Разработка концепции и требований к системам управления технологичес

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

П.Ю. Сокольчик, Л.В. Обшаров

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ И ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ. ПРИМЕРЫ ОТДЕЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

УДК 66.012-52+66.012:658.52.011.56 С59

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент Б.Г. Стафейчук (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук, доцент А.В. Пантелеймонов (ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»)

Сокольчик, П.Ю.

С59 Разработка концепции и требований к системам управления технологическими процессами. Примеры отдельных технических решений : учеб.-метод. пособие / П.Ю. Сокольчик, Л.В. Обшаров. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 140 с.

ISBN 978-5-398-00991-0

Рассмотрена последовательность правил, подходов и рекомендаций к постановке задачи на разработку систем управления химико-технологическими процессами, а также правила формирования концепции АСУТП. Приведены требования к выполнению некоторых работ по созданию АСУТП. Примеры, цели и задачи рассмотрены применительно к выполнению раздела по автоматизации технологических процессов в выпускных квалификационных работах студентами химико-технологических специальностей.

Предназначено для студентов направления подготовки «Химическая технология».

УДК 66.012-52+66.012:658.52.011.56

4

ВВЕДЕНИЕ

Современное химическое предприятие представляет собой сложную систему, в свою очередь состоящую из большого количества взаимосвязанных подсистем: технологического оборудования, систем управления, энергетики, логистики и др. Для согласованной работы этих подсистем необходимо, чтобы все участники процесса по выпуску продукции представляли, как функционирует химико-технологическая система в целом. Наиболее важно, чтобы такими знаниями обладал технолог, который фактически работает непосредственно на выпуск продукции. Технолог по своим профессиональным обязанностям лучше понимает, какие режимы должны поддерживаться в ходе ведения процесса, осознает опасность несоблюдения этих режимов, знает, какая информация о технологическом процессе может пригодиться для последующего анализа. Технолог определяет правила ведения технологического процесса, задает последовательность операций и значения технологических параметров и т.п. Поэтому технолог должен в том числе знать устройство и особенности функционирования системы управления хи- мико-технологическим процессом, ее возможности и ограничения, понимать, как она разрабатывается, уметь работать в коллективе по разработке или модернизации системы управления, оперировать данными, необходимыми при подготовке системы управления химико-технологическими процессами к вводу в действие. Технолог современного предприятия должен иметь представление о передовых разработках, концепциях и возможностях в области управления химико-технологическими процессами. При разработке новых химико-технологических систем (ХТС) технолог должен принимать участие в разработке архитектуры автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП). Технолог участвует в определении технологических параметров, требующих отображения, регист-

5

рации, управления. Технолог должен указывать значения параметров, при которых начинают активно функционировать противоаварийные системы. Таким образом, технолог работает при определении задач, решаемых АСУТП, и функций АСУТП. Наличие таких компетенций у технолога упрощает и делает координированной работу всех участников предприятия, проектных

иисследовательских организаций.

Вкачестве комплексной практической работы в данном пособии рассматривается раздел выпускной квалификационной работы (ВКР) студентов технологических специальностей, который направлен на закрепление навыков выполнения таких работ технологом. Вместе с тем в пособии приведены примеры отдельных работ по созданию систем управления, которые также согласуются с разделами ВКР.

6

РАЗДЕЛ I

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ КОНЦЕПЦИИ АСУТП

Предложенные рекомендации по разработке концепции АСУТП представлены в порядке их применения при разработке АСУТП. Данные указания применимы как при изучении теоретического материала при разработке концепции и формировании требований к системе управления технологическим процессом, так и при выполнении практической самостоятельной работы в виде раздела «Автоматизация технологического процесса» ВКР студентами-технологами.

1. Цели и задачи раздела ВКР по автоматизации технологического процесса

Выполнение раздела ВКР «Автоматизация технологического процесса» представляет собой реализацию компетенции, которой должен владеть технолог для грамотного понимания процессов управления технологическими процессами. Рекомендации технолога используются при разработке архитектуры автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП), разработке, эксплуатации, модернизации иразвитии АСУТП.

Таким образом, целью раздела «Автоматизация технологического процесса» будет являться получение дипломником практического опыта формирования требований к системе управления технологическим процессом.

Задачи, решаемые в процессе выполнения раздела:

1)анализ технологического объекта с точки зрения контроля и управления;

2)определение целей создания АСУТП;

3)выбор контролируемых и управляемых технологических параметров;

7

4)определение требуемых функций АСУТП и способа их реализации;

5)выбор основных технических средств автоматизации. Рекомендованные результаты выполнения раздела

КИПиА:

1. Обоснование необходимости использования АСУТП:

1.1.Анализ технологического объекта (пожаровзрывоопас-

ное производство; быстропротекающие процессы; необходимость точного дозирования; ядовитые и химически активные вещества и т.п.).

1.2.Цели функционирования АСУТП и задачи, решаемые внедрением АСУТП. (Примеры решаемых задач: повышение (управление) качества продукции (поддержание технологических режимов в заданных диапазонах, повышение точности дозирования и др.); снижение себестоимости за счет снижения расходных норм; уменьшение времени технологического цикла; снижение вероятности аварийной ситуации (ввод ПАЗ, технологической и аварийной сигнализации; уменьшение утомляемости персонала); повышение реакции выработки управления процессом за счет использования ТСА; решение задач пуска/останова процесса; уменьшениеколичества ручного трудаи др.).

1.3.Общее описаниефункций автоматизированной системы.

1.4.Выбор и обоснование контролируемых, сигнализируемых, регистрируемых технологических параметров, контуров регулирования (управления).

1.5.Выбор методов измерения технологических параметров.

2. Описание АСУТП.

2.1.Выбор архитектуры АСУТП. Структурная схема АСУТП.

2.2.Основные законы функционирования АСУТП.

2.3. Техническое и программное обеспечение АСУТП

(в том числе выбранные ТСА). 2.4. Описание работы системы.

3. Функциональная схема автоматизации.

8

2. Анализ технологического объекта для разработки АСУТП

Анализ технологического объекта определяет, какие цели будут поставлены при разработке АСУТП, позволяет определять архитектуру и отдельные подсистемы АСУТП и др.

В ходе выполнения анализа технологического объекта необходимо учитывать следующие особенности технологического процесса:

1.Характер производства (периодический, непрерывно-пе- риодический, непрерывный).

2.Гибкость технологии, наличие перенастраиваемых стадий. Требуемая скорость перенастройки с выпуска одной продукции на другую.

3.Наличие операций, которые должны проводиться в жестко заданной последовательности.

4.Наличие опасных и вредных факторов: пожаро-, взрывоопасных смесей (категория технологической площадки); ядовитых

ивредных веществ. Указание о том, будут ли эти факторы проявляться в случае аварии или даже при нормальном режиме ведения процесса.

5.Описание возможных аварийных ситуаций: разрывы трубопроводов, холостые включения насосов, мешалок, перегрев в случае отсутствия хладагента и т.п. Указание действий, которые необходимо предпринять в случае аварийной ситуации: отключение насосов, мешалок, аварийный слив в подземные емкости

ит.п.

6.Наличие факторов, негативно влияющих на оборудование: пыли, агрессивные вещества, повышенные электромагнитные помехи, вибрация, перепады температур.

Примечание к выполнению раздела ВКР. В случае если в дипломном проекте описание технологии выполнено в основном разделе проекта, в разделе «Анализ технологического объекта» описывать сам технологический процесс нет необходимости.

9

3. Цели функционирования АСУТП и задачи, решаемые внедрением АСУТП

АСУТП необходимо рассматривать как один из элементов химико-технологической системы. Внедрение АСУТП преследует цели всей химико-технологической системы, например: выпуск наибольшего количества продукции, стабилизация показателей качества продукции без изменения объема выпуска, повышение безопасности работы технологической установки. Эти цели определяют задачи, которые будет решать система управления. Ниже представлены примеры целей и задач, решением которых можно достичь целей управления технологическим процессом.

10