Автоматизация производственных процессов Исполнитель

Автоматизация производственных процессов

План:

1. Роль автоматизации в организации безопасных технологических процессах.
2. Предупреждение аварий средствами автоматического контроля, защиты и блокировки.
3. Понятие надежности. Отказы систем и их классификация.
4. Количественные характеристики надежности.
5. Методы резервирования элементов и систем.
6. Количественное обеспечение безаварийности при отказе технологической аппаратуры.
7. Противоаварийная надежность систем автоматической защиты.

 {spoiler=Подробнее}

Цель занятия: Изучить принципы автоматизации производственных процессов.

1. Роль автоматизации в организации безопасных технологических процессах.

         Автоматизация производственных процессов, являясь одним из самых прогрессивных направлений новой техники, имеет не только большое экономическое и социальное значение, но и играет большую роль в обеспечении условий безопасности на предприятии.

         Автоматика дает возможность осуществлять такие технологические процессы, обслуживание которых человеком исключается вследствие их вредности, опасности или недоступности.

         Для автоматизации производственных процессов используют средства автоматического контроля и сигнализации, защиты и блокировки управления и регулирования.

         Автоматический контроль и сигнализация предельных значений технологических величин, защита, управление и регулирование различных процессов обеспечивают надежную и безопасную эксплуатацию установок, дают возможность исключить или своевременно предупредить прогрев или прогар аппаратов, разрыв от избыточных давлений, утечку продукта, образование взрывоопасных концентраций в аппаратах и помещениях, разложение веществ со взрывом или образованием  пожароопасных побочных продуктов и самовозгорающихся соединений и т.п.

         Приборы автоматического контроля следя за рабочим процессом машин и аппаратов, регистрируют параметры технологического процесса (показывают, записывают, сигнализируют) и дают возможность обслуживающему персоналу своевременно принять необходимые меры, исключающие их отклонение до опасных пределов и возможность возникновения пожаров и взрывов.

         На основе приборов автоматического контроля в условиях производства широко применяют три вида технологической сигнализации: контрольную, предупредительную и аварийную. К аварийной сигнализации относится и специальная автоматическая пожарная сигнализация.

         Контрольную сигнализацию применяют для автоматического извещения о работе и останове отдельных механизмов и машин, о положении запорных органов на коммуникациях.

         Предупредительную сигнализацию применяют для автоматического извещения обслуживающего персонала о возникновении опасных изменений технологического режима.

         Аварийная сигнализация служит для извещения обслуживающего персонала об аварийном отключении оборудования. Устройства аварийной сигнализации обычно связаны с системой защиты и блокировки.

         Приборы автоматической защиты не только сигнализируют об опасностях, связанных с отклонением от нормального хода работы процесса, но и при предельных значениях тех или иных его параметров частично или полностью останавливают процесс, прекращают подачу сырья или теплоносителя, стравливают избыток паров и газов в атмосферу, осуществляют выпуск продукта или обеспечивают другие меры ликвидации опасности возникновения пожара, взрыва или аварии.

         Автоматическая блокировка относится к особому виду автоматической защиты, она служит для предупреждения возможности неправильных или несвоевременных включений и отключений машин и аппаратов, в результате которых могут произойти аварии, пожары и взрывы.

         Автоматическое управление обеспечивает включение аппаратов или агрегатов, их остановку, торможение, реверсирование и строгое соблюдение последовательности операций по заранее заданной программе. Роль человека при этом заключается только в посылке начального (пускового) импульса.

         Приборы автоматического регулирования обеспечивают без участия человека поддержания заданных параметров технологических процессов, не допускают их отклонения в ту или иную сторону от заранее установленного безопасного значения и тем самым исключают возможность пожаров и взрывов.

2. Предупреждение аварий средствами автоматического контроля, защиты и блокировки.

         Основными элементами любых, наиболее сложных схем автоматического контроля являются: чувствительные воспринимающие элементы (датчики), линия связи, контрольно-измерительное устройство, сигнальное контактное устройство и сигнальные лампы, звонки, сирены.

         При этой схеме в случае отклонения в защищаемом аппарате какого-то параметра до крайнего, критического значения чувствительный элемент передает соответствующий импульс (пневматический, механический, электрический) измерительному устройству, сигнальному устройству или преобразователю энергии (преобразователь электрической энергии в пневматическую и пневматической в электрическую).

         Измерительное устройство зафиксирует величину параметра, сигнальное устройство обеспечит подачу светового или звукового сигнала и включение электрических сетей исполнительных органов. Исполнительные органы вызывают соответствующее перемещение запорных, отсекающих или стравливающих органов. Таким образом, схема защиты обеспечивает прекращение подачи продукта или теплоносителя в аппарат, стравливающий или аварийный слив продукта через стравливающие органы.

         Так, при чрезмерном повышении уровня продукта или давления в аппарате, хранилище или цистерне с горючей жидкостью, газом, схема защиты автоматически останавливает насос, компрессор или открывает предохранительный стравливающий клапан, и давление снижается до необходимой величины.

         При повышении температуры в аппаратах выше допустимой прекращается подача теплоносителя или активного реагента. В случае разрыва технологических коммуникаций и трубопроводов с горючим продуктом автоматически отключаются поврежденные участки, агрегаты, насосы и компрессоры и предотвращается распространение аварии на другие участки.

         В технологических аппаратах, в которых одновременно применяют горючие газы и воздух, во избежание образования взрывоопасных концентраций в случае прекращения подачи газа автоматически прекращается подача воздуха.

         Основными элементами схем автоматической блокировки  являются те же элементы, которые применяют в схемах защиты, но отличающиеся характером взаимодействия.

         Схемы блокировки, как правило, индивидуальны и мало похожи одна на другую, но сущность их действия аналогичны во всех случаях.

3. Понятие надежности. Отказ систем и их классификация.

         Автоматизация технологических процессов и необходимость создания средств автоматики, удовлетворяющих потребностям производства, охватывает ряд больших и сложных проблем.

         Среди множества больших проблем, возникших с развитием систем комплексной автоматизации непрерывных химико-технологических процессов, важнейшей является проблема надежности этих систем. Надежность – это основная проблема современной техники и имеет общегосударственное значение.

         Под надежностью понимают свойство системы (или ее элементов) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность системы обуславливается прежде всего ее безотказностью, т.е. свойством сохранять работоспособность в течение некоторого времени (или некоторого объема) без вынужденным перерывов.

         В некоторых случаях к надежности систем автоматического управления предъявляют требования, не связанные с экономическими соображениями. Это относится к таким процессам, остановка которых связана с человеческими жертвами, взрывами и т.д.

         Один из возможных путей увеличения надежности систем автоматизации – это создание благоприятных условий для эксплуатации датчиков, регуляторов и других элементов систем.

         Принято считать, что надежность систем автоматического управления закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и выявлении в эксплуатации.

         Одним из основных понятий в теории надежности является отказ. Отказом называется событие, после выполнения которого определяющие характеристики систем выходят за допустимые пределы, в результате этого система не выполняет возложенные на нее функции. Момент наступления отказа не может быть заранее определен, он является случайным. Отказы могут быть независимыми и зависимыми, появляющимися при отказе других элементов.

         Отказы делятся на внезапные и постепенные, возникающие вследствие постепенного изменения характеристик элементов.

         По степени нарушения нормального функционирования системы, различают полные и частичные отказы.

         В зависимости от возможных последствий отказы разбиваются на обратимые и необратимые.

         По характеру устранения отказы разделяются на окончательные и перемежающиеся, самоустраняющиеся.

         Различают отказы конструкционные, технологические и эксплуатационные. Все понятия применимы и к отдельным элементам, из которых состоят автоматические системы.

4. Количественные характеристики надежности

         Для оценки надежности необходимо ввести количественные характеристики, имеющие вероятностный характер. Математической основой теории надежности служит теория вероятностей и математическая статистика.

         Вероятностью отсутствия отказа называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности работы отказ не возникает, а вероятностью отказа – вероятность того, что при этих условиях в течение заданного времени отказ возникает.

         В теории надежности плотность распределения времени работы системы до отказа называется частотой отказов.  По статистическому определению частота отказов является отношение числа систем, отказавших в единицу времени, к числу всех испытуемых систем при условии, что они не восстанавливаются и не заменяются исправными.

         Интенсивность отказов является условной плотностью распределения времени отказа, представляющей собой мгновенную частоту отказов системы в момент времени при условии отсутствия отказов до этого момента.

         При условии, что каждый отказ устраняется каким-либо способом, можно говорить о числе отказов, происходящих в рассматриваемой схеме в течение некоторого промежутка времени, а также о среднем времени между отказами, называемом еще наработка на отказ. Теоретически выделяются два предельных случая:

а) наработка на отказ подчиняется нормальному закону распределения с дисперсией, близкой нулю;

б) наработка на отказ подчиняется экспоненциальному закону распределения (закон редких явлений).

5. Методы резервирования элементов и систем.

         При построении сложных систем проблема надежности выдвигается на первый план, так как увеличение числа элементов, повышение сложности систем, почти всегда связано со снижением ее надежности.

         Для обеспечения и поддержания надежности систем на требуемом уровне используются следующие методы:

         выбор наиболее простого конструктивного и схемного решения в каждом конкретном случае;

         выбор наиболее надежных элементов;

         создание благоприятного режима работы элементов, правильный подбор параметров;

         использование унифицированных узлов и элементов, выпускаемых специализированными предприятиями;

         соблюдение технологического процесса, технический контроль и общая культура производства при изготовлении устройства;

         разработка рациональных методов эксплуатации;

тренировка элементов перед их использованием;

резервирование.

         Резервирование заключается в том, что в систему вводятся избыточные элементы, выполняющие те же функции, которые возлагаются и на основные. Так как введение избыточных элементов может привести к снижению надежности, большое значение имеет выбор рациональных методов и способов резервирования. Выделяют следующие методы резервирования, отличающиеся один от другого способом включения резервных устройств: постоянное резервирование и резервирование с использованием логических схем.

         При постоянном резервировании все резервные устройства постоянно включены в схему, отказ одного или нескольких устройств не влияет на работу всей системы, а отказавшее устройство до момента ремонта остается включенным. Недостатком постоянного резервирования является изменение параметров схемы и режимов работы, а также трудности, возникающие при учете вида отказов.

         Резервирование применением логических схем позволяет избежать указанные недостатки постоянного резервирования. К нему относится резервирование замещением, с использованием схем совпадений или восстанавливающих устройств, с самонастройкой параметров и перераспределением функций элементов.

         Общее резервирование заключается в резервировании всей системы, в общем случае состоящей из n элементов.

         В зависимости от режимов работы различают три вида резервирования: нагруженный, ненагруженный и облегченный.

6. Количественное обеспечение безаварийности при отказах технологической аппаратуры.

         Для количественного обеспечения безаварийности при интенсификации потенциально опасных процессов можно использовать функциональную надежность минимально необходимых обслуживающих систем, а также специальное противоаварийное резервирование. Противоаварийными резервами могут служить любые системы, действие которых направлено на предотвращение аварий – всевозможные ограничители, предохранительные клапаны, противовзрывные мембраны, более развитие системы автоматической защиты и др.

         С точки зрения аварийности наиболее неблагоприятными являются периодические процессы, что обусловлено большими загрузками реагентов в периодические реакторы и изменением статических и динамических свойств объектов в ходе реакции.

         Различные неисправности технологической аппаратуры, обслуживающей потенциально опасные процессы химической технологии, могут явиться причина перехода процессов в аварийные режимы.

         Основной причинной отказов технологической аппаратуры является износ. Это приводит к изменению надежности технологических аппаратов, устройств и систем от одного рабочего периода к другому при одинаковой продолжительности периодов, что влечет за собой соответствующее изменение результирующей вероятности отсутствия аварий процесса.

         Авария может возникнуть только в течение рабочих периодов, в начале которых аппаратура. Определяющая безаварийность процесса, находится в исправном состоянии.

7. Противоаварийная надежность систем автоматической защиты.

         Эффективные системы автоматического регулирования потенциально опасных процессов, как правило, оказываются достаточно сложными, состоящими из большого числа элементов и функциональных устройств. Системы автоматической защиты обычно являются простейшими системами позиционного действия.

Эффективность работы систем автоматической защиты определяется двумя показателями:

1) вероятностью результативного срабатывания в случае возникновения предаварийной ситуации;

2) вероятностью отсутствия срабатывания при нормальном протекании защищаемого процесса.

         Использование систем автоматической защиты при проведении потенциально опасных процессов имеет целью понизить вероятность аварии при наименьших экономических затратах.

Заключение: Автоматизация производственных процессов, являясь одним из самых прогрессивных направлений новой техники, имеет не только большое экономическое и социальное значение, но и играет большую роль в обеспечении условий безопасности на предприятии.

         Автоматика дает возможность осуществлять такие технологические процессы, обслуживание которых человеком исключается вследствие их вредности, опасности или недоступности. Использование систем автоматической защиты при проведении потенциально опасных процессов имеет целью понизить вероятность аварии при наименьших экономических затратах.

Вопросы по теме:

1. В чем заключается автоматизация производственных процессов?
2. Что такое надежность?
3. Суть систем автоматической защиты?

Используемая литература:

1. «Основные правила безопасной работы в химической лаборатории», М., «Химик», 1964
2. Охрана труда и техника безопасности в химической промышленности». Сборник новых нормативных материалов. М., «Химик», 1974.

{/spoilers}