6.1 Автоматизація теплових процесів

Автоматизація технологічного процесу – це сукупність АСР контролю, сигналізації та блокування, напрямлені на забезпечення мети керування – високоефективної роботи технологічного об’єкта. Ефективність роботи оцінюється показниками (критеріями), які характеризують функціонування об’єкта керування в цілому залежно від керуючих і збурюючи впливів. Показниками ефективності можуть бути мінімальний критерій якості перехідного процесу, мінімальні величини енергозатрат на одиницю готового продукту, мінімальна собівартість продукції, максимальний прибуток, максимальна продуктивність, максимальний вихід цільового продукту для масообмін них і хімічних процесів та інше.

Метою керування стабілізуючої системи є підтримання на постійному рівні з необхідною точністю того чи іншого технологічного параметра. Стабілізуючі АСР використовують, як правило, для автоматизації простих допоміжних процесів з огляду на ефективність основного процесу, наприклад, АСР стабілізації витрат, температури на виході теплообмінників, рівня рідини, тиску газів.

Досягти ефективності роботи технологічного об’єкта за всіма показниками одночасно за допомогою стабілізуючих АСР досить важко, а іноді неможливо через велику кількість факторів, які впливають на хід процесу. Тому весь процес поділяють на окремі ділянки, які характеризуються порівняно невеликою кількістю змінних параметрів. Звичайно ці ділянки збігаються із закінченими технологічними стадіями, для яких формуються свої задачі, що входять у загальну задачу керування процесом у цілому.

Задачі керування окремим стадіями звичайно напрямлені на оптимізацію технологічного параметра або критерію керування, який легко розраховувати за відомими режимними параметрами.

Оптимізуючі системи керування підтримують той або інший технологічний параметр або критерій не на попередньо заданому рівні, а на екстремальному для даної ситуації значенні при додержанні обмежуючих умов. Останні зумовлені тим, що критерій оптимальності характеризує процес лише з одного, але найважливішого боку (наприклад, продуктивність має бути не нижчою, а собівартість не вищою за задані регламентом).

Розробку систем автоматизації починають з вибору параметрів, які беруть участь у керуванні. До них належать контролюючі, регулюючі та сигналізуючі величини, в також параметри, зміною яких вносяться регулюючі впливи. Вибирають способи здійснення захисту та блокування, а потім конкретні автоматичні пристрої автоматичних систем. Істотне значення має мінімізація кількості параметрів керування.

Основними автоматичними пристроями, які визначають технологічний режим процесу, є регулятори. Тому спочатку доцільно відібрати параметри, які необхідно регулювати, та канали внесення регулюючих впливів і лише після цього починати вибір інших параметрів.

Вибрати параметри технологічного процесу, які необхідно регулювати і зміною яких доцільно вносити регулюючі впливи, можна, лише досконально вивчивши цей процес. При цьому визначають цільове призначення процесу, взаємозв'язок його з іншими процесами виробництва, вибирають показник ефективності та знаходять статичні і динамічні моделі технологічних об'єктів. Далі аналізують імовірність надходження на об'єкт збурюючих впливів і можливість їх усунення перш ніж вони вплинуть на регульований параметр. Особливу увагу слід звертати на стабілізацію вхідних параметрів, оскільки з їх зміною до об'єкта надходять найсильніші збурення.

Як правило, не всі збурюючі фактори вдається ліквідувати до надходження їх до об'єкта керування. Дуже важливо передбачити і в разі появи усунути внутрішні збурюючі фактори. Крім того, не всі вхідні координати можна стабілізувати, оскільки більшість із них визначається технологічним режимом попереднього або наступного процесу.

Вибір регулюючих і регульованих величин та каналів регулювання грунтується на використанні статичних і динамічних характеристик об'єкта. За статичними характеристиками можна оцінити ступінь впливу одних параметрів на інші. Динамічні характеристики сприяють вибору каналів, за якими регулюючий вплив є найефективнішим.

Як відомо, більшість апаратів хімічної технології є багатопов'язаними об'єктами з двома і більше взаємопов'язаними регульованими координатами. У таких об'єктах регулюючі впливи, напрямлені на усунення відхилення однієї регульованої координати, впливають на інші. У таких випадках необхідно вживати заходів для ослаблення внутрішніх зв'язків або вводити компенсуючі пристрої для усунення зовнішніх зв'язків між регуляторами.

Вибираючи контрольні параметри, необхідно керуватися тим, щоб при мінімальній їх кількості забезпечувався найповніший обсяг інформації про процес.

Контролю підлягають насамперед параметри, знати які необхідно для виконання пускових робіт, налагодження та проведення технологічного процесу. До таких параметрів належать усі регульовані параметри, нерегульовані режимні параметри та вхідні координати, у разі зміни яких до об'єкта можуть надходити збурюючі величини.

Для оперативного керування технологічним процесом необхідно контролювати найважливіші вихідні параметри процесу. Щоб одержати дані, потрібні для госпрозрахункових і техніко-економічних показників, необхідно контролювати кількість витраченої електроенергії, палива, тепло-, холодоносія та інших енергетичних і матеріальних витрат.

Параметри сигналізації починають вибирати після аналізу об'єкта щодо його вибухо- та пожежонебезпечності, а також токсичності й агресивності перероблюваних речовин.

Сигналізації підлягають всі параметри, які можуть призвести до аварії або істотно порушити технологічний режим. До основних параметрів, які підлягають сигналізації, належать концентрації вибухонебезпечної речовини в повітрі виробничого приміщення, рівень рідини, тиск, температура в апаратах та ін.

Необхідно сигналізувати головні параметри регулювання в багатоконтурних АСР, зупинення обладнання, не передбачене технологічним регламентом, граничні значення параметрів, які контролюються з метою оперативного керування.

Крім того, необхідно сигналізувати відхилення найвідповідальніших режимних параметрів і показника ефективності, а також припинення подавання продуктів, теплоносіїв тощо.

Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та аварійно-небезпечні ситуації, то слід передбачити відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії. Якщо причина аварії - концентрація вибухонебезпечної речовини, то вона буде параметром захисту. Якщо ця концентрація підвищується до небезпечного рівня, то пристрої захисту мають виконувати при цьому відповідні операції (припинення подавання того чи іншого потоку, вмикання лінії подавання інертного газу та ін.).

Небезпека вибуху або аварії може виникнути і в разі припинення подавання однієї з речовин у технологічний апарат, наприклад, припинення подавання холодоносія в реактор, в якому виділяється теплота реакції. При цьому пристрої захисту мають повністю відімкнути всі потоки від об’єкта.

Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджають неправильні запускання та зупинення апаратів і машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна із попередніх.