6.2. Этапы развития асу тп

6.2.1. Создание АСУТП на большинстве предприятий начинается с решения задач диспетчеризации.

Изначально организация связей при управлении ТОУ соответствует рис. 6.2.

ТхО

ТхО

ТхО

ТхО

ТхО

Тоу ТхО- технологические операции

Рис. 6.2. Организация связей при управлении ТОУ до автоматизации

Из рис. 6.2 видно, что управление ТхО осуществляется операторами (Оп) во взаимосвязи с диспетчером, который отвечает за управление всем технологическим процессом. Оп, находясь непосредственно вблизи ТОУ, может осуществлять управление одной или несколькими ТхО, поддерживая связь с диспетчером по каналам громкоговорящей или телефонной связи. Понятно, что эффективность управления ТОУ в такой системе в значите-льной мере зависит от «человеческого фактора», т.к. на большинстве произ-водственных предприятий Оп – это люди низкой квалификации. По этой причине «индивидуальность» каждого Оп в управлении ТхО может отрица-тельно проявляться в добросовестности следования должностным инструк-циям и регламенту управления ТхО, а также в реакции на возникшую ава-рийную ситуацию.

1) Под «диспетчеризацией» понимается реализация функций опера-тивного сбора информации о состоянии ТОУ, ее оперативной обработки и представления диспетчеру для анализа, как лицу, принимающему управ-ляющие решения, а также обеспечение диспетчеру возможности формиро-вания управляющих воздействий на ТОУ с целью поддержания оптималь-ного режима функционирования технологического процесса.

Система диспетчерского централизованного учета, контроля и уп-равления создаются в соответствии с рис. 6.3, путем исключения операторов с местр управления ТхО и вывода информации о состоянии оборудования и параметров техноглогического процесса, а также цепей управления испол-нительными механизмами непосредственно к рабочему месту диспетчера. Чаще всего это осуществлялось, да и сейчас еще осуществляется на многих предприятиях, с использованием мнемощитов − устройств визуального ото-бражения мнемосхемы технологического процесса.

Мнемощит

Тоу ……..

ТхО- технологические операции

ТхО

ТхО

ТхО

ТхО

Рис. 6.3. Схема централизованного диспетчерского контроля и управления

На мнемосхему оперативно выводится информация о выполнении ТхО (индикаторы результатов измерения, световые/звуковые сигнализа-торы состояния оборудования или условий его эксплуатации) и из мнемо-схемы обеспечивается возможность формирования управляющих воздей-ствий (с помощью ключей, кнопок, регулирующих устройств) на ТОУ. При этом под управляющими воздействиями понимаются сигналы или коман-ды, вырабатываемые по определенному алгоритму и предназначенные для целенаправленного влияния на ТОУ: включение или отключение ИМ, зада-ние уставок регуляторам, задание диапазонов контроля измеряемых вели-чин. В общем случае, на крупных предприятиях ТОУ может обслуживаться несколькими диспетчерскими по рис.6.3 разного назначения.

Внедрение технологии централизованного учета, контроля и управ-ления стало возможным благодаря стандартизации сигналов средств авто-матизации, установленных на ТОУ. Форма и уровни этих сигналов обеспе-чивают возможность дистанционного подключения к мнемощитам протя-женными проводными линиями связи датчиков, сигнализаторов, исполни-тельных механизмов, регуляторов и регистрирующих приборов.

Внедрение систем централизованного диспетчерского контроля и уп-равления характеризуется сокращением количества Оп. Передача функций от множества Оп диспетчеру, специалисту более высокой квалификации и работающему в лучших условиях труда, способствует повышению качества управления. Однако сокращение Оп кроме достоинств, включающих и сни-жение затрат на оплату их труда, имеет и недостатки: Оп, находясь на объ-екте, дополнительно к регламентным функциям неявно выполняют вне-штатные функции. Они могли своевременно заметить тенденции к аварии технологического оборудования и своевременно предупредить ее послед-ствия, а также могли заметить и предупредить аварийные ситуации, вызва-нные отказом средств измерения, сигнализации, управления. Поэтому со-кращение количества Оп потребовало при проектировании АСУТП сущест-венного повышения требований к контролю условий эксплуатации техно-логического оборудования, к увеличению количества функций контроля за состоянием как технологического оборудования, так и оборудования авто-матизации, к надежности технологического оборудования и оборудования автоматики. Появилась дополнительная потребность в специалистах по тех-ническому обслуживанию средств автоматизации.

Таким образом, опыт внедрения систем централизованного диспет-черского контроля и управления показал, что эффективность автоматиза-ции не может оцениваться только сокращением «рабочей силы», так как. сокращение работников низкой квалификации на операторском уровне в конечном счете приводит к увеличению потребности в специалистах более высокого уровня, необходимых для технического обслуживания возросше-го количества оборудования автоматизации. Поэтому достоинства автома-тизации должны оцениваться главным образом через повышение качест-венных показателей технологического процесса: обеспечение выпуска продукции в соответствии с заданными требованиями, предотвращения аварий, устранение последствий которых может стоить очень дорого, и т.д.

2) Следующий этап развития систем диспетчеризации характеризует-ся реализацией диспетчерских функций централизованного учета, контроля и управления с использованием средств вычислительной техники, обеспе-чивающих взаимодействие диспетчера с ТОУ в режиме реального времени, т.е. при использовании АРМ-диспетчера. В этом случае на АРМ возлагают-ся функции автоматического сбора и первичной обработки информации, которые уменьшают количество информации, «выводимой» непосредстве-нно на диспетчера и позволяют ему сосредоточиться над решением наибо-лее важных задач. Также АРМ позволяет разгрузить диспетчера от фор-мирования управляющих воздействий в стандартных ситуациях, от ведения журнала диспетчерских команд и возникновения аварийных событий, от выполнения рутинных функций отчетности.

Действительно, есть много ТОУ, в которых протекание ТП контроли-руется сотнями или даже тысячами средств измерения и сигнализации, а управляющие воздействия формируются в десятки или сотни исполнитель-ных механизмов. Если в таких системах все средства контроля и управле-ния вывести на диспетчера, то его деятельность будет парализована: он не сможет отследить даже изменения параметров процесса, а тем более ему будет не до оптимизации управления.

Функции принятия управленческих решений в системах диспетчери-зации всегда сохраняются за диспетчером и, следовательно, сохраняются «субъективные почерки» в управлении технологическим процессом.

6.2.2. Дальнейшее развитие структурных решений АСУТП связано с децентрализацией функций контроля и управления. Централизация – деце-нтрализация – такой методический прием может использоваться в разра-ботках технических решений автоматизации на различных уровнях.

Пример децентрализованной структуры представлен на рис. 6.4.

ТОУ

ТхО- технологические операции

ТхО

ТхО

ТхО

Рис. 6.4. Децентрализация функций контроля и управления.

В этой структуре функции децентрализации реализуются УСО-И − устройствами связи с объектом интеллектуального типа, создаваемых на базе микропроцессорных средств.

Поясним причины, активизирующие развитие децентрализации.

1) Децентрализация повышает надежность системы. Известно, что есть немало систем, в которых стоимость АРМ-диспетчера соизмерима со стоимостью всего периферийного оборудования (датчики, сигнализаторы, исполнительные механизмы, регуляторы), устанавливаемого на ТОУ. В таких системах проектировщики стремятся возложить на АРМ как можно больше функций по принципу: чем больше функций, тем меньше удельная стоимость функции. Действительно, стоимость технических решений авто-матизации сосредоточенных систем (т. е. систем, в которых удельная стои-мость реализации каналов связи несущественна) при централизации умень-шается, но при этом возрастает цена отказов АРМ, т.к. каждый отказ приво-дит к аварийным остановкам всего технологического процессса.

2) Децентрализация позволяет повысить оперативность управления в аварийных ситуациях, когда строго определен алгоритм выполнения функ-ций управления.

3) Децентрализация позволяет существенно сократить затраты на реа-лизацию каналов связи при автоматизации пространственно рассредото-ченных ТхО. В этом случае к УСО-И по месту его установки подключаются все цепи измерения, контроля и управления, необходимые для автомати-ческого управления ТхО (т.е. выполняются функции оператора по рис. 6.2), а диспетчеру передается информация только об отклонениях технологи-ческих операций от нормального режима. При этом в системе к АРМ-ди-спетчера вместо множества цепей измерения, сигнализации и управления подключается только цепь передачи данных.

6.2.3. Качественно новый подход к проектированию АСУТП с цент-рализованой, децентрализованной и централизованно-децентрализованной структурами реализуется путем возложения на средства автоматизации фу-нкций принятия управленческих решений по реализации оптимальных алго-ритмов управления ТП. В этом случае АРМы диспетчера и оператора допо-лняются программными средствами, реализующими математическое опи-сание физических процессов, математические оценки эффективности выпо-лнения процессов и формализованные критерии выбора альтернативных решений.

В системе с децентрализованной структурой по рис.6.4 функции при-нятия управленческих решений реализуются установкой на объекте в сос-таве УСО локальных автоматов – регуляторов, решающих задачи стабили-зации параметров ТхО или их изменения в соответствии с заданным зако-ном. Дальнейшее развитие АСУТП в направлении децентрализации свя-зано с активным развитием микропроцессорной техники, которое позволяет создавать системы с распределенным «интеллектом», исходя как из опти-мизации управления технологическими операциями, так и из создания высоконадежных структурных решений.