книги из ГПНТБ / Шах, А. Д. Вопросы экономики автоматизации химического производства учеб. пособие

- 28

На Новомосковской химкомбинате внедрена автоматизированная

чѳский эффект от снижения себестоимости продукта^'от увеличения производительности составил за год 427 тыс.руб. /срок окупае­ мости 1,8 года/.

На Щѳкинском химкомбинате внедрена автоматизированная систе­ ма управления производством формалина, связанная по телетайпу с вычислительной машиной, рассчитывающем оптимальные тѳхнологи-

чѳокиѳ режимы. Эта машина установлена в Вычислительном центре в г .Москве. Экономический аффект 80 тыс.руб., срок окупаемости

- 0,5 года. До конца 1971г. к Выаислитѳльному центру должно быть подключено еще 20 производств формалина, что, по расчетам,

обеспечит экономический эффект около I млн.руб. в год.

В химической промышленности в настоящее время особое внима­ ние уделяется созданию и внедрению автоматизированных систѳи управления предприятием /АСУП/. Основным назначением таких сис­ тем является непрерывный-сбор информации о ходе производства для обеспечения оперативного контроля и автоматизация учета,

а также плановых и экономических расчетов. .

Затраты на разработку и внедрение АСУП за период І97І-І975гг\

будут в 5,5'раза больше, чем за период с 1962 по 1970гг.

Количество электронных вычислительных машин, внедренных для создания АСУП, увеличится соответственно к 1975 году в

3,5 раза по отношению к 1970 году.

-29

3.Основные тенденции в автоматизации и .управлении химическим производство!,! за рубежом

Развитие автоматизации в заруСенных странах шло либо по пути осуществления максимального автоматического контроля при ручном

регулировании /так, в І9^5-47гг. уже были широко

внедрены автоматические анализаторы, основанные на химических и физико-химических принципах действия/, либо по пути распрост­ ранения автоматического регулирования /стабилизации/ основных параметров со сведением к минимуму параметров, которые только измеряются, но н^регулируются автоматически. Такое направление автоматизация получила в США /18/.

В настоящее время автоматизация в наиболее передовых капита­ листических странах соответствует шестой или седьмой стадии приведенной в § 2 классификации.

Возрастающая роль автоматизации отражается в увеличении удѳлі ного веса расходов на автоматику в общем объеме капиталовложе­ ний. Динамика затрат на автоматизацию в нефтехимической и хими­ ческой промышленности развитых капиталистических стран, начиная с 1955г. с прогнозированием до 1975г.,представлена на рис. б. /19-22/.

- 30

Как видно из графика, доля капиталовложений на автомати­ зацию в 1970-75 годах составит 14-16$, т.е. соответствует циф­ рам, принятым у нас для промышленности основного органического синтеза на тот же период, что было показано выше.

Для зарубежной химической промышленности характерно приме­ нение двух типов систем контроля и управления: пневматической и электронной. Последние усовершенствования каждой системы сде­ лали их сопоставление и выбор еще более сложными /23/. До пос­ леднего времени наибольшее распространение в химии и нефтехимии

получила пневматическая система. Наиболее существенными ее пре­ имуществами являются взрывобѳзапосность, простота устройства и обслуживания, а также более низкая стоимость /пневматические системы дешевле электронных в ряде случаев более чем на 30$/*.

Пневматические системы целесообразны в тех случаях, когда нет необходимости в централизованной системе обработки данных, а

также, когда завод компактно расположен и средства управления находятся в непосредственной близости от технологической уста­ новки. При указанных условиях требуемое качество управления обеспечивается путем значительно меньших затрат /24/.

В последние годы предпочтение получают электронные системы,

превосходящие пневматические по точности /0,25$ вместо 0,5-1$

для лучших из пневматических систем/ /25/ скорости реакции на возмущения и нечувстивтѳльности к длине линий передачи сигна­ лов. Применение новых электронных приборов более целесообразно при создании централизованной системы обработки данных, посколь

- 31 -

ку они позволяют обойтись бѳз пновмоэлектропрѳобразователѳй, а

така« при большой протяженности лииии передачи. Таким образом,

в настоящее время выбор электронной или пневматической системы определяется сравнитѳльнмнтѳхнико-экономичѳским анализац учиты­ вающим конкретные условия их применения.

Следует отметить также, что разрабатываемые сѳйчао цифровые системы смогут работать с-любой из 3 линий связи: пневматичес­ кой аналоговой, электронной аналоговой и электронной цифровой.

В результате будет ликвидировано одно из преимуществ электрон­ ных систем, а именно их монопольная согласованность о вычисли­ тельными машинами /ВМ/.

Что касается регулирующих клапанов, то хотя спрос на элек­ тронные клапаны возрастает, эксплуатационные преимущества и сто­ имость пока еще на стороне пневматических клапанов, которые с помощью элѳктропнѳвматичѳских преобразователей используются и с вычислительной техникой. Кроме того, применение управляющих вычислительных машин /УВМ/ выявило недостаточную точность как пневматических, так и электронных систем, в особенности, преоб­ разователей.

Это привело к интенсификации исследований в области усовер­ шенствования средств автоматики как пневматических, так и элек­ тронных, с целью ликвидации отставания в технике измерения от техники управления /23/. Основные тенденции в развитии методов контроля кратко изложены ниже.

В области измерения температур основные проблемы - увеличе­ ние точности и уменьшение стоимости датчиков в сочетании с рас-

" 3 2 "

ширением диапазона иэиерѳниИ. Решение этих проблем происходило двумя путями: по лииии усовершенствования контактных датчиков

- термопар из благородных металлов и по линии применения оескон« тактных типов датчиков-инфракрасных пирометров с высокой точ­ ностью и чувствительностью /точность инфракрасных датчиков

0,75Т/0,43°С/, чувстивтѳльность - 0,25^/0,14 °С/.

В области измерения давления в качестве пнѳвёГтичѳских датчи­ ков продолжает применяться пружина Бурдона и диафрагмы, новов­ ведения же в основном касаются деталей этих устройств /например^

применяются эластичные мембраны, нечувствительные к изменениям окружающей температуры/.

Для увеличения точности измерений сохраняется тенденция к сокращению расстояния между точкой измерения и измеряющим дав­ ление прибором. Однако это усложняет эксплуатацию приборов,

вызывая в соединительных трубках эффекты застои, замерзании и полимеризации в связи с отсутствием циркуляции. Чтобы выдержать!

строгость измерения давления в этих условиях, применяется гид­ равлическая поддержка диафрагмы и используется уравновешиваю­ щая передача, уменьшающая изгиб диафрагмы. .

В перспективе для измерения давления предполагается приме­ нение электронной техники, использующей эффект изменении соп­ ротивления проводника, изменения проводимости транзисторов,

изменения частоты колебаний кристаллов как функции изменения давления. Эти способы будут свободны от влияния инерционных эффектов и констант пружин.

і'і области измерений расхода основная проблема - обеспечение точных измерений в широком диапазона скоростей потока и вязкос­ тей, поскольку существующие счетчики с широким диапазоном изме­ рений, как правило, достаточной точностью нѳ обладают. Послед­ ние несколько лет начали применяться турбинные и магнитные счет чики, с дискретным выходом, позволяющим подключать их к инфор­ мационным системам. Характеристики счетчиков удовлетворительные,

Так, турбинные счетчики диаметром от I до 16 дюймов с диапазонов измерений от нескольких и3 в мин. до 10.000 м3 в мин. с успехом применяются при автоматизации процессов смѳшония, измеряя рас­ ходы как жидкостей, так и газов.

С целью создания измерителей расхода с широкой сферой приме­ нения, не ограниченной определенными значениями характеристик потока, исследователи предполагают использовать реакцию движу­ щейся жидкости на физические воздействия, в частности, овойотва электрического сопротивления и емкости кидкоотой, преломления света, а такие радиоактивные датчики и лазерные онемомѳтры /28/,

Особое внимание за рубежом удѳляетоя развитию методов неп­ рерывного качественного анализа материальных потоков и созданию непрерывных анализаторов состава и качества продуктов.

К применяемым методам автоматического анализа относятся сле­ дующие: хроыотография, спектроскопия, в том чиоле радиооішйро-

скопия и рентгеноспектроскопия, фотометрия в видимой инфрак­ расной и ультрафиолетовой частях спектра, электрохимия, включая кондуктометрию. Только в США выпускается более 712 типов анали-

- 34 -

заторов.

В литературе отмечается безусловная экономическая целесооб­ разность применения анализаторов состава, которая демонстриру­

Основными источниками экономической эффективности применения анализаторов являются: экономия холода, энергии и других эксплу­ атационных затрат, повышение выхода продукта при неизменном расходе сырья, уменьшение выхода продуктов излишне высокого ка­ чества и брака, предотвращение аварий, уменьшение количества лаборантов. Несмотря на высокую стоимость, колеблющуюся от 6

до IÜ тыс. долларов /в некоторых случаях эти цифры удваиваются за счет системы подготовки пробы/, срок окупаемости анализато­ ров, как правило,составляет от 2 недель до I года /26/. Так,,

на заводе по производству серы мощностью 35і40 т/сутки /себе­ стоимость серы 30 долларов за тонну/ установка ыасспектроиетра стоимостью 10 тыс.долларов, увеличив продуктивность процесса очистки на 2+3%, окунилась менее чем за год. Наиболее эффектив­ но применение хромотографов для регулирования процессов дистил­ ляции /23/.

В области управлениятехнологическими процессами в последнее время на смену методу регулирования и управления по отклонению,

основанному на обнаружении и исправлении уже существующих оши­ бок, приходит качественно новый метод - хп£авление_пепос£езст-

вѳнно по_возыущению. Преимуществом нового мотода является воз­ можность с помощью управляющих воздействий компенсации возму­ щений, ухудшающих работу системы, и усилении возмущений, улучша-j

- 3 5 -

хучих характеристики системн. Но такое управление может быть

осуществлено только при знании модели процесса и возможности тонной опенки вида возмущения, т.е. при наличии вычислительной машины.

Примером управления по возмущению может служить управление псппессом сверхчеткой ректификации, где отбор дистиллата опреде­ ляется возмущением по количеству и составу питания с помощью аналоговой вычислительной машины /АВҢ/. Прибыль, обеспечиваемая этим способом управления - 30 тыс.долларов в год /29/.

В. качестве примера управления по возмущению может служить также опыт применения УВМ R W -300 на установке синтеза масляно­ го альдегида и бутанола из пропилена, углекислого газа и водоро­ да с кобальтом в качестве катализатора /30/. Возмущения - увели­ чение концентрации примесей /серы, азота и др./ в сырье. Возму­ щения обнаруживаются с помощью хромотографов. Оптимизация осу­ ществляется по величине прибыли, являющейся функцией параметров процесса, расхода катализатора и т.д. Проведенное в сопостави­ мых условиях сравнение ручного управления обычным способом,

ручного управления с использованием данных исследования процес­ са и управления с помощью ВМ показало, что в последнем случае достигается наибольшая стабильность уровня прибыли относительно среднего значения.

Применение ВМ является, начинал о 19§8г., основной .тенденци­ ей в области автоматического управления дрңнзводством. ВМ при­ меняются как с целью оптимизации в замкнутом .контуре, так и для непосредственного цифрового управления /{ЩУ/. При этом ис­ пользование машин в качестве инструмента ддя^де.нтрализованного

-36

сбора, и обработки информации является лишь подготовительным эта­ пом перед включением их в контур управления процессом.

В работах ряда авторитетных специалистов в области приборо­ строения содержаться утверждения, что экономически наиболее оп­ равдана замена всех пневматических и электронных регуляторов системами Щ У /31/.

НЦУ отличается от управления с помощью машины в замкнутом кон­ туре тем, что ВМ не совмещаются с аналоговыми регуляторами, а

заменяют их, причем одна ВМ может обслужить до дй&сот контуров регулирования /32, 33/. По мнению ряда авторов, к началу восьми­ десятых годов будет завершен период величайших технологических изменений в процессах управления со времени изобретения пнев­ матических приборов /23/.

Технические преимущества ВМ по сравнению с обычными регуля­ торами заключаются не только в возможности централизованного и оптимального управления процессами, но и в улучшении качества управления. Однако, экономические соображения, даже в большей степени, чем технические трудности, могут служить ограничением для применения всякого нововведения^требующего существенных ка­ питальных затрат /стоимость одной ВМ составляет 200-300 тыс.

долларов В связи с этим экономическая сторона автоматизации производ­

ственных процессов с применением вычислительной техники находит­ ся в центре внимания зарубежных специалистов. Однако экономичес­ кий подход к внедрении управляющих вычислительных машин проде­ лал определенное развитие.

- 37 -

Трудности в определении ожидаемого экономического аффекта,

равно как и отсутствие опыта эксплуатации, на начальном этапе создания и внедрения УЕѵі вносили существенные элементы риска как для изготовителей, так и для потребителей /30, 34-37/.

Риск изготовителей был связан с тем, что производство новых изделий /расходы приборостроительных фирм на исследование и раз­ работки составляют 5-10/ общей суммы выручки/ может в течение нес­ кольких лет приносить убытки вследствие небольших размеров реали-

зации.фірми-потребители подвергались не меньшему риску^ у, Ц,

Затраты на одну контролируемую точку существенно возрастают при переходе от обычных оредств автоматизации к вычислительным машинам /здесь не имеется в виду прямое цифровое управление/, что можно видеть из данных таблицы I /38/.