Последовательность выбора системы автоматизации

Общая задача управления технологическим процессом формулируется как задачамаксимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом. Решение такой задачи для всего процесса в целом трудоемко, или практически невозможно ввиду большого числа факторов, влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом перемен-ных. Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для кото-рых могут быть сформулированы свои подзадачи управления, подчиненные общей задаче управления процессом в целом.

Задачи управления отдельными стадиями направлены на оптимизацию (в частном слу-чае, стабилизацию) технологического параметра или критерия, легко вычисляемого по изме-ренным режимным параметрам (производительность, концентрация продукта, степень пре-вращения, расход энергии). Оптимизацию критерия проводят в рамках ограничений, задавае-мых технологическим регламентом. На основании задачи оптимального управления отдель-ными стадиями процесса формулируют задачи автоматического регулирования технологиче-ских параметров для отдельных аппаратов.

Важным этапом в разработке системы автоматизации является анализ основных аппа-ратов как объектов регулирования, т. е. выявление всех существенных входных и выходных переменных и анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регу-лирования. Исходными данными при этом служат математическая модель процесса и (как первое приближение) статическая модель в виде уравнений материального и теплового балан-сов. На основе этих уравнений с учетом реальных условий работы аппарата все существенные факторы, влияющие на процесс, разбиваются на следующие группы.

Возмущения, допускающие стабилизацию –это независимые технологические пара-

метры, которые могут испытывать, существенные колебания, однако по условиям работы мо-гут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования. К таким па-раметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков. Так, расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая ко-лебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация температуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник, и т. п. При проектировании сис-темы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возму-щений. Это позволит повысить качество управления процессом в целом. В простейших случа-ях на основе таких систем автоматической стабилизации возмущений строят разомкнутую (относительно основного показателя процесса) систему автоматизации, обеспечивающую ус-тойчивое ведение процесса в рамках технологического регламента.

Контролируемые возмущения –это те возмущения,которые можно измерить,но не-возможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температура окружающей среды и т п.). Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применения либо замкнутых по основному показа-телю процесса систем регулирования, либо комбинированных АСР, в которых качество регу-лирования повышается введением динамической компенсации возмущения.

Неконтролируемые возмущения –возмущения,которые невозможно или нецелесо-образно измерять непосредственно. Первые – это падение активности катализатора изменение коэффициентов тепло- и массопередачи и т.п. Примером тому может служить давление грею-щего пара в заводской сети, которое колеблется случайным образом и является источником возмущения в тепловых процессах. Выявление возможных неконтролируемых возмущений – важный этап в исследовании процесса и разработке системы управления. Наличие таких воз-мущений требует, как и в предыдущем случае, обязательного применения замкнутых по ос-новному показателю процесса систем автоматизации.

Возможные регулирующие воздействия. Это материальные или тепловые потоки, кото-рые можно изменять автоматически для поддержания регулируемых параметров.

Выходные переменные. Из их числа выбирают регулируемые координаты.При по-строении замкнутых систем регулирования в качестве регулируемых координат выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в аппарате.

К ним относятся: уровень жидкости - показатель баланса по жидкой фазе; давление – показатель баланса по газовой фазе; температура – показатель теплового баланса в аппарате; концентрация - показатель материального баланса по компоненту.

Анализ возможных регулирующих воздействии и выходных координат объекта позво-ляет выбрать каналы регулирования для проектируемых АСР. При этом в одних случаях ре-шение определяется однозначно, а в других имеется возможность выбора, как регулируемой координаты, так и регулирующего воздействия для заданного выхода. Окончательный выбор каналов регулирования проводят на основе сравнительного анализа статических и динамиче-ских характеристик различных каналов. При этом учитывают такие показатели, как коэффи-циент усиления, время чистого запаздывания, его отношение к наибольшей постоянной вре-

мени канала τ/Т.

На основе анализа технологического процесса как объекта регулирования проектируют систему автоматизации, обеспечивающую решение поставленной задачи регулирования. На-чинают с проектирования одноконтурных АСР отдельных параметров: они наиболее просты в наладке и надежны в работе, поэтому широко используются при автоматизации технологиче-ских объектов.

Однако при неблагоприятных динамических характеристиках каналов регулирования

(большом чистом запаздывании, большом отношении τ/Т) даже в случае оптимальных настро-ек регуляторов качество переходных процессов в одноконтурных АСР может оказаться не-удовлетворительным. Для таких объектов анализируют возможность построения многокон-турных АСР, в которых качество регулирования можно повысить, усложняя схемы автомати-зации, т. е. применяя каскадные, комбинированные, взаимосвязанные АСР.

Окончательное решение о применении той или иной схемы автоматизации принимают после моделирования различных АСР и сравнения качества получаемых процессов регулиро-вания.