В
опрос
1 Основные понятия и определения
Автоматизация пр-ва – этап машинного пр-ва, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения ф-ий упр-я производственным процессом и передаче этих ф-ий автом. устр-вам.
Управл-е произв. пр-сом подразумевает целенапр. воздействие на этот процесс, обеспечивающее оптимальный или заданный режим его работы. Процесс управления складывается из следующих операций: 1) получение информации о фактическом состоянии управляемого технологического процесса (информационный аспект задачи управления); 2) обработка и анализ информации с целью определения необходимого воздействия (алгоритмический аспект); 3) осуществление принятого решения, т.е. непосредственное воздействие на процесс (энергетический аспект).
Совокупность технологич. оборудования и реализ-го в нем по соотв. инструкциям (регламентам) тех. пр-са пр-ва целевого продукта образует понятие технологический ОУ (ТОУ).
Х.о. ТОУ – целенапр. воздействие на объект необх. производить с учетом физических ограничений, кот. определяются особым режимом функционирования ТОУ (норм. режим, пуск, остановка, предаварийный, аварийный).
Управл. возд-я могут иметь физ. ограничения, т. е. такие, кот. не могут быть нарушены при неправильном выборе упр. возд-ий. Результатом таких УВ может быть аварийный режим.
Кроме физ. огр-ий можно выделить условные ограничения, превышение которых не нарушает протекания техн. пр-са, но может вызвать существенный ущерб.
Система упр-я (СУ) - совокупность техн. ср-в, программн. ср-в и персонала, принимающего непоср. участие в упр-ии вместе с ТОУ.
Задача, поставленная перед СУ, наз. целью управления (напр., постоянство температур).
Принято различать след. типы СУ:
- Ручное; - сист. авт. контроля и ручного дистанц. упр-я; - частичн. автоматизация; - комплексн. авт-я; - полная авт-я.
Компл. авт-я: кроме обеспечения режима норм. эксплуатации реализуются процедуры пуска/ останов/аварийное отключение ТОУ.
Решение проблем авт-ции комплексное.
Для сложных СУ при проектировании и реализации целей упр-я используется системный подход, основные положения этого подхода:
1 разработка сложных СУ ведется путем декомпозиции задачи упр-я на более простые подзадачи, решаемые соответст-ми подсистемами:
- подсистемы упр-я в штатном режиме. Базовые АСУ (БАСУ)
- подс. противоаварийной защиты
- подс. пуска и останов
2 каждая из подзадач м.б. сложной, поэтому декомпозиция производится до тех пор, пока сложная система не станет простой
3 для обеспечения целостности системы после разработки простых систем проводится сборка (композиция, интеграция) подсистем в единую систему.
СУ, содержащая в своем составе УВК наз-ся АСУТП.
АСУТП предст. собой частный случай АСУ.
АСУ – человеко-машинная СУ, обеспечивающая автоматический сбор и обработку информации, необходимую для оптимального управления в различных областях человеческой деятельности. В ней оптимально используются возможности человека и машины. В АСУ лицом, принимающим решения является оператор технолог. утановки. АСУ – эргатическая система упр-я.
Присутствие оператора в СУ объясняется след. причинами:
Сложность и малоизученность ТОУ. Это приводит к тому, что не удается получить адекватную математическую модель. А, значит, не удается разработать формализованные алгоритмы управления.
Отсутствие техн. средств, необх. для реализации функции упр-я в полном объеме.
Технико-экономическая целесообразность
В АСУТП оператор тех. установки исполняет роль эксперта. Поэтому в составе АСУТП должна быть база знаний для экспертизы.
Структурные схемы АСУ
Локальные СУ:
Ср.с.с ОП- средство связи с оператором
Системы с централизов. управлением:
ВП – вторичный преобразователь в уцнифицир. сигнал.
Если задача управления ТП решается в рамках АСУТП с централизов. структурой, то состав кТС можно предст. в виде след. структ. схемы:
1 – подсистема дистанц. управления
2 – подс. логического управления
3 – подс. автоматического управления
4 – индивид. вторичные измерит. преобразователи
5 – устр-во отображения информации
6 – пульт оператора
7 – управляющий компьютер
8 – вышестоящие субсистемы
В зависимости от типа выбранных средств, типа связи АСУТП относят к информационной, супервизорной и непосредственного цифрового управления.
Развитие современных АСУТП основано на применении децентрализованной структуры. С появлением микропроцессора 1974 Йокогава и Ханнингем вышли с концепцией автоматизации, в рус. распределенная система управления РСУ (DSC в англ).
РСУ характ-ся тем, что обработка информации в них происходит там, где эта информация возникает – принцип параллельной обработки информации. Вых. инф-я – в цифровой форме.
В РСУ кроме техн. средств, характерных для АСУТП, появились ряд принципиально новых для СА устройств: магистраль передачи данных МПД, операторная станция ОС, локальная технологическая станция ЛТС, координирующая технологическая станция КТС.
МПД – магистраль передачи данных;
ТСПД – терминальная сеть передачи данных;
АС – адаптер связи (сетевая плата);
Пр. – процессорные устройства;
ЛТС – локальная технологическая станция;
ОС – операторная станция;
КС – координирующая станция;
ДС – дисплейная станция;
ПУ – периферийное устройство;
БУ – блок управления (функциональная клавиатура).
К МПД подключаются периферийные устройства, образуя базовую сеть передачи данных БСПД.
Есть устройство, которое близко к технологическому. Оно работает в автономном режиме, называется ЛТС.
ОС может находиться на щите или в операторной, поэтому условия работы близки к офисным. Требования менее жесткие, но есть другие требования – быстродействие, точность, …
Внешняя часть РСУ образует терминальную сеть передачи данных ТСПД. РСУ представляет собой некоторое упорядоченное соединение узлов, обменивающихся м/д собой данными об измерениях, управлении и осуществл-х коммуникацию человека и машины.
В основе понятие узел. Узел – коммуникационный элемент, связанный с передающей стороной. В нем есть логический элемент, обрабатывающий информацию. Каждый узел обладает логическим интеллектом (есть микропроц-р). Узел имеет интерфейс с передающей средой и поддерживает общий протокол коммуникации. Макс. число узлов зависит от особенностей передающей среды и количества сегментов. Количество абонентов одного сегмента зависит от протокола передачи и передающей среды.
Основной единицей аппаратуры современного комплексного управления является станция – оформленный в виде единой конструкции набор устройств, присоединяемый к сети АСУТП. Каждая станция имеет свой сетевой адрес. Станции различаются выполнением операций, реализующих функции определенного класса.
ЛТС– тех. средство нижнего уровня управления ТП и служит для автономного управления некоторыми его участками. Алгоритмическое обеспечение ЛТС позволяет реализовать базовые алгоритмы управления (ПИД, комбинированное управление, каскадное регулирование, программно-логическое управление). Благодаря распределенной обработке технол. инф-ции с помощью ЛТС для оценки работоспособности РСУ использ-ся понятие живучести.
Живучесть определяет способность сохранения работоспособности системы не только в нормальных условиях эксплуатации, но и при аварийных ситуациях. При этом допускается некоторые ухудшения качества управления.
ОС выполняет функции управления, относящиеся к более высоким уровням иерархии управления и обеспечивает непосредственное управление произ. пр-сом. Назначение ОС – связать оператора с объектом и со средствами АСУТП. Главное средство представления информации оператору – экран дисплея в форме видеограмм, отображающих состояние пр-са.
Видеоргаммы: - нестандартные. Строятся непосредственно пользователем для каждого конкретного объекта.
- стандартные. Могут представлять данные в виде таблиц.
Видеограммы образуют некоторую иерархич. систему. Наверху – обзорные, внизу – конкретные.
КС – центральное управляющее устройство.
МПД вместе с адаптерами связи образуют БСПД. Процессоры образуют сеть ЭВМ. Периферия – терминальная сеть передачи данных ТСПД.
Принципиальное отличие РСУ от централиз. АСУТП – наличие сети ЭВМ.
В комплексе для распр. АСУТП применяется магистраль с последовательной передачей данных, а физич. уровень предст. собой витую пару, коаксиальный кабель, опт. волокно и т.д.
Вопрос 6. Централизованные асу тп
В централизованной системе вся информация, необходимая для управления АТК, поступает в единый центр – операторский пункт, где установлены практически все технические средства АСУ ТП за исключением источников информации и исполнительных устройств и где находится оперативный персонал. Техническая структура таких систем наиболее проста и имеет ряд очевидных эксплуатационных достоинств. Недостатками ее являются необходимость избыточного числа элементов для обеспечения высокой надежности функционирования АСУ ТП и большие затраты на кабельную продукцию. Она целесообразна для сравнительно небольших по мощности и компактных АТК с умеренными требованиями по надежности.
Системы с централизованной структурой в зависимости от особенностей выполнения функций УВК можно разделить на: информационные, работающие в режиме «советчика», супервизорные и непосредственного цифрового управления (НЦУ).
Информационный режим. В управляющий компьютер вводится информация о состоянии ТОУ, в том числе значения управляемых и управляющих величин. Оператор управляет процессом с центрального пульта управления, используя информацию, выдаваемую компьютером и вторичными приборами. Для решения задачи сбора и обработки информации необходимо иметь информационную модель ТОУ.
Режим советчика. Кроме информационных функций на УВК возлагаются задачи анализа поступающей информации и выработки оптимальных решений с выдачей оператору рекомендаций по управлению. Недостатком подобного класса АСУ ТП является присутствие человека в контуре управления. Для работы в режиме советчика должна быть динамическая модель ТОУ, используя такую модель, компьютер выдает в режиме реального времени (on-line) советы оператору.
Режим супервизорного управления. Супервизор – название основной программы операционной системы компьютера. Основная особенность супервизорного режима работы АСУ ТП – автоматическое управление локальными регуляторами с помощью УВК. Задача такой системы – поддержание работы ТОУ в режиме близком к оптимальному. У супервизорных систем управления в программном обеспечении присутствует оптимизационная модель процесса.
Режим непосредственного цифрового управления (НЦУ). УВК реализует функцию многоканального управляющего устройства (многоканальный регулятор).
Вопрос 4. Асу тп. Типовые задачи асу тп. Функции и виды обеспечения асу тп.
АСУ ТП – человеко-машинная система управления, обеспеч. автоматизир. сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием. Критерий управления АСУ ТП – это соотношение, характеризующее качество функционирования ТОУ (обычно - технико-экономический показатель или технический показатель).
Система управления ТОУ является АСУ ТП в том случае, если она осуществляет управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению участвуют средства вычислительной техники, другие технические средства и оператор. Типовые задачи АСУ ТП:
1)Задачи разработки и оптимизации работы локальных подсистем регулирования (АСР) – подсистем нижнего уровня: выбор структуры АСР (одноконтурные, каскадные, комбинированные, многосвязные, логико-динамические, с эталонной моделью, адаптивные, нечеткие, нейронные и т.д.), оптимизация структуры системы, структуры и параметров управляющих устройств.
2)Продвинутые задачи в штатном режиме: (управление процессом по качеству продуктов переработки; минимизация матеральных- и (или) энергозатрат; оперативное управление по ТЭП);
3)Продвинутые задачи по обеспечению безопасности: (диагностика отказов датчиков, ИУ;
защита от последствий отказов (резервирование, замораживание выходов регуляторов, расчет параметров на основе моделей); принятие мер по снижению отрицательного эффекта от отказов; прогнозирование развития аварийных ситуаций и мягкое парирование неполадок элементов автоматизированного технологического комплекса.
4) Задачи по пуску, установке.
Подсистемы АСУТП в целом обеспечивают оперативное управление производством в реальном времени («on linе») по техническим параметрам и по экономическим критериям и технико-экономическим показателям (режим работы «off line»). АСУ ТП и ТОУ образуют АТК (автоматизированный технологический комплекс).
Функции и составные части АСУ ТП
Функция АСУ ТП – это круг (совокупность) действий системы, направленный на достижение одной из частных целей управления. Частные цели управления, как и реализующие их функции, образуют функциональную структуру АСУ ТП. Обычно выделяют три вида функций: Информационные функции - цель – сбор, преобразование и хранение информации о состоянии ТОУ, представление этой инф-ции оперативному персоналу или передача ее для последующей обработки. Основные информационные функции: первичная обработка информации о текущем состоянии ТОУ; обнаружение отклонений технологич. параметров и показателей состояния оборудования от установл. значений; расчет значений, не измеряемых величин и показателей; оперативное отображение и регистрация информации; обмен информацией с оперативным персоналом; обмен информацией со смежными и вышестоящими АСУ.
Управляющие функции обеспеч. поддержание экстремального значения критерия управления в условиях изменяющейся производственной ситуации. Они делятся на две группы: первые служат для определения оптимальных управляющих воздействий, при которых поддерживается оптимальный (или близкий к нему, т.е. рациональный) режим технологического процесса; ко второй группе относятся функции, обеспечивающие реализацию этого режима путем формирования управляющих воздействий на ТОУ. Отличит. ос-ть упр. и информ. ф-ций АСУ ТП – их направленность на конкретного потребителя (объект управления, оперативный персонал, смежные системы управления).
Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач. Эти функции не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУ ТП. В зависимости от степени участия людей в выполнении функций системы различают два режима реализаций функций: автоматизированный и автоматический.
Создание и внедрение АСУ ТП связано с реализацией (материализацией) различных видов обеспечения. Техническое обеспечение (system hardware) -комплекс технических средств (КТС), применяемых для функц-я АСУ. Основные элементы: средства получения информации о текущем состоянии ТОУ (источники информации); управляющий вычислительный комплекс (УВК); технические средства для реализаций функций локальных систем автоматизации; устройства связи с оперативным персоналом; исполнительные устройства, непосредственно реализующие управляющие воздействия на ТОУ. Математическое обеспечение (mathematical support), т.е. сов-ть математич. методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при разработке и функц-ии таких систем. Программное обеспечение (system software) - комплекс программ, реализующих алгоритмы обработки информации. Его разделяют на общее (ОПО) и специальное (СПО). ОПО – совокупность программ, рассчитанных на широкий круг пользователей и предназначенных для организации вычислительного процесса и (или) решений часто встречающихся задач обработки информации. СПО – совокупность программ, разрабатываемых при создании конкретной системы управления для реализации ее функций.
При решении задач реализации (построения) СУ обычно используются специализированные программные пакеты, которые достаточно условно можно разбить на подмножества:
CASE–средства (Computer Aided Software Engineering), предн. для программ-я задач, реализуемых подсистемами нижнего уровня АСУТП на промышл. микроконтроллерах;
ОСРВ - операционные системы реального времени;
SCADA–системы (Supervisory Control And Data Acquisition), которые предн. для автоматизир. конфигурир-я АСУТП из таких элементов, как микроконтроллеры,компьютеры, технологические станции и т. д. и программирования задач, отнесённых к SCADA – уровню;
ЭСРВ - экспертные систем реального времени, к числу которых относятся:
G2,COGSYS и др.;
СУБД – системы управления базами данных;
MRP-системы (MRP – Material Requirements Planning) - автоматизированное планирование потребности в сырье и материалах для производства;
MRP II (Manufacturing Resource Planning) – планирование ресурсов предприятия;
ERP-системы (ERP - Enterprise Resource Planning – планирование/управление ресурсами предприятия с точки зрения бизнеса);
EAM-системы (EAM - Enterprise Asset Management - управление основными фондами и имуществом).
Под информационным обеспечением (data support) формализов. описание процессов обработки данных, т.е. информации, циркулирующей в системе при ее функционировании. В АСУ ТП основную роль играет отображающая информация. Лингвистическое обеспечение (linguistic support) – сов-ть языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информац. единиц при общении персонала АСУ со средствами вычислительной техники при функционировании АСУ. Организационное обеспечение (organizational support) - совокупность описаний функц., технич. и организац. структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала АСУ ТП, обеспечивающую заданное функционирование оперативного персонала в составе АТК.
В состав оперативного персонала АСУ ТП входят: технологи - операторы, осуществляющие контроль за работой и управление ТОУ, а также эксплуатационный персонал АСУ ТП. Ремонтный персонал в состав АСУ ТП не входит.