Станислав Горобченко - Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

В конце материалов мы попробуем спрогнозировать дальнейшие шаги в развитии регулирующей арматуры, контуров регулирования и технических средств автоматизации. Вы узнаете о типовых ошибках в развитии контуров регулирования, и какие ресурсы можно найти для их усовершенствования в рамках сложившихся и проектируемых технологических процессов.

В 1869г. на бумагоделательной машине (БДМ) производилось 0,6т бумаги в сутки при скорости 11 м\мин. В настоящее время на газетных бумагоделательных машинах производится свыше 100-120 т\сут при рабочей скорости более 850-900 м\мин. Заметная разница, не так ли? Бумагоделательные машины, пройдя стадию развития непрерывности процесса, от формирования основных компонентов, перейдя в механизированную линию непрерывного действия и дойдя до стадии дальнейшего совершенствования как линии автоматического действия, в настоящее время являются в большей части системами с автоматическим управлением технологическим процессом.

Рис. 1. Первые бумагоделательные машины по [1]

В соответствии с предложенной Каменевым и Кугушевым (1) стадийностью развития БДМ их развитие может быть разбито на 3 этапа. 1-й этап – этап формирования БДМ как технологической линии. 2-й этап – механизация и автоматизация основных процессов. 3-й этап – превращение БДМ в систему взаимосвязанных автоматических машин.

Что же произошло внутри машины, и как это было связано с развитием контуров регулирования? Современные высокоскоростные БДМ достигли такого уровня, когда они состоят из нескольких основных технологических агрегатов, множества трубопроводов с насосами и бесчисленного количества клапанов, арматуры и КИП, в основном объединенных в контуры регулирования или отсечки. И именно поэтому их можно рассматривать как комплекс взаимосвязанных узлов регулирования, обеспечивающих непрерывное поддержание технологического процесса.

Малейший простой таких машин вызывает значительные потери. Например, время простоя крупнейших БДМ и КДМ может превышать 1000 ч в год на одну машину. Есть куда расти. Не в маловажной части это связано и с проблемами с совершенствованием контуров регулирования.

Важной частью современного развития БДМ стало вытеснение человека из процесса работы машины. Если сначала это была просто механизация, затем включение автоматизированных систем для замены действий оператора, то в настоящее время заметен ускоренный переход к включению лабораторных измерений, которые раньше выполнялись многочисленными цеховыми лабораториями, в состав системы АСУ ТП. Этим обеспечивается непрерывный автоматический контроль за показателями работы БДМ. В частности, можно привести пример анализаторов Кайаани (компания Метсо Автоматизация), выполняющих такие функции в составе мощных БДМ.

Значительной тенденцией выступает и требование унификации, что особенно характерно для такого значительного семейства компонентов БДМ, которыми являются регулирующие клапаны и арматура.

С ростом непрерывности процесса и необходимости снижения простоев актуальной стала и проблема надежности, поскольку вероятность разрыва непрерывной цепи в работе БДМ из-за ненадежности любого из составляющих его элементов высока. Достаточно привести пример из общей теории надежности. Система, состоящая из 100 последовательных элементов с высокой вероятностью безотказной работы равной 0,99, будет в целом иметь безотказность работы всего 0,34. Регулирующие клапаны как наиболее массовые элементы БДМ должны обладать повышенной надежностью. Она является наиболее осознанной в настоящее время характеристикой клапана. Примером этому является то, что, несмотря на множество регулирующих клапанов–заменителей, опытные специалисты бумажники отдают предпочтение надежным клапанам Neles. В настоящее время их доля на мировом рынке для регулирования процессов ЦБП превышает 60%.

Рост единичной мощности машин также вызывает необходимость повышения надежности. Опыт развития параметров машин показывает, что при анализе соотношения выбора: ширина или скорость машины? относительный приоритет будет иметь скорость.

С ростом скорости и непрерывности процесса возникает необходимость повышенной управляемости машины. В табл.1 приведена степень управляемости машины, т.е. отношение количества автоматизированных операций к их общему числу, характерных для российской ЦБП.

Табл. 1 Степень управляемости отечественных БДМ на примере машины Б-15 для выработки газетной бумаги при скорости 800м\мин. (1)

Современные машины имеют высокую степень автоматизации (65%), не только на установившихся, но и переходных режимах работы. Однако уже здесь начинают проявляться и противоречия между скоростями выполнения команд, качеством и помехоустойчивостью сигналов и требованиями по регулированию технологических процессов, сложностью управления по многим параметрам.

Так, одной из функциональных особенностей машины является одновременное выполнение множества операций и их функциональная взаимозависимость. В современных условиях оператор уже не способен решать такие задачи. Например, для обеспечения выпуска бумаги с заданными допусками массы 1м 2на определенной скорости, требуется одновременное управление целым рядом взаимосвязанных параметров технологического процесса (качественные показатели суспензии, параметры работы напорного ящика вакуумной системы, системы подачи пара и удаления конденсата, влажности, регулирования скорости и т.п.). Выполнение операторами этих функций практически невозможно из-за низкого быстродействия и субъективных ошибок. На малых предприятиях часто выходом из положения является записная книжка обер-машиниста, где указано положение основных клапанов для определенных сортов бумаги. Однако даже на малых предприятиях это не может быть выходом из положения.

Проблемой является растущая интенсификация операций размола, сортирования, напуска и далее обезвоживания, прессования и сушки. Это приводит к значительной энергоемкости и требованию снижения необоснованных технологических и энергетических потерь.

СКОРОСТЬ ИЛИ ШИРИНА?

Скачки в развитии БДМ и КДМ достигались как изменением ширины, так и скорости машины. Динамика их изменения приведены в табл. 2.

Табл. 2. Изменение скорости (V м\мин) и ширины (В, мм) действующих газетных БДМ и КДМ за период 1920-2000 г.г.