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

ручной ввод информации должен отсутствовать или быть резко ограничен. Информация с выходов второй ступени управления по­

устройств оперативного контроля, диспетчерской связи, телевиде­ ния и устройств вычислительной техники, расположенных на пуль­ тах и щитах главного диспетчерского пункта и вычислительного центра АСУП целлюлозно-бумажного комбината или лесопро­ мышленного комплекса, в состав которого входят целлюлозные, бумажные, лесохимические и другие лесоперерабатывающие или деревообрабатывающие предприятия. Вычислительная техника этой ступени не оказывает управляющих воздействий на технологиче­ ские процессы, в ее задачи входит текущий учет и оптимальное оперативное планирование в масштабах комбината или промышлен­ ного комплекса, т. е. задачи, имеющие общий характер для всей группы производств.

Эта ступень оперирует с информацией наиболее обобщенного характера, позволяющей координировать по укрупненным показа­ телям деятельность всего комбината или комплекса как единого целого.

Из приведенного следует, что третья ступень осуществляет организационно-экономическое управление производственно-хозяй­ ственной деятельностью в целом комбината или комплекса, в то время как вторая ступень выполняет эти задачи на уровне отдель­ ного производства, входящего в комбинат или комплекс, а первая ступень осуществляет оперативное управление технологическими процессами (посредством АСУТП) и сбор и первичную обработку информации с выдачей рекомендаций операторам производствен­ ных установок (работа вычислительных устройств в режиме советчика).

Автоматические системы управления технологическими про­ цессами. Управляющие цифровые вычислительные машины все шире применяются в АСУТП целлюлозно-бумажной промышленно­ сти, в АСУП и в информационных системах, работающих в режиме' «советчик оператора». Для того чтобы та или иная АСУТП могла нормально функционировать, управляющая вычислительная ма­ шина должна обладать повышенной надежностью. Это требование вызывается тем, что автоматическому управлению подвергаются либо непрерывные высокопроизводительные технологические про­ цессы, либо процессы с взрывоопасной или токсичной средой, либо процессы, исключающие переход на ручное управление вследствие замедленной реакции оператора. Обеспечение общего резервирова­ ния методом замещения с восстановлением позволяет резко поднять надежность АСУТП и создать гибкую структуру сопряжения управ­ ляющей вычислительной машины с объектом управления.

Управляющая цифровая вычислительная машина в АСУТП осу­ ществляет: автоматический централизованный сбор информации посредством программного опроса первичных измерительных пре­ образователей; математическую и логическую обработку информа­

361

ции; выдачу обработанной информации оператору: выдачу управ­ ляющих воздействий на задатчики местных (локальных) систем автоматического регулирования и управления; обмен информацией с другими вычислительными машинами; исследование технологиче­ ских процессов с целью выявления их технических и экономиче­ ских характеристик; автоматическое контролирование размеров технологических параметров с индикацией в виде показаний, записи и сигнализации отклонения их значений от нормы; расчет комплексных параметров и оперативный контроль их размеров; расчет оптимальных режимов ведения технологических процессов и др.

При применении АСУТП достигают таких результатов, которые не могут быть получены при использовании обычных устройств автоматизации. Так, локальные системы несвязанного автоматиче­ ского регулирования м н о г о с т у п е н ч а т о й о т б е л к о й ц е л ­ л ю л о з ы из-за значительного разброса размеров постоянных времени и запаздываний в различных контурах регулирования не

и т. д.). Кроме того, при локальных системах регулирования хло­ рирование целлюлозы производится вне зависимости .от ее жестко­ сти, в конце процессов нейтрализации и гипохлоритной отбелки обычно не производится измерения и регулирования показателя pH, отсутствует связь в системе регулирования высоты уровней массы в ваннах со скоростью вращения барабанов вакуум-фильтров и др.

При осуществлении АСУТП многоступенчатой отбелкой целлю­ лозы с использованием связанной каскадной системы управления эти недостатки исключаются: автоматически регулируется расход химикатов, высота уровней в башнях и ваннах вакуум-фильтров, число оборотов барабанов вакуум-фильтров, расход воды в зоне разбавления массы в башнях, концентрация массы и т. д. Управ­ ляющая вычислительная цифровая машина рассчитывает и выдает регуляторам задания по высоте уровней во всех отбельных башнях в зависимости от расхода отбеливаемой целлюлозы (от производи­ тельности), а также задания по расходу хлора .на ступенях хло­ рирования в зависимости от степени делигнификации целлюлозы, поступающей на отбелку в эти ступени.

Поскольку измерение качественных показателей целлюлозы не поддается автоматизации, то в данном случае для управления отбелкой использованы косвенные показатели, размеры которых на начальных стадиях ступеней отбелки достаточно сильно связаны с качественными показателями целлюлозы в конце отбелки. Для ступени хлорирования — это линейная функция окислительно-вос­ становительного потенциала, для ступени гипохлоритной отбелки — та же функция и показатель pH, для ступени нейтрализации — по­

казатель pH.

Алгоритм расчета относительного расхода хлора в ступени хло­ рирования включает в себя: расчет времени запаздывания при

362

измерении еН (окислительно-восстановительного потенциала) и размера поправки к еН, вызываемой изменением времени запазды­ вания при измерении; расчет заданного значения еН; расчет отно­ сительного расхода хлора по размеру отклонения еН от заданного значения.

Для управления высотой уровней в отбельных башнях с целью стабилизации длительности реакций при переменном расходе цел­ люлозы, поступающей на отбелку, используется разомкнутая си­ стема регулирования (по возмущающему воздействию): измеря­ ется расход поступающей на отбелку целлюлозы и по его размеру рассчитываются значения высот уровней в отдельных башнях.

В результате функционирования АСУТП отбелки на Сясьском ЦБК достигнута стабилизация параметров процесса отбелки и, как следствие, стабилизация качества беленой целлюлозы, повышение выхода высокосортной целлюлозы, сокращение расхода химикатов и уменьшение потерь волокна при отбелке.

П р о ц е с с н е п р е р ы в н о й в а р к и сульфатной целлюлозы в вертикальных варочных аппаратах является одним из основных процессов получения сульфатной целлюлозы для мешочной бумаги и картона. Он в значительной мере обусловливает себестоимость бумаги и картона. Эффективность управления этим процессом в ко­ нечном счете сказывается на экономических показателях произ­ водства.

Математическое моделирование системы автоматизации про­ цесса непрерывной варки сульфатной целлюлозы показало, что для поддержания заданных размеров производительности и качества продукции (стабилизация жесткости целлюлозы при ограничении по непровару) необходимо ПИД-регулирование. Сложная зависи­ мость входных и выходных величин от времени, наличие внутрен­ них связей между »регулируемыми параметрами, большое количе­ ство разнообразных возмущающих воздействий и большие запазды­ вания не допускают ПИ-регулирования. Например, влияние измене­ ния концентрации или расхода белого щелока, подаваемого в верх котла на варку, при имеющихся средствах контроля выявится не ранее чем через 1—3 ч. Это фактически почти соизмеримо с про­ должительностью варки, и поэтому вмешательство ПИ-регулятора не дает нужных результатов. Вычислительная машина на основании обработки информации о размерах входных величин и возмущаю­ щих воздействий быстро определяет размеры ожидаемого через 1—3 ч отклонения выходных величин и создает соответствующее управляющее воздействие на задатчики регуляторов для предотвра­ щения этого отклонения на основе ПИД-закона регулирования.

Внедренная на Котласском ЦБК АСУТП варки сульфатной цел­ люлозы является каскадной системой связанного управления. В качестве внутреннего контура управления используется система стабилизации расхода' активной щелочи, гидромодуля и темпера­ туры варки, позволяющая значительную часть возмущающих воз­ действий погасить еще на входе объекта управления. Задания в эту систему поступают из внешнего контура — системы регулирова­

363

ния степени провара целлюлозной массы. При существенных воз­ мущениях или при изменении требований к показателям целлюлоз­ ной массы и черного щелока в качестве внешнего контура высту­ пает система корректировки технологического режима, уточняющая задания в системе регулирования степени провара целлюлозной массы. Иными словами, при существенных изменениях качества щепы и щелоков, поступающих в варочный аппарат, или при изме­ нениях производительности аппарата система корректировки техно­ логического режима прогнозирует размеры управляющих парамет­ ров процесса варки — расход активной щелочи, температуру в зоне варки и гидромодуль варки, обеспечивающие требуемые показатели целлюлозной массы и черного щелока, а также максимально воз­ можный при этом выход целлюлозы из древесной щепы. Операторварщик может проследить по сигнализации и цифровой индикации функционирование АСУТП и при необходимости изменить ограни­ чения на параметры или внести другие изменения в действие АСУТП.

Задача оптимизации технологического п р о ц е с с а п р о и з в о д ­

производства бумаги сводится к решению сложной задачи, что в производственных условиях связано со значительными трудностями. Поэтому внедренная на Жидачовском картонно-бумажном комби­ нате АСУТП производства бумаги пока функционирует в информа­ ционном режиме в качестве «советчика оператору».

Принимая во внимание значительный экономический эффект, достигаемый от внедрения более совершенных систем управления, на основе АСУТП разработано управление стабилизацией разме­ ров влажности и массы 1 м2 бумажного полотна, а также компози­ ции бумажной массы.

Система управления массой 1 м2 бумажного полотна состоит из аналоговой системы автоматического регулирования абсолютно сухого количества густой массы, подаваемой на бумагоделатель­ ную машину, и цифрового контура регулирования абсолютно сухой массы 1 м2 бумажного полотна на накате.

Система управления влажностью бумаги состоит из аналоговой системы автоматического регулирования давления пара в основной группе сушильных цилиндров с цифровой коррекцией по размеру вакуума в гауч-вале и отклонению влажности бумажного полотна

на накате.

Система управления композицией бумажной массы состоит из аналоговой системы автоматического регулирования расходов и концентраций компонентов и цифровой системы регулирования, со­ держания целлюлозы и оборотного брака и высоты уровня массы

вмашинном бассейне.

Впроизводстве бумаги перспективным является разработка

алгоритма функционирования для управления соотношением скоро­

364

Ра з д е л III. Системы автоматического регулирования

Гл а в а 7. Основные свойства объектов автоматического контроля и ре­

3 6 6