Рефераты и сочинения для учащихся

РЕФЕРАТ

Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Руководитель

____________________ Щудро

“____”_______________2012г.

Исполнитель студент

_____________ Татаринова М.В.

“____”_______________2012г.

Оренбург 2012

Содержание

Введение………………………………………………………………….
Раздел 1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами……………………………………….
1.1Основные понятия и определения………………………………..…..
1.2Функции АСУТП………………………………………………………
1.3 Состав АСУТП…………………………………………………………
1.4.Цель создания АСУТП системы…………………………………….
1.5. Виды автоматизированных систем управления…………………..
Раздел 2. Автоматизация процессов управления производством……………………………………………………………
1.1.Техническое описание АСУ ТП предприятия………………………
1.2. Трехуровневая пирамида управления промышленным предприятием……………………………………………………………..
1.3.Общие принципы построения АСУТП …………………………….
Заключение………………………………………………………………
Список использованной литературы……………………………………

Введение

Не существует отрасли промышленности, в которой не было бы потребности применения автоматизации технологических процессов. Одними из главных преимуществ АСУ ТП является снижение, вплоть до полного исключения, влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, повышение качества исходного продукта, и в конечном итоге существенное повышение эффективности производства. Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.

Именно поэтому изучение автоматизированных систем управления технологическими процессами является важной составной частью подготовки инженера. Актуальность знаний и практических навыков в этой сфере являются неоспоримыми для IT – специалиста.

Целью данного реферата является изучение Автоматизированных Систем Управления Технологическими Процессами (АСУТП).

Для достижения этой цели будут решаться следующие задачи:

o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу;

o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП;

o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП;

o Сделать выводы.

Раздел 1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Автоматизированная система управления технологическими процессами – совокупность аппаратно – программных средств, осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса. [6.]

1.1Основные понятия и определения.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.

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

К технологическим объектам управления относятся:

• технологические агрегаты и установки (группы станков),реализующие самостоятельный технологический процесс;

• отдельные производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление этим производством носит в основном технологический характер, т. е. заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов (участков, производств). Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (ATК).

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.

Такое определение АСУТП подчеркивает наличие в ее составе современных автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники; роль человека в системе как субъекта труда, принимающего

содержательное участие в выработке решений по управлению; реализацию в системе процесса обработки технологической и технико-экономической информации; цель функционирования АСУТП, заключающуюся в оптимизации работы технологического

объекта управления по принятому критерию (критериям) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Критерий управления АСУТП — это соотношение, характеризующее качество функционирования технологического объекта управления в целом и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих

воздействий. Таким образом, критерием управления обычно является технико-экономический показатель (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качестве выходного

продукта и т. п.) или технический показатель (например, параметры процесса, характеристики выходного продукта).

Система управления ТОУ является АСУТП в том случае, если она осуществляет управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению, участвуют средства вычислительной

техники и другие технические средства и человек-оператор. АСУТП в системе управления промышленным предприятием.

АСУТП как компоненты общей системы управления промышленным предприятием предназначены для целенаправленного ведения технологических процессов и

обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информацией. АСУТП, созданные для объектов основного и

вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии. [1.]

1.2Функции АСУТП.

При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятием. Такими целями, например, могут быть:

• экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;

• обеспечение безопасности функционирования объекта;

• повышение качества выходного продукта (изделия) или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделий);

• снижение затрат живого труда; достижение оптимальной загрузки (использования) оборудования;

• оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе, маршрутов обработки в дискретных производствах) и т. д.

Функция АСУТП — это совокупность действий системы, направленных на достижение частной цели управления.

Совокупность действий системы представляет собой определенную и описанную в эксплуатационной документации последовательность операций и процедур, выполняемых частями системы. Следует отличать функции АСУТП в целом от функций, выполняемых всем комплексом технических средств системы или его отдельными устройствами.

Функции АСУТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.

Управляющая функция АСУТП — это функция, результатом которой являются выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления.

К управляющим функциям АСУТП относятся:

• регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных;

• однотактное логическое управление операциями или аппаратами;

• программное логическое управление группой оборудования;

• оптимальное управление установившимися или переходными технологическими режимами или отдельными участками процесса;

• адаптивное управление объектом в целом (например, самонастраивающимся комплексно автоматизированным участком станков с числовым программным управлением).

Информационная функция АСУТП — это функция системы, содержанием которой являются сбор, обработка и представление информация о состоянии АТК оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки.

К информационным функциям АСУТП относятся:

• централизованный контроль и измерение технологических параметров;

• косвенное измерение (вычисление) параметров процесса (технико-экономических показателей, внутренних переменных);

• формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУТП или (АТК);

• подготовка и передача информации в смежные системы управления;

• обобщенная оценка и прогноз состояния АТК и его оборудования.

Отличительная особенность управляющих и информационных

функций АСУТП их направленность на конкретного потребителя

(объект управления, оперативный персонал, смежные системы

управления).

Вспомогательные функции АСУТП – это функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач.

Вспомогательные функции не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУТП (функционирование технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.).

В зависимости от степени участия людей в выполнении функций системы различаются два режима реализации функций: автоматизированный и автоматический.

Автоматизированный режим реализации управляющих функций характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и (или) их реализации. При этом возможны следующие варианты:

• ручной режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно-измерительную информацию о состоянии ТОУ, а выбор и

осуществление управляющих воздействий производит человек-оператор;

• режим «советчика», при котором комплекс технических средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании принимается и реализуется

оперативным персоналом;

• диалоговый режим, при котором оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом.

Автоматический режим реализации управляющих функций предусматривает автоматическую выработку и реализацию управляющих воздействий. При этом различаются:

• режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники автоматически изменяют установки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования);

• режим прямого (непосредственного) цифрового (или аналого-цифрового) управления, когда управляющее вычислительное устройство формирует воздействие на исполнительные механизмы.

АСУТП:

· Обеспечивает автоматизацию работы главного оборудования на предприятии, а также его своевременную остановку в случае возникновения опасности в результате произошедшей аварии.

· Создает автоматизацию вспомогательного оборудования на предприятии.

· Дает возможность при необходимости изменять параметры автоматического режима работы хозяйствующего объекта диспетчером посредством дистанционного пульта управления.

· Обеспечивает надежную блокировку системы в случае ее взлома.

· Информирование оператора или диспетчера о состоянии всех технологических операций предприятия с помощью предоставления информационных данных в реальном времени. Информация поступает не только в виде таблиц, но и различных графических изображений: графиков, трендов.

· Возможность регулирования параметров работы предприятия в автоматическом режиме на основе регуляторов, задающихся программой.

· Работа архивных данных в круглосуточном режиме.

· Высокая степень защиты информационных данных предприятия от несанкционированных взломов.

· Постоянная диагностика производственного оборудования, включающая и самодиагностику.

· Создание оптимизационной работы всего предприятия в целом.

· Разработка автоматизированной системы управления. [1.]

1.3 Состав АСУТП.

Для выполнения функций АСУТП необходимо взаимодействие следующих ее составных частей:

• технического обеспечения (ТО);

• программного обеспечения (ПО);

• информационного обеспечения (ИО);

• организационного обеспечения (ОО);

• оперативного персонала (ОП).

Техническое обеспечение АСУТП представляет собой полную

совокупность технических средств, достаточную для функционирования АСУТП и реализации системой всех ее функций. [3.]

В состав комплекса технических средств (КТС АСУТП) входят вычислительные и управляющие устройства; средства получения (датчики), преобразования, хранения, отображения и регистрации информации (сигналов); устройства передачи сигналов и

исполнительные устройства. [2.]

Программное обеспечение АСУТП — совокупность программ, необходимая для реализации функций АСУТП, заданного функционирования комплекса технических средств АСУТП и

предполагаемого развития системы. [1.]

Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее ПО и специальное программное обеспечение.

Общее программное обеспечение АСУТ П поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники. К общему программному обеспечению АСУТП относятся необходимые в процессе функционирования и развития системы программы,

программы для автоматизации разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы (организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.).

Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается или заимствуется из соответствующих фондов присоздании конкретной системы и включает программы реализацииосновных (управляющих и информационных) и вспомогательных

(обеспечение заданного функционирования КТС системы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т. п.) функций АСУТП.

Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается на базе и с использованием программ общего программного обеспечения.

Программы специального программного обеспечения, имеющие перспективу многократного использования, после промышленной проверки могут передаваться в соответствующие фонды или заводам-изготовителям вычислительной техники для включения их в состав общего программного обеспечения. [3]

Информационное обеспечение АСУТП включает:

• информацию, характеризующую состояние автоматизированного технологического комплекса;

• системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации;

• массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию.

Организационное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур, инструкций и регламентов для

оперативного персонала АСУТП, обеспечивающее заданное функционирование оперативного персонала в составе АТК. [1.]

В состав оперативного персонала АСУТП входят:

• технологи – операторы, осуществляющие контроль за работой и управление ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рациональному управлению, выработанных комплексом технических средств АСУТП;

• эксплуатационный персонал АСУТП, обеспечивающий правильность функционирования комплекса технических средств АСУТП.

Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит. [1.]

1.4.Цель создания АСУТП системы

АСУ ТП была создана для того, чтобы контролировать, управлять всеми технологическими процессами, режимами, которые существуют на отдельном промышленном предприятии. Также ее главной задачей является обеспечение бесперебойной работы завода без аварий и простоев.

Разделяют стандартную АСУ ТП, которая представлена микропроцессорными структурами, и двухуровневую АСУ ТП. Последняя имеет нижний уровень контроля, анализа и управления предприятием, который реализован с помощью промышленных контролеров. Что касается верхнего уровня, то он представлен комплексом автоматизированных рабочих мест диспетчеров производства, которые подчиняются одному центральному пульту управления. Эти два уровня непосредственно связаны между собой. Связь осуществляется за счет передачи информационных данных через существующую сеть. [2.]

1.5. Виды автоматизированных систем управления:

1. АСУ ТП предназначенная для отельных видов технологических процессов предприятия. Это может быть какой-то цех, отделение и т.д.

2. АСУ ТП всем предприятием в целом.

3. Интегрированная автоматизированная система управления. Обычно она состоит из нескольких отдельных АСУ, взаимосвязанных между собой.. Интегрированная АСУ очень часто применяется на современных предприятиях. Однако некоторые производственные процессы только на словах управляются с помощью нее, а на деле представлены совокупностью АСУ ТП и АСУП. Также к ним иногда добавляется автоматизированная система проектирования деятельности предприятия (САПР) и система управления качеством (АСУК). В данном случае под интегрированной системой управления понимается совокупность функций, которые она выполняет. [4.]

Вывод:

Для технологических объектов отрасли, как объектов автоматизации, характерными являются следующие особенности: наличие разнородных функциональных задач, возникающих при автоматизации; сравнительно высокий уровень автоматизации

существующих ТОУ; повышение актуальности задач оптимизации и др. Управлять подобными объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

АСУТП относятся к классу сложных систем, которым присущи следующие черты: наличие у всех элементов общей цели; системный характер реализуемых алгоритмов обмена и обработки информации; большое число входящих в систему функциональных

подсистем.

Раздел 2. Автоматизация процессов управления производством

Внедрение АСУ ТП получает широкое распространение в различных секторах отечественной экономики, таких как нефтяная и газовая промышленность, химия и нефтехимия, металлургия, энергетика. В последнее время АСУ ТП начинают проникать в такие сферы, как управление дорожным движением, медицина, машиностроение, ЖКХ. Отдельное направление их применения составляет военная и космическая техника, где системы автоматизации используются в качестве встроенных средств контроля и управления. [4]

Системы промышленной автоматизации получили широкое распространение на западном рынке в середине 70 – х годов, когда компьютерные технологии вышли на уровень, сделавший оправданным их массовое использование в производстве.

Формирование сектора АСУ ТП в нашей стране началось в конце 80 – х – начале 90 – х годов, когда специализированные проектные институты, занимающиеся вопросами автоматизации технологических процессов в рамках одной отрасли, не смогли оперативно и эффективно интегрироваться в условия новой экономики. Их место стали занимать коммерческие организации, специализирующиеся в области автоматизации технологических процессов в широком спектре задач. В настоящий момент рынок российский рынок АСУ ТП можно считать вполне сложившейся структурой. Лидерами являются около десятка достаточно крупных компаний, выполняющих комплексные проекты “под ключ”, независимо от отраслевой принадлежности автоматизируемого предприятия. Несколько десятков более мелких компаний занимаются, в основном, поставками комплектующих и выполнением небольших проектов. [5.]

1.1.Техническое описание АСУ ТП предприятия:

При разработке АСУ ТП необходимо правильно выделить из общей производственно-технологической структуры предприятия технологический объект управления (ТОУ). Для этого учитывают назначение и роль отдельных аппаратов, агрегатов и установок, степень зависимости их работы от других соседних производственных участков, наличие разделительных (буферных) емкостей между ними, принятую (или желательную) на данном производстве степень централизации управления.(рис1) [5.]

1.2. Трехуровневая пирамида управления промышленным предприятием.

В последние два – три года наметилась выраженная тенденция к интеграции систем категорий АСУ ТП и АСУП (“автоматизированная система управления производством”). При этом комплексная система автоматизации представляет собой трехуровневую пирамиду (рис 2.) управления промышленным предприятием:

–

Верхний уровень управления предприятием – (административно – хозяйственный) решает стратегические задачи, обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в годовом, квартальном, месячном масштабе).

– Интеграционный уровень управления (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырье, энергоносители, производственные средства, персонал) и оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне цеха, участка, станка.

– Нижний уровень решает классические задачи управления технологическими процессами. [1.]

1.3.Общие принципы построения АСУТП

Основополагающие принципы создания автоматизированных систем управления, в равной степени применимые для всех отраслей народного хозяйства, сформулированы академиком В. М. Глушковым. Практический опыт создания автоматизированных систем управления показал, что отступление от этих принципов усложняет процесс разработки АСУ, снижает их эффективность, а зачастую просто дискредитирует идею создания АСУ. Поэтому кратко рассмотрим основное существо этих принципов.

Иерархический принцип управления заключается в многоступенчатой организации процесса, где каждая ступень управления имеет свои объекты и цели. Иерархичность системы, ее многоуровневость обуславливается сложностью систем управления.

Блочно – модульный принцип построения АСУ (включая и программное обеспечение).

Принцип новых задач состоит в том, чтобы не просто перекладывать на ЭВМ существующие сложившиеся процессы управления, а выявлять и включать в состав АСУ новые задачи, которые принципиально не могут решаться при отсутствии ЭВМ. Например оптимизация температурного и гидравлического режимов агрегатов.

Принцип системного подхода к проектированию АСУ заключается во всестороннем изучении и анализе автоматизируемого объекта, включающих вопросы технического, технологического, организационного, экономического, социального и правового характера.

Принцип первого руководителя состоит в том, что заказ, разработка и внедрение АСУ должны осуществляться под непосредственным руководством руководителя автоматизируемого объекта.

Принцип максимально разумной типизации проектных решений предполагает возможность широкого тиражирования проектных решений, что особенно применительно к однотипным объектам (мельницы, флотационные машины, алюминиевые электролизеры, печи кипящего слоя и т.п.). Вместе с тем, не смотря на множественность этих объектов, они имеют различия в организации технологического процесса поэтому типовые проектные решения должны предусматривать несколько типовых рабочих программ на одну и ту же задачу.

Принцип непрерывного развития системы заключается в обеспечении возможности развития автоматизированной системы, вызванном увеличением производительности технологической линии, увеличением размеров предприятия и т.п.

Принцип единой информационной базы предполагает однократный ввод информации, необходимой для решения всех автоматизируемых задач, т.е. должно быть исключено дублирование вводимой в систему информации.

Принцип комплексности автоматизируемых задач состоит в том, чтобы при определении состава автоматизируемых задач учитывать информационные связи между ними. Дело в том, что большинство задач управления органически связано и автоматизироваться должен весь комплекс задач, ориентированных на достижение какой-либо цели. Этим обеспечивается минимизация ввода и вывода информации. Раздельное решение задач существенно снижает эффективность АСУ. Зачастую нарушения именно этого принципа является основной причиной недостаточной эффективности создаваемых систем.

Эти особенности выдвигают в число первоочередных проблем методические вопросы совершенствования организации управления, формирования организационной и функциональной структуры АСУ, определения состава автоматизируемых задач и комплекса технических средств, а также оценку эффективности создаваемых АСУТП. [4.]

Вывод:

Интеграция АСУП с системами реального времени АСУ ТП обеспечивает оперативность и достоверность информации, на основе которой принимаются управленческие решения на всех уровнях управленческой вертикали.

Заключение

Целью настоящей работы являлось изучение Автоматизированных Систем Управления Техническими Процессами (АСУТП). Автоматизация процессов управления предприятием является чрезвычайно сложной задачей.

Автоматизация управления предприятиями на основе экономико-математических методов, средств вычислительной техники и информационных технологий является неотъемлемой частью процесса совершенствования деятельности практически всех предприятий. В последнее время наметился качественно новый этап, который характеризуется стремлением к созданию интегрированных автоматизированных систем, объединяющих все задачи управления. Этому способствуют распределенные вычислительные системы и сети, средства ведения баз данных, средства проектирования и внедрения функциональных подсистем. Многие из новых информационных технологий, разработанные крупнейшими зарубежными фирмами, представлены сегодня на российском рынке.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу;

o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП;

o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП;

o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу;

o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП;

o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП;

В данном реферате отражены современное представление об Автоматизированных Систем Управления Техническими Процессами (АСУТП) и систематезированы основные знания о понятиях, механизме функционирования.

Список использованной литературы

1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУТП: Учеб. пособие для вузов / Под ред. КТН В.А. Втюрина. Санкт-Петербург, 2006.

2. Информационные технологии управления: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Проф. Г.А.Титоренко. – 2-е изд., доп.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.

3. «Теория автоматического управления»: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000.

4. http://datasolution.ru/avtomatizirovannye-sistemy-upravleniya-tehnologicheskimi-protsessami/ – сайт компании «Datasolution»

5. http://www.zaoetr.ru/page/asutp – сайт группы компаний “ЕТР”

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/АСУ_ТП – энциклопедия Википедея

Введение.

В
основных направлениях экономического
и социального развития становится
задача развивать производство электронных
устройств регулирования и телемеханики,
исполнительных механизмов, приборов и
датчиков систем комплексной автоматизации
сложных технологических процессов,
агрегатов, машин и оборудования. Во всем
этом могут помочь автоматизированные
системы управления.

Автоматизированная
система управления или АСУ — комплекс
аппаратных и программных средств,
предназначенный для управления различными
процессами в рамках технологического
процесса, производства, предприятия.
АСУ применяются в различных отраслях
промышленности, энергетике, транспорте
и т. п. Термин автоматизированная, в
отличие от термина автоматическая
подчеркивает сохранение за
человеком-оператором некоторых функций,
либо наиболее общего, целеполагающего
характера, либо не поддающихся
автоматизации.

Опыт,
накопленный при создании автоматизированных
и автоматических систем управления,
показывает, что управление различными
процессами основывается на ряде правил
и законов, часть из которых оказывается
общей для технических устройств, живых
организмов и общественных явлений.

Автоматизированная система управления технологическим процессом.

Автоматизированная
система управления технологическим
процессом (сокр. АСУТП) — комплекс
технических и программных средств,
предназначенный для автоматизации
управления технологическим оборудованием
на промышленных предприятиях. Может
иметь связь с более глобальной
автоматизированной системой управления
предприятием (АСУП).

Под
АСУТП обычно понимается комплексное
решение, обеспечивающее автоматизацию
основных технологических операций
технологического процесса на производстве
в целом или каком-то его участке,
выпускающем относительно завершенный
продукт.

Термин
«автоматизированный» в отличие от
термина «автоматический» подчеркивает
необходимость участия человека в
отдельных операциях, как в целях
сохранения контроля над процессом, так
и в связи со сложностью или нецелесообразностью
автоматизации отдельных операций.

Составными
частями АСУТП могут быть отдельные
системы автоматического управления
(САУ) и автоматизированные устройства,
связанные в единый комплекс. Как правило
АСУТП имеет единую систему операторского
управления технологическим процессом
в виде одного или нескольких пультов
управления, средства обработки и
архивирования информации о ходе процесса,
типовые элементы автоматики: датчики,
устройства управления, исполнительные
устройства. Для информационной связи
всех подсистем используются промышленные
сети.

Автоматизация
технологического процесса — совокупность
методов и средств, предназначенная для
реализации системы или систем, позволяющих
осуществлять управление самим
технологическим процессом без
непосредственного участия человека,
либо оставления за человеком права
принятия наиболее ответственных решений.

Классификация
АСУ ТП

В
зарубежной литературе можно встретить
довольно интересную классификацию АСУ
ТП, в соответствие с которой все АСУ ТП
делятся на три глобальных класса:

• SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition). На
русский язык этот термин можно перевести
как “система телемеханики”, “система
телеметрии” или “ система диспетчерского
управления”. На мой взгляд, последнее
определение точнее всего отражает
сущность и предназначение системы –
контроль и мониторинг объектов с участием
диспетчера.

Тут
необходимо некоторое пояснение. Термин
SCADA часто используется в более узком
смысле: многие так называют программный
пакет визуализации технологического
процесса. Однако в данном разделе под
словом SCADA мы будем понимать целый класс
систем управления.

• PLC
(Programmable Logic Controller). На русский язык
переводится как “программируемый
логический контроллер” (или сокращенно
ПЛК).

Тут,
как и в предыдущем случае, есть
двусмысленность. Под термином ПЛК часто
подразумевается аппаратный модуль для
реализации алгоритмов автоматизированного
управления. Тем не менее, термин ПЛК
имеет и более общее значение и часто
используется для обозначения целого
класса систем.

• DCS
(Distributed Control System). По-русски распределенная
система управления (РСУ). Тут никакой
путаницы нет, все однозначно.

Справедливости
ради надо отметить, что если в начале
90-х такая классификация не вызывала
споров, то сейчас многие эксперты считают
ее весьма условной. Это связано с тем,
что в последние годы внедряются гибридные
системы, которые по ряду характерных
признаков можно отнести как к одному
классу, так и к другому.

Основа
автоматизации технологических процессов
— это перераспределение материальных,
энергетических и информационных потоков
в соответствии с принятым критерием
управления (оптимальности).

Основными
целями автоматизации технологических
процессов
являются:

·
Повышение эффективности производственного
процесса.

·
Повышение безопасности.

·
Повышение экологичности.

·
Повышение экономичности.

Достижение
целей осуществляется посредством
решения следующих задач:

·
Улучшение качества регулирования

·
Повышение коэффициента готовности
оборудования

·
Улучшение эргономики труда операторов
процесса

·
Обеспечение достоверности информации
о материальных компонентах, применяемых
в производстве (в т.ч. с помощью управления
каталогом)

·
Хранение информации о ходе технологического
процесса и аварийных ситуациях

Автоматизация
технологических процессов в рамках
одного производственного процесса
позволяет организовать основу для
внедрения систем управления производством
и систем управления предприятием.

Как
правило, в результате автоматизации
технологического процесса создаётся
АСУ ТП.

Автоматизированная
система управления технологическим
процессом (АСУТП) — комплекс программных
и технических средств, предназначенный
для автоматизации управления
технологическим оборудованием на
предприятиях. Может иметь связь с более
глобальной Автоматизированной системой
управления предприятием (АСУП).

Под
АСУТП обычно понимается комплексное
решение, обеспечивающее автоматизацию
основных технологических операций
технологического процесса на производстве,
в целом или каком-то его участке,
выпускающем относительно завершенный
продукт.

Термин
«автоматизированный» в отличие от
термина «автоматический» подчеркивает
возможность участия человека в отдельных
операциях, как в целях сохранения
человеческого контроля над процессом,
так и в связи со сложностью или
нецелесообразностью автоматизации
отдельных операций.

Составными
частями АСУТП могут быть отдельные
системы автоматического управления
(САУ) и автоматизированные устройства,
связанные в единый комплекс. Как правило
АСУТП имеет единую систему операторского
управления технологическим процессом
в виде одного или нескольких пультов
управления, средства обработки и
архивирования информации о ходе процесса,
типовые элементы автоматики: датчики,
контроллеры, исполнительные устройства.
Для информационной связи всех подсистем
используются промышленные сети.

В
связи с различностью подходов различают
автоматизацию следующих технологических
процессов:

·
Автоматизация непрерывных технологических
процессов (Process
Automation)

·
Автоматизация дискретных технологических
процессов (Factory
Automation)

·
Автоматизация гибридных технологических
процессов (Hybrid
Automation)

Соседние файлы в папке 4 курс_2

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

---

Подборка по базе: Задание 1 к теме 7 ИЭ.docx, Задания к теме 5.doc, тесты к 15 теме.docx, Задание к Теме 13.docx, Задание к теме 5 (1).docx, Задание к теме 2.docx, Соединительная ткань, реферат.docx, Задание 1. Протокол к Теме 2.1..docx, Задание 5. Протокол к Теме 3.1.docx, Задание 6. Протокол к Теме 3.2.docx

---

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электромеханики

Реферат по теме

«Автоматизированные системы управления технологическими процессами электростанций»

Выполнил: студент группы Э-319

Юсупов А.И.

Проверил: Федосов Е.М.

Уфа 2021

Содержание

Введение

Автоматизация остается одной из главных проблем промышленного производства и социальной сферы в различные периоды экономического развития современного общества.

Трудоемкие процессы, связанные с производством и распределением тепловой и электрической энергии на современных ТЭС, в основном механизированы. Труд человека состоит в том, чтобы управлять машинами, механизмами и установками (перемешать регулирующие органы, включать или отключать оборудование и т.п.) и наблюдать за их работой непосредственно или по измерительным приборам.

Однако механизация (даже полная) круглосуточно работающего энергетического оборудования не избавляет человека от утомительного и однообразного труда по управлению основными и вспомогательными установками ТЭС, а что самое главное, не гарантирует их надежной и экономичной работы даже при высокой квалификации эксплуатационного персонала. Это обусловило развитие автоматизации в современной энергетике.

Автоматизацией механизированного производства называют управление машинами, механизмами и установками, а также контроль за их работой с помощью специальных устройств (измерительных приборов, автоматических регуляторов и вычислительных машин) при ограниченном участии человека или без него.

Теплоэнергетика, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложение методы теории и новые технические средства автоматического управления.

1. АСУ ТП тепловых электростанций

   1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Оперативно-диспетчерское управление энергооборудованием и контроль наиболее ответственных параметров в АСУ ТП остаются за оперативным персоналом, творчески применяющим новые методы управления и эффективно использующим технические средства автоматизации.

Управление современным предприятием или производственно-промышленным комплексом с непрерывными технологическими процессами выработки продукции предусматривает три вида АСУ, соподчиненных между собой (рис. 1):

– АСУ ТП для решения задач управления в темпе с процессом;

– АСУ производством для оперативно-диспетчерского управления несколькими взаимодействующими технологическими процессами, осуществляющая также расчет укрупненных значений ТЭП, определяющая сроки ремонтов оборудования и выполняющая другие функции производственно-технического характера;

– Автоматизированная система управления предприятием (АСУП), решающая задачи управления в масштабе предприятия в целом (экономическое управление, управление распределением людских и материальных ресурсов и др.)

Рисунок 1 – Схема взаимосвязей автоматизированных систем управления

Автоматизированное управление производством и предприятием можно совмещать в одном центре управления производственно-промышленным комплексом, имеющим в своем составе ЭВМ, на которую возлагаются все перечисленные функции, включая координацию действий АСУ ТП, являющихся подсистемами АСУП.

Отличие АСУ ТП от АСУ производством или АСУ предприятием состоит в функциях управления, связанных с непрерывностью технологических процессов во времени и прекращением процесса выработки продукции при непоступлении сырья в промышленные установки. В связи с этим основная исходная информация в АСУ ТП поступает в виде непрерывных сигналов от первичных измерительных преобразователей (датчиков) физических величин, расположенных на объекте, в то время как в АСУП наряду с укрупненными и усредненными показателями технологического процесса основной исходной информацией служит документ. В результате управление технологическим процессом в АСУ TII может осуществляться без участия человека с помощью локальных (местных) АСР или через специально выделенный контур управления с ЭВМ, в то время как в АСУ производством или предприятием в контур управления непременно включается лицо, принимающее решение (ЛПР).

Несмотря на некоторые различия в функциях управления, в роли и месте человека в системе, все АСУ (любого уровня и ранга) обладают одним общим свойством – они являются системами управления с обратной связью. Это означает, что часть информации с выхода объекта вновь поступает на его вход в виде регулирующих воздействий через автономные автоматические системы или ЭВМ. Другая же часть информации, отображаясь и перерабатываясь в сознании человека, также поступает на вход системы, но в виде осмысленных действий ЛПР.

В связи с развитием комплекса технических средств автоматизации (КТСА) за последние годы возможности АСУ ТП как инструмента управления и исследования необычайно возросли. Однако оснащение АСУ ТП комплексом технических средств служит необходимым, но не достаточным условием его функционирования. При внедрении АСУ ТП в эксплуатацию предусмотрено:

информационное обеспечение, образуемое совокупностью системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, сигналов, характеризующих состояние ТЭС и отдельных энергоблоков, массивов данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУ ТП ТЭС;

организационное обеспечение, реализуемое наличием совокупности описаний, функциональной, технической и организационной (см. рис. 1.4) структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала, обеспечивающих заданное функционирование автоматизированного технологического комплекса;

математическое обеспечение, образуемое наличием совокупности математических методов, моделей и алгоритмов для решения задач управления и обработки информации с применением вычислительной техники;

программное обеспечение, образуемое наличием совокупности программ по реализации всех функций АСУ ТП и предполагаемому развитию системы в направлении расширения состава функций;

пакет прикладных программ, являющихся частью программного обеспечения и представляющих собой совокупность программ, реализующих группу однородных функций и программу их настройки для конкретных объектов ТЭС (котлов, турбин или блоков в целом).

Именно наличие таких компонентов делает автоматизированную систему в целом дееспособной, в особенности на таких сложных объектах, как тепловая блочная электростанция.

Основные вопросы хозяйственной и финансовой деятельности электростанции в настоящее время решают на уровне энергетической системы (снабжение топливом, сбыт готовой продукции – тепловой и электрической энергии, централизованный ремонт энергооборудования и др.). Поэтому на ТЭС ставят задачу создания АСУ предприятием с ограниченными в части решения ряда экономических задач функциями.

1. Состав функций АСУ ТП ТЭС

Информационные функции АСУ ТП по энергоблокам.

Оперативный контроль технологических параметров. В целях получения информации о ходе технологического процесса предусматривают:

– индивидуальный контроль минимального числа наиболее важных технологических параметров с помощью постоянно включенных показывающих или регистрирующих приборов;

– избирательный контроль;

– множественный контроль (контроль по вызову на аналоговых и цифровых приборах или электронно-лучевых трубках, графическая регистрация на аналоговых приборах и т.п.).

Технологическая сигнализация. В качестве дополнительной информации предусматривают световую и звуковую сигнализацию технологических параметров, вышедших за пределы установленных значений, а также сигнализацию состояния регулирующих и запорных органов и оборудования. Световая сигнализация служит одной из форм множественного контроля и осуществляется на световых табло, встроенных в мнемосхемы ТОУ.

Расчет технико-экономических показателей. Для сопоставления фактических показателей качества технологических процессов с заданными критериями управления предусматривается автоматизированный расчет ТЭП по отдельным агрегатам и по блоку в целом в соответствии с существующими нормами отчетности. Расчеты ведут в темпе с технологическим процессом на основе информации о технологических параметрах. Чтобы получить представительные результаты значений ТЭП, оперативные интервалы расчетов устанавливают равными не менее 15 мин.

Кроме того, значения ТЭП вычисляют в соответствии с интервалами существующих форм отчетности: за смену (8 ч), сутки, месяц, год.

Определение достоверности информации. В целях проверки точности функционирования информационных подсистем предусматривают дополнительный контроль численных значений технологических параметров по важнейшим каналам измерений. Проверку осуществляют сравнением с показаниями дублирующих измерительных систем и приборов или со значениями параметров, полученными на основании косвенных вычислений с помощью ИВК.

Диагностика состояния оборудования. Для предупреждения возможных неполадок в работе энергоблока предусматривают периодический и непрерывный контроль состояния оборудования с помощью оценки отклонений текущих значений параметров от установленных.

Регистрация аварийных положений. В целях обобщения опыта эксплуатации энергоблоков, выявления экономическою ущерба от аварий и предупреждения ошибочных действий оперативного персонала предусматривают специальную регистрацию событий и технологических параметров в аварийных (предаварийных) режимах работы энергооборудования (внезапный сброс электрической нагрузки, непредвиденный останов одного или группы агрегатов и т.п.).

В случае необходимости персоналу представляется информация для анализа причин возникновения и характера развития аварий. Для этого в памяти УВК хранят информацию о событиях и значениях технологических параметров в течение заданного промежутка времени, начиная от момента последнего опроса. В каждом новом цикле представления данных «стирается» информация, вышедшая за пределы интервала Т_пи вместо нее заносят вновь полученные сведения. При этом обеспечивается регистрация событий, последовательности и времени срабатывания технологических защит, положения всех контролируемых регулирующих и запорных органов на момент аварий, а также значения важнейших технологических параметров.

Формирование банков данных с наличием информационных поисковых систем (ИКС) для автоматизированного поиска информации, хранящейся на бумажных, магнитных дисковых носителях (НМД), контроль за документацией (внесение изменений, исправлений), связанных со сбором, обработкой и хранением технологической информации.

Функции управлении АСУ ТП по энергоблоку. Статическая оптимизация режимов работы энергооборудования. В целях достижения заданных критериев управления предусмотрены контроль режимов работы оборудования и управление ими.

По котлу – поддержание КПД брутто вблизи оптимального значения сравнением его текущего и расчетного значений. Регулирующим воздействием служит изменение расхода воздуха, подаваемого в топку, например, за счет изменения положения направляющих аппаратов на всасе дутьевых вентиляторов или использования других способов.

По турбине – поддержание КПД нетто турбоустановки вблизи оптимального значения за счет изменения вакуума в конденсаторе. Регулирующим воздействием служит изменение расхода охлаждающей волы в конденсатор. Изменение подачи циркуляционных насосов достигают изменением положения направляющих аппаратов на всасе насосов.

По блоку в целом – поддержание давления перегретого пара перед турбиной, которое может изменяться в заданных пределах в зависимости от нагрузки в регулирующем режиме работы блока. Изменение давления пара достигают, например, (при работе на скользящих параметрах), воздействием на расход топлива, подаваемого в топку котла.

Критериальное упрощение локальными АСУ, обеспечивающими автоматическое ведение технологического процесса по участкам энергоблока (температуре перегрева пара, экономичности процесса горения в топке и др.) реализуют изменением задания но каналам управляющих воздействий в зависимости от изменчивости режимов работы энергоблока по электрической нагрузке, качеству и виду топлива.

Динамическая оптимизация технологических процессов в целях достижения заданных показателей качества переходных процессов предусматривает подстройку динамических параметров регуляторов нижнего уровня. Ее осуществляют при изменениях режимов работы энергоблока (например, при переходе с одного уровня нагрузки на другой) или изменчивости вида динамических характеристик. Существуют следующие способы подстройки:

• дистанционный с помощью приспособлений, имеющихся на пульте управления и на регуляторах;
• автоматический с помощью УВК, выполняющего функции самонастраивающейся системы.

Переключения и дискретные операции. Достижение заданных критериев управления при переходе с одного уровня электрической или тепловой нагрузки на другой или изменение состава работающего оборудования предусматривает переключения в тепловой или электрической схеме энергоблока. Переключения осуществляют дистанционно или с помощью технических средств дискретной автоматики (устройств логического управления нижнего уровня или дискретных автоматов). В состав операций переключения входят:

• открытие или закрытие запорных органов в обусловленной последовательности или же включение (отключение) блокировок;
• пуск (останов) вспомогательных агрегатов (резервных, пусковых, дополнительных и т.п.).

Необходимость в автоматических переключениях и дискретных операциях больше всего возникает в пусковых, аварийных или переменных режимах работы оборудования, наиболее тяжелых с точки зрения оперативной загруженности персонала.

Исследование объекта управления предусматривает использование АСУ ТП как инструмента изучения ТОУ, связанного с испытаниями и наладкой тепловою оборудования или же с составлением блочных режимных карт. Для этой цели установлен персональный компьютер с видеомонитором и устройством связи с объектом, печатающее устройство и пакет прикладных программ. Инструментальный компьютер связан с банком блочных данных и другими информационными подсистемам и сетями, в частности с архивной станцией.

Имитация экстремальных условий при проведении противоаварийных тренировок (воспроизведение псевдосрабатываний тепловой зашиты и технологической сигнализации, псевдоотключений механизмов собственных нужд котла и турбины и т.п.). Роль имитатора экстремальных условий выполняет специальный видеодисплей, оснащенный пакетом прикладных программ. Все тренировки персонала на действующем оборудовании строго лимитированы должностными и производственными инструкциями. В прикладных программах предусмотрены соответствующие приоритеты и запреты, исключающие вмешательство автоматических устройств и персонала в технологический процесс.

Информационные функции АСУ ТП по ТЭС. Общестанционный контроль технологических параметров и состояния оборудования. В целях представления информации операторам (дежурному инженеру ТЭС) о ходе технологического процесса и достижения заданных значений технико-экономических показателей ТЭС предусматриваются сбор и переработка информации о состоянии и режиме работы общестанционного технологического оборудования и главной электрической схемы станции.

Расчет общестанционных ТЭП. Осуществляется с различными интервалами времени в зависимости от принятой в энергосистеме отчетности. Полученная информация предоставляется лицам, принимающим решения по управлению ТЭС: дежурному инженеру, начальникам смен (старшим операторам энергоблоков), производственно-техническому отделу и руководству ТЭС.

Контроль достоверности информации общестанционного назначения осуществляется параллельно с расчетом ТЭП ТЭС и отдельных энергоблоков.

Регистрация общестанционных аварий. Для обобщения опыта эксплуатации и последующего анализа аварийных ситуаций предусматривается, начиная с момента возникновения аварии, автоматическая регистрация обобщенных показателей ТЭС и технологических параметров, характеризующих состояние оборудования общестанционного назначения.

Обмен оперативно-диспетчерской информацией с АСУ вышестоящих и нижестоящих уровней осуществляют на основе отработанных процедур установления связи, обмена и завершения передачи информации. Обмен информацией происходит непрерывно по важнейшим каналам управлений и измерений и периодически по второстепенным каналам.

Формирование развитых баз данных (БД) с наличием системы управления (СУБД), предназначенной:

• для автоматизированною поиска и выдачи необходимой информации;
• контроля за документацией;
• ведения общестанционного архива, связанного со сбором, обработкой и хранением зарегистрированной технологической информации, поступающей от энергоблоков, вспомогательных служб и установок и вышестоящей подсистемы управления.

Функции управления АСУ ТП по ТЭС состоят в следующем:

оптимальное распределение электрических нагрузок между энергоблоками с помощью УВК общестанционного назначения, определяющего расходные характеристики энергоблоков, их относительные приросты ε_i, и выполняющего расчет оптимальных приростов мощности по энергоблокам;

оптимальное распределение экологических нагрузок между энергоблоками с помощью общестанционного УВК, определяющего экологические характеристики энергоблоков, относительные приросты массовых выбросов вредных веществ в атмосферу и расчет их абсолютных приростов по отдельным энергоблокам, осуществляющего контроль суммарных выбросов ТЭС и их сопоставление с ВСВ (ПДВ);

выбор состава работающего оборудования энергоблоков в зависимости от заданного графика электрической нагрузки ТЭС с учетом останова и длительности простоев части оборудования и затрат топлива, и электроэнергии на его последующий пуск;

дискретное и непрерывно-дискретное управление вспомогательным оборудованием, образующим функциональные группы и подгруппы обшеблочного и общестанционного назначения (РОУ или БРОУ, установки химической подготовки воды, системы топливоподачи, централизованного циркуляционного водоснабжения и пр.);

выполнение логических операций по переключениям в главной электрической схеме станции воздействием на исполнительные устройства или УЛУ низшего уровня, сочлененных с коммутирующей аппаратурой;

групповое управление автоматическими системами регулирования возбуждения электрических генераторов в целях стабилизации напряжения на выходе отдельных агрегатов и шинах станции.

Наряду с перечисленными функции управления АСУ ТП по энергоблоку дополняют широким кругом задач, выполняемых подсистемами нижнего уровня (АСР, УЛУ, ДУ и ТЗ).

Приведенный перечень информационных и управляющих функций АСУ ТП по энергоблоку и ТЭС может дополняться, развиваться или изменяться в каждом конкретном случае в зависимости от задач эксплуатации и по мере развития вычислительных возможностей программно-технического комплекса (НТК).

Вместе с тем «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РБ» оставляют за АСУ ТЭС при наличии соответствующего программно- технического комплекса и с учетом названных ограничений решение следующих задач производственно-хозяйственного направления; бухгалтерского учета и анализа производственно-технической и хозяйственной деятельности; материально- технического снабжения, обеспечения персоналом, капитального строительства, транспорта, энергоремонта, надежности функционирования энергооборудования и элементов НТК, а также контроля функционирования служб техники безопасности и управления ими, стандартизации и метрологии.

Широкое использование научных и технических достижений в целях автоматизации технологических процессов ТЭС позволит повысить техническую и экономическую эффективность теплоэнергетических установок и успешно решать современные задачи управления.

1. АСУ ТП гидроэлектростанций

АСУ ТП ГЭС станционного (верхнего) уровня – комплекс программно- технических средств, предназначенный для автоматизации управления и оптимизации эксплуатации оборудования основных и вспомогательных технологических процессов производства и распределения электроэнергии, формирования единой базы данных, хранения и анализа архивной информации, выполнения расчетных задач. Также комплекс является технологической основой для перехода от системы планово-предупредительных ремонтов к системе ремонтов по состоянию за счет глубокой автоматизации оборудования, внедрения систем мониторинга и диагностики.

Объектом управления АСУ ТП ГЭС является гидроэлектростанция со всем основным и вспомогательным оборудованием, гидротехническими сооружениями и электротехническим оборудованием подстанции и распределительных установок. Технологические процессы на ГЭС характеризуются относительной простотой, оборудование обладает высокой маневренностью. Поэтому гидростанции широко используются в энергосистемах как источники пиковой мощности и энергии, отличаются высокой степенью автоматизации основных технологических процессов.

Область применения. Комплекс АСУ ТП ГЭС станционного уровня предназначен для использования как на реконструируемых, так и на вновь возводимых объектах гидроэнергетики. Система управления масштаба станции является единым комплексом высокой степени интеграции, объединяющим в себя все подсистемы выработки и распределения электроэнергии станции, и позволяет. осуществлять управление всеми процессами из единого центра. Интеграция подсистем и ведение общей базы данных позволяет предоставить оператору единый комплексный интерфейс, учитывать взаимные связи и блокировки, производить общую обработку данных различных подсистем, синхронизированных по времени.

Введение данного комплекта повышает надежность и эффективность работы оборудования, а также уменьшает возможность ошибочных действий персонала и улучшает условия работы.

Цели применения системы:

• повышение уровня надежности и безопасности работы оборудования;

• снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций путем предотвращения заведомо неверных действий персонала;

• осуществление оперативного мониторинга и диагностики состояния оборудования, прогнозирования вероятных аварийных ситуаций и определения остаточного ресурса оборудования;

• улучшение условий работы персонала путем создания единого человеко-машинного интерфейса, а также повышение уровня информационной обеспеченности путем внедрения экспертной справочной системы и электронного архива документации;

• повышение уровня экономической эффективности эксплуатации;

• сокращение издержек на планово-предупредительные ремонты и комплексные обследования основного оборудования за счет оптимизации режима его работы и внедрения средств мониторинга и диагностики;

• сокращение времени простоя оборудования при аварийных отключениях за счет повышения информативности о месте и характере дефекта.

Структура комплекса. АСУ ТП ГЭС станционного уровня построена как интегрированный информационно-управляющий комплекс по принципу распределения функций между подсистемами, способными автономно управлять объектом автоматизации.

Верхний уровень включает следующие программно-технические комплексы оперативно-диспетчерского управления нормального и аварийного режимов, средства интеграции с контрольно-измерительными системами и внешними информационными системами:

• средства преобразования и передачи цифровой информации;

• кабельно-коммуникационные средства приема и передачи информации (контроллеры интерфейсов, сетевые адаптеры, концентраторы, кабели и др.);

• средства обработки информации (процессорные платы, модули центральных процессоров);

• средства хранения информации (магнитные и оптические устройства хранения и съема информации);

• средства отображения информации (видеомониторы, мнемощит);

• средства ввода различных директив управления в систему;

• устройства бесперебойного электропитания;

• средства документирования информации;

• система единого времени;

Связь между компонентами системы и другими подсистемами осуществляется посредством высокоскоростной оптоволоконной сети Ethernet TCP/IP, имеющей отказоустойчивую топологию.

Структура системы предусматривает возможность дальнейшего наращивания и расширения состава решаемых задач и выполняемых функций и может варьироваться применительно к особенностям технологического оборудования и составу уже введенных в эксплуатацию подсистем конкретного объекта.

Программное обеспечение АСУ ТП. В состав АСУ ТП ГЭС верхнего уровня входит специализированное прикладное программное обеспечение автоматизации оперативного диспетчерского управления SCADA-система, реализующее функции сбора данных, их графического представления, а также архивацию на базе серверов БД SQL или ORACLE.

SYNDIS RV имеет интуитивно понятный интерфейс, позволяющий оперативному персоналу осуществлять быстрый доступ к необходимой информации. Реализует функции динамического выделения цветом объектов в зависимости от состояния оборудования, визуализацию динамически меняющихся процессов, персональную настройку рабочего экрана оператора и фильтров выбора контролируемых параметров.

SYNDIS RV соответствует следующим принципам построения и функциональным качествам:

• модульность всех составляющих, иерархичность ПО и данных;
• открытость и простота интеграции (возможность расширения и модификации), использование стандартизованных интерфейсов, форматов файлов, кодировок;
• высокое быстродействие, сравнимое со скоростью протекания регистрируемых электрических процессов;
• реализация функции цифрового осциллографирования;
• возможность создания экранных (мультиэкранных) форм отображения технологической схемы процесса;
• фиксация аварийных ситуаций, возникающих в технологическом процессе, и обеспечение возможности информирования оператора о них;
• обеспечение механизма формирования отчетности, как периодической, так и по запросу оператора;
• возможность реализации алгоритмов управления, включая математические и логические вычисления;
• обеспечение связи с контроллерами нижнего уровня;
• обеспечение механизма обмена информацией с вышестоящими и внешними информационными системами;
• гибкость (возможность внесения изменений и перенастройки);
• надежность (соответствие заданному алгоритму, отсутствие ложных действий, защита от разрушения как программ, так и данных);
• устойчивость(сбой в работе отдельных приложений не должен приводить к отказам, как системного ПО, так и системы в целом);
• унификация решений;
• простота и наглядность.

Список литературы

1. Овчаренко, Н.И. Автоматика энергосистем: учеб.: рек. Мин. обр. РФ / Н.И. Овчаренко; под ред. А.Ф. Дьякова. – М.: Издательство МЭИ, 2009. – 476 с.
2. Автоматизация настройки систем управления / В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, А.С. Клюев и др. М.: Энергоатомиздат, 1984.
3. Долинин И.В., Горожанкий П.А. Опыт разработки и внедрения интегрированной АСУ АСУ ТП ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» // Теплоэнергетика, 2001. № 10.
4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. – 15-е издание. М.: Энергоатомиэдат, 2001.
5. Плетнев Г.П., Долинин И.В. Основы построения и функционирования АСУ тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2000.

Автоматизация систем управления технологическими процессами. Классификация сталей и способы ее получения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Автоматизация систем управления технологическими процессами

.1 Классификация систем управления. Их характеристики

.2 АСУТП с вычислительным комплексом в роли советчика

.3 Система автоматического регулирования. Фундаментальные принципы управления

. Классификация сталей и способы ее получения

.1 Классификация сталей

.2 Способы получения стали

.2.1 Производство стали в конверторах

.2.2 Производство стали в мартеновских печах

.2.3 Производство стали в электрических печах

.2.4 Новые методы производства и обработки стали

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель контрольной работы состоит в том, чтобы углубить и закрепить знания по теоретическим вопросам, полученные при изучении дисциплины. Контрольная работа состоит из двух вопросов; содержание первого из них – автоматизация систем управления технологическими процессами – отражает знание теоретических основ дисциплины, а второго – классификация сталей и способы ее получения – практических основ.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Сегодня технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, делаются все более мощными. Например, в энергетике действуют энергоблоки мощностью 1000-1500 МВт, установки первичной переработки нефти пропускают до 6 млн. т. сырья в год, работают доменные печи объемом 3.5-5 тыс. кубометров, создаются гибкоперестраиваемые производственные системы в машиностроении.

Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов и тогда на помощь ему приходит АСУ ТП. В АСУ ТП за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно выдают сигналы, меняющиеся в соответствии с измеряемым параметрам (аналоговые сигналы), в устройство связи с объектом (УСО) ЭВМ. В УСО сигналы преобразуются в цифровую форму и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной.

ЭВМ сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными результатами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которую через другую часть УСО поступают на регулирующие органы агрегата. Например, если датчики подали сигнал, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки на требуемое расстояние.

Системы, в которых управление ходом процесса осуществляется подобно сказанному выше без вмешательства человека, называются автоматическими. Однако, когда не известны точные законы управления человек вынужден брать управление (определение управляющих сигналов) на себя (такие системы называются автоматизированными). В этом случае ЭВМ представляет оператору всю необходимую информацию для управления технологическим процессом при помощи дисплеев, на которых данные могут высвечиваться в цифровом виде или в виде диаграмм, характеризующих ход процесса, могут быть представлены и технологические схемы объекта с указанием состояния его частей. ЭВМ может также “подсказать” оператору некоторые возможные решения.

Перспективные АСУ ТП имеют ряд характерных признаков. Прежде всего это автоматические системы, осуществляющие автоматическое управление рабочим режимом, а также пуском и остановом оборудования (режимами, на которые при ручном управлении приходится наибольшее число аварийных ситуаций из-за ошибок операторов).

В системах предусматривается оптимизация управления ходом процесса по выбранным критериям. Например, можно задать такие параметры процесса, при которых стоимость себестоимость продукции будет минимальной, или, при необходимости, настроить агрегат на максимум производительности, не считаясь с некоторым увеличением расхода сырья и энергоресурсов на единицу продукции.

Системы должны быть адаптивными, т.е. иметь возможность изменять ход процесса при изменении характеристик исходных материалов или состояния оборудования.

Одним из важнейших свойств АСУ ТП является обеспечение безаварийной работы сложного технологического комплекса. Для этого в АСУ ТП предусматривается возможность диагностирования технологического оборудования. На основе показаний датчиков система определяет текущее состояние агрегатов и тенденции к аварийным ситуациям и может дать команду на ведение облегченного режима работы или остановку вообще. При этом оператору представляют данные о характере и местоположении аварийных участков.

Таким образом, АСУ ТП обеспечивают лучшее использование ресурсов производства, повышение производительности труда, экономию сырья, материалов и энергоресурсов, исключение тяжелых аварийных ситуаций, увеличение межремонтных периодов работы оборудования.

.1 Классификация систем управления. Их характеристики

Выделяются шесть наиболее существенных признаков классификации АСУТП, а именно: по характеру управляемого процесса; по сложности управляемого процесса; по степени охвата управляемого процесса; по степени автоматизация задач управления; по функционально – алгоритмическому признаку; по архитектурному признаку.

По характеру управляемого ТП различают: АСУ основными непрерывными ТП; АСУ основными непрерывно-дискретными процессами; АСУ основными дискретными ТП; АСУ сборочными процессами в дискретном производстве; АСУ процессами изготовления оснастки к инструмента для основного производства.

АСУ сборочными процессами представляют высший уровень комплексных АСУТП и решают задачу координации в реальном времени ряда дискретных ТП или операций.

В последние годы АСУТП начали внедряться во многие процессы подготовки производства РЭА, например, в изготовление фотошаблонов для интегральных микросхем, теневых масок кинескопов и т.п.

Классификация по степени сложности управляемого ТП основывается на условных границах числа параметров контроля и управления процессом. Например, 20, 40, 100, 800 параметров. Несмотря на условность, такая классификация может служить основой для планирования разработок.

По степени охвата управляемого ТП выделяют комплексные и локальные АСУТП.

По степени автоматизации задач управления выделяют системы с автоматическим сбором и обработкой информации; системы с автоматической выработкой советов оператору; системы автоматического управления процессом, иначе: информационные, информационно – советующие, управляющие.

Классификация по функционально-алгоритмическому признаку определяет функции и степень совершенства алгоритма управления, реализуемого АСУТП.

Разделяют:

) системы логико-программного управления;

) системы экстремального управления;

) системы адаптивного управления;

) системы организационно-технологического управления.

) системы оптимально-координационного управления.

Классификация по архитектурному признаку:

одноуровневые централизованные система на базе одного управляющего вычислительного комплекса, имеющего прямую связь со всеми источниками и приемниками информации;

одноуровневые централизованные с уплотнением каналов связи – системы на безе одного управляющего комплекса и систем уплотнения линий связи;

двухуровневые с одной ЭВМ – системы на базе одной ЭВМ с частотным распределением функций управления на управляемые регуляторы и (или) программаторы, и (или) локальные посты управления;

многоуровневые (двухуровневые), с многими ЭВМ – системы, в которых ЭВМ используется более, чем на одном уровне.

.2 АСУТП с вычислительным комплексом в роли советчика

Основным инструментом для решения современных проблем управления материальным производством служат так называемые АСУ, в которых центральная, главенствующая роль и творческие способности человека сочетаются с широким применением современных математических методов и средств автоматизации, включая вычислительную технику.

АСУ – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия, характеризующего качество управления.

АСУП предназначена для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью промышленного предприятия в целом и (или) его самостоятельных частей на основе применения экономико-математических методов и средств вычислительной техники.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) – это АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления. В АСУТП человек играет важнейшую роль, принимая в большинстве случаев решения по управлению. Существенное место в АСУТП занимают автоматические устройства (в том числе средства ВТ), выполняющие операции по переработке информации. Цель функционирования АСУТП – оптимизация работы технологического объекта путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Таким образом, АСУТП – совокупность автоматических устройств, средств получения, обработки и передачи информации и технического персонала, осуществляющая контроль и управление ТП с целью оптимизации по заданным параметрам.

АСУ может быть отнесена к классу АСУТП только в том случае, если она осуществляет воздействие на объект в том же темпе, что и протекающие в нем технологические процессы, обеспечивает управление технологическим объектом в целом, а ее технические средства участвуют в выработке решений по управлению.

Современные АСУТП очень разнообразны и могут отличаться друг от друга по функциональному составу, степени автоматизации управления объектом, применяемым техническим средствам и многим другим признакам и характеристикам. Рассмотрим один из них.

АСУТП с вычислительным комплексом, выполняющим информационные функции, содержат все функциональные и аппаратурные элементы, и еще имеет в наличии вычислительный комплекс (ВК), который выполняет функции централизованного контроля работа и состояния оборудования, вычисление комплексных технических и технико-экономических показателей

Вычислительный комплекс получает всю необходимую информацию о состоянии объекта, в том числе о регулируемых и управляемых величинах. Характерной особенностью рассматриваемого вида системы является то, что задачи анализа поступающей информации, принятие решений, а также осуществление управляющих воздействий, возлагается на оператора.

В АСУТП с вычислительным комплексом, выполняющим управляющие функции в режиме “советчика” на ВК кроме функций, выполняемых в предыдущей системе, возлагают задачи анализа поступающей информации и поиска оптимальных решений с выдачей рекомендаций (советов) по управлению оператору-технологу. Окончательный выбор и осуществление управляющих воздействий по-прежнему остается за оператором. Такая АСУ функционирует следующим образом: через заданные промежутки времени (обычно раз в 10-15 минут) полученные в ВК данные о состоянии объекта и комплексные технические и технико-экономические показатели анализируются с помощью математической модели управляемого процесса. Путем вычислений по модели определяются воздействия, необходимые для приближения процесса к оптимальному состоянию, результаты представляются оператору, который управляет процессом, изменяя регулируемые механизмы в соответствии с рекомендациями, вырабатываемыми ВК. При этом оператор выполняет роль следящего и координирующего звена и вносит изменения по советам ВК, который, в свою очередь, непрерывно помогает оператору в его усилиях оптимизировать ТП.

.3 Система автоматического регулирования. Фундаментальные принципы управления

Объект управления – это некий механизм, агрегат или устройство, либо технологический, энергетический процесс, желаемое поведение и протекание, которого должно быть обеспечено.

Поведение объекта управления, результат его действия определяются некоторыми показателями хn. Чаще всего ими являются значения физических величин, которые называют выходными величинами объекта управления. К ним относят наиболее важные для оценки поведения объекта и его практического использования величины.

Кроме этих основных параметров, работа объекта характеризуется рядом вспомогательных параметров yi, которые также должны контролироваться и регулироваться (например, поддерживаться постоянными).

В процессе работы на объект поступают возмущавшие воздействия f1, f2,…,fi, вызывающие отклонение параметров xn. Информация о текущих значениях xn и yi поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g1, g2,…,gк, в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия Е1, Е2,…,Еm для компенсации выходных параметров.

Входные воздействия, с точки зрения их влияния на действие объекта и на его выходные величины xn, разделяются на две принципиально отличные группы. Некоторые из входных воздействий обеспечивают желаемое изменение поведения объекта, достижение поставленных целей. Такие входные воздействия называют управляющими Еm и при их отсутствии задача управления вообще не имеет решения. При ручном управлении такие воздействия на объект осуществляет оператор, при автоматическом – система управления.

Другие входные воздействия fi, напротив, мешают достижению цели и изменять их, как правило, невозможно. Такие воздействия называют возмущающими или помехами.

Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона, при котором достигается желаемое поведение объекта.

Сложная и разносторонняя задача управления в подавляющем большинстве случаев включает более узкую задачу регулирования. Задача регулирования заключается в поддержании выходных величин объекта равными (или пропорциональными) некоторым эталонным функциям времени – задающим воздействиям. Последние могут быть постоянными или изменяющимися как по заданному, так и по заранее неизвестному закону. В нашем случае объектами регулирования выступают вспомогательные параметры yi.

Используется три фундаментальных принципа автоматического управления: разомкнутого управления, обратной связи и компенсации.

Принцип разомкнутого управления состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины.

Также используется принцип регулирования по возмущению (принцип компенсации). Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от управления, но и возмущающего воздействия, то в принципе можно сформулировать закон управления так, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало.

Системы регулирования по возмущению в сравнении с системами, действующими по отклонению, отличаются обычно большими устойчивостью и быстродействием. К их недостаткам относятся трудность измерения нагрузки в большинстве систем, неполный учёт возмущений (компенсируются только те возмущения, которые измеряются).

Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного регулирования по возмущению и отклонению, широко используемое для регулирования напряжения мощных синхронных генераторов на крупных электростанциях (компаундирование с коррекцией). Комбинированные регуляторы объединяют достоинства двух принципов, но, естественно, конструкция их сложнее, а стоимость выше.

автоматический управление производство сталь

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И СПОСОБЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

.1 Классификация сталей

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали.

Легированные стали – это стали в состав которых помимо углерода и примесей целенаправленно вводят один или несколько легирующих элементов для обеспечения требуемой прочности, пластичности, вязкости и др. технологических и эксплутационных свойств. Легирование производится с целью изменения механических свойств (прочности, пластичности, вязкости), физических свойств (электропроводности, магнитных характеристик, радиационной стойкости) и химических свойств (коррозионной стойкости).

Легирующий элемент это элемент, специально вводимый в сталь для изменения ее строения и свойств. Концентрация легирующих элементов может быть различной, в т.ч. и очень малой. Когда концентрация элемента составляет менее 0,1% легирование стали принято называть микролегированием.

Основные легирующие элементы – это хром (Cr), никель(Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), ванадий (V), бор (B), вольфрам (W), титан (Ti), алюминий (Al), медь (Cu), ниобий (Nb), кобальт (Co).

Углеродистые стали – это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по нескольким параметрам: по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По качеству стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные углеродистые стали В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В.

Группа А поставляется только по механическим свойствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки.

Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются.

Стали группы В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав – номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

Качественные углеродистые стали – этот класс углеродистых сталей изготавливается по ГОСТ 1050-74. Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам.. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических включений и газов, макро- и микроструктуры.

Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6-0,85 % С).

Для изделий ответственного назначения применяют высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора. Низкое содержание вредных примесей в высококачественных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производство. Поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали. Углеродистые стали, содержащие 0,7-1,3 % С, используют для изготовления ударного и режущего инструмента.

По способу раскисления стали делят на три группы: кипящие (содержат до 0,05% кремния, раскисляются марганцем. Имеют резко выраженную химическую неоднородность в слитке), полуспокойные (содержат 0,05- 0,15% кремния, раскисляются марганцем и алюминием, выход годного продукта -90-95%), спокойные (содержат 0,15-0,35% кремния, раскисляются кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного – около 85%, однако, металл имеет более плотную структуры и однородный химический состав.).

По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 0С) деформирования.

По структуре в равновесном состоянии стали, делятся на: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; 2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

.2 Способы получения стали

В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах.

.2.1 Производство стали в конверторах

Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище, которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатый воздух.

Емкость современных конверторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при котором отверстия фурм оказываются выше уровня залитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

При Бессемеровском процессе в конвертор заливают жидкий чугун с достаточно высоким содержанием кремния (до 2,25% и выше), марганца (0,6-0,9%), и минимальным количеством серы и фосфора.

По характеру происходящей реакции бессемеровский процесс можно разбить на три периода. Первый период начинается после пуска дутья в конвертор и продолжается 3-6 мин. Из горловины конвертора вместе с газами вылетают мелкие капли жидкого чугуна с образованием искр. В этот период окисляются кремний, марганец и частично железо.

Образующаяся закись железа частично растворяется в жидком металле, способствуя дальнейшему окислению кремния и марганца. Эти реакции протекают с выделением большого количества тепла, что вызывает разогрев металла. Шлак получается кислым (40-50% SiO2).

Второй период начинается после почти полного выгорания кремния и марганца. Жидкий металл достаточно хорошо разогрет, что создаются благоприятные условия для окисления углерода. Горение углерода продолжается 8-10 мин и сопровождается некоторым понижением температуры жидкого металла. Образующаяся окись углерода сгорает на воздухе. Над горловиной конвектора появляется яркое пламя.

По мере снижения содержания углерода в металле пламя над горловиной уменьшается и начинается третий период. Он отличается от предыдущих периодов появлением над горловиной конвертора бурого дыма. Это показывает, что из чугуна почти полностью выгорели кремний, марганец и углерод и началось очень сильное окисление железа. Третий период продолжается не более 2 – 3 мин, после чего конвектор переворачивают в горизонтальное положение и в ванну вводят раскислители (ферромарганец, ферросилиций или алюминий) для понижения содержания кислорода в металле. Готовую сталь выливают из конвектора в ковш, а затем направляют на разливку.

При Томасовском процессе в конвертор с основной футеровкой сначала загружают свежеобожженную известь, а затем заливают чугун, содержащий 1,6-2,0% Р, до 0,6%Si и до 0,8% S. В томасовском конвекторе образуется известковый шлак, необходимый для извлечения и связывания фосфора. Заполнение конвектора жидким чугуном, подъем конвертора, и пуск дутья происходят также как и в бессемеровском процессе.

В первый период продувки в конвекторе окисляется железо, кремний, марганец и формируется известковый шлак. В этот период температура металла несколько повышается.

Во второй период продувки выгорает углерод, что сопровождается некоторым понижением температуры металла. Когда содержание углерода в металле достигнет менее 0,1%, пламя уменьшится и исчезнет. Наступает третий период, вовремя которого интенсивно окисляется фосфор. В результате окисления фосфор переходит из металла в шлак, поскольку тетрафосфат кальция может раствориться только в нем. Томасовские шлаки содержат 16 – 24% Р2О5.

Перед раскислением металла из конвертора необходимо удалить шлак, т.к. содержащиеся в раскислителях углерод, кремний, марганец будут восстанавливать фосфор из шлака, и переводить его в металл. Томасовскую сталь применяют для изготовления кровельного железа, проволоки и сортового проката.

Для интенсификации бессемеровского и томасовского процессов в последние годы начали применять обогащенное кислородом дутье – кислородно-конверторный процесс.

При бессемеровском процессе обогащения дутья кислородом позволяет сократить продолжительность продувки и увеличить производительность конвертора и долю стального скрапа, подаваемого в металлическую ванну в процессе плавки. Главным достоинством кислородного дутья является снижение содержания азота в стали с 0,012-0,025(при воздушном дутье) до 0,008-0,004%(при кислородном дутье). Введение в состав дутья смеси кислорода с водяным паром или углекислым газом позволяет повысить качество бессемеровской стали, до качества стали, выплавляемой в мартеновских и электрических печах.

Большой интерес представляет использование чистого кислорода для выплавки чугуна в глуходонных конверторах сверху с помощью водоохлаждаемых фурм.

Производство стали кислородно-конверторным способом с каждым годом увеличивается.

.2.2 Производство стали в мартеновских печах

В мартеновских печах сжигают мазут или предварительно подогретые газы с использованием горячего дутья.

Печь имеет рабочее (плавильное) пространство и две пары регенераторов за счет (воздушный и газовый) для подогрева воздуха и газа. Газы и воздух проходят через нагретую до 1200° С огнеупорную насадку соответствующих регенераторов и нагреваются до 1000-1200° С. Затем по вертикальным каналам направляются в головку печи, где смешиваются и сгорают, в результате чего температура под сводом достигает 1680-1750° С. Продукты горения направляются из рабочего пространства печи в левую пару регенераторов и нагревают их огнеупорную насадку, затем поступают в котлы-утилизаторы и дымовую трубу. Когда огнеупорная насадка правой пары регенераторов остынет, остынет так что не сможет нагревать проходящие через них газы и воздух до 1100° С, левая пара регенераторов нагревается примерно до 1200-1300° С. В этот момент переключают направление движения газов и воздуха. Это обеспечивает непрерывное поступление в печь подогретых газов и воздуха.

Шихтовые материалы (скрапы, чугун, флюсы) загружают в печь наполненной машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной.

Процесс плавки в мартеновских печах может быть кислым или основным.

В основном мартеновском процессе перед началом плавки определяют количество исходных материалов (чушковый чугун, стальной скрап, известняк, железная руда) и последовательность их загрузки в печь. При помощи заливочной машины мульда (специальная коробка) с шихтой вводится в плавильное пространство печи и переворачивается, в результате чего шихта высыпается на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем более крупный и на него кусковую известь (3 – 5 % массы металла). После прогрева загруженных материалов подают оставшийся стальной лом и предельный чугун двумя тремя порциями.

Этот порядок загрузки материалов позволяет их быстро прогреть и расплавить. Продолжительность загрузки шихты зависит от емкости печи, характера шихты, тепловой мощности печи и составляет 1,5 – 3 ч.

В период загрузки и плавления шихты происходит частичная окисление железа и фосфора почти полное окисление кремния и марганца и образования первичного шлака. Указанные элементы окисляются сначала за счет кислорода печных газов и руды, а затем

закиси железа растворенной в шлаке. Первичный шлак формируется при расплавлении и окислении металла и содержит 10 -15% FeO, 35 -45% CaO, 13 – 17% MnO. После образования шлака жидкий металл оказывается изолированным от прямого контакта с газами, и окисление примесей происходит под слоем шлака. Кислород в этих условиях переносится закисью железа, которая растворяется в металле и шлаке. Увеличение концентрации закиси железа в шлаке приводит к возрастанию ее концентрации в металле.

Для более интенсивного питания металлической ванны кислородом в шлак вводят железную руду. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод по реакциям, рассмотренным выше.

К моменту рас плавления всей шихты значительная часть фосфора переходит в шлак, так как последний содержит достаточное количество закиси железа и извести. Во избежание обратного перехода фосфора в металл перед началом кипения ванны 40 – 50% первичного шлака из печи.

После скачивания первичного шлака в печь загружают известь для образования нового и более основного шлака. Тепловая нагрузка печи увеличивается, для того чтобы тугоплавкая известь быстрее перешла в шлак, а температура металлической ванны повысилась. Через некоторое время 15 – 20 мин в печь загружают железную руду, которая увеличивает содержание окислов железа в шлаке, и вызывает в металле реакцию окисления углерода. Образуется окись углерода, которая выделяется из металла в виде пузырьков, создавая впечатление его кипения, что способствует перемешиванию металла, выделение металлических включений и растворенных газов, а также равномерному распределению температуры по глубине ванны. Продолжительность периода кипения ванны зависит от емкости печи и марки стали, и находится 1,25 – 2,5 ч и более.

Обычно железную руду добавляют в печь в первую периода кипения, называемого полировкой металла. Скорость окисления углерода в этот период в современных мартеновских печах большой емкости равна 0,3 – 0,4% в час.

В течение второй половины периода кипения железную руду в ванну не подают. Металл кипит мелкими пузырьками за счет накопленных в шлаке окислов железа.

Когда содержание углерода в металле окажется несколько ниже, чем требуется для готовой стали, начинается последняя стадия плавки – период доводки и раскисления металла. В печь вводят определенное количество кускового ферромарганца (12% Mn), а затем через 10 – 15 мин ферросилиций (12-16% Si). Марганец и кремний взаимодействуют с растворенным в металле кислородом, в результате чего реакция окисления углерода приостанавливается. Внешним признаком освобождения металла от кислорода является прекращение выделения пузырьков окиси углерода на поверхности шлака.

При основном процессе плавки происходит частичное удаление серы из металла, для этого необходимы высокая температура и достаточная основность шлака.

Кислый мартеновский процесс состоит из тех же периодов, что и основной. Шихту применяют очень чистую по фосфору и сере. Объясняется это тем, что образующийся кислый шлак не может задерживать указанные вредные примеси.

Печи обычно работают на твердой шихте. Количество скрапа равно 30 – 50% массы металлической шихты. В шихте допускается не более 0,5% Si. Железную руду в печь подавать нельзя, так как она может взаимодействовать с кремнеземом подины и разрушать ее в результате образования легкоплавкого соединения 2FeO*SiO2. Для получения первичного шлака в печь загружают некоторое количество кварцита или мартеновского шлака. После этого шихта нагревается печными газами; железо, кремний, марганец окисляются, их окислы сплавляются с флюсами и образуют кислый шлак, содержащий до 40 -50 % SiO2. В этом шлаке большая часть закиси железа находится в силикатной форме, что затрудняет его переход из шлака в металл. Кипение ванной при кислом процессе начинается позже, чем при основном, и происходит медленнее даже при хорошем нагреве металла. Кроме того, кислые шлаки имеют повышенную вязкость, что отрицательно сказывается на выгорании углерода.

Так как сталь выплавляется под слоем кислого шлака с низким содержанием свободной закиси железа, этот шлак защищает металл от насыщения кислородом. Перед выпуском из печи в стали содержится меньше растворенного кислорода, чем в стали, выплавленной при основном процессе.

2.2.3 Производство стали в электрических печах

Для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности.

Нагревание и расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремя электрическими дугами. Электрические дуги образуются в плавильном пространстве печи между вертикально подвешенными электродами и металлической шихтой.

Технология выплавки стали в дуговых печах. В электрических дуговых печах высококачественную углеродистую или легированную сталь. Обычно для выплавки стали, применяют шихту в твердом состоянии. Твердую шихту в дуговых печах с основной футеровкой используют при плавке стали с окислением шихты и при переплавке металла без окисления шихты.

Технология плавки с окислением шихты в основной дуговой печи подобна технологии плавки стали в основных мартеновских печах (скрап-процессам). После заправки падины в печь загружают шихту. Среднее содержание углерода в шихте на 0,5 -0,6% выше, чем в готовой стали. Углерод выгорает и обеспечивает хорошее кипение ванны. На подину печи загружают мелкий стальной лом, затем более крупный. Укладывать шихту в печи надо плотно. Особенно важно хорошо уложить куски шихты в месте нахождения электродов. Шихту в дуговые печи малой и средней емкости загружают мульдами или лотками через завалочное окно, а в печи большой емкости через свод, который отводят в сторону вместе с электродами. После загрузки шихты электроды опускают до легкого соприкосновения с шихтой. Подложив под нижние концы электродов кусочки кокса, включают ток, и начинают плавку стали.

При плавки стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительный периоды.

Во время окислительного периода расплавляется шихта, окисляется кремний, марганец, фосфор, избыточный углерод, частично железо и другие элементы, например хром, титан, и образуется первичный шлак.

Для получения нового шлака в основную дуговую печь подают обожженную известь и другие необходимые материалы. После удаления фосфора и скачивания первичного шлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода. Во время кипения ванны в течение 45-60 мин избыточный углерод сгорает, растворенные газы и неметаллические включения удаляются. При этом отбирают пробы металла для быстрого определения в нем содержания углерода и марганца и пробы шлака для определения его состава. Основность шлака поддерживается равной 2-2,5, что необходимо для задержания в нем фосфора.

После удаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисления углерода содержится меньше, чем требуется по химическому анализу, то в печь вводят куски графитовых электродов или кокс.

Восстановительный период плавки в основных дуговых печах при выплавке сталей с низким содержанием углерода проводится под белым (известковым) слоем шлаком, а при выплавке высокоуглеродистых сталей – под карбидным шлаком.

Для получения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата. Через некоторое время на поверхности образуется слой шлака с достаточно высокой концентрацией FeO и MnO. Пробы шлака имеют темный цвет.

Перед раскислением металла в печь двумя-тремя порциями забрасывают второю шлаковую смесь, состоящей из кусковой извести, плавикового шпата, молотого древесного угля и кокса. Через некоторое время содержание Feo и MnO понижается. Пробы шлака становятся светлее, закись железа из металла начинает переходить в шлак.

Во время восстановительного периода плавки в металл вводят необходимые добавки, в том числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.

Выплавка стали под карбидным шлаком на первой стадии восстановительного процесса происходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружают карбидообразующую смесь, состоящую из кокса, извести и плавикового шпата. Образующийся карбид кальция увеличивает раскислительную и обессеривающую способность карбидного шлака.

При выплавке стали методом переплава, в печь не загружают железную руду и условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоит из легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзя будет удалить в шлак. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 – 15% мягкого железа. Образующийся при расплавлении шихты первичный шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ti, V), которые переходят из шлака в металл.

.2.4 Новые методы производства и обработки стали

Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании кинетической энергии свободных электронов, получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения. На металл направляется поток электронов, в результате чего он нагревается и плавится.

Очень перспективным способом получения высококачественного металла является электрошлаковый переплав. Капли металла, образующиеся при переплаве заготовки, проходят через слой жидкого металла и рафинируются. При обработке металла шлаком и направленной кристаллизации слитка снизу вверх содержание серы в заготовке снижается на 30 – 50%, а содержание неметаллических включений – в два-три раза.

Для получения высококачественной стали, широко применяется вакуумная плавка. В слитке содержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их можно значительно уменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке и разливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке в закрытой камере, из которой удаляют воздух и другие газы.

Также существует метод рафирования стали в ковше жидкими синтетическими шлаками. Сущность этого метода состоит в том, что очистка стали от серы, кислорода и неметаллических включений производится при интенсивном перемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком, приготовленном в специальной шлакоплавильной печи. Сталь после обработки жидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Техническая база производства в большинстве отраслей промышленности достигла к настоящему времени такого уровня развития, при котором эффективность производственного процесса самым непосредственным и существенным образом зависит от качества управления технологией и организации производства. Поэтому на первый план выдвигается задача оптимального управления технологическими процессами, решить которую без развитой АСУ ТП в большинстве случаев невозможно.

Средства вычислительной техники стали не только разгружать человека от выполнения рутинной нетворческой работы, связанной с большим числом простых операций по обработке крупных массивов информации, но и оказывать ему помощь в выполнении творческих задач (принятие решений по распределению ограниченных ресурсов, оптимизации технологического процесса и т. п.). Несмотря на это роль человека в любой АСУ весьма существенна: так как ряд ответственных задач принятия решений в силу их сложности, многогранности и не изученности не поддается формализации, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком

Новейшим направлением в производстве стали является прямое восстановление железной руды водородом, природным или генераторным газом, минуя доменные процессы. При этом получают губчатое железо, состав которого в отличие от доменного чугуна очень близок к стали. Мартеновский способ в настоящее время также устарел. Гораздо более прогрессивными являются конверторный и электроплавильный. Происходит бурное развитие технологии непрерывной разливки стали благодаря ее исключительно высокой эффективности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глинка, Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка; под ред. А. И. Ермакова. – Изд. 28-е, перераб. и доп. М.: Интеграл-Пресс, 2000. – 728 с.
2. Гуляев, А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1966. – 480 с.
3. Жадан, В.Т. Технология металлов и других конструкционных материалов: учеб. для вузов / В. Т. Жадан, Б. Г. Гринберг, В.Я. Никонов; под общ. ред. П. И. Полухина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1970. – 704 с.
4. Лукас, В.А. Теория автоматического управления /В.А. Лукас. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
5. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: учеб. для вузов / И.П. Бушминский и др. – М.: Радио и связь, 1989. – 624 с.
6. Экономическая информатика и вычислительная техника: учеб. / под. ред. В.П. Косарева, А.Ю. Королёва. – М.: Финансы и статистика, 1996. – 336 с.

Реферат: Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)

В наиболее общем случае автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект. Технологический объект управления — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс.

Современные технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, становятся все более мощными. Например, в энергетике действуют энергоблоки мощностью 1000-1500 МВт, установки первичной переработки нефти пропускают до 6 млн. т сырья в год, работают доменные печи объемом 3,5-5 тыс. м3, создаются гибко перестраиваемые производственные системы. Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов, и тогда на помощь ему приходит АСУ ТП. В АСУ ТП, которые дают наибольший социальный и экономический эффект, за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (например, температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно выдают сигналы, меняющиеся в соответствии с измеряемым параметром (аналоговые сигналы), вустройство связи с объектом (УСО) компьютера. В УСО сигналы преобразуются в цифровую форму и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной. Компьютер сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными результатами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которые через другую часть УСО поступают на регулирующие органы агрегата. Например, если датчики подали сигнал, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки на требуемое расстояние.

Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций:

· измерение физических сигналов, параметров;

· контроль функционирования технических и программных средств;

· формирование заданий на управление;

· реализация управления и т. д.

Функции АСУ ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные. К управляющим функциям относятся регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами, адаптивное управление объектом в целом (например, управление участком станков с ЧПУ, оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.). Информационные функции — это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. Вспомогательные функции, состоят в обеспечении контроля состояния функционирования технических и программных средств системы.

Каждый этап развития технических средств производства характеризуется определенным уровнем развития технологии. В свою очередь, каждый уровень развития технологии определяет соответствующий уровень автоматизации технологических и производственных процессов, реализуемых системой управления.

Автоматизированная система управления технологическими процессами как компонент общей системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной информацией. Такие системы, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень автоматизированной системы управления предприятием (АСУП).