Аппаратно-программные средства для управления технологическим процессом

Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий, контролируемых, сигнализируемых величин и параметров защиты

Основные условия, которые должны быть выполнены при выборе контролируемых величин для пуска, наладки и ведения технологического процесса

- наличие простых и надежных приборов для измерения выбранного параметра

-  максимальная информативность при минимальном количестве контролируемых величин

-  минимальные запаздывания в изменении параметра и восприятии импульса измерительным прибором при любых возмущениях процесса

- минимальные взаимные связи параметров в объекте через процесс.

Контролю подлежат, прежде всего, те параметры, знание текущих значений которых необходимо для пуска, наладки и ведения технологического процесса.

К таким параметрам относятся все регулируемые величины, нерегулируемые режимные параметры и входные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.

Для осуществления оперативного управления возникает необходимость контроля наиболее важных выгодных параметров процесса, например, количества полученного конечного продукта, его состава и температуры.

Для подсчета ТЭП (технико - экономических показателей) контролируют еще одну группу параметров, к которым относятся расходы и составы сырьевых потоков и целевых продуктов, количество потребляемой электроэнергии, расхода теплоносителей и хладагентов.

Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий

Выбрать из ряда параметров процесса те немногие, которые следует регулировать, и те параметры, изменением которых целесообразно вносить регулирующие воздействия, можно только при хорошем знании процесса.

При этом, прежде всего определяют целевое назначение процесса, выбирают показатель эффективности и задаются значением, на котором он должен поддерживаться.

Например, если процесс абсорбции ведется с целью очистки газа от нежелательных примесей, то в качестве показателя эффективности будет содержание этих примесей в обедненной (очищенной) газовой смеси, выходящей с верха колонны.

Если же процесс абсорбции ведется с целью получения кислоты, то в качестве показателя эффективности будет концентрация насыщенного абсорбента, выходящего с низа колонны (рисунок 1).

Чтобы обеспечить заданное значение показателя эффективности, необходимо стабилизировать или изменять по определенному закону режимные параметры.

Поэтому режимные параметры является основными регулируемыми величинами.

Если регулировать все режимные параметры не удается, то в качестве регулируемой величины берут обычно показатель эффективности, а регулирующее воздействие вносят изменением одного или нескольких входных параметров.

Чтобы в объект поступало минимальное число возмущений, их, по возможности, стабилизируют до поступления в объект.

Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий осуществляют на основе использования статических и динамических характеристик объекта.

Статические характеристики позволяют оценить слепень влияния одних параметров на другие.

На рисунке 2а показана зависимость параметра А от параметров Б и В, откуда следует, что даже большие изменения входного параметра Б не оказывают заметного влияния на параметр. А. Поэтому использовать параметр Б для внесения регулирующих воздействий нецелесообразно. Изменения же параметра В вызывает сравнительно сильное воздействие на параметр А, и он может быть использован как регулирующее воздействие.

Динамические характеристики способствует выбору каналов, по которым регулирующие воздействия вносятся наиболее эффективно.

Из графика на рисунке 2б видно, что наименьшие запаздывания имеют место при изменении входного параметра В (кривая 1).

В качестве регулирующего воздействия обычно выбирают то, по отношению к которому регулируемая величина А имеет наибольший коэффициент передачи К_об и наименьшее отношение   , где    и Т - запаздывание и постоянная времени объекта.

Рисунок 2 Статические (а) и динамические (б) характеристики объект

А - режимный параметр (показатель эффективности)

Б, В - входные параметры

1 - переходная характеристика при изменении параметра Б

2 - переходная характеристика при изменении параметра В

К выбору параметров сигнализации приступают после анализа объекта в отношении его пожаро- и взрывоопасности, а также агрессивности и токсичности перерабатываемых веществ.

Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям (например, отравлениям) или серьезному нарушению технологического режима.

К ним относятся концентрация взрывоопасного вещества в воздухе производственного помещения, давление и температура в аппаратах, уровень жидкости и др.

Если к отклонению регулируемых величин предъявляют жесткие требования, они одновременно являются сигнализируемыми.

Следует сигнализировать главные параметры регулирования в многоконтурных АСР; остановку оборудования, не предусмотренную технологическим регламентом; предельные значения параметров, которые контролируются с целью проведения оперативного управления.

Сигнализирует также отклонения наиболее ответственных режимных параметров и показателя эффективности, а также прекращения подачи продуктов, теплоносителей, хладагентов и т.п.

В качестве параметров, при значительном отклонении которых срабатывают устройства автоматической защиты, прежде всего, необходимо брать концентрации взрывоопасных веществ в воздухе производственного помещения. Если концентрация достигает опасного значения устройства защиты должны обеспечить выполнение необходимых мероприятий (прекращение подачи на данный производственный участок веществ, способствующих возникновению опасной концентрации; снижение давления в аппаратах; приведение в действие аварийной системы вентиляция).

Опасность взрыва или аварии может возникнуть и в случае прекращения подачи одного из веществ в технологический аппарат, например, после прекращения подачи охлаждающего агента в реактор, где идет реакция о выделении тепла.

При этом устройства защиты должны полностью изолировать данный аппарат, отключив от него магистрали всех веществ, способствующих возникновению аварии.

Для аппаратов, работающих под давлением, одним из обязательных параметров защиты должно быть давление.

В случае повышения давления до опасного предела полость аппарата должна автоматически сообщаться о атмосферой или линией продувки. Одновременно должны быть приняты меры для изоляции аппарата от источника давления (насос, компрессор).

При выходе из строя насоса (компрессора) устройство защиты должно автоматически включить резервный насос (компрессор).

Схемы и устройства автоматической блокировки предотвращают неправильный пуск и останов аппаратов и машин, а также исключают возможность проведения последующих операций, если не выполнена хотя бы одна из предыдущих.

При разработке схемы автоматизации важным является вопрос определения точек отбора импульсов по интересующим нас координатам (мест установки чувствительных элементов, приборов и регуляторов).

Измерительные приборы и регуляторы должны получать правильные и своевременные сигналы от первичных элементов о всех изменениях, происходящих в объекте.

Эти требования, в основном, определяют место отбора импульса или установки первичного элемента регулятора.

Величина контролируемого или регулируемого параметра в месте отбора импульса должна однозначно характеризовать процесс и по возможности, иметь наибольшие в данном объекте отклонения от заданной величины при возможных возмущениях процесса.

Первичный элемент регулятора должен воспринимать все изменения регулируемого параметра с минимальным запаздыванием. Запаздывания в системе регулирования значительно ухудшают ее динамические свойства и затрудняют точное регулирование процесса.

Точки отбора импульсов, удовлетворяющие изложенным выше требованиям, можно определить как экспериментальным путем, исследуя распределение данного параметра по высоте (длине) аппарата, так и на основе расчета его статических характеристик.

Если имеется адекватная статическая характеристика, представляющая собой зависимость исследуемого параметра от высоты (длины) аппарата, т.е.

U = U(l),

где U - параметр, характеризующий состояние объекта (температура, концентрация и др.);

l - линейный геометрический размер (длина, высота и т.д.),

то второй путь является более приемлемым.

3