Лекции - Автоматизация производственных процессов на горных предприятиях

Подождите немного. Документ загружается.

режима работы станции осуществляется плавным регулированием

производительности турбокомпрессоров с последующим при

необходимости отключением (включением) поршневых, а в

некоторых случаях и турбокомпрессоров.

Плавное и экономичное регулирование производительности

компрессора в широких пределах может быть обеспечено измене-

нием частоты вращения с помощью регулируемого электроприво-

да. При этом производительность изменяется пропорционально уг-

ловой скорости. Этот способ регулирования является перспектив-

ным для турбокомпрессоров. Для поршневых компрессоров произ-

водительностью до 50 м

/мин применение регулируемого электро-

привода пока не оправдано.

Автоматическое регулирование производительности

компрессоров осуществляется в системах автоматической

стабилизации давления сжатого воздуха. Такие системы могут

быть дискретными и непрерывными и реализуются с помощью

различных регуляторов общего назначения соответственно

дискретного и непрерывного действия.

Если потребители сжатого воздуха при изменении нагрузки

допускают отклонение давления от заданного значения в

сравнительно больших пределах, то для регулирования режима

работы компрессоров применяют простые двухпозицнонные

(релейные) регуляторы давления, воздействующие на

исполнительные органы для ступенчатого изменения их

производительности. Когда по условиям технологического

процесса требуется высокая точность поддержания давления при

широком диапазоне расхода сжатого воздуха, используются более

сложные регуляторы непрерывного действия, плавно изменяющие

производительность компрессоров.

Дискретные системы регулирования применяются на

поршневых компрессорах. Они, как правило, реализуются на

основе электроконтактных манометров ЭКМ.-1У, воздействующих

на электромагнитные клапаны, с помощью которых

подсоединяются дополнительные мёртвые объёмы.

Системы непрерывного действия преимущественно

применяются на турбокомпрессорах. Они строятся на основе

гидравлических и электрических ПИ-регуляторов.

На рис. 9.1 представлена функциональная схема системы

автоматического регулирования (системы стабилизации) давления

сжатого воздуха в коллекторе, имеющая регулятор непрерывного

действия. Объект регулирования — компрессор с

воздухосборником Л'—В, регулируемая величина — давление р

воздуха, которое должно поддерживаться постоянным с

допустимой погрешностью. Сигналы Х

задатчика 3 и Х

датчика

давления ДД, представляют собой перемещения или напряжения (в

зависимости от типа регулятора), пропорциональные заданному рз

и фактическому р давлению воздуха. Пропорционально-

интегральный регулятор ПИ-Р воспринимает разность



Х=Хз – Х

и управляет положением  регулирующего органа (заслонки),

компенсируя главное возмущающее воздействие — расход

воздуха Q

путём установления производительности компрессора,

равной существующему в данный момент расходу.

Компрессор с выходными емкостями как объект

регулирования может быть представлен приближенно

апериодическим звеном с передаточной функцией

1)(

)(







где k

, Т

— передаточный коэффициент и постоянная времени

объекта.

ПИ-регулятор обеспечивает устойчивое астатическое

регулирование производительности компрессора, поддерживая с

высокой точностью давление на заданном уровне.

Рис.9.1. Функциональная схема системы автоматического регули-

рования давления

9.2. Автоматизация компрессорных агрегатов и станций

Современные рудничные компрессоры в качестве привода

имеют синхронные двигатели, скорость которых не регулируется.

Автоматическая система компрессорного агрегата с

нерегулируемым электроприводом может быть представлена

схемой, показанной на рис. 9.2. Система содержит: датчики Д

давления сжатого воздуха и теплотехнических параметров

контроля агрегата (температуры, давления, расхода, уровня,

положения задвижек, клапанов, заслонок и др.); электропривод

компрессора ЭП (синхронный двигатель с возбудителем и

пусковым устройством); исполнительный механизм ИМ,

управляющий положением органа регулирования (клапанов,

дроссельной заслонки) производительности Q

компрессора;

вспомогательные технологические механизмы ВМ (разгрузочный

клапан, маслонасосы, задвижка водяного охлаждения, вентили

продувки); аппаратуру управления и регулирования АУР,

осуществляющую автоматическое управление компрессорным

агрегатом; пульт оператора (диспетчера) ПО с органами задания и

контроля режимов работы агрегата.

Коллектор нагнетания сжатого воздуха

Рис. 9.2. Функциональная схема автоматической системы компрес-

сорного агрегата с нерегулируемым электроприводом.

Аппаратура автоматики, поставляемая комплектно с комп-

рессором, обеспечивает:

автоматическое программное управление пуском и остановом

компрессорного агрегата (включение и отключение в заданной

последовательности вспомогательных механизмов и двигателя

компрессора);

автоматический контроль режимов работы агрегата;

автоматическое регулирование производительности компрессора

для поддержания заданного давления сжатого воздуха в коллек-

торе компрессорной станции;

автоматическую защиту электропривода компрессора (от асин-

хронного режима работы синхронного двигателя, короткого замы-

кания, перегрузки и др.), а также защиту, приводящую к отключе-

нию компрессора при верхнем пределе давления сжатого воздуха в

ступенях сжатия, превышении температуры масла в системе

смазки, прекращении потока охлаждающей воды и других наруше-

ниях нормального режима работы агрегата;

сигнализацию на пульте оператора — световую о нормальной

работе агрегата, световую и звуковую об аварийном отключении

компрессорного агрегата.

Отклонение контролируемых параметров от заданных

значений указывает на ненормальные или нерациональные

режимы работы систем агрегата, а в ряде случаев может привести

к аварии.

Критическим параметром безопасной работы

компрессорного агрегата является температура воздуха. Перегрев

воздуха особенно опасен для поршневых компрессоров, в которых

смесь масла с воздухом при перегреве способна детонировать. Для

контроля температуры применяют контактные термометры,

термометры сопротивления, терморезисторы, манометрические

термометры, термопары и др.

К числу важнейших параметров, характеризующих работу

компрессора, относится производительность, контроль расхода

воздуха и сравнение его с расходом электрической энергии

позволяет оценить эффективность работы отдельных

компрессоров и системы пневмоснабжения в целом. Расход

воздуха Q

определяется обычно путем измерения перепада

давления на дроссельном устройстве (сопло, диафрагма),

установленном на трубопроводе, в соответствии с уравнением:

pkQ



где k – расчетный коэффициент; р = р

– р

– перепад давления на

дроссельном устройстве, измеряемый дифференциальным мано-

метром.

Для контроля производительности компрессоров

преимущественное распространение получили дифманометры и

дифтягомеры ДМ, ДТ2 мембранные с дифференциальными

трансформаторами, работающие с автоматическими вторичными

приборами, например с приборами КСД-3.

В настоящее время наиболее перспективны для контроля

расхода воздуха в пневмосети и компрессорной станции

мембранные электрические дифманометры ДМЭ.

Для автоматизации шахтных компрессорных станций,

оборудованных турбо- и поршневыми компрессорами, разработана

унифицированная аппаратура автоматизации УКАС, основная

задача которой — повысить эффективность работы

автоматизированных компрессорных станций, производства и

использования пневмоэнергии в результате:

применения регулируемого привода для управления режимом

работы турбокомпрессоров изменением их угловой скорости;

автоматического регулирования (стабилизации) давления в

коллекторе компрессорной станции;

расширения объема информации, передаваемой диспетчеру, и.

обеспечения тем самым возможности работы компрессорной стан-

ции без постоянного присутствия обслуживающего персонала;

построения аппаратуры по блочно-модульному принципу с ис-

пользованием герконовых реле и бесконтактных элементов, а в

перспективе интегральных микросхем.

В состав аппаратуры УКАС входят:

щит управления турбокомпрессорным агрегатом УКАС-А (один

на агрегат);

щит управления поршневым компрессорным агрегатом УКАС-

ПА (один на агрегат);

пульт оператора (один на агрегат);

щит управления компрессорной станцией УКАС-С (один на

станцию из восьми агрегатов);

тиристорное ТЕ-8 или бесщёточное БВУ возбудительное уст-

ройство (одно на агрегат);

первичные приборы теплотехнического контроля, устанавливае-

мые на компрессорном агрегате.

Регулирование режима работы компрессорной станции (обес-

печение равенства производства и расхода сжатого воздуха) с

целью поддержания заданного давления при параллельной работе

нескольких компрессоров достигается как автоматическим

поочередным регулированием производительности отдельных

компрессоров, так и изменением числа одновременно работающих

компрессоров (включением и отключением приводов).

Функциональная схема системы автоматического

управления компрессорной станцией приведена на рис. 9.3. Блок

БКА определяет последовательность автоматического включения,

регулирования и останова агрегатов станции в соответствии с

выбранными на пульте оператора номерами головного

(включаемого первым), рабочих и резервных агрегатов.

Блок РД состоит из двух регуляторов давления РПИБ —

рабочего и резервного, включаемого при неисправности

работающего. Регулятор давления обеспечивает регулирование

режима работы всех компрессоров станции для поддержания

заданного давления сжатого воздуха в ее коллекторе. При

отклонении давления воздуха р в пневмосети от заданного

значения рз выше допустимого по сигналу регулятора РД блок

ЗРП задает АУР программу индивидуального управления

очередным компрессорным агрегатом. Аппаратура АУР

обеспечивает управление, технологические защиты и

регулирование производительности агрегата.

Рис. 9.3. САУ компрессорной станции на базе аппаратуры УКАС:

БКА — блок задания команд и адресов программы; ЗРП — задатчик-

распределитель программы работы станции; КА1—КА8—компрессорные

агрегаты; АУР1—АУР8 — аппаратура управления и регулирования агрегатов;

Д1—Д8 — датчики теплотехнических параметров агрегатов;

Д — датчик давления сжатого воздуха в пневмосети; РД — регулятор

давления; КС — коллектор станции.

10. Автоматизированные системы управления

технологическими процессами на горных

предприятиях

10.1. Принцип функционирования АСУ

Под автоматизацией управления понимается замена

физического и умственного труда человека, затрачиваемого на

управление работой технических средств.

Автоматизация управления предприятием может осуществ-

ляться двумя методами. Первый метод заключается в разделении

всей совокупности проблем управления предприятием на

обособленные задачи, которые изучаются и решаются отдельно, не

будучи связанными со смежными задачами. Решения, найденные

для других задач, при этом во внимание не принимаются.

Задачи могут решаться в определенной логической последо-

вательности или параллельно, в зависимости от существующих

ограничений экономического, технического или организационного

характера. Достоинства метода заключаются прежде всего в том,

что автоматизация управления по отдельным задачам не вызывает

необходимости глубокого изменения структур в системе

управления. Задачи управления зачастую и выбираются так, чтобы

их автоматизация не затрагивала общей структуры существующих

подразделений предприятия.

Метод позволяет подразделить совокупность процедур

управления предприятием на такое число задач, которое

ограничивается только условием достижения наилучшего

результата. Поэтому выделяются и решаются в первую очередь те

задачи и в таком объеме, чтобы их решение было связано с

получением прямых положительных результатов.

Такие ограничения в количестве и объеме

автоматизируемых задач управления неизбежно повышают

эффективность автоматизации. Преимущества метода

проявляются и в самой организации решения задач автоматизации

управления. Каждая задача решается одним коллективом

разработчиков, который специализирован на задачах (или на

одной задаче) такого типа. Отпадает необходимость работ по

увязке многочисленных задач управления в единую систему.

Существуют возможности оценки затрат на разрабатываемую

задачу, в частности, затрат машинного времени, что позволяет

точно определять расходы на ее решение.

С помощью этого метода разработчики могут тесно сотруд-

ничать с теми подразделениями предприятия, которые наиболее

заинтересованы в автоматизации решения конкретных задач, что

повышает качество и эффективность разработки.

Основной недостаток метод – трудность сопряжения разра-

ботанных в отдельности задач, обеспечения взаимного обмена и

координации при их эксплуатации. Большие трудности связаны с

расширением задач, функционирующих изолированно друг от

друга. Приходится существенно перерабатывать информационное

и математическое обеспечение. В большинстве случаев речь идет

практически о новом решении уже рассчитанной задачи.

Недостаток метода проявляется также в слабом влиянии на

совершенствование структуры управления предприятием. Авто-

матизация управления предприятием обычно создает благопри-

ятные возможности для модернизации самой структуры управ-

ления и сопровождается ее существенной перестройкой. Эти

возможности в данном случае практически не реализуются.

Решение отдельных задач управления предприятием связано

с использованием в разных задачах одной и той же информации в

различных сочетаниях исходных показателей. Это приводит к

появлению избыточных массивов данных, равно как и процедур их

обработки.

Из приведенной характеристики метода можно сделать вы-

вод, что его использование не позволяет обеспечить системное

решение проблемы автоматизации управления предприятием как

единым технологическим, организационным и экономическим

механизмом и это является главным недостатком метода.

Второй метод – системный – заключается в автоматизации

системы управления предприятием, т. е. управления по принципу

системного подхода. Потоки данных всех видов, используемых в

управлении, образуют сложную информационную систему. Для

автоматизации ее функционирования необходимо:

а) дать описание информационной системы предприятия (от-

расли);

б) разделить систему на информационные подсистемы;

в) разработать автоматизированные информационные подсистемы

с учетом их взаимосвязей;

г) создать автоматизированную систему управления путем

соединения отдельных информационных подсистем.

Здесь важна совместимость информационных подсистем, ко-

торая достигается путем создания некоторых общих массивов

информации и обеспечения обмена информацией между раз-

личными подсистемами.

100