на певному заданому рівні. Отже, для забезпечення цієї функції потрібні спеціальні органи СУЗ. Вони дістали назву органів автоматичного регулювання (АР).

2. Компенсація зміни реактивності ЯР. Спеціальні органи СУЗ, виконують це завдання, називаються органами компенсації.

3. Забезпечення безпечної роботиЯР, що може здійснюватися ЯР припиненням ланцюгової реакції поділу при аварійних ситуаціях

СУЗ призначена:

Для автоматичного регулювання потужності ЯР відповідно до потужності, що віддається ТГ у мережу, або стабілізації потужності на заданому рівні;

Для пуску ЯР та виведення його на потужність у ручному режимі;

Для компенсації змін реактивності в ручному та автоматичному режимі;

Аварійного захисту ЯР;

Для сигналізації про причини спрацьовування АЗ;

Для автоматичного шунтування деяких сигналів АЗ;

Для сигналізації про несправності, що виникають у СУЗ;

Для сигналізації положення ОР ЯР на БЩУ та РЩУ, а також виклику інформації про становище кожного ОР в СВРК ІТТ ЕБ.

Управління реактором здійснюється впливом на перебіг ЦРД ядер пального в активній зоні.

У СУЗ ЯР, що розробляється, передбачений спосіб введення твердих поглиначів у вигляді стрижнів. Поряд із механічними органами управління застосовується введення в теплоносій першого контуру розчину борної кислоти. Оперативне керування потужністю здійснюється механічним переміщенням виконавчих органів, що містять твердий поглинач.

Вимоги до СУЗ:

1. До електричних параметрів та режимів:

СУЗ розраховується на електроживлення не менше ніж від двох незалежних джерел живлення; при зникненні одного джерела робота СУЗ зберігається;

При тривалому відключенні параметрів електроживлення помилкового спрацьовування аварійного захисту (АЗ) немає і органи регулювання мимовільно не переміщаються;

СУЗ має забезпечити обмін інформацією з різними системами.

2. До надійності:

Термін служби СУЗ щонайменше 10 років;

Напрацювання на відмову у функціях управління 10 5 годин;

Коефіцієнт неготовності за функціями АЗ, що вимагає зупинки ЯР, трохи більше, ніж 10 -5 ;

Середній час відновлення 1:00.

3. До апаратури:

Апаратура СУЗ забезпечує можливість функціональної перевірки, а також параметрів СУЗ за допомогою засобів контролю при підготовці до пуску, що працює ЯР без його зупинки, без порушення функцій системи та працездатності реакторної установки (РУ);

Лінії зв'язку виконані так, щоб пожежа в одній лінії не призвела до неможливості виконувати функції.

4. До виконавчих механізмів:

Виключення мимовільного переміщення у бік збільшення реактивності (при несправності, зникненні харчування тощо);

Робоча швидкість переміщення 20 ± 2 мм за секунду;

Час запровадження робочих органів у активну зону 1,5 – 4 сек;

Час від видачі сигналу АЗ на початок руху 0,5 сек;

Робочий перебіг органу регулювання 3500 мм.

Склад СУЗ

ПТК СДІУ-М

ПТК АЗ-ПЗ

ПТК АРМ-РОМ-УПЗ

Електроживлення обладнання.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

Філія федерального державного бюджетного освітньої установивищої професійної освіти

«Самарський державний технічний університет» у м. Сизрань

Кафедра «Електромеханіка та промислова автоматика»

Курсовий проект

з дисципліни «Проектування автоматизованих систем»

Регулювання технологічних параметрів на установці ЕОЛУ АВТ-6

Виконав:

Студент гр. ЕАБЗ-401 Голотін К.О.

Перевірив:

ст. викладач Шумілов Є.А.

Сизрань 2014

Вступ

1. Опис роботи установки

3. Розрахунки регуляторів

Висновок

Вступ

Нафта відома людині з найдавніших часів. Протягом багатьох століть нафтою користувалися як лікувальний засіб, паливо та освітлювальний матеріал. З розвитком техніки у Росії розвивалася і нафтопереробна промисловість, яка забезпечувала отримання з нафти різних нафтопродуктів. Перед нафтовою промисловістю стоїть величезне завдання: забезпечити сировиною та проміжними продуктами хімічну та нафтохімічну промисловість. Сировиною у розвиток цих галузей промисловості служать природний і попутний газ, скраплений і окремі вуглеводневі фракції. Крім того, на нафтопереробних заводах стали отримувати ароматичні вуглеводні, сировину для сажі, синтетичні жирні кислоти та спирти, а також багато інших продуктів. Сучасна нафтопереробна промисловість постійно під знаком науково-технічних розробок. Основними технологічними процесами на нафтопереробних підприємствах є: знесолювання та зневоднення нафти на первинному етапі, каталітичний крекінг, каталітичний риформінг, ізомеризація, гідрогенізаційне очищення нафтових дистилятів та ін. – на вторинному та наступних етапах.

Широке поширення вторинних процесів переробки нафти підвищує вимоги до чіткості поділу нафти та більш глибоким відборам. Сучасні технологічні процеси переробки нафти відрізняються великою продуктивністю, високими швидкостямипотоків та певними значеннями параметрів, відхилення яких допускається лише в невеликих межах.

На сучасному світовому ринку пред'являються високі вимоги до якості нафти і нафтопродуктів, тому необхідно безперервно покращувати якість продукції, що випускається. А це потребує застосування сучасних високоточних систем керування.

Процеси перегонки нафти здійснюють на про атмосферних трубчастих (AT) і вакуумних трубчастих (ВТ) чи атмосферно-вакуумних трубчастих (АВТ) установках.

На установках AT здійснюють неглибоку перегонку нафти з отриманням паливних (бензинових, гасових, дизельних) фракцій та мазуту. Установки ВТ призначені для перегонки мазуту. Отримані на них газойльові, масляні фракції та гудрон використовують як сировину процесів наступної (вторинної) переробки їх з отриманням палив, мастил, коксу, бітумів та інших нафтопродуктів.

Сучасні процеси перегонки нафти є комбінованими з процесами зневоднення та знесолення, вторинної перегонки та стабілізації бензинової фракції: ЕЛОУ-АТ, ЕЛОУ-АВТ тощо.

1. Опис роботи установки

Технологічний процес в атмосферному блоці ЕЛОУ АВТ-6 протікає в такий спосіб. Зневоднену і знесолену на ЕЛОУ нафту додатково підігрівають в теплообмінниках і подають на поділ в колону часткового відбензинювання 1. Вуглеводневий газ, що йде з верху цієї колони, і легкий бензин конденсують і охолоджують в апаратах повітряного і водяного охолодження і направляють в ємність. Частина конденсату повертають на верх колони 1 як гостре зрошення. Отбензиненную нафту з низу колони 1 подають трубчасту піч 4, де нагрівають до необхідної температури і направляють в атмосферну колону 2. Частина отбензиненной нафти з печі 4 повертають вниз колони 1 в якості гарячого струменя. З верху колони 2 відбирають важкий бензин, а збоку через отпарные колони 3 виводять паливні фракції 180-220 (230), 220 (230)-280 і 280-350 °З. Атмосферна колона, крім гострого зрошення, має два циркуляційні зрошення, якими відводять тепло нижче за тарілки відбору фракцій 180-220 і 220-280 °С. У нижні частини атмосферної та відпарних колон подають перегріту водяну пару для відпарювання легко киплячих фракцій. З низу атмосферної колони виводять мазут, який направляють блок вакуумної перегонки.

2. Технологічна схема встановлення

На рис. 1 показано принципову схему блоку атмосферної перегонки нафти установки ЕЛОУ АВТ-6.

1- колона, що відбензинює;

2 – атмосферна колона;

3 - отпарні колони;

4 – атмосферна піч;

I – нафта з ЕЛОУ;

II – легкий бензин;

III-важкий бензин;

IV - фракція 180-220;

V - фракція 220-280;

VI - фракція 280-350;

VII – мазут;

IX - водяна пара.

3. Розрахунок регуляторів

Таблиця 1 Дані для розрахунку

нафтопереробний елоу промисловість

Для регулювання параметрів використається триконтурна система підлеглого регулювання. Структурну схему такої системи показано на рис.2.

Для системи регулювання температури в атмосферній печі:

R1(s) - передатна функція регулятора швидкості електродвигуна;

W11(s) - передатна функція тиристорного перетворювача;

W12(s) - передавальна функція електродвигуна;

Wос1(s) - передатна функція датчика швидкості;

R2(s) - передатна функція регулятора витрати пального;

W21(s) – передатна функція насоса;

Wос2(s) - передатна функція датчика витрати палива;

R3(s) - передатна функція регулятора температури в атмосферній печі;

W31(s) – передавальна функція атмосферної печі;

Wос3(s) – передатна функція датчика температури атмосферної печі.

Перший контур системи регулювання за швидкістю налаштуємо на технічний оптимум (рис.3).

Бажана передатна функція першого розімкнутого контуру:

З іншого боку:

Підставивши у формулу (2) значення, можна розрахувати передавальну функцію регулятора:

Перевіримо правильність обчислень за допомогою комп'ютерного моделювання Simulink. На (рис.5) зображено графік перехідного процесу, параметри якого відповідають технічному оптимуму.

Мал. 4 Схема моделі системи електроприводу

Мал. 5 Графік перехідного процесу

Передатна функція першого замкнутого контуру:

Другий контур системи регулювання витрати пального налаштуємо на технічний оптимум (рис.6).

Бажана передатна функція другого розімкнутого контуру:

З іншого боку:

Підставивши у формулу (4) значення, можна розрахувати передатну функцію регулятора:

Перевіримо правильність обчислень за допомогою комп'ютерного моделювання Simulink. На (рис.8) зображено графік перехідного процесу, параметри якого відповідають технічному оптимуму.

Мал. 7 Схема моделі системи електроприводу

Мал. 8 Графік перехідного процесу

Передатна функція другого замкнутого контуру:

Третій контур системи регулювання температури налаштуємо на симетричний оптимум (рис.9).

Бажана передатна функція третього розімкнутого контуру:

З іншого боку:

Підставивши у формулу (6) значення, можна розрахувати передавальну функцію регулятора:

Перевіримо правильність обчислень за допомогою комп'ютерного моделювання Simulink. На (рис.11) зображено графік перехідного процесу, параметри якого відповідають технічному оптимуму.

Мал. 10 Схема моделі системи електроприводу

Мал. 11 Графік перехідного процесу

Висновок

У ході цієї курсової роботибули розраховані регулятори кожного контуру системи підлеглого регулювання, правильність яких перевірялося з допомогою комп'ютерного моделювання в Simulink. За отриманими графіками перехідного процесу було розраховано перерегулювання, час неузгодженості, максимальний час і час перехідного процесу. Розраховані значення відповідають стандартним, залежно від вибраної умови (технічний або симетричний оптимуми). Так само докладно вивчений технологічний процес в атмосферному блоці ЕЛОУ АВТ-6, який відрізняється великою продуктивністю, високими швидкостями потоків та певними значеннями параметрів, відхилення яких допускається лише у невеликих межах.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Завдання нафтопереробної та нафти хімічної промисловості. Особливості розвитку нафтопереробної промисловості у світі. Хімічна природа, склад та Фізичні властивостінафти та газоконденсату. Промислові установки первинної переробки нафти.

курс лекцій, доданий 31.10.2012

Значення хімічної та нафтохімічної промисловості. Структура галузі. Розміщення хімічної та нафтохімічної промисловості. Вплив хімічної та нафтохімічної промисловості на навколишнє середовище. Сучасний станта тенденції розвитку.

реферат, доданий 27.10.2004

Типи промислових установок Блок атмосферного перегонки нафти установки. Особливості технології вакуумної перегонки мазуту за олійним варіантом. Перехресноточні посадкові колони для чіткого фракціонування мазуту з одержанням масляних дистилятів.

реферат, доданий 14.07.2008

Структура Московського нафтопереробного заводу в Капотні: 8 основних та 9 допоміжних цехів, у складі яких 48 технологічних установок. Дані про встановлення ЕЛОУ-АВТ-6. Технологічна схема встановлення триразового випаровування нафти ЕЛОУ-АВТ.

звіт з практики, доданий 19.07.2012

Автоматизація хімічної промисловості. Призначення та розробка робочого проекту установок гідрокрекінгу, регенерації каталізатора та гідродеароматизації дизельного палива. Моделювання системи автоматичного регулювання. Вибір засобів автоматизації.

курсова робота , доданий 16.08.2012

Елементний склад нафти та характеристика нафтопродуктів. Обґрунтування вибору та опис технологічної схемиатмосферної колони. Розрахунок колони ректифікації К-1, К-2, трубчастої печі, теплообмінника, конденсатора і холодильника, підбір насоса.

курсова робота , доданий 11.05.2015

Розробка функціональної та структурної схеми автоматизованої системиуправління процесом атмосферної перегонки нафти Розробка з'єднань та підключень. Програмно-математичне забезпечення системи. Розрахунок економічного ефектувід застосування АСУ.

дипломна робота , доданий 11.08.2011

Історія підприємства ВАТ АНК "Башнафта". Обов'язки майстра з контрольно-вимірювальних приладів та засобів автоматики. Технологічний процес промислової підготовки нафти. Його регулювання за допомогою первинних датчиків та виконавчих механізмів.

звіт з практики, доданий 09.04.2012

Ректифікація бінарних сумішей. Встановлення атмосферного перегонки нафти. Конструкція агрегату та технологічний процес. Контролює та регулює рівень розділу фаз нафту/воду в електродегідраторі. Розробка функціональної схеми автоматизації устрою.

курсова робота , доданий 07.01.2015

p align="justify"> Процес первинної перегонки нафти, його схема, основні етапи, специфічні ознаки. Основні фактори, що визначають вихід та якість продуктів первинної перегонки нафти. Установка із дворазовим випаром нафти, вихід продуктів первинної перегонки.

До основних технологічних параметрів, що підлягають контролю та регулюванню в хіміко-технологічних процесах, відносять витрату, рівень, тиск, температуру, значення рН та показники якості (концентрацію, щільність, в'язкість та ін.)* [Основи вимірювання цих параметрів, автоматичні прилади контролю та виконавчі пристрої вивчають у курсах «Технологічні вимірювання та прилади» та «Технічні засоби автоматизації». Тут розглянуто особливості регулювання цих параметрів з урахуванням статичних та динамічних характеристик каналів регулювання, приладів контролю та засобів автоматизації та наведено приклади найпоширеніших систем регулювання деяких параметрів.]. Регулювання витрати. Необхідність регулювання витрати виникає при автоматизації будь-якого безперервного процесу. АСР витрати, призначені для стабілізації збурень за матеріальним потокам, є невід'ємною частиною розімкнених систем автоматизації технологічних процесів. Часто АСР витрати використовують як внутрішні контури у каскадних системах регулювання інших параметрів. Для забезпечення заданого складу суміші або для підтримки матеріального та теплового балансів в апараті застосовують системи регулювання співвідношення витрат кількох речовин одноконтурних або каскадних АСР.

Системи регулювання витрати характеризуються двома особливостями: малою інерційністю власне об'єкта регулювання; наявністю високочастотних складових у сигналі зміни витрати, зумовлених пульсаціями тиску в трубопроводі (останні викликані роботою насосів або компресорів або випадковими коливаннями витрати при дроселювання потоку через пристрій, що звужує).

На рис. 2.1 дана принципова схема об'єкта при регулюванні витрати. Зазвичай таким об'єктом є ділянка трубопроводу між точкою вимірювання витрати (наприклад, місцем встановлення пристрою, що звужує 1 ) та регулюючим органом 2. Довжина цієї ділянки визначається правилами установки пристроїв, що звужують, і регулюючих органів і становить зазвичай кілька метрів. Динаміка каналу "витрата речовини через клапан - витрата речовини через витратомір" наближено описується аперіодичним ланкою першого порядку з чистим запізненням. Час чистого запізнення зазвичай зі-

Мал. 2.1. Принципова схема об'єкта під час регулювання витрати: /-вимірювач витрати; 2 - регулюючий клапан

ставить частки секунд для газу і кілька секунд - для рідини; значення постійного часу – кілька секунд.

Зважаючи на малу інерційність об'єкта регулювання особливі вимоги пред'являються до вибору засобів автоматизації та методів розрахунку АСР. Зокрема, у промислових установках інерційність ланцюгів контролю та регулювання витрати стає сумірною з інерційністю об'єкта, і її слід враховувати при розрахунку систем регулювання.

Наближена оцінка чистого запізнення та постійних часу окремих елементів ланцюга показує (рис. 2.2), що сучасні первинні перетворювачі витрати, побудовані за принципом динамічної компенсації, можна як підсилювальні ланки. Виконавчий пристрій апроксимується аперіодичним ланкою першого порядку, постійна часу якого становить кілька секунд, причому швидкодія виконавчого пристрою суттєво підвищується при використанні позиціонерів. Імпульсні лінії, що зв'язують засоби контролю та регулювання, апроксимуються аперіодичним ланкою першого порядку з чистим запізненням, параметри якого визначаються довжиною лінії і лежать у межах декількох секунд. При більших відстанях між елементами ланцюга необхідно по довжині імпульсної лінії встановлювати додаткові підсилювачі потужності.

Внаслідок малої інерційності об'єкта робоча частота може виявитися вищою за максимальну, що обмежує область нормальної роботи промислового регулятора, в межах якої реалізуються стандартні закони регулювання. За межами цієї області динамічні характеристики регуляторів відрізняються від стандартних, внаслідок чого потрібне введення поправок на робочі налаштування з урахуванням фактичних законів регулювання.

Мал. 2.2. Структурна схема системи регулювання витрати:

1 - Об'єкт; 2 - первинний перетворювач витрати; 3 - регулятор; 4 - Імпульсні лінії; 5 - виконавчий пристрій

Вибір законів регулювання диктується зазвичай необхідною якістю перехідних процесів. Для регулювання витрати без статичної похибки в одноконтурних АСР застосовують ПІ-регулятори. Якщо АСР витрати є внутрішнім контуром у каскадній системі регулювання, ре-

Мал. 2.3. Схеми регулювання витрати після відцентрового (а)і поршневого ( б) насосів:

/ - Вимірник витрати; 2 - регулюючий клапан; 3- регулятор; 4 - насос

гулятор витрати може здійснювати П-закон регулювання. За наявності високочастотних перешкод сигналу витрати застосування регуляторів з диференціальними складовими в законі регулювання без попереднього згладжування сигналу може призвести до нестійкої роботи системи. Тому в промислових АСР витрати застосування ПД-або ПІД-регуляторів не рекомендується.

У системах регулювання витрати застосовують один із трьох способів зміни витрати:

дроселювання потоку речовини через регулюючий орган, що встановлюється на трубопроводі (клапан, шибер, заслінка);

зміна напору у трубопроводі за допомогою регульованого джерела енергії (наприклад, зміною числа обертів двигуна насоса або кута повороту лопатей вентилятора);

байпасування, тобто перекидання надлишку речовини з основного трубопроводу в обвідну лінію.

Регулювання витрати після відцентрового насоса здійснюється регулюючим клапаном, що встановлюється на нагнітальному трубопроводі (рис. 2.3, а). Якщо для перекачування рідини використовують поршневий насос, застосування подібної АСР неприпустимо, оскільки при роботі регулятора клапан може повністю закритися, що призведе до розриву трубопроводу (або до помпажу, якщо клапан встановлений на всмоктуванні насоса). У цьому випадку для регулювання витрати використовують байпасування потоку (рис. 2.3, б).

Регулювання витрати сипких речовин здійснюється зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки на виході з бункера (рис. 2.4, а) або зміною швидкості руху стрічки транспортера (рис. 2.4, б). Вимірювачем витрати при цьому може бути зважуючий пристрій, який визначає масу матеріалу на стрічці транспортера.

Регулювання співвідношення витратдвох речовин можна здійснювати за однією із трьох схем, описаних нижче.

1. При незаданій загальної продуктивності витрати однієї речовини (рис. 2,5, a) G 1 , званий «провідним» може змінюватися довільно; друга речовина подається при постійному співвідношенні уз першим, так що «відома» витрата дорівнює yG 1 .

Мал. 2.4. Схеми регулювання витрати сипучих речовин:

а -зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки; б – зміною швидкості руху транспортера; / - Бункер; 2 – транспортер; 3 - регулятор; 4 - Регулююча заслінка; 5 - електродвигун

Іноді замість регулятора співвідношення використовують реле співвідношення і звичайний регулятор однієї змінної (рис. 2.5,6). Вихідний сигнал реле 6, встановлює заданий коефіцієнт співвідношення у,подається у вигляді завдання регулятору 5, що забезпечує підтримку «відомої» витрати.

При заданому "провідному" витраті крім АСР співвідношення застосовують і АСР "провідного" витрати (рис. 2.5, в). За такої схеми у разі зміни завдання витрати G\ автоматично зміниться та витрата G% (У заданому співвідношенні з Gi).

АСР співвідношення витрат є внутрішнім контуром у каскадній системі регулювання третього технологічного параметра у(Наприклад, температури в апараті). При

Мал. 2.5. Схеми регулювання співвідношення витрат:

а, б- при незаданому загальному навантаженні; в- при заданому загальному навантаженні; г- при заданому загальному навантаженні та корекції коефіцієнта співвідношення за третім параметром; ", 2 - Вимірювачі витрати; 3 - регулятор співвідношення; 4, 7 - Регулюючі клапани; 5 – регулятор витрати; 6 - реле співвідношення; 8 - регулятор температури; 9 - пристрій обмеження

цьому заданий коефіцієнт співвідношення встановлюється зовнішнім регулятором залежно від цього параметра так що Gi= y{ y) G\ (Рис. 2.5, г). Як зазначалося вище, особливість налаштування каскадних АСР у тому, що завдання внутрішньому регулятору встановлюють обмеження Хрн^Яр^Ярв. Для АСР співвідношення витрат це відповідає обмеженню Yh^y^Yb- Якщо вихідний сигнал зовнішнього регулятора виходить за межі [дг рн, х рв], то завдання регулятору співвідношення залишається на гранично допустимому значенні у(Т. Е. Yh або Yb)-Регулювання рівня. Рівень є непрямим показником гідродинамічної рівноваги апарату. Постійність рівня свідчить про дотримання матеріального балансу, коли приплив рідини дорівнює стоку, і швидкість зміни рівня дорівнює нулю. Слід зазначити, що приплив і стік тут є узагальненими поняттями. У найпростішому випадку, коли в апараті не відбуваються фазові перетворення (збірники, проміжні ємності, рідкофазні реактори), приплив дорівнює витраті рідини, що подається в апарат, а стік - витрати рідини, що відводиться з апарату. У складніших процесах, що супроводжуються зміною фазового стану речовин, рівень є характеристикою як гідравлічних, а й теплових і масообмінних процесів, а приплив і стік враховують фазові перетворення речовин. Такі процеси протікають у випарниках, конденсаторах, випарних установках, ректифікаційних колонах тощо.

У випадку зміна рівня описується рівнянням виду

(2.1)

де S-площа горизонтального (вільного) перерізу апарату; G B x,

Залежно від необхідної точності підтримки рівня застосовують один із наступних двох способів регулювання:

Мал. 2.6. Приклад схеми позиційного регулювання рівня:

/ - Насос; 2 – апарат; 3 - сигналізатор рівня; 4 - регулятор рівня; 5,6 - регулюючі клапани

1) позиційне регулювання, при якому рівень в апараті підтримується в заданих, досить широких межах: L„^ L^. L B . Такі системи регулювання встановлюють на збірниках рідини чи проміжних ємностях.

Мал. 2.7. Схеми безперервного регулювання рівня:

а- Регулювання «на притоці»; б- Регулювання «на стоку»; в- каскадна АСР; / - регулятор рівня; 2 - регулюючий клапан; 3, 4 - вимірювачі витрати; 5 - регулятор співвідношення

(Рис. 2.6). При досягненні граничного значення рівня відбувається автоматичне перемикання потоку запасну ємність;

2) безперервне регулювання, у якому забезпечується стабілізація рівня заданому значенні, тобто. L = L°.

Особливо високі вимоги пред'являються до точності регулювання рівня теплообмінних апаратах, у яких рівень рідини істотно впливає теплові процеси. Наприклад, у парових теплообмінниках рівень конденсату визначає фактичну поверхню теплообміну. У таких АСР регулювання рівня без статичної похибки застосовують ПІ-регулятори. П-регулятори використовують лише у тих випадках, коли не потрібна висока якість регулювання та обурення в системі не мають постійної складової, яка може призвести до накопичення статичної похибки.

За відсутності фазових перетворень в апараті рівень у ньому регулюють одним із трьох способів:

зміною витрати рідини на вході в апарат (регулювання «на притоці», рис. 2.7, а);

зміною витрати рідини на виході з апарата (регулювання "на стоку", рис. 2.7,6);

регулюванням співвідношення витрат рідини на вході в апарат та виході з нього з корекцією за рівнем (каскадна АСР, рис. 2.7, в); відключення коригуючого контуру може призвести до накопичення помилки при регулюванні рівня, оскільки внаслідок неминучих похибок у налаштуванні регулятора співвідношення витрати рідини на вході та виході апарата не будуть точно рівні один одному і внаслідок інтегруючих властивостей об'єкта [див. рівняння (2.1)] рівень в апараті безперервно наростатиме (або зменшуватись).

У разі коли гідродинамічні процеси в апараті супроводжуються фазовими перетвореннями, можна регулювати рівень зміною подачі теплоносія (або холодоагенту), як це показано на рис. 2.8. У таких апаратах рівень взаємопов'язаний з іншими параметрами (наприклад, тиском), тому вибір способу регулювання рівня в кожному конкрет-

Мал. 2.8. Схема регулювання рівня у випарнику:

1 - випарник; 2 - регулятор рівня; 3 - регулюючий клапан

Мал. 2.9. Регулювання рівня киплячого шару:

а- відведенням зернистого матеріалу; б – зміною витрати газу; 1 - апарат із киплячим шаром; 2 – регулятор рівня; 3 - регулюючий орган

ном випадку повинен виконуватися з урахуванням інших контурів регулювання.

Регулювання тиску.Тиск є показник співвідношення витрат газової фази на вході в апарат і виході з нього. Постійність тиску свідчить про дотримання матеріального балансу газової фази. Зазвичай тиск (або розрідження) в технологічній установці стабілізують в якомусь одному апараті, а по всій системі воно встановлюється відповідно до гідравлічного опору лінії та апаратів. Наприклад, у багатокорпусній випарній установці (рис. 2.10) стабілізують розрідження в останньому випарному апараті. В інших апаратах за відсутності збурень встановлюється розрідження, що визначається за умов матеріального та теплового балансів з урахуванням гідравлічного опору технологічної лінії.

У тих випадках, коли тиск суттєво впливає на кінетику процесу, передбачається система стабілізації тиску в окремих апаратах. Прикладом може бути процес ректифікації, котрій крива фазового рівноваги істотно залежить від тиску. Крім того, при регулюванні процесу бінарної ректифікації часто як непрямий

показник складу суміші використовують її температуру кипіння, яка однозначно пов'язана зі складом лише при постійному тиску. Тому в продуктових колонах ректифікації зазвичай передбачають спеціальні системи стабілізації тиску (рис. 2.11).

Рівняння матеріального балансу апарату за газовою фазою записується як:

де V - Об'єм апарату; 0 В х і (Звих - витрата газу відповідно подається в апарат і відводиться з нього; G 0 e- маса газу, що утворюється (або витрачається)" в апараті в одиницю часу.

Як видно з порівняння рівнянь (2.1) та (2.2), способи регулювання тиску аналогічні способам регулювання рівня. У розглянутих вище прикладах АСР тиску регулюючими впливами обрані витрата несконденсованих газів, що відводяться з верхньої частини колони (т. е. G Bb ix, рис. 2.11) і витрата охолоджувальної води в барометричний конденсатор, який впливає на швидкість конденсації вторинної пари (т е. на G 0 6, рис. 2.10).

p align="justify"> Особливе місце серед АСР тиску займають системи регулювання перепаду тиску в апараті, що характеризує гідродинамічний режим, який істотно впливає на протікання процесу. Прикладами таких апаратів можуть бути насадкові колони (рис. 2.12, а), апарати з киплячим шаром (рис. 2.12,6) та ін.

Регулювання температури. Температура є показником термодинамічного стану системи і використовується як ви-

Мал. 2.10. Регулювання розрідження у багатокорпусній випарній установці:

1,2 - випарні апарати; 3 - барометричний конденсатор; 4 - Регулятор розрідження; 5 - регулюючий клапан

Мал. 2.11. АСР тиску в колоні ректифікації:

/ - Колона; 2 - Дефлегматор; 3 - флегмова ємність; 4 - регулятор тиску; 5 - регулюючий клапан

Мал. 2.12. Схема регулювання перепаду тиску: а- у колонному апараті з насадкою; б - в апараті з киплячим шаром; / - Апарат; 2 - регулятор перепаду тиску; 3 - регулюючий клапан

хідна координата під час регулювання теплових процесів. Динамічні характеристики об'єктів у системах регулювання температури залежать від фізико-хімічних параметрів процесу та конструкції апарату. Тому загальні рекомендації щодо вибору АСР температури сформулювати неможливо, і потрібен аналіз кожного конкретного процесу.

До загальних особливостей АСР температури можна віднести значну інерційність теплових процесів та промислових датчиків температури. Тому одне з основних завдань при проектуванні АСР температури – зменшення інерційності датчиків.

Розглянемо, наприклад, динамічні характеристики термометра в захисному чохлі (рис. 2.13, а). Структурну схему термометра можна як послідовне з'єднання чотирьох теплових ємностей (рис. 2.13,6): захисного чохла 1, повітряного прошарку 2, стінки термометра 3 та власне робочої рідини 4. Якщо знехтувати тепловим опором кожного шару, то всі елементи можна апроксимувати аперіодичними ланками 1-го порядку, рівняння яких мають вигляд:

М/- маса відповідно чохла, повітряного прошарку, стінки та рідини; c P j - питомі теплоємності; ал, а.ц- Коефіцієнти тепловіддачі; ^л. Гц- Поверхні тепловіддачі.

Як очевидно з рівнянь (2.3), основними напрямами зменшення інерційності датчиків температури є:

підвищення коефіцієнтів тепловіддачі від середовища до чохла внаслідок правильного вибору місця встановлення датчика; при цьому швидкість руху середовища має бути максимальною; за інших рівних умов більш краща установка термометрів у рідкій фазі (порівняно з газоподібною), в парі, що конденсується (порівняно з конденсатом) тощо;

зменшення теплового опору та теплової ємності захисного чохла в результаті вибору його матеріалу та товщини;

зменшення постійного часу повітряного прошарку за рахунок застосування наповнювачів (рідина, металева стружка); у термоелектричних перетворювачів (термопар) робочий спай припаюється до захисного чохла;

Загальною особливістю об'єктів при регулюванні рН є нелінійність статичних характеристик, пов'язана з нелінійною залежністю рН від витрат реагентів. На рис. 2.14 показана крива титрування, що характеризує за-

Мал. 2.13. Принципова (а) та структурна (б)схеми термометра: 1 - захисний чохол; 2 - повітряний прошарок; 3-стінка термометра; 4 - робоча рідина

Мал. 2.14. Залежність величини рН від витрати реагенту

висимість рН від витрати кислоти G\. Для різних заданих значень рН на цій кривій можна виділити три характерні ділянки: перша (середня), що відноситься до майже нейтральних середовищ, близька до лінійного і характеризується дуже великим коефіцієнтом посилення; другий і третій ділянки, що відносяться до сильно лужних або кислих середовищ, мають найбільшу кривизну.

На першій ділянці об'єкт за своєю статичною характеристикою наближається до релейного елемента. Практично це означає, що з розрахунку лінійної АСР коефіцієнт посилення регулятора настільки малий, що за межі робочих налаштувань промислових регуляторів. Так як власне реакція нейтралізації проходить майже миттєво, динамічні характеристики апаратів визначаються процесом змішування і в апаратах з пристроями, що перемішують, досить точно описуються диференціальними рівняннями 1-го порядку із запізненням. При цьому чим менша постійна часу апарату, тим складніше забезпечити стійке регулювання процесу, оскільки починають позначатися інерційність приладів та регулятора та запізнення в імпульсних лініях.

Задля більшої стійкого регулювання рН застосовують спеціальні системи. На рис. 2.15, апоказаний приклад системи регулювання рН із двома регулюючими клапанами. Клапан 1, має великий умовний діаметр, служить для грубого регулювання витрати і налаштований на максимальний діапазон зміни вихідного сигналу регулятора [х рн х рв ] (Рис. 2.15,6, крива /). Клапан 2, службовець для точного регулювання, розрахований на меншу пропускну спроможність і налаштований таким чином, що при х р =х р °+<А він повністю відкритий, а при x p = x v ° -А – повністю закритий (крива 2). Таким

Мал. 2.15. Приклад системи регулювання рН:

а -функціональна схема; б – статичні характеристики клапанів; 1, 2 - регулюючий клапан; 3 - Регулятор рН

Мал. 2.16. Шматково-лінійна апроксимація статичної характеристики об'єкта при регулюванні рН.

Мал. 2.17. Структурна схема системи регулювання рН із двома регуляторами

чином, при незначному відхиленні рН від рН°, коли Хр°-Л^АГр^лгр 0+)А, ступінь відкриття клапана / практично не змінюється, і регулювання ведеться клапаном 2. Якщо \х р-х р ° | >Л, клапан 2 залишається у крайньому положенні, і регулювання здійснюється клапаном /.

На другому та третьому ділянках статичної характеристики (рис. 2.14) її лінійна апроксимація справедлива лише в дуже вузькому діапазоні зміни рН, і в реальних умовах помилка регулювання за рахунок лінеаризації може виявитися неприпустимо великою. У цьому випадку більш точні результати дає кусково-лінійна апроксимація (рис. 2.16), при якій лінеаризований об'єкт має змінний коефіцієнт посилення:

Так рис. 2.17 наведено структурну схему такої АСР. Залежно від неузгодженості ЛрН включається в роботу один із регуляторів, налаштований на відповідний коефіцієнт посилення об'єкта.

Регулювання параметрів складу та якості. У процесах хімічної технології велику роль відіграє точне підтримання якісних параметрів продуктів (склад газової суміші, концентрації тієї чи іншої речовини в потоці тощо). Ці параметри характеризуються складністю виміру. У ряді випадків для вимірювання складу використовують хроматографічний метод. При цьому результат виміру буває відомий у дискретні моменти часу, що віддаляються один від одного на тривалість циклу роботи хроматографа. Аналогічна ситуація виникає і тоді, коли єдиним способом виміру якості продукції є тією чи іншою мірою механізований аналіз проб.

Мал. 2.18. Блок-схема АСР параметра якості продукту:

1 - об'єкт; 2 - аналізатор якості; 3 - Обчислювальний пристрій; 4 - регулятор

Дискретність вимірювання може призвести до значних додаткових запізнювань та зниження динамічної точності регулювання. Щоб зменшити небажаний вплив затримки вимірювання, використовують модель зв'язку якості продукту зі змінними, які безперервно вимірюють. Ця модель може бути досить простою; коефіцієнти моделі уточнюють, порівнюючи розраховане за нею та знайдене в результаті чергового аналізу значення якісного параметра (алгоритми такого уточнення викладені у розд. 5.8). Таким чином, одним із раціональних способів регулювання якості є регулювання за непрямим обчислюваним показником з уточненням алгоритму його розрахунку за даними прямих аналізів. У проміжках між вимірюваннями показник якості продукту може бути розрахований екстраполяцією раніше виміряних значень.

Блок-схема системи регулювання параметра якості продукту показано на рис. 2.18. Обчислювальний пристрій у загальному випадку безперервно розраховує оцінку показника якості x(t) за формулою

в якій перший доданок відображає залежність хвід безперервно вимірюваних змінних процесу або величин, динамічно з ними пов'язаних, наприклад, похідних, а друге - від виходу екстраполіруючого фільтра.

Для підвищення точності регулювання складу та якості застосовують прилади з пристроєм автоматичного калібрування. І тут система управління виробляє періодичну калібрування аналізаторів складу, коригуючи їх характеристики.

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТИПОВИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХПРОЦЕСІВ

2.1. НАСЛІДНІСТЬ ВИБОРУ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ*

Загальне завдання управліннятехнологічним процесом формулюється зазвичай завдання максимізації (мінімізації) деякого критерію (собівартості, енерговитрат, прибутку) і під час обмежень на технологічні параметри, накладаемых регламентом. Вирішення такої задачі для всього процесу в цілому дуже трудомістке, а іноді практично неможливо через велику кількість факторів, що впливають на хід процесу. Тому весь процес розбивають на окремі ділянки. які характеризуються порівняно невеликим числом пере-

, * У цьому розділі розглядаються найбільш характерні особливості регулювання основних технологічних параметрів та процесів. На основі-рівнянні матеріального та теплового балансу апаратів проводиться аналіз їх як об'єктів регулювання та дається вибір варіантів систем регулювання, починаючи з найпростіших одноконтурних АСР з поступовим ускладненням схем. У розділах, присвячених автоматизації реакторів, теплообмінників та ректифікаційних колон, на прикладі найпростіших апаратів ілюструється методика виведення лінеаризованих моделей статики та динаміки технологічних об'єктів із зосередженими та розподіленими параметрами, які можуть бути використані при розрахунку систем регулювання.

менних. Зазвичай ці ділянки збігаються із закінченими технологічними стадіями, котрим можуть бути сформульовані свої підзавдання управління, підпорядковані загальному завданню управління процесом загалом.

Завдання управління окремими стадіями зазвичай спрямовані на оптимізацію (в окремому випадку, стабілізацію) технологічного параметра або критерію, що легко обчислюється за виміряними режимними параметрами (продуктивність, концентрація продукту, ступінь перетворення, витрата енергії). Оптимізацію критерію проводять у межах обмежень, що задаються технологічним регламентом. На підставі завдання оптимального керування окремими стадіями процесу формулюють завдання автоматичного регулюваннятехнологічних параметрів окремих апаратів.

Важливим етапом у розробці системи автоматизації є аналіз основних апаратівяк об'єктів регулювання, тобто виявлення всіх суттєвих вхідних та вихідних змінних та аналіз статичних та динамічних характеристик каналів обурення та регулювання. Вихідними даними при цьому є математична модель процесу і (як перше наближення) статична модель у вигляді рівнянь матеріального та теплового балансів. За підсумками цих рівнянь з урахуванням реальних умов роботи апарату всі істотні чинники, що впливають процес, розбиваються такі групи.

Обурення, що допускають стабілізацію. До них відносять незалежні технологічні параметри, які можуть зазнавати суттєвих коливань, проте за умовами роботи можуть бути стабілізовані за допомогою автоматичної системи регулювання. До таких параметрів зазвичай належать деякі показники вхідних потоків. Так, витрата живлення можна стабілізувати, якщо перед апаратом є буферна ємність, що згладжує коливання витрати на виході попереднього апарату; стабілізація температури живлення можлива, якщо перед апаратом встановлений теплообмінник, тощо. Очевидно, при проектуванні системи управління доцільно передбачити автоматичну стабілізацію таких збурень. Це дозволить підвищити якість управління процесом загалом. У найпростіших випадках на основі таких систем автоматичної стабілізації збурень будують розімкнуту (щодо основного показника процесу) систему автоматизації, що забезпечує стійке ведення процесу в рамках технологічного регламенту.

Контрольовані обурення. До них умовно відносять ті обурення, які можна виміряти, але неможливо чи неприпустимо стабілізувати (витрата харчування, що подається безпосередньо з попереднього апарату; температура навколишнього середовища тощо). Наявність суттєвих нестабілізованих обурень вимагає застосування або замкнутих за основним показником процесу систем регулювання, або

комбінованих АСР, у яких якість регулювання підвищується запровадженням динамічної компенсації обурення.

Неконтрольовані збурення. До них належать ті обурення, які неможливо чи недоцільно вимірювати безпосередньо. Перші - це падіння активності каталізатора, зміна коефіцієнтів тепло - і масопередачі і т. п. Прикладом других може служити тиск пари, що гріє, в заводській мережі, яке коливається випадковим чином і є джерелом обурення в теплових процесах. Виявлення можливих неконтрольованих збурень - важливий етап у дослідженні процесу та розробці системи управління. Наявність таких збурень вимагає, як і попередньому випадку, обов'язкового застосування замкнутих за основним показником процесу систем автоматизації.

Можливі регулюючі дії. Це матеріальні або теплові потоки, які можна автоматично змінювати для підтримки регульованих параметрів.

Вихідні змінні. З-поміж них вибирають регульовані координати. При побудові замкнутих систем регулювання як регульовані координати вибирають технологічні параметри, зміна яких свідчить про порушення матеріального або теплового балансу в апараті. До них відносяться: рівень рідини- Показник балансу по рідкій фазі; тиск- Показник балансу по газовій фазі; температура- Показник теплового балансу в апараті; кон-центрація- Показник матеріального балансу по компоненту.

Аналіз можливих регулюючих впливів та вихідних координат об'єкта дозволяє вибрати канали регулювання для проектованих АСР. При цьому в одних випадках рішення визначається однозначно, а в інших є можливість вибору регульованої координати, так і регулюючого впливу для заданого виходу. Остаточний вибір каналів регулювання проводять на основі порівняльного аналізу статичних та динамічних характеристик різних каналів. При цьому враховують такі показники, як коефіцієнт посилення, час чистого запізнення, його відношення до найбільшого постійного часу каналу t /Т(Див. Розд. 1.4).

На основі аналізу технологічного процесу як об'єкта регулювання проектують систему автоматизації, що забезпечує вирішення поставленої задачі регулювання. Починають з проектування одноконтурних АСР окремих параметріврів:вони найбільш прості в налагодженні та надійні у роботі, тому широко використовуються при автоматизації технологічних об'єктів.

Однак при несприятливих динамічних характеристиках каналів регулювання (великому чистому запізнюванні, великому відношенні т/Г) навіть у разі оптимальних налаштувань регуляторів якість перехідних процесів одноконтурних АСР може виявитися незадовільним. Для таких об'єк-

ектів аналізують можливість побудови багатоконтурнихАСР,у яких якість регулювання можна підвищити, ускладнюючи схеми автоматизації, тобто застосовуючи каскадні, комбіновані, взаємопов'язані АСР.

Остаточне рішення про застосування тієї чи іншої схеми автоматизації приймають після моделювання різних АСРі порівняння якостіодержуваних процесів регулювання.

2.2. РЕГУЛЮВАННЯ ОСНОВНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

До основних технологічних параметрів, що підлягають контролю та регулюванню в хіміко-технологічних процесах, відносять витрату, рівень, тиск, температуру, значення рН та показники якості (концентрацію, щільність, в'язкість та ін.)*. Регулювання витрати. Необхідність регулювання витрати виникає при автоматизації будь-якого безперервного процесу. АСР витрати, призначені для стабілізації збурень за матеріальними потоками, є невід'ємною частиною розімкнених систем автоматизації технологічних процесів. Часто АСР витрати використовують як внутрішні контури у каскадних системах регулювання інших параметрів. Для забезпечення заданого складу суміші або для підтримки матеріального та теплового балансів в апараті застосовують системи регулювання співвідношення витрат кількох речовин одноконтурних або каскадних АСР.

На рис. 2.1 дана принципова схема об'єкта при регулюванні витрати. Зазвичай таким об'єктом є ділянка трубопроводу між точкою вимірювання витрати (наприклад, місцем установки пристрою 1) і регулюючим органом 2. Довжина цієї ділянки визначається правилами установки пристроїв, що звужують, і регулюючих органів і становить зазвичай кілька метрів. Динаміка каналу "витрата речовини через клапан - витрата речовини через витратомір" наближено описується аперіодичним ланкою першого порядку з чистим запізненням. Час чистого запізнення зазвичай зі-

· Основи вимірювання цих параметрів, автоматичні прилади контролю та виконавчі пристрої вивчають у курсах «Технологічні вимірювання та прилади» та «Технічні засоби автоматизації». Тут розглянуто особливості регулювання цих параметрів з урахуванням статичних та динамічних характеристик каналів регулювання, приладів контролю та засобів автоматизації та наведено приклади найпоширеніших систем регулювання деяких параметрів.

ставить частки секунд для газу і кілька секунд - для рідини; значення постійного часу – кілька секунд.

Наближена оцінка чистого запізнення та постійних часу окремих елементів ланцюга показує (рис. 2.2), що сучасні первинні перетворювачі витрати, побудовані за принципом динамічної компенсації, можна як підсилювальні ланки. Виконавчий пристрій апроксимується аперіодичним ланкою першого порядку, постійна часу якого становить кілька секунд, причому швидкодія виконавчого пристрою суттєво підвищується при використанні позиціонерів. Імпульсні лінії, що зв'язують засоби контролю та регулювання, апроксимуються аперіодичним ланкою першого порядку з чистим запізненням, параметри якого визначаються довжиною лінії і лежать у межах декількох секунд. При великих відстані між елементами ланцюга необхідно по довжині імпульсної лінії встановлювати додаткові підсилювачі потужності.

4 Внаслідок малої інерційності об'єкта робоча частота може виявитися вищою за максимальну, що обмежує область нормальної роботи промислового регулятора, в межах якої реалізуються стандартні закони регулювання. За межами цієї області динамічні характеристики регуляторів відрізняються від стандартних, внаслідок чого потрібне введення поправок на робочі налаштування з урахуванням фактичних законів регулювання.

1 Вибір законів регулювання диктується зазвичай необхідною якістю перехідних процесів. Для регулювання витрати

без статичної похибки в одноконтурних АСР застосовують ПІ – регулятори. Якщо АСР витрати є внутрішнім контуром у каскадній системі регулювання, ре-

гулятор витрати може здійснювати П-закон регулювання. За наявності високочастотних перешкод сигналу витрати застосування регуляторів з диференціальними складовими в законі регулювання без попереднього згладжування сигналу може призвести до нестійкої роботи системи. Тому в промислових АСР витрати застосування ПД - або ПІД-регуляторів не рекомендується.

У системах регулювання витрати застосовують один із трьох способів зміни витрати:

байпасування, тобто перекидання надлишку речовини з основного трубопроводу в обвідну лінію.

Регулювання витрати сипких речовин здійснюється зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки на виході з бункера (рис. 2.4 а) або зміною швидкості руху стрічки транспортера (рис. 2.4,6). Вимірювачем витрати при цьому може служити пристрій, що зважує, який визначає масу матеріалу на стрічці транспортера.

Регулювання співвідношення витратдвох речовин можна здійснювати за однією із трьох схем, описаних нижче.

1. При незаданій загальної продуктивності витрати однієї речовини (рис. 2.5, a) G1, званий «провідним» може змінюватися довільно; друга речовина подається при постійному співвідношенні у зпершим, так що «відома» витрата дорівнює yg1.

Мал. 2.4. Схеми регулювання витрати сипучих речовин:

а- Зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки; б - зміною швидкості дви-учшя транспортера, 1 - Бункер; 2 - Транспортер; 3 - регулятор; 4 - Регулююча заслінка; 5 - електродвигун

Іноді замість регулятора співвідношення використовують реле соотносіння та звичайний регулятор для однієї змінної(Рис. 2.5, б). Вихідний сигнал реле 6, встановлює заданий коефіцієнт співвідношенняy, подається у вигляді завдання регулятору 5, забезпечує підтримку «відомого» витрати.

2. При заданому «провідному» витраті крім АСР співвідношення ня застосовують і АСР «провідного» витрати (рис. 2.5, в). При та ній схемі у разі зміни завдання витратиg1 автомати чески зміниться і витратаgz (У заданому співвідношенні зg1).

3. АСР співвідношення витрат є внутрішнім контом ром в каскадній системі регулювання третього технології ського параметра у(Наприклад, температури в апараті). При

Мал. 2.5. Схеми регулювання співвідношення витрат:

а, б- при незаданому загальному навантаженні, в- при заданому загальному навантаженні, г - при заданому загальному навантаженні та корекції коефіцієнта співвідношення за третім параметром; /, 2 - Вимірювачі витрати, 3 - регулятор співвідношення; 4, 7 - регулюючі клапани; 5 – регулятор витрати, 6 – реле співвідношення, 8 – регулятор температури; 9 - пристрій обмеження

цьому заданий коефіцієнт співвідношення встановлюється зовнішнім регулятором залежно від цього параметра так що G 2 = y(y) G1 (Рис. 2.5, г). Як зазначалося вище, особливість пабудови каскадних АСР полягає в тому, що на завдання внутрішньому регулятору встановлюють обмеження xph. [хрн,xpB], то завдання регулятору співвідношення залишається на гранично допустимому значенні у (тобто yн або yb)-Регулювання рівня. Рівень є непрямим показником гідродинамічної рівноваги в апараті. Постійність рівня свідчить про дотримання матеріального балансу, коли приплив рідини дорівнює стоку, і швидкість зміни рівня дорівнює нулю. Слід зазначити, що приплив і стік тут є узагальненими поняттями. У найпростішому випадку, коли в апараті не відбуваються фазові перетворення (збірники, проміжні ємності, рідкофазні реактори), приплив дорівнює витраті рідини, що подається в апарат, а стік - витрати рідини, що відводиться з апарату. У складніших процесах, що супроводжуються зміною фазового стану речовин, рівень є характеристикою як гідравлічних, а й теплових і масообмінних процесів, а приплив і стік враховують фазові перетворення речовин. Такі процеси протікають у випарниках, конденсаторах, випарних установках, колонах ректифікації тощо.

У випадку зміна рівня описується рівнянням виду

де S-площа горизонтального (вільного) перерізу апарату; Gвx, Gвых-витрати рідини на вході в апарат та виході з нього; Gоб – кількість рідини, що утворюється (або витрачається) в апараті в одиницю часу.

Залежно від необхідної точності підтримки рівня застосовують один із наступних двох способів регулювання:

1) позиційне регулювання, при якому рівень в апараті підтримується в заданих, досить широких пред-

лах: lh

Мал. 2.6. Приклад схеми позиційного регулювання рівня:

1 – насос; 2 - апарат, 3 - сигналізатор рівня; 4 - регулятор рівняня, 5, 6 - регулюючі клапани

Рис 2 7. Схеми безперервного регулювання рівня:

а - регулювання "на притоці"; б - регулювання «на стоку», в- каскадна АСР; 1~регулятор рівня, 2 - регулюючий клапан; 3, 4 - Вимірювачі витрати, 5 - регулятор співвідношення

2) безперервне регулювання, у якому забезпечується стабілізація рівня заданому значенні, тобто. L = L°.

За відсутності фазових перетворень в апараті рівень у ньому регулюють одним із трьох способів:

зміною витрати рідини на вході в апарат (регулювання «на притоці», рис. 2.7 а);

зміною витрати рідини на виході з апарата (регулювання "на стоку", рис. 2.7,6);

Мал. 2.8. Схема регулювання рівня у випарнику:

1 – випарник; 2 - регулятор рівня; 3 - регулюючий клапан

Мал. 2.9. Регулювання рівня киплячого шару:

а- відведенням зернистого матеріалу; б – зміною витрати газу; 1 - апарат із киплячим шаром; 2 - регулятор рівня; 3 - регулюючий орган

ном випадку повинен виконуватися з урахуванням інших контурів регулювання.

p align="justify"> Особливе місце в системах регулювання рівня займають АСР рівня в апаратах з киплячим (псевдозрідженим) шаром зернистого матеріалу. Стійка підтримка рівня киплячого шару можлива у досить вузьких межах співвідношення витрати газу та маси шару. При значних коливаннях витрати газу (або витрати зернистого матеріалу) настає режим винесення шару або осідання. Тому до точності регулювання рівня киплячого шару висувають особливо високі вимоги. Як регулюючі впливи використовують витрату зернистого матеріалу на вході або виході апарату (рис. 2.9, а) або витрата газу на зрідження шару (рис. 2.9,6). Регулювання тиску. Тиск є показник співвідношення витрат газової фази на вході в апарат і виході з нього. Постійність тиску свідчить про дотримання матеріального балансу газової фази. Зазвичай тиск (або розрідження) в технологічній установці стабілізують в якомусь одному апараті, а по всій системі воно встановлюється відповідно до гідравлічного опору лінії та апаратів. Наприклад, у багатокорпусній випарній установці (рис. 2.10) стабілізують розрідження в останньому випарному апараті. В інших апаратах за відсутності збурень встановлюється розрідження, що визначається за умов матеріального та теплового балансів з урахуванням гідравлічного опору технологічної лінії.

показник складу суміші використовують її температуру кипіння, яка однозначно пов'язана зі складом лише при постійному тиску. Тому у продуктових ректифікаційних колонахзазвичай передбачають спеціальні системи стабілізаціїтиску (рис. 2.11).

Рівняння матеріального балансу апарату за газовою фазоюзаписується і у вигляді:

деV- Об'єм апарату;GвхіGВих- Витрата газу відповідно подається в апарат і відводиться з нього; С0б - маса газу, що утворюється (або витрачається) в апараті за одиницю часу.

Як видно з порівняння рівнянь (2.1) і (2.2), способи регулювання тиску аналогічні способам регулюваннярівня. У розглянутих вище прикладах АСР тиску регулюючими впливами обрані витрати несконденсовано газів, що відводяться з верхньої частини колони (тобто.GВИХ, Мал. 2.11) та витрата охолоджувальної води в барометричний конденсатор, який впливає на швидкість вторинної конденсаціїпара (тобто наG0б, Мал. 2.10).

Особливе місце серед АСР тиску займають системи регулення перепаду тиску в апараті, що характеризуєгідродинамічний режим, який істотно впливає на протекання процесу. Прикладами таких апаратів можуть бутинасадкові колони (рис. 2.12 а), апарати з киплячим шаром(рис. 2.12,6) та ін.

Регулювання температури. Температура є показникомтермодинамічного стану системи і використовується як ви-

Мал. 2.10. Регулювання розрідження в багатокорпусній випарній ротновці:

/, 2 - випарні апарати; 3 - барометричний конденсатор; 4 - Регулятор розрідження; 5 - регулюючий клапан

Мал. 2.11. АСР тиску в колоні ректифікації:

1 – колона; 2 - Дефлегматор; 3 - флегмова ємність; 4 - регулятор тиску; 5 - регулюючий клапан

Мал. 2.12. Схема регулювання перепаду тиску:

а - у колонному апараті з насадкою;б -в апараті з киплячим шаром; 1 – апарат; 2 - регулятор перепаду тиску; 3 - регулюючий клапан

хідна координата під час регулювання теплових процесів. Динамічні характеристики об'єктів у системах регулювання температури

залежать від фізико-хімічних параметрів процесу та конструкції апарату. Тому загальні рекомендації щодо вибору АСР температури сформулювати неможливо, і потрібен аналіз кожного конкретного процесу.

Розглянемо, наприклад, динамічні характеристики тер
мометра у захисному чохлі (рис. 2.13, а). Структурну схему тер
мометра можна подати як послідовне з'єднання
чотирьох теплових ємностей (рис. 2.13,6): захисного чохла /,
повітряного прошарку 2, стінки термометра 3 і власне ра
бочої рідини 4. Якщо знехтувати тепловий опір
кожного шару, то всі елементи можна апроксимувати апе
ріодичними ланками 1-го порядку, рівняння яких мають
ють вигляд:

mi - маса відповідно чохла, повітряного прошарку, стінки та рідини; Cpi- питомі теплоємності; a j1, a j2 – коефіцієнти тепловіддачі; F f1 , F f2 - Поверхні тепловіддачі.

Як очевидно з рівнянь (2.3), основними напрямами зменшення інерційності датчиків температури є:

підвищення коефіцієнтів тепловіддачі від середовища до чохлавнаслідок правильного вибору місця встановлення датчика; прицьому швидкість руху середовища має бути максимальною; приінших рівних умовах більш краща установка термометрів у рідкій фазі (порівняно з газоподібною), в кінпарі, що денсується (порівняно з конденсатом) і т. п.;

зменшення теплового опору та теплової ємностізахисного чохла в результаті вибору його матеріалу та толщини;

зменшення постійного часу повітряного прошарку зарахунок застосування наповнювачів (рідина, металевастружка); у термоелектричних перетворювачів (термопар)робочий спай припаюється до захисного чохла;

вибір типу первинного перетворювача; наприклад, при виборі термометра опору, термопари або манометричного термометра необхідно враховувати, що найменшу інерційність має термопара в малоінерційному виконанні, найбільшою - манометричний термометр. Регулювання рН. Системи регулювання рН можна подразнитиділити на два типи, залежно від необхідної точності регулювання. Якщо швидкість зміни рН невелика, а припустимежі її коливань досить широкі, застосовують поційні системи регулювання, що підтримують рНданих межах: рНі<рН<рНв. Ко второму типу относятся системи, що забезпечують регулювання процесів, у якихпотрібна точна підтримкаpHна заданому значенні (наприклад, у процесах нейтралізації). Для їх регулюваннякористуються безперервні ПІ- або ПІД-регулятори.

Загальною особливістю об'єктів при регулюванні рН єється нелінійність їх статичних характеристик, пов'язана знелінійною залежністю рН від витрат реагентів.На рис. 2.14 показана крива титрування, що характеризує за-

Мал. 2.14. Залежність величини рН відвитрати реагенту

висимість рHвід витрати кислотиg1 . Для різних заданихзначень рН на цій кривій можнавиділити три характерні ділянки:перший (середній), що відноситься до

майже нейтральним середовищам, близький до лінійного та характеризуєється дуже великим коефіцієнтом посилення; другий і третій ділянки, що відносяться до сильно лужних або кислих середовищ, мають найбільшу кривизну.

Задля більшої стійкого регулювання рН застосовують спеціальні системи. На рис. 2.15 а показаний приклад системи регулювання рН із двома регулюючими клапанами. Клапан 1, володіє великим умовним діаметром, служить длягрубого регулювання витрати та налаштований на максимальний діапазон зміни вихідного сигналу регулятора [хрн , хрв](рис. 2.15,6, крива 1). Клапан 2, службовець для точного регулювання, розрахований на меншу пропускну спроможність і налаштований таким чином, що приxp = xp °+ A він повністю відкритий, а при Хр = хр °-А – повністю закритий (крива 2). Таким

Мал. 2.15. Приклад системи регулювання рН:

а – функціональна схема; б – статичні характеристики клапанів; /, 2 -регулюючий клапан; 3 - регулятор рН

Мал. 2.16. Шматково-лінійна апроксимація статичної характеристики об'єкта при регулюванні рН

Мал. 2.17. Структурна схема системи регулювання рН із двома регуляторами

чином, при незначному відхиленні рН від рН°, коли хр°-A 2. Якщо \хр-xр0|>|Д, клапан 2 залишається у крайньому положенні, і регулювання здійснюється клапаном /.

На другому та третьому ділянках статичної характеристики (рис. 2.14) її лінійна апроксимація справедлива лише в дуже вузькому діапазоні зміни рН, і в реальних умовах помилка регулювання за рахунок лінеаризації може виявитися неприпустимо великою. В цьому випадку більш точні результати дає кусково-лінійна апроксимація (рис. 2.16), при якій лінеаризований об'єкт має змінний коефіцієнт посилення:

На рис. 2.17 наведено структурну схему такої АСР. Залежно від неузгодженості А рН включається в роботу один із регуляторів, налаштований на відповідний коефіцієнт посилення об'єкта.

Основні поняття та визначення.............................................. .................................................. ..... 4

1. Структурні схеми об'єкта регулювання............................................ .............................. 13

2. Послідовність вибору системи автоматизації............................................ ............... 15

3. Регулювання основних технологічних параметрів............................................ ........... 17

3.1. Регулювання витрати, співвідношення витрат............................................... ............... 17

3.2. Регулювання рівня................................................ .................................................. ..... 19

3.3. Регулювання тиску................................................ .................................................. 21

3.4. Регулювання температури................................................ ............................................. 22

3.5. Регулювання рН................................................ .................................................. ............ 24

3.6. Регулювання параметрів складу та якості............................................. ................. 26

Автоматизація основних процесів хімічної технології............................................. ....... 27

4. Автоматизація гідромеханічних процесів............................................. ........................ 27

4.1. Автоматизація процесів переміщення рідин та газів............... 27

4.2. Автоматизація поділу та очищення неоднорідних систем...................................... 31

5. Автоматизація теплових процесів............................................. .......................................... 32

5.1. Регулювання теплообмінників змішування............................................... ................... 33

5.2. Регулювання поверхневих теплообмінників............................................... ......... 38

5.3. Автоматизація трубчастих печей............................................... ...................................... 42

6. Автоматизація масообмінних процесів............................................. ............................... 45

6.1. Автоматизація процесу ректифікації............................................... .......................... 46

6.2. Автоматизація процесу абсорбції............................................... ................................. 53

6.3. Автоматизація процесу абсорбції - десорбції............................................. ............. 57

6.4. Автоматизація процесу випарювання............................................... ............................ 59

6.5. Автоматизація процесу екстракції............................................... ............................... 64

6.6. Автоматизація процесу сушіння............................................... ........................................ 66

6.6.1. Процес сушіння в барабанній сушарці............................................. ....................... 66

6.6.2. Автоматизація сушарок з киплячим шаром............................................. ................ 69

7. Автоматизація реакторних процесів............................................. ...................................... 71

Регулювання технологічних реакторів............................................... ................................ 71

Контрольні питання з дисципліни для підготовки до іспиту........................................... .. 74

Література................................................. .................................................. ....................................... 76

Основні поняття та визначення

Автоматизація - це технічна дисципліна, яка займається вивченням, розробкою та створенням автоматичних пристроїв та механізмів (тобто працює без безпосереднього втручання людини).

Автоматизація - це етап машинного виробництва, що характеризується передачею функції управління від людини до автоматичних пристроїв (технічна енциклопедія).

ТОВ- технологічний об'єкт управління - сукупність технологічного обладнання та технологічного процесу, що на ньому реалізується.

АСУ- автоматизована система управління – це людино-машинна система, що забезпечує автоматизований збір та обробку інформації, необхідну для оптимального управління в різних сферах людської діяльності.

Розвиток хімічної технології та інших галузей промисловості, де переважають безперервні технологічні процеси (нафтохімічна, нафтопереробна, металургійна та ін.) вимагало створення більш досконалих систем управління, ніж локальні АСР. Ці нові системи отримали назву автоматизованих систем управління технологічними процесами - АСУ ТП.

Створення АСУ ТП стало можливим завдяки створенню ЕОМ другого та третього поколінь, збільшенню їх обчислювальних ресурсів та надійності.

АСУ ТП- називають АСУ для вироблення та реалізації керуючих впливів на ТОУ відповідно до прийнятого критерію управління - показника, що характеризує якість роботи ТОУ та приймає певні значення в залежності від використовуваних керуючих впливів.

АТК- Сукупність спільно функціонуючих ТОУ та АСУ ТП утворює автоматизований технологічний комплекс.

АСУ ТП відрізняється від локальних САР:

Більш досконалою організацією потоків інформації;

Практично повною автоматизацією процесів отримання, обробки та подання інформації;

Можливістю активного діалогу оперативного персоналу з УВМ у процесі керування для вироблення найефективніших рішень;

Більш високим ступенем автоматизації функцій управління, включаючи пуск та зупинку виробництва.

Від систем управління автоматичними виробництвами типу цехів та заводів-автоматів (вищий ступінь автоматизації) АСУ ТП відрізняється значним ступенем участі людини у процесах управління.

Перехід від АСУ ТП до повного автоматичного виробництва стримується:

Недосконалістю технологічних процесів (наявність немеханізованих технологічних операцій);

Низька надійність технологічного обладнання; недостатньою надійністю засобів автоматизації та обчислювальної техніки;

Труднощами математичного опису завдань, які вирішує людина в АСУ ТП і т.д.) Глобальна мета управління

ТОУ за допомогою АСУ ТП полягає у підтримці екстремального значення критерію управління при виконанні всіх умов, що визначають

Мал. 1.Типова функціональна структура АСУ ТП.

1 - первинна обробка інформації (І); 2 – виявлення відхилень технологічних параметрів та показників стану обладнання від встановлених значень (І); 3 - Розрахунок не вимірюваних величин та показників (І); 4 – підготовка інформації та виконання процедур обміну із суміжними та іншими АСУ (І); 5 – оперативне та (або) за викликом відображення та реєстрація інформації; 6 - Визначення раціонального режиму технологічного процесу (У); 7 – формування керуючих впливів, що реалізують вибраний режим.

безліч допустимих значень управляючих впливів.

Найчастіше глобальна мета розбивається на низку приватних цілей; для досягнення кожної з них потрібне вирішення більш простого завдання управління.

Функцією АСУ ТП називають дії системи, створені задля досягнення однієї з приватних цілей управління.

Приватні цілі управління, як і їхні функції, перебувають у певному супідрядності, утворюючи функціональну структуру АСУ ТП.

Функції АСУ ТП:

1. Інформаційні - збирання, перетворення та зберігання інформації про стан ТОУ; подання цієї інформації оперативному персоналу або передача її для подальшої обробки.

2. Первинна обробка інформації про поточний стан ТОВ.

3. Виявлення відхилень технологічних параметрів та показників стану обладнання від встановлених значень.

4. Розрахунок значень не вимірюваних величин та показників (непрямі виміри, розрахунок ТЕП, прогнозування);

5. Оперативне відображення та реєстрація інформації.

6. Обмін інформацією з оперативним персоналом.

7. Обмін інформацією із суміжними та вищими АСУ. Керуючі функції забезпе-

печують підтримання екстремальних значення критерію управління в умовах виробничої ситуації, що змінюється, вони діляться на дві групи:

перша – визначення оптимальних керуючих впливів;

друга – реалізація цього режиму шляхом формування керуючих впливів на ТОУ (стабілізація, програмне управління; програмно-логічне управління).

Допоміжні функції

забезпечують вирішення внутрішньосистемних завдань.

Для реалізації функцій АСУ ТП необхідні:

Технічне забезпечення;

Програмне;

інформаційне;

Організаційне;

Оперативний персонал

Мал. 2.Технічна структура КТС АСУ ТП для роботи у супервізорному режимі.

Технічна структура КТС АСУ ТП у режимі безпосереднього цифрового керування:

ІІ – джерело інформації; УСО - пристрій зв'язку з об'єктом; ВК – обчислювальний комплекс; УСОП - пристрій зв'язку з оперативним персоналом; ВП – оперативний персонал; ТСА – технічні засоби автоматизації для реалізації функцій локальних систем; ВП - виконавчі пристрої.

Технічне забезпечення АСУ ТП складає комплекс технічних засобів (КМС),

засоби отримання інформації про поточний стан ТОУ;

НВК (керований обчислювальний комплекс);

Технічні засоби реалізації функцій локальних систем автоматизації;

Виконавчі пристрої, що безпосередньо реалізують керуючі на ТОУ.

У комплекс МС багатьох АСУ ТП входять механічні засоби автоматизації із складу електричної гілки ГСП.

Специфічним компонентом КТС є НВК, до складу якого входять власне обчислювальний комплекс (ВК), пристрої зв'язку ВК з об'єктом (УСО) та з оперативним персоналом.

Першим і досі поширеним типом технічних структур АСК ТП є централізована. У системах із централізованою структурою вся інформація, необхідна для управління АТК, надходить до єдиного центру - операторського пункту, де встановлені практично всі технічні засоби АСУ ТП, за винятком джерел інформації та виконавчих пристроїв. Така технічна структура найпростіша і має низку переваг.

Недоліками є:

Необхідність надмірної кількості елементів АСУ ТП для забезпечення високої надійності;

Великі витрати кабелю.

Такі системи доцільні для порівняно невеликих за потужністю та компактних АТК.

У зв'язку з використанням мікропроцесорної техніки дедалі більшого поширення набуває розподілена технічна структура АСУ ТП, тобто. розчленована на ряд автономних підсистем - локальних технологічних станцій управління, територіально розподілених по технологічних ділянках управління. Кожна локальна підсистема є однотипно ви-

повну централізовану структуру, ядром якої є керуюча мікро-ЕОМ.

Локальні підсистеми через

ВП

Мал. 3.Технічна структура КТС АСУ ТП для роботи в режимі безпосереднього цифрового керування.

свої мікро-ЕОМ об'єднані у єдину систему мережею передачі.

До мережі підключається необхідне управління АТК число терміналів для оперативного персоналу.

Програмне забезпечення АСУ ТП пов'язує всі елементи розподіленої технічної структури в єдине ціле, що має низку переваг:

Можливістю отримання високих показників надійності за рахунок розщеплення АСУ ТП на сімейство порівняно невеликих та менш складних автономних підсистем та додаткового резервування кожної з цих підсистем через мережу;

застосування більш надійних засобів мікроелектронної обчислювальної техніки;

Великою гнучкістю при композиції та модернізації технічного та програмного забезпечення тощо.

Більшість функцій АСУ ТП реалізуються програмно, тому найважливішим компонентом АСУ ТП є програмне забезпечення (ПО), тобто. сукупність програм, які забезпечують реалізацію функцій АСУ ТП.

Програмне забезпечення АСУ ТП поділяється:

Спеціальне.

Загальне ПЗ поставляється у комплекті із засобами обчислювальної техніки. Спеціальне ПЗ розробляється при створенні конкретної АСУ ТП і включає про-

грами, що реалізують її інформаційні та керуючі функції.

Програмне забезпечення створюється з урахуванням математичного забезпечення (МО). МО – сукупність математичних методів, моделей та алгоритмів для вирішення завдань та обробки інформації із застосуванням обчислювальної техніки.

Для реалізації інформаційних та керуючих функцій АСУ ТП створюють спеціальне МО, до складу якого входять:

Алгоритм збору, обробки та подання інформації;

Алгоритми керування з математичними моделями відповідних об'єктів керування;

Алгоритми локальної автоматизації.

Усі взаємодії як всередині АСУ ТП, так і із зовнішнім середовищем є різними формами інформаційного обміну, необхідні масиви даних та документів, які забезпечують при експлуатації АСУ ТП виконання всіх її функцій.

Правила обміну інформацією та сама інформація, що циркулює в АСУ ТП, утворюють інформаційне забезпечення АСУ ТП.

Організаційне забезпечення АСУ ТП є сукупністю описів функціональної, технічної та організаційної структур системи, інструкцій та регламентів для оперативного персоналу, що забезпечує задане функціонування АСУ ТП.

Оперативний персонал АСУ ТП складається з технологів-операторів, які здійснюють управління ТОУ, експлуатаційного персоналу, що забезпечує функціонування АСУ ТП (оператори ЕОМ, програмісти, персонал з обслуговування апаратури КТС).

Оперативний персонал АСУ ТП може працювати у контурі управління чи поза ним. При роботі в контурі керування ВП реалізує всі функції керування або частина їх,

Якщо оперативний персонал працює поза контуром управління, він задасть АСУ ТП режим роботи та здійснює контроль за його дотриманням. У цьому випадку, залежно від складу КТЗ, АСУ ТП може функціонувати у двох режимах:

Комбінованому (супервізорному);

У режимі безпосереднього цифрового керування, при якому НВК безпосередньо впливає на виконавчі пристрої, змінюючи керуючі впливи на ТОУ.

Створення АСУ ТП включає п'ять стадій:

1. технічне завдання (ТЗ);

2. технічний проект (ТП);

3. робочий проект (РП);

4. Використання АСУ ТП;

5. аналіз її функціонування.

На стадії ТЗ основним етапом є передпроектні науково-дослідні роботи(НДР), які зазвичай виконуються науково-дослідною організацією спільно з підприємством-замовником. Головне завдання передпроектних НДР – вивчення технологічного процесу як об'єкта керування. При цьому визначають мету та критерії якості функціонування ТОУ, техніко-економічні показники об'єкта-прототипу, їх зв'язки з технологічними показниками; структуру ТОУ, тобто вхідні впливи (у тому числі контрольовані та неконтрольовані збурювальні впливи, та керуючі впливи), вихідні координати та зв'язки між ними; структуру математичних моделей статики та динаміки, значення параметрів та їх стабільність (ступінь стаціонарності ТОУ); статистичні характеристики обурювальних впливів.

Найбільш трудомістким завданням на етапі передпроектних НДР є побудова математичних моделей ТОУ, які надалі використовують при синтезі АСУ ТП. При синтезі локальних АСР зазвичай використовують лінеаризовані моделі динаміки у вигляді лінійних диференціальних рівнянь 1 – 2-го порядку із запізненням, які отримують обробкою експериментальних або розрахункових перехідних функцій різними каналами впливу. Для вирішення завдань оптимального управління статичними режимами використовують кінцеві відносини, отримані з рівнянь матеріального та енергетичного балансу ТОУ, або рівняння регресії. У задачах оптимального керування динамічними режимами використовують нелінійні диференціальні рівняння, отримані з рівнянь матеріального та енергетичного балансу, записаних у диференційній формі.

При виконанні передпроектних НДР застосовують методи аналізу систем автоматичного управління, що вивчаються в дисципліні «Теорія автоматичного управління», та методи побудови математичних моделей, що викладаються в курсі «Моделювання на ЕОМ об'єктів та систем управління».

Результати, одержані на етапі передпроектних НДР, використовують на етапі ескізної розробки АСУ ТП, під час якого виконуються такі работы:

Вибір критерію та математична постановка задачі оптимального управління ТОУ, її декомпозиція (за потреби) та вибір методів вирішення глобальної та локальних завдань оптимального управління, на основі яких надалі будують алгоритм оптимального управління;

Розробка функціональної та алгоритмічної структури АСУ ТП;

Визначення обсягу інформації про стан ТОУ та ресурсів ВК (швидкодія, обсяг пристроїв, що запам'ятовують), необхідних для реалізації всіх функцій АСУ ТП;

Попередній вибір КТЗ, насамперед НВК;

Попередній розрахунок техніко-економічної ефективності АСУ ТП. Центральне місце серед робіт цієї стадії займає математична постановка завдання.

чи оптимального управління ТОУ.

Інші завдання даного етапу (крім розрахунку техніко-економічної ефективності) відносяться до системотехнічного синтезу АСУ ТП, під час якого широко застосовують метод аналогій. Накопичений досвід розробки АСУ ТП для ТОУ різного ступеня складності дозволяє перевести розробку ряду функцій та алгоритмів із категорії наукових робіт до категорії технічних, що виконуються проектним шляхом. До них належать багато інформаційних функцій (первинна обробка вихідної інформації, розрахунок ТЕП, інтегрування та усереднення та ін.), а також типові функції локальних систем автоматизації, що реалізуються в АСУ ТП програмним способом (сигналізація, протиаварійне блокування, регулювання з використанням типових законів при НЦУ та ін.).

Завершальним етапом ескізної розробки АСУ ТП є попередній розрахунок техніко-економічної ефективностісистеми, що розробляється. Виконують його спеціалісти з економіки, однак вихідні дані для них мають підготувати фахівці з автоматизації, тому розглянемо деякі вузлові моменти.

Основним показником економічної ефективності АСУ ТП є річний економічний ефект від її впровадження, який розраховують за формулою

Е= (З 2 - S 2) - (C 1 - S 1) - Ен(K 2 - K 1) ,

де З 1і С2- Річні обсяги реалізації продукції в оптових цінах до та після впровадження АСУ ТП, тис. руб.; S1і S2- собівартість продукції до та після впровадження системи, тис. руб; K1і K2- капітальні витрати на АТК до та після введення в дію АСУ ТП, тис. руб; Ен– нормативний галузевий коефіцієнт ефективності капітальних вкладень у засоби автоматизації та обчислювальну техніку, руб/руб.

Основними джерелами економічної ефективності систем автоматизації хіміко- технологічних процесівзазвичай є приріст обсягу реалізації продукції та (або) зниження її собівартості. Поліпшення цих економічних показників найчастіше досягається за рахунок зменшення витрати сировини, матеріалів та енергії на одиницю продукції завдяки більш точному підтриманню оптимального технологічного режиму, підвищенню

якості продукції (сортності та, відповідно, ціни), збільшенню продуктивності обладнання за рахунок скорочення втрат робочого часу через непланові зупинки процесу, спричинені помилками управління та ін. На етапі передпроектних НДР мають бути виявлені резерви виробництва, які можуть бути використані завдяки застосуванню системи автоматизації.

Наприклад, якщо при використанні локальної системи автоматизації технологічний агрегат простоює в середньому 20 % планового робочого часу, з яких 1/4 викликано помилками оперативного персоналу через несвоєчасне виявлення перед аварійними ситуаціями, то застосування АСУ ТП, що реалізує функції прогнозу та аналізу виробничих ситуацій може усунути ці втрати. Тоді обсяг продукції в натуральному обчисленні зросте на 5 %, що призведе до збільшення обсягу реалізації та зниження собівартості продукції.

Накопичений досвід автоматизації хімічних виробництв показав, що резерви економічної ефективності, які можна використовувати завдяки автоматизації технологічних процесів, зазвичай становлять від 0,5 до 6 %. При цьому чим краще відпрацьована технологія, тим, як правило, менше резерви.

Однак не всі виявлені (потенційні) резерви економічної ефективності можуть використовуватися після впровадження АСУ ТП. Фактична ефективність виявляється меншою за потенційну через не ідеальність АСУ ТП, яка проявляється, зокрема, у неповній адекватності математичної моделі ТОУ, за якою розраховується оптимальний режим, у похибках вимірювання вихідних координат об'єкта, які також впливають на точність визначення оптимального режиму, у відмовах елементів технічного та програмного забезпечення, через які знижується якість виконання окремих функцій та АСУ ТП в цілому тощо. тим меншою мірою він реалізується. Основним показником техніко-економічної ефективності АСУ ТП є термін окупності системи, що визначається за формулою

= K 2 - K 1 .

(C 2 - S 2) - (C 1 - S 1)

Він повинен бути не більшим за нормативний, який для хімічної промисловості дорівнює 3

Завершальною стадією першого етапу створення АСУ ТП є розробка технічного завдання на проектування системи, яке має включати повний перелік функцій, техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки АСУ ТП, перелік та обсяг НДР та план-графік створення системи.

Під час розробки нетипових АСУ ТП першому етапі припадає приблизно 25 % загальної трудомісткості, зокрема передпроектні НДР–15 %. При тиражуванні АСУ ТП першу стадію можна виключити або значно зменшити.

Наступним етапом створення нетипової АСУ ТП є розробка технічного проекту, в ході якої приймаються основні технічні рішення, що реалізують вимоги.

ня технічного завдання. Роботи на цьому етапі виконують науково-дослідна та проектна організації.

Основним змістом НДР є розвиток та поглиблення передпроектних НДР, зокрема, уточнення математичних моделей та постановок завдань оптимального управління, перевірка за допомогою імітаційного моделювання на ЕОМ працездатності та ефективності алгоритмів, вибраних для реалізації найважливіших інформаційних та керуючих функцій АСУ ТП. Уточнюються функціональна та алгоритмічна структури системи, опрацьовуються інформаційні зв'язки між функціями та алгоритмами, розробляється організаційна структура АСУ ТП.

Дуже важливим та трудомістким етапом на стадії ТП є розробка спеціального програмного забезпечення системи. За наявними оцінками, трудомісткість створення спеціального програмного забезпечення була близька до загального обсягу передпроектних НДР і становила 15 % від загальних трудовитрат на створення АСУ ТП.

На стадії ТП остаточно вибирають склад КТЗ та виконують розрахунки з оцінки надійності реалізації найважливіших функцій АСУ ТП та системи в цілому. Загальні витрати на проектування становлять приблизно 30 % від витрат за створення АСУ ТП.

На стадії впровадження АСУ ТП виробляються монтажні та пуско-налагоджувальні роботи, послідовність та зміст яких вивчаються у відповідному курсі. Трудовитрати на цій стадії становлять близько 30% від загальних витрат на систему.

При розробці головних зразків АСУ ТП, що підлягають подальшому тиражуванню на однотипних ТОУ, важливе значення має аналіз функціонування системи, під час якого перевіряють ефективність рішень, прийнятих під час її створення, та визначають фактичну техніко-економічну ефективність АСУ ТП.

Будь-яке хімічне виробництво представляє послідовність трьох основних опе-

1. підготовка сировини;

2. власне хімічне перетворення;

3. виділення цільових товарів.

Ця послідовність операцій включається до єдиної складної хіміко-технологічної системи (ХТС).

Сучасне хімічне підприємство, завод або комбінат як система великого масштабу складається з великої кількості взаємопов'язаних підсистем, між якими існують відносини підпорядкованості у вигляді ієрархічноїструктури з трьома основними ступенями.

Кожна підсистема хімічного підприємства є сукупністю хіміко-технологічної системи та системи автоматичного управління, вони діють як єдине ціле для одержання заданого продукту або напівпродукту.

Структурні схеми об'єкта регулювання

⎧

xв(u)⎨

xв(z)

Один з етапів проектування систем регулювання технологічно-

⎫ ських процесів – вибір структури

⎪

метрів регуляторів. І структура сис-

Мал. 1.1.Структурна схема об'єкта регулювання.

го процесу як об'єкта регулювання.

теми, та параметри регуляторів визначаються властивостями технологічно-

Будь-який технологічний процес як об'єкт регулювання (рис. 1.1) характеризується такими основними групами змінних:

1. Змінні, що характеризують стан процесу (сукупність їх позначатимемо вектором y). Ці змінні у процесі регулювання необхідно підтримувати на заданому рівні або змінювати за законом. Точність стабілізації змінних стану може бути різною, залежно від вимог, що диктуються технологією, та можливостей системи регулювання. Як правило, змінні, що входять у вектор y, Вимірюють безпосередньо, але іноді їх можна обчислити, використовуючи модель об'єкта за іншими безпосередньо вимірюваним змінним. Вектор yчасто називають вектором регульованих величин.

2. Змінні, зміною яких система регулювання може впливати об'єкт із єдиною метою управління. Сукупність цих змінних позначають вектором xp(або u) регулюючих впливів. Зазвичай регулюючими впливами є зміни витрат матеріальних потоків або потоків енергії.

3. Змінні, зміни яких пов'язані з впливом системи регулювання. Ці зміни відображають вплив на регульований об'єкт зовнішніх умов, зміни характеристик самого об'єкта тощо. Їх називають збурюючими впливами та позначають вектором xвабо z. Вектор впливів, що обурюють, у свою чергу, можна розбити на дві складові - першу можна виміряти, а другу - не можна. Можливість вимірювання впливу, що обурює, дозволяє ввести в систему регулювання додатковий сигнал, що покращує можливості системи регулювання.

Наприклад, для ізотермічного хімічного реактора безперервної дії, змінними, що регулюються, є температура реакційної суміші, склад потоку на виході з апарату; регулюючими впливами можуть бути зміна витрати пари в сорочку реактора, зміна витрати каталізатора та витрати реакційної суміші; збурюючими впливами є зміни складу сировини, тиску пари, що гріє, причому якщо тиск-

ня пари, що гріє, неважко виміряти, то склад сировини в багатьох випадках може бути виміряний з низькою точністю або недостатньо оперативно.

Аналіз технологічного процесу як об'єкта автоматичного регулювання передбачає оцінку його статичних і динамічних властивостей по кожному з каналів від будь-якого можливого керуючого впливу до будь-якого можливого регульованого параметра, а також оцінку аналогічних характеристик каналів зв'язку регульованих змінних із векторами збурень. У результаті такого аналізу необхідно вибрати структуру системи регулювання, т. е. вирішити, з допомогою якого регулюючого впливу слід керувати тим чи іншим параметром стану. У результаті в багатьох випадках (не завжди) вдається виділити контури регулювання для кожної з регульованих величин, тобто отримати сукупність одноконтурних систем регулювання.

Важливим елементом синтезу АСР технологічного процесу є розрахунок одноконтурної системи регулювання. При цьому потрібно вибрати структуру та знайти числові значення параметрів регуляторів. Як правило, використовують такі типові структури регулювальних пристроїв (типові закони регулювання): пропорційний (П) регулятор (R(p) = -S1); інтегральний (І) регулятор (R(p) = -S0/p); пропорційно-інтегральний (ПІ) закон регулювання (R(p) = -S1 – S0/p) і, нарешті, пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД) закон (R(p) = -S1 – S0/p – S2·p ). При розрахунку системи перевіряють можливість використання найпростішого закону регулювання, щоразу оцінюючи якість регулювання, і якщо воно не задовольняє вимогам, переходять до більш складних законів або використовують так звані схемні методи покращення якості.

Теоретично автоматичного регулювання розроблено різні методи розрахунку АСР за заданих критеріях якості, і навіть методи оцінки якості перехідних процесів при заданих параметрах об'єкта і регулятора. При цьому поряд з точними методами, що потребують великих витрат часу та ручної праці, розроблено наближені методи, що дозволяють порівняно швидко оцінити робочі параметри регулятора або якість перехідних процесів (метод Циглера-Нікольса для розрахунку налаштувань регуляторів; наближені формули для оцінки) інтегрального квадратичного критерію тощо).

« Можливо, багато хто чув назву міста Ер-Ріяд, але де він знаходиться і столицею якої країни є – не знають. »

Вирішення проблеми інновацій у бізнесі

« Клейтон Крістенсен (Clayton M. Christensen, 6.04.1952) – американський вчений та підприємець, професор ділового управління в Гарвардській школі. »

Діагностика професійно важливих властивостей Методи діагностики професійно важливих якостей особистості

« Сучасний менеджмент формує особливий тип керівника - менеджера, який за своїм статусом представляє професійного керуючого. »