Современные системные технологии в отраслях экономики. Учебное пособие - Юсуф Азимов

Производственный (технологический) ПР предназначен для выполнения технологических операций переходов; он непосредственно участвует в технологическом процессе в качестве производящей или обрабатывающей машины, выполняющей основные технологические операции (гибку, сварку, окраску, сборку и т. п.).

Универсальный ПР может выполнять функции подъемно-транспортного (вспомогательного) и производственного (технологического) промышленных роботов.

Функциональные возможности ПР во многом определяются типом системы программного управления (СНУ) и характером отработки программ.

В ПР применяются три типа СПУ, классифицируемые в соответствии с характером и дискретностью перемещений степеней подвижности: позиционные – от точки к точке, контурные – по непрерывной траектории, когда положение рабочих органов определено в каждый момент времени, и комбинированные (универсальные).

По способу представления задающей информации СПУ можно разделить на электромеханические, цикловые (ЦПУ), аналоговые (АПУ), числовые (ЧПУ) и аналого-числовые (гибридные).

В электромеханических системах информация задается положением упоров, настройкой реле времени, кулачками распределительного механизма, копирами и т. п.

В системах ЦПУ управляющие команды задаются в числовом виде, а геометрическая информация – положением механических упоров или подключением конечных выключателей.

В аналоговых СПУ информация задается в виде потенциалов. В качестве элементной базы в таких системах используются решающие и операционные усилители постоянного тока.

В системах ЧПУ (позиционных и контурных) информация представлена в виде цифровых кодов, хранящихся на быстросменных носителях.

В гибридных СПУ может использоваться информация, представленная в различном виде – числовом, аналоговом и т. д.

3.6. Характеристика типовых принципов функционирования химико-технологических систем (ХТС)

По принципам функционирования ХТС принято делить на следующие классы [2]:

1. НХТС – ХТС с непрерывной организацией технологического процесса (непрерывные) – химические производства, работающие безостановочно в течение длительного времени. Остановка и перезапуск таких производств связаны с большими материальными и временными затратами.

2. ПХТС – ХТС с периодической организацией технологического процесса (периодические) – химические производства, реализующие химические процессы в аппаратах периодического действия циклически. Обычно это производства малотоннажной химии.

Как правило, не бывает ХТС первого или второго типа в чистом виде. Обычно, на непрерывных производствах отделения подготовки исходных компонент функционируют по периодической технологии, а на многих химических производствах с периодической организацией технологического процесса можно выделить участки с непрерывной технологией. Особенностью этих участков является то, что временная остановка и перезапуск аппаратов непрерывного действия не влечет больших производственных затрат, что позволяет им работать периодически, то есть это аппараты дискретно-непрерывного действия. Следует выделить такие производства в отдельный класс химико-технологических систем – дискретно-непрерывные ХТС (ДНХТС). Таким образом, ДН ХТС – динамическая система, совмещающая свойства производств как с периодической, так и с непрерывной технологией. К классу ДН ХТС относятся большинство производств фармацевтической промышленности, предприятия спецхимии и биотехнологии, отделения приготовления исходных компонентов непрерывных ХТС.

ДН ХТС облегчает организацию отдельных стадий, этапов, операций производства и дает возможность совмещения преимуществ НХТП (высокие объемы производства) и ПХТП (гибкость производства, выпуск широкой номенклатуры продукции). Например, производство лаков и красок в условиях ДН ХТС и компьютерного подбора исходных ингредиентов обеспечивает практически неограниченный колер красок.

3.6.1. ХТП непрерывного принципа функционирования

Непрерывными (НХТП) называют процессы, в которых поступление сырья в аппарат и выпуск продукции происходят непрерывно (или систематическими порциями) в течение длительного времени. При этом технологические процессы протекают одновременно со вспомогательными и транспортными операциями. Простоев оборудования нет, производительность аппаратов выше. В каждой точке аппарата соблюдается заданный температурный режим, концентрация веществ, давление и т. п., поэтому легко вести наблюдение за работой аппаратов, механизировать загрузку сырья и выгрузку продукта, автоматизировать процесс на основе математического моделирования. При непрерывном процессе обеспечивается высокая производительность и стабильное качество продукции, за счет использования вторичной энергии и отходов производства достигается минимизация экономических издержек.

Основные достоинства НХТП:

• НХТП характеризуются огромной единичной мощностью производства. Вспомогательные операции в реакторе не проводят; рабочее время на них не затрачивают. Поэтому достигается максимальная интенсивность и производительность работы реактора. Например, современный нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) имеет мощность до 12–18 (20) млн. тонн нефти в год, обеспечивая нефтепродуктами целые регионы потребителей. Другой пример, доменный процесс – процесс варки чугуна из железной руды. Работая в непрерывном режиме, аппарат варки чугуна – домна – обеспечивает производительность 5–7 млн. тонн чугуна в год.

• НХТП обеспечивает стабильное качество производимой продукции. В свою очередь, в выборе технологии производства химической продукции следует ориентироваться на инновационные технологии, базирующиеся на информационных методах управления качеством. Можно реально обеспечивать стационарные режимы осуществления процессов. В силу этого параметры непрерывных процессов легче оптимизировать. Например, актуальная проблема – производство очищенного от экологически опасных компонентов бензина, дизельного топлива стандарта качества «ЕВРО-4» и «ЕВРО-5». Проведение процесса в режиме НХТП обеспечивает получение продукции заданного по регламенту качества.

• НХТП – экономически высокоэффективное производство. В непрерывных процессах легче реализовать энерготехнологические схемы, т. е. обеспечить энергосбережение. Непрерывная технология производства позволяет успешно решать задачи минимизации производственных затрат на выпуск продукции (сырья, энергии) за счет использования принципа рецикла (возврата) энергетических ресурсов, использования вторичной энергии или рекуперации отходов производства.

• Можно более гибко и эффективно управлять процессом. В НХТП успешно внедряются высоко информатизированные автоматизированные системы управления (АСУТП), базирующиеся на результатах фундаментальных и прикладных научных исследований. Это позволяет значительно улучшить конечные показатели производства. Например, глубокая переработка нефти на НПЗ США (90–95 % нефти перерабатывается в легкую фракцию, в отличие от НПЗ РФ, где этот показатель равен 65–70 %) достигается за счет применения новейших разработок по гидрокрекингу тяжелых фракций нефти с использованием современных эффективных катализаторов.

• НХТП показывают исключительно высокую рентабельность инвестиций на совершенствование производства. Например, НПЗ, имеющий мощность по переработке 10 млн. т нефти вырабатывает продукцию на 10 млрд. руб. При внедрении инновационного совершенствования с затратами 100 млн. рублей обеспечивается рост выпуска продукции на 0,2–0,5 %, т. е. рентабельность составляет 200–500 % от суммы инвестиций.

Негативным моментом внедрения НХТП являются высокие инвестиционные издержки. Строительство современных крупных предприятий требует огромных капиталовложений. Например, строительство НПЗ – «ТАНЕКО» (Татарстанская нефтяная компания) потребовало более 7 млрд. долл. США. При мощности 7 млн. тонн в год срок окупаемости должен составить 3–3,5 года.

3.6.2. ХТП периодического принципа функционирования (ПХТП)

Периодическим называют процесс, в котором порции сырья загружаются в аппараты, проходят в нем ряд стадий обработки и затем выгружаются все образовавшиеся вещества. Таким образом, от загрузки сырья до выгрузки продукта проходит определенный период времени (цикл). Аппарат не работает (простаивает) во время загрузки и выгрузки. Эти операции связаны с дополнительными затратами времени. Механизация загрузки и выгрузки затруднена, так как требуются периодически действующие дополнительные механизмы. Еще более высокие требования предъявляются к системе управления ПХТП (АСУТП). Периодические процессы труднее автоматизировать, так как параметры режима, по которым производится управление, т. е. температура, давление и концентрация веществ, меняются в течение всего периода реакции. Аппарат работает с неполной интенсивностью при выводе на режим, вместе с тем достигается заданное качество продукции. Периодические процессы сложны в обслуживании; качество продукции нередко сильно меняется в зависимости от режима обслуживания. Время цикла, т. е. продолжительность периодического производственного процесса, всегда больше, чем непрерывного; энергетические затраты выше.