Введення. Загальні підходи до автоматизації ХТП

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.

 

1. 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.

 

2. 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.

 

 

 

3. 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.

4. 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

 

 

 

5. 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.

 

6. 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.

 

1. 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.

2. 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.

3. 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).

4. 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.

5. 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.