Лекция № 7 Общие подходы к автоматизации ХТП

Вопросы, рассматриваемые в лекции:

1. Химико-технологические объекты управления.

2. Классификация химико-технологических процессов и производств как технологических объектов управления (ТОУ).

3. Типовая схема технологического производства.

Химико-технологические объекты управления (ТОУ) - это совокупность совместно функционирующих технологического оборудования и реализованного на нем технологического процесса.

К ТОУ относят, как отдельные технологические агрегаты и установки, реализующие локальный технологический процесс, так и целые производства (участки, цехи).

Основные требования к ТОУ.

· ТОУ должен быть управляем.

· Должна быть реализована возможность воздействия на характеристики оборудования.

· Число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму.

ТОУ классифицируются

1. По тоннажу продукции и структуре ассортимента:

· Крупнотоннажные ТОУ - ориентированные на продукцию конкретной фиксированной номенклатуры с объемами выпуска: сотни - десятки тысяч тонн.

· Малотоннажные ТОУ - ориентированные на выпуск продукции разнообразной и быстро меняющейся номенклатуры, с объемами выпуска: граммы - десятки тонн.

2. По характеру временного режима функционирования:

· ТОУ периодического действия - ТОУ, в которых аппараты работают в циклическом режиме, а технологические процессы (ТП) представляют собой последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность. Термину «периодический процесс», принятому в химической технологии соответствует общесистемный термин «дискретный процесс».

· ТОУ непрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты работают непрерывно, на вход аппарата непрерывно подается сырье и компоненты, на выходе аппарата непрерывно отводятся продукт, а технологический процесс ведется в установившемся режиме.

· ТОУ полунепрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты функционируют непрерывно только в пределах интервала времени, необходимого для переработки конечной порции сырья. В этих пределах в аппараты непрерывно подается сырье и компоненты, а с выходов - непрерывно отводятся продукты. Технологические процессы ведутся в установившемся режиме. Между интервалами времени работы аппараты находятся в режиме ожидания.

3. По степени важности ТОУ в производстве.

· Основные ТОУ - ТОУ для реализации основных технологических процессов производства.

· Вспомогательные ТОУ.

4. По информационной емкости ТОУ:

Степень сложности ТОУ характеризуется информационной сложностью объекта, т.е. числом технологических параметров, участвующих в управлении.

Таблица 1

Классификация ТОУ по информационной емкости.

Информационная емкость объекта	Число параметров, участв. в управл.
Минимальная	10 - 40
Малая	41 - 160
Средняя	161 - 650
Повышенная	651 - 2500
Высокая	2500 и выше

5. По характеру параметров управления.

· ТОУ с сосредоточенными параметрами - ТОУ, в которых регулируемые параметры (в данный момент времени, в разных точках аппарата), имеют одно значение соответствующего параметра.

· ТОУ с распределенными параметрами.

6. По типу технологического процесса.

· Гидромеханические процессы - процессы, осуществляющие перенос количества движения.

· Тепловые процессы - процессы переноса энергии в форме теплоты.

· Массообменные процессы - процессы перемещения вещества в пространстве за счет разности концентраций.

· Механические процессы - процессы переработки твердых материалов под действием механических сил.

· Химические процессы - процессы, характеризующие образование новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению, веществ при сохранении общего числа атомов и изотопного состава.

Типовая схема технологического производства.

Решение конкретной задачи автоматического регулирования возможно лишь при условии знаний характеристик аппарата, в котором протекает данный технологический процесс.

В целом, любой технологический процесс можно представить в следующей логической цепочке состоящей из пяти элементов:

Сырье и компоненты (с конкретными характеристиками) подаются в технологический аппарат (со своими характеристиками) в этот аппарат подается при необходимости энергия (со своими характеристиками) следствием являются параметры технологического режима процесса в результате, которого появляется продукт (со своими характеристиками). Это можно назвать правилом «пяти».

Естественно если хочешь контролировать процесс, то необходимо все знать об этих пяти компонентах технологического процесса– «хочу все знать».

Для создания системы управления необходим дополнительный анализ входных факторов влияющих на основные выходные показатели технологического процесса. При этом следует учитывать необходимость стабилизировать или вести по программе основные параметры позволяющие сохранять все виды материальных и энергетических балансов, а также решать задачу максимального учета, стабилизации и компенсации действующих возмущений и выборе основных управляющих воздействий для управления основной целевой функции процесса.

Решение главного принципа управления – максимизации эффективности при заданных ресурсах и качестве продукта мы здесь в этой постановке не рассматриваем. Хотя при максимальной стабилизации, в частном случае, задача минимизации затрат энергии должна решаться автоматически.

Для анализа входных влияющих и выходных зависимых факторов, в каждом конкретном процессе необходимо рассматривать физико-химические основы исследуемого процесса. В этом нам может помочь аналитическое моделирование.

Попытаемся на примерах основных процессов показать эту возможность, причем на первом этапе, для качественного анализа нам не потребуется искать решений анализируемых уравнений.

Методика анализа ХТП как ТОУ.

1. Определение критерия эффективности ТОУ.

· Для производств - это, как правило, экономические критерии максимизации прибыли или минимизации себестоимости продукции.

· Для технологических процессов - это технологические критерии максимизации качества или максимизации выхода целевого продукта или также экономический - минимизация энергетических затрат при выпуске заданного объема продукта с заданным качеством.

2. Разработка математического описания процесса как объекта управления в статике и динамике.

3. Математическое моделирование и исследование статических режимов ТОУ.

Исследование статических характеристик ТОУ, на основании которого определяют:

· Возможные диапазоны варьирования параметров при управлении;

· Возможное число стационарных состояний процесса;

· Анализ устойчивости стационарных состояний процесса;

· Влияние основных режимных параметров на рабочие области ТОУ;

· Исследование нелинейности коэффициентов усиления и возможности линеаризации статических характеристик и т.д.

4. Построение информационной схемы ТОУ.

Информационная схема ТОУ - это схема, показывающая входные и выходные переменные ОУ и их связи. Построение информационной схемы возможно на основе мат. описания (при разработке новых технологий) или на основе информации по эксплуатации объекта (при модернизации системы управления).

5. Анализ информационной схемы.

Выполняется анализ информационной схемы на предмет классификации входных и выходных воздействий на следующие группы:

· Возмущающие воздействия.

· Возможные управляющие воздействия.

· Наиболее целесообразные управляемые переменные.

· Входные воздействия, которые возможно стабилизировать без установки дополнительного технологического оборудования.

6. Математическое описание динамики ТОУ.

· Составляется мат. описание динамики объекта по возможным каналам управления.

· Выполняется исследование динамики возможных каналов управления.

· Выполняется выбор наиболее целесообразных каналов управления.

· Составляется структурная схема системы управления.

7. Выбор параметров контроля, сигнализации и защиты.

Дата добавления: 2014-01-07