Введення. Загальні
підходи до автоматизації ХТП.
Предметом вивчення в
даному курсі є проблеми автоматизації основних
хімічних виробництв.
Основні хімічні виробництва
і складові їх технологічні процеси
ми розглядаємо в даному курсі як об'єкти управління.
Хіміко-технологічні
об'єкти управління.
Технологічний
процес – це частина виробничого процесу, що
вміщує дії по зміні стану предмета праці.
Визначення
ТОУ:
- ТОУ - це сукупність спільно функціонуючих технологічного обладнання і реалізованого на ньому технологічного процесу.
- До ТОУ відносять як окремі технологічні агрегати і установки, що реалізовують локальний технологічний процес, так і цілі виробництва (ділянки, цехи). Існують «супер-ТОУ» - установки, що включають сотні технологічних апаратів (на нафтопереробних заводах).
Вимоги
до ТОУ.
- Устаткування ТОУ повинне бути повністю механізоване і повинне безвідмовно працювати в міжремонтний період.
- ТОУ повинен бути керований, тобто розділений на певні зони з можливістю впливу на технологічний режим в кожній із них зміною матеріальних і енергетичних потоків.
- Можливість впливу на характеристики устаткування.
- Можливість доступу обслуговуючого персоналу до місць установки датчиків, виконавчих механізмів, регулюючих органів.
- Число збурюючих впливів повинне бути зведене до мінімуму, що можливо в результаті установки: ресіверів; ємностей з мішалками; теплообмінників, зменшуючих амплітуду і частоту зміни таких параметрів, як тиск, склад, температура.
Класифікація хіміко-технологічних
процесів
і виробництв як ТОУ.
- По тоннажу продукції і структурі асортименту:
- Великотоннажні ТОУ - орієнтовані на продукцію конкретної, фиксованої номенклатури з об'ємами випуску: сотні - десятки тисяч тон.
- Малотоннажні ТОУ - орієнтовані на випуск продукції різноманітної і швидко змінної номенклатури, з об'ємами випуску: грами - десятки тон.
- По характеру часового режиму функціонування:
- ТОУ періодичної дії - ТОУ, в яких апарати (ТО) працюють в циклічному режимі, а технологічні процеси (ТП) є послідовністю технологічних і організаційних операцій, що мають кінцеву тривалість. Терміну «періодичний процес», прийнятому в хімічній технології відповідає загальносистемний термін « дискретний процес».
Для періодичних процесів
властивим є зупинка агрегатів
на час
завантаження сировиною та вивантаження отриманої продукції.
Це призводить до втрат робочого часу
та великих затрат праці. Крім того нестабільність
технологічного режиму (температура, тиск
тощо) на початку і в кінці процесу ускладнює
обслуговування агрегату, утруднює його
автоматизацію тощо. Саме тому продуктивність
періодичних процесів мала.
- ТОУ безперервної дії - ТОУ, в яких апарати працюють безперервно, на вхід апарату безперервно подаються початкові реагенти, на виході апарату безперервно відводяться вихідні продукти а технологічний процес ведеться в сталому режимі.
Безперервні процеси
порівняно з періодичними
мають такі переваги:
- відсутність простою
агрегатів на завантаження сировини
і вивантаження готової продукції;
- стабільність технологічного
режиму;
- велика продуктивність агрегатів;
- можливість впровадження
автоматизації, що поліпшує техніко
економічні показники
та якість продукції.
- ТОУ напівбезперервної дії
- ТОУ, в яких апарати функціонують безперервно тільки в межах інтервалу часу, необхідного для переробки кінцевої порції сировини або проміжного продукту. У цих межах в апарати безперервно подаються початкові реагенти, а з виходів - безперервно відводяться продукти. Технологічні процеси ведуться в сталому режимі. Між інтервалами часу роботи апарати знаходяться в режимі очікування.
- По ступеню важливості ТОУ у виробництві.
- Основні ТОУ
- ТОУ для реалізації основних технологічних процесів виробництва. До основних ТОУ відносять процеси і устаткування для реалізації стадій підготовки сировини, хімічного синтезу, розділення і очищення цільових продуктів.
- Допоміжні ТОУ - до допоміжних ТОУ відносять процеси і устаткування для тимчасового зберігання початкових реагентів, проміжних і кінцевих продуктів, здійснення транспортних операцій.
- По інформаційній ємкості ТОУ:
Ступінь складності ТОУ
характеризується інформаційною складністю
об'єкту, тобто числом технологічних
параметрів, що беруть участь в управлінні.
Таблиця 1
Класифікація
ТОУ по інформаційній ємкості.
Інформаційна
ємкість об'єкту |
Число параметрів, участв. у управл. |
Приклад ТОУ |
Мінімальна |
10 - 40 |
Насосна станція
Гумозмішувач |
Мала |
41 - 160 |
Массообмінна
Колона |
Середня |
161 - 650 |
Установка первинної
перегонки нафти |
Підвищена |
651 - 2500 |
Виробництво
Етилену |
Висока |
2500 і вище |
Виробництво
Технічного
Вуглецю |
- По характеру параметрів управління.
- ТОУ із зосередженими параметрами - ТОУ, в яких регульовані параметри (в даний момент часу, в різних точках апарату), мають одне значення відповідного параметра.
- ТОУ з розподіленими параметрами - ТОУ, в яких значення параметрів неоднакові в різних точках об'єкту в даний момент часу. Більшість процесів хімічної технології є об'єктами з розподіленими параметрами.
- Приклад: температура і концентрація по висоті колони ректифікації.
- За типом технологічного процесу.
- Гідромеханічні процеси - процеси, що здійснюють перенесення кількості руху.
- Теплові процеси - процеси перенесення енергії у формі теплоти (теплопровідність, конвекція, випромінювання).
- Массообмінні процеси - процеси переміщення речовини в просторі за рахунок різниці концентрацій.
- Механічні процеси - процеси переробки твердих матеріалів під дією механічних сил (їх подрібнення і розділення по фракціях).
- Хімічні процеси - процеси, що характеризують утворення нових, таких, що відрізняються від початкових по хімічному складу або будові, речовин при збереженні загального числа атомів і ізотопного складу.
Методика аналізу
ХТП як ТОУ.
- Визначення критерію ефективності ТОУ.
- Для виробництв - це, як правило, економічні критерії максимізації прибутку або мінімізації собівартості продукції.
- Для технологічних процесів - це технологічні критерії максимізації якості або максимізації виходу цільового продукту.
- Розробка математичного опису процесу як об'єкту управління в статиці і динаміці.
- При розробці математичного опису складних ХТП прагнуть до створення найбільш простих моделей.
- Будують не повні і вичерпні мат. моделі, а достатні для вирішення завдань управління.
- Математичне моделювання і дослідження статичних режимів ТОУ.
- Основні методи створення мат. опису для цілей управління - аналітичні; статистичні (регресійні, методи групового обліку аргументів); моделі на основі нечітких методів.
- Дослідження статичних характеристик ТОУ, на підставі якого визначають:
- Можливі діапазони варіювання параметрів при управлінні;
- Можливе число стаціонарних станів процесу;
- Аналіз стійкості стаціонарних станів процесу;
- Вплив основних режимних параметрів на робочі області ТОУ;
- Дослідження нелінійності коефіцієнтів передачі і можливості лінеаризації статичних характеристик Побудова інформаційної схеми ТОУ.
Інформаційна схема
ТОУ - це схема, що показує вхідні
і вихідні змінні ТОУ і їх зв'язки.
Побудова інформаційної
схеми можлива на основі мат. опису (при розробці нових технологій) або
на основі інформації по експлуатації
об'єкту (при модернізації системи управління).
- Аналіз інформаційної схеми.
Виконується аналіз інформаційної
схеми на предмет класифікації вхідних
і вихідних дій на наступні групи:
- Можливі збурюючі дії.
- Можливі управляючі дії.
- Найбільш доцільні керовані змінні.
Здійснюється вибір
можливих каналів управління.
- Математичний опис динаміки ТОУ.
- Складається мат. опис динаміки об'єкту по можливих каналах управління.
- Виконується дослідження динаміки можливих каналів управління.
- Виконується вибір найбільш доцільних каналів управління .
- Складається структурна схема системи управління.