4.6. Регулирование параметров состава и качества.

В процессах химической технологии большую роль играет точное поддержание качественных параметров продуктов (состава газовой смеси, концентрации того или иного вещества в потоке и т. п.). Эти параметры характеризуются сложностью измерения. В ряде случаев для измерения состава используют хроматографический метод. При этом результат измерения становится известен в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на продолжительность цикла работы хроматографа. Аналогичная ситуация возникает и тогда, когда единственным способом измерения качества продукции является в той или иной степени механизированный анализ проб.

Дискретность измерения может привести к значительным дополнительным запаздываниям и снижению динамической точности регулирования. Чтобы уменьшить нежелательное влияние задержки измерения, используют модель связи качества продукта с переменными, которые измеряют непрерывно. Эта модель может быть достаточно простой; коэффициенты модели уточняют, сравнивая рассчитанное по ней и найденное в результате очередного анализа значение качественного параметра. Таким образом, одним из рациональных способов регулирования качества является регулирование по косвенному вычисляемому показателю с уточнением алгоритма его расчета по данным прямых анализов. В промежутках между измерениями показатель качества продукта может быть рассчитан экстраполяцией ранее измеренных значений.

Блок-схема системы регулирования качества продукта показана на рис. 4.16. Вычислительное устройство в общем случае непрерывно рассчитывает оценку показателя качества x(t)^в по формуле

x(t)^в = F₁(y(t)^в + F₂(t – t₁), y(t_i),y(t_i-1),...),

г де первое слагаемое отражает зависимость x(t)^в от непрерывно измеряемых переменных процесса или величин, динамически с ними связанных, например производных, а второе - от выхода, экстраполирующего фильтра.

Для повышения точности регулирования состава и качества применяют приборы с устройством автоматической калибровки. В этом случае система управления производит периодическую калибровку анализаторов состава, корректируя их характеристики.

Вопросы для самопроверки:

1. Особенности задачи стабилизации расхода различных веществ.

2 Схемы регулирования соотношения расходов.

3. Задача стабилизации уровня различных физических сред. Схемы систем стабилизации уровня.

4. Задача стабилизации давления в технологических аппаратах, ее особенности.

5. Методы стабилизации температуры.

6. Принципиальные особенности систем регулирования рН.

5. Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Как было рассмотрено выше АСУ ТП – человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием. Критерий управления АСУ ТП – это отношение, характеризующее качество функционирования ТОУ в целом и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздействий. Критерием управления обычно является технико-экономический показатель (себестоимость выходного продукта при заданном его качестве) или технический показатель (параметр процесса).

Система управления технологическим является АСУ ТП в том случае, если осуществляет управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению участвуют средства вычислительной техники, другие технические средства и оператор. При разработке АСУТП можно выделить следующие типичные задачи:

1) Задачи разработки и оптимизации работы локальных подсистем регулирования (АСР) – подсистем нижнего уровня: - выбор структуры АСР (одноконтурные, каскадные, комбинированные, многосвязные, логико-динамические, с эталонной моделью, адаптивные, нечеткие, нейронные и т.д.), оптимизация структуры системы, структуры и параметров управляющих устройств.

2) Продвинутые задачи в штатном режиме:

- управление процессом по качеству продуктов переработки;

- минимизация материальных- и (или) энерго- затрат;

- оперативное управление по ТЭП;

3) Продвинутые задачи по обеспечению безопасности

- диагностика отказов датчиков, ИУ;

- защита от последствий отказов (резервирование, замораживание выходов регуляторов, расчет параметров на основе моделей);

- принятие мер по снижению отрицательного эффекта от отказов;

- прогнозирование развития аварийных ситуаций и мягкое парирование неполадок элементов автоматизированного технологического комплекса.

4) Задачи по пуску установки.

В конечном счете, перечисленные подсистемы АСУТП в целом обеспечивают оперативное управление производством в реальном времени («on linе») по техническим, в частности, технологическим параметрам и показателям с учетом технических ограничений. В отдельных случаях АСУТП решает также частные задачи управления процессами по технико-экономическим показателям. В общем же случае управление производством по экономическим критериям и технико-экономическим показателям осуществляется АСУП, для которых основной целью управления является планирование производства и автоматизация процессов документооборота (режим работы «off line»), в частности, процессов снабжения производства сырьем, сбыта продукции, финансовых процессов. Задачи последнего типа относят к области интересов логистики.

Неотъемлемой частью АСУТП является система обеспечения безопасности (СОБ). Эта система также строится как иерархическая.

На более высоких уровнях СОБ располагаются системы диагностики неисправности элементов автоматизированного технологического комплекса (АТК) и его защиты от последствий неисправностей, системы мониторинга АТК и окружающей среды, включая подсистему прогнозирования развития ситуации и выработки решений по управлению развитием аварийных ситуаций, минимизирующих ущерб от аварий и т.д.. В составе АСУТП для потенциально взрыво- и пожароопасных производств могут быть также подсистемы автоматизированного пуска-останова установки.

На нижнем уровне СОБ располагается подсистема противоаварийной защиты (ПАЗ) по факту аварийного события. Система ПАЗ в соответствии нормативно – технической документацией строится как автономная, состояние и работоспособность которой не связана с состоянием функций АСУТП, выполняемыми в штатном режиме.

Одна из основных задач системы ПАЗ – уменьшение уровня взрывоопасности ТОУ, в том числе: предотвращение взрывов и пожаров внутри технологического оборудования; исключение возможных взрывов и пожаров в производственных зданиях, сооружениях, наружных технологических установках; защита технологического оборудования от разрушения; максимальное ограничение выбросов из технологического оборудования горючих и токсических веществ в атмосферу при аварийной разгерметизации.

В состав АСУ ТП включают различные виды обеспечений: техническое, программное, информационное и оперативный персонал.