5Содержание раздела «Синтез асу»

5.1 Структурная схема автоматизированной системы управления

В данном пункте требуется разработать (синтезировать) трехуровневую структуру предлагаемой АСУТП, дать описание функций, выполняемых на каждом ее уровне, перечислить задачи, которые позволит решить предлагаемая АСУТП, перечислить контуры регулирования.

АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) – комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизированного управления технологическим оборудованием предприятия.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами строятся по многоуровневой схеме.

В структуру АСУТП любого масштаба входят микропроцессорные средства сбора, обработки, отображения и хранения информации, программируемые логические контроллеры, промышленные компьютеры, преобразователи, другие средства автоматизации (датчики, исполнительные механизмы), связанные друг с другом локальными вычислительными сетями. Наличие промышленных сетей, объединяющих десятки сотни узлов сети, позволяет создавать полномасштабные распределенные системы управления, реализующие подчас сложные алгоритмы управления.

Регулирование (регулирующее воздействие)‑частный случай управления, направленный на поддержание параметров технологического процесса в заданных пределах (когда отклонение регулируемой величины от заданнйо стремится к нулю) или изменять их по заданному закону

Обобщенная структурная схема трехуровневой АСУТП на базе ПЛК представлена на рисунке 5.1.

АРМ₁, АРМ₂, … АРМ_N – автоматизированное рабочее место; ПЛК – программируемый логический контроллер; ИУ₁, ИУ₂, … ИУ_N – исполнительное устройство; ТОУ – технологический объект управления,SCADA₁, SCADA ₂, … SCADA_N –SCADA - система

Рисунок 5.1 - Обобщенная структурная схема трехуровневой АСУТП на

базе ПЛК

Технологический объект управления (ТОУ) - это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс.

В курсовом проекте требуется разработать (синтезировать) трехуровневую структуру АСУТП на базе ПЛК.

Первый (нижний) уровень (уровень ввода-вывода) составляют датчики и исполнительные устройства. К ним относятся не только простейшие преобразователи физических величин в электрические сигналы, но и довольно сложные устройства, обрабатывающие по собственным алгоритмам, как входные сигналы, так и выходные команды. На данном уровне осуществляется сбор первичной информации и реализации исполнительных воздействий.

При обозначении датчиков на структурной схеме, каждый датчик должен быть отдельно представлен, в зависимости от типа и измеряемой величины (см. рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 – Пример обозначения датчиков на структурной схеме

АСУТП

При обозначении исполнительных устройств на структурной схеме, каждое исполнительное устройство должно быть отдельно представлено, в зависимости от исполнительного механизма и регулирующего органа входящего в его состав (см. рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Пример обозначения исполнительных устройств на

структурной схеме АСУТП

Для компактности (компактного изображения) структурной схемы АСУТП рекомендуется однотипные технические средства автоматизации (датчики либо исполнительные устройства одинаковой модели) обозначать в одном блоке с указанием в правом верхнем углу их количества, согласно рисунку 5.4.

а	б

а - датчики уровня Сапфир 22-ДД в количестве 5 штук, б - регулирующие клапаны Samson в количестве 3 штук

Рисунок 5.4 – Пример обозначения группы однотипных технических

средств автоматизации

Второй (средний) уровень (уровень непосредственного управления) формируют программируемые логические контроллеры (ПЛК), включая загруженные в них программы сбора и обработки данных, а также удаленные модули ввода-вывода. Контроллер предназначен для сбора и обработки необходимой информации, поступающей от датчиков, и выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы. В промышленный контроллер загружают программы и данные из ЭВМ третьего уровня, обеспечивающие координацию и управление технологическим процессом, выполняется вывод на второй уровень управления службой диагностической и оперативной информации, т.е. информация о состоянии агрегата, технологического процесса.

При обозначении ПЛК на структурной схеме АСУТП необходимо указывать модули ПЛК и их тип (в случае выбора модульного контроллера) или разъемы ПЛК и их тип (при выборе моноблочного контроллера).

В случае, когда процессорный модуль имеет интегрированные аналоговые/дискретные входы-выходы или блок питания, то на структурной схеме АСУТП в данном модуле необходимо указать все встроенные модули.

Обозначение однотипных модулей в одном блоке не допускается.

Количество аналоговых/дискретных входов-выходов указывается в нижнем правом углу блока с указанием типа сигнала. Буквой обозначается тип канала (D – дискретный, A – аналоговый), а цифрой их количество.

Рисунок 5.5 - Пример обозначения ПЛК на структурной схеме АСУТП

Третий (верхний) уровень (уровень диспетчерского управления) - предназначен для визуального отображения данных в производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами с участием диспетчерского персонала.

На данном уровне располагается автоматизированное рабочее место (АРМ) со SCADA-системой.

АРМ - программно-технический комплекс, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида

SCADA-система - (аббр. от англ.SupervisoryControlAndDataAcquisition, Диспетчерское управление и сбор данных) - данное понятие обычно применяется к системе управления в промышленности: система контроля и управления процессом с применением ЭВМ.

Рисунок 5.6 – Пример обозначения АРМ на структурной схеме АСУТП

Пример трехуровневой структурной схемы АСУТП на базе ПЛК представлен на рисунке 5.7.

Связь контроллера и АРМ осуществляется через промышленную сеть, которая обеспечивает взаимодействие управляющих систем между собой, а также соединяет их с информационными системами более высокого уровня.

Для передачи данных в промышленной сети существует множество протоколов и интерфейсов, например Modbus, Ethernet, CAN, LON, PROFIBUS и др. Протоколы разработаны с учетом особенностей производства и технических систем, обеспечивают надежные соединения и высокую точность управления. Оборудование, для которого они предназначены, должно устойчиво работать при высоких температурах или влажности, в условиях сильной вибрации или химически активной среды. Наряду с надежностью работы все более важными требованиями в системах АСУ ТП становятся функциональные возможности, простота инсталляции и обслуживания, соответствие общепринятым стандартам.

Рисунок 5.7 – Пример трехуровневой структурной схеме АСУТП на базе ПЛК TwidoCompact