ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Основные понятия управления

В общем случае под автоматизацией понимают применение технических средств и систем управления, частично или полностью освобождающих человека от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи или использования энергии, материалов или информации. Цель автоматизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, устранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья.

Под управлением в технических системах понимают совокупность действий (работа, исполнение командных сигналов), выбранных на основе определенной информации и направленных на поддержание заданных параметров производственного процесса и заданных режимов эксплуатации технологического оборудования или направленных на улучшение функционирования технологического объекта в соответствии с имеющейся программой или целью функционирования.

В приведенных определениях содержатся два дополнительных понятия — система и процесс.

Система — это целенаправленная совокупность элементов, взаимосодействующих достижению заданного полезного результата. Существует много определений этого термина ввиду огромного многообразия существующих систем (система уравнений, солнечная система, системы питания, транспорта, образования, вычисления и др.). Рекомендуется каждый раз использовать то определение, которое наиболее близко к изучаемым объектам.

В энциклопедии «Инженерное оборудование зданий и сооружений», выпущенной Стройиздатом в 1994 г., читаем: «Система водоснабжения — комплекс взаимосвязанных сооружений, обеспечивающий подачу воды потребителям, включающий водозаборные сооружения, насосные станции, сооружения по улучшению качества воды, регулирующие и запасные емкости, водоводы, водопроводящую сеть труб и охладители воды». Далее там же: «Система канализации (водоотведения) населенных пунктов и промышленных предприятий — комплекс взаимосвязанных сооружений, обеспечивающий отведение и очистку сточных вод от потребителей воды, включающий канализационную сеть труб, насосные станции по перекачке, сооружения по очистке сточных вод и выпуски очищенных стоков в реки и водоемы».

Из приведенных определений отчетливо видно, что любая СВВ может быть расчленена на ряд производственных и технологических процессов, под которыми понимают такую транспортировку и обработку исходных потоков воды, которые приводят к изменению их физических и химических свойств, а также к превращению в очищенную воду и побочные продукты очистки.

Под производственным процессом понимают временную последовательность в СВВ, при которой происходят перемещение и преобразование вещества (воды, реагентов, энергии) и (или) информации. Практически все современные производственные процессы в СВВ должны выполняться в соответствии с определенными инструкциями, строительными нормами и правилами (СНиП).

Под технологическим процессом понимают такую обработку воды и полуфабрикатов (промежуточных потоков, осадков), которая приводит к изменению их физических и химических свойств и превращению в конечную продукцию. Иными словами, технологический процесс в СВВ — это совокупность механических, физико-химических, биологических и других процессов целенаправленной обработки воды и ее побочных продуктов.

Любой технологический процесс характеризуется определенными технологическими параметрами, которые могут изменяться во времени. В СВВ такими параметрами являются расходы материальных и энергетических потоков, химический состав, температура, давление, уровень в емкостях и др. Совокупность технологических параметров, полностью характеризующих конкретный технологический процесс, называется технологическим режимом.

Каждый технологический процесс в СВВ имеет свое целевое назначение, в соответствии с которым к нему предъявляют определенные требования: обеспечение заданной или максимальной производительности, заданного или наилучшего качества обработки воды, заданных или минимальных затрат реагентов и энергии на единицу обработанного потока воды, биогаза или осадков. Так, например, целью процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод является увеличение концентрации метана в образующемся биогазе. Поэтому к процессу сбраживания можно предъявить требование обеспечения заданного количества и концентрации биогаза (производительность и качество побочного продукта) при минимальном расходе греющего пара (энергии) или заданного количества и максимальной концентрации метана при заданном расходе греющего пара.

Обобщенная схема технологического процесса показана на рис. 1. Функция управления представлена как соотношение между входами и теми преобразованиями, которые необходимы для получения целевой продукции. Выполнение требований, предъявляемых к технологическому процессу, возможно лишь при целенаправленном воздействии на его технологический режим.

Обобщенная схема технологического процесса

Рис.1. Обобщенная схема технологического процесса

Любой технологический процесс в СВ В подвержен действию различных факторов, которые нельзя предусмотреть заранее. Такие факторы называются возмущениями. К ним относятся, например, случайные изменения состава обрабатываемой воды, температуры, характеристик оборудования и др. Возмущающие воздействия на технологический процесс вызывают изменения технологического режима, что, в свою очередь, приводит к изменению таких ТЭП процесса, как производительность, качество обработки, расход реагентов и энергии и т. п. Поэтому для обеспечения требуемых (заданных) ТЭП необходимо компенсировать колебания технологического режима, вызванные действием возмущений. Такое целенаправленное воздействие на технологический процесс представляет собой процесс управления. Совокупность требований, осуществляемых в процессе управления, называется целью управления. Наконец, сам управляемый технологический процесс вместе с оборудованием, в котором он реализуется, является объектом управления. Объект управления и устройства, необходимые для осуществления процесса управления, называются системой управления. Таким образом, система управления — это совокупность технологического процесса, оборудования, средств контроля и управления.

В качестве примера рассмотрим управление температурой сбраживания осадков в метантенке, которая поддерживается с помощью «острого» пара (рис. 2). При случайных (заранее неизвестных) колебаниях теплового режима сбраживания, например за счет изменения температуры осадков, пара или окружающей среды, для управления температурой в метантенке 1 она контролируется измерителем 2, выходной сигнал которого поступает в усилитель 3, затем в преобразователь 4 и далее в управляющее устройство 5. В этом устройстве сигнал о текущем значении температуры t3 сравнивается с требуемым /т, поступающим от задатчика 6. В зависимости от величины и знака разности сравниваемых сигналов At = tT — t3 исполнительный механизм 7, управляя регулирующим органом 8, увеличивает или уменьшает подачу пара в метантенк.

Регулируемый тепловой режим сбраживания осадков сточных вод как система управления

Рис. 2. Регулируемый тепловой режим сбраживания осадков сточных вод как система управления

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >