Реферат: Автоматизация технологических процессов

Широкое внедрениеавтоматизации – наиболее эффективный путь повышения производительности труда.

На многих объектах для организации правильного технологическогопроцесса необходимо длительно поддерживать заданные значения различныхфизических параметров или изменять их во времени по определенному закону.Вследствие различных внешних воздействий на объект эти параметры отклоняются отзаданных. Оператор или машинист должен так воздействовать на объект, чтобызначения регулируемых параметров не выходили за допустимые пределы, т. е.управлять объектом. Отдельные функции оператора могут выполнять различныеавтоматические приборы. Воздействие их на объект осуществляется по командечеловека, который следит за состоянием параметров. Такое управление называютавтоматическим. Чтобы полностью исключить человека из процесса управления,система должна быть замкнутой: приборы должны следить за отклонениемрегулируемого параметра и соответственно давать команду на управление объектом.Такая замкнутая система управления называется системой автоматическогорегулирования (САР).

Первые простейшие автоматические системы регулирования дляподдержания заданных значений уровня жидкости, давления пара, скорости вращенияпоявились во второй половине XVIII в. с развитием паровых машин. Создание первыхавтоматических регуляторов шло интуитивно и было заслугой отдельныхизобретателей. Для дальнейшего развития средств автоматизации необходимы былиметоды расчета автоматических регуляторов. Уже во второй половине XIX в. была создана стройнаятеория автоматического регулирования, основанная на математических методах. Вработах Д. К. Максвелла «О регуляторах» (1866г.) и И.А.Вышнеградского «Об общей теории регуляторов» (1876г.), «Орегуляторах прямого действия» (1876г.) регуляторы и объект регулированиявпервые рассматриваются как единая динамическая система. Теория автоматическогорегулирования непрерывно расширяется и углубляется.

Современный этап развития автоматизации характеризуетсязначительным усложнением задач автоматического управления: увеличением числарегулируемых параметров и взаимосвязью объектов регулирования; повышениемтребуемой точности регулирования, их быстродействия; увеличениемдистанционности управления и т. д. Эти задачи могут быть решены только на базесовременной электронной техники, широкого внедрения микропроцессоров и универсальныхкомпьютеров.

Широкое внедрение автоматизации на холодильных установках началосьтолько в XX в., но уже в 60-х годах созданы крупные полностьюавтоматизированные установки.

Для управления различными технологическими процессами необходимоподдерживать в заданных пределах, а иногда изменять по определенному законузначение одной или одновременно нескольких физических величин. При этомнеобходимо следить, чтобы не возникали опасные режимы работы.

Устройство, в котором протекает процесс, требующий непрерывногорегулирования, называют управляемым объектом, или сокращенно объектом (рис.1, а).

Физическая величина, значение которой не должно выходить заопределенные пределы, называется управляемым, или регулируемым параметром иобозначается буквой X. Это может быть температура t, давление р, уровеньжидкости Н, относительная влажность φ и т. д. Начальное (заданное)значение регулируемого параметра обозначим Х0. В результате внешнихвоздействий на объект действительное значение X может отклоняться отзаданного Х0. Величину отклонения регулируемогопараметра от своего начального значения называют рассогласованием:

ΔХ=Х—Х0.


Внешнее воздействие на объект, не зависящее от оператора иувеличивающее рассогласование, называют нагрузкой и обозначают Мн(или QH — когда речь идет о тепловой нагрузке).

Чтобы уменьшить рассогласование, необходимо оказать на объектвоздействие, противоположное нагрузке. Организованное воздействие на объект,уменьшающее рассогласование, называют регулирующим воздействием — Мр(или QP — при тепловом воздействии).

Значение параметра X (в частности, Х0)сохраняется постоянным только тогда, когда регулирующее воздействиеравно нагрузке:

Х = const только при Мр = Мн.

Это основной закон регулирования (как ручного, так иавтоматического). Для уменьшения положительного рассогласования необходимо,чтобы Мр было по модулю больше, чем Мн. И наоборот, при Мр<Мнрассогласование увеличивается.

Автоматические системы. При ручном регулировании для изменениярегулирующего воздействия машинисту приходится иногда выполнять целый рядопераций (открытие или закрытие вентилей, пуск насосов, компрессоров, изменениеих производительности и т. д.). Если эти операции выполняются автоматическимиустройствами по команде человека (например, нажатием кнопки «Пуск»),то такой способ работы называют автоматическим управлением. Сложная схематакого управления показана на рис. 1, б, Элементы 1, 2, 3 и 4 преобразуют одинфизический параметр в другой, более удобный для передачи следующему элементу.Стрелки показывают направление воздействия. Входным сигналом автоматическогоуправления Хупр может быть нажатие кнопки, перемещение ручкиреостата и т. д. Для увеличения мощности передаваемого сигнала к отдельнымэлементам может быть подведена дополнительная энергия Е.

Для управления объектом машинисту (оператору) необходимонепрерывно получать информацию от объекта, т. е. вести контроль: замерятьзначение регулируемого параметра X и подсчитывать величину рассогласования ΔХ. Этот процесстакже можно автоматизировать (автоматический контроль), т. е. установитьприборы, которые будут показывать, записывать величину ΔХ или подаватьсигнал при выходе ΔХ за допустимые пределы.

Информацию, получаемую от объекта (цепочка 5—7), называют обратнойсвязью, а автоматическое управление — прямой связью.

При автоматическом управлении и автоматическом контроле операторудостаточно взглянуть на приборы и нажать кнопку. Нельзя ли и этот процессавтоматизировать, чтобы совсем обойтись без оператора? Оказывается, достаточноподать выходной сигнал автоматического контроля Хк на входавтоматического управления (к элементу 1), чтобы процесс управления сталполностью автоматизированным. При этом элемент 1 сравнивает сигнал Хкс заданным Х3. Чем больше рассогласование ΔХ, тем большеразность Хк—Х3, и соответственно увеличиваетсярегулирующее воздействие Мр.

Автоматические системы управления с замкнутой цепью воздействия, вкоторых управляющее воздействие вырабатывается в зависимости отрассогласования, называют системой автоматической регулирования (САР).

Элементы автоматического управления (1—4) и контроля (5—7) призамыкании цепи образуют автоматический регулятор. Таким образом, автоматическаясистема регулирования состоит из объекта и автоматического регулятора (рис.1, в). Автоматическим регулятором (или просто регулятором) называют устройство,которое воспринимает рассогласование и воздействует на объект так, чтобыуменьшить это рассогласование.


/>

По цели воздействия на объект различают следующие системыуправления:

а) стабилизирующие,

б) программные,

в) следящие,

г) оптимизирующие.

Стабилизирующие системы поддерживают значение регулируемого параметрапостоянным (в заданных пределах). Настройка у них постоянна.

Программные системы управления имеют настройку, изменяющуюся с течением временипо заданной программе.

В следящих системах настройка непрерывно изменяется взависимости от какого-то внешнего фактора. В установках кондиционированиявоздуха, например, в жаркие дни выгоднее поддерживать в помещении более высокуютемпературу, чем в прохладные. Поэтому желательно непрерывно изменять настройкув зависимости от температуры наружного воздуха.

В оптимизирующих системах поступающая на регуляторинформация от объекта и внешней среды предварительно обрабатывается дляопределения наиболее выгодного значения регулируемого параметра. В соответствиис этим изменяется настройка.

Для поддержания заданного значения регулируемого параметра Х0кроме автоматическихсистем регулирования иногда применяют автоматическую систему отслеживаниянагрузки (рис. 1, г). В этой системе регулятор воспринимает изменение нагрузки,а не рассогласования, обеспечивая непрерывное равенство Мр=Мн.Теоретически при этом точно обеспечивается X0= const. Однако практическииз-за различных внешних воздействий на элементы регулятора (помехи) равенство МР=Мнможет нарушиться. Возникающее при этом рассогласование ΔХ оказываетсязначительно больше, чем в системе автоматического регулирования, так как всистеме отслеживания нагрузки отсутствует обратная связь, т. е. она нереагирует на рассогласование ΔХ.

В сложных автоматических системах (рис. 1, д) наряду с основнымицепями (прямой и обратной связями) могут быть и дополнительные цепи прямой иобратной связей. Если направление дополнительной цепи совпадает с основной, тоее называют прямой (цепи 1 и 4); если направления воздействий не совпадают, товозникает дополнительная обратная связь (цепи 2 и 3). Входом автоматическойсистемы считают задающее воздействие, выходом — регулируемый параметр.

Наряду с автоматическим поддержанием параметров в заданныхпределах необходима также защита установок от опасных режимов, которуювыполняют системы автоматической защиты (САЗ). Они могут быть профилактическимиили аварийными.

Профилактическая защита воздействует на регулирующие устройстваили отдельные элементы регулятора до наступления опасного режима. Например, вслучае прекращения подачи воды на конденсатор компрессор надо остановить, недожидаясь аварийного повышения давления.

Аварийная защита воспринимает отклонение регулируемого параметраи, когда значение его становится опасным, отключает один из узлов системы,чтобы рассогласование больше не возрастало. При срабатывании автоматическойзащиты нормальное функционирование системы автоматического регулированияпрекращается и регулируемый параметр обычно выходит за допустимые пределы. Еслипосле срабатывания защиты контролируемый параметр вернулся в заданную зону, САЗможет снова включить отключенный узел, и система регулирования продолжаетнормально работать (защита многоразового действия).

На крупных объектах чаще применяют САЗ одноразового действия, т.е. после возвращения контролируемого параметра в допустимую зону отключенныезащитой узлы сами уже не включаются.


/>

САЗ обычно сочетают с сигнализацией (общей или дифференцированной,т. е. указывающей на причину срабатывания). Преимущества автоматизации. Чтобывыявить преимущества автоматизации, сравним для примера графики изменениятемпературы в холодильной камере при ручном и автоматическом ее регулировании(рис. 2). Пусть требуемая температура в камере от 0 до 2°С. Когда температурадостигает 0°С (точка 1), машинист останавливает компрессор. Температураначинает повышаться, и, когда поднимется примерно до 2°С, машинист сновавключает компрессор (точка 2). График показывает, что из-за несвоевременноговключения или остановки компрессора температура в камере выходит за допустимыепределы (точки 3, 4, 5). При частых повышениях температуры (участок А) сокращаютсядопустимые сроки хранения, ухудшается качество скоропортящихся продуктов.Пониженная температура (участок Б) вызывает усушку продуктов, а иногда иснижает их вкусовые качества; кроме того, на дополнительную работу компрессорабесцельно расходуются электроэнергия, охлаждающая вода, преждевременнонаступает износ компрессора.

При автоматическом регулировании реле температуры включает иостанавливает компрессор при 0 и +2 °С.

Основные функции защиты приборы также выполняют надежнее, чемчеловек. Машинист может не заметить быстрого повышения давления в конденсаторе(из-за прекращения подачи воды), неисправность в масляном насосе и пр., приборыже реагируют на эти неисправности мгновенно. Правда, в некоторых случаяхнеполадки скорее будут замечены машинистом, он услышит стук в неисправномкомпрессоре, почувствует местную утечку аммиака. Все же опыт эксплуатациипоказал, что автоматические установки работают значительно надежнее.

Таким образом, автоматизация обеспечивает следующие основныепреимущества:

1) сокращаются затраты времени на обслуживание;

2) точнее поддерживается требуемый технологический режим;

3) уменьшаются эксплуатационные расходы (на электроэнергию, воду,ремонт и пр.);

4) повышается надежность работы установок.

Несмотря на перечисленные преимущества, автоматизацияцелесообразна лишь в тех случаях, когда это экономически обосновано, т. е.расходы, связанные с автоматизацией, окупаются экономией от ее внедрения. Крометого, необходимо автоматизировать процессы, нормальное протекание которых неможет быть обеспечено при ручном управлении: точные технологические процессы,работа во вредной или взрывоопасной среде.

Из всех процессов автоматизации наибольшее практическое значениеимеет автоматическое регулирование. Поэтому далее в основном рассматриваютсяавтоматические системы регулирования, являющиеся основой автоматизациихолодильных установок.


Литература

1. Автоматизациятехнологических процессов пищевых производств /Под ред. Е. Б. Карпина.

2. Автоматическиеприборы, регуляторы и управляющие машины: Справочник/ Под ред. Б. Д.Кошарского.

3. Петров. И. К.,Солощенко М. Н., Царьков В. Н. Приборы и средства автоматизации для пищевойпромышленности: Справочник.

4. Автоматизациятехнологических процессов пищевой промышленности. Соколов.

еще рефераты
Еще работы по промышленности, производству