9 Автоматизация технологического процесса

9.1 Анализ технологического процесса с точки зрения автоматизации

Внедрение АСУ является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием контроллеров и персональных компьютеров (ПК). Контроллер – многофункциональное программируемое средство организации измерительных каналов. ПК обрабатывает по заложенной в нём программе информацию, поступившую от датчиков. Высвечивает на табло значения измеренных параметров. ПК применяется, во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых, может выполнять роль «советчика», при котором компьютер рекомендует оператору оптимальные значения режимных параметров процесса и, в-третьих, сравнивая текущие значения с заданными, выдают корректирующий сигнал на регулятор или непосредственно на исполнительный механизм. Иерархическая структура АСУТП включает в себя:

- 1 уровень полевого КИП;

- 2 уровень - станции управления процессом;

- 3 уровень оперативного персонала, базирующийся на инженерных станциях операторов технологического процесса.

1 уровень АСУТП реализован на базе датчиков и исполнительных механизмов. На уровне 1 частично применяются датчики интеллектуальной серии, и на них выполняются функции опроса и шкалирования измеряемых сигналов с передачей информации по протоколу HART [42].

Технические средства 2, 3 уровней размещаются в помещении операторной. Станции управления процессом реализованы на базе контроллера PCУ (распределенная система управления, которая собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия) и контроллера ПАЗ (система противоаварийной защиты, которая контролирует нарушения в ходе технологического процесса, осуществляет защиту и блокировку аппаратов, вырабатывает защитные воздействия). Функции РСУ и ПАЗ выполняют программируемые контроллеры. Контроллеры выполняют следующие функции:

- воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы;

- измеряют и нормируют принятые сигналы;

- выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;

- отображают информацию на экране;

- управляются при помощи стандартной клавиатуры.

3 уровень АСУТП представлен автоматизированными рабочими местами оператора-технолога и оператора-инженера. Обеспечивается ведение базы данных, визуализация состояния технологического оборудования, обработка данных, формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием. Станции оснащены современными ПК. Информация с контрольно-измерительных приборов и датчиков в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает с 1 уровня на технические средства 2 уровня, на которых реализуются в автоматическом режиме функции сбора, первичной обработки информации, регулирования, блокировок. Информация, необходимая для контроля и управления технологическими процессами, поступает от контроллеров на 3 уровень – операторские станции и станции главных специалистов завода [43].

Диалог оператора с системой управления осуществляется с использованием цветного дисплея, клавиатуры и манипулятора «мышь». На операторской станции сконфигурирован пользовательский интерфейс для взаимодействия оператора с системой. Для вызова необходимой информации оператору достаточно при помощи «мыши» выбрать на экране надпись или изображение какого-либо объекта и одной или двумя манипуляциями вывести на экран необходимую информацию. Клавиатура также может быть использована для получения необходимой информации. Кроме этого при помощи клавиатуры производится ввод текстовой и цифровой информации. Сообщения о нарушениях предупредительных и предаварийных границ для аналоговых параметров, действиях операторов по управлению технологическими процессами регистрируются и выводятся на печать по запросу оператора. Выход аналогового параметра за допустимые границы, сигнализация, нарушение связи с объектами по какому-либо из каналов связи отображается на операторской станции звуковой сигнализацией и цветовым отображением изменений на мнемосхемах. Информация, выводимая оператору на экран монитора по его запросу, может иметь различные виды:

- обобщенная мнемосхема, представляющая весь объект автоматизации. С этой мнемосхемы можно перейти на подробную мнемосхему любого узла, выбрав его на экране курсором;

- мнемосхемы отдельных узлов, отображающие часть технологической цепочки с индикацией величин аналоговых сигналов;

- оперативные тренды, показывающие состояние параметра;

- исторические тренды, позволяющие отслеживать состояние аналогового параметра за длительные периоды (смена, сутки, месяц);

- панели контроля и управления аналоговыми регуляторами;

- аварийные и технологические сообщения.

При выборе контроллера решающими факторами являются:

- надежность модулей ввода/вывода;

- скорость обработки и передачи информации;

- широкий ассортимент модулей;

- простота программирования;

- распространенность интерфейса связи с ЭВМ [44].

Целью и задачей проектируемой схемы является обеспечение эффективной работы технологического процесса с помощью контроля и регулирования параметров процесса. Выбор параметров контроля и вида автоматизации приведены в таблицах 9.1 и 9.2.

Таблица 9.1 – Контролируемые и регулируемые параметры

Аппарат	Параметры
	температура	уровень	давление	влажность
Силос	-	+	-	-
Заторный котел	+	+	-	-
Сусловарочный аппарат	+	+	-	-
Пластинчатый охладитель	+	-	-	-
Танк брожения	+	+	-	-
Емкость	-	+	-	-

Таблица 9.2 – Величина параметров и вид автоматизации

Аппарат и параметр	Величина параметра и размерность	Вид автоматизации
		измерение	регулирование	сигнализация
Бункер - уровень	3,0 м	+	-	+
Емкость - уровень	2,0 м	+	-	+
Заторный аппарат - уровень - температура	1,5 м 54°С 70°С	+ +	+	+
Сусловарочный аппарат - уровень - температура	1,5 м 100°С	- -	- -	- -
Сепаратор - число оборотов двигателя	680 об/мин	+	+	-
Пластинчатый охладитель - температура	5 °С	+	+	+
Танк брожения - уровень - температура	2,0 м 5 °С	+ +	+	+
Электродвигатель	-	-	-	+