10.10 Приборы для определения концентрации водородных ионов

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности ход реакций в жидкостях зависит от степени щелочности или кислотности среды, т. е. от величины концентрации водородных ионов. Показателем концентрации водородных ионов в растворе служит величина рН, связанная с концентрацией ионов определенным математиче­ским соотношением.

Известно, что произведение концентрации водородных и гидро-ксильных ионов — число постоянное. Это соотношение является основой для создания шкалы рН. Если концентрация водородных ионов равна концентрации гидроксильных ионов, то жидкость нейтральная и величина рН равна 7. В кислых растворах концентрация водородных ионов больше, и величина рН меньше 7. Чем меньше величина рН, тем больше кислотность жидкости. В щелочных средах концентрация водородных ионов убывает, а величина рН возрастает тем больше, чем больше степень щелочности.

Известны две группы методов для определения величины рН: колориметрические и электрометрические. Колориметрические методы основаны на свойствах некоторых красящих веществ изменять свой цвет в зависимости от концентрации водородных ионов. Эти методы применяют при лабораторных анализах. Электрометрические методы основаны на измерении величины электрического потенциала специальных электродов, помещенных в испытуемый раствор. Так как из­мерять потенциал одиночного электрода невозможно, то применяют два различных электрода и измеряют получающуюся разность потен­циалов. Доказано, что напряжение электродной цепи линейно зависит от величины рН и что при 20 ^oС (293 К) напряжение на каждую единицу рН изменяется на 58 мВ.

Для определения величины рН применяют платино-водородный, хингидронный, сурьмяный и стеклянный электроды. В промышленных условиях используют сурьмяный и стеклянный электроды. Сурьмяный электрод представляет собой стержень из металлической сурьмы, покрытый слоем окиси сурьмы. Действие стеклянного электрода основано на возникновении электрического потенциала на поверхности тонкой стеклянной мембраны в прямой зависимости от величины рН жидкости, в которую погружена мембрана. Толщина стенки стеклянной мембраны от 0,1 до 0,001 мм. Для сравнения при технических измерениях применяют каломельный электрод, обладающий постоянством потенциала и малым температурным коэффициентом.

Измерительное устройство с применением каломельного и сурьмя­ного электродов представляет собой мостовую схему, в диагональ которой последовательно включены электродная цепь и измеряющий гальванометр 6 (рисунок 10.46). В одну из ветвей включен термометр сопротивления 3. При изменении температуры изменяется сопротивление термометра, что нарушает равновесие моста, и в" диагонали возникает дополнительный ток, компенсирующий температурные изменения потенциала электродов. Чувствительность измерительной схемы 0,1— 0,2 рН.

Рисунок 10.46. Схема измерительного устройства с применением каломельного и сурьмяного элек­тродов:

1 —каломельный электрод; 2 — сурьмяный электрод; 3 — термометр сопротивления; 4 — защитный сосуд; 5 — измерительный мостик:

6 — гальванометр; 7 — батарея аккумуляторов; 8 —реостат батареи

В нефтеперерабатывающей промышленности измеряют величину рН конденсата после водоотделительной установки (в частности, при переработке сернистых нефтей). На установках по обезвоживанию и обессоливанию нефти измеряют величину рН отделенной от нефти воды, здесь она показывает степень обессоливания сырья, и т. д.

11 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Краткие сведения по проектированию систем автоматизации [6].

При выполнении схемы автоматизации процесса необходимо:

1. дать краткое описание технологического процесса с указанием технологического регламента (значений и погрешности измерения регулируемых и контролируемых величин);

2. описать блокировки процесса при аварийных режимах и способы представления информации о них (световая, звуковая сигнализация, отключения и переключения);

3. выбрать средства управления и пояснить их взаимодействие (привести описание работы системы автоматизации).

Рекомендации пособия применяют при разработке СА объектов, на которые распространяются требования СНиП 3.05.07 и рекомендации РТМ 36.22.7. Для остальных объектов настоящее пособие применяют в той мере, в которой они не противоречат специальным требованиям нормативных документов по созданию на них СА.

11.1 Основные положения

1.1. Схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим структуру (иерархию) пунктов контроля и управления, функции систем контроля и управления автоматизируемого объекта, оснащение СА техническими средствами: приборами и средствами автоматизации, щитами, пультами, вычислительной техникой и т.п.

На основе схем автоматизации осуществляется разработка остальной проектной документации.

1.2. Схемы автоматизации разрабатываются после изучения технологии производства (или технологии инженерной системы), особенностей его функционирования, действий производственного персонала по пуску, остановке производства и поддержанию процесса в требуемом режиме, правил безопасной эксплуатации конкретного производства (оборудования), задания на автоматизацию объекта, опыта эксплуатации СА на аналогичных действующих объектах.

11.2 Общие правила выполнения схем автоматизации

2.1. На схеме автоматизации изображают:

1) технологическое и инженерное оборудование и коммуникации (трубопроводы, газоходы, воздуховоды) автоматизируемого объекта (в дальнейшем – технологическое оборудование);

2) технические средства автоматизации или контуры контроля и управления;

3) линии связи между отдельными техническими средствами автоматизации;

4) таблицу условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами (если она не приведена в «Общих данных»);

5) необходимые пояснения к схеме.

При этом допускается наносить текстовые пояснения либо непосредственно на схеме, либо выполнять в качестве последующего листа к схеме автоматизации.

2.2. РМ предусматривает два способа выполнения схем автоматизации:

1) развернутый, при котором на схеме изображают состав и место расположения технических средств автоматизации каждого контура контроля и управления. Контуром контроля и управления называется совокупность отдельных функционально связанных приборов и средств автоматизации, выполняющих определённую задачу по контролю, регулированию, сигнализации, управлению и т.п.;

2) упрощённый, при котором на схеме изображают основные функции контуров контроля и управления (без выделения входящих в них отдельных технических средств и указания места расположения).

Над основной надписью, по ее ширине, сверху вниз располагают при необходимости таблицу не предусмотренных стандартами условных обозначений.

2.3. Толщину линий на схеме выбирают на основании требований ГОСТ 2.303 и ГОСТ 21.404.

В частности, рекомендуется использовать линии следующей толщины:

1) контурные (для агрегатов, установок, технологических аппаратов) - 0,2 - 0,5 мм;

2) коммуникаций - 0,5 - 1,5 мм;

3) обозначений приборов и средств автоматизации - 0,5 - 0,3 мм;

4) линий связи - 0,2 - 0,3 мм;

5) прямоугольников, изображающих щиты, пульты, агрегатирован­ные комплексы и т.п. - 0,5 - I мм;

6) выносок - 0,2 - 0,3 мм.

При одинаковой толщине линий различного назначения их рекомендуется вычерчивать (для выделения) по толщине в противоположных (большем и меньшем) пределах.

2.4. размеры цифр и букв для позиций, позиционных обозначений и надписей выбирают на основании ГОСТ 2.304.

Рекомендуется применять следующие размеры шрифта:

1) для позиций - цифры - 3,5 мм; буквы (строчные) - 2,5 мм;

2) для позиционных обозначений - буквы и цифры - 3,5 мм;

3) для пояснительного текста и надписей - 3,5 4- 5 мм.

Расстояние между параллельными линиями связи должно быть не менее З мм.

Условные графические обозначения по ГОСТ 21404-85 приведены в таблице2.

Таблица 2

Наименование	Обозначение
1.Первичный измерительный преобразователь датчик ; прибор, устанавливаемый по месту
2.Прибор, устанавливаемый на щите, пульте
3.Отборное устройство без постоянно под­ключенного прибора
4.Исполнительный механизм общее обозначение
5.Исполнительный механизм, открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
6.Исполнительный механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
7.Исполнительный механизм, который при прекращении подачи энергии или управ­ляющего сигнала оставляет регулирую­щий орган в неизменном положении
8.Регулирующий орган
9.Линия связи
10.Пересечение линии связи без соединения друг с другом
11.Пересечение линий связи с соединением между собой

Размеры условных графических обозначений по ГОСТ 21404-85

приведены в таблице 3.

Таблица 3

Наименование	Обозначение
Первичный измерительный преобразователь датчик, прибор контролирующий, регу­лирующий а/ базовое обозначение б/ допустимое обозначение
Отборное устройство
Исполнительный механизм
Регулирующий орган

Условные буквенные обозначения по ГОСТ 21404-85 приведены в

таблице 4.

Таблица 4

Обозначение	Измеряемая величина		Функции, выполняемые прибором
	Основные значения первой буквы	Дополни­тельное значение, уточняющее зна­чение первой бу­квы	Отображение	Формирова­ние выход­ного сиг­нала	Дополнитель­ное значение
1	2	3	4	5	6
A	-	-	Сигнализация	-	-
C	-	-	-	Регулирование, управление	-
D	Плотность	Разность, перепад	-	-	-
Е	Любая элект­рическая ве­личина	-	-	-	-
F	Расход	Соотношение, доля, дробь	-	-	-
G	Размер, поло­жение, переме­щение	-	-	-	-
H	Ручное воз­действие	-	-	-	Верхний передел величины
I	-	-	Показание	-	-
J	-	Автоматическое переключение, обегание	-	-	-
К	Время, временная программа	-	-	-	-
1	2	3	4	5	6
L	Уровень	-	-	-	Нижний предел величины
М	Влажность	-	-	-	-
Р	Давление, вакуум	-	-	-	-
Q	Величина, характеризующая ка­чество, состав, концентрация и т.д.	Интегрирование, суммирование по времени	-	-	-
R	Радиоактивность	-	Регистрация	-	-
S	Скорость, частота	-	-	Включение, отклю­чение, переключе­ние	-
Т	Температура	-	-	-	-
U	Несколько разнородных измеряемых ве­личин	-	-	-	-
W	Масса	-	-	-	-
X	Нерекомендуемая резервная буква	-	-	-	-
V	Вязкость	-	-	-	-

Пример построения условного обозначения прибора по ГОСТ 21404-85 показан на рисунке 10.1.

Рисунок 10.1 Примеры построения условных обозначений по ГОСТ 21404-85

Прибор для измерения температуры, показывающий, установленный по месту.

Например: термометр ртутный, термометр манометри­ческий и т.д.

Прибор для измерения температуры с автоматическим обегающим устройством, регулирующий, установленный на щите.

Например: многоточечный самопишущий потенциометр, мост автоматический и т.д.

Байпасная панель дистанционного управления, установленная на щите.

Прибор для измерения уровня, показывающий с контакт­ным устройством, установленный на щите.

Буквы H и L означают сигнализацию верхнего и нижнего уровней.

Преобразователь сигнала, установленный по месту. Входной сиг

нал пневматический, выход - электричес­кий.

Регулятор давления, работающий без использования по­стороннего источника энергии (регулятор давления прямого действия) "до себя"

Прибор для измерения уровня, бесшкальный, регулирую­щий, с контактным устройством, установленный по месту (например, электрический регулятор - сигнали­затор уровня, буква Н в данном примере означает блокировку по верхнему уровню)

Прибор для управления процессом по временной про­грамме, установленный на щите (командный электро­пневматический прибор КЭП, многоцепное реле времени и т.п.)

Прибор для измерения качества продукта, показывающий установленный по месту (например, газоанализатор, показывающий, для контроля содержания кислорода в дымовых газах)

Преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной сигнал тоже электрический; например, преобразователь измеритель­ный, служащий для преобразования ТЭДС термометра термоэлектрического в сигнал постоянного тока)

Пусковая аппаратура управления электродвигателем (например, магнитный пускатель, контактор и т.п. применение резервной буквы N должно быть оговорено на поле схемы)

Аппаратура, предназначенная для ручного дистанцион­ного управления, установленная на щите кнопка, ключ управления, задатчик и т.п.

Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционно­го управления, снабженная устройством для сигнализа­ции, установленная на щите (кнопка со встроенной лампочкой, ключ управления с подсветкой и т.п.)

Ключ управления, предназначенный для выбора управ­ления, установленный на щите (пример приведен для иллюстрации случая, когда позиционное обозначение велико и поэтому выносится вне окружности.)

11.3 Изображение технологического оборудования

3.1 Технологическое оборудование рекомендуется изображать в верхней части схемы. Технологическое оборудование автоматизируемого объекта изображают на схеме упрощенно.

3.2 На технологических коммуникациях изображают, только те запорные и регулирующие органы (включая предназначенные для байпасирования), которые используются в системах автоматического регулирования.

3.3 Рядом с изображением технологического оборудования должны быть даны поясняющие надписи (либо наименование оборудования, либо их позиции, если таковые имеются на технологической схеме).

3.4 Технологическое оборудование следует изображать с соблюдением требований следующих стандартов:

2) технологические трубопроводы в зависимости от протекающих в них сред - в соответствии с ГОСТ 14202;

3) запорную арматуру (не регулирующую) - по ГОСТ 2.785. .7.

4) соединение и пересечение технологических коммуникаций

на схеме изображают по ГОСТ 2.704 следующими условными обозначениями:

- соединение

или - пересечение

5) На коммуникациях наносят стрелки по ГОСТ 2.721, указывающие направления потока вещества. Коммуникации, идущие к начальным или конечным аппаратам и устройствам, в которых нет приборов и средств автоматизации, на схеме обрывают. В месте обрыва ставят стрелку и дают пояснение. Пример. "От насосов" или "К фильтру".

11.4 Изображение комплекса технических средств автоматизации

4.1. Приборы и средства автоматизации на схеме автоматизации изображают условными обозначениями по ГОСТ 21.404.

4.2. Приборы и средства автоматизации, условные обозначения которых не представляется возможным построить с помощью указанного ГОСТа, допускается обозначать произвольными условными обозначениями с обязательным пояснением их на схемах.

4.3. Приборы и средства автоматизации, встраиваемые в технологические коммуникации, изображают на схеме непосредственно в разрыве коммуникации в соответствии с рисунком 11.1.

Приборы и средства автоматизации, устанавливаемые на технологическом оборудовании с помощью закладных устройств (штуцеров, бобышек, гильз и т.п.), изображают на схеме в непосредственной близости к оборудованию в соответствии с рисунком. 11.2.

Рисунок 11.1 рисунок 11.2

4.4 Приборы и средства автоматизации, расположенные на щитах, пультах, показывают в прямоугольниках, изображающих щиты, пульты.

С помощью прямоугольников изображают и комплексы. При необходимости на схемах изображают отдельные модули и устройства этих комплексов.

Прямоугольники располагают, как правило, в нижней части поля схемы в одном или нескольких горизонтальных рядах и в такой последовательности, при которой достигается наибольшая простота и ясность схемы. В каждом прямоугольнике с левой столоны указывается соответствующее наименование.

В зоне прямоугольников показывают точки ввода и вывода сигналов.

Допускается, кроме наименования всего комплекса, приводить сокращенные наименования и (или) типы отдельных его устройств, без отражения реализуемых функций.

4.5 При расположении изображения щита или ЭВМ только на одном листе прямоугольник щита справа замыкается линией. При необ­ходимости изображения щита на последующих листах одной схемы или последующих схемах автоматизации прямоугольник щита не замыкает­ся, с правой стороны. В этом месте делают соответствующую надпись.

4.6 Приборы и средства автоматизации, которые расположены вне щитов и пультов и конструктивно не связаны непосредственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике "Приборы местные".

11.5 Изображение линий связи

5.1. Линии связи между приборами и средствами автоматизации на схеме автоматизации изображаются одной тонкой сплошной линией независимо от вида сигналов и количества проводов или труб.

5.2. Подвод линий связи к символу прибора допускается изображать в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку).

5.3. Линии связи должны изображаться по возможно кратчайшему расстоянию с минимальным числом изгибов и пересечений.

Приборы местные
Щит реакторов

Рисунок 11.3 Пример выполнения схемы автоматизации для однотипных технологических объектов с приборами, устанавливаемыми на общем щите

5.4. Допускается пересечение линиями связи изображений технологического оборудования. Пересечение линиями связи обозначений приборов и средств автоматизации не допускается.

5.5. При пересечении, ответвлении и слиянии линий связи следует рассматривать два случая:

1) пересечение (ответвление, слияние) без функционального взаимодействия (без соединения) друг с другом;

2) пересечение (ответвление, слияние) с функциональным взаимодействием (с соединением) друг с другом.

В случае функционального взаимодействия (соединения) линий связи в месте пересечения ставится точка.

5.6. Линии связи должны четко отобразить функциональные связи приборов (элементов) от начала прохождения сигнала (воздействия) до конца. При необходимости указания направления передачи сигнала на ли­ниях связи допускается наносить стрелки.

Приборы местные
Шкаф блоков
Центральный щит
ЭВМ	Ууправление	
	Цифровая индикация	
Печать	
Дисплей	

Рисунок 11.4 Пример выполнения схемы автоматизации с применением электронной вычислительной машины (технологическая часть схемы условно не показана)

5.7. Для сложных объектов с большим количеством применяемых приборов и средств автоматизации, когда изображение непрерывных ли­ний связи затрудняет чтение схемы, допускается их разрывать (адресный метод изображения линий связи). При этом нумерация разрывов линий связи со стороны прямоугольников "Приборы местные" и "Щиты" выполня­ют в порядке возрастания номеров.

Допускается комбинированное выполнение линий связи: непрерывны­ми линиями и адресным методом для тех участков схем, где нанесение непрерывных линий затруднительно.

5.8. На участках линий связи со стороны приборов, изобижённых в прямоугольниках щитов и пультов или прямоугольнике «Приборы местные» слева, непосредственно у подхода их к первому прямоугольнику, указы­вают предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения из­меряемых или регулируемых величин. Эти величины указывают в единицах шкалы выбираемого прибора или в соответствии с ГОСТ 8.417 (СТ СЭВ 1052). Разрежение (вакуум) обозначается знаком "-".

5.9. Выносные линии с полками, служащие для записи на них краткого пояснения функций, выполняемых аппаратурой.

11.6 Позиции и позиционные обозначения приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры

6.1. Позиции приборов и средств автоматизации должны состоять, как правило, из двух частей: цифрового обозначения, присваиваемого контуру контроля и управления, и буквенного или цифрового обозначения - прописных букв русского алфавита, присваиваемых отдельным элементам, входящим в контур.

6.2. Местным приборам, не входящим в контуры, например, показывающим термометрам, манометрам и т.п., присваивают позиции, состоящие только из цифрового или буквенно-цифрового обозначения.

6.3. Порядок присвоения позиций приборам и средствам автома­тизации в контурах контроля и управления, функционирующих совместно с техническими средствами управляющего вычислительного комплекса (УКВ),.принимают в соответствии с вышеприведенными пунктами. При этом устройствам УКВ, выполняющим эти функции, позиции не присваивают.

12 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (АСУ ТП)

12.1 Задачи автоматизации

Различают три степени автоматизации [7]:

1)частичная - это этап, при котором автоматизированы один или несколько участков производственного процесса или отдель­ные процессы без взаимной связи между собой,

2) комплексная авто­матизация - этап. при котором автоматизирован весь комплекс как основных, так и вспомогательных процессов производства по заранее заданным режимам и программам с помощью автоматических устройств, объединенных обшей системой управления, в этом слу­чае функция человека сводится к наблюдению за его ходом, анали­зу показателей и выбором таких режимов, при которых в данных условиях достигаются наилучшие показатели.

Наиболее легко комплексная автоматизация осуществляется при непрерывных производственных процессах, отдельные участки которых связаны единым материальным потоком.

3) Полная автоматизация - это ведение технологического процесса, включая выбор режимов работы, обеспечивающих наилуч­шие показатели, без участия человека. Функция человека в этом случае сводится к наблюдению за работой средств автоматики.

Для решения задач по автоматическому отысканию и установ­лению оптимальных режимов применяются вычислительные машины. управляющие машины, анализирующие ход производственного процесса на основе его математического описания.

4) Завершающим этапом полной автоматизации является завод- автомат, где все процессы и даже учет и отчетность осу­ществляются системой машин.

Внедрение автоматики позволяет:

1) увеличить производительность благодаря соблюдению ре­жимов работы;

2) уменьшить износ оборудования и увеличить межремонтные сроки в результате равномерности режимов работы;

3) улучшить качество продукции;

4) сократить потери производства;

9) сократить затраты сырья и вспомогательного оборудова­ния;

б) снизить себестоимость продукции;

Т) сократить расход топлива и электроэнергии;

в) интенсифицировать процессы и применить прогрессивные методы технологии, немыслимые без автоматики;

9) повысить производительность труда;

10) сократить габариты производственных здании благодаря рациональной компоновке оборудования;

11) улучшить условия труда производственного персонала (особенно на вредных и опасных участках).

13) сократить численность обслуживающего персонала;

13) улучшить организацию производства, т.к. автоматизация создает принудительный ритм, требующий бесперебойного снабжения сырьем, топливом, и т. д.

14) улучшить координацию управления производством, по­высить надежность протекания процесса, предотвратить аварии.

Добиться выполнения в равной степени всех составляющих эффективности, естественно, невозможно, для каждого процесса необходимо определить важнейшие задачи и подчинить решению этих задач схему и технологические средства автоматизации.

12.2 Основные функции АСУ ТП

При создании АСУ ТП выбирают конкретные цели ее функционирования и назначения ее в обшей структуре управления предприятием.

Такими целями, как правило, являются:

а) экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;

б) обеспечение безопасности функционирования объекта (экологиче­ский аспект);

в) повышение качества выходного продукта или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов;

г) снижение затрат живого труда;

е) достижение оптимальной иди максимальной загрузки оборудова­ния;

ж) оптимизация режимов работы технологического оборудования.

Рассмотрим понятие функций АСУ ТП которое широко используется при описании систем. Функции АСУ ТП –это совокупность действий системы, направленных на решение частной задачи управления. Эти действия обычно осуществляет какая-нибудь часть системы. Следу­ет отличать функции АСУ ТП в целом от функции, выполняемых комп­лексом технических средств системы или его отдельными устройст­вами.

Функции АСУ ТП подразделяют на управляющие, информационные

и вспомогательные.

Управляющая функция АСУ ТП - это функция, результатом которой является получение и реализация управляющих воздействий на тех­нологический объект управления.

К управляющим функциям относят­ся:

- регулирование (стабилизация) отдельных технологических пара­метров;

- однотактное логическое управление операциями или аппаратами (например, включение иди выключение различного оборудова­ния);

- управление группой оборудования (например, управление электродвигателями, насосами по какому-то за­ранее заданному закону);

- оптимальное управление установившимися или переходными технологическими режимами, либо отдельными стадиями процесса;

- адаптивное управление объектом (самоподстройка системы к изменяющимся характеристикам объекта или условиям его работы).

Информационная функция АСУ ТП - это функция, содержанием которой являются сбор, обработка и представление информации о состоянии объекта оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки.

К информационным функциям АСУ ТП относятся:

- централизованный контроль и измерение технологических перемен­ных;

- косвенное измерение (вычисление) переменных процесса (техникоэкономических показателей);

- формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУ ТП;

- подготовка и передача информации в смежные системы управления;

- обобщенная оценка и прогноз состояния технологического процесса

и его оборудования.

Отличительной особенностью управляющих и информационных функ­ций АСУ ТП является их направленность на конкретного потреби­теля (объект управления, оперативный персонал, смежные системы управления).

Вспомогательные функции АСУ ТП - это функции, обеспечивающие внутрисистемных задач. Они не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУ ТП (функционирование технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.).

Оптимальное управление в АСУ ТП находят путем периодического решения некоторых формализованных оптимизационных задач на экст­ремум заданного критерия качества, для вычисления которого испо­льзуют математические модели ТОУ. Эти модели могут неадекват­но описывать поведение ТОУ во времени (особенно при нестационар­ных характеристиках ТП), что приводит к погрешностям определения критерия и оптимальных управлений. Анализ оператором результатов решения оптимизационных задач снижает вероятность реализации на ТОУ неточных управляющих воздействий.

Одна из особенностей АСУ ТП , работавшей в режиме реального времени - необходимость нахождения оптимальных управлении за вполне определенный отрезок времени, обусловленный динамическими свойствами ТОУ, это предопределяет использование в АСУ ТП " быстрых " методов решения оптимизационных задач, приводящих, как правило, к снижению точности оптимальных управлений и необ­ходимости дополнительного анализа их оператором.

Интеллектуальный уровень АСУ ТП определяется алгоритмами

управления , реализуемыми УВМ. Невысокая надежность УBM обуславливает низкую надежность выполнения всей АСУ ТП интеллектуальных функций анализа информации и оптимизации управления ТОУ в непредвиденных условиях эксплуатации. Включение оператора в контур обратной связи существенно повивает эту надежность.

В случае топологически - пространственной декомпозиции ТОУ услов­но делят на ряд более простых локальны объектов с компактным территориальным размещением датчиков и регулирующих органов. Это позволит приближать УСО и УВМ к локальным объектам управления и уменьшать суммарную длину линия связи для передачи контрольной и командной информация, что снижает стоимость всей распределенной АСУ ТП (несмотря на увеличение числа УВМ).

В случае функционально-целевой декомпозиции слож­ный ТОУ подразделяют на ряд более простых локальных объектов. каждый из которых имеет меньшее число управлений и собственный локальный критерий качества, аддитивно входящей в общий крите­рий оптимальности.

Таким образом:

АСУ - человеке - машинная система, обеспечивавшая автомати­ческий сбор и обработку информации, необходимой для оптималь­ного управления в различных сферах человеческой деятельности;

ТОУ - совокупность технологического оборудования и реали­зуемого на нем технологического процесса;

АСУ ТП - есть АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на ТОУ в соответствии с принятым критерием управ­ления.

Созданию АСУ ТП способствовало появление мощных ЭЦВМ. В обшей иерархической структуре АСУ производством можно выделить следующие особенности:

1) элементы верхнего уровня связаны с крупными подсисте­мами и обрабатывают информацию за большие периоды времени;

2) элементы верхнего уровня связаны с более медленными процессами, велики периоды между принятием решения, динамика процесса выражена слабо;

3) описание и проблемы на верхних уровнях менее структурированы. более трудны для количественной формализации, принятие решения более сложно.

12.3 Состав АСУ ТП

В состав АСУ ТП должны входить следующие комплекты технических средств:

- комплект измерительных приборов, обеспечивавших измерение и преобразование физических величин в электрические сигналы;

- исполнительные устройства и вспомогательные приборы для преобразования электрическая сигналов в команды управления технологическим процессом.

- управляющий вычислительный комплекс УВК, включающий управляющие вычислительные устройства, периферийную технику, обеспечивающую двухстороннюю информационную связь с ЭВМ с объектом и ЭВМ более высокого уровня управления;

- устройства связи с объектом (линии, согласующие устройства параметров входных и выходных сигналов);

- устройства связи с технологом-оператором (включая пульт управления и информационное табло) для обеспечения информацией о ходе технологического процесса и управления им, о состоянии управляющей системы, введения корректив в УВК, пуск и останов.

Службы АСУ ТП должны иметь следующее обеспечение: техническое, программное, информационное, организационное, обслуживающий оперативный персонал.

Техническое обеспечение представляет собой полную сово­купность технических средств, достаточную для функциониро­вания АСУ ТП и реализации системой всех ее функция. В состав комплекса технических средств (КTC) АСУТП входят вычисли­тельные и управляющие устройства, средства получения, преоб­разования, хранения, отображения и регистрации информации (сигналов), устройства передачи сигналов в исполнительные уст­ройства.

Программное обеспечение - это совокупность программ, необ­ходимая для реализации функции АСУТП, заданного функци­онирования комплекса технических средств АСУ ТП и предпола­гаемого развития системы. Программное обеспечение АСУ ТП подразделяют на системное (общее) и прикладное (специальное).

Системное программное обеспечение поставляется в компле­кте со средствами вычислительно» техники, к нему относятся программы, необходимые в процессе функционирования и развитие системы;

программы для автоматизации разработки других программ (нужных конкретному потребителю). компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комп­лекса;

другие служебные и стандартные программы для перевода с различных языков на машинный язык (так называемые транслирующие программы, библиотеки стандартных программ в др.).

Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

давние, характеризующие состояние объекта управления и сис­темы управления;

системы классификации и кодирования технологической и техни­ко-экономической информации;

данные и документы, необходимые для выполнения всех функции АСУ ТП. в том числе нормативно-справочную информацию.

Организационное обеспечение АСУ ТП представляет собой совокупность описания функциональной, технической и органи­зационной структур, инструкций и регламентов для опера­тивного персонала АСУТП. обеспечивающих заданное функци­онирование оперативного персонала в составе системы управления.

В состав оперативного персонала АСУТП входят:

технологи-операторы, осуществлявшие контроль за работой и управлением технологическим процессом с использованием информации и рекомендаций, выработанных АСУ ТП;

эксплуатационный персонал АСУ ТП обеспечивающий правильность функционирования комплекса технических средств АСУ ТП, ремонтный персонал не входит в состав оперативного персо­нала АСУТП.

Все технические элементы АСУ ТП должны быть стандартизи­рованы по входу и выходу для удобства сопряжения.

На рисунке 12.1 приведена схема основных связей в АСУ ТП, где обозна­чены:

ОП - оперативный персонал: УСОП - устройство связи с оперативным персоналом; ВК - вычислительный комплекс; ТСА - средства реализации локальных систем; УСО - устройство связи с объектом.

Рисунок 12.1 Основные элементы АСУ ТП

Изображенная АСУ ТП работает в супервизорном режиме, при отсутствии ТСА имеет место режим непосредственного цифрового управления.

Вычислительный комплекс ВК состоит из блоков трех типов:

ОЗУ – (оперативные, внешние);

процессор - устройство для выполнения логических и арифметических действий над данными согласно заданной программе.

В зависимости от интерпретатора команд процессоры делятся на схемные, когда каждой команде соответствует набор логических схем, и микропрограммные, где схемно реализуют только набор элементарных микроопераций.

Устройства ввода-вывода организует работу с внешними устройствами ВУ помимо главного процессора, рисунок 12.2.

Внешние устройства подключаются к ЭВМ через специальный блок- интерфейс. Для согласования технических характеристик (и логических) внешнего устройства с интерфейсом применяют конт­роллеры, которые могут входить в состав внешних устройств. Ниже представлена схема связей в вычислительном комплексе, где приняты следующие обозначения:

ОЗУ - оперативное запоминавшее устройство

ПР - процессор

УИ - управление интерфейсом

КВВ - канал ввода-вывода

КВУ - контроллер внешнего устройства

ВУ - внешнее устройство.

Рисунок 12.2 Основные связи вычислительного комплекса

Микропроцессор - функционально законченное устройство для программной обработка информации, реализованное на одной или нескольких БИС.

Микро-ЭВМ - вычислительная машина на основе микропроцес­сора с добавлением БИС памяти и управления вводом-выводом.