rp

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Номер задания должен соответствовать последней цифре шифра студента.

Темы индивидуальных заданий

0.Автоматизация трубчатой печи (каскадная схема с регулятором соотношения «Топливный газ – продукт»).

1.Автоматизация трубчатой печи (схема с коррекцией содержания кислорода в топочных газах).

2.Автоматизация процесса выпаривания (схема стабилизации технологических величин выпарной установки).

3.Автоматизация процесса выпаривания (схема многоконтурного регулирования выпарной установки).

4.Автоматизация процесса абсорбции (схема стабилизации процесса абсорбции).

5.Автоматизация процесса абсорбции (схема многоконтурного регулирования процесса абсорбции).

6.Автоматизация процесса ректификации (схема стабилизации процесса ректификации).

7.Автоматизация процесса ректификации (схема каскадного регулирования процесса ректификации).

8.Автоматизация процесса сушки в барабанной сушилке (схема стабилизации сушки в барабанной сушилке).

9.Автоматизация процесса сушки в аппарате с кипящим слоем. При выполнении задания № 2 рекомендуется использовать литера-

туру [1, 2, 5, 6], а также методические указания к выполнению домашнего задания № 2, которые приведенные ниже.

4.3.1. Методические указания к выполнению задания № 2 4.3.1.1 Общие положения

Задание № 2 должно показать уровень освоения студентом материала по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами» и способность использовать приобретенные знания для решения конкретной задачи автоматизации технологического процесса. Поэтому контрольную работу необходимо выполнять после данной дисциплины и восстановления знаний по дисциплине «Основные процессы и аппараты химических производств». При этом следует обратить внимание не только на принцип действия приборов, но и на их комплектность, виды сигналов, условия применения и возможность сочетания их работы со средствами автоматизации. При изучении разделов, связанных с построением систем автоматического регулирования, необходимо усвоить принципы регулирования, состав автоматической системы регулирования (АСР) и назначение отдельных ее элементов.

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

4.3.1.2. Основные разделы задания № 2 Введение

Сделать постановку задачи автоматизации процесса и выполнения домашнего задания.

Краткое описание технологического процесса

Вданном разделе необходимо привести технологическую схему процесса с указанием основных аппаратов и кратким описанием процесса: сырье, способ переработки, основные законы, технологические параметры, продукты.

Кратко описать назначение каждого аппарата технологической схемы и принцип работы.

Сформулировать цель управления технологическим процессом. Выбор регулируемых параметров и регулирующих воздействий.

Внешние и внутренние возмущения.

Всоответствии с целью управления обосновать выбор регулируемых параметров и регулирующих воздействий. Привести структурную схему объекта.

Выявить и описать внешние и внутренние возмущения, какое влияние они оказывают на процесс и на продукт, как конкретно решается задача управления данным технологическим процессом.

Функциональные схемы регулирования

На функциональных схемах изображаются системы контроля, регулирования, сигнализации и защиты.

При этом необходимо руководствоваться требованиями ГОСТ 21.404-85 [1, 2, 17] и правилами выполнения схем ЕСКД

(ГОСТ 2.701-68-7.7706-71, 346-63).

Стандарт предусматривает упрощенный и развернутый способы построения функциональных схем.

Изображение технологического оборудования и коммуникаций

Технологическая схема, как правило, должна развертываться слева направо. Технологическое оборудование и коммуникации должны изображаться упрощенно. Однако изображенная таким образом технологическая схема должна давать представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации. Контуры графического обозначения технологических аппаратов и соотношения их габаритов должны соответствовать действительным.

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Каждый аппарат должен иметь позиционное обозначение. У изображения технологического оборудования и отдельных его элементов следует давать соответствующие поясняющие надписи (наименование технологического оборудования или номер). В случае обозначения аппаратов цифрами должна быть дана таблица с перечнем оборудования (экспликация).

Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображаются в виде прерывистых линий в соответствии с ГОСТ 346463.

Описание работы локальных автоматических систем регулирования

В соответствии со сформулированной ранее целью управления поясняются возможные пути достижения поставленной задачи с учетом особенностей функционирования объекта:

а) возможность стабилизации расхода сырья; б) изменение состава сырья;

в) влияние параметров на состав и качество продукта; г) возможность измерения параметров; д) пожаро- и взрывоопасность производства.

Дается обоснование выбранного способа управления процессом и поясняется работа локальных систем регулирования.

Описание методов измерения регулируемых параметров

С учетом особенностей измеряемой среды и назначения измерительного комплекта поясняется и выбирается метод измерения регулируемого параметра.

Если объект относится к пожаро- и взрывоопасным производствам, то на выходе измерительного комплекта должен быть пневматический сигнал 20 – 100 кПа, так как необходимо будет выбрать пневматические регуляторы и вторичные приборы (например, комплекс «СТАРТ»

[1, 2, 8, 9]).

Если объект не относится к пожаро- и взрывоопасным производствам, то выбираются регуляторы и вторичные приборы электронные [1, 2, 8, 9]. Здесь тоже должны быть согласованы выходные сигналы измерительных комплектов и входные сигналы регуляторов и вторичных приборов.

Рекомендации по выбору измерительных комплектов пневматических систем

Для преобразования выходных сигналов первичных преобразователей в стандартный пневматический сигнал используются пневматические преобразователи, реализованные на базе системы «сопло – заслон-

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

ка» [1, 2, 8, 9].

Рассмотрим наиболее широко применяемые комплекты. а) Измерение температуры.

В качестве первичного преобразователя наиболее часто используют термоэлектрические термометры (термопары) или термометры сопротивления. Нестандартные выходные сигналы этих первичных преобразователей (мВ или Ом) необходимо преобразовать в стандартный токовый сигнал (мА) с помощью нормирующего преобразователя, который затем преобразуется в пневматический сигнал электропневматическим преобразователем.

б) Измерение давления.

Для измерения давления целесообразно использовать преобразователи давления с пневматическим выходом, в которых в качестве чувствительного элемента используются манометрические пружины, сильфоны и мембраны, поплавковые и колокольные манометры, преобразователи давления пневматические.

Сигнал давления (избыточного, абсолютного или вакуумметрического) преобразуется в пневматический сигнал, изменяющийся в диапазоне 20–100 кПа.

в) Измерение расхода.

При измерении расхода по методу переменного перепада давления комплект состоит из двух устройств: стандартного сужающего устройства (диафрагмы, сопло или труба Вентури) и преобразователя перепада давления с пневматическим выходным сигналом 20–100 кПа.

При измерении расхода по методу постоянного перепада давления используются ротаметры с пневматической системой передачи. Ротаметрическая часть прибора представляет собой прямоточную трубу, в которой находится мерительный конус и перемещающийся под воздействием измеряемого потока поплавок. К корпусу ротаметрической части крепят пневмоголовку, обеспечивающую местные показания и преобразования высоты положения поплавка в пневматический сигнал.

Другие типы расходомеров имеют выходные сигналы постоянного тока, обычно 0–5 мА, поэтому в комплект должен входить электропневматический преобразователь.

г) Измерение уровня.

В пневматических АСР уровня в качестве датчика используются уровнемеры буйковые пневматические, преобразующие усилие, возникающие на чувствительном элементе (буйке), в пневматический сигнал 20-100 кПа. Возможно использование радиоизотопных уровнемеров со встроенными пневматическими преобразователями, а также преобразователей измерительных разности давления пневматических.

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Приборы, использующие другие методы измерения уровня, обычно имеют стандартный унифицированный сигнал постоянного тока, поэтому в измерительный комплект должен входить электропневматический преобразователь.

д) Измерение состава и свойств газов и жидкостей.

Приборы для измерения и контроля химического состава и физических свойств газов имеют выходные сигналы постоянного тока, поэтому в измерительный комплект должен входить электропневматический преобразователь.

В качестве вторичных приборов в пневматических АСР используют приборы типа ПВ 3.2 или ПВ 10 со станцией управления.

Выбор средств автоматизации

На начальном этапе выбор средств автоматизации определяется пожаро- и взрывоопасностью производства. Если объект управления относится к пожаро- и взрывоопасным производствам, то выбирают устройства пневматические, а в остальных случаях – электронные.

Во всех случаях необходимо выбирать устройства одной системы. Этого требуют условия эксплуатации АСР.

Из пневматических систем наибольшее распространение имеет комплекс «СТАРТ», построенный на базе универсальных элементов промышленной пневмоавтоматики (УЭППА), и применяющийся в различных отраслях промышленности. Все регуляторы этого комплекса имеют выходные сигналы 20–100 кПа и могут использоваться для регулирования любых технологических параметров. Это означает, что измерительный комплект должен иметь выходной сигнал также 20–100 кПа.

Регуляторы комплекта «СТАРТ» реализуют следующие типовые законы:

ПР 1.5 – М1 – устройство регулирующее позиционное; ПР 2.8 – М1 – устройство регулирующее пропорциональное;

интегральное-дифференциальное; Регуляторы можно устанавливать на корпусе вторичного прибора

(ПВ 3.2. или ПВ 10), для чего предусмотрен штекерный разъем. В слу-

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

чае установки регулятора непосредственно возле объекта для монтажа используют дополнительную деталь «гнездо», с помощью которой к регулятору подводят линии связи.

Для управления непрерывными технологическими процессами обычно используют ПИ или ПИД-регуляторы [1, 2, 4].

Регулирующее воздействие с выхода регулятора подается на исполнительный пневматический механизм, предназначенный для перемещения регулирующего органа [1, 2, 6].

Исполнительные пневматические механизмы различаются по виду чувствительного элемента, преобразующего энергию командного сигнала в перемещение выходного звена, и по характеру перемещения выходного звена. По виду чувствительного элемента исполнительные пневматические механизмы подразделяются на мембранные, поршневые и лопастные. Наибольшее распространение получили исполнительные мембранные механизмы.

Для непрерывного измерения расхода жидких и газообразных сред в целях регулирования параметра широко используются клапаны с исполнительным пневматическим мембранным механизмом. Клапаны могут быть НО (нормально открыт) и НЗ (нормально закрыт). В клапанах типа НО при прекращении подачи управляющего сигнала проходное сечение полностью открывается, а клапан типа НЗ – закрывается.

Выбор регулирующего клапана производится с учетом технологических параметров среды и сводится к расчету условной пропускной способности, условного прохода и пропускной характеристики.

Рекомендации по выбору измерительных комплектов электронных систем

Промышленность выпускает ряд электронных систем автоматического регулирования. Особое значение среди них имеют электронные агрегатные системы регулирования, состоящие из набора различных устройств, каждое из которых предназначено для выполнения какихлибо функций. Из этих устройств путем определенного сочетания могут быть построены разнообразные схемы контроля и регулирования различных технологических процессов. В число этих устройств входят регулирующие блоки, которые позволяют реализовать локальные системы регулирования с различными законами регулирования (П, ПИ, ПИД, трех- и двухпозиционные).

Электронные автоматические регуляторы и вторичные приборы могут комплектоваться первичными преобразователями, имеющими нестандартные выходные сигналы или стандартные нормированные сигналы постоянного тока. Поэтому при выборе метода измерения параметра необходимо учитывать возможность его преобразования в сиг-

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

нал, воспринимаемый регулятором. Так, при регулировании температуры электронные регуляторы работают с сигналами, вырабатываемыми первичными преобразователями (термопарами и термометрами сопротивления). В других случаях первичный преобразователь должен быть укомплектован дифференциально-трансформаторным датчиком или нормирующим преобразователем [1, 2, 5, 6].

В настоящее время прослеживается тенденция реализации систем регулирования и АСУ ТП с помощью микропроцессорных контроллеров, обладающих мощными функциональными возможностями и использующих в качестве входных сигналов унифицированные аналоговые, дискретные, цифровые, формируемые современными датчиками, в том числе и интеллектуальными. Регулирующие органы в этих системах перемещаются исполнительными механизмами преимущественно электрическими, но могут использоваться и пневмоклапаны с электропневматическими преобразователями.

К основным элементам исполнительных электрических механизмов относятся электродвигатель, редуктор – устройство, понижающее число оборотов, выходное устройство для механического сочленения с регулирующим органом, ручной привод на случай выхода из строя системы автоматики или для наладки, устройства, обеспечивающие остановку механизма в крайних положениях, устройства обратной связи и т. д.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

5.1.Литература обязательная

1.Беспалов А.В. Системы управления химико-технологическими процессами / А.В. Беспалов, Н.И. Харитонов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 690 с.

2.Фёдоров А.Ф. Системы управления химико-технологическими процессами / А.Ф. Фёдоров, Е.А. Кузьменко. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 224 с.

5.2.Литература дополнительная

3.Стефани Е.П. Основы построения АСУ ТП. – М.: Энергоиздат, 1982. – 352 с.

4.Полоцкий Л.М. Автоматизация химических процессов. Теория, расчёт и проектирование систем автоматизации / Л.М. Полоцкий, Г.И. Лапшенков. – М.: Химия, 1982. – 256 с.

5.Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. – М.: Машиностроение, 1983. – 424 с.

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

6. Фарзане Н.Г. Технологические измерения и приборы / Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов, А.Ю. Азим-заде. – М: Высш. шк., 1989. – 456 с.

7.Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 400 с.

8.Лапшенков Г.И. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий. – М.:

Химия, 1988. – 288 с.

9.Практикум по автоматике и системам управления производственным процессам / под ред. И М. Масленникова. – М.: Химия, 1986. – 336 с.

10.Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах / под общ. редакцией Л.И. Ве-

рес. – Л.: Стандарт, 1981. – 271 с.

11.Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник / подобщ. редакцией В.В. Черенкова. – Л.: Машиностроение, 1987. – 847 с.

12.Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский / под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергия, 1980. – 512 с.

13.Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / В.В. Шувалов, Г.А. Огаджанов, В.А. Голубятников. – М.: Химия, 1991. – 480 с.

14.Шкатов Е.Ф. Основы автоматизации технологических процессов химических производств / Е.Ф. Шкатов, В.В. Шувалов. – М.: Хи-

мия, 1980. – 340 с.

15.Шарков А.А. Автоматическое регулирование и регуляторы в химической промышленности / А.А. Шарков, Г.М. Притыко, Б.В. Па-

люх. – М.: Химия, 1990. – 288 с.

16.Ефремова Т.К. Пневматические комплексы технических средств автоматизации / Т.К. Ефремова, А.А. Тагаевская, А.Н. Шубин. – М.: Машиностроение, 1987. – 280 с.

17.ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 18 с.

18.ГОСТ Р 5082-95 / Оборудование газоочистное и пылеулавливающее / Методы определения запыленности газопылевых потоков. –

М: Стандарт, 1996. – 34 с.

19.Фёдоров А.Ф., Кузьменко Е.А. Системы управления химикотехнологическими процессами. Электронное учебное пособие.

5.3.Web-ресурсы

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

20.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции

«Emerson Process Management» и «Метран». – Режим доступа: www.metran.ru, вход свободный.

21.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции

«Elemer». – Режим доступа: www.elemer.ru, вход свободный.

22.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции «Wika». – Режим доступа: www.wika.ru, вход свободный.

23.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции

«Khore». – Режим доступа: www.krohne.ru, вход свободный.

24.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции «Манометр». – Режим доступа: www.manometr.com, вход свободный.

25.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции ОАО «Автоматика». – Режим доступа: www.oavt.ru, вход свободный.

26.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции

«Termex». – Режим доступа: www.termex.lab.ru, вход свободный.

27.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции «Теплоприбор». – Режим доступа: www.teplopribor.ru, вход свободный.

28.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции ОАО НПП «Эталон». – Режим доступа: www.omsketalon.ru, вход свободный.

29.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции «Jumo». – Режим доступа: www.jumo.ru, вход свободный.

30.Каталоги, листы технических данных, брошюры по продукции АБС ЗЭиМ «Автоматизация». – Режим доступа: www.zeim.ru, вход свободный.

31.Продукция, техническая поддержка, решения компании «Элеси». – Режим доступа: www.elesy.ru, вход свободный.

32.Рекламные ссылки товаров и услуг компании «Emerson». – Режим доступа: www.emerson.ru, вход свободный.

33.Сайт департаментов «Промышленная автоматизация» и «Технологии приводов» компании «Siemens». – Режим доступа: www.siemens.ru/ad, вход свободный.