Обоснование применения АСУТП в пищевой промышленности

Развитие пищевой промышленности является одной из главных составляющих хозяйственной и производственной программ государства, существенно влияющих на благосостояние трудящихся, так как продукция пищевой промышленности характеризуется широким ассортиментом и массовостью спроса. Реализация этих программ требует системного подхода в целенаправленном изучении различных вопросов метрологии и сертификации, а также контроля и управления технологическими процессами с использованием современных технологий при производстве высококачественных и экологически безопасных продуктов питания.

Для пищевой промышленности характерны непрерывные, дискретные или непрерывно-дискретные производства. Системы их управления должны обеспечить требуемое протекание различных технологических процессов путем поддержания оптимальных режимов работы технологического оборудования, гарантирующих выпуск качественных полуфабрикатов или готовой продукции, что невозможно без использования современных разработок теории и практики автоматического управления, анализа технологических процессов, агрегатов и их комплексов как объектов управления, построения математических моделей и алгоритмов оптимального управления технологическими процессами, создания систем автоматического и автоматизированного управления с использованием вычислительной техники.

Повышение мощности, сложности и стоимости технологических комплексов и систем как объектов управления, ужесточение требований к качеству продукции, охране окружающей среды и безопасности персонала, а также обеспечение длительной работоспособности оборудования являются экономическими и социальными предпосылками к непрерывному совершенствованию систем управления.

Благодаря использованию вычислительной техники, обеспечивающей возможность формирования, хранения и обработки больших массивов информации, созданы условия, позволяющие освободить человека от выполнения однообразных интеллектуальных функций, связанных с получением и обработкой информации, а также принятием решений по управлению производством.

Использование программно-управляемого комплекса упрощает адаптацию к изменяющимся условиям производства и делает реальным эволюционное совершенствование управления технологическими процессами в основном за счет изменения программного обеспечения.

Основные понятия и определения теории автоматического управления

Развитие систем управления технологическими процессами пищевых производств проходит ряд качественных ступеней, связанных с применением соответствующих автоматических средств, которые обеспечивают полное или частичное освобождение обслуживающего персонала от выполнения функций контроля и управления.

На ранней стадии развития автоматические средства обеспечивали формирование различных местных локальных систем автоматизации: автоматического контроля и сигнализации; автоматического регулирования; автоматического пуска и остановки оборудования; автоматической защиты.

В локальных системах автоматизации для крупных аппаратов, технологических агрегатов и линий создаются местные пункты контроля и управления, значительно улучшающие условия работы обслуживающего персонала.

Для управления сложными, территориально распределенными технологическими процессами применяют современные технические средства - микропроцессорную технику и современные экономико-математические методы, обеспечивающие автоматический сбор и обработку информации, необходимой для осуществления управления.

Наука об общих принципах и методах построения автоматически действующих устройств и систем называется автоматикой. Автоматика – это совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически. Как известно, эффективность систем контроля и управления зависит от рационального выбора функций и типа технических средств. Функции систем контроля и управления подразделяют по назначению на основные и вспомогательные, а по содержанию – на информационные, вычислительные и управляющие.

К основным функциям относят те, что обеспечивают достижение целей функционирования ОУ и/или обмен информацией со смежными автоматическими системами контроля (АСК) и системами автоматического управления (САУ).

К вспомогательным функциям относят функции, направленные на достижение необходимой точности, надежности и других показателей качества функционирования средств контроля и управления.

Информационные функции – это совокупность операций и процедур, которые обеспечивают получение, обработку и представление информации о состоянии ОУ или систем контроля и управления оперативному персоналу или в смежные системы.

Управляющие функции – это совокупность операций и процедур, которые обеспечивают выработку и реализацию управляющих воздействий на ОУ или САУ.

Состав основных функций системы управления определяется целями ее функционирования.

К основным информационным функциям относят: измерение и контроль технологических параметров; подготовку и передачу информации в смежные системы контроля и управления; вычисление технико-экономических показателей и показателей качества продукции и т.п.

Состав вспомогательных функций определяется обеспечением работоспособности систем контроля и управления.

Работоспособным называют состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять свои функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Эффективность работы ОУ значительно зависит от материальных и людских ресурсов, необходимых для обеспечения поддержания ОУ и систем контроля и управления в работоспособном состоянии в течение всего срока эксплуатации.

Состояние объекта (системы), при котором значение хотя бы одного параметра не соответствует указанным требованиям, является неработоспособным.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называют отказом.

Функции системы, управляющей работоспособностью автоматизированного ОУ, следующие: техническое диагностирование; реконфигурация (изменение) структуры объекта; аварийная защита; управление резервами; техническое обслуживание и ремонт.

Техническое диагностирование является информационной функцией и включает контроль, поиск и оценку глубины изменения технического состояния ОУ.

Реконфигурация структуры системы (объекта) предусматривает сохранение наименьшей скорости снижения ее работоспособности. Эта функция осуществляется путем поиска вариантов допустимой структуры, изменения связей и режимов функционирования элементов системы, использование автоматической защиты, предупреждающей об аварийном состоянии ОУ.

Функция управления резервами обеспечивает ввод дополнительных (резервных) элементов, направленных на сохранение работоспособности объекта и контроль достигнутых результатов. В зависимости от вида резерва различают функциональное, техническое и алгоритмическое резервирование.

Проведение работ по обслуживанию и ремонту объекта определяется выбранной стратегией, под которой следует понимать назначение времени, объема и метода проведения указанных работ. Техническое обслуживание и ремонт производятся с учетом информации о выполнении функций управления резервами.

Автоматизация пищевых производств базируется на развитии систем двух видов. Первый – местные (локальные) системы автоматизации аппаратов, агрегатов, установок, механизмов, линий, реализующих для части технологического процесса функции автоматического контроля и сигнализации, автоматического регулирования, автоматического пуска и остановки технологического оборудования, автоматической защиты.

Автоматический контроль и сигнализация предназначены для выполнения непрерывного измерения, записи параметров, характеризующих состояние и работу технологического оборудования, а также для формирования предупредительных сигналов при отклонении этих величин от допустимых пределов.

Автоматическое регулирование поддерживает постоянство или закономерное изменение регулируемых величин, обеспечивающих безопасность, надежность и эффективность эксплуатации технологического оборудования.

Автоматический пуск и остановка обеспечивают запуск в действие технологического оборудования по сигналу из пункта управления, но при наличии определенной совокупности внешних условий. При этом соблюдаются последовательность операций и координация их между собой.

Автоматическая защита предохраняет действующее оборудование от аварий. Она выводит из действия все технологическое оборудование или его часть, которой непосредственно грозит авария из-за неисправности автоматизированного оборудования, порчи регуляторов или неправильных действий обслуживающего персонала. К автоматической защите относятся также устройства блокировки, допускающие выполнение операции по включению в действие или по отключению элементов оборудования только в заданной последовательности.

В зависимости от степени участия оператора в процессе управления различают следующие режимы:

автоматического управления – автоматический режим, при котором управление происходит без участия оператора, но по его заданию и при его контроле;

полуавтоматического управления – полуавтоматический режим (автоматизированный режим), при котором реализация основных командных операций по управлению возлагается на оператора;

ручного управления – ручной режим, при котором все операции по управлению осуществляются оператором.

Автоматическое, автоматизированное и ручное управление обеспечивают заданный порядок и последовательность пуска, работы и остановки механизмов и устройств, участвующих в процессе, путем введения соответствующих блокировок.

В зависимости от места расположения командной аппаратуры управление в автоматизированном и ручном режимах может быть местным (аппаратура управления устанавливается непосредственно у оборудования) либо дистанционным. Местное управление необходимо для ввода системы в автоматический режим для проведения проверочных, наладочных и ремонтных работ. При этом блокировка и сигнализация, необходимые для защиты оборудования, должны действовать в местном режиме.

Системы автоматического контроля и сигнализации осуществляют измерение физических величин, т.е. выполняют операцию измерения и устанавливают соответствие между результатом измерения и заданным значением этой величины, а также информируют оперативный персонал о состоянии параметров технологического процесса (технологическая сигнализация) и состоянии оборудования (производственная сигнализация).

По назначению сигнализация подразделяется на рабочую, предупреждающую и аварийную. Выбор вида сигнализации зависит от конкретных условий и характера процесса.