Розробка системи керування технологічним процесом

2.3.1. Призначення, цілі та автоматизовані функції системи керування

Автоматизована система керування процесом призначена для здійснення таких задач, як автоматична стабілізація та ведення технологічного процесу у заданому режимі, збільшення оперативності керування.

Призначення АСКТП полягає у цілеспрямованому веденні технологічного процесу та забезпеченні інформацією сумісних та вищестоячих органів та систем керування.

Основними цілями створення АСКТП є:

- зниження собівартості виготовлення продукції;

- зменшення зносу та підвищення надійності роботи основного технологічного обладнання;

- скорочення затрат ручної праці у керуванні та контролі технологічним процесом;

- покрашення умов праці операторів та обслуговуючого персоналу;

- забезпечення безпеки функціонування об'єкта.

Практично ціль керування реалізується шляхом стабілізації параметрів процесу на вході та заданих параметрів готової продукції, узгодження режимів роботи установки.

Функції АСКТП направлені на виконання поставлених цілей керування реалізуються комплексом технічних засобів (КТЗ) та персоналом. Вони розділяються на інформаційні та керуючі функції.

Інформаційні функції забезпечують контроль основних параметрів процесу та сигналізацію про відхилення від цих параметрів, вимір та реєстрацію за викликом; запит оператора; обчислення техніко-економічних показників; показників якості продукції та процесу; періодичну реєстрацію та інше. Сукупність інформаційних функцій складає інформаційну підсистему АСКТП.

Керуючі функції забезпечують вироблення та реалізацію керуючих впливів на об'єкт керування, стабілізацію параметрів, розподілення навантажень між агрегатами, керування пускачами та ін. Сукупність керуючих функцій складає керуючу підсистему АСКТП.

 

2.3.2. Вибір і обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних параметрів

Вибір того або іншого методу вимірювання обумовлено наступними факторами:

- діапазоном вимірювання технологічного параметра;

- чутливістю вимірювання;

- лінійністю градуювальної характеристики;

- похибка вимірювання.

Необхідно вибрати найбільш ефективний метод вимірювання, що покладений в основу побудови Державної системи контролю. Для цих цілей доцільно використовувати наступну формулу:

 

(2.1)

 

де припустиме відносне відхилення N-го первинного перетворювача;

допустиме відхилення технологічного параметра;

номінальне значення технологічного параметра.

Дані за розрахунком похибки кожного вимірювального перетворювача доцільно представити у вигляді таблиці.

Приклад.

Процес пастеризації у консервному виробництві здійснюється при температурі 90 ± 5°С. Припустиме відносне відхилення складе

%= 100 % = 5,56 %

Прилад для вимірювання цієї температури повинен мати похибку у 3-5 разів менше, ніж припустиме відносне відхилення, тобто = 1,11... 1,85%. Таку точність вимірювання можливо досягти шляхом застосування термоелектричного методу вимірювання. Для цієї мети варто використовувати термоелектричний перетворювач опору типу ТСМ, що має похибку вимірювання не більше 0,5%. Також при виборі методу вимірювання необхідно врахувати той факт, що робота датчику при граничних температурах може привести до передчасного зносу термоелектричного перетворювача. Тому, найбільш доцільно застосовувати термоелектричний перетворювач типу ТСМ, для якого температура 90°С знаходиться в середній частині діапазону вимірювання. Градуювальна характеристика даного термоелектричного перетворювача в діапазоні температур -50 …+150 °С лінійна.

 

Таблиця 2.3.

Похибка вимірювання технологічних параметрів

 

Назва технологічних параметрів	Припустиме відносне відхилення	Похибка методу вимірювання
температура у I зоні пастеризації	5,56	0,5
температура у II зоні	5,56	0,5
температура у III зоні	5,56	0,5
температура у зоні охолодження		± 2
тиск пари, що подається у зони І - ІІІ	0,25	± 0,02
тиск пари	0,25	± 0,02
витрата пари		± 2
тиск середовища (охолоджуючої води) у лінії нагнітання	0,2	± 0,05

2.3.3. Вибір комплексу технічних засобів

Ціль розділу – обґрунтування і вибір технічних засобів, що входять до складу каналів контролю і регулювання технологічних змінних.

Обґрунтування і вибір технічних засобів, що належать до складу каналів контролю і регулювання проводиться згідно функціональної схеми за кожним технологічним параметром, а також згідно номінальних значень вимірюваних параметрів.

Обґрунтування і вибір технічних засобів включає:

- вибір первиних перетворювачів (датчиків);

- вибір перетворювачів сигналів;

- вибір мікропроцесорного контролеру (МПК);

- вибір засобів відображення і представлення інформації;

- вибір засобів введення оперативної та керуючої інформації;

- вибір виконуючих пристроїв (виконуючі механізми та регулюючі органи).

Для вибору мікропроцесорного контролера (МПК) використовують наступні вихідні дані:

- характеристики розв'язуваних задач (обсяг вхідної та вихідної інформації, коефіцієнти складності обробки вхідної інформації і т.д.);

- вимоги до швидкодії і надійності роботи МПК;

- перелік моделей, що серійно випускаються, МПК, що можуть бути використані;

- технічні й експлуатаційні характеристики МПК.

При виборі проміжних перетворювачів (при необхідності) необхідно вирішити наступні задачі:

- вибір нормуючого перетворювача;

- вибір електропневматичного перетворювача (ЕПП);

- вибір пневмоелектричного перетворювача (ППЕ).

При виборі виконавчого пристрою необхідно враховувати відповідність вхідного сигналу виконавчого пристрою і вихідного сигналу попереднього технічного засобу. Обираючи регулюючий орган виконуючого пристрою необхідно враховувати наступні фактори:

- діаметр трубопроводу, на якому буде встановлено відповідний регулюючий орган;

- характеристики середовища у трубопроводі (температура, тиск, вид середовища);

- категорія виробництва за вибухо- та пожежонебезпекою.

Також у системі має бути передбачено дистанційне керування, яке передбачає вибір органів ручного включення (кнопка, ключ управління). За виконанням канал дистанційного управління аналогічний каналу регулювання автоматичної системи. Відзнака складається у тім, що у автоматичній системі регулювання командна дія на виконуючий механізм потрапляє від МПК, а в системі дистанційного управління – при вмиканні органа ручного управління оператором. Прилади ручного дистанційного керування обираються з пневматичної чи електричної гілок ДСП.

Для зв'язку МПК з датчиками і виконавчими пристроями об'єкта керування використовуються пристрої зв'язку з об'єктом (ПЗО). В якості ПЗО в системах АСК ТП звичайно виступає електронний блок, що працює автономно або у складі промислового комп'ютера, призначений для перетворення в цифрову форму первинних електричних сигналів від датчиків і перетворювачів, безпосередньо зв'язаних з об'єктом керування.

Для представлення інформації технологічному персоналу використовуються пристрої зв’язку з оперативним персоналом (ПЗОП). Вони дозволяють оперативно здійснювати контроль та керування технологічним процесом.

Вибір технічних засобів здійснюється за довідниками та каталогами [4 -10]. При виборі технічних засобів перевага надається уніфікованій апаратурі виробництва України, що входить до Державної системи приладів (ДСП). У харчовій промисловості найбільш поширеними є електрична та пневматична гілки ДСП.

При виборі засобів одержання інформації про стан об'єкта слід врахувати ряд факторів метрологічного та режимного характерів, найбільш істотні з яких наступні:

- допустима для АСКТП похибка, яка визначає клас точності датчика;

- границі вимірювання з гарантованою точністю;

- вплив фізичних параметрів контрольованого та навколишнього середовища (температури, тиску, густини, вологості) на нормальну роботу датчика;

- можливість застосування датчика з точки зору вимог пожежо- та вибухонебезпеки;

- відстань, на яку може бути передана інформація;

- граничні значення вимірюваної величини та інших параметрів середовища.