Выбор средств автоматизации

Проектируемая система автоматизации должна удовлетворять вполне определенным техническим требованиям. Обычно технические требования задаются в виде предельно допустимых значений характеристик : надежности, погрешности измерения, конструктивные особенности, отвечающие санитарно – гигиеническим требованиям, условия пожаро- и взрывобезопасности объекта, агрессивности окружающей среды, требования к быстродействию и дальности передачи сигналов информации и управления /1,6,8,13,14/.

Одним из стратегических направлений развития и совершенствования средств автоматизации и систем управления становится использование контроллеров, встроенных микроконтроллеров, микроЭВМ /9,10/.

В современной технике используется громадное число разнообразных

автоматических устройств и систем, отличающихся друг от друга физической природой, принципом действия, схемными и конструктивными решениями. Все

эти устройства и системы предназначены для решения лишь нескольких основных задач автоматизации, к которым относятся : сигнализация; контроль; защита и блокировка; пуск и остановка; управление.

Проектируемая система управления должна обеспечивать достижение цели управления в любых условиях, а также безопасность работы объекта; при этом она должна быть простой и надежной.

Основными автоматическими устройствами, поддерживающими требуемый технологический режим в объекте, являются регуляторы. Поэтому сначала целесообразно наметить регулируемые параметры процесса и каналы внесения регулирующих воздействий и только после этого приступать к выбору остальных параметров.

Выбрать из ряда параметров процесса те, которые следует регулировать, можно только при хорошем знании процесса. При этом определяют: целевое назначение процесса; взаимосвязь его с другими процессами производства; показатель эффективности и значение, на котором он должен поддерживаться; статические и динамические характеристики объекта.

Выбор контролируемых величин. При выборе контролируемых величин необходимо руководствоваться тем, чтобы при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе.

Контролю подлежат прежде всего те параметры, знание текущих значений которых облегчает пуск, наладку и ведение технологического процесса. К таким параметрам относятся все регулируемые величины, входные и выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.

Для осуществления оперативного управления возникает необходимость контроля наиболее важных выходных параметров процесса, например, количества полученного конечного продукта, его температуры и состава.

Для получения данных, необходимых для хозрасчетных операций и подсчета технико-экономических показателей, контролируют еще одну группу параметров, к которым относятся, например, количества потребляемой электроэнергии, тепло- и хладоносителей.

Выбор средств автоматизации. Средства автоматизации, с помощью которых будет осуществляться управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно.

Конкретные типы автоматических устройств выбирают с учетом особенностей объекта управления и принятой системы управления (местное или централизованное управление). В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность сред, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химические свойства, а также требования к качеству контроля и регулирования.

В связи с тем, что большинство химических и пищевых производств

относится к числу пожаро- и взрывоопасных, автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных электрических и пневматических средств. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразнее применять электрические средства автоматизации. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические по точности измерения. Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами следует предусматривать установку специальных приборов в взрывозащищенном исполнении /8/.

Для выпуска качественных продуктов питания с четко указанным допустимым сроком реализации необходимо применять оборудование, компоненты и измерительные системы, отвечающие санитарно – гигиеническим требованиям, а также обеспечивать проведение соответствующих процедур мойки /12,15,16/.

Материалы, соприкасающиеся с продуктами, не должны менять свои

Физико-химические свойства при контакте с пищевыми продуктами, моющими средствами, дезинфицирующими средствами (противомикробными препаратами).

Кроме того, материалы должны обладать коррозиоустойчивостью и механической стабильностью при воздействии высоких температур в присутствии агрессивных сред. Следует учитывать также санитарно – гигиенические нормы относящиеся к составу материалов используемых в пищевой промышленности.

По гигиеническим требованиям всю производственную зону, оснащенную средствами автоматизации, можно разделить на три области, в каждой из которых при любых обстоятельствах должно гарантироваться соответствующее качество технологического сырья и перерабатываемого продукта:

- зона контроля типового технологического процесса, где допустимо присутствие микроорганизмов и даже их рост, например, процесс сбраживания пива;

- зона контроля «гигиенического» технологического процесса, где допустимо увеличение микроорганизмов по сравнению с количеством микроорганизмов в продукте, например, в зоне приемки молока;

- зона стерильного технологического процесса, где недопустимо присутствие микроорганизмов, например, при стерилизации и разливе этого молока.

Исходя из гигиенических требований технологических процессов необходимо выполнить следующие рекомендации при выборе средств автоматизации:

1) часть датчика, которая погружается в анализируемую среду, должна обладать высокой прочностью и стойкостью к ударному воздействию, легко

собираться и заменяться, а также выдерживать процедуры « мойки на месте» и « стерилизации на месте»;

2) все жидкости, используемые в измерительных системах, например масло в датчиках давления, а также смазочные масла, должны соответствовать санитарным нормам, относящимся к пищевой промышленности;

3) на поверхностях недопустимо наличие царапин, раковин и зазоров. Углы и края должны иметь радиус закругления (> 3мм);

4) в зоне контакта с продуктом не должны использоваться резьбовые соединения;

5) качество обработки поверхностей должно быть очень высоким;

6) конструкция должна «вписываться» в поток и не служить препятствием потоку;

7) поверхности должны быть «пассивными», не обладающими ни абсорбирующими, ни адсорбирующими свойствами;

8) расход следует поддерживать на постоянном уровне;

9) все измерительные устройства должны свободно удаляться;

10) все уплотнения должны быть подвергнуты предварительному обжатию;

11) должна обеспечиваться простота сборки и разборки конструкций;

12) не должно быть утечек жидкостей и газов;

13) необходимо избегать не сварных металлических соединений;

14) для соединения труб запрещается применение переходных штуцеров;

15) сварное соединение должно обеспечиваться по всей периферии стыкуемых поверхностей, а процедуру сварки следует производить в атмосфере защитного газа.

При выборе приборов и средств контроля и регулирования рекомендуется учитывать/13/:

1) для чувствительных элементов – линейность и однозначность статической характеристики, чувствительность и инерционность, погрешность измерения, характер окружающей и контролируемой сред, наличие вибраций, магнитных и электрических полей в зоне установки датчиков, расстояние передачи выходного сигнала датчика;

2) для преобразователей – уровень и вид входного и выходного сигналов, класс точности и стоимость;

3) для вторичных приборов – класс точности, диапазон измерений, место установки, наличие специальных устройств и т.д.;

4) первоначально необходимо выбрать тип регулятора. Рекомендации по

выбору сводятся к следующим шагам:

при t₀/ τ ₀ >5 достаточно релейного регулятора;

при 0,2>Т₀/ τ₀ >5 можно применять импульсный регулятор;

при t₀/ τ ₀ >1 достаточно типового линейного регулятора (П-, ПИ- ,ПИД);

при t₀/ τ ₀ >1 необходим специальный регулятор компенсации запазды­вания.

Также при выборе закона регулирования важную роль играет относи­-

тельное время регулирования. Пропорциональные П- регуляторы могут ис­пользоваться в случае, когда допустимы либо большое время регулирования, либо большая статическая ошибка.

ПИ- регуляторы могут использоваться при достаточно произвольных требованиях к установившейся ошибке, если время регулирования больше,

чем t_p=6 τ _o. Однако при больших т₀ динамическая ошибка может быть значи­тельной.

ПИД- регулятор используется при времени регулирования в пределах t_p/ τ_o =4-6.

Аппаратуру управления систем автоматизации (контакторы, магнитные пускатели и электромагнитные реле) выбирают в зависимости от назначения и условий эксплуатации по следующим данным:

– род тока и напряжения цепей управления;

– коммутирующая способность, количество контактов;

– гарантированное количество срабатываний;

– быстродействие;

– число срабатываний в единицу времени;

– защита от воздействия внешней среды; конструктивные особенности; габариты и вес.