2. Системы автоматизации

Для управления применяют автоматизированные системы управления (АСУ) - человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления.

Сбор и оперативная обработка информации, вычисление критериев, нахождение оптимальных значений управляющих воздействий в этих системах осуществляется с помощью различных технических средств и электронных вычислительных машин. За управляющим персоналом остаются задачи осмысливания технологической или технико-экономической ситуации в целом и реализация управляющих воздействий.

Управление химическими предприятиями посредством АСУ осуществляется по иерархическому принципу на трех уровнях.

1. На высшем уровне обеспечивается оперативное управление химическим предприятием в целом, которое наряду с решением задач технологического управления отдельными производствами, координирует работу этих производств и решает планово-экономические задачи, обеспечивая эффективность работы всего предприятия. Для оперативного управления химическими предприятиями разрабатываются автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП).

2. На следующем уровне обеспечивается управление технологическим процессом. Для этого используется автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологическом объекте управления в соответствии с принятым критерием управления. Задача управления в этом случае состоит в отыскании оптимальных режимов совместно работающих аппаратов, распределении нагрузок между отдельными агрегатами или параллельно работающими цепочками аппаратов с учетом имеющихся ресурсов сырья, энергии и других показателей.

При управлении технологическим процессом на уровне АСУ ТП информация о его протекании передается также и на диспетчерские пункты предприятия, обеспечивающие ее анализ, обработку и использование в АСУП при управлении предприятием.

3. На низшем уровне задача сводится к стабилизации необходимых режимов процессов, протекающих в отдельных аппаратах, путем поддержания заданных значений характерных технологических величин (расход, температура, качественные показатели получаемых продуктов и др.). Кроме того, выполняется оптимизация процессов с учетом их особенностей (процесс проводится при условии максимальной выработки целевого продукта из единицы сырьевого материала, минимальных удельных затрат энергии на получение продукта заданного качества или при других условиях). Одновременно осуществляется сигнализация о нарушении заданного режима, защита и блокировка оборудования, его пуск и останов, дистанционное управление процессом и т.д. Эти задачи решаются с помощью локальных автоматических систем, входящих в АСУ ТП.

Местный контроль и ручное управление

При ручном управлении воздействие на химико-технологический объект через исполнительное устройство осуществляет человек (оператор), наблюдающий за ходом процесса (рис. 1-1, а). Оператор следит за отклонением режима работы объекта от требуемого и, в зависимости от этого отклонения, воздействует на исполнительное устройство таким образом, чтобы процесс удовлетворял заданным условиям.

Р ис. 1-1. Принципиальные схемы ручного (а) и автоматического (б) управления.

Но необходимо помнить, что человек не в состоянии уследить за более, чем шестью параметрами одновременно.

При автоматическом управлении (рис. 1-1, б) воздействие на объект осуществляется специальным автоматическим устройством в замкнутом контуре; такое соединение элементов образует автоматическую систему управления.

Д истанционный контроль

Показания измерительных приборов сводится в одно помещение.

ТОУ – технологический объект управления

ИП – измерительный преобразователь

ВП – вторичный прибор (находится в комнате оператора – в помещении управления)

Системы автоматического регулирования (АСР)

Для обеспечения нормальной работы различных по назначению и конструкции аппаратов и установок химической промышленности необходимо регулировать технологические величины: температуры, давления, расходы, уровни, концентрации и др. Системой автоматического регулирования называется совокупность объекта управления и управляющего устройства (объекта регулирования и регулятора), которые без участия человека обеспечивают процесс регулирования. АСР предназначены для автоматического поддержания постоянной или для изменения по требуемому закону технологической величины объекта, характеризующей протекающий в нем процесс. Это достигается формированием автоматическим устройством (регулятором) регулирующих воздействий и введением их в технологический объект. Для системы регулирования входными величинами являются:

• Возмущающие воздействия;

• Задающее воздействие.

Структурная схема АСР

О Р – объект регулирования

АР - автоматический регулятор

ИУ - исполнительное устройство

ИП- измерительный преобразователь

По принципу регулирования АСР делят на действующие по отклонению, по возмущению и по комбинированному принципу.

По числу регулируемых величин АСР делят на одномерные и многомерные.

По числу контуров прохождения сигналов АСР делят на одноконтурные и многоконтурные.

По назначению (характеру изменения задающего воздействия) АСР подразделяются на системы автоматической стабилизации, системы программного управления и следящие системы.

Характеристика отдельных элементов

Схемы АСР содержат узлы разветвления, узлы суммирования и динамические звенья (рис.I-10). Узел разветвления. В таком узле входной сигнал xвх разделяется, не меняя своего значения, и направляется далее по нескольким каналам: x_вых1 = x_вых2 = … = x_выхn = x_вх где x_вых1, x_вых2 …, x_выхn – сигналы в выходных каналах узла разветвления.

Суммирующий узел, к которому подходит несколько сигналов x_вх1, x_вх2 …, x_вхn, формирует на выходе только один сигнал x_вых, равный алгебраической сумме входных сигналов x_вых = x_вх1 + x_вх2 + …+ x_вхn

Динамическое звено. Проходя такое звено, входной сигнал x_вх изменяет сигнал на выходе x_вых по форме и величине (в некоторых случаях только по величине).

В основу классификации звеньев положены соответствующие уравнения динамики. Поэтому каждая такая система описывается одним или несколькими одинаковыми звеньями.

Большинство звеньев обладает направленностью действия (детектирующее свойство). Сигнал проходит через них только в одном направлении – с входа звена на его выход, в обратном направлении звено сигнал не пропускает.

Звенья систем могут быть статическими и астатическими. У статического звена при постоянном входном воздействии выходная величина со временем устанавливается на постоянном значении, отличном от первоначального, а у астатического звена в установившемся режиме выходная величина непрерывно изменяется с постоянной скоростью или ускорением.

Динамические звенья называют типовыми, если изменение проходящего через них сигнала описывается алгебраическим или дифференциальным уравнением не выше 2-го порядка. Они имеют одну входную и одну выходную величину. Типовыми звеньями являются: усилительное, интегрирующее, дифференцирующее, апериодическое, колебательное и запаздывающее.

Соединения звеньев. В реальных системах звенья объединяют последовательно, параллельно, а также в соединения с замкнутой обратной связью (рис.I-11).

При последовательном соединении звеньев (рис.I-11, а) выходная величина предыдущего звена без искажения поступает на вход последующего звена. При таком соединении звеньев входной величиной является входная величина первого по ходу сигнала звена, а выходной – выходная величина последнего из них.

При параллельном соединении звеньев (рис.I-11, б) входной сигнал через узел разветвления поступает на входы всех элементарных звеньев. Выходные сигналы этих звеньев суммируются и направляются на выход соединения.

П ри замкнутой обратной связи (рис.I-11, в) система состоит из двух цепочек звеньев, каждая из которых может представлять собой достаточно сложное соединение. По одной из этих цепочек сигнал проходит последовательно через звенья от входа соединения к его выходу, т.е. по прямой связи, а по другой – от выхода соединения к входу, т.е. по обратной связи. При этом на вход первой цепочки звеньев подается сигнал x₀, равный сумме входной величины соединения x_вх и выходной величины второй цепочки звеньев xn x₀ = x_вх + x_n Выходной величиной такого соединения x_вых является выход k-го звена; одновременно этот же сигнал подается на вход (k + 1)-го звена.

Если сигнал с выхода обратной связи и основной входной сигнал соединения действуют в одном направлении, то обратная связь называется положительной, а если эти сигналы действуют в противоположных направлениях – отрицательной.