- 1 -
Tempusprojekt: 516678 TEMPUS-1-2011-1-DE-TEMPUS-
JPCR:
ANPASSUNG DES LEHRBETRIEBS AN DEN BOLOGNA
PROZESSIM INGENIEURSTUDIUM FÜR
ASERBAIDSCHAN
Vorlesungsskript: Prozessleitsysteme (PRLS)
Für die Master -Studiengänge:
Automatisierungstechnik und Elektrische
Energietechnik
Prosesl
ərin idarə edilməsi
Dr. Ing. Mammadova Afag (AzTU)
Baku 2015
- 2 -
Einführung
1.1 Überblick
1.2Gliederung
1.3Zerlegungsprinzip
2.Aufgabe aus der Verfahrenstechnik
2.1.Prozess und Verfahren
2.1.1.Begriffe zur Anlagenstrukturierung
2.1.2.Darstellungsformen
2.2.Anlagen
2.2.1.Begriffe zur Anlagenstrukturierung
2.2.2.Anlagenkonzepte
2.2.3.Darstellungsformen
2.3Produktionsmethoden
2.4.Beispiel
3.Augabenstellungen für die Prozessleittechnik
3.1Aufgaben nach DIN
3.2.Das Ebenenmodell der Produktion
3.3Geschichtliche Entwiicklung der Prozeßleittechnik
4.Sensor-und Aktorsysteme
4.1Allgemeine Betrachtungen zu Sensorsystemen
4.1.1. Struktureller Aufbau
4.1.2.Kennwerte
4.1.3.Kommunikation zwischen Sensorsystem und
Ausgabegereät
4.2 Taxonomie der Sensorsysteme
4.3 Temperaturmeßtechnik
4.3.1 Übersicht über die Verfahren
4.3.2 Widerstandsthermometer
4.3.3 Thermoelemente
4.3.4 Strahlunspyrometer
- 3 -
4.4 Druckmessung
4.5 Durchflußmeßtechnik
4.5.1 Meßverfahren
4.5.2 Wirkdruckverfahren
4.5.3 Schwebekörperverfahren
4.5.4 Magnetisch-induktive Durchflußmessung(MID)
4.5.5 Mechanische Volumenzähler
4.5.6 Wirbel-Durchflußmessung
4.5.7 Ultraschall-Durchflußmessung
4.5.8 Coriolis-Massedurchflußmessung
4.5.9 Thermische Massedurchflußmesser
4.6 Drehzahlmessung
4.7 Füllstandsmessung
4.7.1 Schwimmerverfahren
4.7.2 Verdränger-Verfahren
4.7.3 Wäge-Verfahren
4.7.4 Bodendruck-Verfahren
4.7.5 Elektrothermisches Verfahren
4.7.6 Kapazitätsverfahren
4.7.7Absortionsverfahren.
4.7.8 Echoverfahren
4.8 Gewichtsmessung
4.9 Gas-Chromatographie
4.10 Aktorsysteme
4.10.1 Überblick
4.10.2 Armaturen für Massenströme
5 Regel-und Steuereinrichtungen
5.1 Allgemeine Begriffe
5.2 Signale
5.3 Regeleinrichtungen
5.3.1 Beispiele für Regelstrecken
5.3.2 Anforderungen an Regelungen
- 4 -
5.3.3 Verhalten von Reglern
5.3.4 Strukturen von Regelkreisen
5.3.5 Selbsteinstellende Regler
5.3.6 Reglergerätetechnik
5.3.7 Anfahren von Regeleinrichtungen
5.3.8 Beispiel für eine geregelte Teilanlage
5.4 Steureinrichtungen
5.4.1Klassifizierung von Steuerungen
5.4.2 Aufbau speicherprogrammierbarer Steuerungen
5.4.3 SPS-Programmierung
5.4.4 Funktionsweise
6 Prozeßleitsysteme
6.1 Strukturen von Prozeßleisysteme
6.2 Prozeßnahe Komponente(PNK)
6.2.1 Funktionen
6.2.2 Aufbau
6.3 Anzeige-und Bedienkomponenten (ABK)
6.3.1 Funktionen
6.3.2 Oberfläche für Anlagenbediener
6.3.3 Aufbau einer ABK
6.4 Engineering Workstations (EWS)
6.4.1 Aufgabenstellung
6.4.2 Relationale Datenbanken
6.5 Leitrechnerkomponenten (LRK)
6.6 Nachrichtentransportsystem
6.6.1 Aufbau von Netzwerken
6.6.2 Übertragungsverfahren
6.6.3 ISO-Referenzmodel
6.6.4 Anforderungen in der Prozeßleitebene
6.7 Prozeßleitsystem Advant OCS von ABB
6.7.1 Systemstruktur
6.7.2 System – Software
- 5 -
6.8 Prozeßleitsystem Tactician von Eurotherm
6.8.1 Anforderungen in Labor- und Technikumsanglagen
6.8.2 Systemstruktur
7 Gehobene Prozeßführungsfunktionen
7.1 Rezeptfahweise….
7.1.1Motivation der Rezeptfahrweise
7.1.2 Rezeptbegriff
7.1.3 Rezetausprägungen und-hierarchien
7.1.4 Darstellungsformen
7.1.5 Batch-und Konti- Teilsteuerrezepte
7.1.6 Steuerungskomponenten
7.1.7 Zustände und Betriebsarten
7.1.8 Chargendokumentation
7.1.9 Bedienen und Beobachten
7.1.10 Erstellen und Pflegen von Rezepten
7.2 Gehobene Methoden der Regelungstechnik
7.2.1 Modellbildung
7.2.2 Prädiktorgestützte Verfahren
7.2.3 Zustandsregelung
7.2.4 Fuzzy Control
8 Erhöhung der Sicherheit und Verfügbarkeit
8.1Sicherheits-und Schutzsystem
8.1.1Sicherheitskonzepte
8.1.2 PLT-Einrichtungen
8.1.3 Beispiel für die Überwachung eines Rührkessels
8.2 Verfügbarkeit von PLS-Komponenten
8.2.1 Backup- Und Redundanzkonzepte
8.2.2 Unterbrechungsfreie Stromversorgung
9 Zentrale PLT-Einrichtungen
9.1 PLT- Räume
9.2 Prozeßstromversorgung
9.2.1 Überblick
- 6 -
9.2.2 Verfügbarkeitsforderungen
9.2.3 Hochverfügbare Stromversorgungen mit Unterbrechung
9.2.4 Hochverfügbare Stromversorgungen ohne Unterbrechung
10 Prozeßleittechnische Planung
10.1 Überblick und Ziele
10.2 Abwicklungsphasen
10.2.1 Vorgehensweise im Projekt
10.2.2 Grundlagenermittlung
10.2.3Vorülanung
10.2.4 Entwurfsplanung
10.2.5 Genehmigungsplanung
10.2.6 Kostenermittlung
10.2.7 Ausführungsplanung
10.2.8 Beschaffung
10.2.9 Montage
10.2.10 Inbetriebnahme
10.3 Qualitätssicherung in der Prozeßleittechnik
10.3.1 Begriffe
10.3.2 Validierung von Anlagen
10.4 Planungshilfsmittel
10.4.1 Richtlinien und Festlegungen
10.4.2 Planung mit CAE
Literaturverzeichnis
- 7 -
1. AVTOMATLAŞDIRMANIN TEXNİKİ VASİTƏLƏRİ
HAQQINDA ÜMUMİ MƏLUMAT
1.1. Əsas anlayışlar
Avtomatlaşdırmanın texniki vasitələri fənni texnoloji
proseslərin avtomatlaşdırılmasının element bazasının
öyrənilməsi ilə məşğul olur.
Avtomatlaşdırma – maşınla istehsalın bir mərhələsi olub
idarəetmə funksiyasını insanın əvəzinə avtomatik qurğu vasitəsi
ilə yerinə yetirilməsidir.
Avtomatlaşdırmanın texniki vasitələri fənnini öyrənərkən
bəzi anlayışları nəzərdən keçirək:
Texnoloji idarəetmə obyekti (TİO): TİO, vasitəsi ilə
texnoloji proseslər reallaşdırılan texniki avadanlıqlar
toplusudur .
Element – avtomatlaşdırma sistemlərində element
dedikdə elə məmul başa düşülür ki, bu məmul
konusturuktiv cəhətdən yerinə yetirilmiş (bitirilmiş) olsun
və avtomatlaşdırma sistemində müəyyən bir funksiyanı
yerinə yetirsin.
Avtomatik idarəetmə sistemi (AİS)-AİS dedikdə
texniki qurğuların və proqram – texniki vasitələrin elə
toplusu başa düşülür ki, bunların öz aralarında qarşılıqlı
təsiri nəticəsində hər hansı bir idarəetmə qanunu
(alqoritmi) yerinə yetirilə bilsin.
Avtomatlaşdırılmış idarəetmə sistemi (AvİS):
avtomatlaşdırılmış idarəetmə sistemi insan fəaliyyətinin
müxtəlif sahələrini optimal idarəetmək üçün
imformasiyanın avtomatlaşdırılmış yığımını, emalını və
təqdimatını təmin edən insan – maşın sistemidir.
Müasir istehsalatda yeni fasiləsiz texnoloji proseslərin
üstünlük təşkil etməsi Lokal Avtomatik Tənzimləmə
- 8 -
Sistemindən (LATS) daha mükəmməl olan bir idarəetmə
sisteminin yaranması tələbini zəruri etmişdir. Belə
pirinsipcə yeni idarəetmə sistemi kimi texnoloji proseslərin
avtomatlaşdırılmış idarəetmə sistemi meydana gəlmişdir
(TPA
v
İS). TPA
V
İS yalnız 2-ci və 3-cü nəsil EHM
yaradılması nəticəsində mümküm olmuşdur.
Avtomatlaşdırılmış texnoloji kompleks (ATK):
birlikdə fəaliyyət göstərən TİO və TPA
v
İS avtomatlaşdırılmış
texnoloji kompleks adlanır.
TPA
V
İS Lokal Avtomatik İdarəetmə Sistemindən
əsas fərqləndirən cəhətləri aşağıdakılardır.
- İmformasiya axının daha müasir təşkili.
- İmformasiyanın alınması , emalı və təqdim edilməsi
prosesinin tam avtomatlaşdırılması.
- İdarəetmə prosesində daha effektiv qərarların qəbul
edilməsi üçün operator personalının idarəedici hesablama
maşını (İHM) ilə aktiv dialoqa girmək imkanının olması.
- İstehsalın işə salınması və saxlanması zamanı yüksək
avtomatlaşdırma dərəcəsinin olması.
Qeyd etmək lazımdır ki, avtomatik istehsal sahələrinin
idarə edilməsində insanın iştirakı TPA
V
İS – nə nisbətən
daha az olur . Başqa sözlə TPA
V
İS –də insan kifayət
qədər aktiv iştirak edir.
1.2. AvİS – lərinin əsas funksiyaları
TPA
V
İS idarəetmənin hər hansı bir məqsədini yerinə
yetirilməsinə yönəlmiş fəaliyyətinə TPA
V
İS funksiyası
deyilir. TPA
v
İS funksiyalarına daxildir:
1) İmformasiya təminatı funksiyası – TİO–nin
vəziyyəti haqqında imformasiyanın toplanması, çevrilməsi
və saxlanması.
- 9 -
2) TİO-nin cari vəziyyəti haqqında imformasiyanın
ilkin emalı.
3) Texnoloji parametrlərinin meyillərinin və
avadanlıqların vəziyyət göstəricilərinin verilən
qiymətlərindən fərqlənmələrinin aşkar edilməsi.
4) Ölçülə bilməyən kəmiyyətlərin və göstəricilərin
qiymətlərinin hesablanması ( dolayı ölçmə ,
proqnozlaşdırma və s.).
5) İmformasiyanın operativ əks etdirilməsi və
reqestirasiyası.
6) Operativ personalla imformasiya mübadiləsi.
7) Yüksək ierxialı A
V
İS–i ilə imformasiya
mübadiləsi.
TPA
v
İS özü insan – maşın sistemi olub , texnoloji
obyektin uyğun qəbul edilmiş kriteriya üzrə idarə
olunmasını təmin etmək üçün imformasiyanın avtomatik
yığımını, emalını yerinə yetirməklə idarəedici təsirləri
hazırlayır və realizasiya edir.
Müasir TPA
v
İS – in yaradılması zamanı texnoloji
həllərin ( qərarların) dünya miqyaslı inteqrasiyası ,
unifikasiyası müşahidə olunur.
- 10 -
1.3. Avtomatlaşdırmanın texniki vasitələrinin təsnifatı
Avtomatlaşdırılmanın ümumiləşdirilmiş funksional
sxemi şəkildə 1.1-də göstərilmişdir.
İQ-idarəetmə qurğusu
İS – idarəetmə sistemi
İO – idarəetmə obyekti
ƏK - əlaqə kanalları
TQ – tapşırıq qurğusu
İEQ – imformasiyanı emal edən qurğu
GÇQ – gücləndirici – çevirici qurğu
İƏK – imformasiyanı əks etdirən qurğu
İM – icra mexanizmi
İşO – işçi orqanlar
- 11 -
NQ – nəzarət qurğusu
V – vericilər
İÇ – ikinci çevricilər
Baxılan funksional sxemdə İEQ və GÇQ – ya
adətən mərkəzi işləm qurğusu və ya mərkəzi prosessor
qurğusu adlanır və bütün məntiqi funksiyaları yerinə
yetirir .
V və İÇ isə nəzarət qurğusu adlanırlar.
TQ – dan siqnal İEQ – ya imformasiya daxil
olduqda , imformasiya tapşırılmış
və ya verilmiş alqoritim üzrə emal edilir . GÇQ – da
gücləndirilir və çevrilir . İM – i hərəkətə gətirmək üçün
əmrlər verilir . İM öz növbəsində icra orqanını
(tənzimləmə orqanını ) hərəkətə gətirir . Verici prosesin
gedişi haqqında imformasiyanı alaraq və əgər lazımdırsa
V – nin çıxışında ikinci çevricidə çevrilərək və
güclənərək İEQ - ya ötürülür . Başqa sözlə idarəetmə
alqoritmi TQ-dan və NQ-dan alınan imformasiyalar
əsasında müəyyən edilir .
Funksional sxemə daxil olan elementləri aşağıdakı
kimi açıqlaya bilərik:
1. Nəzarət qurğusu (NQ) və tapşırıq qurğusu (TQ) birlikdə
giriş qurğuları adlanırlar (1.1 və 1.2) .
1.1 Tapşırığı əllə daxil etmə : düymələr ; tumblerlər ;
klaviatura .
1.2 Nəzarət qurğuları : vəziyyət , sürət , təzyiq , qüvvə ,
temperatur , sərf , v. s - vericiləri .
2. Çıxış qurğuları kimi GÇQ , İM-i və İO ola
bilərlər .
2.1. İM-ni idarə edən qurğular : kontaktorlar ;
gücləndiricilər ; maqnit buraxıcıları ; v. s.
- 12 -
2.2. İcra orqanlarını idarə edən qurğular : elektromexaniki
tutqaclar ; elektromexaniki patronlar ; itələyicilər ;
vibrobunkerlər
3. İmformasiyanı emal edən qurğular (imformasiyanı
çevirən və gücləndirən hissəsi): rele ; zaman releləri ;
sayğaclar ; yaddaş qurğuları ; PMM ; PMK ; İEHM .
4. Sənaye şəbəkələri vasitələr: AS – interfeys ;
PROFİBUS ; Ethernet ; Bitbus ; Modbus .
5. İmformasiyanı əks etdirən qurğu (İƏQ):
siqnallama ; göstəricilər.
Qeyd olunanlardan başqa avtomatlaşdırma
sistemlərində mühafizə edici qurğulardan və qida
mənbələrindən istifadə olunur .
6. Mühafizə edici qurğulara : bloklama ;
qoruyucular .
7. Qidalandırıcı mənbələrinə isə : transformatorları
və stabilizatorları misal göstərmək olar .
Avtomatlaşdırmanın əsas inkişaf istiqamətləri
aşağıdakılardır .
1) Avtomatlaşdırma sistemlərinin funksional imkanlarının
artırılması .
- idarəetmə funksiyasına görə sadə işə salma , saxlama
və avtomatik reversləmədən tsiklik proqram və adaptiv
idarə istiqamətində .
- diaqnostika funksiyasına görə dövrənin qırılmasının
indikasiyasından bütün sistemin proqramla testlənməsi
istiqamətində .
- siqnallama funksiyasına görə sadə lampalardan
testli və qrafiki displey istiqa –mətində
- digər sistemlərlə əlaqə funksiyasına görə naqilli
əlaqədən sənaye şəbəkələri istiqamətində .
- 13 -
2) Element bazasının mürəkkəbləşməsi : Bu rele
kontakt sxemlərindən ayrı – ayrı elementlərdən ibarət
yarımkeçirici kontaktsız sistemlərə , onlardan isə inteqral
mikrosxemlərə keçməklə yerinə yetirilir .
Avtomatlaşdırmanın element bazasının inkişaf
mərhələri şəkil 1.2-də göstərilmişdir .
Şəkil 1.2. Element bazasının inkişaf mərhələləri
3) Sərt aparat sxem strukturlarından çevik yenidən
sazlana bilən , proqramlana bilən, strukturlara keçməklə .
4) Adi əllə (qeyri – avtomatik) laihələndirmə üsulundan
avtomatlaşdırılmış laihələndirmə üsuluna keçməklə .
1.4. Sənaye avtomatikası
Müasir sənaye avtomatikası termini dövlət sənaye
cihazları sistemi (DSCS) əsasında müəyyən edilir .
Sənaye avtomatikası texniki vasitələr toplusu olub ,
özüdə ölçmə vasitələrini və avtomatlaşdırma vasitələrini
birləşdirir . Məqsədi imformasiyanı qəbul edərək , emal
etmək və tapşırılmış alqoritm əsasında nəzarət , tənzimləmə
və idarəetmə fəaliyyətlərini yerinə yetirməkdir.
Sənaye avtomatikası vasitələrinə aiddir :
1. Texniki – imformasiya ölçmə vasitələri .
2. Elektron funksional və məntiqi qurğular .
3. İkinci cihazlar və göstəricilər .
4. Tənzimləyicilər və tapşırıq qurğuları .
- 14 -
5. İcra mexanizimləri , rele kontaktor qurğuları daxil
olmaqla .
6. Qida mənbələri .
Qeyd etmək lazimdır ki , aşağıdakı elementlər ölçmə
vasitələrinə aid edilir :
1) Texnoloji və qəza siqnallayıcıları .
2) Avtomatik bloklama və texnoloji müdafiə .
3) Qəza idarəetməsi .
4) İdarəetmə prosesi vəziyyətlərinin və operator işinin
qeydiyatı .
5) Sistemin qurğularının xarici imformasiya sistemləri
ilə əlaqələndirilmənin vasitələri .
1.5. Sənaye avtomatikasının funksional təyinatına
görə təsnifatı
Sənaye avtomatikası funksional təyinatina görə beş
növə bölünür .
1) İstlik energetikası təyinatlı: Burada əsasən temperaturun
, təzyiqin , təzyiq düşgüsünün , səviyyənin , sərfin ölçülməsi ,
tənzimlənməsi yerinə yetirilir .
2) Elektro energetik təyinatlı: Burada cərəyan şiddətinin ,
gərginliyin , elektrik potensialının , elektrik potensiallarının
fərqi , EHQ-nin , aktiv gücün , reaktiv gücün , tam gücün ,
güc əmsalının , tezliyin , induktivliyi , qarşılıqlı – induktivliyin
, elektrik tutumunun , elektrik müqavimətinin ölçülməsı və
tənzimlənməsi yerinə yetirilir .
3) Mexaniki təyinatlı: Xətti və bucaq kəmiyyətlərinin ,
bucaq sürətinin , qüvvə momentinin , qüvvə momentləri
cütünün , məmul sayını , materialların dəyişikliyi ,
- 15 -
vibrasiyaları , səs təzyiqinin , kütlənin və .s ölçülməsi və
tənzimlənməsi .
4) Kimyəvi tərkib təyinatlı: Qaz , maye və bərk
cisimlərin kimyəvi tərkiblərinin ölçülməsi .
5) Fiziki xassələr təyinatlı: Nisbi nəmliyin , elektrik
keçiriciliyinin , sayğacın və .s ölçülməsi və tənzimlənməsi .
1.6. Texniki vasitələrin göstərilmə üsulları
Texniki vasitələrin öyrənilməsi və avtomatlaşdırılmış
sistemlərin laihə edilməsi zamanı texniki vasitələrin
göstərilməsi və təqdim edilməsi müxtəlif üsullarla ola
bilər . Texniki vasitələrin göstərilməsi üçün aşağıdakı
üsullardan istifadə olunur :
1) Konustruktiv üsul - Cihaz və qurğular
maşınqayırma rəsmxəttinin köməyi ilə texniki şəkillər,
ümumi görünüşlər , proyeksiyalar və aksonometriya
şəklində verilə bilər;
2) Sxem üsulu- Bu üsulla göstərmə zamanı hər bir
elektriki , pnevmatik, hidrovlik , mexaniki , elementlər üçün
dövlət standartında şərti işarələr müəyyən edilir və bu
elementlər şərti işarələrlə göstərilir .
3) Riyazi üsul: Bu üsul əsasən proqramla reallaşdırıla
bilən texniki vasitələr üçün tətbiq edilir və aşağıdakı
kimi təqdim oluna bilər .
- tipik dinamiki bəndlərin ötürmə funksiyası şəklində .
- baş verən proseslərin diferensial tənliklərlə
göstərilməsi .
- idarə olunmanın məntiqi funksiyalarla göstərilməsi .
- prosesin gedişini vəziyyət qrafiki ilə , tsikloqramma ilə
, zaman dioqramı ilə göstərilməsi .
- texniki vasitələrin blok sxemlərlə göstərilməsi .
- 16 -
1.7 Dövlət sənaye cihazları sistemi (DSCS)
DSCS – i mürəkkəb şəbəkəli bir sistem olub bir sıra
alt sistemlərə malikdir və onu müxtəlif mövqeylərdə
təsnif etmək olar . DSCS – nin funksional-ierarxiatik və
konustruktiv – texnoloji təsnifatına baxaq .
1.8 DSCS – nin funksional ieraxiatik strukturu
DSCS – i çox şaxəli sistem olub müxtəlif
cəhətlərinə görə təsnif olunur . Aşağıdakı şəkil 1.3-də
DSCS – nin funksional təsnifatı göstərilmişdir .
Şəkil 1.3. DSCS-nin funksional təsnifatı
Burada, İTV – imformasiyanı toplayan vasitələr ; OTV –
obyektə təsir edən vasitələr;
0 səviyyə - texnoloji prosesin reallaşdırılması; 1 səviyyə -
obyektə təsir göstərən və obyekdən alınan
- 17 -
imformasiyaların emalı; 2 səviyyə - tənzimləmə ,
stabilləşdirmə , rəqəmli idarəetmə; 3 səviyyə - adaptasiya ,
optimallaşdırma , dioqnoztika , vizuallaşdırma; 4 səviyyə -
planlaşdırma və tədqiqat .
Qeyd etmək lazımdır ki , sənaye müəssələrinin müasir
idarəedici fərqləndirici cəhəti ondan ibarətdir ki , burada
hesablama vasitələrindən və şəbəkə texnolojiyasından
bütün idarəetmə sahələrində istifadə olunur .
Dünya təcrübəsində kompleks avtomatlaşdırmanın
tabeli təsnifatının beş səviyyəsindən istifadə olunur .
Şəkil 1.4-də istehsalın idarə olunmasının beş səviyyəli
tabeli təsnifatı göstərilmişdir .
Şəkil 1.4. İstehsalın idarə olunmasının tabeli təsnifatı
Dostları ilə paylaş: |