АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра инженерной кибернетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы

 (для студентов всех форм обучения специальностей

360300 – Автоматизация технологических процессов и производств,

360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2004

СОСТАВИТЕЛИ: А.Л.Романчик, Л.Н.Рудакова. Автоматизация технологических процессов. Методические указания к выполнению курсовой работы (для студентов всех форм обучения специальностей 360300 - Автоматизация технологических процессов и производств, 360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления).- Алматы: АИЭС, 2004.- 40 с.

 

           

 

 

 

         Настоящие методические указания составлены на основании одноименного издания [1] для приведения соответствия между содержанием курсовой работы и содержанием дипломного проекта в объеме данной дисциплины.

          Рекомендован типовой состав разделов и подразделов пояснительной записки и чертежей графической части курсовой работы, однако, фактическое содержание курсовой работы зависит от конкретной темы и задания руководителя, выданного с учетом числа часов на ее выполнение согласно рабочей программе для данной дисциплины.

         Приведены методические указания и дополнительные примеры по выполнению основных разделов.

         Ранее изданные методические указания [1] следует применять только в объеме раздела 4 (примеры выполнения) и списка рекомендуемой литературы.

         Методические указания предназначены для студентов 5-го курса специальностей 360300 - Автоматизация технологических процессов и производств, 360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления.

         Ил.16, табл.6, прилож.1, библиогр. – 5 назв.

 

 

 

         Рецензент: канд. тех. наук, доц. Ю.В. Шевяков.

 

 

 

 

 

 

 

         Печатается по плану издания Алматинского института энергетики

и связи на 2001 г.

 

 

 

©       Алматинский институт энергетики и связи, 2004 г.

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра инженерной кибернетики

 

 

 

 

 

                                                                       УТВЕРЖДАЮ

                                                                       Проректор по учебно-методической работе

                                                                       ____________________Э.А. Сериков

                                                                       «___»__________2003 г.

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы

 (для студентов всех форм обучения специальностей

360300 –Автоматизация технологических процессов и производств,

360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления)

 

 

 

 

СОГЛАСОВАНО                                                    Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО                                                      заседание кафедры  ИК

____________О.З.Рутгайзер                                   Протокол № __ от  «__»______ 2003 г.

«___»______2003 г.                                                 Зав. кафедрой _______________

                                                                                  Б.Д.Хисаров

 

 

 

Редактор                                                                   Составители:

________________                                                  ____________А.Л. Романчик

«___»______2003 г.                                                 ____________Л.Н. Рудакова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2003

Сводный план 2002 г., поз. 16

 

 

Александр Леонидович Романчик

Лариса Николаевна Рудакова

 

 

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы

 (для студентов всех форм обучения специальностей

 360300 –Автоматизация технологических процессов и производств,

360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор  В.В.Шилина

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать __. __. __.                                            Формат 60х84  1/ 16

Тираж  50 экз.                                                    Бумага типографическая №1

Объем 2,5 уч.-изд. л.                                                   Заказ _____. Цена 82 тг.

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

 Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, Байтурсынова, 126


РЕЦЕНЗИЯ

на "Методические указания к выполнению курсовой работы"

по дисциплине "Автоматизация технологических процессов", подготовленные доцентом кафедры ИК Романчиком А.Л.

и старшим преподавателем Рудаковой Л.Н.

 

 

         Изучение дисциплины "Автоматизация технологических процессов" предусматривает выполнение курсовой работы, направленной на закрепление знаний, полученных в части освоения практических навыков построения систем автоматизированного управления технологическими объектами ТЭС и других отраслей промышленного производства.

         Предлагаемый методический материал, содержащий четыре основных раздела, обеспечивает необходимые сведения для успешного изучения и освоения дисциплины "Автоматизация технологических процессов" студентами специальностей:

360300 – Автоматизация технологических процессов и производств,

360140 – Автоматизация и информатизация в системах управления.

 

 

 

 

Доц. каф ИК, канд. тех. наук.                                               Ю.В. Шевяков

 

 

 

 


Введение

 

         В соответствии с учебным планом для данных специальностей в течение девятого семестра выполняется курсовая работа (КР), которая проверяется руководителем и при положительных результатах представляется к защите. Защита КР оформляется как сдача дифференцированного зачета.

         Целями выполнения КР являются:

         - закрепление знаний студентов по курсу «Автоматизация технологических процессов», смежным и технологическим дисциплинам;

         - выработка практических навыков выполнения системно-технического ана-лиза производственных и технологических процессов с освоением методов струк-турирования сложных технологических систем на простейшие объекты управле-ния и установления их иерархических уровней;

         - выработка практических навыков по разработке структурных схем объек-тов управления технологическими параметрами, формулированию состава под-систем автоматизированного управления и их функций, разработки алгоритмов в соответствии с постановкой задач автоматизации, документированию системы автоматизации в объеме ее технического проектирования.

         Задание на КР должно преимущественно отображать решение задач автома-тизации производственных и технологических процессов в теплоэнергетике [2], нефтяной и газовой промышленности или других отраслях.

         С учетом параллельного изучения студентами дисциплин «Проектирование систем автоматизации» и «Системы автоматического проектирования» объект управления по обеим дисциплинам является общим, а распределение задач проектирования определяется содержанием заданий на выполнение курсовой работы по АТП и курсового проекта по ПСА и САПР соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1        Требования к содержанию курсовой работы

 

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

         Расчетно-пояснительная записка (ПЗ) должна содержать 35-40 страниц текста формата 210х297, графическая часть 3 листа формата А4-А3 (на миллиметровой бумаге).

         Содержание пояснительной записки:

         - титульный лист;

         - задание на курсовую работу;

         - введение (объем не более 1-2 страниц);

         - Раздел 1. Технологическая часть

         1.1 Физико-химические основы автоматизируемого процесса.

         1.2 Состав основного и вспомогательного технологического оборудования автоматизируемого процесса и их технические характеристики.

         1.3 Конструктивные особенности автоматизируемой установки.

         1.4 Составление информационной модели автоматизируемого технологи-ческого процесса

         1.5 Технологические критерии ведения технологического процесса.

         - Раздел 2. Системно-технический анализ объекта управления (Основная часть)

         2.1 Анализ микро и макроструктуры автоматизируемого процесса.

         2.1.1 Составление макроструктуры производственного процесса (ПП) и ее анализ.

         2.1.2 Составление микроструктуры ПП, технологического процесса (ТП) и их анализ.

         2.1.3 Составление организационной структуры автоматизируемого процесса

2.2 Составление структурной схемы автоматизируемого процесса как объек-та управления технологическими параметрами и структуры его математической модели.

2.3 Оценка управляемости объекта управления по каналам управляющих и возмущающих воздействий с использованием инструментальных средств имитационного моделирования.

2.4 Неформализованное описание процедуры управления автоматизируе-мым процессом на различных стадиях, т.е. при пуске, работе  на номинальных па-раметрах, нормальном останове, аварийном останове.

2.5 Формализация процедуры управления в виде блок-схем ТАУ для отдель-ных технологических узлов.

2.6 Анализ существующих систем автоматизации для данного вида технологических процессов. Критика прототипа системы управления с позиций современных достижений в области автоматизации.

2.7 Постановка задачи разработки системы автоматизированного управле-ния.

2.7.1 Предложения по степени автоматизации операций управления автома-тизируемым процессом.

2.7.2 Предложения по составу подсистем автоматизированного управления и их функций.

2.7.3 Предложение по структуре оперативно-диспетчерского управления объектом.

- Раздел 3. Специальная часть

3.1 Разработка структурных схем подсистем управления.

3.1.1 Разработка структурной схемы каналов измерения технологической информации.

3.1.2 Разработка структурной схемы каналов дистанционного управления.

3.1.3 Разработка структурной схемы подсистемы автоматического регулиро-вания (АР).

3.1.4 Разработка структурной схемы подсистемы логического управления (ЛУ).

3.1.5 Разработка структурной схемы подсистемы технологической защиты (ТЗ).

3.2 Разработка алгоритмических схем подсистемы управления.

3.3 Расчет параметров настройки автоматической системы регулирования (АСР)    _____________ методом комплексно-частотных характеристик (КЧХ).

3.4 Оценка качества переходных процессов АСР __________ с использова-нием инструментальных средств имитационного моделирования.

3.5 Разработка функциональной схемы автоматизации (ФСА).

- Заключение;

- Список литературы.

Содержание графической части курсовой работы:

Лист 1. Макро и микроструктуры автоматизируемого процесса.

Лист 2. ФСА процесса.

Лист 3. Алгоритмические схемы разрабатываемых подсистем управления.

Оформление текстового и графического материала ПЗ должно соответство-вать требованиям ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002.

 

2        Последовательность выполнения КР

 

         Получив задание на КР, студент должен выполнить ее в следующей последовательности:

         - привести рекомендуемое содержание ПЗ и графической части КР в соответствие с полученной темой и выполнить ПТС объекта (рисунок 1 ПЗ);

- сделать подбор технической и учебной литературы, описывающей техно-логический процесс и принципы его автоматизации, а также регламентирующей состав и функции подсистем управления (нормативно-техническая документация – НТД, приведенная в [1]), и составить список использованной литературы;

- составить обзор литературы по автоматизации заданного объекта (в после-дующем войдет в состав подразделов 2.6 и 3.1 ПЗ);

- разработать общую и специальные части КР в соответствии с рекомендо-ванным составом разделов ПЗ и содержанием графической части;

- составить заключение о полученном результате в КР по сравнению с про-тотипом, рассмотренным в обзоре литературы.

ПЗ и графическая часть в процессе работы над проектом предварительно оформляется в черновике, после консультации с руководителем работы – в окон-чательном виде, представляется к защите в сроки, установленные заданием.       

 

1        Общие методические указания по выполнению основных разделов КР

 

3.1 Исходные данные для выполнения КР

Исходными данными согласно задания для выполнения КР являются:

- принципиальная технологическая схема (ПТС) объекта, осуществляющего ТП или несколько технологических операций (ТО) [2];

- формулировка задачи автоматизации заданного объекта (выполняется пре-подавателем при выдаче задания - Приложение А).

 

3.2 Выполнение обзора технической литературы

В обзоре привести описание для заданного вида технологического оборудо-вания известных технических решений по его автоматизации (алгоритмические схемы, функциональные схемы автоматизации и т.д.).

При выполнении обзора необходимо использовать следующие виды техни-ческой литературы:

- учебная и специальная литература по технологической части;

- учебная и специальная литература по автоматизации;

- технические специальные журналы;

- патенты и авторские свидетельства на изобретения;

- ведомственная нормативно-техническая документация.

            Обзор выполняется в объеме 3-4 страницы с рисунками на формате 210х297, предъявляется руководителю проекта при консультации перед выполнением основ-ной части работы и является составной частью КР.

 

3.3 Введение расчетно-пояснительной записки

Введение расчетно-пояснительной записки должно быть составлено на 1-2 страницах, в нем необходимо кратко описать:

- роль ТП в данной отрасли и задачи автоматизации;

- какие цели поставлены при выполнении КР;

- какие методы, способы и технические решения использованы или прора-

ботаны при выполнении основной и специальной частей КР.

 

         3.4 Указания к разделу 1 «Технологическая часть»

 

         3.4.1 Физико-химические основы автоматизируемого процесса. В подразде-ле 1.1 следует дать описание ПТС автоматизируемой установки с позиций физико-химических основ протекающих в ней процессов, с использованием уравнений движения, материальных, тепловых, энергетических балансов, уравне-

ний химических реакций и т.д. Привести аналитические зависимости между основными потоками рабочих сред и готовой продукции, например, для установившегося состояния привести зависимость электрическая мощность генератора – расход перегретого пара на входе турбины, для парогенераторов расход перегретого пара – расход топлива (питательной воды), расход топлива –

расход воздуха, расход греющего пара на теплофикационную установку – количество отпущенного тепла и т.д. Привести значения технологических параметров, которые необходимо поддерживать при управлении данным объектом. Сформулировать принцип управления с использованием приведенных материальных балансов.

3.4.2 Состав основного и вспомогательного технологического оборудования автоматизируемого процесса и их технические характеристики

В подразделе 1.2 в соответствии с ПТС выделить: основное и вспомогательное оборудование, трубопроводы, насосы, дозаторы, запорную и регулирующую арматуру.

Привести их технические характеристики, необходимые для математическо-го описания объекта управления в виде передаточных функций и расчета их коэф-фициентов, а также выбора технических средств автоматизации (отборные устройства, первичные преобразователи, исполнительные механизмы и т. д.):

         - для основного технологического оборудования (парогенераторы, турбины) общие данные – тип, производительность, наименование исходных, промежуточ-ных рабочих сред, побочной и готовой продукции с указанием их физических свойств, параметров и размеры соответствующих им трубопроводов (Ду в мм);

         - емкости (барабаны, сепараторы и т.д.), рабочий объем (размеры в диапазо-не измерения уровня), величины притока – стока в единицах измерения расхода;

         - теплообменные аппараты (поверхности нагрева) – тип, значения темпера-тур обогреваемой среды и теплоносителя, площадь поверхности нагрева и их вес, диаметры коллекторов (трубопроводов) в местах измерения температуры сред;

         - камеры впрыска пароохладителей – расход охладителя, температуры на входе, выходе, диаметр камеры в местах измерения температуры;

         - насосы, вентиляторы с постоянной скоростью вращения - тип, производи-тельность, мощность, напор в единицах измерения давления;

         - насосы, вентиляторы с регулируемой скоростью вращения – дополнитель-но диапазон скорости вращения и тип устройства (преобразователя изменения скорости вращения) и его характеристики;

         - регулирующие клапаны – тип, Ду в мм, требуемый диапазон регулирова-ния расхода;

- запорная арматура – тип, Ду в мм, требуемая мощность электропривода.

Примечание - При оформлении ПТС (рисунок 1 ПЗ) на основе данного материала составить спецификацию оборудования по установленной форме для данных чертежей.

 

3.4.3 Конструктивные особенности автоматизируемой установки

         На формате А3 в ПЗ привести рисунок общего вида объекта управления в двух проекциях, указать его габариты, пояснить в ПЗ компоновку элементов ПТС с позиций рассмотрения мест расположения измеряемых параметров (согласно таблицы 1 в подразделе 1.4 ПЗ) и средств воздействия на процесс.

         На формате А4 в ПЗ привести план расположения объекта и предполага-емого операторского пункта (для объектов ТЭС поперечный разрез главного корпуса – вид сбоку и сверху) и дать пояснения.

         Привести параметры окружающей среды в окрестности установки:

- диапазон изменения температуры воздуха;

- влажность воздуха, запыленность, наличие взрывоопасных смесей (данная информация в последующем будет использоваться при выборе степени защиты IP технических средств автоматизации, размещаемых на объекте управления).

3.4.4 Разработка информационной модели автоматизируемого технологи-ческого процесса (подраздел 1.4)

Информационная модель объекта управления представляет собой совокуп-ность регламентированных для него измеряемых технологических параметров, а также требуемой информации о положении и состоянии средств воздействия на процесс (СВП), характеризующих его поведение и состояние.

         Разработка информационной модели заключается в составлении полного перечня измеряемых и контролируемых параметров для заданного объекта управления, установления вида и места отображения в соответствии с НТД [1]. Перечень технологических параметров свести в таблицу 1 (по форме, приведен-ной в РД 34.101-88), а о СВП – в таблицу 2 (произвольной формы). 

3.4.5 Технологические критерии ведения технологического процесса

В данном подразделе для технологических параметров (таблица 1.1) необходимо определить согласно инструкций по эксплуатации или техническим условиям для данного объекта управления:

- номинальные значения технологических параметров и их зависимости от нагрузки объекта управления;

- значения отклонений указанных параметров до 1-го предела и значения аварийных отклонений до 2-го предела;

- траекторий изменения основных параметров Xi=f(t) при пуске процесса с указанием допустимых значений максимальной или минимальной скорости, разности и других критериев;

- допустимые динамические отклонения регулируемых параметров при внешних возмущениях, требования к качеству переходных процессов и т.д.

 

3.5 Указания к разделу 2 «Системно-технический анализ объекта управления» (основная часть)

 

Системотехнический анализ (СТА) объекта управления позволяет на осно-вании ПТС и ее описания подойти к процедуре его автоматизации на принципах системного подхода.

Напомним, что СТА проводится в четыре этапа [3]:

- составляется макроструктура производственного процесса ПП (в состав которого входит заданный объект управления) и проводится ее анализ с позиций установления главных задач управления (автоматизации) ПП;

- составляется микроструктура ПП с выполнением ее анализа с позиций оценки места и роли заданного объекта управления, как составного ТП или макроблока в структуре ПП и установления его общих задач автоматизации для достижения главных задач ПП;

- составляется микроструктура технологического процесса ТП (выполня-емого заданным объектом управления) и проводится ее анализ с позиций установления детального состава задач его автоматизации;

- составляется организационная структура ПП для установления иерархи-ческих уровней, входящих в него объектов управления и их задач автоматизации.

3.5.1 Составление макроструктуры производственного процесса (ПП) и ее анализ

На данном этапе ПП рассматривается как элемент (макроблок) более сложной производственной системы i-уровня, с остальными элементами которой (другими ПП) он связан внешними технологическими системными связями (ТСС) исходных рабочих сред, побочной и готовой продукции.

Для составления макроструктуры ПП, например, ПП получения электри-ческой (электрической и тепловой) энергии на конкретной ТЭС, необходимо рассмотреть ее упрощенную принципиальную тепловую (технологическую) схему – ПТС, например, Алматинской ТЭЦ-1.

Отсюда, в данном подразделе необходимо установить:

- наименование ПП, в который входит заданный объект управления;

- установить по ПТС ТЭС состав входных и выходных ТСС и наименование перемещающихся по ним рабочих сред, готовой и побочной продукции;

- установить параметры, которые измеряются в ТСС (главные параметры или системные параметры i-го уровня) с указанием их номинальных значений;

- определить по ПТС ТЭС и ПТС заданного объекта управления имеет ли он непосредственную связь с ТСС и в этом случае выделить из установленного об-щего перечня технологических параметров (таблица 1.2) параметры, которые из-меряются в ТСС (главные параметры или системные параметры i-го уровня);

- установить имеются ли аналитические зависимости между системными параметрами входных и выходных ТСС;

- установить характер изменения потоков сред через ТСС во времени (непрерывный или дискретный);

- какие операции управления материальными потоками через ТСС выпол-няют (при их наличии) установленные в них средства воздействия на процесс (СВП – регулирующие клапаны, задвижки, насосы, образованные из них про-стейшие системы и технологические узлы, формирующие главные или системные

управляющие или возмущающие воздействия).

К входным ТСС, например, ПП на ТЭС относятся:

- магистральные трубопроводы топливного газа до главного распредели-тельного пункта (ГРП) ТЭС с измеряемыми параметрами - расход и давление;

- транспортные линии поставки твердого и жидкого топлива к установкам складирования ТЭС с измеряемым параметром – вес топлива;

- трубопроводы исходной воды к установкам водоподготовки с измеряе-мыми параметрами – расход, химический состав и температура;

- трубопроводы обратной сетевой воды от потребителя к теплофикационной установке с измеряемыми параметрами – расход, давление и температура;

К выходным ТСС ПП на ТЭС относятся:

- электрические линии связи (ЛЭП) с измеряемыми параметрами – мощность, напряжение и частота;

- трубопроводы прямой сетевой воды от установок теплофикации к потре-бителю с измеряемыми параметрами – расход, давление и температура;

- к побочной продукции следует отнести, например, сбросы охлаждающей воды и дымовых газов.

После ответа на поставленные вопросы макроструктура ПП составляется следующим образом [3]:

- представить ПП в виде макроблока, например, прямоугольной формы, вписать внутри его наименование ПП, например, если объектом управления в КР является теплофикационная установка турбины ПТ-60-90 АТЭЦ-1, то следует вписать: «ПП получения электрической и тепловой энергии на АТЭЦ-1»;

- с левой стороны макроблока в виде стрелок показать входные ТСС, а с правой – выходные ТСС;

- над каждой ТСС указать ее обозначение и наименование рабочей среды и номинальные значения измеряемых параметров, например, ТСС-1 Обратная сетевая вода, G1=1600 т/час         T1=70 гр. С       P1=0,25 МПа.

При наличии на ТСС СВП условными буквенно-графическими обозначе-ниями показать выполняемые ими операции управления потоками рабочих сред, например, если на ТСС установлен регулирующий клапан, выполняющий опера-цию непрерывного управления потоком рабочей среды (вспомогательную техно-логическую операцию подачи – отвода), то ее следует обозначить как показано на рисунке 3.1 [3].

An – обозначение операции управления;

Un –управляющее воздействие (ручное по месту при отсутствии испол-нительного механизма или с дистанционным – автоматическим управлением с операторского пункта).

 

 

 

 


Рисунок 3.1 – Обозначение операции управления

 

По результатам составить таблицу 3 и макроструктуру автоматизируемого процесса (рисунок по тексту ПЗ) с указанием характера изменения потока.

3.5.1.1 Для формулирования цели и задач управления ПП (задач верхнего иерархического уровня) необходимо:

- с использованием макроструктуры ПП сформулировать условия получе-

ния конечной и побочной продукции с требуемым информационным обеспече-нием по ее качественным и количественным параметрам и показателям рас-сматриваемого процесса (главным параметрам ПП);

         - с использованием уравнений материальных балансов сформулировать главные задачи управления параметрами конечной продукции путем формирова-ния управляющих воздействий в ТСС (например, задачи стабилизации и т.д.).

 

Таблица 3 – Перечень системных технологических связей ПП получения тепловой и электрической энергии на Алматинской ТЭЦ-1

 

Обозначение ТСС

Наименование ТСС

Характер изменения

Главные измеряемые параметры ПП

Операции управления

1

2

3

4

5

ТСС-1

Трубопровод обратной сетевой воды

Непрерывный

Т1=70 °C

Р1=0,25 МПа

G1=1600 т/ч

-

 

3.5.2      Составление микроструктуры ПП и ее анализ

Микроструктура ПП более детально, чем его макроструктура, характеризует процедуру управления с позиций автоматизации, поэтому на данном этапе СТА ПП рассматривается уже как система, структурированная на отдельные элементы или рабочие операции (i-1)-го уровня, т.е. ТП.

         Напомним, что целями анализа микроструктуры ПП являются [3]:

         - установление полного состава ТП, входящих в ПП, т.е. объектов (i-1)-го уровня и их взаимосвязи с ТСС ПП; 

         - установление состава промежуточных технологических связей ПП (Пр ТС ПП) между отдельными ТП, следовательно, установление вида типовой микро-структуры ПП (последовательная, параллельная, сходящаяся и т.д. или их сочета-ние);

- установление связи автоматизируемого ТП с остальными ТП данного ПП;

- выделение из общей совокупности параметров (таблица 1) промежуточных технологических параметров ПП, измеряемых во входных и выходных Пр ТС ПП, относящихся к рассматриваемому в КР ТП или параметров  (i-1)-го уровня;

- установление состава и вида операций управления потоками рабочих сред через Пр ТС ПП при наличии на них СВП для рассматриваемого ТП;

- установление типа процесса (непрерывный, дискретный, непрерывно-дискретный);

- формулирование задач управления (i-1)-го уровня для каждого ТП и, в частности, автоматизируемого ТП с целью достижения соответствующих задач i-го уровня, установленных при рассмотрении макроструктуры ПП.

3.5.2.1 Для составления микроструктуры, например, ПП на ТЭС (получения электрической и тепловой энергии) следует также использовать ПТС ТЭС.

Микроструктура ПП строится путем замещения условных графических обо-значений оборудования ПТС ТЭС на условные графические обозначения в виде макроблока (прямоугольник – круг) с сокращенным обозначением или полным наименованием выполняемых ими основных или вспомогательных ТП:

         - агрегаты или установки (котельные, турбины и т.д.), выполняющие отдельные основные ТП (получения перегретого пара, теплопревращения и т.д.);

         - установки, выполняющие вспомогательные ТП (химической обработки воды, теплофикации, регенерации тепла основного конденсата и т.д.);

         - средства воздействия на процесс (насосы, дозаторы, запорная и регули-рующая арматура), выполняющих операции управления потоками рабочих сред при их наличии на Пр ТС ПП.

         Макроблоки основных и вспомогательных ТП связать согласно с ПТС ТЭС соответствующими Пр ТС ПП и магистралями с указанием их обозначения, наименования рабочей среды и номинальных значений измеряемых в них промежуточных параметров ПП, затем на микроструктуре ПП показать какие основные (вспомогательные) ТП имеют непосредственные связи с входными или выходными ТСС.

По результатам полученных сведений данного подраздела следует офор-мить таблицу 4, (по форме таблицы 3), и составить микроструктуру ПП с выде-лением макроблока (путем штриховки или цвета) заданного в КР ТП (лист 1 графической части КР), затем отдельно в поле чертежа листа 1 вычертить его макроструктуру (пример на рисунке 4.2).

После построения микроструктуры ПП и макроструктуры автоматизируемо-го ТП необходимо в ПЗ для данного подраздела:

- ответить на вопросы в соответствии с поставленными целями анализа мик-роструктуры ПП;

- сформулировать задачи информационного обеспечения управлением ПП с использованием его промежуточных параметров (i-1)-го уровня;

- сформулировать общую постановку задачи управления автоматизируемого ТП по параметрам, измеряемых в его входных (выходных) системных промежу-точных ТС ПП.

 

Таблица 4 – Перечень промежуточных ТС ПП получения тепловой и электрической энергии на Алматинской ТЭЦ-1

 

Обозначение Пр ТС ПП

Наименование Пр ТС ПП

Характер изменения

Промежуточные измеряемые параметры ПП

Операции управления

1

2

3

4

5

Пр ТС ПП-3

Трубопровод греющего пара от РОУ

Непрерывный

Т3=350 °C

Р3=1,3 МПа

В10; А4

 

3.5.3      Составление микроструктуры автоматизируемого ТП и ее анализ

Микроструктура ТП более детально, чем его макроструктура, характеризует процедуру управления с позиций автоматизации, поэтому на данном этапе СТА ТП рассматривается уже как система, структурированная на отдельные элементы или рабочие операции (i-2)-го уровня, т.е. ТО.

         Напомним, что целями анализа микроструктуры отдельного ТП являются [3]:

         - установление полного состава ТО, входящих в ТП, т.е. объектов (i-2)-го уровня и их взаимосвязи с Пр ТС ПП; 

         - установление состава промежуточных технологических связей ТП (Пр ТС ТП) между отдельными ТО, следовательно, установление вида типовой микро-структуры ТП (последовательная, параллельная, сходящаяся и т.д);

- выделение из общей совокупности параметров (таблица 1) промежуточных технологических параметров ТП, измеряемых в Пр ТС ТП и характеризующих протекание рассматриваемых ТО или параметров  (i-2)-го уровня;

- установление состава и вида операций управления потоками рабочих сред через входные и выходные Пр ТС ТП (при наличии на них СВП) для рассматриваемых отдельных ТО автоматизируемого процесса;

- формулирование задач управления (i-2)-го уровня для каждой ТО с целью достижения соответствующих задач (i-1)-го уровня, сформулированных при рассмотрении макроструктуры ТП;

- построение структурных схем математических моделей отдельных ТО как объектов управления по параметрам (i-2)-го уровня и структурной схемы математической модели ТП в целом.

3.5.3.1 Для составления микроструктуры ТП следует использовать ПТС установки или агрегата, выполняющего данный процесс. В качестве примера в подразделе 4 настоящих методических указаний рассматривается ПТС тепло-фикационной установки турбины ПТ-60-90 (рисунок 4.1).

Микроструктура ТП строится путем замещения условных графических обо-значений ПТС оборудования на условные графические обозначения в виде макроблока (прямоугольник – круг) с сокращенным обозначением или полным наименованием выполняемой ими ТО, а также условных графических обозна- чений СВП, их систем или узлов, на условные обозначения выполняемых ими операций управления потоками рабочих сред в Пр ТС ТП:

         - отдельные теплообменные аппараты (конденсаторы; регенеративные, сете-вые подогреватели; экономайзеры; поверхности нагрева; калориферы), выполня-ющих ТО нагрева, охлаждения, перегрева и т.д.;

         - емкости, баки, выполняющих ТО промежуточного аккумулирования рабо-чих сред;

         - камеры впрыска, трубопроводные узлы суммирования потоков различных рабочих сред, мешалки с активатором или без него, выполняющих ТО смешивания;

         - сепараторы, выполняющих ТО разделения потока входной рабочей среды на два или более компонентов;

         - фильтры (механические, ионообменные), выполняющих ТО отделения или фильтрации  нежелательных компонентов от рабочей среды;

         - регулирующий клапан с ИМ (без ИМ) на входной (выходной ) Пр ТС ТП (ПП) или ТСС (в дальнейшем ТС) отдельного из перечисленных технологических аппаратов, выполняющий операцию непрерывного регулирования подачей – притоком или стоком – отводом рабочей среды к аппарату (от аппарата) с дистанционным – автоматическим управлением при наличии ИМ (ручным управлением по месту без ИМ);

         - запорная задвижка с ИМ (без ИМ) или насос (дозатор) с электроприводом с постоянной скоростью вращения на входной (выходной) ТС отдельного техно-логического аппарата, выполняющие операцию дискретного (двухпозиционного) управления (регулирования) подачей – притоком или стоком – отводом рабочей среды к аппарату (от аппарата) с дистанционным – автоматическим управлением при наличии ИМ (ручным управлением по месту без ИМ);

         - насос (вентилятор, компрессор, дозатор) с электроприводом с переменной скоростью вращения на входной (выходной) ТС отдельного технологического аппарата, выполняющий операцию непрерывно-дискретного регулирования подачей – притоком или стоком – отводом рабочей среды с дистанционным или автоматическим управлением;

         - насосный агрегат (система: задвижка входная; насос; задвижка на выходе), выполняющий в комплексе операцию дискретного (двухпозиционного) управления – регулирования рабочей среды в входной (выходной) ТС;

         - насосная станция (k-последовательно или параллельно соединенных на-сосных агрегатов), выполняющая операцию дискретного или (k+1)-позиционного управления – регулирования рабочей среды в входной (выходной) ТС.

         Перед построением микроструктуры ТП на ПТС следует обозначить:

        - точки суммирования потоков в трубопроводных узлах, например, цифрой 1;

        - точки разделения потоков в трубопроводных узлах, например, цифрой 2.

Затем:

- соединить выделенные ТО с входными и выходными Пр ТС ПП или ТСС согласно макроструктуре ТП (рисунок 4.2);

- соединить выделенные ТО согласно ПТС с помощью Пр ТС ТП;

- над каждой промежуточной ТС ТП поставить ее обозначение, наимено-вание рабочей среды;

- при наличии на ТС СВП показать выполняемые ими операции управления с помощью условных обозначений (п. 3.5.1 настоящих указаний и [3]);

- под каждой Пр ТС показать выделенные из таблицы 2 промежуточные параметры ТП с указанием их номинальных значений;

- если промежуточные параметры ТП измеряются непосредственно в техно-логических аппаратах, то их следует показать на макроблоке соответствующей ТО или вне его;

- оценить способ управления каждой ТО (подачей – отводом рабочей среды) и по какому параметру;

- показать стрелками каналы управляющих и возмущающих воздействий для каждой ТО как объектами управления параметрами (i-2)-го уровня и выделить каждый объект с пояснением в ПЗ.

В ПЗ дать анализ состава операций управления заданным ТП:

- по временной форме управляющего воздействия на процесс (непрерывное, дискретное, непрерывно-дискретное);

-  составу команд (убавить – прибавить, открыть – закрыть, включить – отключить) с оценкой общего числа команд;

- способу формирования (ручное по месту, дистанционное, автоматическое и по какому параметру).

По результатам анализа микроструктуры следует отдельно в поле чертежа листа 1 вычертить микроструктуру ТП (пример на рисунке 4.3), оформить таблицу 5 состава промежуточных ТС ТП и измеряемых в них параметров (пример ниже), таблицу 6 состава ТО (по форме в разделе 4).

 

Таблица 5 – Перечень промежуточных ТС ТП получения тепловой энергии на теплофикационной установке турбины ПТ-60-90 (пример)

 

Обозначение Пр ТС ТП

Наименование Пр ТС ТП

Характер изменения

Промежуточные измеряемые параметры ТП

Операции управления

1

2

3

4

5

Пр ТС ТП-2

Трубопровод подпиточной воды ТО1-узел смеш. 1

Непрерывный

Р10=1,3 МПа

 

В1; Д1; В2; А1

 

3.6 Составление организационной структуры автоматизируемого процесса

Основной целью составления организационной структуры автоматизиру-емого процесса является установление характера ее древовидности и иерархии структурированных рабочих операций или объектов управления i, (i-1), (i-2) уров-ней по результатам изучения макроструктуры ПП, микроструктуры ПП и микро-структуры рассматриваемого ТП с учетом состава его операций управления, выполняемых СВП, как объектов низшего уровня. Таким образом, если принять i=3, то следует в дальнейшем рассматривать:

- ПП как макроблок с ТСС и измеряемыми в них системными параметрами – объектом управления 3-го или верхнего иерархического уровня;

- каждый отдельный ТП с относящимися к нему Пр ТС ПП или ТСС и из-меряемыми в них промежуточными параметрами ПП или системными параметрами – объектом управления 2-го иерархического уровня;

- каждая отдельная ТО любого из ТП с относящимися к ним Пр ТС ТП, Пр ТС ПП или ТСС с соответствующими параметрами – объектами 1-го иерархичес-кого уровня.

         Низший иерархический уровень занимают СВП, выполняющие операции управления потоками рабочих сред, поэтому его следует подразделять на подуровни [3]:

         - технологические узлы СВП – 3-й подуровень;

         - простейшие системы СВП – 2-й подуровень;

         - отдельные СВП – 1-й подуровень.

Организационная структура процесса оформляется в виде рисунка (рисунок 4.3) по тексту ПЗ, который в последующем будет использован при разработке структуры оперативно-диспетчерского управления автоматизируемым процессом, его структуры КТС и иерархирования проекта системы автоматизации.

 

         3.7 Составление структурной схемы автоматизируемого процесса как объекта управления технологическими параметрами и структуры его математической модели

         Эта часть курсовой работы выполняется в соответствии с полученной выше микроструктурой автоматизируемого ТП для выделенных объектов по примеру, изложенному в разделе 3.2 [3]. Затем следует описать передаточными функциями установленные каналы управляющих и возмущающих воздействий, при этом следует использовать экспериментальные динамические характеристики или расчетные передаточные функции, полученные с использованием конструктив-ных характеристик объекта управления, т.е. получить структуру математической модели объекта управления ТП в целом.

 

3.8 Оценка управляемости объекта управления по каналам управляющих и возмущающих воздействий с использованием инструментальных средств имитационного моделирования (подраздел 2.3 ПЗ КР)

Пример оценки управляемости объекта с использованием структуры мате-матической модели, описанной передаточными функциями рассмотрен в разделе 3.3 [3]. Для выполнения управляемости следует:

- полученную в разделе 2.2 ПЗ структуру математической модели объекта управления привести к форме с использованием библиотеки алгоритмов имита-ционного моделирующего комплекса, например, комплекса MATLAB;

- получить графики фактических динамических характеристик принятой модели, выполнить их распечатку на принтере и графическими методами произ-вести их обработку, т.е. получить значения их коэффициентов и по численным значениям t/T и e сделать заключение об управляемости объекта.

 

         3.9 Неформализованное описание процедуры управления автоматизируемым процессом на различных стадиях

В данном разделе необходимо установить:

- с использованием инструкции по эксплуатации устойчивые состояния для одного из технологических аппаратов (разделы 4.3 [1] и 3.4 [3]), выполняющего основную ТО (состояние остановленного процесса, промежуточные состояния,

рабочее состояние) и результаты оформить в виде таблиц (ниже);

- с использованием элементов теории графов составить граф состояния (рисунок) для данного аппарата и установить число этапов (частей) ТАУ для пере-

хода аппарата (объекта управления) из начального, в промежуточные и рабочее состояния и обратно, в остановленное состояние, в том числе ускоренно и аварийно при нарушении технологического режима;

 

Таблица 7 - Устойчивые состояния технологического аппарата _________

 

Наименование устойчивого состояния аппарата

Положение регулирующих органов в %

Состояние дискретных управляющих органов «0» («1»)

Значения технологических параметров

 

 

 

 

 

- для каждого этапа (части) ТАУ установить число шагов, последователь-ность и логические условия выполнения каждого шага;

- дать описание каждого этапа в неформализованном виде, при этом привес-ти значения параметров, при которых происходит изменение состояния или поло-жение управляющих органов ТС, предельные и недопустимые значения парамет-ров, их скорость и характер изменения, точность поддержания и т.д.

 

         3.10 Формализация процедуры управления в виде блок-схем ТАУ для заданного технологического аппарата

         В данной части курсовой работы необходимо составить блок-схему ТАУ для этапов пуска – останова (раздел 3.9), используя его неформализованное опи-сание и сведения из раздела 2.9 [3], разделов 7.5.1-7.5.3 [4].

 

         3.11 Анализ существующих систем автоматизации для заданного вида технологических процессов. Критика прототипа системы управления с позиций современных достижений в области автоматизации

В данном разделе необходимо дать описание прототипа существующей сис-темы автоматизации (СА) для рассматриваемого или близкого к нему процесса.

Описание СА, взятой в качестве прототипа, выполняется на основании технической документации, литературы и должно ответить на ряд вопросов:

- какой состав подсистем автоматизированного управления имеет СА, взя-тая в качестве прототипа;

- какой состав функций каждой из подсистем прототипа;

- какие используются алгоритмы подсистем управления (привести переда-точные функции или алгоритмические схемы);

- какой уровень степени автоматизации для рассматриваемого прототипа (рассмотреть общее число операций управления данным объектом и какие из них выполняются оператором ручным способом, с применением средств дистанцион-

ного и автоматического управления);

         - дать оценку используемых в прототипе технических средств автоматиза-ции (ТСА);

- привести недостатки СА прототипа по составу подсистем, их функциям, алгоритмам, степени автоматизации, применяемым ТСА и т.д.;

 - рассмотреть вопросы организации автоматизированного управления (раз-мещение рабочих мест оператора ТП и КТС на локальных или централизованных

пунктах управления).

 

3.12 Постановка задачи разработки системы автоматизированного управления

Постановка задачи автоматизированного управления должна содержать следующие подразделы:

- предложения по степени автоматизации операций управления автома-тизируемым процессом по сравнению с прототипом;

- предложения по составу подсистем автоматизированного управления и их функций по сравнению с прототипом;

- предложение по структуре оперативно-диспетчерского управления объек-том.

Предложения по составу функций каждой из подсистем с учетом критики прототипа должны содержать:

- для информационной подсистемы – предлагаемый состав функций для каждого канала измеряемых параметров согласно таблице 2 информационной модели (раздел 1) с указанием буквенного кода точки измерения, способов пре-образования, отображения, обработки информации и сигнализации отклонения параметров (оформить в виде таблицы 4 с использованием буквенного кода [3], пример в разделе 4 настоящих МУ), если в таблице 2 задано автоматическое регулирование данного параметра, то следует предусмотреть вывод сигнала после выполнения функции преобразования в подсистему автоматического регулирова-ния;

- для подсистемы дистанционного управления привести перечень регулиру-ющих органов, запорной арматуры, насосных агрегатов и других дозирующих управляющих органов, на которые осуществляется передача команд оператора с локальных или централизованного пункта управления и с указанием буквенного кода [3], дать обозначения функций их дистанционного управления, дать оценку принятого уровня оснащения средствами дистанционного управления (оформить в виде таблицы 5 (пример в разделе 4 настоящих МУ);

- для подсистемы автоматического регулирования привести уточненный пе-речень задач (стабилизации, слежения, каскадного, программного или экстре-мального регулирования), реализация которых прорабатывается в КР для каждого установленного канала управляющего воздействия согласно структурной схеме объекта управления, рассмотренной в разделе 2.2 данной КР, с указанием регули-руемых параметров и требований статической и динамической точности их поддержания, отобразить состав функций подсистемы с использованием буквен-

ных кодов [3] и номеров каналов измерения регулируемых параметров;

Примечание – Для перечисленных задач необходимо сформулировать критерии, которые должны быть обеспечены системой управления при ее реали-зации (технологические критерии и показатели, частотные и интегральные критерии к переходным процессам и т.д.).

- для подсистемы логического дискретного управления и технологических защит перечень задач пуска - останова, выявления аварийных ситуаций и форми-рования команд на останов ТП и т.д., реализация которых предусмотрена для данного объекта.

 

         3.13 Указания к разделу 3 «Специальная часть»

 

3.13.1 Разработка структурных схем подсистем управления

3.13.1.1 Разработка структурной схемы каналов измерения и отображения технологической информации (информационная подсистема) заключается в выборе вида технических средств (без указания его конкретного типа) для реализации установленных в таблице 2 функций данной подсистемы, используя их номинальные значения, установленные в подразделе 1.5.

Выбор структурных элементов канала измерения произвести в следующей последовательности:

- по номинальному значению выбрать стандартный верхний предел измере-ния (диапазон измерений);

- по величине диапазона измерения и размерности выбрать вид первичного преобразователя (при измерении температуры – ТСМ, ТСП, ТХК или ТХА; при измерении давления – ДА, ДИ, ДВ, ДИВ, ДД; при измерении уровня – ДД или с двоичным сигналом);

- при измерении расхода с использованием преобразователя ДД необходимо выбрать вид сужающего устройства и стандартное значение DPmax (при измерении расхода пара или воды - диафрагма камерная ДКА (бескамерная ДБА); при измерении расхода газа или воздуха – сопло Вентури; при измерении уровня – уравнительный сосуд);

- для выбранного первичного преобразователя принять стандартное значе-ние диапазона изменения выходного сигнала для интерфейса с входной частью информационной подсистемы;

- составить структурную схему канала и рассчитать его коэффициент пере-дачи.

         3.13.1.2 Разработка структурной схемы каналов дистанционного управления (ДУ) заключается в выборе для СВП (которые должны иметь дистанционное управление согласно постановки задачи разработки подсистемы ДУ) состава необходимых элементов, определяющих структуру канала дистанционной передачи на него управляющего воздействия от оператора или автоматического устройства согласно сформулированных условий управления.

         Структурные схемы каналов ДУ будут использоваться при разработке алго-ритмов управления и выборе структуры КТС.

К элементам структурной схемы каналов ДУ отдельными СВП относятся:

- исполнительные механизмы (пропорциональные с коэффициентом переда-чи КИМ, постоянной скорости перемещения с передаточной функцией 1/ТИМ*р, двухпозиционные с релейной характеристикой – электромагнитные приводы);

         - пусковые устройства (пропорциональные – усилители мощности, позицио-неры с коэффициентом КПУ, двухпозиционные силовые релейные элементы РЭ);

- посты оператора местного управления;

- панели управления операторского пункта виртуальные или физические;

- средства выбора режима управления «ручное – авт.», «местное – пункт оператора» (виртуальные или физические).

         Структурная схема должна отразить взаимодействие выбранных элементов с указанием команд и значений физических сигналов на входах - выходах пуско-вых устройств.

         3.13.1.3 Разработка структурной схемы подсистемы автоматического регулирования (АР) строится с использованием следующих данных:

         - структуры математической модели объекта (разделы 2.2 – 2.3 КР);

         - уточненного перечня задач регулирования с указанием технических требо-ваний к качеству регулирования (требования к статической и динамической точ-ности), которые предопределяют выбор закона регулирования и вид передаточ-ных функций управляющей части АСР.

         Структурная схема математической модели подсистемы АР должна в окон-чательной форме отражать все контуры регулирования в соответствии с предла-гаемыми в КР техническими решениями с указанием видов передаточных функ-ций управляющей части и передаточных функций объекта управления по каналам управляющих и возмущающих воздействий с величинами их коэффициентов (раздел 3.6 [3]).

         3.13.1.4 Разработка структурной схемы подсистемы логического управления (ЛУ), которая должна отражать состав, иерархию логических устройств и их взаимосвязь по каналам ввода дискретной информации и вывода дискретных команд между собой и объектами управления различных иерархических уровней рассмотрена ранее (раздел 7 [4]).

3.13.1.5 Разработка структурной схемы подсистемы технологической защиты (ТЗ),  которая должна отражать:

- состав входных каналов и их наименование и взаимосвязь с выходной частью;

- адреса команд выходной части в подсистему дистанционного управления (раздел 8 [4]).

3.13.2 Разработка алгоритмических схем (АСР) подсистем управления

3.13.2.1 В подразделе разработки АЛС информационной подсистемы необ-ходимо отобразить с использованием структурной схемы каналов измерения – структуру алгоритмов обработки информации от первичных преобразователей для

каждого канала измеряемых технологических параметров, например, для канала измерения расхода перегретого пара котла необходимо в графической форме с использованием типовых алгоритмов статического и динамического преобразова-ния аналоговых сигналов последовательно представить:

- адрес первичного преобразователя и диапазон его выходного сигнала (0-5 мА);

- алгоритм масштабирования входного сигнала;

- алгоритм извлечения квадратного корня;

- алгоритм фильтрации входного сигнала и т.д.;

- адресацию выходного сигнала на индикацию, регистрацию и подсистему автоматического регулирования.

3.13.2.2 В подразделе разработки АЛС подсистемы дистанционного управ-ления необходимо отобразить в соответствии со структурной схемой данной под-системы – АЛС управления каждым видом СВП с использованием раздела 5 [4].

3.13.2.3 АЛС подсистемы АР строится с использованием разработанной структурной схемы математической модели подсистемы с указанием (раздел 6 [4]):

- источников входных сигналов (дискретные, аналоговые) с обозначением монтажных позиций их источников;

- структуры типовых алгоритмов управления, реализующих рассмотренные выше передаточные функции регулирующих устройств;

- условные графические обозначения элементов исполнительной части с указанием их монтажных позиций (использовать соответствующий фрагмент функциональной схемы автоматизации).

При необходимости произвести доработку алгоритмов управляющей части.

По результатам построения алгоритмической схемы составить таблицу информационной емкости задачи подсистемы АР.

Таблица 8 - Информационная емкость задачи подсистемы АР

 

Общее число входных сигналов

Общее число выходных сигналов

аналоговых

дискретных

аналоговых

импульсных

дискретных

 

 

 

 

 

 

При необходимости уточнить состав функций подсистемы АР по результа-там доработки алгоритмической схемы.

3.13.3 Расчет параметров настройки АСР ___ методом КЧХ

Для одной из АСР подсистемы АР по заданию преподавателя выполнить расчет параметров настройки П (ПИ, ПИД)-регулятора с использованием получен-ных ранее коэффициентов передаточной функции объекта регулирования по кана-лу управляющего воздействия методом КЧХ.

Дополнительно  выполнить проверочный расчет по упрощенным формулам, изложенным в курсе дисциплины «Монтаж и наладка СУ».

3.13.4 Оценка качества переходных процессов АСР ___ с использованием инструментальных средств имитационного моделирования

В соответствии со структурной схемой математической модели рассматриваемой АСР с учетом полученных параметров настройки составить ее модель с использованием, например, комплекса MatLab и провести анализ переходных процессов на соответствие заданных критериев регулирования.

При необходимости уточнить полученные параметры настройки экспери-ментально на модели АСР.

3.13.5 Разработка функциональной схемы автоматизации (ФСА) выполня-ется с использованием:

- исходной ПТС объекта управления;

- постановки задачи автоматизированного управления с учетом разработан-ных структурных и алгоритмических схем.

Разработка ФСА заключается в составлении в ПЗ скорректированного пе-речня функций [1, стр. 27-30] разрабатываемых подсистем управления и в графи-ческом их отображении на листе 2 согласно принятым стандартам с указанием рас-положения элементов функциональной структуры СА на технологическом обору-довании (по месту) и на операторских пунктах по подсистемному признаку.

Поле чертежа разбивается на три зоны по горизонтали:

- зона расположения ПТС объекта управления (верхняя часть около 50-60 % поля чертежа) и графических элементов функций измерения параметров;

- зона расположения графических элементов, отображающих функции пре-образования измеренных технологических параметров и дистанционной передачи команд на ИМ СВП (средняя часть около 10-15 % поля чертежа);

- зона операторского пункта для расположения графических элементов функций отображения информации, дистанционного управления, автоматического регулирования, технологической защиты, дискретного логического управления (нижняя часть около 40 % поля чертежа, разбиваемая на строки по числу подсистем управления).

Формат листа 2 и масштаб ПТС выбирается с учетом количества и стан-дартного размера графических элементов функций измерения технологических параметров, состава СВП и исполнительных механизмов, располагаемых на трубо-проводах и технологическом оборудовании.

Толщина линий ПТС должна быть на 1-2 пункта больше толщины линий связи между графическими элементами функций управления.

Графические элементы функций измерения, преобразования и отображения информации (для отдельного канала измерения) следует по возможности распо-лагать вдоль вертикальной линии связи между ними; аналогично следует распо-лагать графические элементы, отражающие функции ДУ отдельными СВП, начиная от ИМ. При затруднениях в расположении графических элементов вдоль вертикальной линии для одного канала измерения или ДУ, следует делать ее раз-рыв с обозначением цифровыми сносками соответствующих номеру канала.

Каждый графический элемент функций управления должен иметь монтаж-ную позицию Х-Х (первая цифра – номер канала, вторая – порядковый номер элемента в канале).

В целом ФСА оформляются по правилам, изложенным в курсе дисциплины «Проектирование систем автоматизации» для графических документов и в [5].

 

 

 

 

 

4        Пример выполнения отдельных разделов КР

 

Например, согласно заданию на КР необходимо разработать систему автоматизации теплофикационной установки турбоагрегата ПТ-60-90 Алматинской ТЭЦ-1.

Исходные данные:

- принципиальная технологическая схема (ПТС) установки;

- параметры рабочих сред.

Принципиальная технологическая схема представлена на рисунке 4.1.

Параметры рабочих сред

Обратная сетевая вода: G1=1600 т/ч, P1=0,25 МПа, T1=70 °С.

Прямая сетевая вода: G2=2000 т/ч, P2=0,63 МПа, T2=120 °С.

Нагретая сетевая вода за пиковым бойлером: P6=0,4 МПа, T5=120 °С.

Нагретая сетевая вода за основным бойлером: P8=0,4 МПа, T6=120 °С.

Пар из теплофикационного отбора: P4=0,25 МПа, T=350 °С.

Пар из магистрали РОУ: P3=1,3 МПа, T3=350 °С.

Уровень конденсата греющего пара в пиковом и основном бойлерах:

L1= L2=500 мм в ст.

Уровень подпиточной воды в баке: L3=1-4 м в ст.

При разработке проекта системы автоматизации данной установкой обеспе-чить реализацию централизованного автоматизированного управления с рабочего места оператора-технолога турбины ПТ-60-90.


 


Рисунок 4.1 - ПТС теплофикационной установки турбины ПТ-60-90

 

4.1 Пример выполнения анализа макроструктуры процесса, осуществляемо-го теплофикационной установкой (подраздел составления макроструктуры ТП)

В соответствии с описанием физических основ процесса (раздел 1) на рассматриваемой установке осуществляется ТП выработки тепловой энергии (в виде нагретой прямой сетевой воды), входящего в микроструктуру ПП Алматинской ТЭЦ-1, в соответствии с которой (в виду ограничений не приводится) к его внешним ТС относятся:

- трубопровод обратной сетевой воды от потребителя (участок от места входа на границу предприятия, измерения параметров G1, P1 и T1 до точки 1 суммирования ее потока с потоком подпиточной воды), поэтому классифицируем данный трубопровод как входную системную ТС и обозначим ее ТСС-1;

- трубопровод прямой сетевой воды к потребителю (участок от места измерения параметров G2, P2 и T2 до выхода на границе предприятия), клас-сифицируем его как выходную системную ТС и обозначим ее ТСС-2;

- трубопроводы пара из магистрали РОУ, пара из теплофикационного отбора турбины, подпиточной воды от установки химической водоочистки (ХВО) – классифицируем соответственно как входные промежуточные ТС ПП и обозначим соответственно Пр ТС ПП-3 (с параметрами P3 и T3), Пр ТС ПП-4 (с параметрами P4 и T4), Пр ТС ПП-5 (без измерения параметров) и Пр ТС ПП-6 (без измерения параметров).

Результаты сведем в таблицу (по форме таблиц 3 и 4), однако в данном методическом указании пример заполнения таблицы не представлен.

По результатам таблицы составляем макроструктуру ТП выработки тепло-вой энергии (рисунок 4.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 4.2 – Макроструктура ТП выработки  тепловой энергии

 

Рассмотренная макроструктура позволяет:

- проанализировать достаточность объема информационного обеспечения для управления автоматизируемым процессом на уровне его макроструктуры;

         - определять текущие значения отпускаемой тепловой энергии Q – главного

показателя процесса по формуле

         Q = C* G2 (T1 – T2),

         где  С – теплоемкость прямой сетевой воды;

         - определять текущее значение расхода подпиточной воды по формуле

                   G6 = G2 – G1;

- классифицировать процесс как непрерывный по характеру изменения по-токов во входных и выходных внешних ТС (в системных и промежуточных ПП);

- сформулировать состав отображаемых параметров на главном видеокадре ТП в объеме, представленном на макроструктуре, и главную задачу управления – поддержание материального баланса G1 + G6 = G2 при постоянстве заданных значений давления P1 и температуры T2.

 

4.2 Пример составления и анализа микроструктуры ТП выработки тепловой энергии (подраздел составления микроструктуры ТП)

В соответствии с исходной ПТС выделяем согласно рассмотренным выше рекомендациям (раздел 3.5.3):

- аппараты или машины, выполняющие ТО совместно с измеряемыми в них промежуточными параметрами ТП;

- промежуточные ТС ТП между аппаратами совместно с измеряемыми в них промежуточными параметрами ТП и СВП, выполняющих операции управления подачей – отводом рабочих сред для осуществления ТО.

При наличии на ТС нескольких СВП выделить их простейшие системы, технологические узлы или магистрали [3].

На ПТС выделяем следующие технологические аппараты:

- бак подпиточной воды объемом 100 м3, выполняющий ТО промежуточ-ного аккумулирования (обозначим ТО-1), протекание ТО-1 характеризуется ее главным параметром – уровень L3;

- соединительный узел 1 трубопроводов обратной сетевой и подпиточной воды, выполняющий ТО смешивания (обозначим ТО-2), ход ТО-2 характеризу-ется ее главным параметром – заданным значением системного параметра Р1;

- пиковый бойлер (ПБ), выполняющий ТО нагрева обратной сетевой воды (обозначим ТО-3), протекание ТО характеризуется ее главным параметром – заданным значением Т5 на выходе его трубной системы;

- основной бойлер (ОБ), выполняющий ТО нагрева обратной сетевой воды (обозначим ТО-4), протекание ТО характеризуется ее главным параметром – заданным значением Т6 на выходе его трубной системы;

- нижняя часть корпуса ПБ, выполняющая ТО аккумулирования конденсата греющего пара (обозначим ТО-5), протекание ТО характеризуется ее главным параметром – уровнем L3;

- нижняя часть корпуса ОБ, выполняющая ТО аккумулирования конденсата греющего пара (обозначим ТО-6), протекание ТО характеризуется ее главным параметром – уровнем L2.

Последующее смешивание выходных потоков обоих бойлеров осуществляется в соединительном узле 1 и характеризуется величиной системного параметра – температурой Т2.

Затем на ПТС выделим промежуточные ТС ТП:

- трубопровод от узла 1 смешивания обратной сетевой и подпиточной воды до узла 2 разделения потоков к бойлерам (обозначим Пр ТС ТП-1) содержит систему S-Д2, состоящую из трех, последовательно соединенных СВП (задвижка В3, насос Д2, задвижка В4) – насосный агрегат, выполняющего в комплексе операцию дискретного управления подачей сетевой воды к узлу 2 разделения потоков по промежуточному параметру Р9;

- трубопровод от бака подпиточной воды до узла смешивания 1 (обозначим Пр ТС ТП-2) содержит технологический узел СВП, состоящий из последова-тельно соединенной системы S-Д1 и регулирующего клапана А1, выполняющего в комплексе операцию непрерывно-дискретного управления подачей подпиточной воды для обеспечения ТО-2 по ее главному параметру Р1 с использованием промежуточного параметра Р10 на выходе S-Д1;

- трубопровод от узла 2 разделения потоков до входа в трубную систему пикового бойлера (обозначим Пр ТС ТП-3) содержит задвижку В5, выполняющую операцию дискретного управления подачей сетевой воды в трубную систему ПБ;

- трубопровод от узла 2 разделения потоков до входа в трубную систему основного бойлера (обозначим Пр ТС ТП-4) содержит задвижку В8, выполняющую операцию дискретного управления подачей сетевой воды в трубную систему ОБ;

- трубопровод с выхода в трубную систему ПБ до узла 1 смешивания  потоков нагретой сетевой воды (обозначим Пр ТС ТП-5) содержит задвижку В6, выполняющую операцию дискретного управления выходом воды из трубной системы ПБ по параметру Р6;

- трубопровод с выхода в трубную систему ОБ до узла 1 смешивания  потоков нагретой сетевой воды (обозначим Пр ТС ТП-6) содержит задвижку В9, выполняющую операцию дискретного управления выходом воды из трубной системы ПО по параметру Р8;

- трубопровод от нижней части корпуса ПБ до узла 1 смешивания  потоков конденсата (обозначим Пр ТС ТП-7) содержит регулирующий клапан А3, выполняющий операцию непрерывного регулирования сливом основного конденсата из корпуса ПБ по параметру L3;

- трубопровод от нижней части корпуса ОБ до узла 1 смешивания  потоков конденсата (обозначим Пр ТС ТП-8) содержит регулирующий клапан А5, выполняющий операцию непрерывного регулирования сливом основного конденсата из корпуса ОБ по параметру L2.

Затем проведем анализ состава операций управления потоками рабочих сред через внешние ТС данного процесса:

- Пр ТС ПП-6 содержит задвижку В13, выполняющую операцию двухпози-

ционного регулирования подачей подпиточной воды в бак по параметру L1;

- Пр ТС ПП-3 содержит систему S-А4 (задвижка В10, регулирующий клапан А4), выполняющую операцию непрерывного регулирования подачей греющего пара к корпусу ОБ по параметру Т6;

- Пр ТС ПП-4 содержит систему S-А2 (задвижка В7, регулирующий клапан А2), выполняющую операцию непрерывного регулирования подачей греющего пара к корпусу ПБ по параметру Т5;

- ТСС-2 содержит систему S-Д3 (задвижка В11, насос Д3, задвижка В12), выполняющую в комплексе операцию дискретного управления подачей прямой сетевой воды к потребителю по параметру Р2.

По результатам составим таблицу 5 перечня промежуточных ТС ТП (по форме из раздела 3.5.3) и таблицу 7 состава ТО ТП автоматизируемого процесса.

 

Таблица 7 - Состав  ТО ТП выработки тепловой энергии (пример)

Обозначение ТО

Наименование ТО

Наименование аппарата вып. ТО

Главный параметр ТО

1

2

3

4

ТО-1

Аккумулирование подпиточной воды

Бак, объем 100 м3

Уровень L3

 

Затем составим микроструктуру ТП выработки тепловой энергии (рисунок 4.3) путем замены элементов ПТС: технологических аппаратов – на условные графические обозначения выполняемых ТО, СВП – на условные обозначения выполняемых ими операций управления, с указанием мест измеряемых параметров на ТС (системных, промежуточных ПП, промежуточных ТП).

Используя полученные данные анализа о составе ТО и составе операций уп-равления на ТС, согласно [3] представим рассмотренные ТО как объекты управ-ления 1-го иерархического уровня, обозначив стрелками на рисунке 4.3 их управ-ляющие Un и внешние fвн возмущающие воздействия на их главные параметры:

- объект 1 – двухпозиционного управления уровня L1 в баке (ТО-1) c управ­ляющим воздействием Uв13  и внешним возмущающим воздействием fвн.L1 со стороны системы S-Д3;                                                                                                 

- объект 2 – непрерывного регулирования давления Р1 перед узлом смешивания 1 (ТО-2) с управляющим воздействием UА1 и внешним возмущающим воздействием fвн.Р1со стороны ТСС-1;  

- объект 3 – непрерывного регулирования температуры Т5 на выходе ПБ (ТО-3) с управляющим воздействием UА2 и внешним возмущающим воздействием fвн.Т5 со стороны ПР ТС ТП-3;

- объект 4 – непрерывного регулирования температуры Т6 на выходе ОБ (ТО-4) с управляющим воздействием UА4 и внешним возмущающим воздействием fвн.Т6 со стороны ПР ТС ТП-4;

- объект 5 – непрерывного регулирования уровня L 3 конденсата греющего пара в ПБ (ТО-5) с управляющим воздействием UА3 и внешними возмущениями fвн. L3 со стороны ПР ТС ТП-3;


Подпись: Пр ТС ТП-5
Подпись: Пр ТС ТП-2
Подпись: Пр ТС ТП-4
Подпись: Пр ТС ТП-7
Подпись: Пр ТС ТП-6

S-Д1

 
Подпись: f  вн.L1
Подпись: Пр ТС ТП-8

Пр ТС ПП-3

 


Uв7

 

S-А4

 

ТСС-1

 

f  вн.Р1

 

Uв1

 

P10

 

UД1

 

Д1

 

Uв2

 


Uв5

 

Uв6

 

UА3

 

S-Д3

 

UД2

 

Д2

 

UА2

 

S-Д2

 

Uв4

 

P5

 

Т5

 

P6

 

Пр ТС ТП-1

 

L3

 

Uв5

 

 

 

Подпись: 28
 

 



- объект 6    непрерывного регулирования уровня L 2 конденсата греющего пара в ОБ (ТО-6) с управляющим воздействием UА5 и внешними возмущениями fвн. L2 со стороны ПР ТС ТП-4.

В соответствии с рисунком 4.3 выполним анализ общего состава операций управления потоками рабочих сред данного процесса (выполняемых отдельных СВП):

- всего операций управления - 21, в том числе:

         - операций непрерывного регулирования - 5 (А1 - А5), реализуемых с помо-щью ручных воздействий UА1 - UА5  по месту (двухканальные команды "прибавить - убавить" - всего команд -10);

- операций дискретного управления - 13 (В1 - В13), реализуемых с помощью ручных воздействий UВ1 - UВ13  по месту (двухканальные команды "открыть - закрыть" - всего команд -26);

- операций дискретного управления - 3 (Д1 - Д3), реализуемых с помощью воздействий UД1 - UД3  на нереверсивный электропривод от пусковых устройств дистанционного управления (одноканальные команды "включить - отключить" - всего команд -3, т.к. данная команда формируется одним пусковым устройством).

Отсюда общее число команд на СВП для реализации перечисленных операций управления составит - 39.

В соответствии с микроструктурой ТП (рисунок 4.3) следует отнести данный процесс к типовой сходящейся последовательно-параллельной структуре с непрерывным характером протекания во времени рабочих операций (ТО).

Параллельное протекание основных ТО-5 и ТО-6 предопределяет независи-мое поддержание заданных значений их главных параметров Т5 и Т6.

Ввиду непрерывного характера процесса, все перечисленные при анализе его макро и микроструктур параметры (кроме уровня L1 в баке подпиточной во-ды) следует измерять с использованием технических средств с аналоговым выход-ным сигналом. Для параметра L1 достаточно измерять его дискретные значения L1мах и L1мин для обеспечения двухпозиционного регулирования.

 

4.3 Пример составления организационной структуры автоматизируемого ТП

 

В соответствии с рассмотренными макро- (рисунок 4.2) и микроструктурой (рисунок 4.3) организационная структура ТП выработки тепловой энергии будет иметь вид, представленный на рисунке 4.4.

Организационная структура данного ТП отражает трехуровневую иерархию его рабочих операций и операций управления, в соответствии с которой выделим:

- 1 - низший подуровень (ПУ) управления отдельными СВП;

- 2 - низший подуровень управления простейшими системами СВП;

- 3 - низший подуровень управления технологическим узлом СВП;

- 1 - уровень управления отдельными ТО;

- 2 - уровень управления в целом ТП.

Данную структуру используем:

- при постановке задач проектирования системы автоматизации;


- при иерархировании информации, функций управления, структуры ком-плекса технических средств (КТС) автоматизации, организации оперативного управления и т.д.

Подпись: нижний уровень Подпись: В13

                                                                                                                

Рисунок 4.4 – Организационная структура ТП получения тепловой энергии

 

4.4 Пример разработки структурной схемы каналов измерения информационной подсистемы (выполнен согласно рекомендаций подраздела 3.13.1 настоящих МУ)

 

В соответствии с таблицей 2 информационная подсистема данного объекта управления имеет 21 канал измерения технологических параметров, включая: 6 каналов измерения температуры; 10 каналов измерения давления; 2 - расхода и 3 - уровня. Затем сгруппируем каждый вид параметров по величине их номинального значения:

- Т1=70 °С, Т256=120 °С, Т34=350 °С;

- Р145=0,25 МПа, Р689=0,4 МПа, Р210=0,6 Мпа, Р37=1,3 МПа;

- G1=1600 т/час, G2=2000 т/час;

- L1= L2=500 мм в ст, L3=4 м в ст.

Для каналов Т1, Т2, Т3, Т5 и Т6 выберем стандартный диапазон 0-150 °С.

Для каналов Т3, Т4 выберем стандартный диапазон 0-400 °С.

Для каналов давления: Р1, Р4, Р5 - 0-0,4 МПа; Р6, Р8, Р9 - 0-0,63 МПа; Р2, Р10 - 0-1,0 МПа; Р3, Р7 - 0-1,6 МПа (согласно стандартному ряду чисел верхнего предела измерения давления для данных номинальных значений).

Для каналов расхода G1, G2 0-2500 т/час (аналогично).

Для каналов уровня L1, L2 0-1000 мм в ст (0-10 кПа) согласно стандартного ряда чисел верхнего предела измерения уровня.

 

 

Для канала L3 (дискретные сигналы L3макс  и L3мин) при номинальном (сред-нем) значении L3=4 м в ст с учетом высоты бака подпиточной воды Н=5 м выберем L3макс =4,8 м  и L3мин=2,5 м.

Примечание - Структурными элементами каналов измерения являются:

- температуры (первичный преобразователь, нормирующий преобразователь с унифицированным выходом);

- давления (первичный преобразователь с унифицированным выходом);

- расхода (ссужающее устройство, первичный преобразователь с унифици-рованным выходом);

- уровня (уравнительный сосуд, первичный преобразователь с унифици-рованным выходом).

По величине диапазона измерения и размерности выберем вид первичного преобразователя:

- температуры Т1, Т2, Т5 и Т6 - ТСМ 50М; Т3, Т4 - ТХК;

- давления Р1, Р4, Р5 - ДИ с Рмакс=0,4 МПа (для остальных каналов выберем также ДИ с соответствующими значениями Рмакс);

- расхода G1, G2 - ДД со стандартным значением DPmax=0,063 МПа и Рмакс= Р2макс=1,6 МПа;

- уровня L1, L2 - ДД со стандартным значением DPmax=10 кПа и Рмакс= Р6макс=0,63 МПа;

- уровня L3 выберем два первичных дискретных преобразователя для изме-рения величин L3макс=4,8 м и L3мин=2,5 м (расположенных на высоте бака).

Для выбранных видов первичных преобразователей ДИ, ДД и нормиру-ющих преобразователей сигналов ТСМ и ТХА примем стандартное значение ди-апазона изменения выходного сигнала для интерфейса с входной частью ин-формационной подсистемы с диапазоном 0-5 мА.

         Составим структурные схемы каналов измерения и рассчитаем их коэффициенты передачи согласно выбранных элементов структуры.

 

 

 

 

 


Рисунок 4.5 - Структурная схема каналов измерения температур Т1, Т2, Т5 и Т6

 

         Коэффициент передачи каналов Т1, Т2, Т5, Т6 Кп=5 мА/150 °С=0,033 мА/°С.

 

 

 

 


Рисунок 4.6 - Структурная схема каналов измерения температур Т3, Т4

 

         Коэффициент передачи каналов Т3, Т4 Кп=5 мА/400 °С=0,012 мА/°С.

 

 

 

0-5 мА

 

Р1, Р4, Р5

 

ДИ

Рмакс=0,4МПа

 
        

0-0,4 МПа

 
 

 


Рисунок 4.7 - Структурная схема каналов измерения давления Р1, Р4, Р5

 

         Коэффициент передачи данных каналов Кп=5 мА/0,4 МПа=12,5 мА/МПа.

         Аналогично составим структурные схемы для остальных каналов измерения давления.

        

 

 

 

Рисунок 4.8 - Структурная схема каналов измерения расхода G1, G2

 

         ДКА - камерная диафрагма. Кп=5 мА/2500 т/час=0,002 мА/т/час.

L1, L2

 
 

 

 

 

 


Рисунок 4.9 - Структурная схема каналов измерения уровня L1, L2

 

         СУ - сосуд уравнительный. Кп=5 мА/1000 мм в ст=0,005 мА/мм в ст.


 


Рисунок 4.10 - Структурная схема каналов измерения L3макс, L3мин

         РЭ - элемент с релейной характеристикой (дискретный преобразователь).

 

4.5 Пример разработки структурной схемы каналов подсистемы дистанционного управления (выполнен согласно рекомендациям подраздела 3.13.1 настоящих МУ)

 

В соответствии с постановкой задач разработки подсистемы  ДУ все СВП должны иметь средства для дистанционного управления с операторского пункта по отдельному каналу (индивидуальный принцип построения подсистемы [4]).

 

 Разобьем все СВП на три группы:

         - регулирующие клапаны (А1 - А5) - 5 каналов дистанционной передачи ко-манд оператора и автоматического регулятора (АР) с импульсным выходным сигналом;

         - запорная арматура (В1 - В13) -12 каналов дистанционной передачи и один канал дистанционной передачи команд оператора и двухпозиционного регуля-тора;

         - насосы (Д1, Д2, Д3) - 3 канала дистанционной передачи команд оператора.

         Для каждой группы выберем необходимый состав структурных элементов канала согласно сформулированным условиям управления.

         Для 1-ой группы выберем следующие структурные элементы:

         - электрический исполнительный механизм постоянной скорости перемеще-ния выходного вала (ИМПС) с передаточной функцией 1/Тим*р;

         - пусковое устройство - силовой РЭ передачи команды «прибавить»;

         - пусковое устройство - силовой РЭ передачи команды «убавить»;

- панель оператора (ПО) с функциями выбора режима управления «автоматический - ручной» и подачи ручных команд «прибавить» - «убавить»;

- индикатор положения (ИП) выходного вала ИМПС (регулирующего клапа-на).

         В соответствии с выбранным составом элементов структурная схема ди-станционного управления ИМ регулирующих клапанов А1 - А5 будет иметь вид,


представленный на рисунке 4.11.

 


Рисунок 4.11 - Структурная схема дистанционного управления ИМ регулирующих клапанов А1 - А5

         Величина выходного напряжения РЭ будет выбрана после расчета требуе-мой мощности электродвигателя ИМПС (в проекте по дисциплине ПСА).

         Для 2-ой группы выберем следующие структурные элементы:

         - электрический исполнительный механизм постоянной скорости перемеще-ния выходного вала (ИМПС) с передаточной функцией 1/Тим*р;

         - пусковое устройство - силовой РЭ передачи команды "открыть";

         - пусковое устройство - силовой РЭ передачи команды "закрыть";

- панель оператора (ПО) с функциями выбора режима управления

«автоматический - ручной» и подачи ручных команд «открыть» - «закрыть»;

- индикатор положения (ИП) запорной арматуры («открыта» - «закрыта»).

         В соответствии с выбранным составом элементов структурная схема дистанционного управления ИМПС запорной арматуры В1 – В13 будет иметь вид,

представленный на рисунке 4.12.


 


         Рисунок 4.12 - Структурная схема дистанционного управления ИМПС запорной арматуры В1 – В13

         УА – автоматическое устройство – автомат пуска – останова или двухпози-ционный регулятор.

         Для 3-й группы выберем следующие структурные элементы:

         - электрический привод нереверсивный с постоянной скоростью вращения с передаточной функцией 1/Тим*р+1;

         - пусковое устройство - силовой РЭ передачи команды «включить» – «отключить»;

         - панель оператора (ПО) с функциями выбора режима управления «автоматический - ручной» и подачи ручных команд «включить» – «отключить»;

         - индикатор положения (ИП) насоса («включен» – «отключен»).


         В соответствии с выбранным составом элементов структурная схема ди-станционного управления Д1 – Д3 будет иметь вид, представленный на рисунке 4.13.

Подпись: АУ Подпись: 1/Тим*р+1

 


         Рисунок 4.13 - Структурная схема дистанционного управления Д1 – Д3

 

4.6 Пример разработки структурной математической модели подсистемы автоматического регулирования ТП получения тепловой энергии (выполнен согласно рекомендаций подраздела 3.13.1 настоящих МУ)

Структурную схему математической модели подсистемы АР построим с

использованием следующих данных:

- структуры математической модели объекта, построенной согласно струк-турной схеме (рисунок 4.4.[1]) 2.2 – 2.3;

- уточненного перечня следующих задач регулирования:

- стабилизации заданного значения температуры Т5 сетевой воды за ПБ без статической ошибки путем воздействия на клапан А2;

- стабилизации заданного значения температуры Т6 сетевой воды без стати-ческой ошибки на выходе ОБ путем воздействия на клапан А4;

- стабилизации заданного значения температуры Т1 обратной сетевой воды без статической ошибки путем воздействия на клапан А1 подачи подпиточной воды к узлу смешивания;

- стабилизации уровня L1 конденсата в ПБ с допустимой статической ошиб-кой d=100¸150 мм. в. ст. путем воздействия на клапан А3;

- стабилизации уровня L2 конденсата в ОБ с допустимой статической ошиб-кой d=100¸150 мм. в. ст. путем воздействия на клапан А5;

- двухпозиционного регулирования уровня L3 в баке подпиточной воды с формированием команды «закрыть» В13 при L3макс - «1» и «открыть» В13 при L3мин -«0».

Первоначально составим структурную схему математической модели объек-та управления согласно рисунку 4.4 [1] путем замены выделенных (пунктирными линиями) каналов управляющих и возмущающих воздействий в виде блоков с вписанными в них обозначениями передаточных функций Wn(p) (раздел 3 [3]).

Объект регулирования Р1 (ТО - 1):

- W1(p) - канал управляющего воздействия от клапана А1;

- W2(p) - канал внешнего возмущающего воздействия от ТСС - 1.

Объекты регулирования Т5 6) с идентичными динамическими свойствами ТО - 3 (ТО - 4):

- W3(p) - канал управляющего воздействия от клапана А2 4);

- W4(p) - канал внешнего возмущения со стороны задвижки В58);

- W5(p) - канал внешнего возмущения со стороны задвижки В69).

Объекты регулирования L1 (L2) с идентичными динамическими свойствами ТО - 5 (ТО - 6):

- W6(p) - канал управляющего воздействия от клапана А3 5);

- W7(p) - канал внешнего возмущения со стороны задвижки В58);

- W8(p) - канал внешнего возмущения со стороны задвижки В69).

Объект двухпозиционного регулирования L3 (ТО - 1):

- W9(p) - канал управляющего воздействия от задвижки В13;

- W10(p) - канал внешнего возмущения со стороны насоса Д17.

Передаточные функции W1(p) - W5(p) - объектов регулирования Р1, Т5, Т6 имеют вид [3]


Подпись: 36
 



Передаточные функции W6(p) - W10(p) - объектов регулирования L1 - L3 имеют вид [3]

            Значения указанных коэффициентов для каждого объекта управления следует определить расчетным или экспериментальным способами.

В соответствии со сформулированными выше задачами автоматического регулирования структурная схема данной подсистемы АР реализована с использованием следующих типовых законов регулирования (рисунок 4.14):

- контуров стабилизации заданных значений Р1, Т5, Т6 - с использованием ПИ - регулятора с передаточной функцией вида

- контуров стабилизации заданных значений L1, L3 - с использованием П - регулятора с передаточной функцией вида

4.7 Пример разработки алгоритмической схемы подсистемы АР (приводится на основе рекомендаций подраздела 3.13 настоящих МУ)

Разработка выполнена в соответствии с разделом 7 [1] и [5] с использовани-ем рисунка 4.14 и типовых алгоритмов:

- суммирования аналоговых сигналов - СУМ;

- формирования управляющих воздействий на ИМПС по П (ПИ) - алгорит-му - РИМ;

- переключения дискретных сигналов - ПЕР;

- логического преобразования дискретных сигналов ОДВ.

Для реализации задач, представленных на рисунке 4.14 необходимо ввести в зону конфигурации типовых алгоритмов:

- 5 аналоговых сигналов от первичных преобразователей входных перемен-ных Р1, Т5, Т6, L1, L2 в соответствии с их системными адресами;

- 5 внутренних сигналов заданных значений для входных переменных с ПО (панели оператора);

- 6 дискретных сигналов с ПО выбора режима управления А1 - А5, В13  «автоматический» - «ручной» («1» - автоматический, «0» - ручной);

- 2 дискретных сигнала от датчиков входных переменных L3макс, L3мин.

Для формирования управляющих воздействий на А1 - А5 необходимо вывести из зоны конфигурации типовых алгоритмов 5 импульсных (10 дискрет-ных) и 2 дискретных на В13 в соответствии с их системными адресами.

Алгоритмическая схема (АР) подсистема АР представлена на рисунке 4.15. Где на ПО РУ - это ручное управление, а А-Р - автоматическое - ручное.

 



Подпись: 38
Подпись: L3макс

ПЕР

 

ПЕР

 

ПЕР

 

ПЕР

 
Подпись: ОТКПодпись: ЗАК

Подпись: Знак конфигурации типовых
 алгоритмов

ПЕР

 

Рисунок 4.15 Алгоритмическая схема АР ТП выработки тепловой энергии

 
 



Список литературы

 

1. Романчик А.Л., Рудакова Л.Н. Автоматизация технологических процессов: Методические указания к выполнению курсового проекта (для студентов специальности 360300). – Алматы: АИЭС, 1997.- 38 с.

2. Романчик А.Л. Автоматизация технологических процессов. Альбом заданий: Методические указания к выполнению курсовой работы (для студентов специальности 360300). – Алматы: АИЭС, 2001.- 24 с.

3. Автоматизация технологических процессов: Учебное пособие / А.Л.

Романчик, Л.Н. Рудакова Л.Н. – Алматы: АИЭС, 1995.- 89 с.

4. Автоматизация теплоэнергетических процессов: Учебное пособие / А.Л.

Романчик, Л.Н. Рудакова Л.Н. – Алматы: АИЭС, 1994.- 72 с.

5. Романчик А.Л. Автоматизация технологических процессов. Часть 2. Де-монстрационный материал к лекционным занятиям. – Алматы: АЭИ, 1995.- 31 с.

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                           3

1 Требования к содержанию курсового проекта                                             4

2 Последовательность выполнения проекта                                                    5

3 Общие методические указания по выполнению основных разделов курсового проекта                                                                                                                 6

4 Пример выполнения отдельных разделов (подразделов) КП                       23

Список литературы                                                                                          39

Приложение А                                                                                                  40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра «Инженерная кибернетика»

 

ЗАДАНИЕ
на выполнение курсовой работы по дисциплине

«Автоматизация технологических процессов»

 

 

1.     Студент ______________________________________________________

 

2.     Наименование объекта управления _______________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Тема:_________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

4.     Исходные данные______________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

5. Требования к составу подсистем управления_______________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

6. Срок представления к защите ____________________________________

 

 

 

Задание получил: ________________________________________________

 

Руководитель-консультант курсовой работы _________________________

________________________________________________________________