|
Страница 2 из 4 Требования к КПХ Рассмотренные характеристики основных блоков поточных промышленных хроматографов позволяют сформулировать требования к контроллерам поточных промышленных хроматографов (табл. 2), учитывающие возможности современной измерительно-вычислительной техники. Таблица 2. Требования к контроллеру промышленного хроматографа Требования | Характеристика |
|---|
| В канале КПХ должны осуществляться следующие операции | Преобразование аналогового сигнала детектора в цифровую форму
Программная настройка режимов сбора данных и обработки информации
Программная обработка данных хроматограмм с автоматическим выделением пиков и аппроксимацией базовой линии
Идентификация хроматографических пиков по времени удерживания | | Выходная информация | Значения высот, площадей и времени удерживания пиков, значение концентрации, названия компонентов, а также графическое изображение хроматограмм; требуется возможность получения трендов для каждого из пиков хроматограммы | | Основной и дополнительный диапазоны измерения сигналов детектора | ±25...±250 мВ
±100...±1000 мВ | | Минимальная измеряемая полуширина хроматографического пика | При частоте опроса 25 Гц – 0,5 с
При частоте 12,5 Гц – 1,0 с | | Пределы допустимых значений основной относительной погрешности Q при измерении площади и высоты изолированного симметричного хроматографического пика на горизонтальной нулевой линии | Не должны превышать значений Q = 0,2 + 0,01.(Hm/Ht – 1), где Hm – максимальное значение амплитуды пика для данного диапазона; Ht – значение амплитуды измеряемого пика | | Допустимое значение дополнительной погрешности от изменения температуры окружающий среды на каждые 10°С для площадей и высот хроматографических пиков | Не должно превышать значений основной погрешности | | Относительное значение среднего квадратического отклонения высот и площадей пиков | Не должно превышать 1/5 значения основной погрешности | | Значение абсолютной погрешности измерения време-ни удерживания пиков с амплитудой не менее 1/10 диапазона измерения для частоты опроса 12,5 Гц | Не должно превышать dT = 0,2 + 0,01.w, где dT – значение абсолютной погрешности; w – ширина пика | | Сетевое питание | Переменный ток частотой 50±1 Гц и напряжением 187…242 В | | Управляемая мощность | Не менее 2 кВА | | Вибрация | Группа исполнения L3 | | По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха | Исполнение УХЛ категории 4.2 по ГОСТ 15150–69 и предназначен для эксплуатации в закрытых взрыво- пожароопасных помещениях категории группы 1а по СНиП 2.09.04–87, а также установки блока в закрытый герметичный корпус с работой прибора в корпусе до 65°С |
Промышленный хроматограф как объект автоматизации Промышленный хроматограф представляет собой динамическую систему, состояние которой регистрируется аналоговыми датчиками (детектор, датчики температуры), а управление осуществляется с помощью исполнительных устройств (нагревательных элементов, электромагнитных клапанов). Можно выделить следующие особенности промышленной хроматографии, важные с точки зрения автоматизации: - большой динамический диапазон выходного сигнала и относительно высокий уровень собственных шумов термокондуктометрических детекторов;
- зависимость результатов анализа от условий его проведения (стабильности тока детектора, температуры колонки и др.);
- жёсткие условия эксплуатации (колебания температуры окружающего воздуха, электромагнитные помехи), что особенно характерно для химических и нефтеперерабатывающих предприятий;
- нахождение контроллера в непосредственной близости от контролируемого объекта (например, ректификационной колонны) во взрывоопасной зоне;
- значительное расстояние между АРМ и хроматографами;
- необходимость обеспечения высокой надежности оборудования.
Последняя характеристика является одной из важнейших для поточных хроматографов, контролирующих параметры непрерывных технологических процессов. С ней тесно связана характеристика живучести, определяющая возможность функционирования системы в условиях нарушения работы отдельных функциональных узлов. В частности, должно быть предусмотрено адекватное поведение системы при обрывах связи, зависаниях компьютеров АРМ и т. п. Указанные особенности промышленной хроматографии определяют выбор технических средств автоматизации. Промышленные хроматографы в отличие от лабораторных практически не могут быть автоматизированы только на основе ПК с набором плат расширения и должны иметь в своём составе специализированный контроллер промышленного хроматографа (КПХ) с набором автономных функций. Среди возможных вариантов следует выделить следующие способы построения аппаратного обеспечения автоматизации промышленных хроматографов: - на основе специализированного контроллера;
- на основе промышленных контроллеров;
- с использованием магистрально-модульных систем автоматизации.
Специализированные контроллеры создаются, как правило, на основе "закрытых" технических решений, оптимальных для конкретной задачи автоматизации. Часто для построения таких контроллеров используются 8-разрядные однокристальные микроконтроллеры, например, семейств MCS-51, AVR, PIC и т. п. Приборы на основе 8-разрядных микроконтроллеров имеют следующие недостатки: - сложность в реализации многозадачности и организации развитых протоколов обмена данными;
- сложность в настройке и обслуживании;
- отсутствие возможности долговременного хранения большого объёма архивных данных в памяти контроллера;
- трудность, а зачастую и невозможность модернизации.
Отсутствие буферизирования информации в контроллере при её непрерывной передаче в ПК АРМ приводит к потере хроматограммы при любом сбое в работе контроллера или компьютера – зависании, временной потере питания, обрыве связи и т. п. Специализированные контроллеры на основе простых микроконтроллеров, таким образом, в основном, не отвечают системным требованиям. Специализированные контроллеры для промышленных хроматографов на основе более производительных 16-, 32-разрядных процессоров сложны в разработке, отладке, имеют высокую стоимость и поэтому не получили широкого распространения. Использование промышленных контроллеров (ПЛК, PC/104, MicroPC и т. п.) для автоматизации управления хроматографами предоставляет значительно больше возможностей. Очевидными достоинствами систем автоматизации, построенных на их основе, являются высокая производительность, возможность использования в промышленных условиях, наращивания и модернизации, высокая живучесть. Однако такое расширение возможностей достигается за счёт существенного удорожания системы. Применение магистрально-модульных систем на основе высокопроизводительных шин (VME, VXI/PXI, CompactPCI) для автоматизации промышленных хроматографов обеспечивает наиболее широкие функциональные возможности, однако такое решение характеризуется очень высокой стоимостью и зачастую сразу исключается из рассмотрения. Использование серийного оборудования промышленной автоматизации для построения КПХ сопровождается характерной трудностью – отсутствием стандартных модулей ввода аналоговых сигналов с характеристиками, удовлетворяющими требованиям хроматографии. Например, промышленные модули АЦП, как правило, обеспечивают эффективную разрядность 12 бит при диапазоне изменения входного сигнала 0…5 В. Поэтому в КПХ на основе промышленных контроллеров последние используются совместно со специализированными измерительными и управляющими устройствами, обеспечивающими сопряжение с детектором хроматографа и выполняющими ряд дополнительных функций. Именно такой путь был выбран при проектировании КПХ "Хромакон" [4].
|
