лекции по сухтп. В системы управления химикотехнологическими процессами значение автоматического управления для развития химической промышленности на современном этапе
 Скачать 2.38 Mb.
|
|
1. ИЕРАРХИЯ УПРАВЛЕНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМ ПРЕДПРИЯТИЕМ И ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В зависимости от объектов управления различают: АСУП — автоматизированная система управления предприятием; АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим процессом; САР — локальные системы автоматического регулирования. В АСУП объектом управления является предприятие; в АСУ ТП — технологический процесс; в локальных САР — механизм, машина, технологический аппарат. Управление химическим предприятием осуществляется по многоуровневому иерархическому принципу. На нижнем уровне иерархии находятся локальные САР, которые регулируют отдельные технологические параметры. Локальные САР входят в состав АСУ ТП и играют роль своеобразных усилителей управляющих сигналов, формируемых на более высоких уровнях управления. Локальная САР состоит из объекта управления (ОУ) и управляющего устройства (УУ), которые взаимодействуют между собой. ОУ является динамической системой, состояние которой изменяется под действием возмущающих  и управляющих  воздействий.При нормальном протекании процесса технологические параметры имеют номинальные значения. Возмущающие воздействия могут изменять технологические параметры, выводя ОУ из установленного регламентом режима. При регулировании непрерывных ХТП цель регулирования на нижней ступени иерархии заключается в поддержании определенных технологических параметров на заданном уровне с помощью УУ. Условно к управляющему устройству на нижнем уровне иерархии можно отнести средства автоматического контроля (преобразователи и измерительные устройства), логические устройства (автоматический регулятор или программируемый логический контроллер), технические средства изменения энергетических и материальных потоков (регулирующие клапаны и исполнительные механизмы). АСУ ТП находятся на более высоком уровне иерархии. На этом уровне управления решаются задачи отыскания оптимальных режимов совместно работающих технологических аппаратов, распределения нагрузки между отдельными технологическими аппаратами с применением управляющих ЭВМ. Системы управления обеспечивают: необходимый объем дистанционного контроля, управления и автоматизации объектов управления; сигнализацию о состоянии технологического оборудования и отклонении технологических параметров объектов от их номинальных значений (последние характеризуют нормальный технологический режим ведения процесса), что позволяет своевременно предупредить персонал о возможности возникновения аварийного режима работы; защиту окружающей среды от вредных воздействий (газовые выбросы, жидкие стоки и т. д.); сбор, обработку (включая фильтрацию измеряемых величин — выделение полезных сигналов), хранение полной достоверной и своевременной информации, представление ее на верхний уровень управления (АСУП) для просмотра и анализа состояния ХТП; улучшение диагностики технологического оборудования и протекания ХТП; повышение надежности и экономичности работы объектов управления, что сокращает время простоев технологического оборудования. Следующий уровень иерархии представляют АСУП. На этом уровне решаются не только задачи управления ХТП, но и экономические задачи (управление финансово-хозяйственной деятельностью, планирование ресурсов и т. п.). Управление осуществляется с применением управляющих ЭВМ. Наиболее значимым в современных условиях ресурсом производства, в том числе химического и нефтехимического, становится информация. Знания о потребностях рынка и заказчиках, о ценах на сырье, товарные продукты и энергоносители, о ресурсах производства и управлении качеством вырабатываемой продукции, о материально-техническом снабжении, об экологических требованиях и реальной обстановке, о предаварийной или аварийной ситуации на объектах производства входят составной частью в АСУП. В мировой практике такой уровень управления называется Enterprise Resource Planning (ERP) — планирование заводских ресурсов. Замечание Исторически сложилось так, что до последнего времени АСУП и АСУ ТП развивались обособленно и независимо друг от друга. Наиболее характерно это было для программного обеспечения (ПО). В результате каналы обмена информацией между подсистемами АСУП и АСУ ТП оказ&аись слабыми. Но в настоящее время прогресс информационных технологий, глобализация сети Internet, использование Web-решений начинают затрагивать промышленную сферу. Ведущие производители средств промышленной автоматизации выпускают новые виды программно-технических средств для АСУ ТП, основанные на использовании современных информационных технологий, которые позволяют интегрировать системы верхнего (экономического) и нижнего (технологического) уровней. Таким образом, речь идет об интеграции АСУП и АСУ ТП в единую систему предприятия на основе создания единого информационного пространства. При этом одной из основных проблем создания интегрированных систем управления в рамках химического предприятия является проблема сопряжения и совместного действия ПО, традиционно используемого в подсистемах разного уровня. 2. ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ В основе построения систем управления лежат некоторые общие принципы управления, определяющие, какую текущую информацию использует управляющее устройство для формирования необходимого управляющего воздействия. 2.1. Управление по задающему воздействию В системе управления по задающему воздействию (рис. 4, а) используется информация только о цели управления (или о заданном значении параметра, если речь идет о системах регулирования). Для такой системы характерна разомкнутая цепь воздействий, т. е. управляющее устройство оказывает воздействие на объект управления, но обратное воздействие отсутствует (рис. 5, а). В связи с этим систему, реализующую принцип управления по задающему воздействию, называют разомкнутой системой управления. Достоинством управления по задающему воздействию является простота конструктивной реализации. Однако качественное управление на основе этого принципа возможно только тогда, когда объект управления хорошо изучен и его свойства, а также возмущающие воздействия остаются постоянными.  Рис. 4. Структурные схемы систем автоматического управления: а — управление по задающему воздействию; б — управление по возмущающему воздействию; в — управление по отклонению; г — комбинированное управление (ОУ — объект управления; УУ — управляющее устройство)  Рис. 5. Управление: а — без обратной связи; 6 — с обратной связью (ПС — прямая связь; ОС — обратная связь) 2.3. Управление по возмущающему воздействию В системе управления по возмущающему воздействию (см. рис. 4, б) кроме информации о цели управления используется информация о возмущающих воздействиях. Одна из задач управляющего устройства при этом заключается в формировании такого управляющего воздействия, которое компенсировало бы влияние на объект управления измеренного возмущающего воздействия. Поэтому принцип управления по возмущающему воздействию называют также принципом компенсации. Что характерно для управления по возмущающему воздействию? Это разомкнутое управление (управление без обратной связи), что означает отсутствие информации об управляемом параметре (температуре реакционной смеси в реакторе). Необходимо точно и верно выбрать канал, по которому может проявиться главное возмущающее воздействие. Этот принцип нельзя использовать в системах управления нейтральными и неустойчивыми объектами. Достоинства такого принципа управления: а) быстродействие, так как возмущающее воздействие может быть скомпенсировано до появления рассогласования между текущим значением регулируемого параметра и его заданным значением; б) возможность (теоретическая) полной компенсации выбранного возмущающего воздействия; в) отсутствие проблем, связанных с устойчивостью. Недостатки: а) учитываются не все возмущающие воздействия, а только одно, тем самым не обеспечивается высокая точность управления (особенно это проявляется при наличии неконтролируемых возмущающих воздействий); б) не контролируется результат управляющего воздействия; в) необходима надежная информация о функциональной взаимосвязи между расходом, степенью открытия клапана и регулируемого параметра, которая, как правило, не линейна, не всегда точно известна и может изменяться в процессе функционирования аппарата. 2.4. Управление по отклонению В системе управления по отклонению используется информация о цели управления и отклонении текущего значения управляемого параметра от заданного значения (см. рис. 4, в). |