Раздел 2: Последовательность выбора системы автоматизации
Общая задача управления технологическим процессом формулируется как задача максимизации (минимализации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) при выполнении ограничивается на технологические параметры накладываемых регламентов.
Решение такой задачи для всего процесса в целом трудоемко или практически невозможно в виду большого числа факторов влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбиваем на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных. Обычно эти участки совпадают с закончеными технологическими стадиями для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления подчиненные общей задачи управления процесса в целом.
Задачи управления отдельными стадиями направлены на оптимизацию (в частном случае стабилизацию) технологического параметра или критерия легко вычисляемого по измереным режимным параметрам (производительность, концентрация продуктов, степень превращения, расход энергии и т.п.)
Оптимизацию критерия проводят в рамках ограничений задаваемых технологическим регламентом. На основании задачи оптимального управления отдельными стадиями процесса формулируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных аппаратов.
Важным этапом разработки системы автоматизации является анализ основных аппаратов, как обьектов регулирования, тоесть выявления всех существенных входных и выходных переменных, а также анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регулирования. Исходными данными при этом служит математическая модель процесса (как первое приближение – статическая модель в виде материального и теплового баланса).
На основе этих уравнений с учетом реальных условий работы аппарата все существенные факторы влияющие на процесс разбиваются на следующие группы:
Возмущение допускающие стабилизацию – это независимые технологические параметры, которые могут испытывать существенное колебание, однако, по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования. К таким параметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков. Так расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость сглаживающая колебание расхода на выходе из предыдущего аппарата, стабилизация температуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник и т.п. При проектировании системы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возмущений. В простейших случаях на основе таких систем автоматические стабилизации возмущения строят разомкнутую (относительно основного показателя процесса) систему автоматизации обеспечивающую устойчивое введение процесса технологического регламента.
Контролируемые возмущения – это те возмущения, которые можно измерить или недопустимо стабилизировать, например, расход питания подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата, температура окружающей среды и т.п. Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применений либо замкнутых по основному показателю системы либо комбинированных автоматических систем регулирования, в которых качество регулирования повышается динамической компенсацией возмущения.
Неконтролируемые возмущения – это возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять, непосредственно падение активности катализатора, изменение коэффициента тепло- и массопередачи и т.п. примером могут служить: давление греющего пара в заводской сети, которая колеблется случайным образом и является источником возмущения в тепловых процессах. Выявление возможных неконтролируемых возмущений является важным этапом в исследовании процесса и разработки системы управления. Наличие таких возмущений требуют, как и в предыдущем случае замкнутых по основному показателю процесса систем автоматизации.
Возможные регулирующие воздействия – это материальные или тепловые потоки, которые можно измерить автоматически для поддержания регулируемых параметров.