книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980) Академия наук СССР, Секция химико-технологических и биологических наук; Научно-исследовательский институт технико-экономическ

Контроль и автоматическое управление технологическими процессами получили интенсивное развитие в конце 30-х годов. В ряде научно-иссле­ довательских и проектных организаций (Гипроазоте, Оргхиме, Централь­ ном научно-исследовательском институте организации производства и управления промышленности НКТП СССР и др.) были созданы группы и лаборатории по автоматизации отдельных химических процессов и со­ зданию контрольно-измерительных приборов (КИП). Работы проводились по производствам аммиака, слабой азотной кислоты, синтетического кау­ чука и др. Одновременно получили развитие автоматическое регулирова­ ние и стабилизация отдельных параметров технологических процессов, были созданы образцы специальных автоматических регуляторов. Появи­ лись химические анализаторы циклического действия для определения

лабораторном анализе, но уже имеющие устройства для передачи р.-_-:-уль- татов измерения на расстояние после каждого цикла.

Во время Великой Отечественной войны развитие автоматизации в химической промышленности было приостановлено. Однако ряд институ­ тов (УНИХИМ, ГИАП, ВНИИСК), а также подразделения КИПиА не прекращали работы по актуальным исследованиям, контролю и управле­ нию технологическими процессами. Были разработаны и внедрены на производствах автоматический регулятор — отсекатель аммиака, сигнали­ затор содержания азотной кислоты, концентратомер и расходомер азотной кислоты, плотномер для спирта. Выполнение этих и ряда других работ и своевременная реализация их оказали большую помощь химической промышленности в трудные военные годы.

В конце 40-х годов автоматизация и разработка КИП получили суще­ ственное развитие как в отрасли, так и в целом по стране. Для работ по автоматизации и созданию КИП начали привлекаться специализиро­ ванные институты.

Перед войной Ипститут автоматики и телемеханики (ИАТ) АН СССР

начал разработку системы автоматизации контактного отделения произ­ водства серной кислоты па Воскресенском химическом комбинате, анало­ гичная работа велась на Щелковском химическом заводе, где она была успешно завершена.

Для квалифицированного обслуживания средств контроля и автомати­ ки на предприятиях стали организовываться службы КИП с привлечени­ ем специалистов и квалифицированных рабочих, в основном энтузиастов своего дела. Первые небольшие мастерские и бюро по ремонту приборов появились на Константиновском химическом заводе, Охтинском, Сталипогорском химических комбинатах, Березниковском содовом заводе и ряде других предприятий.

Предвоенпые и первые послевоенные годы — время интенсивного внедрения в промышленность коптрольпо-измерительиых приборов и ста­ новления на предприятиях служб КИП и автоматики.

Проблема автоматизации и измерения качественных показателей про­ цесса стала еще более актуальной в послевоенные годы, когда новые технологические процессы в еще большей степени требовали высокого качества управления.

Автоматизация химических производств значительно расширилась — были организованы специальные группы и лаборатории во мпогих веду-

народного хозяйства, возросла мощность исследовательской базы и про­ изводства ОКБА.

Наибольшее внимание уделялось проблемам разработки и производ­ ства приборов для контроля состава н свойств сред в химическом произ­ водстве, т. е. направлению работ по аналитическому приборостроению.

ной промышленности. Министерством приборостроения, средств автома­ тизации и систем управления были освоены и выпускаются приборы и средства автоматпзацпн высокого класса. Освоен выпуск электронных потенциометров и мостов с позпциопиыми электрическими и пневматиче­ скими регулирующими устройствами, дифференциально-трансформаторных приборов и т. д. Появилась сравнительно широкая номенклатура регу­ лирующей арматуры.

Несмотря па то что контроль теплоэнергетических параметров состав­ лял более 90% от общего числа точек контроля и управления, стала оче­ видной необходимость создания и выпуска автоматических приборов для контроля состава и свойств веществ.

Значение приборов очень велико, так как позволяет исключить весьма трудоемкие, длительпые и подчас неточные лабораторные анализы и со­ кратить численность лаборантов на производствах.

Большой ассортимент выпускаемых химической промышленностью продуктов обусловливает необходимость разработки различных аналити­ ческих приборов при относительно малой потребности каждого типа. В связи с этим аналитическое приборостроение в отрасли в основном было сконцентрировано в ОКБА. Этим вопросом успешно заппмалпсь и лаборатории автоматики институтов УНИХИМ, ГИПХ, НИОПиК п неко­ торые другие организации.

Появление надежных приборов, автоматических регуляторов, необхо­ димой арматуры позволило наметить пути совершенствования систем уп­ равления технологическими процессами. Посредством автоматических ре­ гуляторов стало возможным поддержание постояпства заданных техноло­ гическим регламентом значений параметров процессов. Это позволило стабилизировать осповпые параметры, определяющие ход технологических процессов, и осуществлять согласование материальных потоков между смежными процессами.

Необходимость оценки состояния производства в целом и па этой ос­ нове выбора оптимальных заданий стабилизирующим регуляторам потре­ бовала максимальной централизации управления производством. Стали создаваться центральные пункты управления, в которых сосредоточива­ ется информация о ходе технологического процесса, средства автомати­ ческого п ручного управлеппя. Для удобства работы операторов па цент­ ральных щитах управлепия размещаются мнемонические схемы и системы сигнализации отклонений параметров от установленных пределов.

Центральные пункты управлепия производством позволили не только вывести обслуживающий персонал из цехов, но и сократить его числен­ ность.

Втрую половину 50-х годов можно считать периодом расширения масштабов работ по стабилизации отдельных параметров технологических процессов и централизации управлепия в операторских пунктах. Это был основной вид автоматизации химических производств в то время.

Стабилизация процессов давала и дает сейчас значительный экономи­ ческий эффект, причем не только вследствие высвобождения персонала, но и благодаря более точному поддержанию параметров процессов п уменьшению потерь материальных и энергетических ресурсов.

Однако системы стабилизации и централизации управления в полной мере не решали задач повышения эффективности управления технологи­ ческими процессами. В связи с этим начата реализация давно назревшей идеи разработки и внедрения систем комплексной автоматизации процес­ сов и производств.

Комплексная автоматизация, ставившая задачу объединения всех си­ стем контроля, регулирования и защиты в единую систему автоматиза­ ции производства с диспетчерским коптролем и взаимной блокировкой и защитой, заставила пересмотреть направления и планы разработки ло­ кальных систем, подчинить их требованиям общего системного подхода к проблеме автоматизации процессов и производств.

Переход к этапу комплексной автоматизации потребовал ускорить со­ здание систем программного управлеиия, систем с перекрестными свя­ зями, каскадных систем и т. п. Важное значение приобрели исследования всего технологического процесса как объекта автоматизации. На основа­ нии таких исследований широкое развитие получили работы по изучению процессов химической технологии, разработке их математического описа­ ния, составлению алгоритмов и программ, подготовке технической базы систем, проверке разработаппых технических решений на головных объек­ тах и тиражированию их через проекты для новых производств. Эти работы проводились, как правило, в тесном контакте с отраслевыми иауч- по-псследовательскимн организациями, высшими учебными заведениями п специализированными организациями других ведомств.

Первые системы комплексной автоматизации важнейших химических производств созданы в начале 50-х годов.

В 1952 г. на Винницком суперфосфатиом заводе сдана в эксплуатацию система управления камерон непрерывного действия с узлом приготовле­ ния разбавленной серной кислоты, позволившая уменьшить простои обо­ рудования, увеличить производительность на 5%. Затраты на автомати­ зацию окупились за полгода. В дальнейшем система автоматизации была внедрена па ряде другпх предприятий.

На оспове выполненных иаучпо-исследовательскпх и проектных работ в середине 50-х годов на Лисичанском химическом комбинате внедрена автоматизированная система управления производством аммиачной селит­ ры, что значительно уменьшило потери сырья и повысило качество вы­ пускаемой продукции. Только в результате снижения потерь аммиака п пара экономический эффект в производстве составил 73 тыс. руб. прп затратах на автоматизацию 86 тыс. руб. В последующие годы в связи с существенными изменениями технологической схемы и аппаратурного оформления, а также освоением повых, более совершенных средств авто­ матизации система управления претерпела изменения. Создала система управления, обеспечившая автоматическую стабилизацию качества основ­ ного продукта, согласование материальных и тепловых потоков основпых стадий производства. Благодаря использованию методов группового регу­ лирования для управления процессами число прпборов п средств авто­ матизации уменьшилось по сравнению с ранее принятой схемой в 2 раза, численность персонала, занятого управлением, сократилась.

прежде псего заключалась в особенностях взаимодействия объекта и си­ стемы управления. Потребовалось проведение направленных научных исследовании, во многих случаях оказавшихся решающими при разработ­ ке АСУ.

Необходимо было создать совершенно новые и сложпые модели объ­ екта управления и математические методы для оптимального решения формализуемых задач управления в условиях крайне жестких ограниче­ ний по параметрам (памяти, производительности, надежности) вычисли­ тельных средств того времени. Стало также изменяться и само представ­ ление о технологическом процессе. Его постепенно научились попимать более широко и системно — не в пределах одного агрегата, а агрегата и различных обслуживающих его механизмов, машин, производственного персонала [1].

начале 60-х годов были созданы и проходили опытную проверку отдельные системы управления с использованием вычислительной техни­ ки в азотной и хлорной отраслях промышленности. Приобретенный опыт их освоения сыграл важную роль в становлении нового научпого и прак­ тического направления работ в отрасли. В процессе становления и реше­ ния таких задач формировались необходимые кадры и коллективы спе­ циалистов в научно-исследовательских, опытно-конструкторских, проект­ ных организациях и па предприятиях.

Одной из основных тенденций в развитии химической промышленно­ сти явился переход к агрегатам большой единичной мощности. Значи­ тельное повышение мощности агрегата достигается как увеличением габа­ ритов и изменением конструкции отдельных аппаратов установок, так и резкой интенсификацией процессов производства.

Особенности круппотониажных производств п агрегатов большой еди­ ничной мощности: цепочные структуры соединения агрегатов; отсутствие промежуточных емкостей и жесткие материальные и тепловые связи между стадиями производства; временная разгрузка пли остановка любо­ го агрегата (это неизбежно приводит к изменению режима работы всей технологической линии) ; повышение требования надежности оборудова­ ния и особенно элементов систвхМ управления.

Изменения в организации процессов привели к значительному росту объема перерабатываемой информации о ходе процесса, существенно по­ высили требования к объему реализуемых функций, точности п надеж­ ности системы управления. Такие требования необходимы при использо­ вании средств вычислительной техники п создании автоматизированных систем управления (АСУ ТП).

Одна из первых в отрасли автоматизированных систем управления с применением ЭВМ — система управления в производстве серной кпслоты. Такая система (АСУ «Куб») создана в середине 60-х годов в цехе обжига серного колчедапа на Воскресенском химическом комбинате. Основой си­ стемы явилась управляющая вычислительная машина УМ-1. Система осу­ ществляла централизованный сбор и обработку информации о работе цеха, сигнализацию нарушений технологического режима и работы обо­ рудования, расчет технико-экономических показателей и т. п. Создание такой системы управления позволило синхронизировать пуск п вывод на нормальный режим технологического оборудования, что ускорило за­ пуск производства. Экономический эффект от ее внедрения составил 100 тыс. руб. в год.

Дальнейшим развитием работ по автоматизации в производстве серной кислоты было введение системы «Купол», охватившей все осиовпые про­ цессы производства. Первая система «Купол» внедрена на Гомельском химическом заводе в 1970 г. и позволила осуществить управление всеми технологическими процессами из единого диспетчерского пункта. Система обеспечивает формирование сигпалов о работе линии производства, осу­ ществляет сигнализацию отклонений от нормы основных технологических параметров процесса, производит расчет технико-экономических показа­ телей (расход сырья и эиергоресурсов, объем выпуска продукции и т. п.).

Важными факторами эффективности АСУ явилось повышение надеж­ ности функционирования производства, а также оперативности и качества контроля и управления, что улучшило условия осуществления технологи­ ческого процесса. Значительно уменьшились нарушения технологического регламента и сократилось время пуска и остановки производства. Факти­ ческий годовой экономический эффект составил около 150 тыс. руб.

Примером современной эффективной системы управления агрегатом большой единичной мощности является АСУ ТП производства «ГГолп- мпр-50». Система построена по иерархическому принципу, содержит тра­ диционные схемы автоматики, обеспечивающие измерение и стабилиза­ цию основных параметров процессов, а также информационно-вычисли­ тельный комплекс, обеспечивающий централизованный сбор, обработку и представление информации оператору п выработку управляющих воз­ действий на объект. Управление всем технологическим комплексом (авто­ матизированный пуск установки, контроль и регулирование технологиче­ ских параметров процессов, аварийная и предупредительная защита и сигнализация и т. и.) осуществляется с центрального щита управления. Система управления реализована на базе агрегатной системы средств вычислительной техники АСВТ. Для повышения надежности АСУ в целом предусмотрена автономность информационных и управляющих функций.

Система эксплуатируется па первой в Советском Союзе установке по производству полиэтилена мощностью 50 тыс. т/год в Новополоцком ПО «Полимир». Экономический эффект от эксплуатации автоматизирован­ ной системы управления составил 450 тыс. руб. Эта система предназна­ чена для установки на вновь строящихся производствах полиэтилена высокого давления в СССР и за рубежом.

Важное место в работах по автоматизации технологических процессов занимают системы управления производствами аммиака. Применявшиеся в этих производствах традиционные способы представления информации с использованием локальных приборов и регуляторов требовали создания щитов протяженностью более 50 м с несколькими операторами, отвечаю­ щими за работу отдельных производственных участков.

Необходимость совершенствования системы управления особенно остро стала ощущаться в связи с широким внедрением агрегата синтеза аммиа­ ка мощностью 1360 т/сут.

Разработка и внедрение системы с применением вычислительной тех­ ники позволили более полно использовать возможности крупнотоннажных агрегатов, повысить надежность управления, создать компактную систему представления информации.

Система управления осуществляет следующие основные функции: централизованный контроль за параметрами процессов; предупредитель­ ную и аварийную сигнализацию их отклонения от допустимых значений;

дистанционный пуск и остановку оборудования; контроль за срабатыва­ нием защиты; расчет технико-экопомических показателей производства и ряд других функций.

Предварительный экономический эффект от внедрения автоматизиро­ ванной системы управления производства аммиака достигает 400 тыс. руб. в год. Основной составляющей экономического эффекта является сокра­ щение времени простоя агрегата.

В одиннадцатой пятилетке АСУ ТП применяются в большинстве про­ изводств аммиака. Здесь пег возможности полностью охарактеризовать все работы по автоматизации технологических процессов в отрасли. Однако представление о состоянии работ дает динамика роста годового объема научно-исследовательских п опытпо-копструкторскпх работ по со­ зданию систем управления, приборов и средств автоматизации:

ров н средств автоматизации только в 1977 г. составила свыше 400 изде­ лий. За десятую пятилетку в отрасли было введено 56 автоматизирован­ ных систем управления технологическими процессами.

За последние две пятилетки было автоматизировано 10 производств аммиака, в том числе 8 в десятой пятилетке, 10 производств серной кис­ лоты, из них 6 в десятой пятилетке.

Кроме того, созданы и действуют АСУ ТП на производствах слабой азотной кислоты, аммофоса и экстракционной фосфорной кислоты, искус­ ственного волокна, вискозного корда, хлора и каустика, карбамида, моно­ меров и нитрона, нитроаммофоски, фенолформальдегидных смол, несколь­ ко производств химико-фотографической промышленности и др. В конце девятой пятилетки на производствах, оснащепных АСУ ТП, выпускалось около 25% аммиака, 22% серпой кислоты, 9% пластических масс.

Для совершенствования систем организационного управления в нача­ ле 60-х годов была поставлена задача разработки и внедрения АСУ на всех уровпях управления в отрасли. Это привело к появлению новых на­ правлений работ: сначала по созданию автоматизированных систем управ­ ления предприятиями (АСУП), затем, в начале 70-х годов, по созданию отраслевой автоматизированной системы управления на уровне Мини­ стерства химической промышленности (ОАСУ—ХИМ). Работы были на­ чаты на четырех предприятиях (Новомосковском, Северодонецком, Бар­ наульском химических комбинатах и Воронежском заводе синтетического каучука) в рамках общего комплекса по созданию опытно-показательных работ в области автоматизации и механизации предприятий. Здесь раз­ работка АСУП тесно переплеталась с созданием систем комплексной автоматизации, внедрением вычислительной техники для оптимизации технологических процессов, разработкой автоматизированных систем управления производствами.

Создание АСУП предполагало решение комплекса задач, предусмат­ ривающих все виды учета и отчетности, текущее, календарное, перспек­ тивное планирование, а также оперативно-диспетчерское управление. Новизна и сложность исследований потребовали больших усилий, связан­ ных с изменением организационной структуры, подготовкой и прнвлече-

отдельным комплексам задач, которые объединены общими методами ко­ дирования информации и унификацией структуры баз данных.

К концу 1980 г. на предприятиях были внедрены и эксплуатировались комплексы по решению следующих задач: учет готовой продукции; учет затрат сырья, полуфабрикатов и эпергоресурсов; расчет технико-экономи­ ческих показателей и организация оперативного сменного хозрасчета; расчет мощностей предприятия для обеспечения плана производства; рас­ чет графиков планово-предупредительпых ремонтов основного оборудова­ ния; расчет заработной платы; инженерные расчеты и т. п.

Как уже отмечалось, весьма важное место в работах по автоматизации технологических процессов занимает аналитический контроль состава п свойств веществ. Необходимость получения больших объемов аналитиче­ ской информации как для управления технологическими процессами, контроля готовой продукции, расчета технико-экономических показателей производств, так и для поддержания сапитарного, пожаро- п взрывобез­ опасного состояния производственных помещений и зоны предприятия относится к специфическим особенностям химической промышленности. Многочисленность различных производств и видов используемых веществ определяет потребность отрасли в широкой номенклатуре аналитических приборов и сравнительно небольших объемах производства подавляющего большинства их типов. Именно эти факторы и стали решающими при утверждении работ по аналитическому приборостроению в качестве одпого из главпых направлений деятельности ОКБА.

Ведутся работы по оценке потребности отрасли в приборах аналити­ ческого контроля, в первую очередь тех, которые необходимы для веде­ ния технологических процессов, по анализу разработанных в отрасли методик и макетов приборов, по изучению отечественного и зарубежного опыта в области аналитического приборостроения. Результаты этих работ позволили наметить программу перехода к созданию моделей приборов, предназначенных для решения нескольких аналитических задач.

За тридцать лет работы ОКБА в области аналитического приборо­ строения разработано п внедрено в промышленность несколько сот типов приборов и устройств, в основу которых легло около сорока различных физико-химических методов контроля состава и свойств газообразных, жидких и твердых веществ [3].

Широкое распространение получили приборы газового анализа — оптические, электрохимические, ионизационные, фотоколориметрпческие, магнитные, кулоиометрические, газовые хроматографы и т. д.

В приборах для анализа жидкостей используются явления поглоще­ ния инфракрасного излучения, электрохимические явления, дпэлькометрия, фотометрировапие, люминесценция, титрометрия, кондуктометрия, жидкостная хроматография и др. Деятельность ОКБА в области анали­ тического приборостроения позволила поднять уровень оснащения пред­ приятий и организаций отрасли промышленными и лабораторными при­ борами и представлять аналитическую информацию по ряду процессов в автоматизированные системы управления на уровпе производств и пред­ приятий.

Приборы выпускаются и поставляются народному хозяйству в значи­ тельных количествах. Одновременно с расширением спектра используе­ мых методов и областей применения проводятся исследования по созда­ нию блочно-модульных конструкций, повышению быстродействия, точно-