Serwis urządzeń kontrolno-pomiarowych

Znaczenie ekonomiczne techniki kontrolno-pomiarowej i automatyki

Styczeń 21st, 2011

Każdy proces produkcyjny podlega zakłóceniom, pociągającym za sobą odstępstwo od optymalnych warunków, w jakich mógłby on przebiegać. Zakłócenia te mogą mieć charakter:

—           przypadkowy, gdy np. pochodzą one od wahań składu i ilości surowców i paliw, zmiennych warunków atmosferycznych, stopniowego zużycia i zmiany własności urządzeń produkcyjnych, nierównomiernej (np. niesolidnej) pracy obsługi,

—           okresowy, gdy np. urządzenie produkcyjne pracuje w sposób skokowy i optymalne parametry procesu są w związku z tym okresowo zmienne.

Zadaniem obsługi procesu i zainstalowanych urządzeń automatyki — przy wykorzystaniu aparatury kontrolno-pomiarowej — jest przeciwdziałanie tym zakłóceniom dla utrzymania możliwie najlepszych wskaźników techniczno-ekonomicznych.

Najważniejszymi źródłami korzyści ekonomicznych przy zastosowaniu automatyzacji są:

a)            Wzrost wydajności urządzeń produkcyjnych. Wybudowanie jakiegokolwiek urządzenia produkcyjnego wymaga nakładu pieniężnego. Im większą otrzymujemy produkcję z wybudowanego urządzenia, tym większe przynosi ono zyski. Automatyzacja pozwala zbliżyć się do maksymalnie możliwej wydajności. Np. prowadzenie pieca martenowskiego jest najbardziej wydajne w temperaturach bliskich dopuszczalnej temperatury sklepienia. Zastosowanie automatycznej regulacji temperatury sklepienia umożliwia bardziej intensywne prowadzenie pieca, bez obawy o jego zniszczenie.

b)           Wzrost wydajności pracy.

Wydajność pracy rozumiana jako stosunek wartości produkcji do ilości pracowników jest tym większa, im mniejszy jest stan zatrudnienia. Mniejszy stan zatrudnienia, spowodowany mechanizacją i automatyzacją, pociąga za sobą zmniejszenie kosztów robocizny (funduszu płac) i tym samym obniżkę kosztów własnych zakładu produkcyjnego. Ponadto zastosowanie urządzeń kontrolno-pomiarowych i automatycznej regulacji ułatwia pracę, zmniejsza ogólną ilość niezbędnych czynności, co pozwala przeznaczyć zaoszczędzony czas i siły wytwórcze na zwiększenie produkcji.

Trzeba jednak pamiętać, że automatyzacja pociąga za sobą konieczność zatrudnienia wyżej kwalifikowanych pracowników, których uposażenia są wyższe.

c)            Zmniejszenie zużycia energii i surowców.

Typowym przykładem zmniejszenia zużycia energii przez automatyzację jest zastosowanie automatycznej regulacji stosunku gazu opałowego do powietrza spalania. Ponieważ ciśnienie gazu w przewodach zasilających jest na ogół zmienne i zmienne są opory przepływu na drodze gazu opałowego, powietrza i spalin, ręczne utrzymywanie stosunku jest niedokładne.

Przykład. Załóżmy, że dla pewnego pieca przemysłowego skutkiem tej niedokładności średni nadmiar powietrza wynosi 10%. Dla obliczenia strat stąd wynikłych należy znać temperaturę spalin po wyjściu z pieca, która niech wynosi 820°C, oraz prawidłową ilość powietrza, np. 10 000 Nm /h. Jeżeli spaliny po wyjściu z pieca mają temperaturę 820°C, oznacza to, że zawarte w nich powietrze zostało ogrzane od ok. 20 do 820°C, tj. o 800°C kosztem dodatkowej ilości silnego gazu. Nadmiar powietrza w ilości 10% wynosi 1000 Nm3/h. Ciepło właściwe powietrza wynosi 0,25 kcal/kg°C, a gęstość 1,293 kg/m3. Ilość utraconego ciepła wynosi więc:

1000 Nm3/h- 1,293 kg/m3 • 0,25 kcal/kg°C • 800°C = 248 000 kcal/h. Ciepło spalania gazu ziemnego wynosi ok. 8000 kcal/Nm3, a jego cena ok. 1,00 zł/Nm3. Roczne straty wyniosą więc: 248 000 kcal/h. 1,0 zł/Nm3 • 8750 h/rok = 271 250 zł/rok. 8000 kcal/Nm3.

Znaczne straty ponosi się również przy niedomiarze powietrza. Jeżeli w instalacjach zasilających występują częste i duże zmiany ciśnienia lub oporów przepływu, obsługa pieca, dysponująca nawet pełnym wyposażeniem w aparaturę pomiarową, nie jest w stanie zapewnić prawidłowych warunków spalania. Zaburzeniom w zasilaniu mogą towarzyszyć także zmiany wartości opałowej gazu (zapotrzebowania na tlen), wówczas należy zastosować w układzie regulacyjnym automatyczny analizator spalin (por. w punkcie 19 „Automatyczna regulacja spalania”).

W innych procesach regulacja temperatury zapobiega nadmiernemu zużyciu pary lub wody chłodzącej, przez co otrzymuje się oszczędności paliwa na wytworzenie pary lub energii elektrycznej, potrzebnej do tłoczenia wody. W podobny sposób oszczędza się surowce przez automatyzację ich dozowania. Trzeba podkreślić, że w hutnictwie żelaza i stali udział kosztów surowców i energii w bezpośrednich kosztach wytwarzania wynosi ok. 70%.

d)           Wzrost jakości produkcji.

W przeważającej liczbie przypadków jakość produkcji w hutnictwie zależna jest od zachowania ściśle określonych parametrów, np. temperatury lub składu surowców. Wysoka jakość produktu przy minimalnym nakładzie kosztów na energię i surowce daje oczywiste korzyści ekonomiczne. Technika kontrolno-pomiarowa i automatyzacja są niezbędnym czynnikiem, pozwalającym na trwałe utrzymanie wysokiej jakości wyrobów.

e)           Wzrost trwałości urządzeń produkcyjnych i zmniejszenie awaryjności.

Jeżeli proces produkcyjny przebiega przez pewien czas bez zakłóceń, obsługa zaniedbuje uważnej jego obserwacji, co w wielu przypadkach prowadzi do powstawania awarii. Niesolidność lub zmęczenie, szczególnie w nocnych godzinach, może być również przyczyną awarii lub przekroczenia dopuszczalnych dla urządzeń produkcyjnych parametrów (np. temperatury), co obniża ich trwałość.

Zastosowanie urządzeń rejestrujących wpływa mobilizująco na załogę. Urządzenia sygnalizujące zwracają uwagę obsługi i dozoru na powstanie zagrożenia. Aparaty samoczynnie odcinające dopływ energii do procesu (automatyczna blokada) lub urządzenia automatycznej regulacji, eliminują subiektywny, niepewny czynnik ludzki. W uzasadnionych przypadkach stosuje się rejestrację, sygnalizację, blokadę i automatyczną regulację łącznie, f) Poprawa warunków BHP.

Warunki BHP mają wyraźny wpływ na ekonomię produkcji. Ciężkie warunki pracy wymagają bowiem zwiększonych płac. skróconego czasu pracy, ponadto organizowania lecznictwa specjalnego, sanatoriów i półsanatoriów, wypłacania odszkodowań i rent. Z samej definicji automatyki, telemetrii i telemechaniki wynika, że te gałęzie techniki odsuwają człowieka od bezpośredniej styczności z procesem produkcyjnym. Powstają przez to możliwości stworzenia dowolnie dobrych warunków pracy. Pamiętać jednak trzeba, że zastosowanie automatyki i techniki kontrolno-pomiarowej nie uwalnia pracowników zakładu produkcyjnego od zachowania wszelkich środków ostrożności, ujętych przepisami BHP (zwracanie uwagi na tablice ostrzegawcze, niewchodzenie w strefy niebezpieczne, odbywanie okresowego szkolenia itp.).

z zadań obsługi pieca jest utrzymanie niewielkiego nadciśnienia w piecu w stosunku do otoczenia, aby do pieca nie dostawało się zimne powietrze lub by spaliny nie wydostawały się w dużej ilości na zewnątrz, nie zatruwały otoczenia i nie powodowały straty ciepła. Piecowy obserwuje więc manometr; jeżeli manometr wskazuje wartość mniejszą od pewnej wartości zwanej zadaną — za pomocą mechanizmu korbowego, piecowy opuszcza nieco zasuwę kominową. Opuszczenie zasuwy powoduje zwiększenie się ciśnienia w przestrzeni roboczej pieca i zwiększenie wychylenia wskazówki manometru.

Zależnie od tego, czy wskazanie manometru jest większe, mniejsze lub równe wartości zadanej obsługujący podnosi, opuszcza lub pozostawia zasuwę kominową w spoczynku. Stan spoczynku trwa do chwili powstania nowego zaburzenia (zmiana ciągu kominowego w wyniku zmian warunków atmosferycznych, zmiana ilości gazów spalinowych itp.), które wywoła zmianę ciśnienia w piecu. Opisana działalność człowieka nazywa się regulacją, w tym przypadku regulacją ciśnienia w piecu. Proces regulacji prowadzony przez człowieka nazywa się regulacją ręczną. Przez zastąpienie regulatorem, otrzymuje się układ automatycznej regulacji.

W czasie trwania procesu regulacji zachodzi kolejno szereg zjawisk: zmiana ciśnienia w piecu, zmiana wskazania manometru, zaobserwowanie tej zmiany (odchyłki) przez człowieka, proste rozumowanie człowieka, w wyniku którego obraca on w odpowiednim kierunku i stopniu korbą, mechanizm korbowy podnosi lub opuszcza zasuwę, zmiana położenia zasuwy powoduje zmianę ciśnienia w piecu, zmiana ciśnienia wskazywana jest przez manometr itd., aż do zrównania się ciśnienia w piecu z ciśnieniem przyjętym jako właściwe, zadane. Przebieg tych kolejno po sobie następujących zjawisk, stanowiących ciąg przyczyn i skutków, nazywamy przebiegiem sygnału regulacyjnego. Rozpatrując działanie innych układów regulacyjnych, np. temperatury, przepływu czy poziomu cieczy — można zauważyć, że choć zjawiska zachodzące w tych układach są różne, przebieg ich ma pewne wspólne cechy charakterystyczne, jak:

a)            Przebieg zjawisk czyli sygnału następuje tylko w jednym kierunku, np. zmiana ciśnienia w piecu wywołuje zmianę wskazania manometru, a nie odwrotnie! Podobnie przesunięcie zasuwy pociąga za sobą zmianę ciśnienia w piecu, a zmiany ciśnienia w piecu bez udziału obsługi nie spowodują przesunięcia zasuwy.

b)           Przebieg sygnału regulacyjnego zachodzi w zamkniętym obwodzie. Obwód ten można podzielić na szereg wyróżniających się elementów (przestrzeń pieca, manometr, człowiek itd.). Działanie każdego z nich jest wywołane określoną przyczyną, która w automatyce nazywana jest sygnałem wejściowym.

Skutek działania elementu nazywa się jego sygnałem wyjściowym, zaś miejsca gdzie dochodzą te sygnały odpowiednio — wejściem i wyjściem. Każdy element ma co najmniej jedno wejście i jedno wyjście. Dla opisanego przypadku regulacji ciśnienia poszczególne elementy i odpowiadające im sygnały zestawione są w tablicy 1.

c) Przebieg sygnału wymaga pewnego czasu. W zależności od specyficznych cech rozpatrywanego układu, zjawiska trwają krócej lub dłużej; przebiegają szybciej lub wolniej. Przebieg sygnału nie ma nic wspólnego z przepływem masy lub energii w procesie. Np. w omawianym piecu sygnał biegnie od zasuwy do pieca, podczas gdy spaliny przepływają w kierunku przeciwnym.

Aby zadanie regulacji — polegające na utrzymaniu stałego ciśnienia w piecu — wykonać należycie, człowiek regulujący musi spełnić kilka wymagań:

a)            musi obracać korbą w prawidłowym kierunku, gdyż obracając nią w kierunku fałszywym spowoduje zwiększenie odchyłki ciśnienia,

b)           musi reagować natychmiast po ukazaniu się odchyłki na manometrze — nie może działać z opóźnieniem.

c)            jeżeli odchyłka jest duża, winien on wykonać większy ruch korbą, lecz niezbyt wielki, gdyż może spowodować powstanie jeszcze większej odchyłki przeciwnego znaku.

d)           jeżeli odchyłka zmienia się szybko (np. szybko narasta), winien on szybciej poruszać korbą, lecz niezbyt szybko, gdyż może również spowodować powstanie jeszcze większej odchyłki przeciwnego znaku.

Podobne wymagania postawione będą w stosunku do samoczynnie działającego urządzenia, z tym że człowiek zdolny jest do opanowania procesu regulacji na podstawie dłuższej obserwacji skutków własnych poczynań, po nabraniu pewnego doświadczenia. Regulator zaś należy zawczasu odpowiednio nastawić. Niezachowanie warunków a, b, c, d prowadzić może do niestabilności procesu, polegającej na powstaniu trwałych i znacznych wahań parametrów w obwodzie regulacyjnym.

Tags: , ,

Comments are closed.