Основные определения и понятия. Необходимость введения систем автоматизации и управления объясняется необходимостью интенсификации процессов с одной стороны и максимального улучшения

Лекция № 1

Необходимость введения систем автоматизации и управления объясняется необходимостью интенсификации процессов с одной стороны и максимального улучшения экологической обстановки, сокращения загрязнения окружающей среды промышленными отходами, вредными выбросами с другой. Предъявляются все возрастающие требования к качеству управления технологическими процессами, повышению надежности информации, прогнозированию аварийных ситуаций, диагностике состояния процесса и оборудования.

Управление производством на сегодняшний момент подразумевает управление разными процессами, а именно:

Ø технологическими процесса (ТП), т.е. процессами переработки сырья и полуфабрикатов с целью изменения и физических и химических свойств для получения готовой продукции;

Ø производственными процессами, т.е. процессами переработки различных материалов с целью создания инженерных сооружений;

Ø энергетическими процессами, т.е. процессами целью которых является выработка, преобразование и передача различных видов энергии;

Ø транспортными процессами, т.е. процессами результатом которых является перемещение в пространстве грузов и пассажиров;

Ø процессами обработки и передачи информации, т.е. процессами, связанными с обработкой множества физических факторов, сочетание которых служат условными символами, соответствующими определенным понятиям и идеям.

Для того, чтобы эти процессы протекали наилучшим образом, обеспечивая правильное функционирование всего производства, ими необходимо управлять. Большой опят накопленный в управлении показывает, что несмотря на существенное различие многообразных процессов техника управления ими основывается на ряде правил и законов, общих для многих из этих процессов.

«Вследствие того, что наш ВУЗ непосредственно связан с химической отраслью промышленности, то в дальнейшем все примеры будут демонстрироваться на базе технологических процессов».

Классификация ТП может быть различной, например, по целям, по физической природе, по конструктивному оформлению, по способу управления ими и т.д.

Большинство наших примеров требует классификации по физической природе.

По физической природе
Класс	Тип
Гидромеханические	Перемещение жидкостей и газов, Разделение неоднородных систем, Перемешивание, Очистка газов
Тепловые	Нагревание, Охлаждение, Выпаривание, Кристаллизация, Искусственное охлаждение
Массообменные	Ректификация, Абсорбция, Адсорбция, Сушка, Экстракция
Механические	Измельчение, Дозирование, Сортировка, Перемещение.
Химические	Окисление, Восстановление, Синтез, Разложение солей, Образование гидроксидов, Нейтрализация, Дегидратация, Электролиз

Протекание ТП характеризуется совокупностью физических величин – показателей процесса (технологическими параметрами). В химической технологии такими параметрами являются расход материальных и энергетических потоков, химический состав, температура, давление, уровень вещества.

Совокупность технологических параметров, полностью характеризующих данный ТП, называется технологическим режимом.

Выполнение требований, предъявляемых к ТП (получение продукта заданного качества и в заданном количестве с минимальным расходом сырья и энергии), возможно лишь при целенаправленном воздействии на его технологический режим.

Совокупность операций, необходимых для пуска, остановки процесса, а также для поддержания или изменения в требуемом направлении величин, характеризующих процесс, называется управлением. Частным случаем управления является регулирование – операция управления, которая относится к поддержанию или изменению показателей процесса.

Пример.

Необходимо заполнить бак водой до заданного уровня с получением воды заданной температуры, изменяя расход горячей и холодной воды.

Вариант 1.

Задание достигается чередованием шагов: сначала наполнить бак до половины холодной водой, затем добавить горячей до получения заданной температур, затем опять добавить холодной и т.д.

Вариант 2.

Операции выполняются параллельно: одновременно включаются и горячая и холодная вода, и отслеживают изменение температуры, регулируя ее подачей горячей воды и изменение уровня, регулируя ее подачей холодной воды.

Здесь вариант 1 – регулирование, а вариант 2 – управление.

В основном непосредственно с объектом связано регулирование, а управление появляется уже на более высокой иерархии.

ТП вместе с технологическим оборудованием (промышленной установкой, в которой регулируются технологические параметры) называется объектом управления.

Технологические параметры, подлежащие в ходе ТП регулированию, называются регулируемыми параметрами. Регулирование может состоять в поддержании регулируемого параметра на заданном значении (стабилизация), в изменении этого параметра по заранее известному закону (программное регулирование), в изменении регулируемого параметра в соответствии с изменением другой величины, характер изменения которой неизвестен (следящие системы).

Устройство, которое сравнивает текущее значение регулируе6мой величины с требуемым значением и в случае появления сигнала рассогласования между ними вырабатывает сигнал, который по определенному закону воздействует на ТП называется регулятором.

Чтобы можно было осуществить регулирование, объект должен иметь регулирующий орган (например, регулирующий клапан) изменяя положение или состояние которого, можно изменить показатели процесса. Технологические параметры, изменяемые посредством регулирующих органов, называется регулирующими параметрами.

Объект регулирования (управления) и устройства, необходимые для осуществления процесса управления, называются системой регулирования (управления).

Операции управления могут осуществляться:

1. непосредственно человеком – ручное управление (ручные вентили);

2. из операторского помещения – дистанционное управление (пульт управления);

3. автоматическими регуляторами – автоматическое управление.

Далее разговор пойдет о системах управления, использующих автоматические регуляторы. При этом различают:

1. Автоматизированную СУ – разновидность СУ, включающую в себя технические средства, которые обеспечивают сбор, обработку и вывод информации о процессе, а также частичное принятие решений по управлению процессом и их реализацию. Человек (оператор) в такой системе выполняет функцию управления и обслуживания.

2. Автоматическую СУ – разновидность СУ, включающей средства, которые обеспечивают автоматический сбор и обработку информации, принятие решений и реализацию принятого решения по управлению процессом. Человек в таких системах выполняет функцию контроля и обслуживания систем.

Исходя из этих различий, отличаются и области применения СУ.

Автоматизированная СУ	Автоматическая СУ
- Если часть первичной информации не может быть получена и введена в систему автоматически; - Если автоматическое управление с помощью технических средств невозможно; - Если автоматическое управление требует неоправданно больших затрат.	- при управлении непрерывными технологическими процессами, однако при внедрении таких систем на первом этапе они эксплуатируются как автоматизированные СУ.

Основное внимание мы будем уделять системам регулирования.

Операции управления могут быть выполнены двояким образом:

- без контроля результата (по разомкнутому циклу);

- с контролем результата (по замкнутому циклу).

Таким образом, системы регулирования можно подразделять на разомкнутые и замкнутые.

Рассмотрим общие структуры этих систем.