История сахарорафинадного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

История сахарорафинадного производства

Введение

Получение сахара из сахарного тростника было известно с давних времен. В промышленных масштабах производство сахара началось в XVI веке в Индии. В России сахарная промышленность начала развиваться с начала XVIII века. Первый сахаро-рафинадный завод, использовавший привозной тростниковый сахар-сырец, был пущен в Петербурге в 1719 году. Производство сахара из сахарной свеклы началось в России и Германии в начале XIX века. Первый сахаро-рафинадный завод, производивший продукцию в промышленных масштабах был создан в 1801 г. в селе Алябьеве Тульской губернии компаньенами Бланкеннагелем и Есиповым. Сахарная промышленность России отличалась высоким уровнем развития производства, основные предприятия были сконцентрированы во владении нескольких крупных кампаний. Перед 1-й мировой войной Россия производила большие объемы свекловичного сахара, занимая 2-е место в мире (после Германии).

1. Советский период

В годы Гражданской войны сахарная промышленность, как и другие отрасли экономики, была в значительной степени разрушена. После окончания войны началось восстановление и активное развитие сахарной промышленности, что позволило СССР уже в середине 30-х годов XX века занять первое место в мире по производству свекловичного сахара. Во время Великой Отечественной войны сахарная промышленность вновь понесла большой ущерб, однако в послевоенные годы была быстро восстановлена.

Сахарорафинадный завод фирмы «Домино» в Бруклине.

К середине 70-х годов XX века количество сахарных заводов существенно возросло. На 1975 год имелось 318 свеклосахарных заводов общей мощностью по переработке свеклы 697 тыс. т. в сутки, 14 самостоятельных сахарорафинадных заводов и 12 рафинадных отделений при свеклосахарных заводах общей мощностью 9,3 тыс. т выработки рафинада в сутки. Кроме традиционных районов размещения сахарной промышленности, таких как Украина, появились сахарные заводы и в других регионах, в частности, в Киргизии, Узбекистане и республиках Закавказья. На Украине наиболее крупными предприятиями сахарной промышленности в середине 70-х годов XX века являлись: свеклосахарные заводы -- Лохвицкий (Полтавская область) и Первомайский (Николаевская область); сахарорафинадные -- Краснозвездинский (г. Сумы) и Одесский.

Особенности производства.

Сахарное производство относится к непрерывно-поточному механизированному производству с высоким уровнем автоматизации основных процессов. Особенностью территориального размещения сахарных заводов является их жесткая привязка к посевным площадям сахарной свеклы, поскольку перевозка свеклы на сколь-нибудь значительные расстояния экономически неэффективна. В ряде случаев, сахарные заводы имеют собственные посевные площади, расположенные непосредственно вблизи предприятия. Отходы сахарной промышленности (жом, барда, дефекационная грязь) могут быть использованы как удобрения, в некоторых случаях -- и как корм для скота.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) - это система управления, построенная на основе применения средств вычислительной техники, экономико-математических методов и информационных технологий. Автоматизация управления направлена, прежде всего, на интеграцию, которая в современных производственных системах является одним из наиболее важных свойств.

АСУП состоит, в свою очередь, из подсистем. Цель разбиения АСУП на подсистемы - выделение крупных неоднородных элементов для упрощения процессов проектирования, внедрения и эксплуатации АСУП. Все подсистемы принято делить на две группы - функциональные и обеспечивающие подсистемы. Функциональные подсистемы выделяются в соответствии с управленческими функциями, осуществляемыми на предприятии. В АСУ промышленным предприятием входят следующие подсистемы: управление технической подготовкой производства, основным производством, вспомогательным производством, материально-техническим снабжением, технико-экономическим планированием производства, бухгалтерским учетом, сбытом, кадрами, качеством выпускаемой продукции и услуг, финансами.

Обеспечивающие подсистемы предназначены для обеспечения решения комплекса задач функциональных подсистем. В состав обеспечивающих входят подсистемы технического, информационного, математического, программного и организационного обеспечения. Подсистема технического обеспечения представляет собой комплекс технических средств, в который входят средства вычислительной техники, оборудование для организации локальных сетей и подключения к глобальным сетям, устройства регистрации, накопления и отображения информации.

Подсистема информационного обеспечения включает в свой состав внешнее информационное обеспечение в виде входных и выходных документов (в том числе и в электронном виде), используемых при решении функциональных задач, и внутреннее, ориентированное на организацию базы данных предприятия.

Подсистема математического обеспечения включает математические методы, модели, алгоритмы, используемые при решении задач управления.

Подсистема программного обеспечения включает системное программное обеспечение, прикладные программы для решения задач управления, а также другие программы, используемые на предприятии.

Организационное обеспечение состоит из набора правил, инструкции, положении и других документов, регламентирующих функционирование АСУП.

Проектирование, внедрение и эксплуатация АСУП на предприятии ведутся с помощью инструментальных программных средств. Современные инструментальные программные средства являются сложными многофункциональными системами. Они содержат в своем составе пакеты прикладных программ для решения задач управления, средства комплексирования задач в требуемые конфигурации, средства сопряжения АСУП с другими системами, например с САПР, и многое другое. Такие системы можно назвать базовыми. Следует подчеркнуть, что базовая система является средством создания АСУП, но не является законченной АСУП или ее фрагментом. Она позволяет в конечном итоге создавать для предприятия гибкую модифицируемую АСУП, в которой сочетаются типовые подходы к решению задач управления и специфические особенности предприятия.

Базовые системы обычно ориентированы на определенный класс предприятии. Структуры и составы базовых систем отличаются друг от друга и от требуемой функциональной структуры АСУП на предприятии. Эти отличия накладывают серьезный отпечаток на выбор базовой системы и процесс проектирования АСУП. Современный этап автоматизации технологических процессов характеризуется использованием цифровой управляющей техники: микро-ЭВМ - для управления отдельными участками и агрегатами, в том числе промышленными манипуляторами, мини-ЭВМ - для управления технологическим комплексом. Головные образцы АСУ ТП с использованием цифровой управляющей техники созданы на базовых объектах в производстве сахара-песка, сахара-рафинада, растительного масла, маргарина, спирта и других пищевых продуктов. Целевой комплексной программой работ по автоматизации производства и управления в пищевой промышленности определена необходимость широкого тиражирования АСУ ТП. Выполнение этой программы возможно при переходе от индивидуальной разработки каждой системы к индустриальным методам проектирования на основе унифицированных и типизированных элементов.

Вопросы унификации аппаратурной основы АСУ ТП решаются при проектировании компоновкой вычислительных комплексов из набора агрегатных модулей АСВТ-М и СМЭВМ. С целью снижения затрат на компоновку модулей освоены и выпускаются промышленностью фиксированные наборы агрегатных модулей, объединенные в типовые конструктивы (стойки), а также типовые комплексы. Базовые технологические объекты управления (ТОУ) являются наиболее представительными в своих подотраслях, что дает возможность тиражировать АСУ ТП и использовать их опыт внедрения и эксплуатации на многих предприятиях. Разработка головных АСУ ТП в различных подотраслях пищевой промышленности осуществляется на единых методологических и организационных принципах.

АСУ ТП построены по иерархическому принципу, большинство из них содержит два уровня управления:

1 - местные пункты, в которых сосредоточены локальные системы контроля и управления отдельными участками и отделениями, оборудованные устройствами связи с оперативным персоналом АСУ ТП;

2 - центральный пункт управления, осуществляющий контроль и управление ТОУ в целом.

Централизация контроля и управления обеспечила возможность оперативно влиять на технологический процесс, своевременно предотвращать и ликвидировать аварийные ситуации, уменьшить потери сырья, сократить численность обслуживающего персонала.

В АСУ ТП реализованы следующие функции: контроль технологического процесса и состояния оборудования, дистанционное управление оборудованием и запорно-регулирующей арматурой, программное и логическое управление, автоматическое регулирование параметров (в том числе непосредственно от вычислительной машины), защита и блокировка оборудования и технологического процесса, сигнализация о нарушениях технологических режимов, централизованный сбор технологической и оперативно-производственной информации, автоматический контроль, индикация и регистрация информации в цифровой и аналоговой форме, индикация информации по инициативе оперативного персонала, расчет технико-экономических показателей по отдельным участкам технологического процесса и производству в целом, расчет оптимальных режимов ведения технологических процессов, формирование и выдача советов оперативному персоналу, формирование отчетных документов по участкам и ТОУ в целом ежечасно, ежесуточно, ежедекадно и ежемесячно.

Рассмотрим структурную схему функциональных подсистем головного образца АСУ ТП сахарорафинадного производства. Из схемы видны основные особенности данной части АСУ ТП, в том числе:

наличие в системе обратной связи от управляемых и контролируемых технологических процессов к управляющему вычислительному комплексу (УВК), в состав которого входят управляющая ЭВМ, мнемощит, пульт управления, расположенные в вычислительном центре (ВЦ) и центральном диспетчерском пункте (ЦДП) завода;

наличие в системе задач оперативного (в темпе реального времени производства) управления, осуществляемого диспетчером, операторами технологических участков и локальными регуляторами, и перспективного (с учетом использования статистических данных об отклонениях от регламента режимных параметров работы оборудования и экономических показателей производства) управления, осуществляемого главным инженером, главным технологом и главным экономистом завода в порядке устранения «узких мест» производства и повышения его эффективности;

использование модулей ввода и вывода информации управляющей ЭВМ для управления мнемощитом;

передача выработанных УВК регулирующих воздействий непосредственно из ЦДП в виде изменения заданий регуляторам и операторам технологических участков по соответствующим каналам связи;

наличие в составе системы аналоговой, числоимпульсной и дискретной информации, поступающей от автоматических датчиков, а также дискретной информации, вводимой из техно-химлаборатории по результатам лабораторных анализов качества сырья, полупродуктов и готовой продукции.

По такому же принципу построены структурные схемы головных образцов АСУ ТП свеклосахарного, маслоэкстракционного, маргаринового, спиртового и других пищевых производств. В ряде случаев, например в АСУ ТП свеклосахарного производства, применяют трехуровневые иерархические структуры, при этом средняя ступень включает системы локальной оптимизации (для диффузии, варки утфелей), реализованные с помощью специально используемых ЭВМ. В создаваемых АСУ ТП все шире используются функции, указанные в укрупненном перечне, приведенном в табл. 19-1. В качестве критерия управления производствами в целом принят обобщенный экономический показатель - прибыль предприятия от реализации товарной продукции. Цель управления - увеличение прибыли - достигается снижением себестоимости продукции, повышением ее качества и ростом производительности предприятия при соблюдении плановых ограничений.

2. Описание технологического процесса

Управление любым технологическим процессом или объектом в форме ручного или автоматического воздействия возможно лишь при наличии измерительной информации об отдельных параметрах, характеризующих процесс или состояние объекта. Параметры эти весьма своеобразны. К ним относятся электрические (сила тока, напряжение, сопротивление, мощность и другие), механические (сила, момент силы, скорость) и технологические (температура, давление, расход, уровень и другие) параметры, а также параметры, характеризующие свойства и состав веществ (плотность, вязкость, электрическая проводимость, оптические характеристики, количество вещества и т.д.). Измерения параметров осуществляется с помощью самых разнообразных технических средств, обладающих нормированными метрологическими свойствами. Технологические измерения и измерительные приборы используются при управлении (ручном или автоматическом) многими технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

Средства измерений играют важную роль при построении современных автоматических систем регулирования отдельных технологических параметров и процессов (АСР) и особо автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), которые требуют представления большого количества необходимой измерительной информации в форме, удобной для сбора, дальнейшего преобразования, обработки и представления ее, а в ряде случаев для дистанционной передачие в выше ниже стоящие уровни иерархической структуры управления различными производствами. В основе измерений параметров и физических величин лежат различные физические явления и закономерности. Измерительные схемы с использованием современных достижений микроэлектронной техники: микропроцессорных схем, твердых или полупроводниковых электрохимических элементов и другие.

3. Описание схемы автоматизации

Роспускное отделение.

Роспускное отделение предназначено для получения сиропа с содержанием сухих веществ 65-67% при температуре 82-85°С и равномерной его подаче в последующие отделения, а обработку. Согласно системе управления роспускного отделения сахарный песок из бункера II ленточным транспортером I подается в клеровочные котлы III, которые представляют собой цилиндрические вертикальные емкости диаметром 2,5 м с лопастной мешалкой и открытым паровым обогревом. Для получения сиропа в котлы подают горячую воду, промой роспускного отделения, побочные продукты отделений фильтрования и вакуум-выпарногоотделения.

Схема управления обеспечивает регулирование расхода сахара-песка, подаваемого в отделение, температуры в клеровочных котлах, плотности сиропа, уровня в клеровочных котлах, контроль расходов проемов, подаваемых на роспуск сахара-песка, сигнализацию предельных значений уровня в бункере сахара-песка. Система управления роспускным отделением может быть реализована с помощью АСУТП (супервизорным режим по модулю В). АСУТП роспускного отделения представляет собой РСУ малого масштаба, включающую подсистемы сбора и отображения информации, автоматического регулирования, дискретно-логического управления, противоаварийных защит и блокировок.

Объект управления включает: транспортер 1, бункер сахарного песка 2, клеровочные котлы 3, сборник промоев 4, сборник сиропа 5. Основные компоненты системы: контролеры Р-130 с интеллектуальным шлюзом со 100% -м резервированием; АРМы оператора-технолога, начальника отделения и лаборатории на базе ЭВМ (Pentium I промышленного исполнения) и 20 мониторов с повышенной защитой от электромагнитных воздействий; сетевые средства- 10Мбит со 100% резервированием; станцию архивирования в комплекте со сменными магнитными дисководами (640Мбайт); сервер БД; принтеры; пакеты программ « КРУГ-2000»; конструктивы-19 шкаф (RITTFL).

Информационная мощность АСУТП: общее число входных и выходных сигналов 11/11, т.е. 22. Из них контролируемых аналоговых (расход, плотность, уровень и температура) - 9; контролируемых дискретных (с учетом запорной арматуры) - 9; дискретных управляющих - 1;контуров регулирования - 3; запорной арматуры - 3; противоаварийной защит и блокировок (100% резервирование) - 13, из них аналоговых параметров - 9, входной диск - 1, выходных дискретных - 3. Система управления реализована с « горячим» резервированием в трех комплектах.

Динамика работы АСУТП.

Максимальный период опроса датчиков на контроллере: дискретный вход- 100мкс, аналоговый вход - 1 мс; максимальное время реакции на аварийные сигналы: при обработке в цепях аварийной защиты на уровне контроллера-20-80мс, при передаче на пульты оператора - 200 мс; цикл смены данных на пульте операторов при 200 динамических элементов в кадре- 0,15-1,0 с; цикл смены кадров- 0,2-1,5 с; минимальное время реакции на команду оператора-0,2 с; время полного перезапуска системы после отключения питания-30 с, конроллеров после отключения питания-20 с.

Время наработки на отказ контроллеров Р-130 составляет32-1024 входов/выходов. Использовано: аналоговых входов/выходов-9/9; дискретных входов/выходов-2/2. Расход сахара-песка в роспускном отделении регулируют с коррекцией по уровню сиропа в сборнике V перед фильтрами. Сигнал, пропорциональный текущему значению расхода сахара-песка, поступает с датчика тензовесов (I-I), установленного на ленточном транспортере I, далее на АЦП (ADAM-4012). На пульте ПТК размещены базовая ЭВМ с телемонитором и АЦПУ (1-3), логико - программный контроллер Р-130(1-4), сигнал задания которому формирует устройство алгебраического суммирования(1-2). На это устройство поступает корректирующий сигнал из САР уровня в сборнике V перед фильтрами. Выходной сигнал контроллера посредством пульта управления (1-5) и ЦАП ( ADAV-4021) воздействует на шибер (1-6), установленный под производственным бункером 11. Системой управления предусмотрена блокировка - отсечка подачи сахара-песка при следующих отклонениях от нормального хода процесса: остановке транспортера, повышении уровня в клеровочных котлах, снижение уровня в сборнике промоев IV с помощью ПТК и АРМ технолога.

Стабилизация температуры в клеровочных котлах осуществляется изменением подачи пара в барботеры котлов. В качестве регулирующих устройств применяют логико - программный контроллер Р-130(2-1) и (6-1). Стабилизация плотности сиропа обеспечивается изменением подачи сиропа в клеровочные котлы промоев. В САР входят изотопный плотномер (3-1) и АЦП (ADAM-4012), телемонитор и АЦПУ (3-2), регулирующий контроллер Р-130 (3-3) с выходом посредством ЦАП (ADAM-4031) и панели (3-4) на регулирующий клапан (3-5), установленный на трубопроводе подачи промоев к клеровочным котлам.

Уровень в клеровочных котлах регулируют изменением откачки сиропа на дальнейшую обработку. Уровень изменяется пьезометрическим методом. Сигнал от датчика (5-1) поступает на нормирующий преобразователь и АЦП, (ADAM-4012) (5-2) и далее - на ПТК, где отображается на телемониторе, регулируется на АЦПУ (5-3) и поступает на логико - программный контроллер Р-130. Управляющий сигнал поступает на ЦАП (ADAM-4012) и подается на регулирующий клапан (5-5) , установленный на трубопроводе откачки сиропа клеровки. В первом клеровочном котле, снабженном переливочным устройством, предусмотрен контроль уровня пьезометрическим методом с помощью датчика (4-1), нормирующего преобразователя и АЦП (ADAM-4012) (4-2) с выходом на телемонитор (4-3) или АЦПУ панели ПТК. Сигнализация предельных уровней в бункере II осуществляется с помощью емкостного уровнемера, датчиков (8-1) и (8-2), АЦП (ADAM-4012) с выходом на сигнализацию на пульт ПТК и АРМ технолога. Расход промоев регулируется индукционным расходомером (7-1) с выходом на нормирующий преобразователь(7-2), АЦП (ADAM-4012) и далее на телемонитор и АЦПУ(7-3) пульта ПТК и АРМ технолога. Температурные режимы в клеровочных котлах измеряются комплектом терморезисторных датчиков ТСМ и АЦП (ADAM-4012) или с помощью модулей ADAM-4013 (9-1) и (9-2) с выходом на пульт ПТК и АРМ технолога для отображения на мониторе и регистрации на АЦПУ(9-3).

Отделение очистки сиропа.

Приготовление в клеровочном котлах сироп содержит сравнительно много примесей, которые необходимо отделить, не допуская их попадания в технологический поток.

В технологической схеме отделения очистки сироп, прошедший механическую очистку, центробежным насосом перекачивается в сборник I, который размещен на высоте 26 м для создания гидростатического давления и обеспечения определенной скорости первой стадии фильтрации на гравиевых фильтрах II. Вторая стадия фильтрации осуществляется на патронном фильтре V и предназначена для отделения от сиропа мелких примесей. На патронные фильтры сироп поступает самотеком из сборника IV, находящегося на высоте 22м. Для согласования производительности гравиевых и патронных фильтров между ними предусмотрен дополнительный сборник сиропа III. Система управления очистки сиропа реализуют с помощью АСУТП, действующей в супервизорном режиме по модулю В. АСУТП отделения очистки сиропа представляют собой РСУ малого масштаба, включающую подсистемы сбора и отражения информации, автоматического регулирования, дискретно-логического управления, противоаварийных защит и блокировок. Объект управления включает: Сборник сиропа 1, гравиевые фильтры 2, сборник сиропа 4, патронный фильтр 5, сборник сиропа 6. Основные компоненты системы: контроллеры ТК -301 со 100%-м резервированием; АРМы оператора - технолога, начальника отделения и лаборатории на базе ЭВМ (Pentium I промышленного исполнения) и 20 монитором с повышенной защитой от электромагнитных воздействий; сетевые средства - 10 Мбит, Ethernet-технологии со скидкой со 100% -м резервированием; станцию архивирования в комплекте со сменными магнитооптическими дисководами (640 Мбайт); сервер БД, принтеры: пакеты программ « КРУГ-2000»; конструктивы - 19 шкаф (RITTAL).

Информационная мощность АСУПТ: общее число входных и выходных сигналов - 13/13, т.е. 26. Из них контролируемых аналоговых (расход и уровень) - 8; контролируемых дискретных (с учетом запорной арматуры) - 8; дискретных управляющих -3; контуров регулирования -5; запорной арматуры - 5;противоаварийных защит и блокировок (100% -е резервирование) - 18, из них: аналоговых параметров - 8, входных дискретных - 3, выходных дискретных - 7. Система управления реализована с «горячим» резервированием в трех комплексах.

Динамика работы АСУТП.

Максимальный период опроса датчиков наконтроллере: дискретный вход- 100мкс, аналоговый вход - 1 мс; максимальное время реакции на аварийные сигналы: при обработке в цепях аварийной защиты на уровне контроллера-20-80мс, при передаче на пульты оператора - 200 мс; цикл смены данных на пульте операторов при 200 динамических элементов в кадре - 0,15-1,0 с; цикл смены кадров - 0,2-1,5 с; минимальное время реакции на команду оператора-0,2 с; время полного перезапуска системы после отключения питания-30 с, конроллеров после отключения питания-20 с. Время наработки на отказ контроллера-50 000ч (в дублированном исполнении-100 000 ч). Время наработки на отказ контроллеров ТК-301 составляет 20-20000 входов/выходов. Использовано: аналоговых входов/выходов-8/8; дискретных входов /выходов - 3/7.

Система управления отделением очистки сиропа обеспечивает: контроль расхода сиропа, подаваемого на станцию очистки; стабилизацию уровня во всех емкостях технологического потока; регулирование расхода сиропа на патронных фильтрах. Контроль расхода сиропа, подаваемого в отделение фильтрования, осуществляется индукционным расходомером (1-1) с выходом на нормирующий преобразователь (1-2) и АЦП (ADAM-4012), сигнал которого поступает на ПТК и АРМ технолога для отображения на телемониторе и регистрации на АЦПУ (1-3). Контроль уровня во всех емкостях отделения осуществляется пьезометрическим методом. Комплекс средств управления аналогичен описанному и входящему в САР уровня в клеровочных котлах (поз. 5). Управляющее воздействие с контроллера ТК-301 уровня в сборнике сиропа перед гравиевыми фильтрами (2-4) используется в качестве корректирующего сигнала для системы регулирования подачи сахара-песка в роспускном отделение.

Управляющее воздействие с контроллера ТК-301 уровня в сборнике перед патронным фильтром (3-4) поступает на ЦАП (ADAM-4012) и клапаны, установленные на трубопроводе подачи сиропа на гравиевый фильтр II (один клапан - перед фильтром и один - после него). Уровни в сборниках после фильтров регулируются техническими средствами (4 и 5). Воздействия с контроллеров подаются на клапаны, установленные на трубопроводах откачки сиропа.

4. Автоматическая система регулирования расхода сиропа на патронные фильтры

Расход сиропа, подаваемого на патронный фильтр V, регулируется изменением положения заслонки на трубопроводе подачи сиропа. Метод и средства контроля расхода аналогичны комплекту (1), в САР использован пульт управления ПТК и АРМ технолога (6-3). Сигнал задания контроллеру формируется задатчиком алгебраического суммирования (6-6) и клавиатурой, на которое в качестве корректирующего воздействия подается сигнал из САР уровня в сборнике VI перед ионитными реактивами.

При нормальном значении уровня в сборнике выходной сигнал алгебраического суммирования (6-6) не изменяется, а при повышении уровня изменяется на величину коррекции. Откорректированное задание поступает на контроллер с пульта управления ПТК и АРМ технолога (6-3). Такое построение контура регулирования позволяет реализовать его работу как в автоматическом режиме, так и в режиме дистанционного управления. Для обеспечения постоянного прохождения сиропа через патронные фильтры, что является непременным условием их работы, предусмотрен аварийный режим работы фильтров на рециркулирующем сиропе. Включение этого режима (срабатывание клапанов рециркуляции) происходит при снижении уровня в сборнике сиропа перед патронными фильтрами с использованием логико - программного контроллера ТК-301 (7-1) с выходом на ЦАП (ADAM-4021) и клапан (7-2).

Заключение

АСУТП предназначена для автоматического сбора информации о ходе технологического процесса, обработки ее, выработки управляющих воздействий для его корректировки и диалога с оператором-технологом в случае значительных нарушений технологических режимов, подготовки отчетных документов. Составной частью АСУТП является ИИС. В настоящее время АСУТП широко применяются в промышленности, особенно там, где выполняются сложные технологические процессы с большим количеством контролируемых параметров и управляющих воздействий, с целью разгрузки оператора от рутинной работы и сосредоточения его внимания на тех случаях, когда требуется его вмешательство.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами отличаются от систем автоматического управления (регулирования) более широким диапазоном автоматизируемых функций управления. АСУТП выполняют следующие основные функции: централизованного контроля, определяют оптимальный технологический режим, удовлетворяющий выбранному критерию; формируют и реализуют управляющие воздействия, обеспечивающие ведение оптимального режима; корректируют математическую модель объекта при изменениях на объекте; рассчитывают и регистрируют текущие и обобщенные технологические и экономические показатели; оперативно распределяют материальные потоки и энергию между технологическими агрегатами и участками; оперативно распределяют вспомогательные механизмы и ремонтные средства; оперативно корректируют суточные и сменные плановые задания по выпуску продукции.

Перечисленные функции могут быть реализованы, как правило, при использовании ЭВМ. Поэтому наличие ЭВМ в контуре управления процессом считается одной из отличительных черт АСУТП. В зависимости от способа включения ЭВМ в контур управления можно выделить пять разных типов структур АСУТП, различающихся характером функций управления.

1. ЭВМ в режиме сбора информации. Параметры технологических процессов, измеренные датчиками, преобразуются в цифровую форму средствами сопряжения и вводятся в ЭВМ. После обработки в ЭВМ оперативная информация о ходе процесса поступает на средства отображения технологических параметров; статистическая информация, предназначенная для регистрации, а также вычисленные экономические и технологические показатели печатаются в виде документа. Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и систем централизованного контроля, и являются более высокой ступенью их организации. Такие системы используются при управлении технологическими и производственными процессами в тех случаях, когда существуют причины, по которым определение технологического режима и формирование управляющих воздействий должны выполнять люди.

2. ЭВМ в режиме советчика. В таких системах кроме сбора и обработки информации выполняются следующие функции: определение рационального технологического режима по отдельным технологическим параметрам или всему процессу в целом; определение управляющих воздействий по всем или отдельным управляемым переменным процесса; определение значений уставок локальных регуляторов. В системах-советчиках данные о технологическом режиме и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору, который может принять или отвергнуть их. Решение оператора основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыте управления им. В одних случаях вычисления управляющих воздействий производятся всякий раз, когда фиксируется отклонение параметров процесса от заданного технологического режима. Процесс вычисления инициируется программой-диспетчером, которая содержит подпрограмму анализа состояния процесса. В других случаях вычисления инициируются оператором в форме запроса. Системы-советчики применяются в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами, что связано с неопределенностью в математическом описании управляемого процесса. Неопределенность может выражаться в следующем:

- математическая модель недостаточно полно описывает процесс, т.к. связывает лишь часть управляющих и управляемых переменных процесса;

- математическая модель адекватна процессу лишь в узком интервале изменения технологических параметров;

- математическая модель процесса слишком сложна для реализации в составе АСУТП;

- расчеты по математической модели не могут быть выполнены в реальном времени;

- критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

Неопределенность описаний может быть вынужденной, отражающей плохую изученность сложного процесса, так и преднамеренной, вызванной тем, что реализация полной и адекватной модели требует применения крупной дорогостоящей ЭВМ, что в данном случае экономически не оправдывается.

3. ЭВМ в режиме супервизорного управления. АСУТП, функционирующая в режиме супервизорного управления, представляет собой двухуровневую иерархическую систему. Нижний уровень, непосредственно связанный с процессом, образуют локальные регуляторы отдельных технологических параметров. На верхнем уровне управления установлена ЭВМ, основной функцией которой является определение оптимального технологического режима и вычисление на его основе значений уставок локальных регуляторов.

Входной информацией для вычисления уставок являются значения некоторых управляемых параметров, измеряемые датчиками регуляторов и контролируемые параметры состояния процесса, измеряемые датчиками. Оператор с пульта управления имеет возможность вводить дополнительную информацию, в частности, изменять ограничения на управляемые и управляющие переменные, уточнять критерий управления в зависимости от внешних факторов. Возможны два варианта реализации супервизорного управления: с математической моделью и без нее. Если имеются достаточно адекватная и простая модель процесса и критерий управления (целевая функция), то вычисление уставок регуляторов может быть организовано как решение задачи оптимального управления. В тех случаях, когда из-за сложности процесса не ставится задача оптимального управления, управление можно организовать как процесс экспериментального поиска экстремума целевой функции управления, когда оптимальный технологический режим ищется методом проб и ошибок. Супервизорный режим позволяет осуществлять автоматическое управление процессом. Роль оператора сводится к наблюдению за процессом и, в случае необходимости, к корректировке цели управления и ограничений на переменные.

4. ЭВМ в режиме непосредственного цифрового управления. В отличие от супервизорного управления при непосредственном цифровом управлении управляющие воздействия рассчитываются ЭВМ и передаются непосредственно на исполнительные органы. Режим непосредственного цифрового управления позволяет исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой. Как в случае с супервизорным управлением, задача оператора заключается в наблюдении за процессом и его корректировках в случае необходимости.

5. Иерархические системы управления. Если одноуровневая структура АСУТП не обеспечивает требуемого режима функционирования сложного технологического объекта, то систему управления можно построить как многоуровневую - в виде отдельных подсистем, между которыми установлены отношения соподчинения. Каждая подсистема имеет ЭВМ, работающую в одном из описанных выше режимов. Функции управления могут быть распределены между уровнями, например, следующим образом. Нижний (первый) уровень управления непосредственно управляет технологическими операциями. Второй уровень выполняет функции расчета и оперативной корректировки режимов технологических операций. Третий уровень управления представляет собой центральную управляющую подсистему, решающую задачи расчета и оперативной корректировки технологического режима всего процесса в целом.

Используемая литература

сахар тростник свекла

1. Благовещенская М.М. '"Автоматика и автоматизация пищевых производсгв" - ВО Агропроиздат 1991 - 239 с.

2. Соколов В.А. "Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности". Агропромиздат, 1991 -445 с.

3. Петров И.К. «Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности». Агропромиздат ,1936-376 с.

4. Черенков В.В. "Промышленные приборы и средства автоматизации'. Справочное пособие Л. Машиностроение, 1987 - 684 с.

5. Петров И.К. и др. "Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности".- М Легкая и пищевая промышленность. 1981. - 414 с.

6. ГОСТ 21 404-85. Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах.

7. ГОСТ 2701-68. ЕСКД. Схемы Виды и типы. Общие требования к выполнению.

8. ГОСТ 2749-68. Обозначения условные графические в схемах.

Размещено на Allbest.ru