книги из ГПНТБ / Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства

го строительства предприятий коммунальных хозяйств, ввода мощностей; автоматизированные расчеты и анализ

сводных планов капиталовложений по отраслям; автомати­

зированный анализ выполнения планов капитального стро­

ительства и выработка рекомендаций и управляющих воз­

действий.

По функциональным частям задачи можно сформули­

ровать примерно так.

По части материально-технического снабжения и ком­

плектации технологического и производственного оборудо­

вания автоматизированные: учет и анализ движения ма­ териально-технических ресурсов, запасов и оборудования; расчет и оптимизация потребностей хозяйств в материалах

иоборудовании; расчеты по рациональному использованию

ираспределению материально-технических ресурсов, за­ пасов и оборудования, выработка рекомендаций для при­

нятия решений и управляющих воздействий.

По части реализации агентов в продуктовых отраслях:

автоматизированный учет и отчетность по реализации аген­

тов потребителям; оптимизация потоков агентов в трубо­

проводах и их взаимосвязи с источниками подачи и по­

требления.

По части бухгалтерского учета и отчетности: автомати­

зированный и механизированный бухгалтерский учет и от­

четность.

По части финансовой деятельности: автоматизированные

расчеты и оптимизация перспективных и текущих планов финансирования и сводных планов кредитования, выра­ ботка рекомендаций для принятия решений.

По части труда и заработной платы: автоматизированный анализ численности, производительностй труда, заработной платы и их соотношений и выработка рекомендаций для принятия решений.

По части подготовки и распределения научных, инженер­ но-технических и рабочих кадров автоматизированные:

расчеты и оптимизация планов подготовки и распределения научных, инженерно-технических и рабочих кадров; учет состава и движения кадров.

По обслуживающим частям задачи будут заключаться

в следующем. По части нормативного обслуживания, клас­ сификации и кодирования: автоматизированный сбор, на­

копление и обновление информации о нормативах, класси­ фикаторах и кодах, выдача этой информации в системе* автоматизированное составление нормативной документа-

40

ции в соответствии с принятыми системами классификации и кодирования. По части информационно-справочного и па­

тентного обслуживания: автоматизированный сбор, ком­

плектование, хранение и выдача информационно-справоч­

ных и патентных материалов.

В дальнейшем задачи, решаемые в отдельных частях

АСУП, следует корректировать и уточнять, однако они

всегда должны носить строго определенный характер. Чем

больше концентрированных производств в отраслях комму­

нальных хозяйств городов и населенных пунктов, тем оп­

ределеннее будет характер решаемых задач в системе АСУП. К сожалению, в настоящее время проводить такую полити­

ку трудно, так как приходится руководить десятками и сот­

нями разбросанных по городам в основном небольших ком­

мунально-бытовых предприятий и производств, на оператив­

ное управление которыми тратится основное время диспет­ черских служб. Задачи управления упростятся, когда будут

созданы мощные объединения на базе этих мелких пред­ приятий, обладающие значительной самостоятельностью и концентрированным расположением. Такую работу про­

водят во многих городах страны, однако нередко ее сводят

к укрупнению небольшого количества мелких предприятий

коммунальных хозяйств, тогда как на повестке дня стоит

вопрос о создании крупных и мощных объединений. Опыт

Москвы, Ленинграда, Киева и других городов говорит о том, что этот процесс концентрации предприятий и про­

изводств коммунальных хозяйств упорно завоевывает свои позиции в жизни, что приведет к более оптимальному ис­ пользованию АСУП, функционирование которой обеспечи­ вает повышение технического уровня и укрепление эконо­

мической базы системы в целом.

§ 5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (АСУТП)

Существенную роль в создании оптимальных условий для полного удовлетворения потребностей в продукции

каждой отрасли коммунальных хозяйств городов и населен­

ных пунктов в общей системе АСУ играют вопросы автома­

тизации технологических процессов с использованием средств вычислительной техники, организация и правиль­

ное функционирование схемы автоматизированного управ­

ления инженерными сооружениями и техникой. Как уже

41

отмечалось выше, эта часть общей системы АСУ—АСУТП действует на нижнем уровне иерархии управления, т. е.

непосредственно на инженерных объектах и сооружениях

коммунальных хозяйств, и именно здесь и происходит ее стыковка с системой административно-хозяйственного пла­ нирования и управления производством — АСУП. Разра­ ботка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в коммунальных хозяйствах, имеющих весьма разнообразные и сложные инженерные сооружения и объекты, создают материальную основу про­

грессивности и эффективности функционирования АСУ

в целом. Именно широко разветвленная сеть автоматизи­ рованных технологических объектов коммунальных хо­

зяйств наряду с научной организацией производства по от­

раслям и действенная система административно-хозяйст­ венного планирования и управления в комплексе и откры­ вают дополнительные пути и возможности совершенствова­

ния управления производствами и планово-экономическими работами, создают условия для роста производительности труда и повышения эффективности функционирования всей

системы в целом. При правильном и оптимальном решении

весьма емких и нередко сложных задач автоматизации тех­ нологических процессов на объектах и промышленных соо­ ружениях коммунальных хозяйств, создании АСУТП, где,

собственно говоря, и формируется исходная информация о параметрах и состоянии хода технологических процессов, эффективность реализации вопросов автоматизированного управления всей системой в целом резко повышается.

Проанализируем вопросы, связанные с созданием АСУТП в гидрогазодинамическом комплексе коммунального хозяй­ ства города, объединяющего подсистемы тепло-, газо- и во­ доснабжения, и их нормального функционирования. Сле­ дует сразу отметить, что автоматизированная система управления технологическими процессами действует на уровне районных насосных перекачивающих станций (РНПС), газорегуляторных пунктов (ГРП) и на уровне ис­ точников питания — теплоцентралей, водоочистных, водо­

напорных (ВИС) и газорегуляторных (ГРС) станций. Она решает задачу как локального автоматического регулиро­ вания и управления, так и комплексного автоматизирован­ ного управления технологических процессов в оптимальных режимах. Последнее достигается обязательным условием включения в процессы управления средств связи оргтехни­ ки и электронно-вычислительных машин. Разработку и

42

внедрение АСУТП необходимо вести с учетом того, что она является органической частью общей системы АСУ отрас­

лей коммунального хозяйства. Необходимость ее функцио­

нирования предусматривают как при проектировании и

строительстве объектов, так и при их эксплуатации и воз­

можной реконструкции, а также при разработке аппаратуры

и средств автоматизации и автоматизированного управ­

ления.

Большие задачи в области развития АСУТП, и в первую

очередь комплексная автоматизация технологических объек­

тов транспортирования горячей и холодной воды и газа по

трубопроводам и их объектов, распределение этих агентов

по потребителям, автоматизация технологических устано­ вок источников питания систем, подсобно-вспомогательных производств и ремонтных служб и т. п., должны решаться

наряду с внедрением новой техники и улучшением техноло­

гии и организации производства на базе широкого исполь­

зования достижений автоматики, телемеханики и вычисли­

тельной техники. Только при наличии эффективной АСУТП

работа всей автоматизированной системы управления будет

рациональной и оптимальной, так как возможность полной автоматизации процессов в гидрогазодинамическом ком­ плексе коммунального хозяйства способствует наибольшему росту производительности труда в этих объектах. Автома­ тизация, телемеханизация объектов трубопроводных систем

и внедрение вычислительной техники значительно облег­

чаются в связи с естественными преимуществами этих ком­

плексов: непрерывность технологических процессов транс­ портирования агентов, независимость их от состояния по­

годы и метеорологических условий, отсутствие встречных

потокодвижений, пересечений и т. п.

Трубопроводы, технологические процессы в которых протекают в режимах «из насоса в насос» или «из регулято­ ра в регулятор», представляют собой единые гидравлические

системы на всей протяженности. Следовательно, решение

вопросов об автоматическом регулировании и управлении давлениями и расходами в узловых точках систем будет

основной задачей АСУТП. Технологические параметры

трубопроводных систем обычно выбирают (расходы, рабочие

давления, количество насосных и газорегуляторных стан­ ций, температуры трайЬпортируемых агентов и т. д.) исходя

из требований обеспечения потребителей с минимальными

затратами энергетических, материальных и трудовых ре­ сурсов, При этом оснащение объектов трубопроводных си­

43

стем выбирают и осуществляют с учетом выполнения усло­

вий их надежной работы в течение всего амортизационного

периода. Здесь должна предусматриваться возможная кон­ центрация технологического оборудования и средств авто­

матизации, но с учетом эксплуатации их без постоянного

обслуживающего персонала. Особое внимание уделяют во­ просам автоматизации устройств защиты объектов от почвен­ ной коррозии и блуждающих токов.

В этих условиях АСУТП должно обеспечить в первую

очередь экономичную работу насосных агрегатов и регули­

рующей аппаратуры при требуемой производительности тру­

бопроводных систем с соблюдением экономичности и вспо­ могательных операций. На насосных станциях, независимо от схем технологической обвязки и установленного обору­ дования, должны предусматриваться контроль, сигнализа­ ция, автоматическое регулирование параметров основного технологического процесса перекачки агента, программное

и централизованное управление работой насосных агрегатов,

внедрение средств защитной автоматики, устройств включе­

ния резервных агрегатов при отказах основных с телемеха­

ническими обобщенными сигналами в центральные диспет­

черские органы об аварийной ситуации. Кроме того, пре­

дусматривается защита, перекрывающая транспортируемый

поток при прорывах трубопроводов. Станции оборудуются автоматическими устройствами для самозапуска после кратковременного отключения агрегатов. Все вспомогатель­ ные устройства насосных станций должны быть оснащены

аппаратурой автоматического контроля, регулирования

и управления по заданным параметрам, а также устройст­ вами пожарной сигнализации и пожаротушения. Подсоб­ ные сооружения и объекты также следует оснащать средст­ вами контроля, регулирования и управления основных параметров протекающих здесь процессов.

Аналогичные моменты наблюдаются и на ГРП и ГРС

в системах газоснабжения, которые можно рассматривать

так же, как подсистемы АСУТП. Здесь нужные технологи­ ческие режимы поддерживаются регулированием дроссе­ лирования потока газа. Это один из легко осуществимых

способов автоматического регулирования в трубопроводных

системах, работающих в подпорном режиме. Все известные

дроссельные регулирующие органы отличаются слабым

дросселирующим действием в положениях, близких "к от­ крытым, и резким возрастанием эффекта дросселирования по мере приближения к закрытому положению, При выборе

44

большой скорости ошибка в регулировании сводится к ми­ нимуму, но в результате запаздывания в переключении

исполнительного усилителя система теряет устойчивость

в зоне глубокого дросселирования. Указанные недостатки устраняют применением в системе регулирования произво­ дительности ГРП и ГРС специальных регулирующих устройств. Что же представляют собой эти устройства ло­ кальной автоматики?

Рис. 9. Принципиальная схема системы автоматического ре­ гулирования

Регулятор, воспринимая отклонение регулируемых па­ раметров от заданных значений, т. е. отзываясь на наруше­

ние стационарного режима регулируемого объекта, при­ водит в действие регулирующий орган и тем самым вновь

восстанавливает равновесие режима. Таким образом, регу­

лятор и регулируемый объект представляют собой еди­ ную систему автоматического регулирования (рис. 9). Регу­ лятор имеет чувствительный элемент, или, как его иначе называют, измерительный орган, измеряющий и фикси­ рующий отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

Задание на регулятор устанавливается задающим устрой­

ством-задатчиком. Если перестановочное усилие, развивае­

мое чувствительным элементом регулятора, достаточно вели­

ко, то измерительный орган самостоятельно осуществляет

функции управления регулирующим органом, воздейст­

вующим на процесс. Регуляторы такого типа называются регуляторами прямого действия. В случае недостаточных

усилий или других требований, предъявляемых к процес­

су регулирования (высокая чувствительность регулятора, точность регулирования, быстродействие и т, п.), между

45

чувствительным элементом и регулирующим органом уста­ навливают усилитель. В этих схемах измерительный орган выполняет и роль управляющего— командного устройства. Измеритель управляет усилителем, в котором за счет по­ стороннего воздействия вспомогательного источника энер­ гии создается усилие, управляющее регулирующим орга­ ном. В зависимости от вида вспомогательного источника

энергии усилители могут быть пневматическими, гидравли­

ческими, электрическими, механическими или комбини­

рованными. В связи с тем, что у чувствительного элемента

регулятора при этих схемах отпадает функция непосред­

ственного силового воздействия на регулирующий орган,

измеритель может быть изготовлен с небольшой массой

подвижных частей. Этим самым резко повышается чувстви­

тельность системы и увеличивается область применения ре­ гулятора. Регуляторы, содержащие в себе усилители, назы­

ваются регуляторами непрямого действия. Регулятор такого

типа, обладая заметными преимуществами перед регулято­

рами прямого действия, находит все большее применение

в различных отраслях коммунальных хозяйств.

Исполнительные органы регуляторов, также называемые

исполнительными механизмами, служат для непосредствен­

ного привода регулирующих органов. В качестве таковых

часто используют электрические, механические, гидравли­

ческие или пневматические приводы. Регулирующие органы регуляторов являются элементами, посредством которых

поддерживаются требуемые режимы регулируемых процес­

сов. К примеру, в схемах газораспределения при измене­ нии потребления газа в отдельных частях системы регули­ рующие органы регуляторов, меняя свое положение, восста­ навливают нарушенное равновесие между подачей и расхо­ дом газа.

Существуют и такие схемы автоматических регуляторов,

в которых каждый из рассмотренных элементов в свою оче­

редь состоит из ряда последовательно или параллельно соединенных между собой звеньев, деталей, узлов и уст­ ройств. Каждое звено характеризуется входным и выходным

импульсами (координатой). Обычно выходной импульс

предыдущего звена является входным для последующего.

Примеры таких связей между звеньями показаны на рис. 10,

где X обозначены входные или выходные импульсы соот­

ветствующего звена или группы звеньев. Применяют тар£- же и более сложные схемы связей между отдельными звеньями,

46

В практике газоснабжения городов и населенных пунк­ тов применяют целый ряд регуляторов, отличающихся друг От друга конструктивными особенностями и различ­ ными типами регулирующих органов. Встречаются регуля­ торы, в которых клапаны сочетаются с мембранно-измери­ тельными органами непосредственно или путем рычажной

передачи. В зависимости от требуемой производительности

системы газоснабжения используют как односедельные, так

идвухседельные клапаны, а в зависимости от состава газа

иусловий эксплуатации применяют как мягкие, так и жест­

кие золотники дроссельных клапанов. Диаметр мембраны

Рис. 10. Последовательное и параллельное соединение звеньев автоматического регулятора

подбирают таким, чтобы измеряемое давление было доста­ точно для преодоления сил, действующих на измерительные элементы, обусловленные массой груза и давлением со сто­ роны подачи на золотник клапана.

Регуляторы ГРП и ГРС принято располагать на газо­ проводах после входной задвижки, фильтра и предохрани­

тельного запорного клапана. После регулятора следует

обязательно устанавливать выходную задвижку. Аппарату^

ра и арматура должны быть расположены так, чтобы были

обеспечены удобства для обслуживания и возможного ре­

монта. В городах для газорегуляторных пунктов обычно строят специальные наземные помещения. Наряду с этим

47

используют и подземные ГРП. Местные регуляторные уста­ новки монтируют непосредственно на территории потреби­

телей газа (цех, котельная и т. п.). Домовые регуляторы

с арматурой часто устанавливают в специальных шкафах, закрепленных на наружных стенках зданий. Во. всех слу­ чаях установки регулирующей аппаратуры должны быть

обеспечены условия для бесперебойной и безопасной ее

работы. Помещения, где устанавливают эту аппаратуру,

должны вентилироваться, так как всегда неизбежна-утечка

газа через неплотности в соединениях, фланцах и т. п.

Приборы электроосвещения и питания, применяемые в

помещении регуляторного пункта, должны быть только

взрывобезопасного исполнения. Для обеспечения надеж­

ности и безопасности работы газопроводов на случай ава­ рийных повышений давлений на ГРП дополнительно уста­

навливают предохранительные (сбросные) клапаны. Ана­ логичные предохранительные устройства устанавливают на местных и домовых регуляторных установках. В заклю­

чение следует отметить, что в большинстве городов Совет­

ского Союза подачу газа к бытовым и различным мелким

потребителям осуществляют от сетей низкого давления че­

рез регуляторы, устанавливаемые на районных ГРП. По­

этому, не останавливаясь на преимуществах и недостатках

установки у потребителей индивидуальных регуляторов-

стабилизаторов, которые, конечно, сводят колебания давле­

ний у потребителей к минимуму, отметим, что ввиду их высо­ кой стоимости и больших капиталовложений, связанных

с внедрением, они широкого распространения не получили.

Поэтому в дальнейшем необходимо стремиться к снижению себестоимости этих регуляторов. Технико-экономические расчеты показывают, что установка квартирных регулято­ ров-стабилизаторов давления экономически выгодна только в районах малоэтажной застройки усадебного типа с невы­ сокой плотностью населения.

Для проведения технологических операций арматуру

линейных частей трубопроводов оснащают средствами авто­ матического дистанционного управления и сигнализации на районный диспетчерский пункт (РДП) с районным ин­

формационно-вычислительным центром (РИВЦ), дистан­

ционными сигнализаторами аварийных повреждений.

Станции катодной защиты должны автоматически обеспе­

чивать необходимый защитный потенциал на защищаемом

участке трубопровода с телеизмерением тока нагрузки. В связи с проблемой автоматического управления станциями

48

катодной защиты газопроводов в последнее время большое

внимание уделяют устройству автоматических совмещенных

катодных установок, принцип работы которых заключается в регулировании потенциалов точки отсоса, осуществляемом путем изменения токов в земле вокруг дополнительного за-

землителя. Весьма эффективным здесь является способ ре­ гулирования потенциалов в точке отсоса, которые создаются

основным рабочим током катодной станции путем изменения

Рис. 11. Принципиальная схема автоматизированной совмещенной катодной станции

тока вспомогательной установки небольшой мощности, предназначенной для питания катодного заземлителя. Принципиальная схема такой автоматической станции представлена на рис. 11.

Легко осуществить автоматическое регулирование по­

тенциала в точке отсоса. Предположим, что в трубах про­

текают токи электрохимической защиты и блуждающие. Если даже потенциал, создаваемый электрохимической за­ щитой, постоянный, то все равно в точке отсоса за счет ко­

лебания блуждающих токов потенциал непрерывно изме­

няется. На основании этого можно создать систему «регули­

рование — стабилизация» электродного потенциала, ха­

рактеризующего процесс защиты подземного сооружения.

Система «регулирование — стабилизация» этого потенциала

49