Акимов В.А., Лапин В.Л., Попов В.М. и др. Надежность технических систем и техногенный риск. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

ñêîãî âûêëþ÷åíèÿ, ïðåäîõðàíèòåëüíûå óñòðîéñòâà, ñèñòåìû àâàðèéíîé

ñèãíàëèçàöèè.

Îñíîâíàÿ èäåÿ áåçîïàñíîñòè ïðîèçâîäñòâåííîãî ïðîöåññà çàêëþ÷àåòñÿ

â òîì, ÷òîáû íàäåæíî îáåñïå÷èâàòü áåçîïàñíûå óñëîâèÿ åãî ðàáîòû.

Íà ðèñ. 10.1 ïîêàçàíî, êàê ïðè ïîìîùè ñèñòåìû êîíòðîëÿ ïåðåìåííûå õà

ðàêòåðèñòèêè ïðîèçâîäñòâåííîãî ïðîöåññà â ñëó÷àå íàðóøåíèÿ íîðìàëüíî

ãî ðåæèìà óäåðæèâàþòñÿ â áåçîïàñíûõ ïðåäåëàõ.

Ïåðåìåííûìè â êîíòðîëèðóåìîì ïðîöåññå ìîãóò áûòü òåìïåðàòóðà, äàâ

ëåíèå, ñêîðîñòü ïîòîêà, ñîîòíîøåíèå íåêîòîðûõ êîìïîíåíòîâ ñìåñè, ñêî

ðîñòü ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû, ïîíèæåíèÿ èëè ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ. Ñèñ

òåìû òðîéíîãî êîíòðîëÿ èëè çàùèòû äåéñòâóþò ñëåäóþùèì îáðàçîì.

Ïåðâàÿ ñèñòåìà. Êàê òîëüêî ïåðåìåííûå ñèñòåìû äîñòèãíóò çíà÷åíèÿ,

ïðåâûøàþùåãî óñòàíîâëåííûé ïðåäåë (C

), ýòî ðåãèñòðèðóåòñÿ ñïåöèàëü

íûì ñèãíàëîì íà óñòðîéñòâå óïðàâëåíèÿ, ïîñëå ÷åãî ïðîèçâîäèòñÿ êîððåê

öèÿ (÷àùå âñåãî îïåðàòîðîì âðó÷íóþ). Åñëè ýòîãî äåéñòâèÿ íå ïðîèçâîäèòñÿ

è ïðîöåññ ïðè ýòîì âñå æå íå ñîçäàåò îïàñíûõ óñëîâèé, âêëþ÷åíèå ñëåäóþ

ùåé ñèñòåìû íå ïðîèñõîäèò.

Âòîðàÿ ñèñòåìà. Êîãäà ïåðåìåííàÿ âåëè÷èíà ïîêàçàòåëÿ ïðîöåññà ïðå

âûøàåò ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå (C

), àâòîìàòè÷åñêè âêëþ÷àåòñÿ ñèñòåìà êîíò

ðîëÿ, âîçâðàùàþùàÿ ýòó ïåðåìåííóþ âåëè÷èíó â äèàïàçîí åå íîðìàëüíûõ

çíà÷åíèé. Åñëè ýòîãî ñäåëàòü íå óäàåòñÿ, ïåðåìåííàÿ âåëè÷èíà ïîêàçàòåëÿ

311

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.1. Ñõåìà ðàáîòû çàùèòíûõ óñòðîéñòâ

â ñèñòåìå òðîéíîãî êîíòðîëÿ:

A — ïåðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåññà; t — âðåìÿ

ïðîöåññà ìîæåò äîñòè÷ü òàêèõ çíà÷åíèé, êîòîðûå ìîãóò âûçâàòü àâàðèéíóþ

ñèòóàöèþ.

Â ýòîì ñëó÷àå ïîÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü ïðèìåíåíèÿ äðóãèõ ïðåäîõðà

íèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, íàïðèìåð ðàçðûâíûõ ìåìáðàí èëè ïðåäîõðàíèòåëü

íûõ êëàïàíîâ, äåéñòâóþùèõ ïî ïðèíöèïó ñáðîñà äàâëåíèÿ, ñëèâíûõ åìêî

ñòåé è îõëàæäàþùèõ óñòðîéñòâ.

Òðåòüÿ ñèñòåìà. Ïðè îòñóòñòâèè ïðåäîõðàíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ñ óïîìÿ

íóòûìè õàðàêòåðèñòèêàìè â ñëó÷àå, êîãäà ïåðåìåííàÿ âåëè÷èíà ïîêàçàòåëÿ

ïðîöåññà äîñòèãàåò çíà÷åíèé, ïðè êîòîðûõ ïîâûøàåòñÿ âåðîÿòíîñòü êðóï

íîé àâàðèè, ñòàíîâèòñÿ íåîáõîäèìûì óñòàíîâêà íåçàâèñèìîé çàùèòíîé ñè

ñòåìû, àâòîìàòè÷åñêè âêëþ÷àþùåéñÿ ïðè íàðóøåíèÿõ ïðîöåññà, ÷ðåâàòûõ

àâàðèåé.

Ïðèìåðîì òàêîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ òåðìîðåãóëÿöèîííîå óñòðîéñòâî, ðå

ãèñòðèðóþùåå ïðåâûøåíèå îïòèìàëüíîé òåìïåðàòóðû â ïðîöåññå õèìè÷å

ñêèõ ðåàêöèé. Êàê òîëüêî äîñòèãàåòñÿ êðèòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà, ñèñòåìà

âêëþ÷àåò äîïîëíèòåëüíîå îõëàæäåíèå ïðîöåññà è äîáàâëÿåò â õèìè÷åñêóþ

ñìåñü âåùåñòâî, îñòàíàâëèâàþùåå ðåàêöèþ.

×òîáû òàêàÿ ñèñòåìà ðàáîòàëà íàäåæíî, ñëåäóåò ïîñòîÿííî ñëåäèòü

çà ðàáîòîé âñåõ àêòèâíûõ ñîñòàâíûõ ÷àñòåé îáîðóäîâàíèÿ, ò. å. íàñîñîâ,

êîìïðåññîðîâ, âåíòèëÿòîðîâ, êîòîðûå â íóæíûé ìîìåíò äîëæíû ñðàáàòû-

âàòü òàê, ÷òîáû ìîæíî áûëî èçáåæàòü àâàðèè.

Äëÿ òîãî ÷òîáû ðàáîòàþùèé ïåðñîíàë ìîã ïîëàãàòüñÿ íå òîëüêî íà àâòî-

ìàòè÷åñêèå ñèñòåìû çàùèòû, ïîñëåäíèå äîëæíû èñïîëüçîâàòüñÿ â ñî÷åòà-

íèè ñ àêóñòè÷åñêèìè èëè ñâåòîâûìè ñèãíàëüíûìè óñòðîéñòâàìè. Áîëåå

òîãî, ïåðñîíàë äîëæåí áûòü õîðîøî îáó÷åí ñàìîñòîÿòåëüíî ðàñïîçíàâàòü

ðàçëè÷íûå ðåæèìû ðàáîòû îáîðóäîâàíèÿ, à òàêæå îòäàâàòü ñåáå îò÷åò â âàæ-

íîñòè ñèñòåì êîíòðîëÿ.

Íåîáõîäèìî ïîìíèòü î òîì, ÷òî ëþáàÿ ñèñòåìà êîíòðîëÿ ìîæåò íå âñå-

ãäà ïðàâèëüíî ñðàáàòûâàòü â ôàçàõ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ ïðîèçâîäñò-

âåííîãî ïðîöåññà. Ïîýòîìó ýòèì ôàçàì ñëåäóåò óäåëÿòü îñîáîå âíèìàíèå.

10.2. Òèïîâûå ñòðóêòóðû è ïðèíöèïû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ

àâòîìàòè÷åñêèõ ñèñòåì çàùèòû

Ïðåäñòàâëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì ðàññìîòðåòü òèïîâûå ñòðóêòóðû àâòî

ìàòè÷åñêîé ñèñòåìû çàùèòû (ÀÑÇ) íà ïðèìåðå èñïîëüçîâàíèÿ åå â õèìè÷å

ñêîì ïðîèçâîäñòâå. Âûáîð ïðèìåðà õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè íå ñëó÷àåí —

èìåííî äëÿ íèõ ÀÑÇ äîñòàòî÷íî äåòàëüíî ðàçðàáîòàíû.

Â íîðìàëüíîì ðåæèìå ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñèñòåì òåõíîëîãè÷åñêèì

ïðîöåññîì óïðàâëÿåò àâòîìàòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ðåãóëèðîâàíèÿ (ÀÑÐ). Äëÿ

óïðàâëåíèÿ â ïðåäàâàðèéíîì ðåæèìå èñïîëüçóåòñÿ àâòîìàòè÷åñêàÿ ñèñòåìà

çàùèòû. ÀÑÇ ÿâëÿåòñÿ ñîñòàâíîé ÷àñòüþ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ (ÑÓ) ïðîöåñ

ñîì è ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â äâóõ ðåæèìàõ:

312

Ã ËÀÂÀ 10

—

ÀÑÇ íåïðåðûâíî êîíòðîëèðóåò õîä òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, íî ðåà

ãèðóåò òîëüêî íà àâàðèéíûå îòêëþ÷åíèÿ ðåãóëèðóåìîãî ïàðàìåòðà;

—

ÀÑÇ ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ïðîöåññó òîëüêî â ìîìåíò âîçíèêíîâåíèÿ àâàðèé

íîé ñèòóàöèè êàê ðåçåðâ ÀÑÐ.

Äëÿ ÀÑÇ îáúåêòîâ õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè õàðàêòåðíî òî, ÷òî ïîäàâëÿþ

ùåå áîëüøèíñòâî ìåð çàùèòû ñâîäèòñÿ ê ðàçîâûì, íî ýêñòðåìàëüíûì ïî âå

ëè÷èíå ïîêàçàòåëÿì âîçäåéñòâèÿ íà çàùèùàåìûé îáúåêò (èëè ïðîöåññ).

Ïðè ýòîì èñõîäíàÿ èíôîðìàöèÿ î ïðîöåññå ÷àùå âñåãî íîñèò ÿðêî âûðà

æåííûé ïîçèöèîííûé õàðàêòåð.

Ñòðóêòóðíûå ñõåìû ÀÑÇ ìîãóò áûòü òðåõ âèäîâ â çàâèñèìîñòè îò àëãî

ðèòìà çàùèòû, îïðåäåëÿåìîãî ñëîæíîñòüþ ïðîöåññà è ìíîãîîáðàçèåì àâà

ðèéíûõ ñèòóàöèé, ýôôåêòèâíîñòüþ, ýêîíîìè÷íîñòüþ, íàäåæíîñòüþ è ò. ä.:

—

ïðîñòåéøèå ÀÑÇ;

—

ÀÑÇ ñ ðàçâèòîé ëîãè÷åñêîé ÷àñòüþ;

— àäàïòèâíûå ÀÑÇ.

Â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ÀÑÇ ñòðîèòñÿ òàê, ÷òî ïîâûøåíèå (èëè ñíèæåíèå)

ïàðàìåòðà, ïî êîòîðîìó âåäåòñÿ çàùèòà, äî ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ âûçûâàåò

óïðàâëÿþùåå èñïîëíèòåëüíîå âîçäåéñòâèå. Îäíîêàíàëüíàÿ ÀÑÇ, íàñòðîåí-

íàÿ, íàïðèìåð, íà ïîâûøåíèå äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ êîíòðîëèðóåìîãî ïà-

ðàìåòðà, ðåàëèçóåò ïðîñòîé àëãîðèòì çàùèòû. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïðîñòåé-

øåé ÀÑÇ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 10.2.

Ñèãíàëû îò èçìåðèòåëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé (ÈÏ) ïîñòóïàþò íà àíàëè

çàòîðû ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé óñòðîéñòâà ñðàâíåíèÿ

(ÓÑ). Îäíîâðåìåííî ñ ýòèì íà àíàëèçàòîðû ïîñòóïàþò äîïóñòèìûå çíà÷å

íèÿ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà îò çàäàþùåãî óñòðîéñòâà (ÇÓ). Åñëè êàêîé-íèáóäü

ïàðàìåòð îêàçàëñÿ áîëüøå (èëè ìåíüøå) ñâîåãî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ,

òî ñ ñîîòâåòñòâóþùåãî àíàëèçàòîðà ïîñòóïàåò ñèãíàë â óçåë óïðàâëÿþùèõ

âîçäåéñòâèé (ÓÓÂ), ãäå ïðîèñõîäèò âûáîð óïðàâëÿþùèõ (çàùèòíûõ) âîç

äåéñòâèé (ÓÂ); ñèãíàëû ñ ÓÓÂ ïîñòóïàþò ê îáúåêòó óïðàâëåíèÿ ÷åðåç èñ

ïîëíèòåëüíûé ìåõàíèçì (ÈÌ). Èñïîëíèòåëüíûõ ìåõàíèçìîâ ìîæåò áûòü

íåñêîëüêî.

313

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïðîñòåéøåé ÀÑÇ

Òàêèì îáðàçîì, â àíàëèçàòîðàõ ïðîèñõîäèò ñðàâíåíèå òåêóùèõ çíà÷åíèé

ïàðàìåòðîâ ñ äîïóñêàåìûìè. Ðàçëè÷íûå ïàðàìåòðû ìîãóò âûçûâàòü îäèíà

êîâûå è ðàçíûå óïðàâëÿþùèå âîçäåéñòâèÿ. Óçåë óïðàâëÿþùèõ âîçäåéñòâèé

â îñíîâíîì ðåàëèçóåò ëîãè÷åñêóþ ôóíêöèþ «ÈËÈ», íàïðèìåð, ïðè ñèíòåçå

äèìåòèëäèîêñàíà èç èçîáóòèëåíà è ôîðìàëüäåãèäà ïàäåíèå äàâëåíèÿ ïðî

ìûøëåííîé âîäû íèæå îïðåäåëåííîãî óðîâíÿ âûçûâàåò íàðóøåíèå òåìïå

ðàòóðíîãî ðåæèìà ðåêòèôèêàöèîííûõ êîëîíí, äåôëåãìàòîðû êîòîðûõ îõ

ëàæäàþòñÿ ïðîìûøëåííîé âîäîé. Ïîýòîìó ñèñòåìà çàùèòû, èçîáðàæåííàÿ

íà ðèñ 10.2, ïîñëå ñðàâíåíèÿ òåêóùåãî çíà÷åíèÿ äàâëåíèÿ âîäû ñ çàäàííûì

â àâàðèéíîì ñëó÷àå âûäàåò ñèãíàë íà ÓÓÂ. Â ðåçóëüòàòå ñðàáàòûâàþò òðè

èñïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâà: ïðåêðàùàåòñÿ ïîäà÷à èçîáóòèëåíà; ïðåêðàùà

åòñÿ ïîäà÷à ôîðìàëüäåãèäà è îòñåêàåòñÿ ïîäà÷à ïàðà íà êèïÿòèëüíèêè êî

ëîíí. Ñëåäîâàòåëüíî, ÀÑÇ ñ ïðîñòûì àëãîðèòìîì çàùèòû ðåàëèçóåò çàäà÷ó -

îñòàíîâèòü ïðîöåññ ïðè âîçíèêíîâåíèè ïðåäàâàðèéíîé ñèòóàöèè.

Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÀÑÇ âòîðîãî òèïà, ðåàëèçóþùàÿ ñëîæíûé àëãîðèòì,

ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 10.3.

Â ôóíêöèè ëîãè÷åñêîãî óñòðîéñòâà (ËÓ) âõîäèò ïðèâåäåíèå â äåéñòâèå

èñïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ïî îïðåäåëåííîìó àëãîðèòìó; ËÓ ìîæåò ðåàëè

çîâàòü ðàçëè÷íûå ôóíêöèè —«ÈËÈ», «ÍÅ», «È», «ÇÀÏÐÅÒ» è ò. ä. Â îáùåì

ñëó÷àå ëîãè÷åñêîå óñòðîéñòâî äîëæíî ðåàëèçîâàòü ôóíêöèè âèäà:

yfxxx x

yfxxxx

11123

22123

( , , ,... );

(xx x x

n123

, , ,... ),

ãäå: x

, ..., x

—

ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû èçìåðèòåëüíûõ ïðåîáðàçîâà

íèé, ïðèíèìàþùèå ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ óñòðîéñòâ

ñðàâíåíèÿ çíà÷åíèÿ 0 èëè 1;

, y

, ..., y

—

ñîñòîÿíèå ñèñòåìû èñïîëíèòåëüíûõ ìåõàíèçìîâ,

êîòîðûå òàêæå ìîãóò ïðèíèìàòü çíà÷åíèÿ 0 èëè 1.

314

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÀÑÇ,

ðåàëèçóþùåé ñëîæíûé àëãîðèòì çàùèòû

Ïðèâåäåííûå óðàâíåíèÿ îïèñûâàþò àëãîðèòì çàùèòû ïîòåíöèàëüíî

îïàñíîãî ïðîöåññà îò ðàçâèòèÿ àâàðèè. Òàêèì îáðàçîì, àëãîðèòì çàùèòû

ÀÑÇ âòîðîãî òèïà çàäàåòñÿ â âèäå íàáîðà ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé, êàæäàÿ

èç êîòîðûõ âûòåêàåò èç ðåàëüíûõ ñâÿçåé, ñóùåñòâóþùèõ â îáúåêòå çàùèòû.

Ñîñòàâëåíèå êàæäîé ëîãè÷åñêîé ôóíêöèè îïèðàåòñÿ íà ðåçóëüòàòû èññëåäî

âàíèÿ ïðîöåññà. Ïðåæäå ÷åì ðåàëèçîâàòü ýòîò àëãîðèòì, ôóíêöèè íàäî ìè

íèìèçèðîâàòü. Òåì ñàìûì ÷èñëî ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ñîêðàòèòñÿ äî ìè

íèìóìà è îäíîâðåìåííî ïîâûñèòñÿ íàäåæíîñòü ÀÑÇ. Íàèáîëåå õàðàêòåðíîå

îòëè÷èå ÀÑÇ ñî ñëîæíûì àëãîðèòìîì çàùèòû — íàëè÷èå äâóõ ñòóïåíåé çà

ùèòíûõ âîçäåéñòâèé. Äëÿ ïðèìåðà ðàññìîòðèì ÀÑÇ ïðîöåññà íèòðîâàíèÿ

ãëèöåðèíà. Ýòà ñèñòåìà çàùèòû ïðåêðàùàåò ïîäà÷ó ãëèöåðèíà è êèñëîòíîé

ñìåñè ïðè ñëåäóþùèõ óñëîâèÿõ:

1) ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ìåøàëêè â íèòðàòîðå ñíèçèëàñü áîëåå ÷åì íà 30 %;

2) ðàñõîä êèñëîòû ïðåâûñèë äîïóñòèìîå çíà÷åíèå;

3) òåìïåðàòóðà â ðåàêòîðå äîñòèãëà ïåðâîãî ïðåäåëà áåçîïàñíîñòè;

4) óïàëî äàâëåíèå â ëèíèè ïîäà÷è îõëàæäàþùåãî ðàññîëà íèæå äîïóñòè

ìîãî;

5) äàâëåíèå ñæàòîãî âîçäóõà â ëèíèè ïèòàíèÿ ÀÑÇ óïàëî íèæå äîïóñòè-

ìîãî;

6) íèòðàòîð ïåðåïîëíåí.

Åñëè, íåñìîòðÿ íà ïðèíÿòûå ìåðû, ïðîöåññ íå âåðíóëñÿ â ðåæèì íîðìà-

ëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ è òåìïåðàòóðà ïðîäîëæàåò ðàñòè, òî ñðàáàòûâàåò

II ñòóïåíü çàùèòû è ñîäåðæèìîå íèòðàòîðà àâòîìàòè÷åñêè ñáðàñûâàåòñÿ

â àâàðèéíóþ åìêîñòü, êàê òîëüêî òåìïåðàòóðà ðåàêöèîííîé ìàññû äîñòèã-

íåò âòîðîãî ïðåäåëà áåçîïàñíîñòè.

Ñëåäîâàòåëüíî, ÀÑÇ ñ ðàçâèòîé ëîãè÷åñêîé ÷àñòüþ, ðåàëèçóþùàÿ ñëîæ-

íûé àëãîðèòì çàùèòû, ðåøàåò äâå çàäà÷è: âîçâðàò ïðîöåññà â ðåæèì íîðìà-

ëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ è ëèêâèäàöèÿ ïðîöåññà (â ñëó÷àå êîãäà âîçâðàò

óæå íåîñóùåñòâèì).

Ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà, ïðè êîòîðîì ñðàáàòûâàþò èñïîëíèòå

ëüíûå ìåõàíèçìû ÀÑÇ ïåðâûõ äâóõ òèïîâ, âûáèðàåòñÿ íàèìåíüøèì (èëè

íàèáîëüøèì) èç óñëîâèÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè ïðîöåññà. Ýòè óñëîâèÿ

îáû÷íî óêàçûâàþòñÿ òîëüêî â ðåãëàìåíòàõ è èíñòðóêöèÿõ, áàçèðóþòñÿ

íà èíñòðóêòèâíîì ïðåäñòàâëåíèè î õàðàêòåðå çàäà÷è è ñóùåñòâåííî çàâèñÿò

îò óðîâíÿ òåõíè÷åñêèõ çíàíèé èõ ñîñòàâèòåëåé. Èñïîëüçîâàíèå àëãîðèòìîâ

ïåðâûõ äâóõ òèïîâ çàùèòû íåèçáåæíî ïðèâîäèò ê òåõíîëîãè÷åñêèì ïîòåðÿì

çà ñ÷åò ñðàáàòûâàíèé ÀÑÇ, êîãäà ïðîöåññ ïðîòåêàåò íîðìàëüíî èëè êîãäà

åùå ìîæíî âûâåñòè â íîðìàëüíûé ðåæèì ðàáîòû äðóãèìè ñðåäñòâàìè

(íàïðèìåð, âðåìåííîé ïðèîñòàíîâêîé ïðîöåññà).

Îäíîé èç çàäà÷ ñîçäàíèÿ àäàïòèâíîé ÀÑÇ ÿâëÿåòñÿ ñîñòàâëåíèå ðàçâè

òûõ àëãîðèòìîâ, îñíîâûâàþùèõñÿ íå íà èíòóèòèâíîì ïðåäñòàâëåíèè î õà

ðàêòåðå ïðîöåññà, à íà ñòðîãîì ìàòåìàòè÷åñêîì îïèñàíèè åãî. Ïðè ýòîì ìà

òåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå åãî äîëæíî âêëþ÷àòü êàê ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå

ñàìîãî õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà ñ ó÷åòîì åãî êèíåòèêè, ãèäðîäè

315

Ã ËÀÂÀ 10

íàìè÷åñêîé ìîäåëè, òåïëîâîãî áàëàíñà â óñëîâèÿõ àâàðèéíûõ ñèòóàöèé, òàê

è îïèñàíèå ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â àïïàðàòå ïîñëå èñïîëíèòåëüíîãî

óïðàâëÿþùåãî âîçäåéñòâèÿ ÀÑÇ òîãî èëè èíîãî òèïà. Ñèñòåìà çàùèòû, ïî

ñòðîåííàÿ íà îñíîâå ýòîãî àëãîðèòìà, ó÷èòûâàåò âñå îñîáåííîñòè çàùèùàå

ìîãî ïðîöåññà è çà ñ÷åò âàðüèðîâàíèÿ óñòàíîâêè ñðàáàòûâàíèÿ ïîçâîëÿåò

èçáåæàòü çíà÷èòåëüíûõ ïîòåðü. Ñòðóêòóðíàÿ àäàïòèâíîé ÀÑÇ ïîêàçàíà

íà ðèñ. 10.4.

Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà àäàïòèâíîé ÀÑÇ âêëþ÷àåò èíôîðìàöèîííîå óñòðîé-

ñòâî, ñîñòîÿùåå èç èçìåðèòåëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé (ÈÏ) è óñèëèòåëü-

íî-ïðåîáðàçóþùèõ óñòðîéñòâ (ÓÏÓ), óïðàâëÿþùåå ëîãè÷åñêîå óñòðîéñò-

âî (ÓËÓ) è áëîê èñïîëíèòåëüíûõ ìåõàíèçìîâ (ÈÌ). Îáúåì áëîêà ÈÌ

çàâèñèò îò ÷èñëà ïàðàìåòðîâ, âîçäåéñòâóþùèõ íà ïðîöåññ ïðè íàëè÷èè àâà-

ðèéíîé ñèòóàöèè. Â ôóíêöèè ÓËÓ âõîäÿò îáðàáîòêà èíôîðìàöèè îò ÈË

ïî îïðåäåëåííîìó àëãîðèòìó, ðåçóëüòàòîì ÷åãî ÿâëÿåòñÿ îöåíêà ñòåïåíè

ðàçâèòèÿ àâàðèéíîé ñèòóàöèè, âûáîð âèäà çàùèòíîãî âîçäåéñòâèÿ, ñîîòâåò-

ñòâóþùåãî äàííîé ñòåïåíè ðàçâèòèÿ àâàðèéíîé ñèòóàöèè è îáåñïå÷èâàþ

ùåãî áåçàâàðèéíîñòü ïðîöåññà, è âûäà÷à óïðàâëÿþùåãî çàùèòíîãî âîçäåé-

ñòâèÿ íà áëîê ÈÌ. ÓËÓ íàðÿäó ñ ðàçâèòîé ëîãè÷åñêîé ÷àñòüþ âêëþ÷àåò

â ñåáÿ âû÷èñëèòåëüíîå óñòðîéñòâî, â ôóíêöèè êîòîðîãî âõîäèò ïîäãîòîâêà

äàííûõ äëÿ îïðåäåëåíèÿ íåîáõîäèìîñòè ââîäà çàùèòíîãî âîçäåéñòâèÿ

ñ ó÷åòîì ýêñòðàïîëÿöèè èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ çàùèòû, õàðàêòåðèçóþùèõ

ðàçâèòèå àâàðèéíîé ñèòóàöèè, è ïîñëåäñòâèé ââîäà çàùèòíûõ âîçäåéñòâèé.

Â ðàçâèòèå âûøåñêàçàííîãî ôîðìèðóåòñÿ îáùàÿ çàäà÷à îïòèìèçàöèè

ñòðóêòóðû ÀÑÇ. Â ñàìîì îáùåì âèäå çàäà÷ó âûáîðà ñòðóêòóðû è ïàðàìåòðîâ

ÀÑÇ ïîòåíöèàëüíî îïàñíûõ ïðîöåññîâ ìîæíî îïèñàòü â âèäå ïîäëåæàùåãî

ìèíèìèçàöèè ôóíêöèîíàëà:

[]

{}

min min () ()SSmMNm=+

ãäå: m —

âåêòîð ïàðàìåòðîâ òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ ÀÑÇ (íàïðèìåð,

òî÷íîñòü è íàäåæíîñòü âõîäÿùèõ â ÀÑÇ èçìåðèòåëüíûõ ïðå

îáðàçîâàòåëåé, íàäåæíîñòü è áûñòðîäåéñòâèå ëîãè÷åñêèõ

óñòðîéñòâ è èñïîëíèòåëüíûõ ìåõàíèçìîâ è ò. ï.);

316

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.4. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà àäàïòèâíîé ÀÑÇ

)—

ïðèâåäåííûå ê îáùèì åäèíèöàì èçìåðåíèÿ çàòðàòû íà ïî

ñòðîåíèå ñèñòåìû è åå ýêñïëóàòàöèþ êàê ôóíêöèÿ îò âåêòî

ðîâ ïàðàìåòðîâ;

Ì —

îáëàñòü äîïóñòèìûõ ðåøåíèé âåêòîðà

—

óñðåäíåííàÿ ïî ìíîæåñòâó Ì ôóíêöèÿ îò íåñîâåðøåíñòâà

ïàðàìåòðîâ òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ ÀÑÇ, îáîçíà÷àåìûõ âåê

òîðîì

;

Äëÿ ñëó÷àÿ ïîñòðîåíèÿ ÀÑÇ äëÿ ïîòåíöèàëüíî îïàñíûõ ïðîöåññîâ îãðà

íè÷åíèå îáëàñòè äîïóñòèìûõ ðåøåíèé íåîáõîäèìî ñôîðìóëèðîâàòü ïðåæäå

âñåãî êàê îáåñïå÷åíèå òðåáóåìîé áåçàâàðèéíîñòè:

Ô(

)=ñ,

ãäå: Ô(

)—

ôóíêöèÿ êðèòåðèÿ áåçàâàðèéíîñòè îò ïàðàìåòðîâ òåõíè÷å

ñêèõ óñòðîéñòâ ÀÑÇ;

ñ —

òðåáóåìîå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ áåçàâàðèéíîñòè.

10.3. Àâòîìàòè÷åñêàÿ èíòåëëåêòóàëèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà

çàùèòû îáúåêòà è óïðàâëåíèÿ óðîâíåì áåçîïàñíîñòè

Â êà÷åñòâå ñèñòåìû çàùèòû îáúåêòà è óïðàâëåíèÿ óðîâíåì áåçîïàñíîñòè

ïðîèçâîäñòâà (îáúåêòà) ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà àâòîìàòè÷åñêàÿ èíòåë-

ëåêòóàëèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà. Èíòåëëåêòóàëèçèðîâàííàÿ òåõíèêà ñîäåðæèò

â ñâîåì ñîñòàâå ïðîöåññîðû ñ ñîîòâåòñòâóþùèì ïðîãðàììíûì îáåñïå÷åíè-

åì. Ýòè ñðåäñòâà è ñèñòåìû ïîñòðîåíû ïî ìíîãîóðîâíåâîìó ôóíêöèîíàëü-

íîìó ïðèíöèïó è óâÿçàíû â åäèíûé èåðàðõè÷åñêèé îáîñíîâàííûé êîìï-

ëåêñ óïðàâëåíèÿ áåçîïàñíîñòüþ îáúåêòà (íàïðèìåð, õèìè÷åñêîãî ïðîèçâîä-

ñòâà). Çàäà÷è, êîòîðûå âîçëàãàþòñÿ íà èíòåëëåêòóàëèçèðîâàííûå ñèñòåìû,

ñëåäóþùèå: Ïåðâàÿ çàäà÷à ñâÿçàíà ñ îáåñïå÷åíèåì íîðìàëüíîãî ôóíêöèî-

íèðîâàíèÿ. Ðåæèì íîðìàëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïðîöåññà õàðàêòåðèçó

åòñÿ ñîîòâåòñòâèåì (â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ) ðåæèìíûõ ïàðàìåòðîâ çàäàí

íûì çíà÷åíèÿì, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ îáû÷íî óñëîâèÿìè îïòèìàëüíîãî

âåäåíèÿ ïðîöåññà.

Âòîðàÿ çàäà÷à îáóñëîâëåíà íåîáõîäèìîñòüþ ëîêàëèçàöèè àâàðèéíûõ

ñèòóàöèé, ñâÿçàííûõ ñ íàðóøåíèåì òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà. Òðåòüÿ

çàäà÷à — ëîêàëèçàöèÿ àâàðèéíîé çàãàçîâàííîñòè ïîìåùåíèé ïî ïàðàìåò

ðàì ïîæàðî-, âçðûâî- èëè òîêñîáåçîïàñíîñòè çà ñ÷åò èíòåíñèôèêàöèè âåí

òèëÿöèè èëè ïðåêðàùåíèÿ ïîñòóïëåíèÿ âðåäíûõ (ãîðþ÷èõ) âåùåñòâ â âèäå

ãàçîâ (ïàðîâ) â îêðóæàþùóþ àòìîñôåðó.

Î÷åâèäíî, ÷òî çà êàæäîé èç ïîñòàâëåííûõ çàäà÷ çàêðåïëÿåòñÿ è íåêîòî

ðîå ñèñòåìíîå îáåñïå÷åíèå. Ïåðâóþ çàäà÷ó ðåøàåò ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ,

âòîðóþ — ñèñòåìà ïðîòèâîàâàðèéíîé àâòîìàòè÷åñêîé çàùèòû è òðåòüþ —

ñèñòåìà ãàçîâîãî àíàëèçà. Êàæäàÿ èç ñèñòåì äîëæíà èìåòü ñâîå ïðîãðàì

ìíî-ìåòîäè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå, àëãîðèòìû êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ ñàìûì

317

Ã ËÀÂÀ 10

ïðèíöèïèàëüíûì âîïðîñîì ÿâëÿåòñÿ ñòåïåíü àãðåãàòèðîâàíèÿ òåõíè÷åñêèõ

ñðåäñòâ. Çäåñü ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü äâå êðàéíèå êîíöåïöèè: ìàêñèìàëü

íàÿ öåíòðàëèçàöèÿ (ñèíòåç) èëè ïîëíàÿ äåçàãðåãàòèçàöèÿ (äåêîìïîçèöèÿ).

Ìàêñèìàëüíàÿ öåíòðàëèçàöèÿ ïðåäóñìàòðèâàåò åäèíûé ïðîöåññîð äëÿ

ðåøåíèÿ âñåõ ïîñòàâëåííûõ çàäà÷ è ìàêñèìàëüíîå ñîâìåùåíèå ñðåäñòâ êîí

òðîëÿ è óïðàâëåíèÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî èíôîðìàöèÿ, ïîñòóïàþùàÿ ñ ïðåîá

ðàçîâàòåëåé, ðàçìåùåííûõ íà îáúåêòå êîíòðîëÿ, îáðàáàòûâàåòñÿ â öåíòðà

ëüíîì ïðîöåññîðå ïî åäèíîìó àëãîðèòìó, èìåþùåìó áëîê àâàðèéíîé

îñòàíîâêè, êîòîðûé è âûïîëíÿåò ôóíêöèè ñèñòåìû ïðîòèâîàâàðèéíîé çà

ùèòû. Èíôîðìàöèÿ ñ êàíàëà êîíòðîëÿ çàãàçîâàííîñòè òàêæå îáðàáàòûâàåò

ñÿ â öåíòðàëüíîì ïðîöåññîðå, êîòîðûé çàïóñêàåò ïî ñôîðìóëèðîâàííûì

ïðèíöèïàì áëîê àâàðèéíîé îñòàíîâêè âåíòèëÿöèè. Ñòðóêòóðà èíòåëåêòóà

ëèçèðîâàííîé ñèñòåìû, ïîñòðîåííàÿ ïî îïèñàííîìó ïðèíöèïó, ïðèâåäåíà

íà ðèñ. 10.5. Äîñòîèíñòâîì òàêîé îðãàíèçàöèè ÿâëÿåòñÿ âûñîêèé êîýôôè

öèåíò èñïîëüçîâàíèÿ ïðîöåññîðà, êîòîðûé öåíòðàëèçîâàííî ðåøàåò

ïðàêòè÷åñêè âñå èíòåëëåêòóàëüíûå çàäà÷è, âîçíèêàþùèå â ïðîöåññå óïðàâ-

ëåíèåì ïðîèçâîäñòâîì. Âìåñòå ñ òåì, öåíòðàëèçîâàííàÿ ñõåìà èìååò ïðèí

öèïèàëüíûé íåäîñòàòîê: êàíàë ïðîòèâîàâàðèéíîé çàùèòû îêàçûâàåòñÿ

ïðàêòè÷åñêè ðàâíîíàäåæíûì ñî ñèñòåìîé óïðàâëåíèÿ. Íà ïðàêòèêå ýòî

îçíà÷àåò, ÷òî ñèñòåìîé ïðîòèâîàâàðèéíîé çàùèòû áóäóò «ïðîïóñêàòüñÿ»

50 àâàðèéíûõ ñèòóàöèé èç 100. Çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü êîëè÷åñòâî «ïðîïó-

ñêîâ» ìîæíî òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ïîäíÿòü íàäåæíîñòü ñèñòåìû ïðîòè-

âîàâàðèéíîé çàùèòû (ÏÀÇ) íà ïîðÿäîê ïî îòíîøåíèþ ê ñèñòåìå óïðàâëå-

íèÿ (ÑÓ).

Èñõîäÿ èç ýòèõ ñîîáðàæåíèé, ïðåäïî÷òèòåëüíåé ìîæåò îêàçàòüñÿ ñòðóê-

òóðà, ïðåäñòàâëåííàÿ íà ðèñ. 10.6. Ñèñòåìà ïîñòðîåíà â ñîîòâåòñòâèè ñ äåðå-

âîì çàäà÷ è ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ íåçàâèñèìà, ò. ê. èìååò ñîáñòâåííûå,

íå ñâÿçàííûå ñ ÑÓ, êàíàëû èíôîðìàöèè ñîñòîÿíèÿ îáúåêòà, ïîëíóþ ôóíê-

öèîíàëüíóþ íåçàâèñèìîñòü, âïëîòü äî àâòîíîìíîãî ïèòàíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî

ëþáîé ïîòåíöèàëüíî îïàñíûé ïðîöåññ èìååò îäèí èëè ñîâîêóïíîñòü íåñêî

ëüêèõ ïðèçíàêîâ, ïîÿâëåíèå êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ïðåäâåñòíèêîì âîçìîæíûõ

àâàðèé. Ýòè ïðèçíàêè è ÿâëÿþòñÿ èíôîðìàöèîííûìè âõîäàìè â ñèñòåìû

ÏÀÇ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ñèñòåìû ÏÀÇ æåëàòåëüíî, ÷òîáû îäíà

è òà æå èíôîðìàöèÿ îá àâàðèéíûõ ïðèçíàêàõ ïîñòóïàëà â ñèñòåìó ïî íåñêî

ëüêèì èíôîðìàöèîííûì êàíàëàì.

Íàäåæíîñòü ñèñòåìû ÏÀÇ óâåëè÷èâàåò òàêæå è òî, ÷òî îíà êîíòðîëèðóåò

ñîñòîÿíèå íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà ïàðàìåòðîâ ïî íåçàâèñèìûì îò ñèñòåìû

óïðàâëåíèÿ êàíàëàì è îáðàáàòûâàåò èíôîðìàöèþ ïî áîëåå ïðîñòîìó àëãî

ðèòìó. Ïðè ïîÿâëåíèè èíôîðìàöèè, êîòîðàÿ ñïåöèàëüíûì ëîãè÷åñêèì

óñòðîéñòâîì ðàñøèôðîâûâàåòñÿ êàê ïðåäâàðèòåëüíàÿ, ñèñòåìà âûðàáàòûâà

åò óïðàâëÿþùåå âîçäåéñòâèå; îíî äîëæíî âûâåñòè ïðîöåññ èç ïðåäâàðèòåëü

íîãî ñîñòîÿíèÿ è ïî îïðåäåëåííîé ïðîãðàììå ïðîèçâåñòè àâàðèéíûé îñòà

íîâ. Ñèñòåìà ÏÀÇ óïðàâëÿåò ïðè ýòîì øòàòíûìè ÈÌ èëè ñïåöèàëüíîé

áûñòðîäåéñòâóþùåé àâàðèéíîé ÈÌ. Áåñêîíôëèêòíîñòü ñ ÑÓ îáåñïå÷èâà

318

Ã ËÀÂÀ 10

åòñÿ áëîêèðîâêîé åå ñî ñòîðîíû âûõîäà ñèñòåìû ÏÀÇ íà ïåðèîä ïðîâåäåíèÿ

îïåðàöèè, îñòàíîâêà êîòîðûõ ìîæåò ïðèâåñòè ê âçðûâàì. Ïî îêîí÷àíèè òà

êîé îïåðàöèè áëîêèðîâêà ñíèìàåòñÿ.

10.4. Òèïîâûå ëîêàëüíûå òåõíè÷åñêèå ñèñòåìû

è ñðåäñòâà áåçîïàñíîñòè

Îòêàç ëþáîé ïðîìûøëåííîé óñòàíîâêè, âõîäÿùåé â ñèñòåìó, ìîæåò

ïðèâåñòè ê îòêàçó âñåé ñèñòåìû è ê àâàðèè. Íèæå êðàòêî îïèñûâàþòñÿ âà

ðèàíòû òèïîâûõ ëîêàëüíûõ ñèñòåì è ñðåäñòâ áåçîïàñíîñòè äëÿ îòäåëüíûõ

óçëîâ, àãðåãàòîâ, óñòàíîâîê è ò. ï. è èõ íàçíà÷åíèå.

319

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.5. Öåíòðàëèçîâàííàÿ îðãàíèçàöèÿ òåõíè÷åñêîãî èíòåëëåêòà

õèìè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà

10.4.1. Ñèñòåìû ïðåäîòâðàùåíèÿ îòêëîíåíèé îò äîïóñòèìûõ

ðàáî÷èõ ðåæèìîâ

Ñèñòåìû ñáðîñà äàâëåíèÿ. Ðàçðûâíûå ìåìáðàíû è êëàïàíû áåçîïàñíî

ñòè îáåñïå÷èâàþò àâàðèéíûé âûïóñê âåùåñòâà èç ðåàêöèîííîãî ñîñóäà â àò

ìîñôåðó. Åñëè âûáðîøåííîå âåùåñòâî îáðàçóåò âçðûâîîïàñíóþ ñìåñü ñ âîç

äóõîì, íåîáõîäèìî íå äîïóñòèòü åãî êîíòàêòà ñ âîçìîæíûìè èñòî÷íèêàìè

îãíÿ äî òîãî, êàê áóäåò äîñòèãíóò íèæíèé êîíöåíòðàöèîííûé ïðåäåë âçðû

âîîïàñíîñòè. Åñëè ïðîèçîøåë âûáðîñ òîêñè÷íîãî âåùåñòâà, îíî äîëæíî

áûòü îòâåäåíî âî âñïîìîãàòåëüíóþ ñèñòåìó, íàïðèìåð â íàãíåòàòåëüíûå àä

ñîðáåðû, ñêðóááåðû èëè óñòàíîâêè êàòàëèòè÷åñêîãî äîæèãàíèÿ.

320

Ã ËÀÂÀ 10

Ðèñ. 10.6. Âàðèàíò äåöåíòðàëèçîâàííîé îðãàíèçàöèè ñèñòåìû îáåñïå÷åíèÿ

õèìè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà