9.2.3. Управление технологическим процессом в номинальном режиме

Если в блоке диагностики не выявлено тех или иных нару­шений в работе КТС, оборудования или функционирования ТП, а также установлена готовность АТК к автоматизированному управлению, то управление передается в блоки статической оп­тимизации и динамической стабилизации.

В блоке оптимизации осуществляется поиск наиболее выгод­ного режима функционирования ТП, удовлетворяющего всем тех­нологическим ограничениям. В блоке стабилизации вырабатыва­ются управляющие воздействия на материальные и энергетические потоки, направленные на поддержание характеристик ТП на уровне оптимальных режимных значений.

В двух указанных блоках осуществляются наиболее сложные математические расчеты, основанные на использовании заранее построенных математических моделей ТП. Такие модели позво­ляют спрогнозировать поведение ТП при реализации различных управляющих воздействий. Благодаря этому при обнаружении в блоке контроля отклонений характеристик ТП от номинала такие модели позволяют рассчитать управляющие воздействия, которые должны вернуть ТП в требуемое состояние (эти воздействия пе­редаются в блоки НЦУ).

Технолог-оператор имеет возможность вводить в блоки опти­мизации и стабилизации уставки и данные для расчетов, которые нельзя получить с помощью датчиков аналоговой или дискретной информации (напр., химический состав сырьевых компонентов или теплотворная способность топлива).

9.2.4. Ситуационное управление

Функционирование АСУ ТП в случае тех или иных наруше­ний определяется блоком ситуационного управления. В зависи­мости от типа ситуации, который должен быть выявлен в блоке диагностики, производятся:

корректировка структуры управления в режимах оптимиза­ции и (или) стабилизации (например, может быть снят с управ­ления блок оптимизации; отключены некоторые контуры стаби­лизации; изменены настройки соответствующих алгоритмов управления);

переход к алгоритмам управления, имитирующим логику уп­равления опытных операторов в сходных ситуациях;

отказ от НЦУ и переход к управлению в режиме совета оператору.

9.2.5. Представление информации оператору

Информация о состоянии ТП может представляться оператору системы в виде текстов, таблиц, графиков, рисунков. В состав ПО ОСУ ТП могут включаться программы:

вывода экстренных сообщений на печать, экран дисплея, таб­ло, мнемосхему;

периодического вывода текущей информации на печать или экран дисплея;

печати сменных и суточных рапортов, сводок, таблиц основ­ных показателей;

вывода отдельных показателей по запросу оператора.

9.3. Комплекс технических средств асу тп

Для реализации функций АСУ ТП требуются весьма разно­образные устройства, обеспечивающие текущий контроль за хо­дом технологического процесса, переработку получаемой инфор­мации, формирование и выполнение управляющих воздействий. В основу используемых технических средств заложены принципы стандартизации и унификации входных и выходных сигналов, позволяющие просто согласовывать между собой различные при­боры и устройства.

По своему назначению устройства, образующие комплекс тех­нических средств (КТС) АСУ ТП, могут быть разделены на три основные группы: первичные измерительные преобразователи, устройства контроля и регулирования и исполнительные устрой­ства. Взаимодействие названных групп устройств в составе АСУ ТП схематично показано на рис. 9.2. Рассмотрим далее каждую из групп устройств КТС в отдельности.

1 . Первичные измерительные преобразователи необходимы для получения информации о состоянии ТП. К этой группе от­носятся первичные измерительные преобразователи (датчики), нормирующие преобразователи, формирующие унифицированные электрические или пневматические сигналы, и другие средства измерения, дающие текущую информацию о контролируемых фи­зических величинах.

Наряду с унифицированными электрическими сигналами, из которых наиболее распространены сигналы постоянного тока 0— 5, 0—20 и 4—20 мА, постоянного напряжения 0—10 В, частоты 4—8 и 2—4 кГц, и пневматическими сигналами величиной 0,02— 0,1 МПа, иногда используются непосредственно сигналы первич­ных преобразователей: термометров сопротивления, термопар, дифференциально-трансформаторных датчиков.

2. Устройства контроля и управления осуществляют прием, обработку, хранение, выдачу информации и формирование ко­манд управления. К этой группе относятся функциональные преобразователи, логические устройства, вторичные приборы, регу­лирующие комплексы, управляющие вычислительные устройства.

По сложности решаемых задач устройства данной группы можно условно подразделить на три уровня.

а) Нижний уровень предназначен для реализации простых схем контроля и регулирования, т. е. для создания систем авто­матического регулирования простых технологических объектов или для автономного контроля и регулирования отдельных па­раметров сложных объектов. К функциям, выполняемым устройствами нижнего уровня, относятся индикация и регистрация кон­тролируемых параметров, сигнализация о достижении переменными заданного уровня, позиционное и одноконтурное регулирование. В состав устройств данного уровня входят нормирующие преоб­разователи и вторичные приборы — вольтметры, логометры, по­тенциометры, автоматические мосты.

Нормирующие усилители или преобразователи, принимая сла­бые электрические сигналы с выходных устройств первичных измерительных преобразователей, трансформируют их в унифи­цированный сигнал постоянного тока или напряжения. Исполь­зование нормирующих преобразователей в схемах управления с большим числом контролируемых параметров требует значитель­ных затрат на их приобретение и обслуживание, поэтому наблю­дается тенденция к применению первичных измерительных пре­образователей с унифицированным входом.

Вторичные приборы служат для измерения и регистрации сиг­налов первичных преобразователей. Автоматические потенцио­метры и мосты выпускаются в различных конструктивных вари­антах: с прямолинейной или круговой шкалой, с ленточной или дисковой диаграммой. Иногда в них встраиваются функциональ­ные преобразователи выходных унифицированных сигналов или устройства для позиционного регулирования. Применяются также приборы с регулирующими устройствами для программного уп­равления, а также с устройствами сигнализации.

б) Средний уровень служит для осуществления функций цен­трализованного контроля ряда переменных и построения на этой основе систем автономного или многосвязного автоматического регулирования ТП на основе стандартных линейных законов уп­равления, нелинейных статических преобразований и логических процедур. Для реализации указанных функций разработаны раз­личные регулирующие комплексы. Они, как правило, включают измерительные блоки, осуществляющие прием сигналов первич­ных преобразователей, усилительные блоки, блоки нелинейных алгебраических и логических преобразований, блоки, реализующие стандартные линейные законы регулирования (П — пропор­циональный, ПИ — пропорционально-интегральный, ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный), а также схемы двух- или трехпозиционного регулирования, блоки сигнализации и индикации показаний приборов. Основной элементной базой регулирующих комплексов служат интегральные микросхемы, что позволяет использовать при их конструировании модульный принцип.

в) Верхний уровень реализует сложные алгоритмы управления ТП, включая централизованный контроль и обработку информа­ции, диагностику, ситуационное управление, стабилизацию и оп­тимизацию режимов технологических процессов, оперативное уп­равление участками производства. Указанные функции осущест­вляются на основе применения разнообразных средств вычисли­тельной техники, рассмотрению которых будет посвящен специ­альный раздел книги.

3. Исполнительные устройства реализуют управляющие воз­действия на ТП при помощи пусковых устройств и исполнитель­ных механизмов. Они предназначены для изменения регулирую­щих воздействий в соответствии с величиной сигналов, пода­ваемых на их вход от устройств регулирования.

Наибольшее распространение имеют электрические исполни­тельные устройства постоянной скорости.

Пусковые устройства усиливают по мощности управляющие сигналы, поступающие с регулирующего прибора или от опера­тора при ручном управлении. При использовании электрических исполнительных механизмов постоянной скорости подаваемые на них сигналы представляют собой импульсы с одинаковой ампли­тудой и скважностью, определяемой величиной управляющего воздействия. Пусковые устройства обеспечивают пуски, реверсы и остановы исполнительных механизмов. Каждый тип пускового устройства сопрягается с определенными исполнительными ме­ханизмами и регулирующими устройствами.

Исполнительные механизмы (ИМ) осуществляют управляющие воздействия в соответствии с усиленными сигналами регулиру­ющих устройств. Электрические ИМ состоят из смонтированных в одном корпусе электродвигателей, редукторов, тормозных ус­тройств, преобразователей и указателей положения. В ИМ по­стоянной скорости используются асинхронные двигатели пере­менного тока. При больших мощностях применяются трехфазные двигатели с питанием от трехфазной сети. Редукторы необходи­мы для согласования частоты вращения выходного вала с час­тотой вращения приводного электродвигателя. Датчики положе­ния служат для организации управления с обратной связью — их сигналы подаются на вход регулирующих устройств и дистанци­онных показателей положения регулирующих органов.

При выборе ИМ основными критериями являются пусковой и номинальный моменты, а также конструктивные и эксплуатаци­онные параметры. Если ИМ используется в системе автоматиче­ского регулирования, то необходимо учитывать его статические и динамические свойства, т. к. они влияют на качество регули­рования.