Системы автоматизации и управления технологическими процессами

Предпосылки появления системы автоматизации технологических процессов. Назначение и функции системы. Иерархическая структура автоматизации, обмен информацией между уровнями. Программируемые логические контролеры. Классификация программного обеспечения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

для студентов очного и заочного - дистанционного обучения по специальности 050718 - Электроэнергетика

Астана 2009

Министерство сельского хозяйства РК

УДК 681.5

Учебное пособие подготовлено ст. пр. кафедры «Эксплуатации электрооборудования» И.Н. Волошин.

Рецензенты: Кешуов С.А., д.т.н., профессор кафедры электроэнергетики КазНАУ;

Байниязов Б.А., к.т.н., заведующий кафедрой электроснабжения КазАТУ им. С.Сейфуллина.

Системы автоматизации и управления технологическими процессами: Учебное пособие. - Астана: Каз АТУ, 2009 - 7 2с., ил.

Компьютерный набор текстовой и графической части - Волошин И.Н.

В пособии рассмотрены общие теоретические принципы организации современных систем, автоматизации технологических процессов, представлены сведения о составляющих иерархию автоматизации частях, проведен анализ современных аппаратных и программных средств. Приводятся общие сведения о нормативной и документальной базе разработки и эксплуатации САУ ТП.

Данное пособие дает представления студенту, не только об основах автоматизации, но и рассматривается процесс обучения дисциплиной «Системы автоматизации технологических процессов». Приведены типовые задачи, методика их решения, задания для самостоятельного решения, некоторые справочные данные

Рассмотрено и одобрено к изданию - методической комиссия энергетического факультета (протокол №6 от 22 января 2009г.)

Учебно-методическим советом Каз АТУ им. С. Сейфуллина (Протокол №5 от 12 мая 2010)

1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС САУ ТП

1.1 Предпосылки появления САУ ТП

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения качества управления промышленными объектами, в том числе путем широкого применения САУ ТП.

Технико-экономическими предпосылками создания САУ ТП являются, прежде всего, рост масштабов производства, увеличение единичной мощности оборудования, усложнение производственных процессов, использование форсированных режимов (повышенные давления, температуры, скорости реакций), появление установок и целых производств, функционирующих в критических режимах, усиление и усложнение связей между отдельными звеньями технологического процесса. В последнее время в развитии многих отраслей промышленности появились новые факторы, связанные не только с повышением требований к количеству и качеству выпускаемой продукции, но и с напряженностью в области трудовых ресурсов. Рост производительности труда, в том числе путем его автоматизации, становится практически единственным источником расширения производства. Указанные обстоятельства предъявляют новые требования к масштабам использования и к техническому уровню САУ ТП, к обеспечению их надежности, точности, быстродействия, экономичности, т.е. к эффективности их функционирования. Еще одной важной предпосылкой применения САУ ТП в промышленности является необходимость реализации значительных потенциальных производственных резервов. Заметим, что техническая база производства в большинстве отраслей промышленности достигла к настоящему времени такого уровня развития, при котором эффективность производственного процесса самым непосредственным и существенным образом зависит от качества управления технологией и организации производства. Поэтому на первый план выдвигается задача оптимального управления технологическими процессами, решить которую без развитой САУ ТП в большинстве случаев невозможно.

1.2 Система технологического процесса - САУ ТП

Технологические процессы служат материальной базой любого производства, поэтому для повышения таких характеристик производства, как производительность, качество (надежность) выпускаемой продукции, рентабельность производства, необходимо обеспечить «управляемость» процессов и внедрить автоматизированные системы управления ими. В понятие «технологический процесс как объект управления» включается, в частности, технологическое оборудование, кроме датчиков и исполнительных органов, которые являются конструктивными элементами оборудования, но входят в состав технических средств САУ ТП, поэтому управление технологическим процессом в последующем изложении означает управление режимами работы технологического оборудования.

Под термином «управляемый технологический процесс» в дальнейшем понимается такой процесс, для которого определены входные контролируемые воздействия (управляющие, управляемые), установлены детерминированные или вероятностные зависимости между входными воздействиями и выходными параметрами выпускаемого изделия (продукта), разработаны методы автоматического измерения входных воздействий и выходных параметров (всех или их части) и методы управления процессом. Таким образом, управляемый технологический процесс представляет собой процесс, в принципе подготовленный для внедрения САУ ТП, т.е. для создания системы технологический процесс - САУ ТП (Рисунок.1.1).

На Рисунке 1.1 приняты следующие обозначения:

1 - ЭВМ;

2 - устройство связи с оператором;

3 - оператор;

4 - устройство сопряжения с объектом (УСО);

5,9 - автономные устройства визуального контроля;

6,8 - датчики;

7 - исполнительные органы;

10 - технологический объект управления (ТОУ).

Задачу, выполняемую в системе технологического процесса - САУ ТП можно сформулировать следующим образом: по полученным данным о технологическом процессе составить прогноз хода технологического процесса, а также составить и реализовать такой план управляющих воздействий (в том числе изменение режимов работы оборудования), чтобы в определенный момент времени состояние технологического процесса отвечало некоторому экстремальному значению обобщенного критерия качества процесса. Для решения этой задачи необходимо иметь математическую модель процесса, которая составляет основное содержание алгоритма управления, реализуемого САУ ТП.



Рисунок 1.1

1.3 Назначение, цели и функции САУ ТП

Назначение любой автоматизированной системы управления, ее необходимые функциональные возможности, желаемые технические характеристики и другие особенности в решающей степени определяются тем объектом, для которого создается данная система. Для САУ ТП управляемым объектом является так называемый технологический объект управления (ТОУ), представляющий собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства целевого продукта. Приведенное определение ТОУ подчеркивает, с одной стороны, единство процесса и оборудования и, с другой - законченность преобразования входных ресурсов в конечный продукт (металл, электрическая или тепловая энергия, химические вещества, изделия и т.п.).

Управляя ТОУ, САУ ТП воздействует непосредственно на те или иные элементы оборудования: дроссельные и отсечные клапаны, задвижки, заслонки, дозирующие устройства и т.п. Интенсивность этих управляющих воздействий во время эксплуатации выбирают так, чтобы реализуемый в технологическом оборудовании процесс переработки входных материальных и энергетических потоков осуществлялся наиболее целесообразным образом.

При разработке САУ ТП важно правильно выделить объект управления из общей производственно - технологической структуры предприятия. Для этого учитывают назначение и роль отдельных аппаратов, агрегатов и установок, степень зависимости их работы от других, соседних производственных участков, наличие разделительных (буферных) емкостей между ними, наконец, принятую (или желательную) на данном производстве степень централизации управления.

В соответствии с этим в качестве ТОУ могут рассматриваться:

- технологические агрегаты и установки;

- отдельные производства, реализующие самостоятельный, законченный технологический цикл;

- производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление им носит в первую очередь и в основном технологический характер, т.е. заключается в выборе и согласовании рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов, участков и производств.

Назначение САУ ТП обычно можно определить как целенаправленное ведение технологического процесса и обеспечение смежных и вышестоящих систем управления необходимой информацией. В ряде случаев, когда функционирование новых сверхмощных объектов без современной САУ (АСУ) оказывается практически невозможным, назначением такой системы является достижение реализуемости и устойчивости технологического процесса при высокоинтенсивных и экономичных режимах использования оборудования. Создание и функционирование каждой САУ ТП должно быть нап...