14
В выше перечисленных случаях доступ сухого воздуха к отсечному
клапану прекращается, под действием пружины отсечной клапан закрывается,
так как отсечной клапан удерживается в открытом состоянии сухим воздухом.
1.2.2 Требования к сырью и продуктам производства
Сырьем воздухоразделительной установки является атмосферный воздух,
состоящий из следующих газов (в % об.):
- Азот - 78,085
- Гелий - 5,239·10
-4
- Кислород - 20,946
- Криптон - 1,14·10
-4
- Аргон - 0,934
- Ксенон - 0,86·10
-5
- Неон - 1,818·10
-3
- Двуокись углерода - 3,3·10
-2
Содержание примесей в воздухе, поступающего в блок разделения не
должно превышать значений указанных в таблице 1:
Таблица 1 – Нормы содержания примесей
Наименование примесей
Содержание
примесей, не
более
Сероуглерод
0,2 мг/нм
3
Масло
0,02 мг/нм
3
Этан, этилен, пропан, пропилен в сумме (в пересчёте на
этан)
8,0 ррmоб.
Углеводороды парафинового и олефинового ряда,
содержащие 4 и более атомов углерода в сумме (в
пересчёте на бутан)
2,7 мг/нм
3
Углеводороды ацетиленового ряда в сумме (в пересчёте на
метилацетилен)
0,088 мг/нм
3
Ацетилен
1,18 мг/нм
3
Оксид углерода
0,76 мг/нм3
Диоксид углерода
800 мг/нм3
Аммиак
3,85 мг/нм3
Сероводород
0,15 мг/нм3
Окислы серы
4,4 мг/нм3
15
Физико-химические показатели азота должны быть не ниже норм для азота
второго сорта повышенной чистоты, приведённых в таблице 2 (по ГОСТ 9293-74
ИСО 2435-73).
Таблица 2 – Физико-химические показатели азота
№
п
/п
Наименование
показателей
Норма
Особой чистоты
Повышенной
чистоты
1-й
сорт
2-й
сорт
1-й
сорт
2-й
сорт
1
Объёмная доля азота,
%, не менее
99,999
99,996
99,99
99,95
2
Объёмная доля кислорода,
%, не более
0,0005
0,001
0,001
0,05
3
Объёмная доля водяного
пара в газообразном азоте, %, не
более
0,0007
0,0007
0,0015
0,004
4
Содержание масла в
газообразном азоте
Не определяется
Выдерживает испытание
по пункту 3.7
5
Содержание масла,
механических примесей и влаги
в жидком азоте
Выдерживает испытание по пункту 3.8
6
Объёмная доля водорода,
%, не более
0,0002
0,001
Не нормируется
7
Объёмная доля суммы
углесодержащих соединений в
пересчёте на СН
4
,
%, не более
0,0003
0,001
Не нормируется
Физико-химические показатели технического и медицинского кислорода
должны быть не ниже норм для технического кислорода второго сорта,
приведённых в таблице 3 (по ГОСТ 5583-78 ИСО 2046-73).
Таблица 3 – Физико-химические показатели кислорода
№
п/п
Наименование
показателей
Норма
Технический
кислород
Медицинский
кислород
Первый сорт
Второй сорт
1
Объёмная доля кислорода, %, не
менее
99,7
99,5
99,5
2
Объёмная доля водяных паров,
%, не более
0,007
0,009
0,009
3
Объёмная доля двуокиси
углерода, %, не более
Не нормируется
0,01
5
Содержание газообразных
кислот и оснований
Не нормируется
Должен
выдерживать
испытание
по пункту 3.7
16
1.2.3 Обоснование необходимости использования
вычислительной техники для решения задачи
В химической промышленности используются в основном
пневматические средства при централизованном управлении.
Если расстояние между технологическими аппаратами и щитами
управления велико, то целесообразнее применять электрические средства
автоматизации.
В цехе в основном применяются вторичные приборы государственной
пневматической системы «Старт».
Приборы предназначены для автоматического сбора, обработки, хранения
и представления технологической информации для оперативного контроля за
ведением технологического процесса[30].
Такой уровень автоматизации обеспечивает:
1) контроль параметров технологического процесса и сигнализацию их
предельных значений;
2) стабилизацию технологического процесса на заданном
технологическим регламентом уровне;
3) защиту технологического оборудования в предаварийных и аварийных
ситуациях;
4) технологическую блокировку, определяющую последовательность
технологического оборудования, предотвращающую возникновение аварийных
ситуаций;
5) сбор, переработку и хранение информации о технологических
параметрах;
6) автоматическое и ручное управление параметрами технологического
процесса.
Основным условием нормальной работы установки является поддержание
режима постоянного давления, равномерной подачи продукта, выдерживание
постоянного уровня в аппаратах.
Для контроля режимных величин используются первичные
измерительные датчики следующих типов[4]:
1. Для контроля расхода – преобразователь измерительный разности
17
давления пневматический 13ДД11 (дифманометр) предназначен для работы в
системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров
различных технологических процессов с целью выдачи информации в виде
унифицированного пневматического выходного сигнала о перепаде давления,
расходе жидкости, а также уровня жидкости.
Датчики перепада давления сильфонные с пневматическим сигналом (ДС-
П3) предназначенные для непрерывного преобразования давления в
пропорциональный пневматический сигнал дистанционной передачи
измеряемого, контролируемого или регулируемого перепада давления
жидкостей, паров и газов. Датчики входят в общий комплекс унифицированной
системы взаимозаменяемых компенсационных датчиков ГСП.
ДМПК-100 - преобразователь разности давления мембранный,
пневматический компенсационный. Его предназначение- работа в системе
автоматического контроля, регулирования параметров и управления.
Приборы контроля работают совместно с пневматическими датчиками и
другими устройствами, которые выдают унифицированный аналоговый сигнал
от 20 до 100 кПа (от 0,2 до 1,0 кгс/см
2
) [10].
Прибор ПВ4.4Э предназначен для непрерывной записи на одной
диаграмме величин трёх параметров и показаний.
Прибор ПВ10.1Э предназначен для показания величины регулируемого
параметра и непрерывной записи, он также указывает положение контрольной
точки и величину давления на исполнительном механизме.
Прибор ПВ10.2Э предназначен для показания величины регулируемого
параметра и непрерывной записи, где один параметр регулируемый, он также
указывает положение контрольной точки и величину давления на
исполнительном механизме.
Клапан регулирующий с мембранным исполнительным механизмом
устанавливается на трубопроводах для регулирования различных параметров
технологических процессов (давление, расход, температура).
2. Для контроля температуры – термопреобразователь сопротивления
Метран-250, медный ТСМ Метран-253, ТСМ Метран-254 и платиновый ТСП
Метран-255, ТСП Метран-256 фирмы «Метран» г. Челябинск предназначенные
18
для измерения температуры жидких и газообразных сред во взрывоопасных
зонах и помещениях [19].
Измерение температуры основывается на зависимости сопротивления
чувствительного элемента от температуры измеряемой среды. Чувствительный
элемент помещён в защитную арматуру, которая состоит из стальной трубки и
обмоткой с клеммной колодкой для крепления выводов [23].
Прибор автоматический следящего управления КСП-4И (потенциометры,
мосты) предназначен для измерения, записи и регулирования (при наличии
регулирующего органа) температуры и других величин, изменение значений
которых может быть преобразовано в напряжение постоянного тока, постоянный
ток или активное сопротивление.
Многоканальный цифровой измерительный преобразователь сигналов
температурных датчиков и сигналов постоянного тока Ш7И/1И. Он
предназначен для преобразования выходных аналоговых электрических
сигналов первичных преобразователей температуры, а также сигналов
напряжения и силы постоянного тока в кодированный электрический сигнал. А
также он обеспечивает обменом информацией с ЭВМ, терминальным и
печатными устройствами по стационарным интерфейсам.
Также преобразует выходной кодированный сигнал в унифицированный
аналоговый сигнал постоянного тока; масштабное преобразование выходного
кодированного сигнала; сравнивает результаты преобразования в кодированный
сигнал с заданным значением и сигнализацией отклонений программных,
режимных работы; индикацию результатов преобразования в кодированный
сигнал и данных программирования на встроенном цифровом индексаторе.
Для регулирования давления – датчик давления с пневматическим
выходным сигналом (МС-П1, МС-П2, MП-П3). Его предназначение–
непрерывное преобразование давления в пропорциональный пневматический
сигнал дистанционной передачи.
Датчик построен по блочному принципу. Основным блоком датчика
является пневмосиловой преобразователь. Преобразование давления происходит
на чувствительном элементе измерительного блока в пропорциональное усилие.
Оно автоматически уравновешивается усилием, которое развивается давлением
19
сжатого воздуха в сильфоне обратной связи являющийся одновременно
выходным сигналом датчика.
Предназначение преобразователя- непрерывное преобразование усилия,
которое развивается чувствительным элементом датчика, в пневматический
выходной сигнал.
Описанная система включает два нижних уровня автоматической системы
управления производством. Нижний уровень ввода/вывода включает набор
датчиков и исполнительных устройств, которые предназначены для сбора
первичной информации и реализации исполнительных воздействий, а также
уровень control (непосредственное управление) с отображением значений
параметров и возможностью ручного управления. Средний уровень
распределённой системы управления состоит из контроллеров. Их задача
обработать полученные данные, выдать управляющее воздействие [22].
1.3 Анализ существующих разработок и выбор стратегии
автоматизации
1.3.1 Анализ существующих разработок для автоматизации
задачи
Возможность оперативного доступа к нужной информации в управлении
производством приобретает все большее значение и влияет на эффективную
работу предприятия, качество, производительность труда,
конкурентоспособность выпускаемой продукции [32].
Эту проблему можно решить, методом создания интегрированной
многоуровневой распределённой автоматизированной системой управления.
В настоящее время ни одна отрасль промышленного производства не
обходится без внедрения автоматизированных систем управления
технологическими процессами (АСУ ТП). Современная АСУ ТП часто входит в
состав интегрированной системы управления производством [7].
Задача распределённого управления в определении декомпозиции общей
задачи управления на независимые подзадачи и агрегатировании отдельных
контроллеров, которые решают подзадачи в систему, которая работает с единой
целью [40].
20
Интегрированную систему автоматизации предприятия можно
представить в виде 5-уровневой пирамиды [29].
Нижний, нулевой уровень системы включает набор датчиков и
исполнительных устройств, встраиваемых в конструктивные узлы
технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной
информации и реализации исполнительных воздействий. Этот уровень
называется уровнем I/O (ввода-вывода) [38].
Последующий, первый уровень предназначен для непосредственного
автоматического управления технологическим процессом при помощи
различных УСО и ПК. Этот уровень получил наименование control, т.е.
непосредственное управление.
Второй уровень называют SCADA (Supervisory Controland Data
Acquisition). Он предназначен для сбора данных и диспетчерского управления, а
также для визуализации данных в производственном процессе и оперативного
комплексного управления различными агрегатами, включая участие
диспетчерского персонала.
Третий уровень называют MES (Manufacturing Execution System) -
средства управления производством. Он выполняет упорядоченную обработку
информации о процессе изготовления продукции в различных цехах,
обеспечивая управление качеством и являясь источником необходимой
информации в настоящее время для верхнего уровня управления предприятием.
Верхний четвёртый уровень управления определяют как MRP
(Manufacturing Resource Planning) и ERP (Enterprise Resource Planning) -
планирование ресурсов предприятия. Системы этого уровня известны под
именем АСУП (автоматизированные системы управления предприятием).
Предназначение его - автоматизация планирования производства и финансовой
деятельности, а также снабжение и продажа, анализ и прогнозирование и т.д.
1.3.2 Выбор и описание структурной схемы системы
управления
Мы рассмотрим нижние уровни автоматизации АСУТП.
Решение основных задач управления происходит на нижних уровнях
21
системы, позволяя повысить реагирование системы и разгрузить
вычислительную сеть от передачи лишней информации. На верхних уровнях
управления возлагаются только те задачи, которые не могут выполнить
вычислительные средства нижних уровней, например, отображение текущего
состояния автоматизируемого производства.
Детализируем основные задачи, которые решаются на различных уровнях
управления.
Первый этап характеризуется решением отдельных задач конструкторско-
технологического проектирования. Разрабатывают отдельные формализованные
языки описания конструкции и технологии; решают задачи описания
графического изображения чертежей и ввода их в ЭВМ, преобразования
чертежей в текстовое описание на алгоритмических языках; построения сечений
машиностроительных деталей с помощью ЭВМ, вычисления площадей и
объёмов; минимизации исходной геометрической информации[1].
Второй этап характеризуется решением групп задач проектирования.
Программные комплексы объединяют ряд систем проектирования
технологических процессов механической обработки, оснастки и т. п.
На третьем этапе ведётся создание интегрированных систем
проектирования технологии. Системы такого рода являются комплексными; в
них входят системы различного технологического назначения, обеспечивающие
работу различных технологических служб.
Первый уровень (управление агрегатом) характеризуют следующими
показателями:
- предельно высокая реактивность режимов реального времени;
- предельная надёжность (на уровне надёжности основного
оборудования);
- возможность встраивания в существующее основное оборудование;
- функциональная полнота модулей УСО;
- возможность автономной работы при отказе комплекса управления
верхних уровней;
- возможность функционирования в цеховых условиях.
Промышленные контроллеры загружаются программами и данными из
22
ЭВМ второго уровня, которые обеспечивают координацию и управление
агрегатом по критериям оптимальности управления технологическим процессом
в целом. Выполняется вывод на второй уровень управления служебной,
диагностической и оперативной информации, т. е. данные о состоянии агрегата,
технологического процесса.
Высокая степень регулярности является особенностью обмена
информацией между первым и вторым уровнями. Потребность в обмене
информацией в реальном времени на процесс накладывает очень жёсткие
ограничения на режим. В этом случае применяют режим обмена,
соответствующий локальным промышленным сетям, которые выполняют в
стандартах Bitbus, Profibus и т.п.
Второй уровень управления обеспечивает:
- по графическому отображению на экране диспетчерское наблюдениеза
технологическим процессом в реальном масштабе времени;
- выбор законов управления, его расчёт, настройка уставок, которые
соответствуют входным показателям качества управления и текущим
параметрам объекта управления;
- загрузку управляющих программ в ПК дистанционно и их хранение;
- оперативное сопровождение моделей объектов управления типа
«агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам
обработки информации от первого уровня;
- синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для
группового управления технологическим оборудованием;
- ведение единой базы данных технологического процесса (реальное
время);
- контроль работоспособности оборудования первого уровня,
реконфигурацию комплекса для выбранного режима работы (в том числе
переход на резервную схему в случае отказа отдельных элементов);
- связь с третьим уровнем.
ЭВМ на втором уровне управления должна отвечать этим требованиям, а
также иметь высокую производительность при решении этих задач в настоящем
времени, обработке графической информации, обеспечивать работу с базой
23
данных среднего объёма и с расширенным набором интеллектуальных
видеотерминалов.
На втором уровне машины должны объединяться в однородную
локальную сеть предприятия (например, Ethernet) с выходом на третий уровень
управления.
На третьем уровне происходит решение задач оперативной
упорядоченной обработки первичной информации из цеха и передача
информации на верхний уровень планирования ресурсов предприятия. На этом
уровне решение необходимых задач управления обеспечивается оптимизацией
управления ресурсами цеха, т.е. единого организационно-технологического
объекта по заданиям, которые поступают с верхнего уровня, а так же
оперативном учёте необходимых параметров, которые определяют состояние
объекта управления. Данные требования используются ПЭВМ типа IBMPC или
в СМ ЭВМ моделями мегамини-ЭВМ СМ17ХХ. На сегодняшний день решение
подобных задач обычно возлагают на серверы в локальных сетях предприятия.
На четвёртом уровне решаются задачи, например, планирование ресурсов
предприятия, которые предъявляются к ЭВМ, отличаются повышенными
требованиями к ресурсам. К ним можно отнести ведение единой
интегрированной - централизованной или распределённой, однородной или
неоднородной — базы данных, планирование и диспетчирование на уровне
предприятия в целом [31]. А также автоматизация обработки информации в
основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях
предприятия, например, бухгалтерский учёт, материально-техническое
снабжение и т.д. В основном для решения задач четвёртого уровня выбирают
универсальные ЭВМ и многопроцессорные системы повышенной
производительности. Вычислительная сеть предприятия подключают к
региональным (протокол Х.25) и глобальным (протокол TCP/IP) сетям
соответствуя стандарту взаимосвязи открытых систем.
В реальной действительности развитие верхнего (четвёртого) уровня
(АСУП) и три нижних уровня (АСУТП) происходили независимо друг от друга.
Фактически было отсутствие интеллектуального интерфейса, объединяющий их.
Этот факт стал тормозящим обстоятельством на нынешнем уровне развития