Проектирование цементных заводов (стр. 45 )

Также рекомендуется применять для систем аэрации низко­напорные компрессоры давлением до 0,2 МПа, сжатый воздух от которых практически не требует очистки и осушки. Использова­ние таких компрессоров позволяет в 2 раза снизить расход элек­троэнергии в сравнении с высоконапорным давлением до 0,6— 0,9 МПа.

8.13.2 Системы пневмоперемешивания цементной сырьевой муки

В последние годы в связи с широким внедрением в цемент­ную промышленность сухого способа производства цементного клинкера,- как наиболее прогрессивного и топливосберегающего, пристальное внимание уделяется гомогенизации сырьевой шихты, т. е. обеспечению заданного однородного химического состава сырьевой шихты с допустимыми пределами колебания по КН = ±0,02.

Обычная цементная сырьевая мука (шихта) — это тонкомоло­тая смесь (с остатком на сите 008 до 15%) сырьевых компонентов: известняка 75—80%, глины — 17—20% и железистых огарков 2—4% при их совместном помоле в мельничных агрегатах.

Влажность шихты по технологическим нормам не должна пре­вышать 1%, температура ее после мельниц обычно не превышает 100 °С. Сырьевые компоненты перед вводом их в мельницы обыч­но дозируются весовыми устройствами. В последние годы на це­ментных заводах стали широко внедряться автоматизированные системы управления процессом приготовления сырьевой шихты (АСУТП), включающие в себя весовые дозаторы для сырьевых компонентов; автоматические пробоотборники с механизирован­ной системой доставки представительных проб муки, отобранных после мельниц; быстродействующие анализаторы (квантометры) и управляющие вычислительные машины. Несмотря на приме­нение АСУТП, в связи с колебаниями химического состава сырь­евых компонентов, обычно имеющими место в практике, а также нарушениями в работе дозаторов, бункеров и пр., сырьевая мука, поступающая из мельниц в так называемые смесительные силосы, имеет существенные колебания химического состава, доходя­щие до КН = ±0,2 и выше. В связи с этим вытекает необходи­мость иметь гомогенизационные установки, состоящие из смесительных и запасных (расходных) силосов. На отечественных заводах сухого способа производства клинкера имеются смеси­тельные силосы диаметром 6, 8, 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 250, 500, 800, 1400 и 2000 т и запасные силосы диаметром 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 2000, 2500 и 6000 т муки. Чем больше производительность технологи­ческой линии, тем больше требуемая суммарная емкость гомо-генизационных силосов. По технологическим нормам они должны вмещать 3-суточный запас муки. В последние годы строятся и вводятся в эксплуатацию гомогенизационные силосы диаметром 18 м обычно в двухъярусном исполнении: в верхнем ярусе рас­положены смесительные силосы вместимостью до 2000 т с высо­той слоя муки до 10 м, а в нижнем — запасные силосы вмести­мостью до 6000 т с высотой слоя муки до 25 м.

Смесительные и запасные силосы оборудуются системой аэрации, отличающейся величиной аэрируемой поверхности. Днища смесительных силосов оборудуются аэрокоробками с мак­симальной степенью заполнения. Обычно площадь аэрации в смесительном силосе находится в пределах 70—80%. Днища запасных силосов имеют площадь аэрации в пределах 20—30% от площади поперечного сечения силоса. Отличие их состоит также в разном количестве сжатого воздуха, поступающего в систему аэрации.

Аэрокоробки на днище смесительного силоса укладываются по определенным схемам: полосовой (обычно из пяти полос, со­бранных в две группы у смесительных силосов 6 м) и квадран­тной для остальных силосов, состоящей из 4-х групп аэрокоробок. К каждой группе аэрокоробок имеется индивидуальный подвод сжатого воздуха. Подача его в каждый из квадрантов изменяется в количественном отношении периодически с интервалом 5— 10 минут. Когда подается малое количество сжатого воздуха, со­ответствующий квадрант работает в пассивном режиме, а когда подается наибольшее количество — в активном режиме.

В результате исследований установлено следующее:

— пневматическая гомогенизация, т. е. пневмоперемешивание сырьевой шихты, протекает интенсивно только при определенном аэродинамическом режиме;

— оптимальный расход сжатого воздуха зависит от основных физико-механических свойств перемешиваемой шихты: грануло­метрического фракционного состава, плотности и объемной мас­сы, влажности и др.;

— аэродинамический режим процесса перемешивания, харак­теризуемый обычно критерием Рейнольдса Йе0пт., зависит от фи­зико-механических свойств перемешиваемого материала, харак­теризуемых критерием Архимеда, которые связаны между собой математической зависимостью:

(8.204)

где

(8.205);

Vonт — оптимальная скорость воздуха или скорость фильт­рации, м/с;

— эквивалентный диаметр частиц материала, м; Δi — весовая доля отдельной фракции; d{ = д/ёТ-сГ^ — среднегеометрический размер частиц из предельных значений отдельных фракций, м; di и d2 — ie размеры отдельных фракций, м; v =1,485-10~"5 м2/с—предельные кинематический коэффициент вязкости воздуха;

(8.207) — критерий Архимеда;

d3 — эквивалентный диаметр частиц, определяемый по формуле (8.174); ς — плотность материала, кг/м3. Для цементной сырьевой муки q находится в пределах 2800—2900 кг/м3; ςb — плотность «нормального» воздуха ~1,2 кг/м3; g = 9,81 м/с2 — ускорение си­лы тяжести;

vqht — оптимальная скорость воздуха, определяемая по фор­мулам (8.204) — (8.207); достоверность которых подтверждена многочисленными экспериментами на модели смесительного си­лоса диаметром 0,8 и высотой 1,5 м. У0пт находится в следующих пределах:

— для активных участков аэроднища — от 0,07 до 0,1 м/с или выраженная в удельном расходе д0пт на 1 м2 пористой перего­родки аэроднища — от 4 до 6 н. м /мин на 1 м2;

— для пассивных участков аэроднища от 0,008 до 0,017 м/с или от 0,5 до 1,0 н. м3/мин на 1 м2 пористой перегородки.

Общий расход сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки определяется по формуле:

(8.208)

где gактопт = 4—6 н. м3/мин на 1 м2 для активного квадранта; Ракт — полезная площадь аэрации активного квадранта, состав­ляющая 1/4 всей полезной площади аэрации Рпол., которая в свою очередь составляет (0,7—0,8) от площади поперечного се­чения смесительного силоса, м2; qnассопт = 0,5—1,0 нм3/мин на 1 м2 для остальных трех пассивных квадрантов; Fnacc. — полезная площадь трех пассивных квадрантов, м2 — потребное давление сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки опре­деляется по формуле:

(8.209)

где Раэ. м. = кг/м3 — средняя насыпная масса аэриро­ванной муки; Нсл — толщина слоя муки в силосе, м; ΔРпер.= 200—300 кг/м2 — сопротивление пористой перегородки в аэроко­робке; ΔРота =300—500 кг/м2 — сопротивление отверстий прохо­да воздуха в перфорированной трубке аэрокоробки; ΔРрасп. = 300—500 кг/м2 — сопротивление воздухораспределителя; ΔРС = 200—300 кг/м — сопротивление воздухоподводящей сети; — по­сле определения Qnep по формуле 8.208 и Рпер. по формуле 8.209 выбирают типоразмер воздуходувной машины.

С целью снижения энергозатрат на гомогенизацию сырьевой муки рекомендуется применять турбовоздуходувки с рабочим давлением до 0,1 МПа или низконапорные компрессоры до 0,2 МПа. При использовании этих машин очистка и осушка сжа­того воздуха не требуется;

— продолжительность пневмоперемешивания сырьевой муки зависит от первоначальной и конечной неоднородности химиче­ского состава муки, содержащейся в силосе, и вместимости силоса.

Г. Клейн предлагает для количественной оценки процесса пе­ремешивания пользоваться зависимостью:

(8.210)

где Sнач — стандартное отклонение колебаний титра сырьевой муки перед началом перемешивания; SKOH — стандартное откло­нение колебания титра сырьевой муки после перемешивания; е — основание натурального логарифма; А — постоянная вели­чина, характеризующая работоспособность данного смеситель­ного силоса при неизменных свойствах сырьевой муки и постоянном расходе воздуха; t — продолжительность переме­шивания, мин.

Опытом эксплуатации установлено, что при степени усредне­ния 8н/8к химсостава муки до 10 единиц и вместимости смеси­тельных силосов от 250 до 1500 т продолжительность перемеши­вания находится в пределах от 1 до 2 часов, а при вместимости силосов до 2000 т — от 2 до 3 часов;

— удельный расход сжатого воздуха на перемешивание 1 т сырьевой муки при степени усреднения до 10 находится в пределах от 10 до 15 нм3/т с. м., с учетом корректирования и повторного перемешивания до 30% замолотых силосов (взято из опыта эксплуатации цемзаводов) — от 13 до 20 нм3/т с. м.;

— удельный расход электроэнергии на гомогенизацию сырьевой муки при использовании турбовоздуходувок и низ­конапорных компрессоров составляет от 0,4 до 0,7 кВт ч/т с. м., а при использовании сжатого воздуха от высоконапорных компрессоров (это экономически невыгодно) — от 1,0 до 2,0 кВт ч/т с. м.;

— эффективность работы гомогенизационной установки ха­рактеризуется степенью усреднения (гомогенизации) химического состава сырьевой муки.

Неоднородность химсостава сырьевой муки, замолотой в си­лос, можно оценить стандартным начальным отклонением по формуле:

(8.211)

Конечная неоднородность химсостава сырьевой муки после завершения пневмоперемешивания оценивается конечным стан­дартным отклонением, определяется по формуле:

(8.212)

Отношение SH/SK и является степенью гомогенизации, где х — среднеарифметическое всех значений титра или КН; xi - отдель­ные значения титра или КН; n — количество отобранных проб.

Для автоматического переключения подачи сжатого воздуха по определенной программе в активные и пассивные участки аэроднища смесительного силоса служат воздухораспределители.

В этих устройствах основным рабочим элементом является полый цилиндр, в котором имеется одно большое отверстие для пропуска сжатого воздуха в активный квадрант и три малых отверстия для подачи воздуха в пассивные квадранты.

Рассмотренная система пневмоперемешивания является гомо­генизационной установкой периодического действия. В ней по­следовательно протекают следующие процессы: замол муки в силос, перемешивание, корректирование, анализ отобранных кон­трольных проб и выгрузка готовой муки. Как видно, цикл обо­рачиваемости силоса длительный, и поэтому на цементных за­водах для одной технологической линии сооружается не менее двух смесительных силосов.

Разработаны также гомогенизационные установки непрерыв­ного действия.

Отличительной особенностью систем непрерывной гомогени­зации сырьевой муки является прием дополнительной интенси­фикации процесса перемешивания за счет нагнетания потока ма­териально-воздушной смеси под слой гомогенизируемого материала.

9.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Создание автоматизированных систем управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП) является качественно новым эта­пом автоматизации цементного производства. До появления АСУ ТП и цифровых управляющих вычислительных машин в про­мышленности решались задачи контроля и управления, относя­щиеся главным образом к отдельным параметрам и контурам автоматизации. Управление технологическими объектами осуще­ствлялось на основе аналоговых электрических устройств с ис­пользованием так называемых локальных средств автоматизации.

В последние годы, ввиду появления сложных высокопроизво­дительных агрегатов, управление которыми требует контроля и учета взаимосвязи большого числа переменных параметров, тра­диционные способы автоматизации стали недостаточно эффек­тивными. Использование управляющей вычислительной техники в составе АСУ ТП благодаря быстрой переработке больших объ­емов текущей информации и реализации сложных логических и расчетных процедур при выработке управляющих воздействий резко расширяет возможности автоматизации в направлении ра­ционального выбора и поддержания режимов технологических процессов (ТП).

В отличие от полностью автоматических систем, АСУ ТП представляет собой человеко-машинную систему. Она не отстра­няет человека от управления процессом, но помогает в макси­мальной степени использовать его опыт. Перерабатывая и пред­ставляя информацию о процессе в форме, наиболее удобной для принятия оптимальных решений и беря на себя в ряде случаев выработку таких решений и реализацию управляющих воздейст­вий, современные АСУ ТП предусматривают гибкую структуру взаимодействия с технологом-оператором. Он может выбрать ре­жим работы системы, изменить параметры алгоритмов управле­ния, откорректировать уставки контуров регулирования.

Разработка АСУ ТП — сложный комплекс организационно-технических мероприятий, включающий подготовку и изучение объекта управления, проектирование, опробование, корректиров­ку, монтаж, наладку и ввод системы в промышленную эксплуатацию. В современных условиях АСУ ТП должна создаваться совместными усилиями специалистов по автоматизации и техно­логии цементного производства.

9.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ АСУ ТП и АТК

9.1.1. Основные определения

Технологический объект управления (ТОУ) — это совокуп­ность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологиче­ского процесса производства.

Автоматизированная система управления технологическим процессом — человеко-машинная система управления, обеспечи­вающая автоматизированный сбор и обработку информации, не­обходимой для оптимизации управления технологическим объек­том в соответствии с принятым критерием.

Система управления может быть отнесена к классу АСУ ТП, если она соответствует следующим признакам:

осуществляет сбор, обработку и представление информации о технологическом объекте;

принимает решения по управлению и реализует управляющие воздействия согласно заданному технологическому или технико-экономическому критерию;

допускает участие оперативного персонала;

использует современные средства вычислительной техники.

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУ ТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК).

9.1.2. Типовые функции АСУ ТП и режимы ее функционирования

На АСУ ТП возлагаются как информационные, так и управ­ляющие функции. Целью информационной функции является получение информации о состоянии технологического объекта и ее представление оперативному персоналу. Информационные функции АСУ ТП включают в себя централизованный контроль за состоянием объекта управления и вычислительные и логиче­ские операции информационного характера.

Управляющие функции АСУ ТП позволяют выработать ре­шение и организовать реализацию управляющих воздействий на объекте.

В зависимости от перечисленных факторов и с учетом роли оперативного персонала в работе АСУ ТП различают следующие режимы управления:

информационно-советующий, когда средства вычислительной техники (ВТ) вырабатывают лишь рекомендации по рациональ­ному управлению объектом, а непосредственное управление воз­лагается на оператора, который и управляет объектом дистанци­онно или изменяя уставки локальным регуляторам;

комбинированный, при котором средства ВТ автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных систем ре­гулирования;

режим прямого цифрового управления, при котором средства ВТ воздействуют непосредственно на исполнительные механизмы регулирующих органов.

Во всех режимах управления оператор осуществляет контроль за работой АСУ ТП.

9.1.3. Состав АСУ ТП

АСУ ТП выполняет свои функции путем взаимодействия ее основных звеньев, к которым относятся техническое, программ­ное, информационное и организационное обеспечение, а также оперативный персонал.

Техническое обеспечение представляет комплекс технических средств (КТС):

получения информации о значениях технологических парамет­ров процесса, состоянии технологического оборудования и тех­нических средств, входящих в систему;

локального регулирования и управления;

вычислительной техники;

представления информации оперативному персоналу;

исполнительных устройств.

Программное обеспечение (ПО) представляет совокупность программ для ЭВМ, реализующих функции АСУ ТП и обеспе­чивающих заданное функционирование КТС. Оно включает об­щее и специальное ПО.

Общее ПО поставляется заказчику одновременно со средст­вами ВТ. К нему относятся программы компоновки ПО, орга­низации функционирования вычислительного комплекса, транс­лирующие программы, библиотеки стандартных программ. Неотъемлемой частью общего ПО является тестовая система — совокупность программ для проверки работоспособности, на­ладки и технической эксплуатации КТС ВТ. Общее ПО не имеет отношения к решению конкретных задач контроля и управления.

Специальное ПО представляет совокупность программ, разра­батываемых при создании конкретной АСУ ТП.

Информационное обеспечение включает в себя:

сигналы, характеризующие состояние АТК;

системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации;

массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУ ТП.

Организационное обеспечение состоит из набора описаний функциональной, технической и организационной структур, инс­трукций и регламентов для оперативного персонала АСУ ТП, участвующего в функционировании АТК.

Оперативный персонал состоит из технологов-операторов, осу­ществляющих контроль за состоянием технологического объекта и качеством управления им; он использует для этого имеющуюся в его распоряжении информацию (в том числе от КТС АСУ ТП). Если АСУ ТП работает в режиме «советчика», технолог-опера­тор, получив необходимые рекомендации, сам управляет процес­сом; если АСУ ТП действует в автоматическом режиме управ­ления, технолог-оператор следит за ее функционированием, оценивает ее работу и принимает решения по выбору режима работы АТК или изменению уставок.

9.2. ТИПОВАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА АСУ ТП

Рассмотрим типичную функциональную структурную схему АСУ ТП, приведенную на рис. 9.1.

9.2.1. Централизованный контроль

Основная информация, характеризующая состояние объектов контроля, поступает автоматически с помощью устройств ввода аналоговых и дискретных сигналов. Дополнительная информация (данные «ручных» анализов, различные уставки, задания режимов и т. п.) вводится оператором процесса с клавиатуры устройств ввода-вывода.

Информация, считываемая с устройств связи с объектом, про­ходит операции первичной обработки, подготавливающие ее для использования в основных задачах АСУ ТП. Первичная обра­ботка аналоговых сигналов включает масштабирование, сглажи­вание, контроль на достоверность, проверку на граничные зна­чения.

Результатом работы программ сбора и первичной обработки информации являются текущие данные о ходе технологического процесса и состоянии оборудования. Подготовленные в таком виде данные используются в различных задачах управления тех­нологическим процессом и представления информации оператору.

Вычисление технико-экономических показателей (ТЭП) рабо­ты производства предусматривает:

интегрирование расходов сырья, энергетических ресурсов и выработанной продукции за смену, сутки, с начала месяца;

определение среднечасовой производительности агрегатов и технологических линий;

расчет удельных затрат сырья и энергетических ресурсов на единицу выработанной продукции;

вычисление времени работы оборудования в различных режи­мах.

Некоторые важные характеристики ТП не подлежат непос­редственному измерению, но могут быть рассчитаны с использо­ванием соответствующих математических моделей по данным не­скольких датчиков контролируемых переменных — такие вычисления производятся в блоке расчета агрегированных вели­чин. В качестве примеров можно привести:

расчет минералогического состава клинкера по данным о хим. составе сырьевой смеси, поступающей на обжиг,

расчет среднего диаметра гранул клинкера по силе тока при­водного двигателя 1-й решетки холодильника и скорости движе­ния решетки.

9.2.2. Диагностика

Цель диагностики состоит в определении технологической ситуации, состояния технологического оборудования и КТС АСУ ТП.

Анализ технологических ситуаций, как правило, не выделя­ется в отдельные программы, но элементы этой задачи всегда содержатся во многих программах контроля и управления от­дельными агрегатами и технологическими линиями. Анализ сво­дится к определению предаварийных состояний ТП: замазывание решетки мельницы, отсутствие материала на входе агрегата (там, где это нельзя определить путем непосредственного измерения), резкое изменение характеристик сырья и т. п.

Поскольку нарушения могут наблюдаться в работе КТС АСУ ТП или оборудования, а также в ходе ТП, то выделяются три соответствующих блока диагностики.

Диагностика осуществляется путем проверки показаний дат­чиков на попадение в допуски по величине или скорости изме­нения или более сложным путем логического анализа данных проверок нескольких датчиков.

В блоке диагностики осуществляется также проверка готов­ности ТОУ к автоматизированному управлению. Она сводится к проверке ряда условий, при которых АСУ ТП может взять на себя управление ТП.

Данные диагностики используются в различных блоках уп­равления и передаются в блок представления информации опе­ратору.

9.2.3. Управление технологическим процессом в номинальном режиме

Если в блоке диагностики не выявлено тех или иных нару­шений в работе КТС, оборудования или функционирования ТП, а также установлена готовность АТК к автоматизированному управлению, то управление передается в блоки статической оп­тимизации и динамической стабилизации.

В блоке оптимизации осуществляется поиск наиболее выгод­ного режима функционирования ТП, удовлетворяющего всем тех­нологическим ограничениям. В блоке стабилизации вырабатыва­ются управляющие воздействия на материальные и энергетические потоки, направленные на поддержание характеристик ТП на уровне оптимальных режимных значений.

В двух указанных блоках осуществляются наиболее сложные математические расчеты, основанные на использовании заранее построенных математических моделей ТП. Такие модели позво­ляют спрогнозировать поведение ТП при реализации различных управляющих воздействий. Благодаря этому при обнаружении в блоке контроля отклонений характеристик ТП от номинала такие модели позволяют рассчитать управляющие воздействия, которые должны вернуть ТП в требуемое состояние (эти воздействия пе­редаются в блоки НЦУ).

Технолог-оператор имеет возможность вводить в блоки опти­мизации и стабилизации уставки и данные для расчетов, которые нельзя получить с помощью датчиков аналоговой или дискретной информации (напр., химический состав сырьевых компонентов или теплотворная способность топлива).

9.2.4. Ситуационное управление

Функционирование АСУ ТП в случае тех или иных наруше­ний определяется блоком ситуационного управления. В зависи­мости от типа ситуации, который должен быть выявлен в блоке диагностики, производятся:

корректировка структуры управления в режимах оптимиза­ции и (или) стабилизации (например, может быть снят с управ­ления блок оптимизации; отключены некоторые контуры стаби­лизации; изменены настройки соответствующих алгоритмов управления);

переход к алгоритмам управления, имитирующим логику уп­равления опытных операторов в сходных ситуациях;

отказ от НЦУ и переход к управлению в режиме совета оператору.

9.2.5. Представление информации оператору

Информация о состоянии ТП может представляться оператору системы в виде текстов, таблиц, графиков, рисунков. В состав ПО ОСУ ТП могут включаться программы:

вывода экстренных сообщений на печать, экран дисплея, таб­ло, мнемосхему;

периодического вывода текущей информации на печать или экран дисплея;

печати сменных и суточных рапортов, сводок, таблиц основ­ных показателей;

вывода отдельных показателей по запросу оператора.

9.3. КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АСУ ТП

Для реализации функций АСУ ТП требуются весьма разно­образные устройства, обеспечивающие текущий контроль за хо­дом технологического процесса, переработку получаемой инфор­мации, формирование и выполнение управляющих воздействий. В основу используемых технических средств заложены принципы стандартизации и унификации входных и выходных сигналов, позволяющие просто согласовывать между собой различные при­боры и устройства.

По своему назначению устройства, образующие комплекс тех­нических средств (КТС) АСУ ТП, могут быть разделены на три основные группы: первичные измерительные преобразователи, устройства контроля и регулирования и исполнительные устрой­ства. Взаимодействие названных групп устройств в составе АСУ ТП схематично показано на рис. 9.2. Рассмотрим далее каждую из групп устройств КТС в отдельности.

1. Первичные измерительные преобразователи необходимы для получения информации о состоянии ТП. К этой группе от­носятся первичные измерительные преобразователи (датчики), нормирующие преобразователи, формирующие унифицированные электрические или пневматические сигналы, и другие средства измерения, дающие текущую информацию о контролируемых фи­зических величинах.

Наряду с унифицированными электрическими сигналами, из которых наиболее распространены сигналы постоянного тока 0— 5, 0—20 и 4—20 мА, постоянного напряжения 0—10 В, частоты 4—8 и 2—4 кГц, и пневматическими сигналами величиной 0,02— 0,1 МПа, иногда используются непосредственно сигналы первич­ных преобразователей: термометров сопротивления, термопар, дифференциально-трансформаторных датчиков.

2. Устройства контроля и управления осуществляют прием, обработку, хранение, выдачу информации и формирование ко­манд управления. К этой группе относятся функциональные преобразователи, логические устройства, вторичные приборы, регу­лирующие комплексы, управляющие вычислительные устройства.

По сложности решаемых задач устройства данной группы можно условно подразделить на три уровня.

а) Нижний уровень предназначен для реализации простых схем контроля и регулирования, т. е. для создания систем авто­матического регулирования простых технологических объектов или для автономного контроля и регулирования отдельных па­раметров сложных объектов. К функциям, выполняемым устройствами нижнего уровня, относятся индикация и регистрация кон­тролируемых параметров, сигнализация о достижении переменными заданного уровня, позиционное и одноконтурное регулирование. В состав устройств данного уровня входят нормирующие преоб­разователи и вторичные приборы — вольтметры, логометры, по­тенциометры, автоматические мосты.

Нормирующие усилители или преобразователи, принимая сла­бые электрические сигналы с выходных устройств первичных измерительных преобразователей, трансформируют их в унифи­цированный сигнал постоянного тока или напряжения. Исполь­зование нормирующих преобразователей в схемах управления с большим числом контролируемых параметров требует значитель­ных затрат на их приобретение и обслуживание, поэтому наблю­дается тенденция к применению первичных измерительных пре­образователей с унифицированным входом.

Вторичные приборы служат для измерения и регистрации сиг­налов первичных преобразователей. Автоматические потенцио­метры и мосты выпускаются в различных конструктивных вари­антах: с прямолинейной или круговой шкалой, с ленточной или дисковой диаграммой. Иногда в них встраиваются функциональ­ные преобразователи выходных унифицированных сигналов или устройства для позиционного регулирования. Применяются также приборы с регулирующими устройствами для программного уп­равления, а также с устройствами сигнализации.

б) Средний уровень служит для осуществления функций цен­трализованного контроля ряда переменных и построения на этой основе систем автономного или многосвязного автоматического регулирования ТП на основе стандартных линейных законов уп­равления, нелинейных статических преобразований и логических процедур. Для реализации указанных функций разработаны раз­личные регулирующие комплексы. Они, как правило, включают измерительные блоки, осуществляющие прием сигналов первич­ных преобразователей, усилительные блоки, блоки нелинейных алгебраических и логических преобразований, блоки, реализующие стандартные линейные законы регулирования (П — пропор­циональный, ПИ — пропорционально-интегральный, ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный), а также схемы двух - или трехпозиционного регулирования, блоки сигнализации и индикации показаний приборов. Основной элементной базой регулирующих комплексов служат интегральные микросхемы, что позволяет использовать при их конструировании модульный принцип.

в) Верхний уровень реализует сложные алгоритмы управления ТП, включая централизованный контроль и обработку информа­ции, диагностику, ситуационное управление, стабилизацию и оп­тимизацию режимов технологических процессов, оперативное уп­равление участками производства. Указанные функции осущест­вляются на основе применения разнообразных средств вычисли­тельной техники, рассмотрению которых будет посвящен специ­альный раздел книги.

3. Исполнительные устройства реализуют управляющие воз­действия на ТП при помощи пусковых устройств и исполнитель­ных механизмов. Они предназначены для изменения регулирую­щих воздействий в соответствии с величиной сигналов, пода­ваемых на их вход от устройств регулирования.

Наибольшее распространение имеют электрические исполни­тельные устройства постоянной скорости.

Пусковые устройства усиливают по мощности управляющие сигналы, поступающие с регулирующего прибора или от опера­тора при ручном управлении. При использовании электрических исполнительных механизмов постоянной скорости подаваемые на них сигналы представляют собой импульсы с одинаковой ампли­тудой и скважностью, определяемой величиной управляющего воздействия. Пусковые устройства обеспечивают пуски, реверсы и остановы исполнительных механизмов. Каждый тип пускового устройства сопрягается с определенными исполнительными ме­ханизмами и регулирующими устройствами.

Исполнительные механизмы (ИМ) осуществляют управляющие воздействия в соответствии с усиленными сигналами регулиру­ющих устройств. Электрические ИМ состоят из смонтированных в одном корпусе электродвигателей, редукторов, тормозных ус­тройств, преобразователей и указателей положения. В ИМ по­стоянной скорости используются асинхронные двигатели пере­менного тока. При больших мощностях применяются трехфазные двигатели с питанием от трехфазной сети. Редукторы необходи­мы для согласования частоты вращения выходного вала с час­тотой вращения приводного электродвигателя. Датчики положе­ния служат для организации управления с обратной связью — их сигналы подаются на вход регулирующих устройств и дистанци­онных показателей положения регулирующих органов.

При выборе ИМ основными критериями являются пусковой и номинальный моменты, а также конструктивные и эксплуатаци­онные параметры. Если ИМ используется в системе автоматиче­ского регулирования, то необходимо учитывать его статические и динамические свойства, т. к. они влияют на качество регули­рования.

9.4. СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Отличительной особенностью современного этапа автоматиза­ции цементного производства является широкое применение вы­числительной техники в составе устройств контроля и управле­ния, поэтому имеет смысл рассмотреть данную составляющую КТС АСУ ТП более детально.

9.4.1. Мини-ЭВМ

С середины шестидесятых годов, когда появились первые оте­чественные АСУ ТП цементного производства, и до середины восьмидесятых годов техническую базу АСУ ТП составляли уп­равляющие вычислительные комплексы (УВК) на основе Мини-ЭВМ. В цементной промышленности наибольшее распростране­ние получили комплексы М-6000, которые подразделяются на типовые (более 10 модификаций) и специфицированные (компо­нуемые проектировщиками) комплексы, состав которых зависит от объема решаемых задач. Комплексы М-6000 включают:

устройства вычислительного комплекса,

устройства ввода-вывода,

устройства связи с объектом,

согласующие устройства.

Основу вычислительного комплекса составляет процессор, осуществляющий обмен информацией между разными устройст­вами, а также арифметическую и логическую обработку инфор­мации и выдающий результаты вычислений.

Устройства ввода-вывода включают устройства ввода с пер­фоленты, вывода на перфоленту, печати с клавиатурой, печати технологической информации, станции индикации данных (дисп­лей) и таймер.

УСО представляет собой развитую систему различных блоков, с помощью которых принимается информация о состоянии ТОУ, сведения от технолога-оператора, а также формируются управ­ляющие сигналы на исполнительные механизмы.

Сводная программа, реализующая функции АСУ ТП, вводится в память машины посредством перфоносителей. Основная инфор­мация, характеризующая ТОУ, поступает автоматически с помощью устройств ввода аналоговых и дискретных сигналов. До­полнительная информация (данные лабораторных анализов, раз­личные уставки, задания режимов) вводится технологом-операто­ром с клавиатуры устройств ввода-вывода.

Реализацию управляющих воздействий выполняют специаль­ные программы, учитывающие специфику регулирующих орга­нов.

В состав ПО включаются программы вывода экстренных со­общений на печать, экран дисплея, табло, мнемосхему; програм­мы периодического вывода текущей информации; программы пе­чати сменных и суточных рапортов, сводок, таблиц основных показателей, программы вывода показателей по запросу опера­тора.

Управление последовательностью выполнения всех задач осу­ществляется т. н. супервизором реального времени (диспетчером), входящим в состав ПО АСУ ТП.

9.4.2. Микропроцессоры и микро-ЭВМ

Развитие и совершенствование управляющей ВТ связаны с созданием и быстрым распространением микропроцессоров. Их высокая надежность, относительная дешевизна, менее жесткие, чем для мини-ЭВМ, требования к характеристикам внешней сре­ды, незначительная потребляемая мощность, малые габариты, снижение до минимума персонала по обслуживанию средств ВТ — все эти достоинства позволяют перейти на преимущественное использование микропроцессоров как в АСУТП, так и при раз­работке сложных специализированных приборов.

Микропроцессорные интегральные схемы и микро-ЭВМ, по­строенные на их основе, позволяют в одном кристалле полупро­водника размещать сложные вычислительные структуры, содер­жащие десятки тысяч транзисторов. В микро-ЭВМ содержатся те же блоки, что и в мини-ЭВМ. Однако БИС дают возможность проводить сложные преобразования информации при минималь­ном количестве внешних проводников. Различные микро-ЭВМ, а к ним относятся микро-ЭВМ CM-1300, CM-1800, CM 50/60, а также комплексы типов «Микро-ДАТ» и «Электроника», отлича­ются разрядностью, быстродействием, объемами и принципами организации памяти и интерфейса. В состав современных мик­ропроцессорных управляющих комплексов входят модули ввода — вывода, УСО, а также устройства внешней памяти на магнитных дисках, видеотерминалы, устройства печати, пульт контроля и управления.