Разработка проектной документации для системы автоматизации процесса перемещения

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан Белорусский государственный технологический университет Ташкентский химикотехнологический институт Совместная образовательная программа Заочное отделение

Направление: Автоматизация и управление технологических процессов и производств по сферам производства


Курсовая работа

По предмету: Автоматизация технологических процессов в отрасли

По предмету: Теория автоматического управления
На тему: Разработка проектной документации для системы автоматизации процесса перемещения

Выполнил (а): Абдикадирова С.А.

Принял (а): Гринюк Д.А.
«Содержания»
«1. АНАЛИЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.
1.1. Технологические стадии производства.
1.2. Пуск; остановка; аварийная остановка.
1.3 Характеристика производства, расположение оборудования и помещений управления.
1.4. Критика существующей системы управления.
1.5. Обзор литературных источников и патентнов по теме.
1.6. Требования к системе управления и отличие проектируемой от существующей.
1.7. Перечень сигналов выходов (*с.351)).
«2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.
2.1. Технологический процесс как объекта управления.
2.2. Структурная схема проектируемой системы управления и выбор метода управления.
2.4. Математическая модель процесса (по 1-2 каналам управления).
2.5.Выявление и анализ влияние на качество регулирования.» .
2.6. Алгоритм пуска и остановки техпроцесса.»
«3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
3.1. Передаточные функции датчиков и ИМ.
3.2. Выбор расходной характеристики РО и расчет его коэфф. передачи.
3.3. Расчет размерных и безразмерных коэффициентов передачи в контурах регулирования и составление таблицы соответствия между технологическими параметрами и данными в ПЛК(как в МТСА).
3.4. Расчет настроек регуляторов.
3.5. Моделирование и определение статических и интегральных параметров качества переходного процесса.»
«4.ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ТСА.
4.1. Комплектация ПЛК (Расчет количества каналов контроля, расчет потребляемой мощности, выбор ЦПУ, блока питания).
4.2. Выбор техническихсредств автоматизации.
4.3. Разработка схемы питания средств автоматизации».
4.4. Расчет сечения кабелей и выбор способа прокладки.
4.5. Щиты, кросс шкафы(выбор, обознование размера). Расчет входной мощности и теплового баланса шкафа управления.»
«5. Спецификация (формирование бланков заказов и опросный листы))»
«6. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА УЧАСТКЕ АВТОМАТИЗАЦИИ». «ЗАКЛЮЧЕНИЕ». «СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ»

Введение
Анализ систем управления технологических процессов – это комплекс исследований, ставящий главной целью модернизацию и замену физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (регулирование различных параметров, получение заданной производительности и качества продукта без вмешательства человека).

Высокая экономическая эффективность, технологическая целесообразность и часто эксплуатационная необходимость способствовали широкому распространению автоматизации в промышленности, на транспорте, в технике связи, в торговле и различных сферах обслуживания. Её основные предпосылки: более эффективное использование экономических ресурсов— энергии, сырья, оборудования, рабочей силы и капиталовложений. При этом улучшается качество, и обеспечивается однородность выпускаемой продукции, повышается надёжность эксплуатации установок и сооружений.
Любой технологический процесс создается и осуществляется для получения конкретной цели. Изготовления конечной продукции, или же для получения промежуточного результата. Так целью автоматизированного производства может быть сортировка, транспортировка, упаковка изделия. Автоматизация производства может быть полной, комплексной и частичной.
Автоматиза́ция произво́дства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.
Анализ систем управления цехов промышленного предприятия
Частичная автоматизация имеет место, когда в автоматическом режиме осуществляется одна операция или отдельный цикл производства. При этом допускается ограниченное участие в нем человека. Чаще всего частичная автоматизация имеет место, когда процесс протекает слишком быстро для того, чтобы сам человек мог в нем полноценно участвовать, при этом достаточно примитивные механические устройства, приводящиеся в движение при помощи электрического оборудования, отлично с ним справляются.
Частичная автоматизация, как правило, применяется на уже действующем оборудовании, является дополнением к нему. Однако, наибольшую эффективность оно показывает, когда включено в общую систему автоматизации изначально – сразу же разрабатывается, изготовляется и устанавливается как ее составная часть.
Комплексная автоматизация должна охватывать отдельный крупный участок производства, это может быть отдельный цех, электростанция. В этом случае все производство действует в режиме единого взаимосвязанного автоматизированного комплекса. Комплексная автоматизация производственных процессов целесообразна не всегда. Ее область применения – современное высокоразвитое производство, на котором используется чрезвычайно надежное оборудование.
Поломка одного из станков или агрегата тут же останавливает весь производственный цикл. Такое производство должно обладать саморегуляцией и самоорганизацией, которая осуществляется по предварительно созданной программе. При этом человек принимает участие в производственном процессе лишь в качестве постоянного контролера, отслеживающего состояние всей системы и отдельных ее частей, вмешивается в производство для пуска-запуска и при возникновении внештатных ситуаций, или при угрозе такого возникновения.
Анализ систем управления автоматического оборудования
Наивысшая ступень автоматизации производственных процессов – полная автоматизация. При ней сама система осуществляет не только процесс производства, но и полный контроль над ним, который проводят автоматические системы управления. Полная автоматизация целесообразна на рентабельном, устойчивом производстве с устоявшимися технологическими процессами с неизменным режимом работы.
Все возможные отклонения от нормы должны быть предварительно предусмотрены, и разработаны системы защиты от них. Также полная автоматизация необходима для работ, которые могут угрожать жизни человека, его здоровью или же проводятся в недоступных для него местах – под водой, в агрессивной среде, в космосе.
Каждая система состоит из компонентов, которые выполняют определенные функции. В автоматизированной системе датчики снимают показания и передают для принятия решения по управлению системой, команду выполняет уже привод. Чаще всего это электрическое оборудование, так как именно при помощи электрического тока целесообразнее выполнять команды.
Анализ системы управления автоматических и автоматизированных элементов управлении
Следует разделять автоматизированные систему управления и автоматические. При автоматизированной системе управления датчики передают показания на пульт оператору, а он уже, приняв решение, передает команду исполнительному оборудованию. При автоматической системе – сигнал анализируется уже электронными устройствами, они же, приняв решение, дают команду устройствам-исполнителям.
Участие человека в автоматических системах все же необходимо, пусть и в качестве контролера. Он имеет возможность вмешаться в технологический процесс в любой момент, откорректировать его или же остановить.
Так, может выйти из строя датчик температуры и подавать неправильные показания. Электроника в таком случае, будет воспринимать его данные, как достоверные, не подвергая их сомнению.
Человеческий разум во много раз превосходит возможности электронных устройств, хотя по быстроте реагирования уступает им. Оператор, может понять, что датчик неисправен, оценить риски, и просто отключить его, не прерывая процесс. При этом он должен быть полностью уверен в том, что это не приведет к аварии. Принять решение ему помогает опыт и интуиция, недоступные машинам.
Такое точечное вмешательство в автоматические системы не несет с собой серьезных рисков, если решение принимает профессионал. Однако, отключение всей автоматики и перевод системы в режим ручного управления чреват серьезными последствиями из-за того, что человек не может быстро реагировать на изменение обстановки.

Производственный процесс, т.е. процесс производства какой-либо продукции, представляет собой совокупность взаимосвязанных частичных процессов, которые могут быть вспомогательными, обслуживающими, или основными. К вспомогательным процессам относят изготовление инструмента, ремонт оборудования, производство энергоресурсов, сжатого воздуха и т.д. К обслуживающим процессам относят технический контроль качества продукции, транспортное обслуживание, складирование предметов труда и производства. Основную часть производственного процесса составляют технологические процессы (ТП). На основе технологического процесса осуществляется изменение форм, размеров, физико-химических свойств предметов труда. Для целей организации и нормирования труда технологические процессы расчленяют на операции.

Операция – это часть технологического процесса, выполняемая над определенным предметом труда на одном рабочем месте одним или группой рабочих. По технологическим признакам операции расчленяются на установки, переходы и проходы. Установкой называется часть операции, выполняемая при неизменном положении предмета труда. Переходом называется часть операции, выполняемая для изменения одного или одновременно нескольких свойств предмета труда, одним или одновременно несколькими инструментами при неизменном режиме работы оборудования. Проход – это часть перехода, при котором изменяется свойство предмета труда без смены инструмента и изменения режима обработки.
Разнообразие технологических процессов обусловлено следующими основными факторами:

• 
  видом используемого сырья;
  
• 
  формой и количеством необходимых энергоресурсов;
  
• 
  количеством стадий (операций) преобразования сырья;
  
• 
  временными характеристиками операций процесса;
  
• 
  видом готовой продукции.
  

По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные.
Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия, катализаторы, управляющие воздействия. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти.
Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла в доменной печи.
Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий и т.п.
Большинство технологических процессов требуют четкого управления ими. В общем случае, необходимость управления технологическими процессами диктуется следующими факторами:

• 
  необходимость поддержания состава и количества входных компонентов на заданном уровне для обеспечения необходимого качества готового продукта;
  
• 
  непрерывное изменение (подстройка) параметров технологического процесса, что связано с постоянным износом орудий труда и переменным составом сырья;
  
• 
  пуск и остановка некоторых технологических процессов требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.
  

Методологической основой создания автоматизированных систем управления технологическими процессами является системный подход, обеспечивающий комплексное решение задач наилучшего управления технологическими процессами. Необходимость системного подхода определяется тем, что современные технологические процессы являются сложными объектами управления с большим числом входных и выходных переменных. Сложные нелинейные связи между переменными, недостаточность априорной информации о закономерностях протекания процессов создают значительные трудности при создании адекватных моделей технологических процессов. Осуществление технологических процессов должно удовлетворять нескольким зачастую противоречивым требованиям к качеству готовой продукции и производительности установки.

Качество продукции определяется, в первую очередь, качеством сырья, заготовок, возмущениями, действующими на процесс, качеством инструментов, режимами обработки и т.д. Производительность установки определяется простоями оборудования, потерями времени при переходе от одного вида продукции к другому, потерями, связанными с проведением плановых и аварийных ремонтных работ, а также режимом работы самого оборудования. Поскольку качество и производительность взаимосвязаны, то системы управления ими могут работать только совместно. Система управления качеством организуется на каждой технологической операции, должна быть оперативной, работать в реальном времени. Система управления производительностью состоит из систем управления режимами технологических операций, управления транспортными операциям межоперационными запасами.
Деятельность предприятия по развитию его материально-технической базы, организации производства, труда и управления представляет собой техническую подготовку производства. Она включает:

• 
  проведение прикладных исследований, связанных с совершенствованием изготовляемой продукции, техники, технологии, составом применяемых материалов, организации производства;
  
• 
  проектирование новой продукции и модернизацию ранее выпускавшейся;
  
• 
  разработку технологического процесса изготовления продукции;
  
• 
  приобретение специального оборудования, инструментов и полуфабрикатов со стороны;
  
• 
  материально-техническое обеспечение производства;
  
• 
  подготовку, переподготовку и повышение квалификации кадров;
  
• 
  разработку норм и нормативов, технологической, технической и организационной структуры аппарата управления и информационного обеспечения.
  

Техническая подготовка осуществляется в целях эффективного освоения нового или модернизированного изделия, внедрения новых сложных машин и оборудования, новых технологических приемов и изменений организации производства. В задачу технической подготовки производства входит создание технических, организационных и экономических условий, полностью гарантирующих перевод производственного процесса на более высокий технический и социально-технический уровень на основе достижений науки и техники. Техническая подготовка производства включает конструкторскую и технологическую подготовку. На предприятиях разного типа, масштаба и профиля могут быть с разной полнотой представлены различные стадии подготовки производства; однако в любом случае существенная часть работы по организации производства находится в компетенции предприятия.
Конструкторская подготовка производства включает проектирование новой продукции и модернизацию ранее производившейся, а также разработку проекта реконструкции и переоборудования предприятия или его отдельных подразделений. В процессе проектирования определяется характер продукции, ее конструкция, физико-химические свойства, внешний вид, технико-экономические и другие показатели. Результаты конструкторской подготовки оформляются в виде технической документации – чертежей, рецептур химической продукции, спецификаций материалов, деталей и узлов, образцов готовой продукции и т.п.
Проектирование новой продукции осуществляется проектно-технологическими и научно-исследовательскими институтами, научно-технологическими центрами, а также конструкторскими отделами и лабораториями предприятий.
Основными целями конструкторской подготовки производства являются:

• 
  непрерывное совершенствование качества продукции;
  
• 
  повышение уровня технологичности конструкции, под которой понимается облегчение приемов изготовления продукции и возможность применения прогрессивных методов изготовления при заданном объеме производства. Это обеспечивает лучшее использование производственных ресурсов при изготовлении продукции;
  
• 
  снижение себестоимости новой продукции за счет изготовления и совершенствования конструкции изделия, уменьшения расхода материалов на единицу продукции, снижения эксплуатационных затрат, связанных с использованием продукции;
  
• 
  использование при проектировании продукции существующих стандартов и унифицированных полуфабрикатов;
  
• 
  обеспечение охраны труда и техники безопасности, а также удобств при эксплуатации и ремонте новых изделий.
  

Исходным для проектирования новой продукции является проектное (техническое) задание, которое составляется заказчиком (предприятием) или по его поручению проектной организацией. В проектном задании указывается наименование продукции, ее назначение, область применения, технические и экономические показатели в процессе производства и эксплуатации. На уровне проектного задания должны быть определены принципиальные отличия новой конструкции или изделия от ранее выпускаемых, приведены перечень и обоснование необходимости оригинальных изделий, даны подробные расчеты эффективности нового изделия с учетом эффекта, рассчитанного как для потребителя, так и для производителя.
На основании анализа проектного задания заказчика и сопоставления различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов составляется техническое предложение – совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности дальнейшей разработки проекта. Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для разработки эскизного (технического) проекта.

Пуск и остановка технологического оборудования должны осуществляться с разрешения руководителя объекта СУГ по производственным инструкциям.

Включение оборудования после перерыва в работе более одной смены должно осуществляться после осмотра резервуаров и газопроводов.
Перед пуском технологического оборудования объектов СУГ (компрессоров, насосов, испарителей) следует:
За 15 минут до пуска оборудования включить приточно-вытяжную вентиляцию и проверить состояние воздушной среды в помещениях;
Проверить исправность и герметичность оборудования, арматуры и газопроводов, предохранительных клапанов и контрольно-измерительных приборов, исправность пусковых и заземляющих устройств;
Уточнить причины остановки оборудования (по журналу) и убедиться, что неисправность устранена;
Проверить и при необходимости подтянуть анкерные болты (у компрессоров, насосов, испарителей, электродвигателей);
Проверить исправность автоматики безопасности и блокировок.
Перед пуском компрессора необходимо:
Повернуть вручную коленчатый вал;
Проверить наличие масла в картере;
Пустить воду в охлаждающую рубашку;
Убедиться, что вентили на всасывающих и нагнетательных патрубках компрессоров закрыты, после чего открыть запорные вентили на нагнетательном и всасывающем коллекторах;
Удалить конденсат из отделителя жидкости на всасывающем патрубке компрессора в герметическую емкость.
После включения электродвигателя компрессора необходимо:
Убедиться в правильном вращении вала по стрелке на передней крышке картера;
При достижении номинального числа оборотов открыть вентиль на нагнетательном патрубке компрессора и постепенно открыть вентиль на всасывающем патрубке компрессора.
При пуске компрессора следить за тем, чтобы во всасывающем газопроводе не было жидкой фазы СУГ (проверить работу конденсатосборника), наличие которой проявляется стуком в компрессоре или резким понижением температуры всасывания.

В случае появления стука в компрессоре необходимо немедленно остановить компрессор и удалить конденсат газа из подводящего газопровода, после чего вновь запустить компрессор.

Остановка компрессора должна выполняться в следующем порядке:
Закрыть запорный вентиль на всасывающем патрубке компрессора;
Остановить электродвигатель компрессора;
После прекращения вращения вала закрыть запорный вентиль на нагнетательном патрубке компрессора;
Прекратить подачу воды;
Закрыть линейные запорные вентили на магистральном всасывающем коллекторе;
При остановке на длительный период в компрессоре необходимо слить воду из охлаждающих рубашек.
Перед пуском насосов необходимо:
Проверить смазку в подшипниках;
Провернуть ротор насоса (вручную);
Открыть задвижку на всасывающем газопроводе (задвижка на нагнетательном газопроводе должна быть закрыта);
Залить насос жидкой фазой газа;
Открыть вентиль на обводной линии;
Включить электродвигатель;
Открыть задвижку на нагнетательном газопроводе.
При достижении требуемого напора на нагнетании закрыть вентиль на обводной линии.
Во избежание кавитации давление жидкой фазы газа перед насосом должно быть выше упругости паров СУГ.
Не допускается оставлять без надзора работающие компрессоры и насосы.
Остановку насосов следует осуществлять в порядке:
Отключить электродвигатель;
Открыть вентиль на обводной линии;
Закрыть задвижки на нагнетательной и всасывающей линии насоса, а также все отключающие устройства на газопроводах.
После остановки технологического оборудования насосы, компрессоры и испарители следует осмотреть с целью выявления неисправностей (утечек газа, ослабления затяжки болтов и др.).
Все замеченные неисправности должны устраняться и регистрироваться в журнале.
Пуск в эксплуатацию оборудования (компрессоры, насосы, испарители) после технического обслуживания и ремонта должен проводиться в соответствии с производственными инструкциями.
Работа насосов и компрессоров с отключенной автоматикой, аварийной сигнализацией, а также блокировкой с вентиляторами вытяжных систем не допускается.

1.3 Характеристика производства, расположение оборудования и помещений управления.

Проектирование систем автоматизации технологических процессов на производстве
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами представляет собой использование средств компьютерного и программного снабжения.

Создание системы автоматизации нацелено на эффективное управление технологиями и механизмами промышленного объекта.

На первых этапах проектирования таких систем разрабатывается техническое задание.

При эксплуатации автоматизированных систем осуществляют монтаж, программирование и настройку аппаратной оснастки.

В проектах автоматизации описываются главные свойства создаваемой системы управления. Также вносятся основные технические решения и схемы построения комплекса.

Ниже представлена структура проектов:

Карта распределения предметов автоматики на совместном плане промышленного объекта.

Рабочие схемные чертежи автоматического контроля, регулирования, сигнализации и питания.

Расчет доходов и затрат на ведение системы автоматизированного управления.

Описание технических постановлений.

Заявка на недостающее технологическое оборудование.

Расчеты экономических результатов от эксплуатации автоматизированных технологий.

Кроме формулировки технического задания, на производствах проводятся аудиторские проверки для выбора наиболее подходящих программных и технических ресурсов автоматизации.

Оборудование систем автоматизации и управления на производствах

Компании, оказывающие инжиниринговые услуги, в том числе составление системы автоматизированного управления технологическими процессами, имеют в продаже следующее оборудование:

Регулирующие щиты;

Шкафы распределения;

Сигнализационные устройства;

Реле, контроллеры, выключатели;
Пусковые и защитные устройства электротехнической оснастки;

Средства программного обеспечения.

В процессе реализации проектов инженеры-технологи устанавливают оптимальное расположение приборов автоматизации на технологическом оборудовании, размещение пультового управления, щитов, прокладки кабельных магистралей.

Особенности автоматизации технических процессов и производств

Что представляют собой новые технологии по автоматизации производственных процессов?

Автоматизация технических процессов и производств (АТПП) – совокупность систем и современного оборудования, способствующие снижению участия человеческого фактора в процессе изготовления продукции.

Такие технологии позволяют в значительной степени ускорить производственные процессы и улучшить качество выпускаемых товаров, снижая до минимума возможность брака или допущения ошибок.

Автоматизация может затрагивать как отдельные технологические процессы и элементы оборудования, так и быть основной системой деятельности, охватывая все этапы производства.

Это и многое другое можно подробно изучить, посетив одну из отраслевых выставок «Экспоцентра» (например, «Агропродмаш» или «Электро»).

ЦВК «Экспоцентр» - современная площадка, на которой ежегодно проходят десятки международных процессов, собирает экспонентов и представителей лидирующих компаний, открывающих отечественным специалистам и руководителям предприятий новые возможности, значительно улучшающие и упрощающие ведение деятельности.

1.4. Критика существующей системы управления

В производстве реализована распределенная структура управления процессом, основанная на использовании локальных одноконтурных автоматических системах регулирования. Эти системы выполняют следующие функции:

- сбор и первичная обработка информации от датчиков;

- регистрация и индикация показаний датчиков;

- автоматическое и ручное управление параметрами процесса;

- сигнализация и блокировка вышедших за пределы параметров, регистрация их.

АСУ ТП завода реализует информационные функции:

- опрос групповых преобразователей и первичная переработка информации;

- средние значения в смену, сутки, месяц;

- суммарное значение параметров за смену, сутки, месяц;

- расчеты технико-экономических показателей.

На производстве используются приборы и средства автоматизации фирмы Kent, которые отвечают требованиям современного управления, используют аналоговые и дискретные электрические унифицированные сигналы для передачи информации:

- термометр сопротивления ТСП с градуировкой 50П;

Мукаит к большому участию оперативного персонала, склонному к субъективным ошибкам. Не используются компенсации возмущений на входах и выходах объектов регулирования.

Некоторые параметры контроля и регулирования, выбраны таким образом, что не всегда обеспечивается качественное управление процессом. Это, прежде всего, объясняется недостаточным уровнем технических средств и построением системы управления на базе релейных схем.

Отсутствие приборов качественного анализа, а точнее сказать невозможность их использования, вследствие их износа и невозможностью правильной работы, привело к большому запаздыванию внесения регулирующих воздействий и пересмотру уставок регулирования. Это привело к снижению оперативности в управлении качеством.

Вследствие частых отказов и нестабильной работы оборудования в последнее время часто возникает потеря важных технологических и технико-экономических показателей, снизилась надёжность системы управления, что в конечном итоге может привести к инцидентам и авариям.

После анализа существующей системы управления на производстве приходим к следующим результатам:

Настоящая система управления не удовлетворяет нормам и требованиям, предъявляемым к современным производствам, управлению и эксплуатации;

В результате физической и моральной изношенности оборудования невозможно дальнейшее наращивание производства, улучшения качества выпускаемой продукции;

В соответствии с возрастающей потребностью предприятия в оперативной информации, появилась необходимость создания информационной сети, связывающей все подразделения ОАО «НКНХ»;

Настоящая система управления не способна вести чёткий контроль расхода сырья и материалов, а также экономить энергоресурсы.

Основным направлением модернизации существующей САУ является модернизация схемных методов регулирования, использование приборов электрической системы, имеющих малую погрешность и большое быстродействие, а так же применение АСУТП. Существующая система автоматизации может быть переведена на АСУТП на нижний уровень иерархического управления.

В качестве управляющей системы предлагается интегрированная система управления производством «CENTUM CS 3000» японской фирмы «YOKOGAWA». Все приборы, участвующие в управлении процессом, предлагается выбрать марки этой же фирмы, так как все их показатели соответствуют требованиям, предъявляемым к современному ведению технологическим процессом.

«2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ. 2.1. Технологический процесс как объекта управления.

Непрерывные технологические процессы характерны для химической, нефтеперерабатывающей, энергетической и ряда других отраслей промышленности; продукцией их является вещество или энергия. В зависимости от характера сырья и материалов непрерывные технологические процессы подразделяются на периодические, полунепрерывные и собственно непрерывные. Непрерывные технологические процессы являются важнейшими в производстве материалов и энергии.

Дискретные технологические процессы характерны для производства машиностроительной, приборостроительной, радио – электротехнической и др. промышленностей; продукцией дискретных технологических процессов являются изделия. Информация о состоянии процесса имеет дискретный характер.

Непрерывно-дискретные технологические процессы – это процессы производства изделий из материалов.

По виду уравнений связи между входными и выходными переменными технологические процессы как объекты управления классифицируются на одномерные и многомерные, линейные и нелинейные, с сосредоточенными и распределенными параметрами, стационарные и нестационарные.

В радиоэлектронной промышленности, как уже было сказано, преобладают дискретно-непрерывные и дискретные технологические процессы, поэтому создание оптимальной системы ТП – САПР ТП приводит к необходимости проектировать автоматизированный технологический комплекс АТК [1.10]. Структурная схема АТК представлена на рис. 1.2.

Для классификации типов технологических процессов как объектов управления существуют различные характеристики, например сложность, объём и серийность производства, тип технологического процесса и уровень его автоматизации [1.11].

Сложность производства зависит от номенклатуры выпускаемых изделий, структуры технологического процесса.
Р
ис. 1.2. Структура АТК (U – вектор управляющих входов; X – вектор возмущающих входов; Z – вектор неконтролируемых воздействий; Р – вектор измеряемых выходов

Количества внутренних и внешних связей и др. Оценка сложности производства основывается не только на анализе номенклатуры выпускаемой готовой продукции, но и на анализе номенклатуры внутренних комплектующих изделий.

2.2. Структурная схема проектируемой системы управления и выбор метода управления.

Цель управления: получение продукта заданной концентрации (Q цик =0.1 %).

Структурная схема САУ представлена на рисунке 1.2 б. На данной схеме приведены входные воздействия и выходные показатели, а также их взаимодействие. Анализ технологического процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона как ОУ позволяет обосновать выбор структуры системы автоматического управления.

На основании выбранной структуры управления процессом осуществляется проектирование функциональной схемы.

2.4. Математическая модель процесса (по 1-2 каналам управления)
Схема газового абсорбера колонного типа со слоем осадка имеет следующий вид.

Уравнение массообмена:

2.5.Выявление и анализ влияние на качество регулирования.»
Системы регулирования расхода имеют два основных отличия от систем регулирования большинства технологических параметров.

Во-первых, инерция собственно объекта регулирования обычно пренебрежимо мала, и после перемещения штока регулирующего клапана в новое положение новое значение расхода устанавливается за доли секунды или, в крайнем случае, за несколько секунд. Это означает, что динамические характеристики системы определяются главным образом инерционностью измерительного устройства, регулятора, исполнительного устройства и линий передачи сигнала (импульсных линий).

Во-вторых, сигнал, соответствующий измеренному значению расхода, всегда содержит помехи, уровень которых высок. Частично шум представляет собой физические колебания расхода, частота которых настолько велика, что система не успевает на них реагировать. Поэтому при наличии шума, чтобы избежать усиления в системе случайных возмущений, следует применять малые значения коэффициента усиления регулятора.

Нелинейная зависимость между перепадом давления на нормальном сужающем устройстве (например, диафрагме) и расходом приводит к тому, что при изменении расхода степень устойчивости системы регулирования изменяется. Увеличение коэффициента усиления объекта с ростом расхода теоретически может быть скомпенсировано, если эффективное значение коэффициента усиления клапана будет изменяться обратно пропорционально расходу. Клапана с такой характеристикой практически не существует. Если требуется обеспечить качественное регулирование расхода при условии, что его значение может изменяться более чем вдвое, то для получения сигнала, пропорционального расходу, необходимо использовать преобразователь, осуществляющий операцию извлечения корня. Безусловно, указанная нелинейность отсутствует, если в качестве датчика используется электромагнитный расходомер.

Другой тип нелинейности встречается в случае использования позиционера. Небольшое изменение сигнала на входе в позиционер приводит к тому, что на клапан подается максимальный управляющий сигнал. При дальнейшем увеличении сигнала на входе в позиционер его выходной сигнал не изменяется. Таким образом, частотные характеристики системы зависят от величины сигнала, и настройки регулятора, удовлетворительные при больших возмущениях, не обеспечивают нужного качества регулирования при малых возмущениях.

«3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1. Передаточные функции датчиков и ИМ.
Передаточная функция – выведенное идеальное (теоретическое)соотношение между входным и выходным сигналом. Устанавливает взаимосвязь между выходным электрическимсигналом датчика S ивнешним воздействием : S =f(s). Представляется в виде: таблицы, графика, математического выражения.

Может быть линейной и нелинейной(например, логарифмической, экспоненциальной или степенной). Во многих случаяхпередаточная функцияявляется одномерной (т.е. связывает выходной сигнал только с одним внешним воздействием).

Одномернуюлинейную функцию представляют в виде выражения:
S=a + bs
Где – постоянная составляющая (т.е. значение выходногосигнала при нулевом входном воздействии),
B — наклонпрямой, который часто называют чувствительностью датчика.
S -характеристика электрическогосигнала, которую системы сбора данных воспринимают в качестве выходного сигналадатчика. В зависимостиот свойств датчика это может быть амплитуда, частота или фаза.Основныевиды передаточных функций:
Логарифмическая: S = a + bln(s),
Если датчик имеет передаточную функцию, которую невозможно описать выше приведенными аппроксимирующимивыражениями, то для негоприменяются полиноминальные аппроксимацииболее высоких порядков.
Для нелинейных передаточных функцийчувствительность b не является константой. Во многих случаях нелинейные датчикимогут считаться линейными внутри ограниченного диапазона значений. Для более широкогодиапазона значений нелинейнаяпередаточная функция представляется в виде отрезков нескольких прямых линий: используется кусочно-линейнаяаппроксимация.
Для того, чтобы определить, может лиданная передаточная функция быть представлена в виде линейной зависимости, наблюдают заизменением выходных сигналов в линейной и реальной моделях при постепенномувеличении входного сигнала. Если разность сигналов не выходит за допустимые пределы, передаточнуюфункцию данного датчикаможно считать линейной.
В случаях, когда на выходной сигналдатчика оказывают влияние несколько внешних воздействий, его передаточнаяфункция становится многомерной. Примером датчика с двумерной передаточной функцией является инфракрасныйдатчик температуры.
3.2. Выбор расходной характеристики РО и расчет его коэфф. передачи.
Для изменения расхода среды в объекте регулирования в автоматических системах регулирования (АСР) наиболее часто используется исполнительное устройство, состоящее из дроссельного регулирующего органа (РО) и исполнительного механизма. От правильности расчёта пропускной способности и выбора расходной характеристики РО во многом зависит качество процесса регулирования, так как в отличие от других звеньев АСР (датчики, регуляторы и пр.) пропускные и расходные характеристики РО существенно искажаются внешними факторами, особенно гидравлическими характеристиками трубопроводов.
Критерием оценки при выборе расходной характеристики РО является коэффициент передачи, используемый для расчёта АСР. Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: условный проход, пропускная и условная пропускная способности.