6. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
6.1. Основные понятия и определения
Автоматизированные системы управления технологическими процес-сами (АСУТП) − это класс систем нижнего уровня в иерархии АИУС, кото-рый предназначен для контроля состояния, для выработки и реализации уп-равляющих воздействий на технологический объект управления [ 4, 11]. При этом под технологическим объектом управления (ТОУ) понимается совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического про-цесса производства продукции. К ТОУ относятся: технологические агре-гаты и установки, реализующие самостоятельный технологический про-цесс; отдельные производства (цехи, участки) в части реализации взаимо-связанных режимов работы. Напомним, что под технологическим проце-ссом (ТП) понимаются последовательность действий и последовательная смена состояний ТОУ при реализации технологии изготовления продукции − совокупности приемов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий. ТП представляется после-довательностью технологических операций (ТхО)– это законченная стадия в процессе изготовления продукции, характеризуемая однородностью дейст-вий, производимых над предметом производства, как правило, в пределах одного рабочего места, одного механизма, одной установки.
Не всякая система управления ТОУ является АСУТП: только такая, которая осуществляет управление в темпе протекания технологического процесса, т.е. в реальном масштабе времени.
АСУТП – это человеко-машинная система управления, обеспечиваю-щая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления ТОУ в соответствии с принятыми критериями. Такое определение подчеркивает наличие в составе АСУТП современных средств сбора и обработки информации, средств формирования и исполне-ния управляющих воздействий. В нем определены: цель функционирова-ния АСУТП, заключающаяся в оптимизации работы ТОУ по принятым критериям управления путем соответствующего выбора управляющих воз-действий, роль человека – как субъекта труда, принимающего содержате-льное участие в выработке решений по управлению, а также показано нали-чие в системе функции обработки технологической и технико-экономи-ческой информации.
Цели создания АСУТП определяются как:
–- экономические – повышение эффективности производства благодаря снижению затрат живого труда, экономии топлива, сырья, материалов, дру-гих производственных ресурсов, повышению качества выходного продукта, достижения оптимальной загрузки оборудования, оптимизации режимов работы технологического оборудования и т.д.;
–- гуманитарные - обеспечение безопасности производства для обслужи-вающего персонала и окружающей среды;
–- комплексные – повышение эффективности производства и обеспечения его безопасности.
Критериями управления АСУТП являются технико-экономические показатели: себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качестве, экономия сырья и т.п. или технические показатели: параметры процесса, характеристики выходного продукта, время реакции на возникновение аварийных ситуаций и т.п.
Задачи автоматизации определяются в первую очередь перечнем технологических операций, из участия в которых человек должен или мо-жет быть исключен наиболее эффективно: это функции контроля аварий-ных ситуаций и выполнения операций по предотвращению аварии, опера-тивного измерения и контроля параметров технологического процесса; стабилизации и регулирования, определяющие качество управления и т.д.
Совокупность совместно функционирующих ТОУ и управляющей им АСУТП определяется как автоматизированный технологический комп-лекс (АТК) . Укрупненная структура АТК представлена на рис. 6.1 в виде трех уровней.
АРМ-оператора
АРМ-
оператора
ИМ ИМ
ИМ
Сигнализаторы
Исполнительные механизмы С
ИМ
АРМ− диспетчера
АРМ-1
АРМ-2 АРМ-n
УСО Автоматизированные
рабочие места различного функционального
назначения
УСО УСО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
Рис.6.1. Укрупненная структурная схема АТК
К нижнему уровню АСУТП относятся: датчики, количественно харак-теризующие состояние измеряемых физических величин; сигнализаторы, качественно характеризующие состояние объекта управления (больше/ меньше, норма/авария, открыто/закрыто и т. п.); исполнительные механиз-мы, через которые на ТОУ осуществляются различного вида управляющие воздействия (включить/отключить, поднять/опустить, открыть/закрыть, прибавить/убавить и т. п.).
Средний уровень АСУТП представлен устройствами связи с объектом (УСО) и автоматизированными рабочими местами операторов. УСО осуще-ствляют сбор информации от датчиков и сигнализаторов, формируют сиг-налы управляющего воздействия, выполняют функции коммерческого уче-та потребляемой (вырабатываемой) энергии и энергоносителей, реализуют законы регулирования. На АРМ−оператора выводится информация, необ-ходимая для оперативного контроля состояния ТхО и принятия управлен-ческих решений в рамках должностных инструкций.
Верхний уровень АСУТП представлен АРМ-диспетчера (одного или нескольких) и АРМами другого функционального назначения (служб тех-нического обслуживания, главного метролога и т. д.).