Анализ процесса как объекта автоматизации

Описание и анализ объекта автоматизации

1.1. Техническая характеристика объекта автоматизации

1.2. Описание технологического процесса

1.3. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации

Технико-экономическое обоснование системы управления

2.1. Анализ существующей системы автоматизации

2.2. Выбор и обоснование системы управления

2.3. Экономическая оценка системы управления

Разработка системы управления

3.1. Математическое описание объекта управления

3.2. Анализ возмущающих воздействий

3.3. Синтез ситемы управления

3.4. Выбор и расчёт технических средств

3.5. Расчёт и анализ системы управления

Разработка ситемы автоматизации и выбор КТС

4.1. Выбор КТС системы автоматизации

4.2. Разработка функциональной схемы автоматизации

Автоматическая защита технологического оборудования

5.1. Характеристика систем автоматических защит

5.2. Описание существующей системы автоматической защиты

5.3. Выбор комплекса технических средств системы автоматической защиты

5.4. Разработка системы автоматической защиты

Безопасность жизнедеятельности
Расчёт экономической эффективности
Заключение
Список литературы

В данном дипломном проекте предлагается заменить существующую систему автоматизации (по тракту зелёного щёлока) содорегенерационного котлоагрегата (СРК) № 3 в цехе ТЭС – 2 ОАО « », изготовленного финской фирмой «Тампелла».

Предлагается система «Metso DNA» финской фирмы «Valmet automation», дающая возможность регулировать плотность зелёного щёлока на выходе из бака растворителя плава степенью открытия клапана подачи раствора слабого белого щёлока из цеха каустизации и регенерации извести.

Данная система позволит своевременно и оперативно регулировать плотность зелёного щёлока на выходе из бака растворителя плава, позволит сократить энерго- и сырьевые ресурсы, позволит существенно продлить срок службы основного оборудования, увеличить производительность СРК по пару и по зелёному щёлоку. Также за счёт внедрения новой системы и приборов контроля и измерения существенно улучшается «экологический фактор».

Сульфатный способ производства целлюлозы широко применяется в настоящее время, так как он позволяет использовать практически все виды древесного и недревесного растительного сырья и получать полуфабрикаты с высокими механическими и бумагообразующими свойствами, а также полуфабрикаты, предназначенные для химической переработки.

Непрерывность технологического процесса сульфатцеллюлозного производства и возможность регенерации химикатов из отработанных чёрных щелоков позволяет широко внедрять системы автоматического контроля и регулирования, облегчает очитку сточных вод, а также значительно снижает потребность в топливе за счёт утилизации потенциального тепла органической части щелоков.

Одним из основных агрегатов в системе регенерации химикатов на современном сульфатцеллюлозном заводе является содорегенерационный котлоагрегат, надёжная и экономичная работа которого в значительной степени определяет ритмичность и рентабельность производства сульфатной целлюлозы.

В целлюлозно-бумажной промышленности сейчас эксплуатируется большое количество содорегенерационных котлоагрегатов как отечественного производства так и зарубежных фирм изготовителей производительностью от 700 до 1400 тонн а.с.в. в сутки, производством перегретого пара давлением от 4 до 10 МПа и температурой 450 ˚С.

В настоящее время наряду с увеличением мощности вновь создаваемых современных содорегенерационных котлоагрегатов, что способствует сокращению капитальных вложений и эксплуатационных расходов, совершенствуются технологические схемы и отдельные элементы действующих котлоагрегатов, которые уже не отвечают требованиям по экономичности и степени автоматизации, по взрывобезопасности и особенно в отношении сохранения чистоты воздушного и водного бассейнов.

Технико-экономическими предпосылками создания АСУ ТП являются прежде всего рост масштабов производства, увеличение единичной мощности оборудования, усложнение производственных процессов, использование форсированных режимов (повышенные давления, температуры, скорости реакций), появления установок и целых производств, функционирующих в критических режимах, усиление и усложнение связей между отдельными звеньями технологического процесса. В последнее время в развитии целлюлозно-бумажной промышленности появились новые факторы, связанные не только с повышением требований к количеству и качеству выпускаемой продукции, но и с напряжённостью в области трудовых ресурсов. Рост производительности труда, в том числе путём его автоматизации, становится практически единственным источником расширения производства. Указанные обстоятельства предъявляют новые требования к масштабам использования и к техническому уровню АСУ ТП, к обеспечению их надёжности, точности, быстродействия, экономичности, то есть к эффективности их функционирования.

источник

На установке гидроочистки дизельного топлива необходимо контролировать, регулировать и сигнализировать следующие параметры: температура, давление, уровень, расход. Оптимальные значения этих параметров определяют эффективность и нормальную работу процесса. Применяется комплексная автоматизация процесса, которая достигается централизацией управления, широким применением схем каскадного и комбинированного регулирования, базирующихся на приборах малогабаритной унифицированной системы.

Давление в коксовой камере. При увеличении давления растет выход кокса и газов до С₄, но суммарный выход жидких продуктов снижается [12]. Это снижение обусловлено задержкой в коксовой камере высококипящих фракций, которые превращаются в ней в более легкие продукты и кокс. Таким образом, с ростом давления в коксовой камере снижается выход ТГК и растет выход газов до С₄, нафты коксования, легкого газойля коксования ЛГК и кокса. Что касается ТГК, то с ростом давления в коксовой камере улучшается его качество: снижается температура конца кипения, уменьшается коксуемость, содержание асфальтенов и металлов. При повышении давления увеличение выхода кокса обуславливается вовлечением в процессы коксообразования тяжелых газойлевых фракций, так как при этих условиях переход их в газовую фазу и удаление из зоны реакции затрудняется. С другой стороны, данный фактор препятствует удалению из зоны реакции легких углеводородов, снижает испарение тяжелых промежуточных продуктов (смол вторичного происхождения), находящихся в порах коксовых частиц, которые и являются теми летучими веществами, которые ухудшают качество кокса, снижают его прочность [28].

С повышением давления межслоевое расстояние в коксе значительно уменьшается, а это способствует получению продукта лучшего качества.

Кратность циркуляции. Коэффициент рециркуляции (Кр) характеризует собой количество рециркулята (тяжелых газойлевых фракций) во вторичном сырье и регулируется изменением количества тяжёлого газойля и кубового остатка коксования, подкачиваемого в ёмкость вторичного сырья. Коэффициент рециркуляции колеблется в пределах от 1,1 до 2,0 и зависит от давления процесса, температуры, времени контакта паров с жидкостью.

При выборе Кр руководствуются несколькими соображениями:

— производительность установки;
— улучшение условий работы реакционных змеевиков печи при

переработке очень тяжелых или нетехнологичных (высокопарафинистых) остатков нефти;

— подбор тепловых эффектов коксования и оптимальной температуры нагрева в реакционном змеевике печи;
— время заполнения коксовых камер.

Температура на выходе из печи. Температура на выходе из печи коксования может влиять на выходы и свойства продуктов коксования так же сильно, как давление и кратность циркуляции, но на практике ее влияние ограничено. С ростом температуры на выходе из печи снижается выход кокса и растет суммарный выход жидких продуктов [29].

При повышении температуры на выходе из печи увеличивается температура конца кипения ТГК, увеличивается твердость кокса, уменьшается содержание летучих компонентов в коксе, ускоряется закоксовывание печных труб, растет выработка дробевидного кокса, печь потребляет больше топлива. Увеличение твердости кокса приводит к увеличению времени на его резку; это может стать проблемой для установок, работающих с короткими циклами. Повышение конца кипения ТГК и соответствующее увеличение содержания в нем многоядерной ароматики, асфальтенов, металлов, повышение его коксуемости по Конрадсону может вызвать трудности при последующей переработке ТГК.

Снижение температуры на выходе из печи дает противоположный эффект. Более важно то, что для инициирования реакций коксования необходима сравнительно высокая температура. Ее величина зависит от характеристик сырья. Если температура ниже необходимой, коксование замедляется и в коксовой камере может образоваться не кокс, а затвердевший пек. Это серьезная проблема, связанная с безопасностью процесса и известная как «горячая коксовая камера». Незакоксовавшийся пек может воспламениться в камере после того, как сняли ее днище. Незакоксовавшийся пек гораздо труднее режется, что может нарушить график переключения коксовых камер. Эти эксплуатационные ограничения обычно заставляют регулировать температуру на выходе из печи в узких пределах.

Длительность цикла. Замедленное коксование является полунепрерывным процессом. Установка содержит пару или несколько пар коксовых камер, одна камера находится на стадии коксования, другая камера — на стадии выгрузки кокса или на промежуточной стадии.

Установка замедленного коксования работает в переменном режиме, но часть каждого цикла ее состояние псевдо-стабильное. Время, необходимое для достижения стабильного состояния, зависит от нескольких факторов, в числе которых тип сырья и температура в слое кокса. Время пребывания сырья в зоне высоких температур оказывает большое влияние на степень термического разложения сырья в реакторе. Жидкая часть сырья претерпевает сложные изменения, прежде чем окончательно превратится в кокс. Недостаточное время пребывания сырья в зоне реакции приводит к образованию продуктов с консистенцией, промежуточной между битумообразной массой и коксом.

До 1990-х гг. большинство установок коксования проектировалось в расчете на заполнение камеры коксом в течение 24 ч, а время полного цикла работы камеры составляло 48 ч. В последние 10 лет несколько установок спроектировано на промежутки времени соответственно 18 и 36 ч.

технологический замедленный коксование противоаварийный

источник

На основании описания технологического процесса, существующих параметров ведения технологического режима необходимо выполнить анализ технологического процесса как объекта регулирования.

На основании анализа важно установить основные технологические параметры процесса, их заданные значения и допустимые отношения, выявить их взаимосвязь между собой.

Далее выбирается система автоматизации технологического процесса, состоящая из первичных датчиков для измерения и регулирования основных технологических параметров и системы управления на базе микропроцессорной техники.

Построение системы для всего процесса является сложной, а иногда и трудно выполнимой задачей из-за присутствия большого числа факторов влияющих на ход технологического процесса, поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, для которых ставится своя подзадача управления, подчиняющаяся главной задаче управления. Для таких участков задачей управления является оптимизация, а в частном случае стабилизация, какого либо технологического параметра, который легко рассчитывается по измеряемым значениям остальных параметров процесса. При этом учитывают ограничения, накладываемые технологическим регламентом.

Далее формируется задача системы регулирования для основных аппаратов, входящих в этот участок. При этом особо важным становится анализ основных аппаратов как объектов регулирования, т.е. выявление всех входных и выходных переменных воздействующих на процесс и анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регулирования. Исходными данными являются математическая модель и как первое приближение модель статики процесса, составленная на основании уравнений материальных и тепловых балансов.

При выполнении проекта автоматизации объекта важно знать параметры, оказывающие возмущающие воздействия на объект, для поддерживания технологического процесса в заданном режиме.

Выделяют следующие виды возмущающих воздействий:

1. Возмущения, допускающие стабилизацию. К таким возмущениям относятся переменные, которые могут испытывать существенные колебания, но по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью САР. Например, питание, поступающее из предыдущего аппарата, может быть стабилизировано (расход), если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания питания из предыдущего аппарата. Можно стабилизировать температуру питания, если перед аппаратом имеется теплообменник.

2. Контролируемые возмущения. К ним относятся, те переменные, которые можно измерить, но невозможно или не целесообразно стабилизировать. Например, температура окружающей среды. Наличие таких возмущений требует комбинированных, каскадных и взаимосвязанных САР.

3. Неконтролируемые возмущения. К ним относят переменные, которые невозможно или нецелесообразно измерять или контролировать. К первым относятся падение активности катализатора, снижение коэффициентов массопередачи. Ко вторым — колебания давления пара заводской магистрали, которые носят случайный характер.

4. Возможные регулирующие воздействия — это материальные или тепловые потоки, которые можно изменять для поддержания регулируемой величины на заданном значении.

5. Выходные параметры — из них выбирают регулируемые координаты, например, уровень жидкой фазы, характеризует выполнение материального баланса по жидкой фазе; давление характеризует соблюдение материального баланса по газовой фазе; температура характеризует соблюдение теплового баланса; концентрация целевого продукта характеризует состав продукта по целевому компоненту.

Для анализа технологического производства рассмотрим основные объекты процесса обогатительной фабрики №8, отвечающих за готовую продукцию.

Перемешивающее устройство КСН -12 поз. 46-2;

источник

· Функциональные (SADT, DFD, etc);

Функциональные модели удобны, когда производится автоматизация производства с хорошо описанным производственным циклом. Модель показывает управление объектом автоматизации. В данных моделях выделяем функции у объектов, основные связи между функциями, формальные ресурсы для функций, входы и выходы у функций.

Объектный поход удобен при анализе объекта автоматизации с точки зрения ИС. Рассматривать ОА будем как применяемую на ней информационную систему. В данных моделях выделяем различные компоненты у объекта автоматизации.

Методология SADT представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями.

Основные элементы этой методологии основываются на следующих концепциях:

· Графическое представление блочного моделирования. Графика блоков и дуг SADT-диаграммы отображает функцию в виде блока, а интерфейсы входа/выхода представляются дугами, соответственно входящими в блок и выходящими из него.

· Взаимодействие блоков друг с другом описываются посредством интерфейсных дуг, выражающих «ограничения», которые в свою очередь определяют, когда и каким образом функции выполняются и управляются;

· Строгость и точность. Выполнение правил SADT требует достаточной строгости и точности, не накладывая в то же время чрезмерных ограничений на действия аналитика.

· ограничение количества блоков на каждом уровне декомпозиции (правило 3-6 блоков);

· связность диаграмм (номера блоков);

· уникальность меток и наименований (отсутствие повторяющихся имен);

· синтаксические правила для графики (блоков и дуг);

· разделение входов и управлений (правило определения роли данных).

· отделение организации от функции, т.е. исключение влияния организационной структуры на функциональную модель.

IDEF 0 — методология функционального моделирования и графическая нотация, предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов. Отличительной особенностью IDEF0 является её акцент на соподчинённость объектов. В IDEF0 рассматриваются логические отношения между работами, а не их временна́я последовательность (поток работ).

Стандарт IDEF0 представляет организацию как набор модулей, здесь существует правило — наиболее важная функция находится в верхнем левом углу, кроме того есть правило стороны:

· стрелка входа приходит всегда в левую кромку активности,

· стрелка управления — в верхнюю кромку,

· стрелка механизма — нижняя кромка,

· стрелка выхода — правая кромка.

Описание выглядит как «чёрный ящик» с входами, выходами, управлением и механизмом, который постепенно детализируется до необходимого уровня. Также для того чтобы быть правильно понятым, существуют словари описания активностей и стрелок. В этих словарях можно дать описания того, какой смысл вы вкладываете в данную активность либо стрелку.

Также отображаются все сигналы управления, которые на DFD (диаграмме потоков данных) не отображались. Данная модель используется при организации бизнес-проектов и проектов, основанных на моделировании всех процессов: как административных, так и организационных.

IDEF 1X — данный метод применяется для построения информационной модели, которая представляет собой структурированную информацию, необходимую для поддержки функций производственной системы или среды. Реляционные модели данных.

IDEF 3 – стандарт оформления документации технических процессов.

IDEF 4 – объектно-ориентированная система.

DFD – методология графического структурного анализа, описывающая внешние по отношению к системе источники и адресаты данных, логические функции, потоки данных и хранилища данных, к которым осуществляется доступ. Информационная система принимает извне потоки данных. Для обозначения элементов среды функционирования системы используется понятие внешней сущности. Внутри системы существуют процессы преобразования информации, порождающие новые потоки данных. Потоки данных могут поступать на вход к другим процессам, помещаться (и извлекаться) в накопители данных, передаваться к внешним сущностям.

Модель DFD, как и большинство других структурных моделей — иерархическая модель. Каждый процесс может быть подвергнут декомпозиции, то есть разбиению на структурные составляющие, отношения между которыми в той же нотации могут быть показаны на отдельной диаграмме. Когда достигнута требуемая глубина декомпозиции — процесс нижнего уровня сопровождается мини-спецификацией (текстовым описанием).

Кроме того, нотация DFD поддерживает понятие подсистемы — структурного компонента разрабатываемой системы.

UML — язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. UML является языком широкого профиля, это — открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования, в основном, программных систем, однако можно использовать и для моделирования объекта автоматизации.

§ Диаграмма классов – статическая структура классов и их связи;

§ Поведенческие диаграммы – взаимодействие и кооперация;

§ Диаграмма состояний – поведение объектов при переходах;

§ Диаграмма деятельности – сценарии использования системы;

§ Диаграмма реализации – рассмотрение компонентов системы и их размещение.

Однако использования для моделирования не очень эффективно из-за «общности» UML.

(по идее, это методология разработки ПО, но почему-то ИРВ её упомянул немного в лекции)

В основе RUP лежат следующие принципы:

· Ранняя идентификация и непрерывное (до окончания проекта) устранение основных рисков.

· Концентрация на выполнении требований заказчиков к исполняемой программе (анализ и построение модели прецедентов (вариантов использования)).

· Ожидание изменений в требованиях, проектных решениях и реализации в процессе разработки.

· Компонентная архитектура, реализуемая и тестируемая на ранних стадиях проекта.

· Постоянное обеспечение качества на всех этапах разработки проекта (продукта).

· Работа над проектом в сплочённой команде, ключевая роль в которой принадлежит архитекторам.

RUP использует итеративную модель разработки. В конце каждой итерации (в идеале продолжающейся от 2 до 6 недель) проектная команда должна достичь запланированных на данную итерацию целей, создать или доработать проектные артефакты и получить промежуточную, но функциональную версию конечного продукта. Итеративная разработка позволяет быстро реагировать на меняющиеся требования, обнаруживать и устранять риски на ранних стадиях проекта, а также эффективно контролировать качество создаваемого продукта.

· Начало (определение требований, границ, рисков и т.д.);

· Уточнение (анализ предметной области и построение исполняемой архитектуры – основных частей);

· Построение (реализация большей части функционала)

· Внедрение (Финальная реализация и внедрение заказчику).

BPMN — Спецификация BPMN описывает условные обозначения для отображения бизнес-процессов в виде диаграмм бизнес-процессов. BPMN ориентирована как на технических специалистов, так и на бизнес-пользователей. Для этого язык использует базовый набор интуитивно понятных элементов, которые позволяют определять сложные семантические конструкции. Кроме того, спецификация BPMN определяет, как диаграммы, описывающие бизнес-процесс, могут быть трансформированы в исполняемые модели на языке BPEL. Основная цель BPMN — создание стандартного набора условных обозначений, понятных всем бизнес-пользователям. Бизнес-пользователи включают в себя бизнес-аналитиков, создающих и улучшающих процессы, технических разработчиков, ответственных за реализацию процессов и менеджеров, следящих за процессами и управляющих ими. Следовательно, BPMN призвана служить связующим звеном между фазой дизайна бизнес-процесса и фазой его реализации. Так же BPMN очень удобна для описания документооборота в системе.

Объекты поток управление — события, действия и логический оператор.

События так или иначе обозначаются различными видами кружочков (внутри условные обозначения дающие понять что за события)

Действия — прямоугольник с названием (существует возможность вложенности заданий)

(условные обозначения свернутого задания плюсик)

Логический оператор — ромбик

Отдельные элементы соединяются стрелочками: сплошная — поток управления, пунктирная — поток сообщения и просто штрих — ассоциация

Пул — делится на дорожки- предназначен для объединения нескольких объектов потока управления в определенный набор (ролевой)

Артефакты — могут быть данными, информацией, хранилище данных или внешние источники данных.

Методология и тиражируемый программный продукт для моделирования бизнес-процессов организаций. Любая организация рассматривается с четырех основных точек зрения: организационной, функциональной, обрабатываемых данных и структуры бизнес-процесса. Для описания бизнес-процессов предлагается использовать около 80 типов моделей, каждая из которых принадлежит тому или иному аспекту.

ARIS Express — Пользуются SAP3 Oracle.

Есть крыша — организационное представление о объекте автоматизации (связи между ними, различная привязка структурных подразделений)

o Функциональные модели — описывают иерархию целей перед управленческим аппаратом компании

o Информационные модели — отображают структуру информации необходимые для реализации всей системы

o Модели управления — показывает комплексный подход к реализации деловых процессов в рамках системы

Есть фундамент — представление выходов — то что получается на выходе системы (интерфейсное представление).

Все 4 компонента могут разрабатываться независимо.

Общий подход — для каждого компонента существует три уровня представления:

o уровень проектной спецификации

o Уровень описания реализации

ARIS — позволяет смоделировать, протестировать в различных условиях и получить какие то результаты ( оптимизационные …)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9072 — | 7264 — или читать все.

195.133.146.119 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.

1.Научиться анализировать технологические процессы (установки) как объекты управления, выявлять их свойства и характеристики, важные с точки зрения задач автоматизации.

2.Приобрести навыки по разработке схем автоматизации технологических процессов с применением средств локальной автоматики.

1 Методика анализа технологического процесса

Объект управления – динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий. Объектами управления могут быть машины, аппараты в которых протекает технологический процесс. Как известно, регулирование –наиболее распространенная разновидность управления непрерывными технологическими процессами. Как и всякая система управления САР состоит из объекта регулирования и соответствующих технических средств автоматизации.

Технологические параметры, которые характеризуют состояние объекта регулирования и в процессе его работы должны соответствовать определенным значениям, называются регулируемыми параметрами.

Действительные значения регулируемых параметров в каждый момент времени называются текущими значениями.

На состояние объекта регулирования и следовательно на на значения регулируемых параметров влияют факторы, которые называются воздействиями.

Существуют возмущающие воздействия, которые действуют произвольно, вызывая нежелательные отклонения регулируемых параметров от заданных значений; а задача системы регулирования заключается в компенсации влияния возмущающих воздействий на объект регулирования, что достигается целенаправленным изменением других регулирующих воздействий.

Возмущающие и регулирующие воздействия можно рассматривать как входные сигналы для объектов регулирования.

Параметры, действующие на технологический процесс, делятся на три группы:

1. входные параметры, которые характеризуют материальные и энергетические потоки на входе в аппарат;

2. внутренние режимные параметры, которые характеризуют условие протекания процесса в объекте.

Объект управления может быть с распространенными и с сосредоточенными параметрами.

Совокупность значений всех параметров процесса – технологический режим, а совокупность значений параметров процесса, которые обеспечивают решение задачи, поставленной при управлении — нормальный технологический режим.

3. выходные параметры, которые характеризуют материальные потоки на выходе из аппарата.

Как было сказано, что возмущающие воздействия нарушают нормальный режим работы процесса. Их подразделяют на две группы:

Внешние возмущающие воздействия, которые поступают в аппарат извне вследствие изменения входных параметров, некоторых выходных параметров и изменения параметров окружающей среды.

Изменения входных параметров сразу приводит к изменению технологического режима в объекте управления.

Изменения большинства выходных параметров не влияют на ход процесса в объекте управления. Более того, они определяются течением процесса в объекте. Изменения параметров окружающей среды наиболее значительно влияют на технологический режим в случае установки аппаратов под открытым небом.

Внутренние возмущающие воздействия возникают внутри самого объекта

управления вследствие, например, загрязнения и коррозии внутренних

поверхностей аппарата, изменения активности катализатора и т.д.

При решении задачи управления особое внимание следует уделить на внешние возмущающие воздействия, т.к. они поступают в объект управления чаще, имеют ступенчатый характер и большую амплитуду изменения и они могут быть устранены перед поступлением в объект управления.

1.1 Построение локальных систем автоматизации ХТП

Локальные системы – это системы, которые выполняют ограниченные (местные) функции. Территориально системы могут располагаться как на местных пунктах управления, так и в помещениях управления.

Современные системы автоматизации строятся ,как правило, в виде многоуровневых и иерархических структур, относительно объекта управления.

Они занимают самый нижний уровень. Располагаются ближе всего к объекту и в наибольшей степени учитывают его специфику. Для синтеза этих систем необходимы подробные математические модели объектов или их каналов.

— контроль параметров ТП и сигнализации их предельных значений;

— стабилизация (регулирование) ТП на заданном технологическим регламентом уровне;

— программное управление параметрами или объектом по наперед заданным функциями времени, т.е по жестким программам включая пуск и останов;

— защита технологического объекта в предаварийных и аварийных ситуациях;

— технологическая блокировка, определяющая последовательность (включение, отключение) технологического оборудования предотвращающая возникновение аварийной ситуации;

— в случае применения локальных микропроцессорных контроллеров локальные системы выполняют функции сбора, обработки информации.

Технические средства локальных систем

-Первичные измерительные преобразователи;

-автоматические системы защиты и блокировки;

— локальные микропроцессорные контроллеры.

1.3 Этапы построения локальных систем

1.Анализ технологического процесса как объекта управления, выявление его существенных особенностей, важных с точки зрения задач автоматизации.

– Определяется производительность объекта, характер технологического процесса (периодический, непрерывный, смешанный);

— Определяются условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность сред, параметры рабочих сред и их физико-химические свойства;

— Определяются основные эксплуатационные возмущения процесса, их характер и место приложения;

— Определяются показатели инерционных свойств отдельных агрегатов и процессов по основным каналам передачи воздействий, запаздывание по основным каналам передачи воздействий, свойства самовыравнивания агрегатов, распределенность или сосредоточенность параметров объекта.

— Определяются свойства управляемости объекта.

2.Анализ существующей локальной системы автоматизации с точки зрения ее технического совершенства и эффективности.

На этом этапе анализируется:

– совершенство организационной и технической структур;

— взаимодействие людей в системе управления,

— структура существующей системы управления;

— централизованная, децентрализованная, смешанная система управления.

— Анализируется совершенство локальных систем, т.е. правильность выбора схем регулирования (каскадных, комбинированных, многомерных), законов регулирования; наличие и совершенство схем защиты и блокировок; наличие приборов качественного анализа.

— Устанавливаются параметры контроля и регулирования, а также места приложения регулирующих воздействий.

3.Установление технологических параметров, подлежащих автоматическому контролю и регулированию, определение пределов изменения технологических параметров и требуемой точности измерения. Определение методов измерения технологических параметров с целью определения в дальнейшем комплекса технических средств автоматизации.

4.Определение точек отбора импульсов интересующих нас переменных и мест приложения эффективных регулирующих воздействий.

5.Выбор наиболее рациональных схем регулирования и законов регулирования.

6.Определение объемов необходимых автоматических защит и блокировок технологического оборудования.

7.Разработка принципиальных электрических схем сигнализации.

8.Определение способов представления оператором информации о ходе технологического процесса, размещение КИП-овского оборудования в помещении управления.

9.Решение вопроса о видах и средствах производственной связи.

источник

Анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Общие особенности ректификационных колонн отделения. Разработка функциональной схемы отделения ректификации производства изопропилбензола. Переходная характеристика астатического объекта.

Рубрика	Производство и технологии
Предмет	Автоматизация процессов химической промышленности
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Прислал(а)	Vitory
Дата добавления	12.05.2013
Размер файла	1,2 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Анализ технологического объекта как объекта автоматизации. Выбор датчиков для измерения температуры, давления, расхода, уровня. Привязка параметров процесса к модулям аналогового и дискретного вводов. Расчет основных параметров настройки регулятора.

дипломная работа [2,3 M], добавлен 04.09.2013

Анализ колонны К-302 как объекта управления. Общие требования к микропроцессорной системе. Разработка автоматизированной система управления технологическим процессом колонны К-302 установки «Стирола». Привязка информационных сигналов к клеммам модулей.

курсовая работа [608,5 K], добавлен 17.03.2012

Анализ технологического процесса. Уровень автоматизации работы смесительной установки. Алгоритм производственного процесса. Описание функциональной схемы автоматизации дозаторного отделения, принципиальной электрической схемы надбункерного отделения.

контрольная работа [14,2 K], добавлен 04.04.2014

Разработка системы блокировки подачи пара Т-303 при превышении давления в кубе колонны более 24,2 кПа и ее программная реализация. Расчет срока окупаемости затрат на внедрение системы управления процессом отделения ректификации производства стирола.

дипломная работа [4,2 M], добавлен 07.09.2013

Общая характеристика и принцип действия сушилки Т-4721D, предназначенной для сушки ПВХ. Теплообменные процессы в сушилке. Инженерный анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса сушки.

курсовая работа [52,7 K], добавлен 22.11.2011

Анализ технологического процесса производства краски как объекта управления. Особенности системы фасовки краски и дозирования жидкостного сырья. Химический состав краски. Выбор приборов и средств автоматизации. Описание технологической схемы установки.

курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.09.2014

Краткая характеристика объекта автоматизации, основные технические решения, схемы технологических процессов. Структурная схема системы регулирования. Выбор параметров сигнализации. Регулирование расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор.

контрольная работа [39,5 K], добавлен 22.09.2012

Описание технологического процесса и функциональной схемы автоматизации производства цемента. Расчет качества переходного процесса. Разработка чертежа вида на фронтальную и внутреннюю плоскости щита, составление таблицы их соединений и подключений.

дипломная работа [556,7 K], добавлен 19.04.2010

Характеристика объекта автоматизации. Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации и выбор контролируемых параметров. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации.

курсовая работа [170,4 K], добавлен 09.05.2011

Производство стирола, назначение колонны К-302, схемы регулирования. Критерии выбора контроллеров: функциональные возможности, объем его постоянной и оперативной памяти. Анализ программируемого контроллера CENTUM 3000, сущность его основных задач.

курсовая работа [835,9 K], добавлен 06.05.2012

источник

2.2 Анализ технологического процесса как объекта управления

В составном цехе подготовки шихты аппаратом с непрерывным регулированием является сушильный барабан песка.

Основным регулируемым параметром в барабане является температура сушки песка. Перед системой автоматизации процесса сушки стоит задача поддержания на заданных значениях и ряда других регулируемых параметров:

· разрежение в топке сушильного барабана

· влажность высушиваемого материала;

· качество сгорания топлива.

Поддержание выше перечисленных параметров на заданных значениях осуществляется изменением следующих регулирующих параметров.

Регулирование температуры в сушильном барабане осуществляется путём изменения подачи газа на горелки.

Разрежение в топке регулируется изменением количества отходящих дымовых газов.

Влажность высушиваемого материала регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на сушку.

Качество сгорания топлива регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на горение.

Качественному регулированию процесса препятствует наличие возмущающих воздействий:

Возмущающие измеряемые величины:

· параметры газа (давление, температура, влажность);

· параметры воздуха (давление, температура, влажность);

· влажность и температура сырья.

Возмущающие неизмеряемые параметры:

Наиболее влиятельными возмущениями являются влажность и температура сырья, поступающего на сушку. Эти параметры не является регулируемыми. Но их можно измерять и учитывать изменение при регулировании.

2.3 Выбор структуры системы управления и регулирования

В данном проекте предлагается следующая структура АСУ ТП.

На первом уровне предлагается установить локальные средства автоматизации и микроконтроллеры, которые получают информацию сразу о нескольких параметрах состояния объекта. Используя встроенный язык программирования в микроконтроллере можно реализовать любые самые сложные алгоритмы управления. На этом уровне происходит первичная обработка информации и формирование некоторых интегральных показателей, таких как количество используемого сырья и т.д.

На втором уровне располагается ЭВМ. На этот уровень возложены функции индикации и регистрации. На этом уровне происходит так же формирование законов регулирования для микроконтроллеров первого уровня. Подключённые к ЭВМ устройства ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и монитор) образуют автоматизированное рабочее место оператора. ЭВМ позволяет оператору осуществлять ручное управление процессом. На втором уровне происходит вторичная обработка информации, идентификация предаварийных ситуаций и их сигнализация. На второй уровень также возложены функции взаимосвязи с другими АСУ ТП.

Для проектируемой АСУ ТП основными являются технико-экономические задачи:

· экономия топлива, сырья и материалов;

· снижение себестоимости продукции;

· повышение качества продукции;

· достижение оптимальной загрузки технологического оборудования;

· обеспечение безопасности функционирования объекта;

· оптимизация режимов работы технологического оборудования.

Современные системы автоматизации строятся в виде многоступенчатых структур, последовательно осуществляющих все необходимые функции контроля и управления.

При этом на первой ступени обеспечивается управление отдельными агрегатами, установками и участками преимущественно посредством локальных систем контроля и управления и систем управления с применением микропроцессоров и ЭВМ.

На второй ступени обеспечивается обслуживание самостоятельных производственных комплексов, производств, линий, участков, цехов, связанных между собой общностью технологического процесса. На этой ступени системы управления с применением ЭВМ обеспечивают координацию работы подчинённых производственных единиц, распределение нагрузок между параллельно работающими установками, оптимизацию заданных показателей работы посредством воздействия на местные системы управления.

На следующей высшей ступени управления система автоматизации обеспечивает решение сложных задач по координации работы всех производственных и вспомогательных подразделений технологического объекта, распределению нагрузок и обеспечению оптимизации работы предприятия. Решение этих задач связано с рациональной организацией текущего и перспективного планирования, с учётом и анализом производственной деятельности предприятия и т.д.

Разрабатываемая АСУ ТП будет выполнять задачи, характерные для первой и второй ступеней управления.

Возможно несколько вариантов реализации АСУ ТП.

АСУ ТП, реализующая ручной режим, при котором комплекс технических средств выполняет информационные функции централизованного контроля и вычисления комплексных технических и технико-экономических показателей. Выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек (оператор).

АСУ ТП, реализующая режим «советчика», при котором комплекс технических средств на основе анализа исходной информации разрабатывает рекомендации (советы) по управлению и осуществляет поиск оптимальных решений, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом.

АСУ ТП, реализующая автоматический режим, при котором комплекс технических средств реализует управляющие функции. Целью этих функций является автоматическая выработка и осуществление управляющих воздействий на технологический объект управления. При этом различают режим супервизорного управления, когда средства управляющего вычислительного комплекса автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных регулирующих устройств вблизи точки оптимального ведения процесса, и режим прямого, непосредственного цифрового управления, когда управляющий вычислительный комплекс формирует воздействие непосредственно на исполнительные механизмы, а регуляторы вообще исключаются из схемы управления.

Разрабатываемая АСУ ТП будет работать в автоматическом режиме и объединит:

1). Локальные средства автоматизации, установленные непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях и осуществляющие сбор, первичное преобразование информации и передачу ее в измерительные преобразователи-контроллеры;

2). Преобразователи-контроллеры первого уровня, предназначенные для сопряжения ЭВМ с объектом и реализации законов регулирования. Эти контроллеры имеют блочную структуру и позволяют подключать модули аналогового и дискретного ввода и вывода, модули для подключения термопар. Рабочие диапазоны настраиваются программным путем. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые законы регулирования, при этом ресурсы ЭВМ вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Все микроконтроллеры подключаются к ЭВМ посредством унифицированного интерфейса обмена данными.

3). Электронно-вычислительную машину второго уровня, выполняющую функции индикации, регистрации, управления, идентификации и сигнализации предаварийных ситуаций. В качестве ЭВМ предлагается использовать промышленную рабочую станцию. Такие машины предназначены для эксплуатации в цеховых условиях, имеют достаточную вычислительную мощность и высокую надежность. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Подключенные к ЭВМ устройство ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и принтер) образуют автоматизированное рабочее место оператора, и позволяют оператору осуществлять ручное управление процессом.

Предлагаемая автоматизированная система управления технологическим процессом позволит решать все требуемые задачи автоматизации.

Структура АСУ приведена в документе ДП-210200-833-2005 А1.

источник

Данный раздел курсового проекта должен включать в себя:

Краткую характеристику объекта автоматизации, в которую должны входить технологическая схема объекта автоматизации и её краткое описание; технологическая карта (режимы работы оборудования, последовательность и длительность технологических операций); характеристика материальных и энергетических потоков (расход, температура, давление и т. д.); характеристика основного технологического оборудования (размеры и т. д.); характеристика окружающей среды (температура, влажность, взрыво- и пожароопасность, наличие вибраций и т. д.).
Технические требования к проектирующей системе автоматизации, которые рекомендуется разбить на следующие группы:
- функциональные требования, которые включают в себя перечень локальных систем автоматизации (систем автоматического регулирования, контроля, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования), основные показатели и характеристики этих систем, представленные в табличной форме, перечень функций, выполняемых АСУ ТП (или функциональных подсистем);
- конструктивные требования, определяемые условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.;
- требования к надежности, долговечности САУ, срокам окупаемости капитальных затрат на автоматизацию и т. д.
Анализ существующих проектных решений по автоматизации рассматриваемого технологического процесса или аналогичных типовых технологических аппаратов в других процессах, представленных в технической литературе, патентной документации или специальных периодических изданиях; данный материал должен включать в себя структуру систем управления, использованные технические средства, достоинства и недостатки рассматриваемых систем автоматизации.

Анализ технологического процесса, как объекта автоматизации является начальным этапом создания систем автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках. В результате проведенного анализа инженер по автоматизации технологических процессов должен четко представлять перечень задач, которые будут решаться при автоматизации технологического процесса, знать требования, предъявляемые к различным системам автоматизации, иметь предварительные результаты систематизации входных и выходных переменных объекта управления.

Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования (аппараты, агрегаты и т.д.) и реализованного на нем технологического процесса. Процессы пищевых и химических производств весьма сложны и многообразны. Они различаются по используемому сырью, способам переработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако с точки зрения технологии и автоматизации в разных процессах имеется много общего. В источниках [3, 6] предлагается выделить следующие типовые процессы:

механические процессы – перемещение, транспортирование, взвешивание, гранулирование, дозирование, измельчение, смешение, сортировка, обогащение;
гидродинамические процессы – перемещение жидкостей, разделение газовых и жидких неоднородных смесей, перемешивание материалов (жидких, пастообразных и сыпучих);
тепло- и массообменные и термодинамические процессы без изменения агрегатного состояния вещества – сжатие, разрежение, нагревание газом или паром, кондиционирование, вентиляция;
тепло- и массообменные (диффузионные) процессы с изменением агрегатного состояния вещества – разделение газовых смесей, экстрагирование, выпаривание, конденсация, дистилляция, ректификация, сушка;
химические процессы – окисление, восстановление, образование гидросмесей, нейтрализация, дегидратация, ароматизация, сульфитация, гидролиз полисахаридов, омыление, гидрогенизация, перегонка, фильтрация;
микробиологические процессы – приготовление и хранение питательной среды, брожение, стерилизация, фиксация, перегонка, дозирование.

Большинство технологических процессов пищевой промышленности представляют собой совокупность ряда типовых процессов. Аппаратурное оформление таких процессов включает в себя набор аппаратов (теплообменников, испарителей, химических и микробиологических реакторов и т. д.), которые с позиции автоматического управления представляет собой однотипные объекты. При автоматизации таких объектов можно использовать типовые проектные решения, широко представленные в учебной и технической литературе [3, 4, 5, 6, 7]. Таким образом в завершающей части подраздела, характеризующего объект автоматизации, необходимо установить какие типовые процессы и аппараты входят в объект автоматизации.

При определении функциональных требований к разрабатываемой АСУ ТП и системам автоматизации, входящим в неё, на первом этапе рекомендуется сформулировать требования к системам локального уровня.

Локальные системы должны обеспечивать требования технологического регламента к точности, быстродействию и другим показателям их работы. Основные функциональные требования к локальным системам рекомендуется задавать в форме таблиц, вид которых показан на рисунках 1¸6.

источник

Приоформлении расчетно-пояснительной записки фраза «технологический процесс» должна быть заменена на название того процесса, который исследуется в данной работе. Общий объем данного раздела, как правило, 10−15 страниц. Исследование процесса как объекта автоматизации включает в себя: изучение известных данных, априорную информацию, анализ теории данного производственного процесса и определение основных его закономерностей, дается характеристика и анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Приводится краткое описание существующего технологического процесса и оборудования со ссылкой на действующий регламент и технологическую схему. Дается описание основных физико-химических закономерностей данного технологического процесса.

Приводится описание технологической схемы с указанием регламентных параметров ведения процесса, регламентных норм для основных технологических переменных и их граничных значений, определяемых пожаро- и взрывобезопасностью. Приводится краткое описание принципов действия и конструкции основных аппаратов и агрегатов.

На основании анализа особенностей технологического процесса и основных его физико-химических закономерностей проводится обоснование выбора конкретных схем регулирования и указываются возможные пути повышения качества регулирования – применение каскадных схем регулирования, построение инвариантных комбинированных автоматизированных систем регулирования (АСР) и т.д.

Разработка математической модели. Глубокое исследование технологических процессов позволяет строить их математические модели и использовать эти модели при создании систем управления. Регулировать можно все без исключения процессы при возможности технического осуществления. Поэтому и число объектов регулирования может быть сколь угодно большим.

Объекты регулирования можно сгруппировать по общим физическим принципам или законам, которые положены в основу их работы. Зная физический закон, положенный в основу работы данного объекта регулирования и его конструкцию, в большинстве случаев можно дать его математическое описание, необходимое при исследовании системы регулирования. При этом в значительной степени расширяется традиционная область использования математических моделей, предназначенных для расчета систем стабилизации и регулирования соответствующих объектов, и от моделей требуется такая степень адекватности процессу, которая позволяет на их основе решать задачи управления и оптимизации в широком диапазоне режимов, а также и оптимального технологического проектирования самого объекта.

Объекты регулирования, которые могут быть охарактеризованы как типовые:

1) резервуары, заполняемые жидкостями, пульпой, сыпучими материалами, т.е. объекты, работающие по законам истечения веществ;

2) тепловые объекты, к которым относятся нагревательные печи, теплообменники, печи обжига, автоклавы и т.д., т.е. объекты, работающие по законам теплопередачи;

3) аппараты давления типа выпаривателей, ресиверов, – объекты, работающие по законам газового состояния;

4) электрические объекты типа электропечей, генераторов постоянного и переменного тока, двигателей постоянного и переменного тока – объекты, работающие по законам электричества.

Перечисленные выше объекты достаточно полно отражают современную технику химической и, пищевой промышленности. Для примера рассмотрим объекты работающие по законам истечения веществ (резервуары).

Резервуары широко распространены в химической и пищевой промышленности в качестве технологических аппаратов. Достаточно указать следующие аппараты, выполненные на базе резервуаров: куб колонны, отсадочные машины, бункеры, пруды системы водоочистки, отстойники и т.д. Многие из этих устройств являются или могут быть объектами регулирования, поэтому необходимо знать их свойства как звеньев системы регулирования. Обычно интересуются уровнем в резервуаре в зависимости от расхода или притока вещества, так как уровень в резервуарах часто регулируется или стабилизируется.

Принципиальная конструкция резервуара, заполненного жидкостью или пульпой, показана на рисунке 2а. Примем за выходную регулируемую величину высоту уровня h в резервуаре. Управляющим воздействием будет изменение проходного сечения вентиля на сливном трубопроводе F₁ и возмущающим воздействием – количество жидкости Q₂, поступающей в резервуар.

Еще раз отметим, что с таким же успехом можно взять за управляющее воздействие Q₂ и за возмущающее – F₁. Выбор этих возмущений зависит от конкретных условий работы резервуара.

Рассмотрим сначала статические характеристики резервуара, т.е. зависимости h=f(F₁) и h=f(Q₂) в установившемся режиме.

Установившийся режим характеризуется тем, что расход жидкости равен притоку, а уровень остается постоянным

где и – расход жидкости, м³/с;

Рисунок 2 – Принципиальные схемы резервуаров

На основании законов гидродинамики запишем зависимость между расходом жидкости Q₁, высотой уровня h и проходным сечением F₁ (уравнение Торричелли):

, (1.1)

где – проходное сечение вентиля трубопровода, м²;

μ – коэффициент расхода (зависит от формы и конструкции проходного сечения);

g– ускорение силы тяжести, м/с².

Зная численное значение величин, входящих в формулу (1.1), можно построить характеристику h=f(F₁)при постоянном Q₂ (рисунок 3). Эта характеристика называется статической характеристикой объекта по управляющему воздействию. Статическую характеристику можно получить и экспериментально. Для этого следует изменять проходное сечение F₁ и после установления равенства Q₁=Q₂ уровнемером измерить значение уровня h.

Рисунок 3 – Статические характеристики резервуара

Экспериментальное снятие статических характеристик производится тогда, когда какой-либо коэффициент, входящий в формулу (1.1), неизвестен или численная величина его вызывает сомнения (чаще всего μ).

Статическая характеристика h=f(Q₂) называется характеристикой по возмущающему воздействию, или нагрузочной характеристикой.

Нагрузочная характеристика определяется при постоянном F₁. Так как в установившемся режиме Q₁=Q₂, то

. (1.2)

Вид характеристики h=f(Q₂) показан на рисунке 3. Нагрузочную характеристику также можно снять экспериментально. Для этого следует расходомером замерять Q₂ и при равенстве Q₁=Q₂ с помощью уровнемера измерить высоту уровня h.

Для объектов регулирования большое значение имеет регулировочная характеристика, т.е. зависимость F₁=f(Q₂) при h=const. Регулировочная характеристика показывает, как следует менять управляющее воздействие при изменении возмущающего воздействия, чтобы регулируемый параметр оставался постоянным. Очень часто регулировочная характеристика является зеркальным отображением нагрузочной. Как видно из формулы (1.2), эта зависимость линейна (рисунок 3). Регулировочную характеристику можно снять экспериментально. Для этого следует расходомером замерять Q₂ и при постоянном h определить площадь проходного сечения F₁.

Как видно из формул (1.1) и (1.2) и из рисунка 3, функции h=f(F₁) и h=f(Q₂) нелинейные.

Проведем линеаризацию и получим уравнение в отклонениях.

Для этого дадим приращение сечению вентиля ΔF₁, тогда соответственно получат приращения уровень Δh и расход ΔQ₁:

После возведения в квадрат правой и левой частей получим формулу (1.3):

(1.3)

Перенесем начало координат в точку установившегося состояния Q₁, h, для чего из уравнения (1.3) вычтем уравнение (1.1), возведенное в квадрат:

Члены ΔF₁ 2 , ΔQ₁ 2 , ΔF₁Δh и ΔF₁ 2 Δh являются членами высшего порядка малости и ими можно пренебречь (линеаризация). Тогда окончательно получим

. (1.4)

Уравнение (1.4) есть линеаризованное уравнение (1.1) в отклонениях.

Рассмотрим теперь работу резервуара в динамическом режиме. В этом случае интересуются проведением уровня h при изменении управляющего или возмущающего воздействия.

Запишем уравнение динамического режима

, (1.5)

где S – площадь резервуара, м².

Уравнение (1.5) показывает, что количество жидкости Q₂dt, поступившее за время dt, уравновешивается приращением объема жидкости в резервуаре Sdh и количеством жидкости Q₁dt, которая вытекает из резервуара за то же время dt. Разделим правую и левую части уравнения (1.5) на dt и дадим скачкообразное приращение расходу Q₂, равное ΔQ₂. Совершенно очевидно, что приращение получат и уровень Δh, и расход жидкости из резервуара ΔQ₁:

. (1.6)

Для улучшения уравнения только в отклонениях вычтем из уравнения (1.6) уравнение установившегося состояния:

. (1.7)

Производная , так как h – величина постоянная. Подставим в уравнение (1.7) значение ΔQ₁, из уравнения (1.4):

Разделим правую и левую часть на коэффициент при Δh:

. (1.8)

Рассмотрим коэффициенты уравнения (1.8). Коэффициент при ΔQ₂ называется коэффициентом передачи по возмущающему воздействию (с/м²):

Коэффициент K_В определяется аналитически или по статической характеристике рисунка 1.2 как отношение приращения Δh к ΔQ₂:

Коэффициент при ΔF₁ называется коэффициентом передачи по управляющему воздействию (1/м)

Коэффициент K_у также определяется аналитически или по статической характеристике как отношение приращения Δh к ΔF₁:

Существенно отметить, что коэффициенты K_B и K_y зависят от выбора рабочей точки, т.е. точки установившегося состояния при нелинейных статических характеристиках. Поэтому если объект работает в широком диапазоне изменения уровня, то следует определить коэффициенты передачи. Как будет видно из дальнейшего изложения, коэффициент передачи оказывает существенную роль на устойчивость системы и её точность.

Коэффициент при производной называется постоянной времени (с):

Выясним физическую сущность постоянной времени. Умножим и разделим коэффициент при производной на 2h:

Постоянная времени является отношением количества вещества (энергии), запасенного в объекте, к расходу (рассеянию) вещества (мощности) из объекта, т.е. характеризует способность последнего накапливать и рассеивать вещество или мощность. Это определение вытекает из уравнения Лагранжа.

Таким образом, любой объект, могущий запасать энергию и рассеивать мощность, должен обладать постоянной времени. Этим правилом можно пользоваться для проверки составления уравнения и размерности их коэффициентов.

Постоянную времени можно представить в несколько ином виде:

т.е. как произведение площади резервуара на коэффициент передачи по возмущающему воздействию. Так как коэффициент K_B зависит от выбора рабочей точки, то и постоянная времени Т также будет зависеть от выбора рабочей точки на статической характеристике.

Учитывая введенные обозначения, получим окончательно уравнение объекта в таком виде, в каком оно записывается в теории регулирования:

. (1.9)

Подвергнув уравнение преобразованию Лапласа и приняв, что начальные условия равны нулю, получим

, (1.10)

где , , Δ – изображения входных и выходных величин.

Отношения изображения выходной величины к изображению входной при нулевых начальных условиях называются передаточной функцией объекта регулирования.

Данный объект имеет две передаточные функции – по управляющему и по возмущающему воздействиям

; (1.11)

. (1.12)

Передаточные функции широко используются для анализа и синтеза систем автоматического регулирования.

Уравнение (1.9) имеет два решения, которые соответствуют двум скачкообразным воздействиям управляющему при Q₂=const и возмущающему при F₁=const:

Объекты, обладающие перечисленными выше свойствами и имеющие передаточные функции вида (1.11), (1.12), получили в теории регулирования название апериодических звеньев первого порядка. В технологической практике подобные объекты иногда называются одноемкостными объектами с самовыравниванием. Типичным примером проанализированного объекта служит отсадочная машина, у которой стабилизируется уровень.

Вид уравнений для резервуаров, заполненных сыпучими телами (гравий, песок, сахар, мука и т.д.), будет аналогичен уравнению (1.9), но статические характеристики и коэффициенты передачи K_у и K_В будут определяться законами истечения для этих веществ.

Изменение режима работы резервуара может значительно изменить его характеристики.

Рассмотрим резервуар, жидкость из которого отсасывается насосом с постоянной производительностью (рисунок 2б).

Уравнение равновесия остается прежним:

Теперь Q₁не зависит от высоты уровня h.

Составим уравнение динамического режима:

. (1.13)

По известным правилам запишем уравнение в отклонениях:

. (1.14)

=0, так как насос работает с постоянной производительностью (Q₁=const).

Уравнение (1.14) показывает, что при скачкообразном изменении приращения ΔQ₂ в момент t уровень меняется с постоянной скоростью и не может принять нового установившегося состояния. При отрицательном ΔQ₂ уровень будет понижаться с постоянной скоростью до полного опорожнения резервуара, а при положительном ΔQ₂ – повысится до переполнения резервуара.

Из приведенного примера наглядно видно, что изменение режима работы резервуара привело к изменению его свойств как объекта регулирования. Нетрудно заметить, что регулировать уровень в данном резервуаре значительно сложнее, чем в предыдущем.

Подвергнем уравнение (1.14) преобразованию Лапласа:

, (1.15)

где .

Объект, имеющий передаточную функцию типа (1.15), в теории регулирования получил название астатического или интегрирующего звена первого порядка.

В технологической практике такое звено иногда называется одноемкостным звеном без самовыравнивания.

Выбор контуров и законов регулирования. Приводится обоснование выбора контуров и законов регулирования для разработки системы автоматического управления (САУ).

Для построения математической модели САУ необходимо знать ее математическое описание, т.е. динамику поведения объекта во времени. Математическая модель позволяет определить передаточные функции W(p). Затем необходимо получить кривую разгона объекта управления. Кривую разгона можно получить двумя способами:

1) экспериментальным путем на действующем производственном оборудовании;

2) с помощью имитационной модели, реализованной в пакетах прикладных программ (например, SCADA-системы).

В обоих случаях принимают, что в объект управления входят первичный измерительный преобразователь, вторичный прибор и исполнительный механизм.

Для нахождения кривой разгона с помощью прикладных программ необходимо знать входное значение измеряемого параметра и значение на выходе. Объект автоматизации представляется в виде нескольких звеньев с различными передаточными функциями, соединенными между собой. В процессе работы на различные участки объекта автоматизации могут поступать внешние возмущающие воздействия. В связи с этим алгоритмическая схема может состоять из звеньев с одним входным и выходным сигналом; с двумя или несколькими входными сигналами и одним выходным; с двумя или несколькими входными сигналами и с двумя или несколькими выходными сигналами. В дальнейшем звенья с несколькими каналами прохождения сигналов заменяются несколькими более простыми звеньями с соответствующими передаточными функциями по каждому каналу.

Алгоритмическую структурную схему объекта автоматизации целесообразно представлять простейшими элементарными (типовыми) звеньями, динамические свойства и аналитические выражения для передаточных функций которых известны. В зависимости от типа первичного измерительного преобразователя (датчика) необходимо задать его передаточную функцию. Например, термометр сопротивления имеет передаточную функцию апериодического звена второго порядка, термопара – апериодического звена первого порядка. Также можно принять, что передаточные функции вторичного прибора и исполнительного механизма равны 1 (W(p)=1), т.е. сигнал с первичного прибора передается без потерь. Также необходимо учитывать инерционность используемых приборов. Поэтому в передаточную функцию объекта управления необходимо заложить звено чистого запаздывания (W(p)=e — pτ ).

После определения по алгоритмической структурной схеме каналов управления объектом автоматизации необходимо выбрать оптимальный закон регулирования. По заданным показателям качества (величина перерегулирования, время переходного процесса, точность регулирования) необходимо подобрать такое корректирующее устройство, при включении которого в систему управления достигались бы желаемые показатели качества.

В качестве корректирующих средств может выступать как стандартный промышленный непрерывный регулятор (П, ПИ, ПИД), так и регулятор с рассчитанной самостоятельной передаточной функцией.

Если стоит задача повысить точность регулирования, синтез можно проводить с использованием интегрального квадратичного критерия качества.

Однако при таком способе синтеза, следует учитывать, что стремление минимизировать ошибку регулирования приведет к повышению колебательности, что, в свою очередь, может привести к потере устойчивости системы.

Если синтез проводится по степени устойчивости системы, можно применять любой из методов расчета оптимальных настроек регуляторов (графоаналитический или с помощью РАФЧХ).

Наиболее оптимальным является выбор ПИД-регулятора, который включает в себя все основные настройки и является универсальным. Модель такого регулятора имеет вид

u(t)=k_p∙x(t) + ,

где k_p – коэффициент усиления регулятора;

Т_и – постоянная времени изодрома;

Т_Д – постоянная времени дифференцирования.

При выборе типа регулятора необходимо учитывать вид объекта управления. Необходимо представить структурную схему автоматической системы регулирования и привести расчет АСР.

Чаще всего для статических объектов управления выбирается ПИ (ПИД) регулятор, который имеет в своей структуре интегрирующую составляющую, которая сводит статическую ошибку регулирования к нулю. С другой стороны, для регулирования астатических объектов управления нежелательно применять ПИ-регулятор, т.к. та же интегрирующая часть ухудшает устойчивость системы. Поэтому для таких объектов управления можно выбирать статические регуляторы (П, ПД) которые повышают запасы устойчивости.

При выборе типа регулятора и его настроек опираются на следующие показатели качества:

– степень колебательности m= , которая численно равна абсолютному значению отношения действительной части наиболее близко лежащего к оси мнимых корня характеристического уравнения к мнимой части;

– показатель колебательности М – максимальное значение амплитудно-частотной характеристики замкнутой системы автоматического управления. Чем больше значение М, тем выше колебательность системы;

– степень затухания переходного процесса x, которая связана со степенью колебательности x=1-е -2 p m . Для хорошо демпфированных систем степень затухания должна составлять 90−98% за период.

Все эти три показателя являются равнозначными. Кроме того, при выборе типа регулятора следует опираться на вид переходного процесса, который должен быть получен в результате синтеза: апериодический без перерегулирования; с 20% перерегулированием; по минимуму интегрального квадратичного критерия качества.

Составляется структурная схема системы.

Приводится расчет надежности АСР и расчет оптимальных настроек регулятора.

В результате синтеза САУ должна обладать желаемыми показателями качества, т.е. такими, которые требует технологический регламент ведения процесса.

Выводы по главе. По каждому пункту раздела формулируется вывод и оформляется в виде самостоятельного абзаца.

Разработка функциональной схемы автоматизации технологического процесса. В процессе проектирования систем автоматизации технологических процессов все основные технические решения по автоматизации установок, агрегатов или отдельных узлов технологического процесса отображаются на функциональных схемах автоматизации.

Функциональная схема автоматизации является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации, в том числе средствами вычислительной техники. Функциональные схемы представляют собой чертежи, на которых при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, коммуникации, органы управления, приборы и средства автоматизации, средства вычислительной техники и другие агрегатные комплексы с указанием их связей между приборами и средствами автоматизации.

Функциональные схемы разрабатываются на основании анализа работы технологического оборудования и агрегатов, законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к качеству систем автоматизации, таких как точность поддержания технологических параметров, качество регулирования и надежность.

При этом должны быть решены следующие вопросы:

– определены оптимальные объемы (уровень) автоматизации;

– установлены технологические параметры, подлежащие автоматическому регулированию, уточнены пределы их измерений, выбраны методы измерения этих параметров с последующим подбором технических средств для их реализации;

– определено технологическое оборудование, которое управляется автоматически, дистанционно или телемеханически;

– определены объемы необходимых автоматических защит и блокировок;

– произведен выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы автоматизированных технологических установок;

– размещены приборы и аппаратура на щитах и пультах центральных пунктов управления и определены способы представления требуемой информации о ходе технологического процесса.

Несмотря на практически неограниченное разнообразие технологических процессов, условий их функционирования и требований к управлению, можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми можно руководствоваться при проектировании схем автоматизации.

В процессе разработки функциональных схем должны учитываться не только существующие требования технологических процессов, но и перспективы их модернизации и развития, а также особенности развития технических средств автоматизации и опыт их внедрения для того, чтобы в дальнейшем обеспечивалась возможность наращивания функций системы управления.

Уровень охвата технологического процесса системой автоматического управления определялся целесообразностью внедрения определенного комплекса технических средств и достигнутого уровня научно-технических разработок.

При разработке функциональных схем должны быть решены вопросы о взаимосвязи с системой АСУП.

Системы автоматизации технологических процессов должны строиться на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники.

В качестве локальных средств сбора и накопления первичной информации (датчиков), вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств следует использовать преимущественно приборы и средства автоматизации с одним типом используемой вспомогательной энергии.

При построении схем автоматизации и выбора технических средств должны учитываться: вид и характер производственного процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивности и токсичности окружающей среды и т.д; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; расстояния от мест установки датчиков, исполнительных механизмов и запорных органов до пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие.

Выбор аппаратуры автоматизации с точки зрения рода вспомогательной энергии (электрической, пневматической и гидравлической) определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, дальностью передачи сигналов информации и управления.

Следует выбирать аппаратуру с тем классом точности, который определяется действительными требованиями автоматизируемой установки. Обычно чем выше класс точности измерительной аппаратуры, тем более сложной является конструкция приборов и выше их стоимость.

Для наиболее ответственных узлов и систем автоматизации в проектах следует выполнять расчеты надежности для приближенной оценки соответствия полученной надежности требуемой.

Необходимо применять однотипные средства автоматизации предпочтительно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяемостью и удобством компоновки на щитах управления. Использование однотипной аппаратуры дает значительные эксплуатационные преимущества как с точки зрения ее обслуживания, так и в отношении обеспечения запасными частями, ремонта, настройки.

При централизованном управлении следует применять современные автоматические системы централизованного управления, контроля, что способствует снижению затрат на автоматизацию, разгрузке операторов от постоянного наблюдения за показаниями приборов.

Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, сосредоточенных на щитах и пультах управления, должно быть ограниченным. Излишек аппаратуры является не менее вредным, чем ее недостаток.

Последнее изменение этой страницы: 2016-06-19; Нарушение авторского права страницы

источник