МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНГТУ

КАФЕДРА АУТПТЭК

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Алчевск, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Постоянно наблюдается возрастание уровня автоматизации во всех отраслях народного хозяйства: энергетике, горном деле, машиностроении, химической промышленности и т.д. Разрабатываются новые средства автоматизации как аналоговые, так и цифровые, на базе которых разрабатываются более эффективные системы автоматизации технологических объектов управления (ТОУ) высокой надежности, больших эксплуатационных удобств при реализации более совершенных алгоритмов контроля и управления.

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все ТОУ в той или иной мере оснащаются средствами автоматизации, особенно в сложных и опасных производствах (металлургия, горное дело, химия, нефтехимия и т.д.).

Практически все проектные институты занимаются разработками проектов автоматизации.

В настоящее время созданы и внедряются системы автоматизированного проектирования (САПР) систем автоматизации (при подготовке специальности 21.03.15 в учебном плане отдельный курс).

1. Общие вопросы проектирования систем автоматизации.

1. Понятие систем управления.

Системой называют регулярную или упорядоченную совокупность устройств, состоящую из взаимосвязанных частей, действующих как одно целое и предназначенную для достижения какой-либо цели.

Система управления (СУ) – это совокупность ОУ и УУ (регулятор, управляющая система), действие которой направлено на поддержание или улучшение работу ОУ.

По степени автоматизации СУ подразделяют на автоматические, когда управление осуществляется автоматически, т.е. без участия человека; автоматизированные, когда управление осуществляется частично автоматически, частично с участием людей-операторов.

Классификация и иерархическая структура системы

Рисунок 1.1 – Классификация систем

Рисунок 1.2 – Иерархическая структура системы

Очень сложные (большие) системы имеют иерархическую структуру и представляют собой комплекс подсистем различных уровней (рангов).

Для больших систем разрабатываются автоматизированные системы управления (АСУ), т.е. АСУ ТП. Например, при автоматизации мощных энергоблоков (котел-турбина-генератор) требуется контролировать около 1000 переменных и около 100 стабилизаторов с высокой точностью.

АСУ ТП – система, реализуемая на вычислительной технике (ВТ), которая обеспечивает автоматизированное (автоматическое) управление технологическим комплексом с использованием централизованно обработанной информации по заданным техническим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты выработки продукта, и подготавливает информацию для реализации организационно-экономических задач.

На рисунке 1.3 приведена централизованная структура АСУ ТП

Рисунок 1.3 – централизованная структура АСУ ТП

Информация о входных U1, U2, U3 и выходных переменных Y (y1, y2 …) ТП через устройства связи с объектом и с оперативным персоналом поступает в УВК, где обрабатывается по заданным алгоритмам. УВК через устройства связи выдает управляющие команды операторам, а также исполнительным устройствам, которые реализуют управление ТП, изменяя режим его работы(т.е. частично автоматически, частично с участием оператора).

Для реализации АСУ ТП разработаны Агрегатные Системы средств Вычислительной Техники (АСВТ); Комплекс Технических Средств для Локальных Информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС); Аналоговый Комплекс Электронных Средств Регулирования (АКЭСР), система «Каскад», регулирующая микропроцессорные контроллеры (Ремиконты), МИКРОДАТ.

2. Системный подход при проектировании систем автоматизации

Разработка и внедрение сложных систем, дающих максимальный эффект, возможны только при системном подходе к решению задач автоматизации, когда одновременно и взаимосвязано рассматриваются ТП, оборудование и средства автоматизации. Системный подход представляет собой методологию проектирования, исследования и внедрения больших систем. При системном подходе функционирование каждого агрегата, процесса, подсистемы должно быть направлено на достижение общей цели управления – ведение ТП в соответствии с выбранными критериями качества.

При создании систем автоматизации рекомендуется полностью или частично применить следующие общественные принципы:

1. Принцип включения предусматривает, что требования к созданию, функционированию системы управления определяются со стороны более сложной системы, в которую проектируемая система входит как подсистема.

2. Принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания, функционирования системы управления должна обеспечиваться ее целостность, что достигается соответствующей организацией связей между подсистемами и функционированием подсистем, входящих в СУ;

3. Принцип развития требует, чтобы система автоматизации разрабатывалась и функционировала как развивающаяся система, для чего должно быть предусмотрено наращивание компонентов системы и связей между ними;

4. Принцип информационного единства состоит в том, что в подсистемах, технических средствах должны использоваться термины, символы, условные обозначения, способы представления информации, установленные в отраслях соответствующими документами;

5. Принцип совместности состоит в том, что информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами, техническими средствами системы автоматизации должны быть согласованы так, чтобы обеспечивалось совместное функционирование всех подсистем и технических средств;

6. Принцип инвариантности предопределяет, что подсистемы и компоненты системы автоматизации должны быть по возможности универсальными или типовыми, т.е. инвариантными к проектируемым объектам, относящимся к какому-либо классу (например, система автоматизации энергоблоков, система программного управления станками).

Весь процесс проектирования с точки зрения системного подхода можно разделить на два этапа:

1) макропроектирование (внешнее проектирование) должно содержать по крайней мере три основных раздела:

а) четкое определение целей создания системы и круга решаемых задач;

б) перечень и характеристику действующих на систему факторов, требующих обязательного учета при разработке;

в) выбор показателей эффективности;

2) микропроектирование (внутреннее проектирование) связано с конкретными техническими решениями по всем элементам и подсистемам.

Проектирование это одновременно и «наука и искусство». Но всегда требуется достижение оптимальных результатов: максимальная надежность, заданной точности при минимальной стоимости и т.д.

На рисунке 1.4 представлены основные этапы проектирования.

Рисунок 1.4 - основные этапы проектирования.

1.3 Формализация и активизация творческой деятельности.

1.3.1 Для выбора лучших из предложенных концепций рекомендуется применение матриц решений. Каждому варианту начисляется определенное число баллов от 0 до 10 по отношению к каждому из критериев , к= (точность, надежность и т.д.). Важность критериев учитывается с помощью весовых коэффициентов , сумма которых равна 1,0. Для каждого варианта Аi вычисляется сумма оценок по всем критериям с учетом их важности

Вариант	Критерии
	I1	I2	I3
	1	2	3
А1	а11	а12	а13
А2	а21	а22	а23

Последний столбец – сумма взвешенных оценок. Оценки выставляют по критериям: аik – оценки варианта критерия: 0 – 10б; к – коэффициент, учитывающий важность критерия, их значимость: к = 1 – 1,0.

Трудность – составить таблицу по оценкам 0 – 10 и к , для чего используются методы экспертных оценок (интуиция, опыт и т.д.).

Окончательно выбирается такой вариант, которому соответствует максимальное (минимальное) значение суммы Si .