3.6.3. Функціональна та алгоритмічна структури систем управління

Вивчення та математичний аналіз АСУ суттєво полегшується, якщо її попередньо умовно розділити на типові елементи (ланки), вивчити фізичні взаємозв’язки між цими елементами та відобразити їх на певній умовній схемі.

АСУ може бути умовно розділена на окремі частини по різним признакам:

■ по призначенню частин;

■ по алгоритмом перетворення інформації;

■ по конструктивним особливостям.

Відповідно розрізняють: функціональні, алгоритмічні та конструктивні структури. Під структурою розуміють сукупність взаємозв’язаних між собою частин одного чогось цілого.

Функціональна структура відображає функції, що виконуються окремими частинами АСУ.

До таких функцій відносяться:

1. отримання інформації про стан об’єкта;

2. перетворення сигналів та порівняння сигналів.

Окремі частини функціональної структури називаються блоками і елементами.

Назва блоку показує на функцію яку він виконує. Наприклад, первинний вимірювальний перетворювач (ПВП), управляючий пристрій (УП) (регулятор); ВМ – виконавчий механізм.

ПВП

ВМ

УП

Алгоритмічна структура – характеризує алгоритм перетворення інформації в АСУ і являє собою сукупність елементарних ланок і зв’язків між ними. Алгоритм всіх ланок, що входять в АСУ, в сукупності відтворюють алгоритм її функціонування.

Елементарна алгоритмічна ланка – це частина алгоритмічної частини АСУ, що відповідає елементарному перетворенню сигналу і виконує простішу математичну або логічну операцію.

На схемах такі ланки зображують прямокутником в середині яких записують передаточну функцію або операцію по перетворенню сигналу, наприклад:

Логічне множення Диференціювання Алгебраїчне додавання

Кожній із охарактеризованих структур відповідає своя схема функціональна та алгоритмічна. Як правило, спочатку складають функціональну схему АСУ, а потім алгоритмічну. Структурні схеми можуть складатися з більшим чи меншим ступенем деталізації. Схеми на яких показані тільки головні частини АСУ називаються загальними.

Конструктивні структури – називають схемами і до них відносяться: кінематична схема різних пристроїв, принципові та монтажні схеми, схеми електричних з’єднань.

На базі загальної функціональної схеми розробляють схему автоматизації, яку називають функціональною схемою автоматизації (ФСА). ФСА – є технологічною машинно-апаратурною схемою виробничого об’єкта, на якій за допомогою умовних позначень зображують елементи системи автоматизації та зв’язки між ними, які в цілому визначають функції та принципи побудови

системи автоматизації.

ФСА графічно ділять на дві нерівні зони:

У верхній ~2/3 висоти зображують апаратурно-технологічну (або кажуть машинно-апаратурну) схему (АТС) об’єкта автоматизації з необхідними комунікаціями, електрообладнання та елементами системи автоматизації, що вбудовані в технологічне обладнання або механічно зв’язані з вбудованими засобами.

Безпосередньо на апаратурно-технологічній схемі (АТС) показують агрегати та апарати технологічного об’єкта управління (ТОУ), його виконавчі механізми, регулюючі, запірні і переключаючі органи, що стосуються роботи та обслуговування ТОУ та розробляємої системи автоматизації, а також всі первинні вимірювальні перетворювачі (датчики), які будуть використовуватись

дпя отримання інформації про значення технологічних параметрів об’єкта.

Технологічне обладнання на АТС зображують спрощено відповідно до

ГОСТ 2.780-68, 2.786-70, 2.792-74 (без другорядних конструктивних

деталей). На схемі показують всі прилеглі комунікації (трубопроводи), а також запірні, перемикаючі і регулюючі органи (клапани, крани, вентилі, засувки, заслінки, шибери), які беруть участь в управлінні процесами виробництва. Крім того, зображують насоси, електродвигуни приводів.

Не рекомендується показувати допоміжні елементя (фільтри, відстійники тощо), які не мають принципового значення для реалізації завдань автоматизації виробничої дільниці. Проте зображення апаратів і агрегатів повинні відбивати їх конструктивні особливості. Технологічне обладнання рекомендується креслити тонкими лініями. Назву агрегатів, апаратів та інших технологічних об'єктів управління наводять безпосередньо на зображенні або у вигляді переліку (експлікації) на вільному полі листа у вигляді таблиці.

У нижній зоні ФСА ~1/3 висоти з деяким розривом від технологічної частини у прямокутниках розташовують зображення решти технічних засобів автоматизації. На комунікаціях технологічної частини ФСА зображують тільки ті запірні та дросельні органи, які відносяться до роботи та обслуговування системи автоматизації. При обриві лінії комунікації біля місця обриву роблять надписи.

Основні правила виконання ФСА показані на рис.3.6.4.

ФСА являє собою технологічну схему з нанесеними на ній ЗВ і засобами автоматизації. При цьому ПВП ХЕ (замість букви Х може бути довільний технологічний параметр, наприклад, F – витратомір, Т – температура і т. п.), а також показуючі прилади , що встановлені за місцем, ХІ (ТІ, LI, РІ) і виконавчі механізми (клапани, вентилі, задвижки) показуються безпосередньо на АТС.

Всі інші прилади заносяться у таблицю, що розташовується нижче схеми і яка має як мінімум 2 рядки “За місцем” та “На щиті”.

Варіант перший (В1): Вимірювання та індикація параметрів за місцем. Загалом ця функція покладається на один прилад (засіб вимірювання ЗВ), в конструкцію його входить ПВП (датчик), перетворювач та шкала (індикатор). Прилад відображує значення вимірювального параметра безпосередньо в місці вимірювання і часто може не мати можливості виводу показів на щит, наприклад рідинний термометр. Прилад зображується одним колом на АТС (ХІ) або в рядку “За місцем” – густиномір (DІ).

Рис.3.6.4. Правила виконання ФСА

Варіант другий: Вимірювання з індикацією (ХІ) на щиті - це канал ІВС,так як щит розташований на певній відстані від місця вимірювання, а сам технологічний параметр не можна вивести на щит (наприклад температуру не можна передавати на відстань), то використовується система із трьох приладів: ППВ (ХЕ), вторинного передавального перетворювача (ХТ) і індикатора ХІ (показуючого приладу) і ланцюг передачі сигналу має вигляд: ХЕ → [XT] → XI (квадратні дужки показують, що в окремих випадках передавальний перетворювач може бути відсутній). ХЕ – вимірює параметр і перетворює його в якийсь сигнал, що зручний для подальшого перетворення чи передачі (U, струм, тиск і т. п.) і передає його на вторинний передавальний перетворювач. Останній може бути відсутнім, якщо ХЕ обладнаний уніфікованим вихідним сигналом.

Якщо уніфікований сигнал струм – то показуючий прилад ХІ – амперметр; напруга – вольтметр або потенціометр; пневматичний – манометр.

Варіант третій: Вимірювання з індикацією та реєстрацією (ХІR чи ХR). Принцип дії є аналогічним, але замість показуючого приладу на щиті встановлено реєструючий, який як правило і показує значення параметра на щиті чи індикаторі, одночасно виконує функцію індикації ХЕ → [XT] → XIR.

Варіант четвертий: Сигналізація технологічного параметра (ХІА) та канал АСК. Існують показуючі прилади, які дозволяють сигналізувати звуковим або світловим сигналом факт виходу контрольованого параметра за допустимі межі. Ланцюг: ХЕ → [XT] → XIR → лампочка.

Варіант п’ятий: Вимірювання з індикацією, реєстрацією та сигналізацією на щиті (XIRА). При реалізації цих функцій на щит встановлюється прилад, який одночасно виконує всі ці функції, або викоритсовується комбінація приладів із варіантів 1, 3 та 4. ХЕ → [XT] → XIRА → лампочка або ХЕ → [XT] → XIR → XIА → лампочка.

Варіант шостий: Регулювання (ХІС) та канал АСР. Регулювання вбачає наявність регулятора та для реалізації керуючих дій використовує вентилі, клапани і інші дроселюючі пристрої. Принцип побудови сучасних систем керування вимагає при дроселюванні одночасного відображення регулюємого параметра для контролю за процесом регулювання, тому додатково реалізується функція індикації.

Варіант сьомий: Регулювання, реєстрація, індикація та сигналізація технологічного параметра (XIRСА). Функція реалізується або одним приладом, наприклад, пишучий потенціометр КСП4 з вбудованими блоками регулювання та сигналізації, або декількома окремими приладами, що встановлені на щиті, та реалізовують окремі складові функції.

Приклади схем автоматизації приведені на рис.3.6.5 а) та б).

а) б)

Рис. 3.6.5. а) Контроль витрати та температури та б) Регулювання температури