книги из ГПНТБ / Казацкер, А. А. Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности
.pdf
А. А. КАЗАЦКЕР, Ю. В. ТУЛЬЧИНСКИЙ
НАДЕЖНОСТЬ
СИСТЕМ
АВТОМАТИЗАЦИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
МОСКВА
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
1974
УДК 621.3.019.34-50:664
Гос. публичная чауч-о- 1>.с.»
бйб.Г-К:Т>..‘.*
А
Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности. КАЗАЦ-
КЕР А. А., ТУЛЬЧИНСКИИ Ю. В., 1974.
Данная книга является первым систематизированным пособием, в ко тором рассматриваются вопросы повышения надежности систем автомати зации пищевой промышленности. В ней обобщены литературные данные по этому вопросу, а также приведен материал, представляющий результаты работ авторов, проводившихся во Всесоюзном научно-производственном
объединении «Пищепромавтоматика». В книге |
впервые освещается широ |
кий комплекс методологических основ оценки |
и повышения показателей |
надежности систем и специальных средств автоматизации производств пи щевой промышленности. Авторы обосновывают применение общих и спе циальных показателей безотказности и ремонтопригодности различных классов систем и средств автоматизации, рассматривают формы задания и методы обоснования допускаемых отклонений регулируемых параметров технологических процессов. Ими рекомендованы методы получения оценок показателей надежности на различных этапах разработки и эксплуатации систем и средств автоматизации и методы назначения требуемых значений показателей надежности, приведены примеры определения экономических последствий отказов систем и средств автоматизации.
Таблиц 19. Иллюстраций 9. Список литературы — 89 названий.
Рецензент инженер-механик В. М. ЭРЛИХ
© Издательство «Пищевая промышленность», 1974 г.
31701—030 К 30—74
044(01)—74
В В Е Д Е Н И Е
Автоматизация производственных процессов получает все большее распространение в пищевой промышленности. От авто матизации отдельных агрегатов переходят к автоматизации уча стков, цехов и даже целых предприятий. К настоящему времени имеются уже сотни автоматизированных участков.
Если раньше при автоматизации пищевых производств в ос новном ограничивались простейшими системами автоматическо го контроля и стабилизации, то сейчас все большее распростра нение получают многоконтурные системы с применением авто матических приборов контроля качества. При разработке алго ритмов функционирования систем автоматического управления (САУ) стремятся к оптимизации технологических режимов. Для этих целей применяют счетно-решающие устройства или управ ляющие вычислительные машины. В этих условиях отказы САУ приводят к нарушениям технологического режима, к снижению качества выпускаемой продукции, к снижению производительно сти, а в ряде случаев и к остановке оборудования. Если надеж ность САУ недостаточна, фактическая эффективность автомати зированных технологических процессов оказывается ниже рас четной, иногда даже ниже, чем до автоматизации. Отказы систем автоматической защиты могут привести к значительным поте рям, а в ряде случаев и к человеческим жертвам. По выражению акад. В. А. Трапезникова «проблема надежности является основ ной организационно-технической проблемой, без решения кото рой невозможно массовое внедрение автоматизации».
Для грамотного решения проблемы надежности систем авто матизации пищевой промышленности необходимо иметь данные, характеризующие надежность средств и систем автоматизации, уметь использовать эти данные при решении конкретных задач, возникающих в процессе разработки и внедрения средств и си стем автоматизации.
Для систем автоматического управления технологическими процессами вопросы надежности тесно переплетаются с вопро сами допускаемых отклонений управляемых технологических параметров (допусков), с вопросами точности работы систем.
3
Методы получения оценок показателей надежности как чисто расчетных (априорных), так и эксплуатационных (апостериор ных) зависят от конкретных классов САУ, от их приборно-эле ментного состава, от условий их эксплуатации.
Теория надежности —очень молодая наука, ее разделы изу чены в разной степени, особенно в инженерно-прикладном пла не. Поэтому отдельные части книги написаны с различной глу биной и рассчитаны на читателей с различной степенью подго товки. Вероятно, это — недостаток книги, но авторы стремились максимально расширить круг читателей, с тем чтобы возможно большее число работников было вовлечено в дело повышения надежности и эффективности автоматизации технологических процессов пищевой промышленности.
Авторы с благодарностью примут все критические замеча ния и пожелания читателей по содержанию предлагаемой книги.
Г Л А В А 1
КРА ТК АЯ Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А СИСТЕМ А ВТ О М А Т И Ч Е С К О ГО У П Р А В Л Е Н И Я В П И Щ Е В О Й П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т И
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
В эксплуатации на предприятиях пищевой промыш ленности, а также в стадиях наладки, монтажа и разработки находится большое число разнообразных систем управления. В зависимости от степени участия человека в процессе управле ния эти системы могут быть автоматическими, полуавтоматиче скими и автоматизированными.
В автоматических системах человек не принимает непосред ственного участия в выполнении задач управления и функции его (человека) ограничиваются поддержанием технических средств в работоспособном состоянии путем периодического контроля, а также путем проведения различных профилактиче ских мероприятий и ремонта.
В полуавтоматических системах человек самостоятельно вы полняет ряд функций управления и играет роль резерва техни ческих средств, т. е. при нарушении их работоспособного состоя ния выполняет задачу вместо них. Полуавтоматическая система может рассматриваться как упрощенный вариант автоматиче ской системы, в которой уровень техники и (или) экономиче ские возможности не позволяют еще исключить человека из про цесса управления.
В автоматизированной системе человек участвует в выполне нии самостоятельных задач управления и в случае отказа тех нических средств не может их дублировать, т. е. не может ре шать их задач.
Автоматические и полуавтоматические системы, в которых основной формой передачи информации являются различного рода сигналы, применяются для управления технологическими процессами, т. е. для непосредственного управления производст вом на уровне отдельных рабочих мест, аппаратов, линий, уча стков.
В автоматизированных системах основной формой передачи информации являются документы. Системы этой группы пред ставляют собой в основном системы организационного или ад министративного управления на уровне предприятия, группы предприятий либо отдельной отрасли промышленности.
5
Ниже рассматриваются основные классы автоматических и полуавтоматических систем управления различных отраслей пи щевой промышленности.
По принятой терминологии автоматической системой управ ления называют совокупность управляемого объекта (объектов) и автоматического управляющего устройства (устройств), взаи модействующих между собой таким образом, чтобы обеспечить эффективное выполнение функций управления^ технологическими процессами.
В соответствии с поставленными перед отраслью задачами по автоматизации производства пищевой продукции, а также с выделяемыми материально-техническими ресурсами, степе нью подготовленности производства к автоматизации, наличием необходимых технических средств автоматизации и других фак торов в качестве объекта автоматизации в данной автоматиче ской (полуавтоматической) системе управления могут быть при няты как отдельные аппараты (агрегаты), так и линии, участки, представляющие собой совокупность аппаратов, в которых осу ществляется один либо ряд технологических процессов [2, 3].
В зависимости от требуемого уровня автоматизации автома тические (полуавтоматические) системы управления осуществ ляют в пищевой промышленности следующие функции: автома тического контроля и сигнализации, автоматической защиты, ав томатического регулирования.
Под устройством автоматического контроля подразумевается совокупность технических средств, обеспечивающих обнаруже ние событий, определяющих необходимые управляющие воздей ствия на объект, без участия или при частичном участии чело века. Отличие автоматического управляющего устройства конт роля от неавтоматического состоит в обнаружении им по мень шей мере части контролируемых событий без участия человека [4].
Во многих ситуациях возникает необходимость в оповещении обслуживающего персонала о производимой в контролируемом пункте (месте, точке) операции, о достижении параметрами пре дельных значений, о возникновении опасных (аварийных) режи мов работы или состояниях управляемых объектов и о необхо димости принятия мер в целях предотвращения аварии (ката строфы). Для этого создаются автоматические устройства опо вещения. Эти устройства не имеют принципиальных отличий от устройств автоматического контроля, однако в силу сложившей ся терминологии называются устройствами автоматической сиг нализации. При этом под автоматической сигнализацией пони мается представление оператору информации о наступлении тех или иных событий, выполняемое автоматическими средствами. В ряде случаев под автоматической сигнализацией понимают контроль критических (предельных) или характерных промежу точных значений контролируемой величины.
6
В настоящее время в литературе нет четко сформулирован ного определения понятия «устройство автоматической защиты технологического процесса». Однако известно толкование функ ций защиты, например, оборудования. Так, в БСЭ «защита обо рудования автоматическая» трактуется как приспособления, приборы и разные устройства для предохранения от поврежде ний путем подачи предупредительных сигналов или остановки оборудования в случае нарушения нормальных условий его ра боты.
С учетом изложенного любая система контроля или регу лирования практически выполняет в какой-то мере и функции защиты. Однако в тех случаях, когда идет речь о безопасности обслуживающего персонала, либо требуется обеспечить высокую вероятность предотвращения или, по крайней мере, локализации последствий аварийного состояния управляемого объекта, в си стему управления вводят специальные управляющие устройства, призванные обеспечить выполнение функций только защиты. По этому целесообразно различать самостоятельные системы авто матической защиты, понимая под этим систему как совокупность объекта и управляющего устройства, выполняющего только функции автоматической защиты, и устройства автоматической защиты, являющиеся самостоятельной (независимой) частью многоцелевого управляющего устройства системы автоматиче ского управления.
Признаками того, что управляющее устройство относится к устройствам автоматической защиты, принято считать: необхо димость регулирования параметра в диапазоне, выход за преде лы которого чреват немедленно возникающими очевидными по терями сырья, вспомогательных материалов, энергоносителей, полуфабрикатов, готовой продукции; необходимость выполнения функций сигнализации отклонения регулируемого параметра от заданного значения в случае, когда такие отклонения могут при вести к недопустимым потерям сырья, вспомогательных мате риалов, готовой продукции и т. п.
Под автоматической системой регулирования подразумевает ся автоматическая система управления с замкнутой цепью воз действий, в которой управляющие воздействия вырабатываются в результате сравнения истинного значения управляемой вели чины с заданным значением.
В зависимости от управляющего воздействия, т. е. от воздей ствия автоматического управляющего устройства на управляе мый объект, автоматические системы управления подразделяют на стабилизирующие, программные и следящие. Такого рода разделение обусловлено различиями в алгоритмах функциони рования, т. е. в совокупности предписаний, ведущих к правиль ному выполнению технологического процесса в части системы
либо в системе в целом.
Все многообразие применяемых в различных отраслях и про
изводствах укрупненных структур САУ может быть представле но в виде четырех обобщенных укрупненных вариантов, сведен ных в табл. 1.
Т а б л и ц а |
1 |
Вариант |
Краткая характеристика и пример САУ данного производства |
структуры |
САУ—I
САУ—II
САУ состоит из одного управляемого объекта и одного управляющего устройства. Например, САУ процессом сушки макаронных изделий в сушилке КСА-80
САУ состоит из одного управляемого объекта и нескольких управляющих устройств, представляющих собой самостоя тельные функционально, а в ряде случаев и конструктивно не связанные (автономные) части САУ. Объединение нескольких управляющих устройств в одну САУ диктуется технико-эко номическими соображениями, учитываемыми при автоматиза ции данного производства. Например, САУ процессом увари вания утфеля в вакуум-аппарате периодического действия сахарорафинадного завода
САУ—III САУ состоит из нескольких управляемых объектов, пред ставляющих собой самостоятельные конструктивно не связан ные (автономные) части САУ, и одного управляющегоустройства. Объединение нескольких управляемых объектов в одну САУ диктуется общностью протекающих в них процес сов и(или) технико-экономической целесообразностью охвата всех объектов одним управляющим устройством. Например, САУ процессом солодоращения в пивоваренном производстве
САУ—IV САУ состоит из нескольких управляемых объектов и не скольких управляющих устройств. Объединение всех управ ляемых объектов и управляющих устройств в одну САУ диктуется соображениями, принимаемыми во внимание в ва риантах САУ—II и САУ—III. Например, САУ параллельно ра ботающими экстракторами экстракционных линий непрерыв ного действия НД-1250 в масло-жировых производствах.
Т а б л и ц а |
2 |
|
|
|
|
АК |
АЗ |
АР |
АК |
АЗ |
АР |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
П р и м е ч а н и е . Знаком «О» |
отмечено |
отсутствие* а знаком |
«1» — наличие данной функции у |
данного |
управляющего уст |
ройства. |
|
|
При более детальном рассмотрении каждого из четырех об общенных укрупненных вариантов структур необходимо учесть, что любое из управляющих устройств данной САУ может вы полнять одно из приведенных в табл. 2 сочетаний функций авто матического контроля (АК), автоматической защиты (АЗ) и ав томатического регулирования (АР).
ПРИБОРНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
В качестве компонентов управляющих устройств САУ пищевой промышленности применяют большую номенклатуру изделий общепромышленного и специального назначения. Из делия общепромышленного назначения представляют собой мас совую продукцию приборостроительных, электро-, радиотехниче ских и других предприятий. Изделия, разработанные специально для нужд автоматизации пищевых производств, выпускаются мелкими и средними партиями (сериями) как на предприятиях с массовым производством общепромышленных изделий, так и на опытно-экспериментальных заводах различных министерств
иведомств.
Впрактике разработки и эксплуатации САУ все множество применяемых в управляющих устройствах общепромышленных
и специальных изделий подразделяют на 3 большие группы:
1)приборы и средства автоматизации;
2)электроаппараты;
3)трубопроводная арматура.
Изделия первой группы, служащие для получения информа ции о состоянии контролируемого (регулируемого) процесса, обычно называют д а т ч и к а м и или в х о д н ым и устройствами.
Часть управляющего устройства, состоящая из изделий пер вой и второй групп и выполняющая функции преобразования, хранения и обработки информации, часто именуется л о г и ч е ской частью схемы.
Наконец, изделия третьей, а в ряде схем изделия второй и даже первой групп, выполняющие функции воздействия на про цесс и связи с оператором системы, принято называть в ых о д ными устройствами.
В схемах управляющих устройств САУ находят также при менение общепромышленные и специальные изделия, выполняю щие ряд перечисленных выше функций либо все. Последние иногда именуют комбинированными изделиями.
С позиции исследования надежности целесообразно рассмат ривать компоненты САУ по приведенному выше функциональ
ному делению. |
компонентов (устройств), выполняющих |
на |
|
Удельный вес |
|||
званные |
функции |
в САУ некоторых отраслей, показан |
в; |
табл. 3 |
(5). |
|
|
9