Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1) - файл n9.doc

приобрести
Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1)
скачать (9016.4 kb.)
Доступные файлы (17):
n1.doc46kb.18.11.2005 17:46скачать
n2.doc58kb.15.09.2005 17:47скачать
n3.doc579kb.15.09.2005 17:53скачать
n4.doc156kb.23.09.2005 15:53скачать
n5.doc2168kb.22.09.2005 17:12скачать
n6.doc2364kb.19.09.2005 19:56скачать
n7.doc924kb.22.09.2005 17:30скачать
n8.doc1702kb.22.09.2005 17:30скачать
n9.doc817kb.16.09.2005 17:25скачать
n10.doc741kb.22.09.2005 17:34скачать
n11.doc346kb.16.09.2005 18:00скачать
n12.doc982kb.28.09.2005 17:16скачать
n13.doc12969kb.22.09.2005 19:58скачать
n14.doc271kb.16.09.2005 21:02скачать
n15.doc286kb.23.09.2005 16:52скачать
n16.doc259kb.23.09.2005 16:00скачать
~WRL0532.tmp

n9.doc

  1   2   3   4
Глава 7

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ


7.1. Особенности управления пожаро- и взрывоопасными
технологическими процессами


Среди большого числа технологических процессов можно выделить группу пожаро- и взрывоопасных, которые при определённых условиях, возникающих вследствие нарушения требований регламента, выходят в аварийные режимы с последующими взрывами и пожарами. Такие технологические процессы являются пожаро- и взрывоопасными и могут протекать в двух различных режимах:

I – нормальном функционировании;

II – предаварийном состоянии.

В режиме нормального функционирования технологического процесса различают три состояния (рис. 7.1):

нормальное протекание процесса, когда все определяющие параметры соответствуют заданным (рис. 7.1; Iб);

отклонение определяющих параметров в сторону уменьшения опасности (рис. 7.1; Iа;);

отклонение определяющих параметров в сторону увеличения опасности (рис. 7.1; Iв).

Рис. 7.1. Состояния пожаро- и взрывоопасного технологического процесса:

I – нормальный режим; II – предаварийное состояние;

III – остановка процесса; IV – аварийное состояние
При этом все отклонения в режиме I находятся в заданных пределах, обусловленных необходимой точностью поддержания определяющих параметров. При нарушении технологического режима процесс переходит в предаварийное состояние (II), характеризующееся значительными отклонениями параметров от заданных пределов в сторону увеличения опасности. В предаварийном состоянии, характерном для процессов, можно выделить две фазы: в первой фазе (рис. 7.1, IIа) возможен возврат процесса к нормальному режиму, во второй (рис. 7.1, IIб) развитие аварийной ситуации становится необратимым. В последнем случае необходимо прекратить ведение процесса (III). Если не принять мер, способствующих прекращению развития аварийной ситуации и возвращению процесса к режиму нормального функционирования, то возникает авария (IV), имеющая различные последствия (загазованность помещения и территории объекта, взрыв, пожар и т.п.). Особенность протекания пожаро- и взрывоопасных технологических процессов предопределяет требования к АСУ такими процессами.

Для обеспечения управления технологическими процессами в пред-
аварийном режиме АСУТП должны включать, кроме систем автоматического контроля (АСК), регулирования (АСР), систем сигнализации (АСС), системы автоматической защиты (АСЗ) (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Схема управления потенциально пожаро- и взрывоопасным
технологическим процессом:

АСР – автоматическая система регулирования; АСК – автоматическая система контроля;

АСЗ – автоматическая система защиты; АСС – автоматическая система сигнализации:

1 – режим работы АСЗ на предотвращение аварии; 2 – режим работы АСЗ
по ликвидации аварии
В предаварийном режиме, который наступает, когда АСР не может справиться с возвратом процесса к нормальному режиму или вследствие отказа АСР, процесс управляется АСЗ. Она должна обеспечить безаварийное ведение процесса либо путём его возврата в нормальный режим 1, либо путём его остановки 2. Если входные параметры АСР выбираются исходя из условий оптимизации производства, то входные параметры АСЗ (параметры защиты) должны характеризовать нахождение объекта в
предаварийном режиме.

Таким образом, АСУ пожаро- и взрывоопасными технологическими процессами может быть реализована путём создания автономных АСР, АСК, АСС, и АСЗ (см. рис. 7.2) или применением автономных АСР, АСЗ и управляющей вычислительной машины (УВМ).

7.2. Общие принципы построения систем автоматической защиты

Системы автоматической аварийной защиты представляют собой совокупность элементов и устройств, с помощью которых контролируются параметры процессов, протекающих в защищаемом объекте, и выдача сигналов в критических ситуациях и использование их для предотвращения аварий, взрывов и пожаров путём переключения режима работы объекта, остановки оборудования, проведения аварийного стравливания или слива горючего вещества, вызова обслуживающего персонала и выдачи ему необходимой информации о причинах и обстоятельствах возникновения отклонений от нормальной работы.

В функции АСЗ входит анализ предаварийного состояния и степени развития аварийной ситуации, а также выбор управляющих защитных воздействий.

В зависимости от конкретных условий применения АСЗ должны обеспечить:

возможность обнаружения любых опасных ситуаций в объекте защиты по контролируемой совокупности параметров;

прекращение хода контролируемого процесса в опасном направлении для любой возможной аварийной ситуации в объекте защиты;

высокое быстродействие, создающее возможность своевременного выполнения противоаварийных действий;

высокую чувствительность к контролируемому параметру;

стабильность характеристик во времени, т.е. сведение к минимуму влияния таких явлений, как старение и утомляемость отдельных элементов;

минимальное влияние внешних факторов (температуры, влажности, атмосферного давления, ударов, операций, электрических помех и т.п.);

минимальное обратное влияние на объект защиты при нормальных значениях контролируемого параметра;

безотказность в условиях длительной непрерывной работы (устройства защиты должны обладать более высокой надёжностью, чем объект защиты);

высокую перегрузочную способность;

взаимозаменяемость (повторимость характеристик), обеспечивающую возможность замены вышедших из строя элементов без существенной перестройки системы защиты;

возможность использования стандартных и унифицированных элементов;

взрывонепроницаемость;

удобство и простоту монтажа, настройки и обслуживания;

минимальное потребление энергии в дежурном режиме.

Несмотря на большое разнообразие устройств защиты, применяемых в различных областях техники, они строятся по общим законам и в них почти всегда удаётся выявить следующие основные элементы; ИАС – индикаторы аварийных ситуаций; ИП – измерительные преобразователи; УС– устройства сравнения; УПУ – усилительно-преобразующие устройства; ЛУ – логические устройства; ИМ – исполнительные механизмы; ЗУ– задающие устройства.

На рис. 7.3 приведена блочная схема устройства защиты. В индикаторе аварийных ситуаций текущее значение контролируемого параметра, воспринимаемого ИП, сравнивается в УС с заданием, которое задаётся задатчиком и определяет допустимые граничные значения.






Рис. 7.3. Блочная схема устройства защиты
В устройствах защиты систем программного управления задание может автоматически изменяться от этапа к этапу программы. Для этого используются либо команды программного устройства системы управления, либо собственное программное устройство систем защиты. В устройствах происходит обнаружение признаков аварийной ситуации и формируется сигнал о наступлении этого события. При этом признаком аварийной ситуации может быть не только выход параметра за определённые пределы, но и сохранение величины сигнала на выходе датчика в течение заданного интервала времени, закономерность чередования различных сигналов, экстремальное значение одного сигнала из некоторой совокупности и т.д.

Сигнал, полученный на выходе схемы сравнения, чаще всего не может непосредственно воздействовать на исполнительные органы. В этих случаях сигнал предварительно подаётся на усилительно-преобразующие устройства, в которых в зависимости от необходимости могут осуществляться усиление или преобразование сигнала, стабилизация отдельных параметров схемы и т.п. Решение математических и логических задач, запоминание обнаруженных признаков событий, распределение сигнала от одного индикатора аварийных ситуаций к нескольким исполнительным органам или от нескольких индикаторов к одному исполнительному органу осуществляется управляющим логическим устройством УЛУ.

Сигналы индикатора аварийных ситуаций после усиления и преобразования приводят в действие исполнительные механизмы, которые в общем случае выполняют следующие функции:

предотвращают возможность аварии, взрыва или пожара путём выключения источника энергии, остановки оборудования, изменения режима его работы и т.п.;

оповещают обслуживающий персонал о достижении контролируемыми параметрами предельных значений (максимальных или минимальных), происходящих переменах в ходе производственного процесса, возникновении опасных режимов работы или состояний объектов защиты, причинах и характере аварийных ситуаций;

регистрируют предаварийные и аварийные режимы для последующего выяснения обстоятельств, приводящих к нарушению нормального хода процесса.

В результате срабатывания отключающих, переключающих и других исполнительных органов контролируемый параметр приобретает нормальное значение. После этого исполнительные органы выключаются. Однако если причина аварийной ситуации не была устранена, то вскоре контролируемый параметр опять приобретает недопустимое значение и защита срабатывает вновь и т.д.

Для исключения возможности многократного включения и отключения защиты вблизи заданного предельного значения параметра исполнительные органы после срабатывания обычно блокируются, например, путём самоблокировки реле, включающего исполнительные органы, с помощью механических защёлок или введением обратной связи, которая приводит к скачкообразному приближению значения задания к норме. После устранения причины возникновения опасных режимов блокировки снимаются или вручную, например кратковременным нажатием кнопки, отключающей питание, или автоматически по сигналам реле времени, программных устройств и т.д.

Для обеспечения высокой надёжности системы защиты часто снабжаются постоянно или периодически действующими цепями проверки работоспособности отдельных элементов и защитных устройств в целом. При защите сложных объектов контролируется несколько параметров. При этом контроль может быть непрерывный или последовательный.

В случае непрерывного контроля система защиты может состоять из нескольких (по числу контролируемых параметров) постоянно включённых автономных устройств защиты, построенных по схеме(см. рис. 7.3), причём общими у них могут быть только выключающие, переключающие и другие исполнительные органы, а также сигнализаторы, привлекающие внимание обслуживающего персонала. Сигнализация характера и причины аварийной ситуации обычно производится отдельными для каждого контролируемого параметра элементами.

При последовательном контроле в одних и тех же задающих, сравнивающих, усилительных, логических, преобразующих и других элементах производится поочередная обработка исходной информации, получаемой от большого числа датчиков контролируемых параметров. Для того чтобы сигналы разнородных датчиков можно было обрабатывать в общих узлах, их предварительно унифицируют. Поочерёдно подключение датчиков к входу, а исполнительных органов – к выходу общих узлов производится с помощью синхронно работающих входного и выходного переключателей. Конструктивно эти переключатели нередко объединяются в один обегающий переключатель, который одновременно коммутирует ряд цепей в схемах, программных устройствах и т.д.

Системы защиты с последовательным (обегающим) контролем имеют меньший объём аппаратуры по сравнению с системами непрерывного контроля, однако они не всегда удовлетворяют требованиям быстродействия и надёжности.

Существует три вида АСЗ в зависимости от алгоритма защиты, определяемого сложностью процесса, многообразием аварийных ситуаций и т.д.: простые АСЗ, АСЗ с развитой логической частью и адаптивные АСЗ.

Простые АСЗ построены так, что повышение или понижение параметра, по которому ведётся защита, до предельного значения вызывает управляющее исполнительное воздействие (см. рис. 7.3).

Структурная схема АСЗ с развитой логической частью, реализующая сложный алгоритм защиты, приведена на рис. 7.4.

В функции логического устройства (ЛУ) входит приведение в действие исполнительных устройств по определенному алгоритму. Это устройство может реализовать различные функции ИЛИ, НЕ, И, "ЗАПРЕТ" и т.д., а в общем виде следящее логическое устройство должно реализовать функцию:

,
(7.1)

где x1, x2, x3, , xn – состояние системы измерительных преобразователей, принимающих после прохождения устройств сравнения значения 0 или 1; y1, y2, y3, , ym – состояние системы исполнительных механизмов, которые также могут принимать значения 0 или 1.

Рис. 7.4. Блочная схема АСЗ с развитой логической частью
Приведенные уравнения описывают алгоритм защиты потенциально опасного процесса от аварии. Следует иметь в виду, что составлению каждой логической функции предшествует исследование технологического процесса, а характерное отличие АСЗ, реализующих такие функции, - наличие двух ступеней защитных воздействий (см. рис. 7.2). Как видно из схемы, АСЗ на первой ступени принимает меры к возврату процесса в режим нормального функционирования, а в случае усложнения обстановки, невзирая на принятые меры, когда возврат уже неосуществим, АСЗ второй ступени останавливает процесс.

Наиболее сложным типом системы автоматической защиты являются адаптивные АСЗ, созданные для решения сложных, развитых алгоритмов, основывающихся на строгом математическом описании технологического процесса. При этом математическое описание его должно включать как описание самого процесса с учётом его кинетики, теплового баланса и т.п. в условиях аварийной ситуации, так и состояния после оказания защитного воздействия.

В структурную схему адаптивной АСЗ входят информационные устройства, состоящие из измерительных преобразователей и усилительно-преобразующих устройств, управляющего логического устройства и блока исполнительных устройств.

В функции блока ЛУ такой АСЗ входит обработка информации от ИП по определённому алгоритму, результатом чего является оценка степени развития аварийной ситуации, выбор вида защитного воздействия, соответствующего данной степени развития аварийной ситуации и обеспечивающего безаварийность процесса, и выдача управляющего защитного воздействия на блок ИМ. Разработка адаптивного алгоритма защиты для пожаро- и взрывоопасных технологических процессов по комплексу параметров – сложная задача, требующая затраты больших усилий и усложняющая его реализацию. Нашли применение упрощённые алгоритмы защиты, использующие экстраполяцию функции изменения параметра защиты по первой и второй производной. Так, если за определяющий параметр защиты выбрано давление в реакторе, то при составлении алгоритма защиты "аварийный сброс" и при допущении, что уменьшение реакционной массы не оказывает существенного влияния на изменение давления при сбросе, этот алгоритм можно записать:

. (7.2)

Схема АСЗ, реализующая такой алгоритм, показана на рис. 7.5.



Рис. 7.5. Блочная схема, реализующая адаптивный алгоритм защиты

  1   2   3   4


Глава 7
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации