Лекц / Л2 Этапы проектирования автоматизированных систем управления, текст

Умение понимать происходящее, докапываться до самой сути,

удовлетворяющей любознательность личности, требует основательного

интеллектуального фундамента, на котором бы строились логические цепочки не

подрывающие целостности возводимой мысленной конструкции.

а

Таким фундаментом может

быть исследование

истории

предмета,

н

ад

и

которым работает заинтересованный исследователь. Рассмотрим предпосылки,

которые дали развитие автоматизации.

к

б

у

Самодействующие устройства, как прообразы современных автоматов,

появились намного

раньше

рубежа

18-19

века.

Но до

этого момента они

.

представляли интерес в качестве диковинных игрушек. Во время промышленнойГ

.М

революции человеку всё сложнее становилось справляться со своими

обязанностями

и на помощь

стали

появляться

технические устройства

с

элементами автоматизации.

н

И

Прядильное, ткацкое, металло-

и деревообрабатывающее производство

е

1

создали

условия

для

развития

механизации и

формирования

средств

м

автоматизации,

позволяющих

выполнять

ч ловеком

вместо

тяжелого

и

физического труда функции целеполагания

управления .

В 1765 году русский механик И.И. Ползунов разработал автоматический

У

регулятор

питания

парового котла). В 1784 году

Дж. Уатт разработал

И

центробежный регулятора скорости паровой машины. Эти изобретения стали

активно использоваться для привода станков, машин и механизмов.

(

С середины 19 века вНжелезнодорожной отрасли появляются изобретения

з

по автоматизации для обеспечения безопасности. В 1868 году отечественный

а

инженер-механик С.

Праус изобрел автоматический указатель скорости. В 1878

году инженером В. Зальманом и механиком О. Графито

создан прибор

и

автоматическойгрегистрации

скорости

поезда,

времени

прибытия,

продолжительности остановки, времени отправления.

и

В 1868 в статье английского физика Дж. К. Максвелла «О регулировании» и

ф

трудетрусского учёного И. А. Вышнеградского «О регуляторах прямого действия»

е

от 1877 были заложены основы науки

автоматического

управления,

в

н

У

последствии трансформировавшиеся в теорию автоматического регулирования,

где впервые объект и регулятор рассматривались как единая система.

Г

Учёные, которые внесли вклад в теорию автоматического управления: А.

Стодола,

Я. И.

Грдина,

Н. Е.

Жуковский,

А.И. Китов,

А.А. Ляпунов,

А.И. Берг,

Р

В.М.Глушков.

Назначение автоматизации

Как говорил один из родоначальников автоматизации покорения умов и

сердец увлекающейся публики Марк Твен: «Вы не ошибетесь, если поступите

правильно». В противоположность высказыванию, природе человека свойственно

а

учиться на ошибках и, как показывает эволюция, это самый древний и

проверенный способ получения и усвоения новых знаний.

н

Слово «АВТО» происходит от греческого autos, что означает сам. И если бы

не лень,

присущая

человеку,

то человек и

продолжал

делать одни

и

и те же

к

собственные ошибки. Но желание уменьшить затрачиваемые усилия, переложить

б

труд на чужие плечи, снизить ответственность, удовлетворить любознательность

у

и интерес наблюдения за поведением других организмов привелиГк развитию

систем управления.

.

Существующие подходы к проектированию систем управления.Мтехнологическими

процессами

И

Исторически проектирование технологического процесса и проектирование

систем

управления

осуществлялось

и

подходе

сначала

раздель о. При

таком

разрабатывается технология

н

и заказывается т хнологическое оборудование,

затем

приступают проектированию

с стем

е

управления. После строительства

м

завода и монтажа систем управления на месте осуществляется настройка систем

и

управления. Существенным недостатком данного подхода является то, что не

)

учитывается динамика технологического

процесса,

так как

зачастую

проектирование технологии

У

осуществляется с использованием статических

И

расчетов. Статические модели не учитывают поведение объекта управления в

переходных процессах, чтоНне позволяет

исследовать весь динамический

(

диапазон изменения технологических параметров, проработать траектории учесть

а

точек,

отработать безопасную

выхода на рабочий режим, смены рабочих

з

штатному

останову

и

проанализировать

последовательность

действий по

а

г

возможное поведение объекта в нештатных ситуациях.

и

Ряд специалистов развивают подход комплексного проектирования

сложных

технологических процессов и систем управления с использованием

и

т

статического и динамического моделирования. Использование динамической

модели на ранних стадиях проектирования позволяет прорабатывать стратегии

ф

управления технологическим процессом в штатных и нештатных ситуациях,

е

нопределять предварительные значения параметров настройки регуляторов,

У

включать модель в контура регулирования.

Г

На рисунке ниже приведены основные этапы проектирования системы

Р

управления с использованием динамических моделей.

Разрабатывается динамическая модель процесса с учетом физико-

химических

законов

и

имеющихся данных о технологическом

процессе.

а

Осуществляется тестирование и

настройка модели

на качественном и,

по

возможности, на количественном уровне.

н

и

На

следующем

этапе

разрабатывается

стратегия

к

управлен я

б

технологическим процессом, которая включает алгоритмы, позволяющие

достигать поставленной цели и решать задачи с учетом ограничений. Данный этап

требует серьезного опыта в понимании технологии, принципов управленияу

и

.

проведения исследований с использованием динамических моделейГ

.М

На следующих этапах выбирается и заказывается комплекс программно-

И

технических средств,

осуществляется монтаж и проводятся пуско-наладочные

и

работы. На этапе ввода в эксплуатацию осуществляется тонкая настройка систем

управления и проводятся испытания.

н

е

м

и

)

У

И

Н

(

а

з

а

г

и

и

т

ф

е

н

У

Г

Р

Стадии выполнения проекта

Перед началом решения задач автоматизации, прежде всего, необходимо

изучить объект

управления.

Для

нефтегазовой

промышленности

характерны

а

комплексные,

непрерывные

технологические

процессы,

которые

н

содержат

и

значительно

число

объектов

управления, измеряемое десятками,

сотнями

к

тысячами. Создание автоматизированного технологического процесса начинается

с проекта.

б

у

Г

Опыт проектирования технологических процессов выработал определённые

.

стадии: формулирование цели проекта, задач, которые нужно решить, для

достижения поставленной цели и критерии, которые дадут знать о том, что цель

достигнута.

Ограничения

(временные,

финансовые,

организационные),

И

накладываемые

на

реализацию

проекта.

Критерии,.которыйМ

скажут о

невозможности дальнейшего выполнения проекта.

и

н

е

м

и

)

У

И

Н

(

а

з

а

г

и

Инициация и развитие любого проекта, который подразумевает успешное

своё завершен е, должны включать соответствующие стадии реализации.

и

т

ф

е

н

У

Г

Р

Разработка технического проекта представляет собой разработку

концептуальных решений: архитектуры системы, обобщенных технологических

схем, указание основного оборудования. В результате разработки технического

проекта выпускается документация Схема трубной обвязки и КИПиА (piping and

instrument diagram), Спецификация оборудования, Схема распределения энергии,

а

структурная схема АСУ ТП.

н

На

основании документации,

выпущенной

в рамках стадии

и

разработки

к

технического проекта, осуществляется запуск проекта и объявляются тендера на

выполнения работ по проекту.

Г

б

Рабочий проект

М

у

Выпускается вся необходимая документация для начала.

закупки

и

производства

оборудования,

выбирается

или

формируется

задание

на

И

изготовление оборудования с заданными характеристиками.

Реализация рабочего проекта

и

н

Контроль

е

с

помощью

реализации рабочего про кта осуществляется

м

матрицы

ответственности, где

фиксируется

т кущий статус взаимодействия

и

между инженером и подрядной организац ей по строительству.

)

У

И

Н