Системы управления химико-технологическими процессами

Лекция 1. Общие сведения об автоматическом управлении химико-технологическими процессами

Системы управления химико-технологическими процессами

1.1. Цель управления химико-технологическим процессом

Химико-технологическая система (ХТС) функционирует нормально, если ее режимные параметры (температура, давление, расход, состав и т.п.) не отклоняются существенным образом от расчетных значений. Для обеспечения нормального функционирования технологической системы ею надо управлять.

Управление – процесс, обеспечивающий необходимое, в соответствии с целевым назначением, протекание химико-технологического процесса (ХТП) путем изменения материальных и энергетических потоков. Технологический процесс, с точки зрения управления, называется объектом управления.

Система управления – это система, объединяющая объект управления и, собственно, управляющую систему.

Управляющая система осуществляет сбор информации о состоянии объекта управления, возмущающих воздействий и состояния внешней среды.

На основе полученной информации принимаются решения по управлению и вырабатываются управляющие воздействия.

1.2. Функциональная структура АСУ ТП

В современных производствах задача управления технологическим процессом осуществляется автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП). АСУ ТП – это комплекс, объединяющий технологический процесс, технические средства сбора, обработки, преобразования информации, программного, алгоритмического и математического обеспечения и оперативного персонала.

Функциональная структура АСУ ТП представляет собой многоуровневую иерархическую структуру.

Рисунок 1

Нижний уровень представляет технологический процесс и технические средства получения информации (Д) и реализации управляющих воздействий (ИМ).

“Защита” – подсистема комплексных средств автоматической защиты и блокировок.

“Стабилизация” – подсистема выработки управляющих сигналов и средств автоматического регулирования технологических параметров.

“Оптимизация” – подсистема расчета оптимальных параметров технологического процесса в соответствии с принятыми критерием и целями функционирования технологического процесса.

“Идентификация” – подсистема расчета параметров математических моделей технологического процесса.

“Координация” – подсистема расчета технико-экономических показателей (ТЭП), ввода в систему директив и указаний руководства предприятия и передача информации в другие системы управления предприятием для общей координации управления предприятием.

АСУ ТП – это человеко-машинная система. Функции системы могут быть реализованы в двух режимах ее работы:

автоматизированном, в котором осуществляется автоматический сбор и обработка информации и выработка рекомендаций по управлению, а реализация управляющих воздействий осуществляется оператором;

автоматическом, в котором выработка и реализация управляющих воздействий осуществляется автоматически управляющими устройствами без участия оператора.

Структурная схема взаимодействия оператора и системы управления представлена на рисунке 2.

Рисунок 2

Здесь:

АСР – автоматическая система регулирования,

СОИ – система отображения информации,

ДУ – органы дистанционного управления.

В системе несколько контуров управления:

I контур – автоматизированное;

I I контур – автоматическое;

I I I контур – система, в которой задание изменяет оператор, а управляет технологическим процессом АСР.

Таким образом в системах управления происходит переработка информации о состоянии объекта управления, выработка управляющих воздействий и передача ее в виде сигналов от объекта в управляющую систему и от управляющей системы к объекту управления.

1.3. Задача анализа и синтеза АСР

Технологический процесс как объект управления характеризуется входными и выходными переменными.

На структурной схеме объекта управления (рисунок 3) выделяются соответствующие группы переменных.

Рисунок 3

– вектор входных переменных, характеризует состояние процесса и называют управляемыми (регулируемыми) параметрами. Это такие параметры, как температура, давление, состав, концентрация, расход и т.п.

– вектор входных переменных, называемых управляющими (регулирующими) воздействиями. К ним относятся параметры, с помощью которых можно изменять материальные и энергетические потоки, в основном расход, давление, температура и т.п.

– вектор входных переменных, называемых возмущающими воздействиями, являющихся внешними воздействиями по отношению к объекту. Это параметры, связанные с изменением режимов работы процесса и внешней среды такие, как изменение расходов, температур, давлений, состава сырья и т.п.

Переменные процесса связаны между собой функциональными зависимостями, и рассматриваются их изменения во времени.

Соответственно, должна быть решена задача анализа системы, определено состояние объекта как функция регулирования, возмущающих параметров и времени

и задачи синтеза, расчета регулирующих воздействий в соответствии с заданным критерием

АСР представляет систему, состоящую из последовательно соединенных элементов, выполняющих определенные функции (рисунок 4).

Рисунок 4

Действительное значение регулируемого параметра (X) с помощью датчика “Д” преобразуется в сигнал (Xg) и поступает на элемент сравнения “ЭС”, на который поступает заданное значение (Xзд) регулируемого параметра.

В “ЭС” вырабатывается сигнал рассогласования (DX), поступающий на регулирующее устройство “РУ”, в котором сигнал усиливается и формируется регулирующее воздействие () в соответствии с принятым законом регулирования.

Регулирующее воздействие поступает на исполнительный механизм “ИМ”, который перемещает регулирующий орган “РО”, изменяя, соответственно, расход вещества или энергии так, чтобы привести регулируемый параметр к заданному значению.

При анализе АСР принято рассматривать упрощенные блок-схемы, в которых элементы “Д”, “ИМ”, “РО” относят к объекту регулирования (рисунок 5).

Рисунок 5

Здесь X – регулируемый параметр,

– заданное значение регулируемого параметра,

– возмущающее воздействие,

– регулирующее воздействие.

Теоретической базой создания автоматических систем регулирования является теория автоматического управления (ТАУ), которая изучает общие принципы построения автоматических систем и методы их исследования, решает задачу анализа и задачу синтеза.

В задачу анализа входит исследование устойчивости и качества работы АСР, в задачу синтеза входит построение схем регулирования, выбор законов управления, расчет параметров отдельных элементов системы.

Задачей курса является изучение основ ТАУ ХТП.

Источник: http://cisserver.muctr.edu.ru/alk/suhtp/lectures/lecture1/lecture1.php

Системы управления ХТП2

Системы управления химико-технологическими процессами

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ

Курслекций

31.08.2008

Кафедра ХТП СФ УГНТУ Муртазин Ф.Р.

ФИЛИАЛ ГОУ ВПО «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» в г. Салавате

Кафедра химико-технологических процессов

Муртазин Ф.Р.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

г. Салават 2008

1

1ВВЕДЕНИЕ. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Одним из важнейших направлений развития промышленности является автоматизация производственных процессов. Высокие темпы развития н/п и н/х промышленности неразрывно связаны с автоматизацией химикотехнологических процессов.

При автоматизации:

1)повышается производительность труда;

2)улучшается качество получаемой продукции;

3)уменьшаются энергетические и сырьевые затраты;

4)улучшаются условия труда;

5)обеспечиваются безопасные условия работы;

6)сокращается численность обслуживающего персонала.

Современные н/п и н/х производства характеризуются сложностью и многообразием операций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь при широком использовании методов и средств автоматизации.

Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической технологии в связи с:

1)взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ;

2)агрессивностью и токсичностью перерабатываемых веществ;

3)необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду;

4)высокой чувствительностью к нарушениям заданного режима;

5)наличием большого числа параметров контроля и управления процессом;

6)необходимостью своевременного и соответствующего воздействия на процесс.

Указанные особенности не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное ведение процесса вручную.

Человек:

1)обладает конечной скоростью восприятия ограниченного объёма информации;

2)ему требуется некоторое время на её обдумывание, принятие решения и выполнение соответствующих мероприятий;

3)действия человека отличаются субъективностью.

Оператор должен непрерывно следить за процессом, оценивать текущую обстановку и принять решения, что чрезвычайно сложно, а иногда невозможно.

Поэтому в настоящее время эксплуатация процессов химической технологии без автоматизации практически немыслима.

В настоящее время для управления все шире применяют автоматизированные системы управления (АСУ). АСУ – эта человеко-машинные системы.

АСУ обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления. Под процессом оптимизации понимают выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия управления.

2

Сбор и оперативная обработка информации, вычисление критериев, нахождение оптимальных значений управляющих воздействий в этих системах осуществляется с помощью различных технических средств и ЭВМ. За управляющим персоналом остаются задачи осмысливания технологической или тех- нико-экономической ситуации в целом и реализации управляющих воздействий.

Управление химическими предприятиями посредством АСУ осуществля-

ется по иерархическому принципу на трёх уровнях:

1)Автоматизированная система управления предприятием (АСУП). На этом уровне обеспечивается оперативное управление химическим предприятием в целом. АСУП координирует работу производств, решает плановоэкономические задачи, обеспечивая эффективность работы всего предприятия.

2)Автоматизированная система управления технологическим процессом

(АСУТП). АСУТП предназначена для выборки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.

3)Локальные автоматические системы. На этом уровне управления задача сводится к стабилизации необходимых режимов процессов, протекающих в отдельных аппаратах.

Это достигается путем поддержания заданных значений характерных технологических величин (расход, температура, давление, уровень и т. д.).

Одновременно осуществляется сигнализация о нарушении заданного режима, защита и блокировка оборудования, его пуск и останов,

дистанционное управление процессом и т.д.

Следует отметить, при автоматизации химико-технологических производств и предприятий в первую очередь необходимо создавать надежные и ка-

чественно работающие локальные автоматические системы.

2ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

2.1Основные понятия о АСР

Впроизводственном процессе сырье перерабатывается в соответствии с принятой технологией в готовую продукцию, удовлетворяющую техническим условиям.

Производственный процесс представляет собой некоторую систему, в которую поступают потоки сырья, полуфабрикатов, реагентов, теплоносителей, хладагентов и т.д. и движутся от входа к выходу.

Эти потоки называются материальными и энергетическими. В технологическом процессе они связаны между собой через соответствующие аппараты, агрегаты, машины.

Они осуществляют переработку, нагрев, транспортирование, охлаждение, испарение, конденсацию и т.д.

Для автоматического управления производством, прежде всего, необходимо иметь информацию о ходе процесса, о его режиме, о количественных и качественных показателях материальных и энергетических потоков, о качестве

3

получаемых продуктов. Эту информацию должны нести другие потоки, назы-

ваемые информационными.

Для получения информации применяют КИП. При ручном управлении решение по управлению принимает оператор. При автоматическом управлении решения по управлению принимаются автоматически и в виде сигналов передаются от пунктов управления к исполнительным механизмам.

Таким образом, для осуществления автоматического управления процессом необходимы получение, передача, преобразование и использование информации о состоянии и характере протекания производственного процесса.

В любой системе автоматического управления различают входные и вы-

ходные переменные системы. К входным переменным относятся различные па-

раметры процесса (характеристики исходного сырья, параметры, определяющие протекание процесса – температура, давление, расход). К выходным переменным относятся показатели качества получаемой продукции и техникоэкономические показатели.

1)Параметр, значение которого должно поддерживаться на заданном уровне или изменяться по заранее заданному закону, называется регулируе-

мым параметром (величиной).

2)Внешние воздействия, вызывающие отклонение регулируемой величины от заданного значения, называются возмущающими воздействиями

(возмущениями).

3)Аппарат, машина, агрегат или процесс, в котором регулируется параметры технологического режима, называются объектом регулирования.

4)Техническое устройство, которое осуществляет автоматическое регу-

лирование, называют автоматическим регулятором.

5)Регулятор вместе с объектом образуют автоматическую систему ре-

гулирования.

6)Значение регулируемой величины, которое следует поддерживать стабильным, называется заданным значением.

7)Значение регулируемой величины в данный момент времени – теку-

щим значением.

8)Разность между текущим и заданным значениями называется рассо-

гласованием или отклонением.

9)Воздействие регулятора на объект с целью устранения рассогласова-

ния называется регулирующим воздействием.

10)Устройство, при помощи которого обеспечивается регулирующее воздействие, называется регулирующим органом.

11)Устройство, реагирующее на изменение регулируемой величины, на-

зывается чувствительным элементом.

Для обеспечения автоматического протекания процесса при переменных режимах широко используют автоматические системы управления. Основное назначение АСУ состоит в том, чтобы свести к минимуму отклонения процесса от заданного режима.

Рассмотрим действие АСР на конкретном примере системы регулирования давления аккумуляторе газа.

4

В аккумулятор по трубопроводу пост упает газ, который по трубопроводу подается потреб ителям. Пусть поставлена задача поддерживать постоянным давление Р в аккумуляторе независимо от по треблен ия газа.

Давление будет постоянным только в случае: Gn=Gp, гд е Gn и G p – соответственно приток и расход. При нарушении этого равенства, давление Р изменяется.

В зависим ости от показаний манометра можно воздействовать на величину Р, изменяя приток задвижкой. Таким образом, регули ровать давление в аккумуляторе можно изменением притока или расхода газа.

Приток и расход зависят от положений задвижек. Положение задвижек меняют вручную. Такое регулир ование называется ручным.

Процесс поддержан ия давления можно автоматизировать. Присоединим к емкости мембранное устройство, которое в случае отклонени я давления от заданного значения воздействовало н а клапан так, чтобы изменяя приток возвращала бы давление к заданному значению. Такое регулирование называется автоматическим. Ф ункции человека здесь:

1)наблюдение за исправностью элементов, входящих в систему;

2)если нео бходимо, изменен ие заданного значения давления.

По выполняе мым функциям автоматические системы регулирования можно разделить на следующие:

1)системы стабилизации, по ддерживающие регулируемую величину постоян ной, независимо от изменения нагрузки, т.е. возмущений;

2)системы программного регулирования, в которых регулируемая величина изменяется по заранее уста новленному закону;

3)следящи е систем ы, в которых регулируемая величина изменяется в соответствии с изменением друг ой величины.

5

2.2Принципы действия АСР

По принципу регулирования АСР делят на действующие по отклонению,

по возмущению и по комбинированному принципу.

По отклонению. В системах, работающих по отклонению регулируемой

Рисунок 2.2.1

величины от заданного значения (рисунок 1), возмущение z вызывает отклонение текущего значения регулируемой величины у от ее заданного значения yзад. Автоматический регулятор АР сравнивает значения у и узад.

При их рассогласовании вырабатывает регулирующее воздействие х соответствующего знака, которое через исполнительное устройство (на рис. не показано) подается на объект регулирования ОР, и устраняет это рассогласование.

В системах регулирования по отклонению для формирования регулирующих воздействий необходимо рассогласование, в этом состоит их недостаток, поскольку задача регулятора состоит именно в том, чтобы не допускать рассогласование.

Однако на практике такие системы получили преимущественное распространение, так как регулирующее воздействие в них осуществляется независимо от числа, вида и места появления возмущающих воздействий. Системы регулирования по отклонению являются замкнутыми.

Достоинства:

•регулирующее воздействие осуществляется независимо от числа, вида и места приложения возмущающих воздействий;

•одним регулирующим воздействием часто достигается удовлетворительная компенсация нескольких возмущений.

z z1 z2
ε=zз-zxy
АРв
ОР

Рисунок 2.2.2

6

По возмущению. При регулировании по возмущению (рисунок 2) регулятор АРв, получает информацию о текущем значении основного возмущающего воздействия z. При изменении его и несовпадении с номинальным значением zзад, регулятор формирует регулирующее воздействие х, направляемое на объект.

В системах, действующих по возмущению, сигнал регулирования проходит по контуру быстрее, чем в системах, построенных по принципу отклонения, вследствие чего возмущающее воздействие может быть устранено еще до появления рассогласования.

Однако реализовать регулирование по возмущению для большинства объектов химической технологии практически не представляется возможным, так как это требует учета влияния всех возмущений объекта (z1, z2,

…), число которых, как правило, велико; кроме того, некоторые из них не могут быть оценены количественно. Например, измерение таких возмущений как изменение активности катализатора, гидродинамической обстановки в аппарате, условий теплопередачи через стенку теплообменника и многих других наталкивается на принципиальные трудности и часто неосуществимо.

Обычно учитывают основное возмущение, например, по нагрузке объекта. Кроме того, в контур регулирования системы по возмущению сигналы о текущем значении регулируемой величины у не поступают, поэтому с течением времени отклонение регулируемой величины от номинального значения может превысить допустимые пределы.

Системы регулирования по возмущению являются разомкнутыми.

Достоинства:

•возмущающее воздействие может быть устранено до возникновения рассогласования.

Недостатки:

•регулятор реагирует только на один вид возмущения;

•неточности в работе регуляторов будут со временем увеличивать величину рассогласования.

По комбинированному принципу. При таком регулировании, т. е. при совместном использовании принципов регулирования по отклонению и по воз-

ε2=zз-z

ε1=yз-yАРвz z1
x2
y
АР+ОР
x1
x=x1+x2
7
Рисунок 2.2.3

мущению (рисунок 3), удается получить высококачественные системы. В них влияние основного возмущения z нейтрализуется регулятором АРв работающим по принципу возмущения, а влияние других возмущений (например, z1 и др.) — регулятором АР, реагирующим на отклонение текущего значения регулируемой величины от заданного значения.

Текущие значения регулируемой величины у и возмущения z подаются соответственно через измерительные преобразователи ИП и ИПв на автоматические регуляторы АР и АРв. После алгебраического суммирования выходы этих регуляторов направляются на вход объекта в качестве регулирующего воздействия х.

Воздействие на объект осуществляется по двум каналам: разомкнутому и замкнутому.

С помощью разомкнутого канала обеспечивается быстрое воздействие на объект еще до отклонения регулируемой технологической величины от заданного значения, а с помощью замкнутого канала обратной связи осуществляется качественное поддержание регулируемой величины на заданном значении посредством текущего контроля ошибки регулирования

2.3Требования предъявляемые к АСР

Изменение регулируемой величины yвых во времени в результате возмущения и вызванного этим возмущением действия регулятора называется процессом регулирования или переходным процессом. Обычно процесс регулирования представляют в виде графика, который называют кривой переходного процесса:

a

б

а — единичное ступенчатое воздействие; б — переходный процесс Рисунок 2.3.1 — Показатели качества переходного процесса в автоматических системах

8

Если в процессе регулирования система снова придет в равновесное состояние ууст, то такая система называется устойчивой.

Требования предъявляемые к АСР:

•устойчивость АСР;

•обеспечение необходимых показателей качества.

Показатели качества переходного процесса:

— статическая ошибка регулирования есть рассогласование между установившимся значением регулируемой величины после переходного процесса yуст и ее заданным значением yз:

= yуст — yз ,(1)
или в процентах от заданного значения:
δ =y уст − yз100%;(2)

-время регулирования tp есть отрезок, в течение которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с некоторой заранее установленной точностью ±ε.

-динамическая ошибка регулирования удин представляет собой максимальное отклонение регулируемой величины в переходном процессе от ее заданногозначения в процентах:

yдин =уmax − yз100% ;(3)

— перерегулирование представляет собой максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения, выраженное в процентах от установившегося

σ =уmax − yуст100% .(4)
yуст

При расчетах автоматических систем регулирования технологических процессов перерегулирование переходного процесса оценивают также выраженным в процентах отношением второй и первой амплитуд колебаний, направленных в противоположные стороны.

— степень затухания φ показывает быстроту, с которой регулируемая величина придет к установившемуся значению:

2.4Многоконтурные системы регулирования

По числу контуров прохождения сигналов АСР делятся на одноконтурные и многоконтурные. 0дноконтурными называются системы, содержащие один

9

Источник: https://studfile.net/preview/5761267/

Конспект лекций по дисциплине «системы управления химико- технологическими процессами». часть 1

Системы управления химико-технологическими процессами

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Кафедра «Системы управления и автоматизация химикотехнологических процессов»

М.С. Ленский

Учебно-методическое пособие

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ».

ЧАСТЬ 1

Москва Издательство МИТХТ

2014 г.

УДК 66.012-52 ББК 6П7.1

Рецензент: д.т.н. Таран А.Л., проф. МИТХТ

Рекомендовано к изданию кафедрой систем управления и автоматизации химико-технологических процессов (протокол заседания кафедры № 3 от 28 ноября 2013 г.).

Ленский М.С.

Конспект лекций по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». Часть 1.

Учебно-методическое пособие 80 стр., рис. 30.

Учебно-методическое пособие содержит основные сведения о системах управления химико-технологическими процессами. Представлены схемы автоматизации типовых установок с использованием одноконтурных систем регулирования.

Пособие является дополнением к курсу лекций, читаемых студентам 4 курса, обучающимся по направлениям подготовки 240100.62 «Химическая технология» и 240700.62 «Биотехнология». Оно также может быть использовано студентами 4 курса, обучающимися по направлению 150100.

62 «Материаловедение и технология материалов».

©МИТХТ им. М.В Ломоносова

2

1.Химико-технологические процессы

исистемы автоматизации

1.1. Основные понятия и определения

Управление – целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает его оптимальное функционирование и количественно оценивается величиной критерия (показателя) качества. Критерии могут иметь технологическую или экономическую природу: производительность технологической установки, себестоимость продукции и т.п.

Управление может быть ручным или автоматическим. Частным случаем управления является регулирование.

Автоматика – область знаний об устройствах и системах, действующих самостоятельно, без непосредственного участия человека, то есть автоматически. Например, холодильник, в котором автоматически поддерживается определенная температура.

Автоматизация – применение математических методов, технических средств и систем для обеспечения функций управления технологическими процессами.

Автоматизация – очень широкое понятие. Мы будем рассматривать автоматизацию химико-технологических процессов.

Объект автоматизации (или технологический объект управления – ТОУ) – технологическое оборудование с реализованным в нем химико-технологическим процессом, рассматриваемым с точки зрения задач управления.

Автоматизация производства имеет техникоэкономическое, экологическое и социальное значение.

Технико-экономическое значение:

1.Более точно выдерживается технологический регламент, что приводит к увеличению количества и повышению качества производимой продукции.

2.Снижаются сырьевые и энергетические затраты на единицу выпускаемой продукции.

3

3.Осуществляется интенсификация работы технологического оборудования.

4.Повышается производительность труда.

5.Снижается численность обслуживающего персонала.

6.Появляется возможность проведения процессов, которые не могут быть реализованы без автоматизации (например, аппараты типа экзотермических реакторов; реакторы синтеза аммиака в некоторых режимах).

Экологическое значение:

1.Более строго регламентируется сброс вредных веществ в окружающую среду.

2.Уменьшается вероятность непредвиденного сброса вредных веществ.

Социальное значение:

1.Облегчение условий труда обслуживающего персонала.

2.Ликвидация вредных условий труда, что особенно важно для химической промышленности.

Средний срок окупаемости систем автоматизации – не более трех лет.

Рассмотрим в общем виде химико-технологический процесс:

Сырье

Вспомогательные

Химико-

материалы

технологический

процесс

Энергия

(ТОУ)

Управляющая

информация

Продукты

Отходы

Контрольная

информация

Энергия – это не только подвод тепловой или электрической энергии, но и механическая энергия за счет подачи продуктов (абсорбент, флегма и т.п.).

4

Контрольная информация необходима для того, чтобы знать, как протекает процесс. Управляющая информация позволяет влиять на протекание технологического процесса.

В данном курсе рассматриваются контрольная и управляющая информация. С точки зрения управления процесс выглядит так:

z1

z2

zk

Химико-

х1

х2

технологический

процесс (ТОУ)

хn

Здесь х – технологические параметры, характеризующие протекание процесса (расход, температура, уровень, состав продукта, давление и т.д.); хзд – заданные значения технологических параметров, которые являются фиксированными или изменяется по определенному алгоритму; u – управляющие воздействия, то есть изменение расходов вещества или энергии, подаваемых в объект управления.

Система управления вырабатывает управляющие воздействия (а в некоторых случаях изменяет и программу формирования хзд) и вводит их в ТОУ.

ТОУ не находится в равновесии из-за наличия возмущающих воздействий z (состав сырья, расход сырья, изменение гидродинамической обстановки в аппарате, изменение коэффициентов теплопередачи, изменение активности катализатора и т.д.).

5

Процесс управления включает следующие этапы:

1.Сбор текущей информации о протекании процесса.

2.Анализ протекания процесса (путем сравнения текущих значений технологических параметров с заданными).

3.Выработка управляющих воздействий.

4.Реализация, т.е. введение управляющих воздействий в технологический процесс.

1.2. Задачи управления

Из всего многообразия задач управления мы выделим две: регулирование и оптимизация.

Регулирование – это стабилизация технологического параметра, то есть поддержание его около заданного значения хзд с определенной точностью.

x

εдоп

хзд

t

εдоп

Система регулирования обеспечивает заданное качество регулирования, если регулируемая величина x не выходит за допустимые отклонения:

|x – xзд| < εдоп .

Оптимизация – это более высокий уровень автоматизации, при котором выбирается технологический или химико-технологический параметр, который принудительно поддерживается на экстремальном (максимальном или минимальном) значении. Например, регулирование расхода воздуха с целью полного сгорания топлива; регулирование с целью минимизации затрат на единицу продукции.

6

1.3. Системы автоматизации

Местный контроль и ручное управление. В этом случае средства автоматизации не применяются. Например, необходимо нагреть жидкость в проточной емкости до определенной температуры. Оператор следит за показаниями термометра и изменяет подачу пара в емкость.

термометр

жидкость

оператор

пар

Ручное управление может быть использовано на объектах, где нет жестких требований к точности регулируемых величин. Необходимо также учитывать, что человек способен одновременно регулировать не более 6-8 величин.

Системы дистанционного контроля. В этом случае показания приборов, фиксирующих технологические величины, передаются на расстояние и сводятся в одно помещение управления.

ТОУ

x

ИП

y

ВП

7

Выходная величина объекта управления х воспринимается измерительным преобразователем ИП. Он преобразует измеряемую величину в другую, удобную для передачи на расстояние. Сформированный ИП сигнал y передается на вторичный прибор ВП, расположенный в помещении управления. Он выполняет операцию показания или регистрации измеряемой величины.

Локальные системы регулирования. Они предназначены для поддержания технологической величины на заданном значении с определенной точностью.

В этом случае под объектом управления понимают аппарат или часть аппарата, которые имеют одну выходную величину. Будем называть его объектом регулирования ОР.

Структурная схема локальной автоматической системы регулирования (локальной АСР) приведена на рис. 1.1.

z

v

x

ОР

ИУ

ИП

u

y

АР

yзд

Рис. 1.1. Структурная схема локальной автоматической системы регулирования.

Текущее значение регулируемой величины х воспринимается измерительным преобразователем ИП и преобразуется им в пропорциональный сигнал у, который подается на автоматический регулятор АР. Он сравнивает текущее значение регулируемой величины у с заданной узд и, в зависимости от величины и знака рассогласования

8

ε = у – узд, вырабатывает по заложенному в него алгоритму управляющее воздействие u. Последнее подается на исполнительное устройство ИУ, которое изменяет входную величину объекта v таким образом, чтобы привести величину x к заданному значению, то есть свести ε к нулю.

В качестве примера рассмотрим систему регулирования температуры жидкости в теплообменнике.

пар

u

у

АР

ИП

v

узд

жидкость

Т (х)

конденсат

Регулируемой величиной здесь является температура жидкости на выходе из теплообменника Т. Она измеряется ИП, например, термоэлектрическим преобразователем (или термопреобразователем сопротивления), сигнал с которого поступает на автоматический регулятор АР.

Регулятор сравнивает текущее значение температуры с заданным, формирует управляющее воздействие (u) и подает его на исполнительное устройство – регулирующий клапан.

Последний изменяет расход пара в теплообменник (v), что позволяет привести регулируемую величину к заданному значению.

Данная система регулирования является замкнутой. Ее также называют системой регулирования по отклонению. Задача таких систем – компенсация возмущающих воздействий z.

9

Возможен также переход на новое значение yзд. Это имеет место в том случае, когда, например, надо изменить значение технологического параметра процесса.

Локальные системы регулирования просты в реализации, надежны, не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала.

Основной их недостаток заключается в том, что при большом количестве аппаратов возможно влияние выходных величин x и управляющих воздействий v одних аппаратов на другие. Это особенно заметно при сильных колебаниях состава перерабатываемого сырья.

Системы управления. Это системы, управляющие большим количеством аппаратов или всем технологическим процессом. Они имеют в своем составе управляющую вычислительную машину (компьютер) и позволяют компенсировать не только возмущающие воздействия, но и влияние управляющих воздействий (рис. 1.2).

Текущие значения регулируемых величин от измерительных преобразователей подаются не только в локальные системы автоматизации, но и через специальные преобразователи (устройства связи с объектом) в управляющую ЭВМ.

Последняя анализирует протекание процесса в целом и в случае необходимости вносит коррективы в работу локальных АСР.

Технолог-оператор следит за технологическим процессом и через устройства связи с оператором (монитор – клавиатура – мышь) имеет возможность внести изменения в процесс управления в случае возникновения ситуаций, не предусмотренных программным обеспечением системы.

10

Источник: https://studfile.net/preview/5787126/

Biz-books
Добавить комментарий