книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

задач АСУТП, а на центральном посту размещается УВМ для решения задач АСУП, и система представляет собой единое целое.

Варианты I и II реализуются в одной ступени управления, III и IV являются примерами двух и более уровней системы управления.

Пока в работе с УВМ накоплен еще недостаточный опыт, чтобы с уверенностью можно было бы рекомендовать ту или иную структуру построения системы. Можно лишь сказать, что выбор структуры АСУ и технических средств для ее воплощения

I

УВМ

связан, с одной стороны, с числом и емкостью планируемых для этой АСУ подсистем управления и, с другой, — с наличием нуж­ ных типов вычислительных средств к моменту построения си­ стемы. В большинстве случаев структура системы будет также определяться организационной структурой производства.

Структура-системы должна обеспечивать:

а) реализацию всех планируемых подсистем управления; б) возможность наращивания системы как в смысле функ­

циональном, так и аппаратурном, с развитием ее в последую­ щие годы по мере усовершенствования существующих и разра­ ботки новых подсистем управления;

в) контроль аппаратуры с целью обеспечения удовлетвори­ тельной надежности системы и резервирование как программ, так и аппаратуры;

190

г) экономической эффект с учетом наименьших затрат на реализацию системы.

При выборе структуры управления необходимо учитывать роль человека-оператора и его функции в системе. Пока еще очень редки системы, в которых человек не принимает непо­ средственного участия. Такие системы называют системами ав­ томатического управления (САУ). В САУ сбор информации о характере протекания технологического процесса, перера­ ботка этой информации и воздействие ее на процесс осуще­ ствляются техническими средствами автоматики без участия оператора, роль которого сводится лишь к наблюдению за ис­ правностью как технологического оборудования, так и самой системы управления. В некоторых САУ (например, на гидро­ станциях средней мощности) оператор вообще отсутствует.

В работе же автоматизированных систем управления (АСУ) оператор участвует непосредственно. Учитывая сегодняшнее со­ стояние оборудования в промышленности строительных мате­ риалов и состояние технических средств (от датчиков до УВМ), человек-оператор принципиально необходим для обеспечения нормального функционирования систем управления. Поэтому первые годы после внедрения систем уйдут на их развитие и совершенствование, на повышение эффективности работы объ­ екта, а не на исключение оператора из структуры управления.

Если АСУ выполнена в виде одной ступени управления, то функции оператора системы принимает на себя машинист того технологического агрегата или группы агрегатов, которыми ои управлял до момента внедрения системы. Например, машинист сырьевых и цементных мельниц, вращающихся печей стано­ вится оператором АСУТП, если система внедряется в цехе, где он работает. С помощью системы машинист-оператор контроли­ рует состояние параметров технологического процесса, обна­ руживая нарушения и неисправности в ходе производства. Си­ стема избавляет его от необходимости непрерывного слежения за ходом процесса. Оператор по мере необходимости меняет за­ данные им уставки, а при обнаружении неисправности системы принимает управление регулирующими органами на себя.

Если АСУ выполнена в виде двухступенчатой системы, то на первой ступени управления функции оператора совмещает машинист объекта, а на второй, высшей ступени (па централь­ ном посту управления) находится оператор-диспетчер всего производства. Он корректирует работу операторов первой сту­ пени, задавая им необходимые нагрузки и режимы работы от­ дельных агрегатов и группы агрегатов, изменяет планы произ­ водства, номенклатуру выпускаемой продукции и т. п., т. е. осуществляет управление ходом всего технологического про­ цесса производства. Ему не требуется контроль состояния ра­ боты каждого технологического агрегата, он управляет процес­ сом по обобщенным технико-экономическим характеристикам.

19!

Поскольку в двухступенчатой системе управления имеет место АСУП, то диспетчер центрального поста управления полностью контролирует работу всех подсистем АСУП. Таким образом, оператор-диспетчер крупного завода или комбината, помимо общего контроля за ходом технологического процесса, осуще­ ствляет функции административно-хозяйственного управления, производит учет и анализ деятельности предприятия, координи­ рует работу входящих в его состав производств.

4. Компоновка технических средств для построения АСУ

К техническим средствам для построения АСУТП относятся датчики, преобразователи, регулирующие приборы, вторичные приборы, исполнительные механизмы, средства вычислительной техники. Рассмотрим типовые варианты построения АСУТП. Различают системы, в которых управляющие воздействия от УВМ влияют на задатчики локальных систем регулирования, и системы непосредственного прямого цифрового управления..

На рис. 114 представлен первый, наиболее насыщенный с точки зрения аппаратурного воплощения вариант системы. Если из схемы исключить УВМ и соответственно ее связи с ап­ паратурой, то мы получим обычную локальную систему авто­ матического регулирования каким-либо процессом или агрега­ том, будь то мельница, печь или сушильный барабан. Число датчиков контроля Д, регулирующих приборов Р, исполнитель­ ных механизмов ИМ и соответствующих им регулирующих ор­ ганов РО, а также связи между ними определяются в процессе экспериментальных работ для каждой конкретной системы.

Сигналы датчиков, преобразованные в унифицированные сиг­ налы нормирующими преобразователями НП, поданы на ре­ гулирующие приборы Р, показывающие приборы ПП, автома­ тический потенциометр АП и на вход УВМ, к которой подклю­ чены также сигналы датчиков положения исполнительных механизмов.

В соответствии с принятым алгоритмом управления УВМ воздействует на задатчики регулирующих приборов. Такая схема позволяет в процессе управления изменять настройку ло­ кальных регуляторов и обеспечивает работоспособность систе­ мы при выходе из строя УВМ.

На рис. 115 представлен вариант схемы, в котором регуля­ торы локальных систем отсутствуют и выходные устройства УВМ воздействуют непосредственно на исполнительные меха­ низмы, осуществляя режим прямого цифрового управления. В схеме сохранен контроль параметров с помощью показываю­ щих и записывающих приборов, что позволяет оператору в слу­ чае неисправности УВМ вести процесс в режиме дистанцион­ ного управления. Такое построение схемы целесообразно лишь

102

Рис.- 115. Блок-схема уп­ равления АСУТП с ис­ пользованием нормиру­ ющих преобразователей и с воздействием непо­ средственно на исполни­

тельные механизмы

6)

193

при достаточно надежной работе УВМ. Со временем, когда на­ дежность средств вычислительной техники будет очень высока, а сигналы датчиков унифицированы, структурная схема АСУТП будет иметь вид, изображенный на рис. 116.

Структура самой УВМ зависит от емкости и числа подси­ стем АСУТП, а также от выбранного типа машины. Для АСУТП используются такие УВМ, как «Днепр-1», УМ-1-НХ, УМ-1,

М-1010, М-6000.

Построение АСУП осуществляется на базе вычислительной машины. Исходная информация в систему обычно вводится с помощью ручных пультов ввода, установленных в различных подразделениях заводоуправления (в плановом отделе, отделе главного механика, бухгалтерии и др.), на складах, в лабора­ ториях. Исходные данные записываются в память УВМ и обра­ батываются с целью получения сводных документов о работе подразделений завода. По требованиям различных отделов за­ водоуправления любые исходные и сводные документы авто­ матически выбираются из памяти УВМ, оформляются по необ­ ходимой форме и выдаются напечатанными па соответствую­ щих бланках.

Следует отметить, что малые УВМ (типа УМ-1-НХ, УМ-1, «Днепр-1» и др.) не приспособлены для решения на них всего объема планово-экономических задач, так как для этого тре­ буется большая точность (разрядность), наличие быстрой пе­ чати, накопителя на магнитной ленте, большой объем памяти, ввод с перфокарт.

Наиболее целесообразно для решения задач в АСУП на «верхнем» уровне использовать такие мощные УВМ, как М-2000, М-3000, либо ЭЦВМ типа «Минск-22», «Минск-32».

Проектирование и последующее внедрение АСУТП на дей­ ствующих заводах обладает рядом особенностей. Дело в том, что в условиях непрерывной работы технологического обору­ дования и локальных систем автоматического контроля и регу­ лирования демонтаж контрольно-измерительных приборов этих систем с целью замены их на новые, более современные чрез­ вычайно затруднителен, а чаще всего просто невозможен, по­

налы датчиков на входы УВМ и непосредственно к выходу УВМ подключать исполнительную аппаратуру.

Поясним это на примере. На действующем заводе схема ре­ гулирования какого-либо параметра построена обычно по прин­ ципу, изображенному на рис. 117, а. Схемы, конечно, могут быть самыми разнообразными. Здесь для простоты показана только одна цепь управления. Это, так называемая, последова­ тельная схема соединения датчика Д, вторичного прибора ВП, регулирующего прибора Р и исполнительного механизма ИМ. Причем чаще всего датчик и вторичный прибор комплектуются

194

как единое целое. В этих условиях включить в эту схему УВМ без замены аппаратуры на новую с унифицированными сигна­ лами не представляется возможным. С другой стороны, полная замена аппаратуры на новую, необходимую для создания АСУТП, в условиях действующего предприятия, когда требу­ ются непрерывный контроль за состоянием технологических па­ раметров и управление регулирующими органами, тоже невоз­ можна.

Есть ли выход из этого? Как в условиях действующего за­ вода на работающих агрегатах смонтировать и запустить, artпаратурную часть АСУТП? Выход, оказывается, есть и до­ вольно простой. Он заключается в том, что, не меняя существу­ ющую па производстве схему локальных систем, параллельно производят оснащение аппаратурой АСУТП, то есть парал­ лельно работающим датчикам, и не мешая им, устанавливают новые с унифицированным выходом или с нормирующими пре­ образователями. Сигналы этих датчиков подаются на вход УВМ. Выход УВМ подключается непосредственно на сущест­ вующие исполнительные механизмы так, как это показано на рис. 117, б. Для простоты на рисунке показан один контур обычно многоконтурной и сложной по своим структурным свя­ зям системы.

Особенностью такой схемы является наличие ключа К у опе­ ратора. Когда процесс управления ведется со стороны УВМ, ключ К находится в положении «УВМ». Если УВМ находится на ремонте или произошла неисправность системы управления со стороны УВМ, ключ К оператором переводится в положение «А» (автоматика) и управление процессом осуществляется ло­ кальной системой. Если и она окажется неисправной, ключ переводится в положение «Д» (дистанционное) и управление ис­ полнительным механизмом осуществляется оператором дистан­ ционно. Таким образом, оператор сам выбирает нужный режим в зависимости от состояния той или иной системы.

Не следует думать, что датчики всегда устанавливаются только параллельно уже существующим датчикам. Это могут быть и новые датчики, устанавливаемые в других, ранее не су­ ществовавших технологических точках контроля. Все зависит от предшествовавших проектированию экспериментов и иссле­

Контроль параметров с помощью замененных датчиков осуще­ ствляется па новых щитах, где располагаются также и все остальные элементы АСУТП (ключи, преобразователи, вторич­ ные приборы и т. п.).

Осуществленная по такой схеме система работает в режиме прямого цифрового управления. Для этого надежность выбран­ ного типа УВМ должна быть высокой. Если со времени внедре­ ния схема АСУТП покажет хорошие технико-экономические ре­

195

зультаты и ее надежностные характеристики будут достаточно высокими, отпадет необходимость в эксплуатации старых ло­ кальных систем II их можно будет демонтировать.

5.Пример АСУ

Вкачестве примера рассмотрим АСУ комбината «Новорос­ цемент». Система состоит из АСУТП двух линий с печами

5x185 м цементного завода «Пролетарий» н АСУП комбината

вцелом. В состав АСУТП входят подсистемы:

1)приготовления цемента заданной активности;

2) приготовления шлама заданного химического состава;

3)управления вращающимися печами;

4)управления холодильниками;

5)управления цементными мельницами.

Функциональные задачи, решаемые в АСУП, обеспечива­ ются подсистемами:

1)приготовления цемента заданной активности;

2)оптимального планирования выпуска продукции;

3)управления материально-техническим снабжением;

4)оперативного планирования ремонтных работ;

5)определения фактической себестоимости цемента;

6)управления сбытом; І) бухгалтерского учета, включая расчет по труду и зар

плате, и др.

Некоторые из подсистем разработаны, большинство ' нахо­ дятся еще в стадии проведения научно-исследовательских работ, причем подсистемы АСУТП имеют специфику цементного про­ изводства, в то время как подсистемы АСУП имеют общепро­ мышленное значение.

Подсистема управления сырьевыми мельницами

Подсистема управления сырьевыми мельницами предназна­ чена для оптимизации процесса мокрого помола сырья с целью повышения производительности агрегатов и стабилизации вяз­ кости и тонкости помола шлама. На рис. 118 изображена блок-

схема системы.

Система осуществляет автоматический контроль параметров и прямое цифровое управление исполнительными механиз­ мами.

Контролируются следующие параметры:

196

ют заданные значения рас­ хода воды и расхода материала в мельницу. В случае неис­

правности регуляторов предусмотрено дистанционное управле­ ние исполнительными механизмами.

В соответствии с алгоритмом функциональная система управ­ ления процессом для каждой из 5 мельниц состоит из двух иден­ тичных контуров — управления расходом материала и управ­ ления расходом воды.

Алгоритм осуществляет автоматическую оптимизацию пара­ метров настройки, компенсируя непрерывно меняющиеся пара­ метры мельницы и свойства сырья. Возникающие в мельнице возмущения (изменения крупности, твердости, влажности, пла­

197

стичности и других свойств сырья) компенсируются частично каскадом управления, работающим по косвенным электроаку­ стическим сигналам. Окончательно возмущения компенсиру­ ются каскадом управления по отклонению вязкости и тонкости помола шлама от заданных значений. Учитывая тот факт, что состояние мельницы и качество сырья непрерывно меняются, система является самонастраивающейся.

Подсистема управления процессом приготовления сырьевой смеси в потоке (рис. 119)

Производительность вращающихся печей, срок службы футе­ ровки, качество клинкера, удельный расход топлива на обжиг во многом зависят от выбора состава сырьевой смеси. Требова­ ния к составу сырьевой смеси обычно выражаются в виде огра­ ничений, которые накладываются либо на значения модулей и

Рис. 119. Подсистема управления процессом приго­ товления сырьевой смеси в потоке в АСУТП

198

коэффициент насыщения сырьевой смеси, либо на расчетные значения клинкерных минералов.

Путем смешивания исходных компонентов в определенных весовых соотношениях составляют сырьевую смесь, химические характеристики которой удовлетворяют определенным техноло­ гическим требованиям. В то же время наличие технологических допусков на химические характеристики определяет некоторую область, в рамках которой решается задача приготовления оп­ тимальной сырьевой смеси. Подсистема управления процессом приготовления сырьевой смеси в потоке с помощью УВМ ре­ шает задачу оптимального приготовления сырьевой смеси. Она осуществляет автоматический контроль параметров, расчет на УВМ оптимального состава смеси и дистанционное управление.

В системе контролируются:

а) уровень шлама в четырех горизонтальных шламовых бас­

с помощью непрерывного бескристального рентгеновского ана­ лизатора шлама БРА;

Величины параметров выводятся на показывающие и записы­ вающие приборы, на щит оператора и в УВМ. Машина в соот­ ветствии с заданным алгоритмом управления производит необ­ ходимый расчет смеси н выдает его в виде совета оператору, который корректирует в потоке соотношение между компонен­ тами сырья, подаваемыми на вход сырьевых мельниц 1, а также управляет задвижками 3f — 34 на трубопроводах подачи шлама в горизонтальные шламбассейны 2.

Исходные данные и результат корректировки шлама фикси­ руются на пишущей машинке. ВІодсистема позволяет улучшить показатели химического состава сырьевой смеси на входе во вращающиеся печи, повысить производительность сырьевого от­ деления, улучшить работу и эксплуатацию вращающихся печей.

Подсистема управления процессом обжига во вращающихся печах

Подсистема управления процессом обжига предназначена для контроля и регулирования процесса обжига сырьевой смеси во вращающихся печах 5X185 м и охлаждения клинкера в ко­ лосниковых холодильниках «Волга-75С» с целью стабилизации процесса.

199