Автоматизированные системы управления химико- технологическими

Автоматизированные
системы управления
химикотехнологическими
процессами
Доцент, к.т.н., Вильнина Анна Владимировна
1
Исполнительное устройство
ГОСТ 14691-69 Устройства исполнительные для систем
автоматического регулирования. Термины
Исполнительное устройство - устройство системы
автоматического управления или регулирования,
воздействующее на процесс в соответствии с получаемой
командной информацией.
Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного механизма
и регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками.
Исполнительный механизм (ИМ)- механизм, являющийся
функциональным блоком, предназначенным для управления
исполнительным органом в соответствии с командной
информацией.
В системах автоматического регулирования сред исполнительный
механизм предназначен для перемещения затвора регулирующего органа
под воздействием сигнала от управляющего устройства.
2
Классификация ИМ
По виду потребляемой энергии ИМ подразделяются:
• электрические;
• пневматические;
• гидравлические.
По характеру и назначению работы
• работающие по дискретному принципу "открыто" закрыто";
• работающие по закону непрерывной функции;
• исполнительные механизмы следящего и программного
действия.
3
Электрические ИМ
Электрические ИМ по принципу действия подразделяются
на электромагнитные и электродвигательные.
Электродвигательные ИМ
делятся на многооборотные и
однооборотные и состоят из
 электродвигателя,
 понижающего механического
редуктора,
 узлов блокировки и
 дистанционной передачи
сигнала положения
регулирующего органа.
4
Электрические ИМ
Характеристики электрических ИМ:
 время полного хода клапана
 время инерции
 люфт
 минимальное время импульса управления
 минимальная временная пауза между командами на
изменение направления движения
5
Электрические ИМ
Электромагнитные исполнительные механизмы
6
Пневматический и гидравлические ИМ
Подразделяются на поршневые и мембранные.
7
Виды РО








Заслоночный регулирующий орган
Односедельный регулирующий орган
Двухседельный регулирующий орган
Трехходовой регулирующий орган (смесительный,
разделительный)
Шланговый регулирующий орган
Диафрагмовый регулирующий орган
Затвор
Седло
8
Виды РО
Дроссельные РО
9
Характеристики РО









Пропускная способность (
)
Условная пропускная способность
Начальная пропускная способность
Минимальная пропускная способность
Максимальная действительная пропускная способность
Диапазон изменения пропускной способности
Пропускная характеристика
Линейная пропускная характеристика
Равнопроцентная пропускная характеристика
10
Характеристики РО








Рабочая расходная характеристика
Ходовая характеристика
Конструктивная характеристика
Негерметичность исполнительного устройства
Условный ход ( )
Действительный ход (
)
Приведенный ход (
)
Основная приведенная погрешность
 Вариация хода штока
 Порог чувствительности исполнительного устройства
 Рассогласование хода
11
Характеристики РО
Ходовые характеристики исполнительных устройств с
пружинными (мембранными и поршневыми)
исполнительными механизмами
12
Основные функции АСУ ТП
Функции АСУ ТП – это совокупность действий системы,
направленных на достижение определенной цели.
 Информационная подсистема
 Управляющая подсистема
 Вспомогательная подсистема
Функции информационной подсистемы:
1. Сбор и первичная обработка информации
• Периодический опрос первичных измерительных преобразователей.
• Фильтрация и прогнозирование технологических параметров.
• Усреднение технологических параметров за заданный промежуток
времени.
• Расчет действительных значений технологических параметров.
• Интегрирование параметров.
• Расчет количества продукта в сборниках и резервуарах.
13
Основные функции АСУ ТП
2. Расчет показателей качества продуктов
Используется уравнение связывающее показатели качества и измеряемые
технологические параметры
𝑌 = 𝑎0 + 𝑎1 𝑦1 + 𝑎2 𝑦2 + 𝑎3 𝑦3 ,
Y – показатель качества продукции
а – коэффициенты
y – параметры процесса.
3. Расчет технико-экономических показателей (определение
количества производимых основных и побочных продуктов, а также
удельные расходы всех видов сырья)
4. Контроль и техническая диагностика ХТП (обнаружение
отклонений значений технологических параметров от заданных
значений)
14
Основные функции АСУ ТП
Функции управляющей подсистемы
1. Регулирование отдельных технологических параметров с
помощью традиционных алгоритмов регулирования
2. Программно-логическое управление (используется при пуске и
останове ТОУ, а так же при переходе ТОУ с одного режима на другой)
3. Оптимальное управление (поиск и выдача оптимальных
управляющих воздействий)
Функции вспомогательной подсистемы
1. Сбор и обработка данных о состоянии технического и
программного обеспечения АСУ ТП
2. Представление информации персоналу или осуществление
управляющих воздействий на соответствующие
технические средства АСУ.
15
Разновидности АСУ ТП
1. АСУ ТП без применения вычислительного комплекса
2. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим
информационно-вычислительный функции
3. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим
функции «советчика» оператора
16
Разновидности АСУ ТП
4. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим
функции центрального управляющего устройства
(супервизорное управление)
1.
17
Разновидности АСУ ТП
5. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим
функции непосредственного (прямого) цифрового
управления
18
Разновидности АСУ ТП
6. Распределенные АСУ ТП
Различают функциональное и территориальное разделение
распределенной системы управления
19
Режимы АСУ ТП
Автоматизированный режим:
1. Ручное управление
2. Режим «советчика»
3. Диалоговый режим
Автоматический режим:
1. Супервизорное управление
2. Непосредственное цифровое управление
20
Стадии проектирование систем управления
1. Разработка технического задания
ТЗ включает:
 Определение цели и критериев качества функционирования
ХТП как объекта управления
 Исследование технико-экономических показателей
 Определение структуры ТОУ
 Исследование статических характеристик возмущающих
воздействий
21
Стадии проектирование систем управления
Задачи при разработке системы управления:
 Выбор контролируемых параметров
 Выбор управляемых технологических параметров и
управляющих воздействий
 Анализ возмущающих воздействий
 Выбор сигнализируемых технологических параметров
22
Стадии проектирование систем управления
2. Эскизная разработка:
 Выбор критерия оптимального управления ТОУ
 Разработка функциональной и алгоритмической структуры
АСУ
 Предварительный выбор управляющего вычислительного
комплекса
 Предварительный расчет технико-экономической
эффективности
3. Разработка технического проекта
4. Разработка рабочего проекта
5. Ввод в действие АСУ ТП, внедрение и анализ ее
функционирования
23
Стадии проектирование систем управления
Этапы работ по вводу в эксплуатацию АСУ ТП:
1) Подготовка организации к вводу АСУ ТП в действие,
обучение персонала;
2) Строительно-монтажные работы;
3) Комплектация АСУ ТП средствами автоматизации;
4) Пуско-наладочные работы;
5) Проведение опытной эксплуатации;
6) Проведение приемочных испытаний;
7) Устранение замечаний;
8) Приемка АСУ ТП в промышленную эксплуатацию.
24
Разработка схемы автоматизации
Схему выполняют в виде чертежа, на котором схематически,
условными изображениями, согласно ГОСТ 21.404-85,
показывают технологическое оборудование, коммуникации,
органы управления, приборы и средства автоматизации и связи
между ними.
Общие принципы выполнения схем автоматизации:
1. Система автоматизации должна строиться на базе серийно
выпускаемых средств автоматизации.
2. В качестве датчиков, вторичных приборов, регулирующих
органов и исполнительных устройств следует использовать
приборы и средства автоматизации Государственной
системы промышленных приборов.
25
Разработка схемы автоматизации
3. Выбор средств автоматизации, использующих
электрическую или пневматическую энергию,
определяются условиями пожаро- и взрывоопасности
объекта автоматизации т. д.
4. Количество приборов, аппаратуры управления и
сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и
пультах, ограничивается.
5. Средства автоматизации и приборы должны иметь класс
точности, который определяется действительными
требованиями автоматизируемой установки.
26
Разработка схемы автоматизации
27
Обозначение
Измеряемый параметр
D
Е
плотность
любая электрическая величина
(допускается конкретизация измеряемой электрической
величины
справа
от
условного
графического
изображения прибора, например напряжение, сила тока)
расход
положение, перемещение
ручное воздействие
временная программа, время
уровень
влажность
давление, вакуум
состав смеси, концентрация
(для конкретизации измеряемой величины справа от
условного
графического
изображения
прибора
необходимо дать ее наименование или символ,
например pH, O2)
радиоактивность
(для конкретизации измеряемой величины справа от
условного
графического
изображения
прибора
допустимо указать вид радиоактивности)
скорость (линейная или угловая), частота
температура
разнородные величины
(подробная расшифровка измеряемых величин должна
быть дана около прибора или на свободном поле схемы)
вязкость
масса
F
G
Н
К
L
М
Р
Q
R
S
Т
U
V
W
28
Обозначение
D
F
J
Q
Уточняющее значение
разность, перепад
соотношение, доля, дробь
автоматическое переключение, обегание
суммирование по времени, интегрирование
29
Обозначение
Уточняющее значение
А
сигнализация
(сигнализируемые предельные значения измеряемых
величин следует конкретизировать добавлением букв H
(верхнее значение) и L (нижнее значение), которые
проставляют справа от условного графического
изображения прибора)
показания
регистрация
регулирование
включение, отключение, переключение
(эту букву не следует применять для обозначения
функции регулирования, в том числе двухпозиционного)
преобразование сигналов, вычислительная функция
первичное преобразование
(обозначение
чувствительных
элементов:
термоэлектрического
преобразователя,
термопреобразователя
сопротивления,
сужающих
устройств расходомеров и т.п.)
промежуточное преобразование, передача сигналов на
расстояние
(обозначение дистанционной передачи)
переключение, управления с ручного на автоматическое
и обратно, управление по программе, коррекция
I
R
С
S
Y
Е
Т
К
30