Практикум по системам управления химико-технологическими процессами

30

9.Объясните принцип действия электропневматических преобразователей.

10.Объясните назначение и принцип действия пневматических унифицированных преобразователей.

11.Назначение аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

2.2.Линии связи

Линии связи – это линии между первичным измерительным преобразователем и другой частью информационно-измерительной системы (ИИС). Если первичный измерительный преобразователь располагается на каком-то расстоянии от системы, то необходимо предпринимать шаги к тому, чтобы линии связи не влияли на эффективность системы.

По виду используемой энергии линии связи можно разделить на пневматические, электрические, волоконно-оптические.

2.2.1. Пневматические линии связи

Пневматические линии связи (пневмопроводы), изготавливаемые из пластмассовых или металлических трубок, обладают ограниченным быстродействием, оказывая тем самым отрицательное влияние на качество регулирования.

Инерционность пневматической линии связи зависит от внутреннего диаметра и длины пневмопровода, влияющих на его емкость и сопротивление (т. е. на постоянную времени пневмопровода).

Экспериментально установлено, что оптимальный по динамическим свойствам пневмопровод для пневматических линий связи длиной до 300 м имеет внутренний диаметр 4,8...5,0 мм. Для линий связи длиной до 150...200 м используется пневмопровод внутренним диаметром 4,0 или 6,0 мм. Для устранения запаздывания показаний пневматического измерительного прибора к пневмодатчику добавляют усилитель мощности.

2.2.2. Электрические линии связи

Характеристики параметров электрических линий связи, применяемых довольно часто в химической технологии, например, при измерении температуры, приведены в табл. 2.1.

31

Таблица 2.1

Характеристики электрических линий связи

При использовании измерительных преобразователей существует важная проблема: воздействие шумов на измерение и преобразование сигналов. В любой системе с чувствительными элементами на вход ИИС поступает слабый измерительный сигнал, который потом усиливается системой. Поэтому даже незначительный шум может усиливаться до такой степени, что невозможно будет выполнить точные измерения. Уровень шумов можно уменьшить до приемлемого уровня, применяя фильтрацию.

2.2.3.Волоконно-оптические линии связи

Всовременных сложных технологических процессах требуется контролировать и управлять огромным числом параметров. При этом для передачи информации и сигналов управления традиционными методами требуется большое количество кабельно-проводниковой продукции. Электрические трассы превращаются в технически сложные дорогостоящие сооружения и являются источником неисправностей и помех.

Вконце прошлого века для передачи информации в САУ стала использоваться волоконная оптика. Этот вид связи сравнительно новый и в химической технологии только начинает активно появляться (примеры: соединение АСУП и АСУ ТП с помощью волоконнооптических кабелей; измерение температуры с помощью микропро-

32

цессорного двухцветного инфракрасного термометра, снабженного волоконно-оптическим соединительным кабелем, выдерживающим температуру до 200 ¼С, и интерфейсом).

Достоинства волоконно-оптических кабелей по сравнению

собычными электрическими кабелями, изготовленными из медной и алюминиевой проволоки:

значительно меньшие размеры и вес;

нечувствительность к помехам от электрических и магнитных полей, создаваемых грозовыми разрядами, электрическими машинами и т. д.;

неподверженность перекрестным помехам (даже если свет выходит из поврежденного кабеля, он не попадает в соседний кабель);

более значительная полоса пропускания и меньшее поглощение по сравнению с обычными кабелями, что позволяет использовать в линиях связи большой протяженности меньшее количество ретрансляторов.

К достоинствам волоконно-оптических кабелей по сравнению

сэлектрическими коаксиальными кабелями можно отнести и то, что от первых трудно сделать ответвление, поэтому постороннее вмешательство легко выявляется.

Волоконно-оптические кабели применяются в системах связи повышенной надежности. Волоконно-оптические линии связи

(ВОЛС) позволяют в одном волоконном световоде теоретически организовать несколько тысяч каналов связи (передачи сигналов информации, управления и т. д.). На ВОЛС можно реализовать как аналоговые, так и цифровые системы передачи информации и сигналов управления.

Контрольные вопросы:

1.Что называется линиями связи (ЛС)?

2.Перечислите достоинства, недостатки и область применения электрических ЛС.

3.Перечислите достоинства, недостатки и области применения пневматических ЛС.

4.Перечислите достоинства, недостатки и области применения волоконно-оптических ЛС.

5.Сравните возможности различных линий связи.

33

ТЕМА 3. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА

Выбор технических средств автоматизации (ТСА) проводится на основании анализа:

технических требований к системе автоматизации; разработанной структуры ФСА; характеристик технологической среды, где будут находиться

первичные преобразователи (датчики) и исполнительные устройства (механизмы), и помещений, где будут расположены остальные средства автоматизации (регуляторы, контроллеры, компьютеры и др.);

планируемого уровня капитальных затрат на создание системы автоматизации;

требований к метрологическим характеристикам системы (точность измерения контролируемых величин, надежность системы управления объектом);

технических и стоимостных характеристик как отечественных, так и зарубежных ТСА и других показателей.

Выбор технических средств автоматизации следует проводить, используя различные источники (см. список рекомендуемой литературы), в частности:

каталоги средств автоматизации отечественных и зарубежных фирм;

справочники по приборам и средствам автоматизации; научно-технические журналы; компьютерные базы данных по приборам и средствам автомати-

зации;

веб-сайты Internet отечественных и зарубежных фирм по их продукции для автоматизации технологических объектов;

руководства по эксплуатации приборов и средств автоматиза-

ции.

3.1. Методика выбора параметров объекта управления

Основная задача при разработке системы управления состоит в подборе технологических параметров, необходимых для контроля (диагностирования), управления (регулирования) и анализа предаварийного состояния ТОУ. Желательно по минимально возможному

34

числу выбранных параметров получить полное представление о состоянии и свойствах ТОУ.

3.1.1. Выбор контролируемых параметров

Контролю подлежат технологические параметры, по значениям которых осуществляется управление технологическим процессом, а также его пуск и останов. К таким параметрам относятся управляемые параметры, а также входные параметры, при изменении которых в объект управления могут поступить возмущающие воздействия.

Особое внимание должно уделяться контролю технологических параметров взрывоопасных ТОУ. Для каждого такого объекта управления определяют совокупность значений критических физико-химических величин технологического процесса, а также допустимый диапазон их изменений.

Для контроля загазованности (по ПДК) в производственных помещениях, рабочей зоны открытых наружных технологических установок должны предусматриваться в обязательном порядке технические средства газового анализа. Параметры, характеризующие состояние взрывоопасных ТОУ, должны не только контролироваться, но и регистрироваться.

3.1.2. Выбор управляемых (регулируемых) технологических параметров и управляющих воздействий

На этом ответственном этапе выбирают параметры, подлежащие управлению (регулированию), и параметры, изменяя которые можно вносить управляющие (регулирующие) воздействия в ТОУ. При этом принимается во внимание целевое назначение технологического процесса и его взаимосвязи с другими технологическими процессами.

Выбирают критерий управления, его заданное значение и параметры, изменением которых целесообразно на него воздействовать. Основой выбора являются статические и динамические характеристики процесса.

Статические характеристики позволяют определить степень влияния входных параметров на выходные, а динамические характеристики помогают уточнить правильность выбора управляющих воздействий.

Канал управления выбирают так, чтобы управляющее воздействие (например, изменение расхода, температуры) сопровождалось

35

максимальным и быстрым изменением управляемой величины (например, выхода целевого продукта), иначе говоря, чтобы коэффициент усиления ТОУ по каналу управления был максимален.

3.1.3. Выбор сигнализируемых технологических параметров

Состояние и свойства ТОУ анализируют на предмет его пожаро- и взрывоопасности, токсичности, агрессивности перерабатываемых веществ, возможности аварий и затем приступают к выбору параметров сигнализации.

Предаварийной (а при необходимости и предупредительной) сигнализации подлежат параметры, предельные значения которых могут привести:

к взрыву и пожару (например, превышение допустимой концентрации взрывоопасных веществ в технологических аппаратах, производственных помещениях, рабочей зоне открытых технологических наружных установок);

к несчастным случаям (например, превышение допустимой концентрации токсичных веществ в помещении);

к выходу из строя технологического оборудования (например, при нарушении температурного режима может произойти §загипсо-

впроизводстве экстракционной фосфорной кислоты);

к нарушению технологического режима (например, превышение допустимого уровня кислоты в емкости-сборнике, с последующим переливом кислоты);

к выпуску некондиционной продукции и браку (например, нарушение наиболее важных номинальных технологических (режимных) параметров).

3.1.4. Анализ возмущающих воздействий

После выбора критерия управления и управляющих воздействий начинается анализ ТОУ с точки зрения выявления возмущающих воздействий и способов их устранения до поступления в ТОУ. При этом особое внимание обращается на стабилизацию входных параметров, поскольку их изменения являются наиболее сильными возмущающими воздействиями.

На практике все внешние возмущающие воздействия не удается

36

устранить до их поступления в ТОУ, невозможно предусмотреть и устранить внутренние возмущающие воздействия. Необходимо также учитывать, что многие входные и управляемые параметры данного технологического процесса определяются технологическим режимом предыдущего и последующего процессов. Например,

впроизводстве контактной серной кислоты, концентрация кислорода

вобжиговом газе, поступающем в контактный аппарат, зависит от технологического режима процесса обжига серы.

Не устраненные возмущающие воздействия приводят к изменению технологических параметров, характеризующих технологический режим и влияющих на величину критериев управления. Следовательно, появляется необходимость регулирования технологических параметров и нового обращения к статическим и динамическим характеристикам.

Витоге приходят к созданию комбинированной системы управления, способной осуществить регулирование как по заданному критерию управления, так и по номинальным технологическим (режимным) и входным параметрам ТОУ.

Контрольные вопросы:

1.Объясните методику выбора технических средств автоматизации объекта.

2.Как производится выбор контролируемых параметров?

3.Как производится выбор управляемых (регулируемых) технологических параметров и управляющих воздействий?

4.Объясните методику выбора технологических параметров, подлежащих сигнализации.

5.Объясните методику анализа возмущающих воздействий.

37

ТЕМА 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

4.1. Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404–85

Все местные измерительные и преобразовательные приборы, установленные на технологическом объекте, изображаются на функциональных схемах автоматизации (ФСА) в виде окружностей (рис. 4.1). Если приборы размещаются на щитах и пультах

вцентральных или местных операторных помещениях, то внутри окружности проводится горизонтальная разделительная линия (рис. 4.1, в, г). Если функция, которой соответствует окружность, реализована

всистеме распределенного управления (в компьютеризированной системе), то окружность вписывается в квадрат (рис. 4.1, д).

10

10

15

Рис. 4.1. Графическое изображение приборов

Внутрь окружности вписываются:

в верхнюю часть – функциональное обозначение (обозначения контролируемых, сигнализируемых или регулируемых параметров, обозначение функций и функциональных признаков приборов и устройств);

в нижнюю – позиционные обозначения приборов и устройств. Места расположения отборных устройств и точек измерения

указываются с помощью тонких сплошных линий.

Позиционное обозначение может быть буквенно-цифровое (1а, 1б, …) или цифровое (1-1, 1-2 …). При этом первая цифра означает порядковый номер одного комплекта (функциональной группы, узла) приборов (первичный, промежуточный (передающий) измерительные преобразователи, измерительный прибор, регулирующий прибор, исполнительный механизм, регулирующий орган) и повторяется у всех приборов и устройств данного комплекта (рис. 4.2). Второй символ (цифра или буква) в позиционном обозначении указывает порядковый номер (индекс) элемента в данном комплекте. Нумерация начи-

38

нается от чувствительного элемента (первичного преобразователя). Если отдельный прибор не входит в комплект (например, стеклянный термометр), то он может иметь позиционное обозначение, состоящее только из цифры, например:

ТЕ 1-1

Рис. 4.2. Пример позиционного обозначения

В качестве примера условных буквенных и позиционных обозначений приборов на рис. 4.3 изображен комплект приборов для измерения и регистрации расхода жидкости, включающий в себя первичный преобразователь (1а), промежуточный преобразователь (1b) и показывающий и измерительный прибор (1с).

Рис. 4.3. Пример изображения на ФСА канала контроля расхода жидкости

Согласно ГОСТ 21.404–85 структура буквенного обозначения прибора имеет вид, представленный в табл. 4.1. В общем случае буквенный код прибора имеет семь позиций.

На ФСА в условное обозначение прибора вводят только те буквы, которые соответствуют функциям, выполняемым прибором. При этом буквы кода располагаются в порядке их появления при чтении табл. 4.1 слева направо.

В качестве примера формирования буквенного кода в обозначении на рис. 4.4 показан прибор 3 группы 5, осуществляющий измерение перепада (D) давления (P), показание (I), регистрацию (R) и авторегулирование (C) данного параметра.

39

Таблица 4.1

Структура кода буквенного обозначения прибора

Рис. 4.4. Пример условного буквенного и позиционного обозначения прибора

Буквенные обозначения измеряемых величин, их уточнений

ифункциональные признаки приборов представлены в табл. 4.2. Информационные функции приборов – показание, регистрация

исигнализация обозначают буквами соответственно I, R, A. Сигнализация предельных значений измеряемой величины конкретизируется

добавлением в обозначении прибора букв H (верхнее значение) и L (нижнее значение).

Пример использования букв H и L приведен на рис. 4.5, где показано реле уровня, формирующее сигналы включения и отключения, например, сигнальных ламп на пульте оператора.

Рис. 4.5. Реле контроля верхнего и нижнего уровня

Управляющие функции приборов – автоматическое регулирование и дискретное управление обозначают буквами соответственно C и S.

Электрическим приборам и аппаратам на ФСА можно присваивать позиционные обозначения, принятые для них на принципиальных электрических схемах. Например: