2. Развитие автоматизации в системах тгв. Основные преимущества автоматизации систем теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения)

Отечественный и зарубежный опыт разработки и экс­плуатации автоматизированных систем теплогазоснабжения и кондиционирования микроклимата (ТГС и КМ) по­казывает, что непременным условием развития автома­тизации является не только совершенствование техничес­ких средств автоматики, но и комплексный совместно с ним анализ режимов работы и регулирования самих систем ТГС и КМ.

В развитии технико-экономических предпосылок вне­дрения и использования автоматизации ТГС и КМ и соответственно в развитии технических средств автома­тизации можно выделить три характерных периода: на­чальный этап, этап комплексной автоматизации и этап автоматизированных систем управления.

Для начального этапа характерны избыток дешевой рабочей силы, низкая производительность труда, малая единичная мощность агрегатов и установок. Все это де­лает экономически целесообразным самое широкое учас­тие человека в процессах управления материальным про­изводством. Поэтому наблюдение за объектом, принятие и исполнение управляющих решений осуществлялись с помощью физического и умственного труда человека. Механизации и автоматизации подлежали только те от­дельные процессы и операции, управление которыми че­ловек не мог осуществлять достаточно надежно по своим психофизиологическим данным. Так, механизация ис­полнения команд (прообраз современного дистанцион­ного управления) применялась только в тех случаях, когда мощность мускульных усилий человека не обеспе­чивала необходимой надежности и оперативности испол­нения. Автоматизация управления затрагивала только стабилизацию параметров повышенной аварийной опас­ности (таких, как уровень воды и давление пара в кот­лах, частота вращения паровых турбин и т. д.).

В целом начальный этап был этапом механизации и автоматизации отдельных процессов. Применение авто­матизации не носило массового характера, а объем при­меняемых технических средств был ничтожен и их про­изводство не являлось самостоятельной отраслью. Тем не менее, именно на этом этапе сформировались некоторые современные принципы построения низших уровней авто­матизации и, в частности, основы современного дистанци­онного управления с использованием электрических, пнев­матических и гидравлических двигателей для привода запорно-регулирующей арматуры. Переход к такому уп­равлению вызвал переход от регуляторов прямого дей­ствия, использовавших для перемещения регулирующих органов энергию самой регулируемой среды, к более удобным в эксплуатации регуляторам непрямого дей­ствия.

Отметим характерную для данного этапа особенность реализации схемы регулирования. Все элементы и бло­ки, входяшие в схему, компонуются в конструктивно еди­ном устройстве — регуляторе. Такие типы компоновки средств регулирования используются на ряде объектов и агрегатов с относительно простыми задачами управле­ния, причем в подобных случаях применяются иногда и регуляторы прямого действия.

Переход ко второму этапу — комплексной автомати­зации производства — происходит в условиях роста про­изводительности труда, укрупнения единичных мощно­стей агрегатов и установок и развития материальной и научно-технической базы автоматизации. Теперь человек-оператор в управлении все больше занимается умствен­ным трудом, выполняя разнообразные логические опера­ции при пусках и остановках объектов, особенно при воз­никновении всевозможных непредвиденных обстоятельств и предаварийных и аварийных ситуаций, а также оцени­вая состояние объекта, контролируя и резервируя работу автоматических систем.

На данном этапе формируются основы крупносерий­ного производства технических средств автоматизации, ориентированного на широкое применение стандартиза­ции, специализации и кооперации. Широкие масштабы производства средств автоматизации и известная специ­фика их изготовления приводят к постепенному выделе­нию этого производства в самостоятельную отрасль.

Различные элементы, реализующие схему регулиро­вания, не компонуются в едином устройстве, а изготов­ляются в виде ряда взаимосопрягающих блоков. Для построения регулятора требуются дополнительный мон­таж и коммутация блоков. Это выгодно потребителю, так как позволяет разместить различные части оборудо­вания автоматической системы в соответствии с опти­мальными условиями работы и удобством эксплуатации и обслуживания, что оказывается выгодным и для про­изводства средств автоматизации. Разделение сложных устройств-регуляторов на отдельные функциональные со­ставляющие—блоки позволяет перейти к агрегатирова­нию выпускаемой продукции. Все расширяющиеся мас­штабы производства и применения средств автоматиза­ции приводят к необходимости унификации схемных и конструктивных решений выпускаемой продукции.

Отдельные блоки автоматической системы осознанно создаются как вычислительные устройства с жесткой программой и в подавляющем большинстве случаев как аналоговые. Использование аналогового принципа пре­образования информации предопределяет применение локальных схем регулирования, где каждый регулирую­щий контур выполняется конструктивно самостоятель­ным (каждому контуруру — свой регулятор).

Развитие электронной техники и широкое использо­вание электроэнергии и электропривода стимулируют преимущественное развитие на данном этапе электричес­ких средств регулирования (с электрической энергией как в качестве носителя информации, так и для питания исполнительных устройств).

Третий (современный) этап развития автоматизации может быть определен как этап автоматизированных сис­тем управления (АСУ), появление которых совпало с разработкой и распространением вычислительной тех­ники. На данном этапе становится целесообразной ав­томатизация все более сложных функций управления. Для этого потребовались автоматы высокого уровня, автоматы, способные осуществлять сложные вычислительные и логические операции преобразования информации. Центральной частью, основой таких автоматов стали программируемые, цифровые вычислительные машины (ЭВМ). Дополненные устройствами связи с объектом уп­равления ЭВМ образуют информационно-управляющий вычислительный комплекс, являющийся технической ос­новой современных АСУ. Однако в большинстве отрас­лей наряду с управляющими вычислительными машина­ми для реализации простейших функций управления все еще используются и традиционные аналоговые средства автоматизации.

Распространение современных АСУ во многом опре­деляется состоянием техники отображения информации. Перспективными средствами отображения информации становятся электронно-лучевые индикаторы (дисплеи). Новая техника отображения информации позволяет от­казаться от громоздких мнемосхем и резко сократить количество приборов, сигнальных табло и индикаторов на щитах и пультах управления.

Средства автоматического регулирования стареют физически относительно медленно. Большинство устрой­ств автоматики при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания имеет срок службы не меньший, чем срок морального износа основного оборудования. В то же вре­мя их моральная старость на современном этапе насту­пает значительно быстрее и, как правило, значительно раньше, чем основного оборудования. Часто все же ока­зывается целесообразным оставлять морально устарев­шие средства автоматизации на тех самых объектах, где они первоначально установлены, и оснащать новейши­ми средствами новые объекты. Поэтому в современном промышленном производстве наряду с новейшими сред­ствами в эксплуатации находятся иногда и относитель­но старые устройства автоматизации.

Чтобы определять степень морального износа средств автоматизации, вводится по аналогии с вычислительны­ми машинами классификация технических средств по поколениям. Так, например, к первому поколению элек­трических средств автоматизации будем относить все средства, базирующиеся на использовании электронно-вакуумной техники; ко второму поколению — все устрой­ства и системы, выполненные на базе полупроводниковой техники, а устройства, базирующиеся на использовании интегральных схем, — к третьему поколению. К этому же поколению отнесем типы средств, построенные с исполь­зованием микропроцессорной техники, открывающей но­вые перспективы для все более широкого использования управляющих вычислительных систем.

Экономика отрасли, производящей средства автома­тизации, требует широкой специализации предприятий по изготовлению крупных серий однотипных устройств. В то же время с развитием автоматизации, с появлением новых, все более сложных объектов управления и увели­чением объема автоматизируемых функций возрастают требования к функциональному разнообразию устройств автоматизации и разнообразию их технических харак­теристик и конструктивных особенностей исполнения. Задача уменьшения функционального и конструктивного многообразия при оптимальном удовлетворении запро­сов автоматизируемых предприятий решается с помощью методов стандартизации.

Решениям по стандартизации всегда предшествуют системные исследования практики автоматизации, типи­зация имеющихся решений и научное обоснование эко­номически оптимальных вариантов и возможностей даль­нейшего сокращения многообразия применяемых уст­ройств. Принимаемые при этом решения после их прак­тической проверки оформляются обязательными к испол­нению государственными стандартами (ГОСТ). Более узкие по сфере применения решения могут оформляться и в виде отраслевых стандартов (ОСТ), а также в виде имеющих еще более ограниченную применимость стан­дартов предприятий (СТП).

Производство средств автомати­зации промышленного назначения осуществляется в ос­новном на предприятиях Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления в рамках Государственной системы приборов и средств ав­томатизации промышленного назначения (ГСП).

Государственная система приборов включает все сред­ства автоматизации, отвечающие единым общим техни­ческим требованиям к параметрам и характеристикам точности и надежности средств, к их параметрам и осо­бенностям конструктивного исполнения. Система наибо­лее важных исходных требований к сигналам — носите­лям информации сформулирована ГОСТ 12997—76 «ГСП. Общие технические требования». В этом же стандарте указывается на предпочтительность изготовления средств автоматизации в рамках требований ГСП и предпочти­тельность блочно-модульного принципа их исполнения.

Введение ГСП позволяет расширять и частично мо­дернизировать системы контроля и управления, оставляя без изменения устройства системы, не подлежащие за­мене, сокращает типоразмеры устройств, что обеспечи­вает серийность изготовления основных блоков и моду­лей, а также уменьшает комплект запасных частей. В перспективе ГСП станет по существу единственной си­стемой средств контроля и управления.

В связи с многообразием необходимых видов прибо­ров и устройств целесообразно появление в рамках ГСП комплексов более узкого профиля, предназначенных для выполнения отдельных инженерных задач. Комплексы обладают широкими функциональными возможностями, позволяющими создавать самые разнообразные по слож­ности и структуре автоматизированные системы управ­ления технологическими процессами, в том числе в си­стемах ТГС и КМ.