Автоматизация технологических процессов в теплоэнергетике и теплотехнике

Введение

С постоянным ростом экономики с параллельно возрастающими темпами производственной автоматизации, а также внедрением повсеместно автоматизированных систем, возникает спрос на продукцию, способную предоставить возможность добиться более максимальной прибыли от систем автоматизации и связанной с ней продукции при этом затрачивая более меньшие суммы на их установку и поддержание.
Эти явления привели к очень интенсивному росту рынка, занимающемуся системами автоматизации и автоматического управления. Без сомнения можно заявить о том, что наибольшую роль в автоматизированных процессах играют не только исполнительные механизмы и автоматика, но и ПО (программное обеспечение) связующее и предоставляющее данные для работы этих систем, также связанное с построением верхнего уровня автоматизации.
На сегодняшний день, из-за большого числа фирм, занимающихся разработкой автоматизированных систем и широкого направления автоматизации, рынок имеет огромное множество систем диспетчерского управления, а также сбора данных (далее SCADA).
Наибольшая функциональная комплектация и пакеты предоставляются от SCADA систем. Данные системы создают не только сложность при их выборе, но и последующее освоение с повсеместными затратами на их поддержание.
Данные системы имеют возможность модернизироваться со временем, а также укомплектовываться в более мощные и инновационные функции, что способно привести к замене устаревших версий на более новые.
Часто бывает, что большинство функций, предоставленных в комплекте вовсе не используются, либо же используются крайне редко при этом без особой необходимости.
SCADA обладает широчайшей функциональной базой, именно поэтому разработчики могут требовать наличие специальных защитных программ с целью обеспечения безопасности их программному обеспечению и сохранности данных.
Многие такие системы, имея относительно простой интерфейс, и при этом интуитивно понятного пользователю, требуют от человека предварительной подготовки при работе с системой, а это в свою очередь требуется материальных и временных вложений.
Следует учитывать, что хоть современные системы и предлагают установку «под ключ», но полное обучение и модернизация при необходимости такой системы автоматического управления будет стоить намного выше.
Основной целью данной работы является изучение автоматизации технологических процессов в теплоэнергетике и теплотехнике.
Для достижения данной цели выделим следующие задачи:
- изучить основные понятия, связанные с автоматизированным производством;
- изучить автоматизация технологических процессов;
- определить роль рассматриваемых процессов в сфере теплоэнергетики и теплотехнике.

1 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ

1.1 Определение автоматизации процессов

На современном уровне развития автоматизация процессов представляет собой один из подходов к управлению процессами на основе применения информационных технологий. Этот подход позволяет осуществлять управление операциями, данными, информацией и ресурсами за счет использования компьютеров и программного обеспечения, которые сокращают степень участия человека в процессе, либо полностью его исключают.
Ключевой целью автоматизации процессов является повышение качества исполнения процесса. Автоматизированный процесс обладает более стабильными характеристиками, чем процесс, выполняемый в ручном режиме. Во многих случаях автоматизация процессов позволяет повысить производительность, сократить время выполнения процесса, снизить стоимость, увеличить точность и стабильность выполняемых операций.
На сегодняшний день автоматизация процессов охватила многие отрасли промышленности и сферы деятельности: от производственных процессов, до совершения покупок в магазинах. Вне зависимости от размера и сферы деятельности организации, практически в каждой компании существуют автоматизированные процессы. Процессный подход предусматривает для всех процессов единые принципы автоматизации.

1.2 Принципы автоматизации процессов

Несмотря на то, что автоматизация процессов может выполняться на различных уровнях, принципы автоматизации для всех уровней и всех видов процессов будут оставаться едиными. Это общие принципы, которые задают условия эффективного выполнения процессов в автоматическом режиме и устанавливают правила автоматического управления процессами.


Рисунок 1 – Основные принципы автоматизации

Основными принципами автоматизации процессов являются:
принцип согласованности. Все действия в автоматизируемом процессе должны быть согласованы между собой и со входами и выходами процесса. В случае рассогласования действий может произойти нарушение выполнения процесса.
принцип интеграции. Автоматизируемый процесс должен иметь возможность интегрироваться в общую среду организации. На различных уровнях автоматизации интеграция выполняется по-разному, но суть принципа остается неизменной. Автоматизация процессов должна обеспечивать взаимодействие автоматизируемого процесса с внешней средой (по отношению к этому процессу).
принцип независимости исполнения. Автоматизируемый процесс должен выполняться самостоятельно, без участия человека, либо с минимальным контролем со стороны человека

. Человек не должен вмешиваться в процесс, если процесс выполняется в соответствии с установленными требованиями.
 
Перечисленные общие принципы детализируются в зависимости от рассматриваемого уровня автоматизации и конкретных процессов. Например, автоматизация производственных процессов включает в себя такие принципы как принцип специализации, принцип пропорциональности, принцип непрерывности и т.д.

1.3 Автоматизация производственных процессов

Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.
Основа автоматизации технологических процессов — это перераспределение материальных, энергетических и информационных потоков в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности).
Основными целями автоматизации технологических процессов являются:
Повышение эффективности производственного процесса.
Повышение безопасности.
Повышение экологичности.
Повышение экономичности.
Достижение целей осуществляется посредством решения следующих задач:
Улучшение качества регулирования
Повышение коэффициента готовности оборудования
Улучшение эргономики труда операторов процесса
Обеспечение достоверности информации о материальных компонентах, применяемых в производстве (в т.ч. с помощью управления каталогом)
Хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях
Автоматизация технологических процессов в рамках одного производственного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием.
Как правило, в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Может иметь связь с более глобальной Автоматизированной системой управления предприятием (АСУП).
Под АСУТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций технологического процесса на производстве, в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт.
Термин «автоматизированный» в отличие от термина «автоматический» подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций.
Составными частями АСУТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Как правило АСУТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства.
В связи с различностью подходов различают автоматизацию следующих технологических процессов:
Автоматизация непрерывных технологических процессов (Process Automation)
Автоматизация дискретных технологических процессов (Factory Automation)
Автоматизация гибридных технологических процессов (Hybrid Automation)


2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНИКЕ

2.1 Общие сведения о автоматизации в теплоэнергетике и теплотехнике

Для энергетической отрасли чрезвычайно важным аспектом автоматизации является внедрение новых средств измерения и передовых технологий учета энергии и энергосбережения. Современные системы АСУ ТП на предприятиях энергетического комплекса выполняют следующие функции: контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.
Следующим уровнем автоматизации энергетики является разработка корпоративных информационных систем, пронизывающей все уровни управления предприятием. Речь идет о следующих уровнях:
Уровень контроля и управления технологическими процессами — цехами, участками, технологическими линиями и др.;
Уровень производственной деятельности (руководители производства, службы главного механика, главного технолога и др.); на этом уровне необходима поддержка пооперационного планирования, контроля оборудования, контроля производительности;
Уровень финансово-хозяйственной деятельности; здесь мы говорим о коммерческой стороне деятельности предприятия, где необходима поддержка финансового учета, логистики, планирования в масштабах целого предприятия так далее.
Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п