Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

ГЛАВА 17. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Автоматизированная система управления предприятием. Высо­ кие темпы роста деревоперерабатывающей, в том числе целлюлоз­ но-бумажной промышленности, ввод в эксплуатацию современных высокопроизводительных агрегатов определили совершенствование организации управления технологическими процессами на базе внедрения средств и систем автоматики и вычислительной техники.

Понятие вычислительная техника объединяет средства (вычис­ лительные машины, приборы и др.), предназначенные для ускоре­ ния и автоматизации вычислительных процессов, связанных с ре­ шением математических задач по заданному алгоритму функцио­ нирования. При этом под алгоритмом функционирования понима­ ется совокупность предписаний, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи. В зависимости от способа ввода исходных и получения выходных данных вычислительные машины делятся на аналоговые, производящие операции над непрерывно изменяющимися значениями физических или аналоговых величин, и - цифровые, производящие операции над цифровыми кодами. Встречаются также аналого-цифровые вычислительные машины.

Вычислительная машина должна, например, решать дифферен­ циальное уравнение, описывающее динамическое равновесие между ограниченным числом переменных входных и одной выходной вели­ чиной. В частности, это может быть уравнение, связывающее рас­ ход массы и ее концентрацию с количеством абсолютно сухого волокна, или,-например, уравнение, связывающее качество и коли­ чество активных химикатов в белом щелоке, степень разбавления черным щелоком, время выдержки в зонах пропитки и варки, тем­ пературу в этих зонах с содержанием остаточного лигнина в цел­ люлозной массе, выдуваемой из вертикальных варочных аппара­ тов непрерывного действия.

На основе применения вычислительной техники, экономико-ма­ тематических методов и теории автоматического управления созда­ ются автоматизированные системы управления предприятием, яв­ ляющиеся высокоэффективным средством управления крупными целлюлозно-бумажными комбинатами, лесопромышленными комп­ лексами, производственными объединениями и отраслями.

В настоящее время разработка методов построения автомати­ зированных систем управления, математического и технического обеспечения таких систем, теоретических основ их функционирова­ ния идет по пути создания автоматических систем управления тех­ нологическими процессами (АСУТП) и автоматизированных орга­ низационно-экономических систем управления производственно­ хозяйственной деятельностью предприятий (АСУП).

АСУП является сложной системой управления, в ведении кото­ рой находятся техническая подготовка производства, технико-эко­ номическое планирование, материально-техническое снабжение, сбыт, оперативное управление (планирование, учет и регулирование производственной деятельности) и др.

357

Комплексная задача, решаемая АСУП, например, в целлюлоз­ но-бумажной промышленности состоит в том, чтобы обеспечить вы­ пуск стандартной целлюлозы, бумаги или картона при заданной неизменной скорости и производительности процесса и при мини­ мальном расходе сырьевых материалов, химикатов, полуфабрика­ тов и минимальной затрате тепловой и электрической энергии. Стандартность продукции, например, бумаги по массе 1 м2, влаж­ ности, механической прочности, оптическим и печатным свойствам может быть достигнута, если одновременно будут стабилизированы не только размеры параметров технологических процессов, но и многие из показателей сырьевых материалов, химикатов, полуфаб­ рикатов. Если стабильность последних в некоторых случаях не мо­ жет быть предметом автоматического управления, то стабильность первых может быть обеспечена применением средств централизо­ ванного контроля и управления.

Поставленная задача является сложной, так как объектам уп­ равления целлюлозно-бумажного производства присущи взаимо­ связь через процесс отдельных регулируемых переменных величин, большие запаздывания, многочисленность различных возмущающих воздействий.

Влияние двух первых факторов сказывается в случае применения для автоматизации одноили многоконтурных систем несвязанного регулирования. В качестве примера может быть рассмотрена мно­ гоконтурная система несвязанного регулирования влажности и массы 1 м2 бумажного или картонного полотна перед накатом ма­ шины. В случае возмущения по изменению размера массы 1 м2 или влажности оба контура независимо друг от друга начинают при­ водить массу 1 м2 и влажность бумаги к заданным значениям. При этом сказывается различие постоянных времени и запаздываний систем регулирования, приводящее к отставанию или несовпаде­ нию по фазе регулирующих воздействий. Лишь наличие значитель­ ного самовыравнивания, а также правильный выбор исполнитель­ ных устройств и правильная настройка ПИ-регуляторов не позво­ ляют системам регулирования массы 1 м2 и влажности бумаги стать неустойчивыми. Равновесие в системе может не установиться, если новое возмущающее воздействие по отклонению размера массы 1 м2 или влажности бумаги появится ранее, чем закончится переходный процесс.

Приведенный пример указывает на целесообразность создания взаимосвязанной системы управления на основе стабилизации раз­ меров массы 1 м2 и влажности бумаги, что становится возможным при наличии средств вычислительной техники.

Взаимосвязь через процесс проявляется также при работе ПИ-регуляторов давления сдувочных газов и температуры в вароч­ ном котле при естественной циркуляции варочной жидкости, уровня массы и давления воздуха в закрытом напорном ящике, давления пара в группах сушильных цилиндров и пароконденсатной системы, уровня и концентрации массы в выдувных резервуарах для цел­ люлозы и т. д.

358

Третий из указанных выше факторов обусловливается сложно­ стью технологических процессов целлюлозно-бумажного производ­ ства. Быстрое устранение возмущающих воздействий с наименьшей статической ошибкой по размеру регулируемого параметра — раз­ решимая задача автоматического управления процессом на базе стабилизации параметров. Оптимизация процесса, например, на основе экстремального регулирования еще нуждается в решении.

АСУП с учетом функционирования АСУТП может выполнять следующие о п е р а ц и и :

централизованный контроль параметров технологических про­ цессов по сигналам измерительных преобразователей, поступающих в аналоговой форме, включающий обнаружение отклонений, сигна­ лизацию, цифровую регистрацию и индикацию значений отклонив­ шихся от заданных размеров параметров, периодическую регистра­ цию значений всех или некоторых параметров, цифровую регистра­ цию и индикацию по вызову;

ввод с помощью устройств считывания входных данных и под­ программ с перфолент и перфокарт, а также сигналов от устройств цифрового ручного ввода;

первичную обработку информации — функциональное преобра­ зование, введение коррекций, интегрирование расходов, усреднение и т. д.;

вычисление технико-экономических показателей производства; работу в режиме стабилизирующего, программного или следя­ щего автоматического управления с замкнутой или разомкнутой цепью воздействия, обеспечивающего регулирование по различным законам (Пз, ПИД и др.), в том числе связанное регулирование; управление включением и выключением, блокировкой, аварий­

ной защитой оборудования и технологических установок; решение задач оптимизации технологических процессов с выда­

чей результатов в виде советов и рекомендаций для производствен­ ного персонала, а также в форме непосредственного управляющего воздействия на исполнительные устройства и задатчики автомати­

ческих регуляторов; исследование технологических и производственных процессов

посредством накопления и обработки информации (корреляционные связи, эффективность различных режимов и др.);

решение задач технико-экономического планирования, включая составление месячных производственных планов по производствам, цехам и участкам, составление графиков ремонта и профилактики оборудования, планирование потребности в материально-техниче­ ском снабжении, составление графиков расхода материально-тех­ нических ресурсов и т. д.;

оперативное планирование и контроль работы предприятия (составление, контроль и корректировка суточных и сменных за­

даний); анализ и учет (включая бухгалтерский) фондов заработной

платы и начислений на них, расхода основных и оборотных средств и др.

359

В настоящее время существует тенденция осуществлять АСУП на основе функциональной схемы, состоящей из трех ступеней уп­ равления.

П е р в а я с т у п е н ь управления осуществляется на основе АСУТП при помощи средств автоматического контроля и управле­ ния, расположенных на щитах операторов и местных щитах агре­ гатов, а также устройств связи с управляющими вычислительными машинами. Она позволяет осуществить контроль, сигнализацию, дистанционное управление и автоматическое регулирование техно­ логических процессов. На указанных щитах, расположенных вблизи или непосредственно у технологического оборудования, размеща­ ются: управляющие устройства, нормальная работа которых пол­ ностью гарантируется периодическими профилактическими осмот­ рами (ремонтами) и резервированием; регулирующие устройства, работающие автономно и не требующие систематического вмеша­ тельства оператора в их работу. Корректировка управляющих воз­ действий осуществляется посредством управляющих вычислитель­ ных машин.

Оператор на основании информации, выдаваемой средствами контроля, обеспечивает выполнение планового задания по качеству

иколичеству продукции, а также корректирует работу управляю­ щих вычислительных машин при необходимости изменения задания по технологическим режимам (если это не делается второй сту­ пенью управления); осуществляет контроль за работой средств автоматизации и за работой производственного персонала; пускает

иостанавливает оборудование и контролирует его состояние; ликвидирует возникающие аварийные состояния; организует аварийный и плановый ремонты оборудования; информирует дис­ петчера о всех нарушениях в работе оборудования и возникших отклонениях технологического процесса и оперативно выполняет указания диспетчера.

На этой ступени на основании данных лабораторных анализов посредством устройств ручного ввода в управляющие вычислитель­

ные машины вводится информация о сырье, полуфабрикатах, хими­ катах, готовой продукции и т. п. При этом цифровая индикация позволяет осуществлять контроль за правильностью ввода инфор­ мации и получать результаты расчетов.

В т о р а я с т у п е н ь управления осуществляет организационно­ экономическое управление производственно-хозяйственной деятель­ ностью отдельного предприятия (производства), входящего в со­ став комбината или комплекса. При этом используются устройства связи телевидения и аппаратура для обработки низовой информа­ ции, расположенные на пультах и щитах диспетчерского пункта предприятия. При достаточном размере оперативной памяти вычи­ слительной машины одна и та же вычислительная машина может использоваться как на первой ступени (в АСУТП), так и на второй ступени управления (в АСУП).

Как правило, вся информация на вход второй ступени управле­ ния должна поступать с выходов первой ступени управления, т. е.

360