6.3. Типы структур асутп
6.3.1. В структуре каждой создаваемой АСУТП могут быть выделены функциональные подсистемы трех типов: информационная, управляющая, вычислительная.
Функции информационной подсистемы:
− контроля основных параметров, т.е. непрерывной проверки соответст-вия параметров процесса допустимым значениям и немедленного инфор-мирования персонала при возникновении несоответствий;
− фиксации времени отклонения параметров за заданные значения рабо-чей зоны;
− измерения или регистрации по вызову оператора или диспетчера пара-метров, необходимых для принятия управленческих решений;
− вычисления по вызову оператора или диспетчера некоторых комплекс-ных показателей, не поддающихся непосредственному измерению и харак-теризующих качество продукции или другие важные показатели технологи-ческого процесса (косвенные или совокупные измерения);
− вычисления достигнутых технико-экономических показателей работы технологического объекта;
− периодической регистрации в архивах измеряемых параметров и вычи-сляемых показателей;
− обнаружения и сигнализации наступления предаварийных, аварийных ситуаций.
Выполняя эти функции, АСУТП своевременно предоставляет инфор-мацию об отклонениях технологического процесса от нормального режима оператору, диспетчеру или подсистеме более высокого уровня.
2) Управляющая подсистема выполняет функции по выработке и реа-лизации управляющих воздействий на объект управления. Здесь под выра-боткой понимается определение (на основании полученной информации) рациональных воздействий, а под реализацией - действия, обеспечивающие осуществление принятых после выработки решений.
К основным управляющим функциям относятся:
− управление пусками и остановами агрегатов.
− защита оборудования от аварий;
− стабилизация переменных технологического процесса на некоторых постоянных значениях, определяемых регламентом производства;
− программное изменение режима процесса по заданным законам;
− формирование и реализация управляющих воздействий, обеспечиваю-щих достижение или соблюдение режима, оптимального по технологичес-кому или технико-экономическому критерию;
− распределение материальных потоков и нагрузок между технологи-ческими агрегатами;
3) Вычислительная подсистема включают в себя математические описания технологического процесса (модели), алгоритмы эффективного управления технологическим процессом и математические формулы для оценки эффективности производственного процесса.
6.3.2. По типу функционирования возможные структурные решения АСУТП могут быть представлены в соответствии с табл. 6.1.
Т а б л и ц а 6.1
|
Условное наименование типа АСУТП |
Краткая характеристика особенностей функционирования системы |
|
Информационный |
Автоматически выполняются только информационные функции, а решения по управлению принимает и реализует Диспетчер. |
|
Локально-автоматический |
Автоматически выполняются информационные функции и функ-ции локального управления (регулирования), а решения по управ-лению процессом в целом принимает и реализует Диспетчер. |
|
Советующий |
Автоматически выполняются функции информационные, локаль-ного управления (регулирования), и с помощью модели процесса формируются советы Диспетчеру по выбору управляющих воз-действий с учетом заданных критериев. |
|
Автоматический |
Все функции АСУТП, включая управления процессом по заданному критерию, выполняются автоматически |
1) АСУТП информационного типа решают задачи представления пер-соналу всех уровней иерархии информации о текущем состоянии ТОУ, а выбор и реализацию управляющих воздействий производят операторы и диспетчера. Поэтому такие системы еще называют «АСУТП с ручным ре-жимом выполнения управляющих функций».
2) АСУТП локально-автоматического типа применяются для управ-ления относительно простыми технологическими агрегатами, установками или группами аппаратов. Они могут создаваться на уровне операторского или диспетчерского пунктов для обслуживания одной или нескольких взаи-мосвязанных ТхО.
Основные функции:
− контроль параметров технологического процесса;
− стабилизация технологического процесса на заданном постоянном ре-жиме, определяемом регламентом производства;
− защита оборудования от аварий;
− оперативная связь со старшими ступенями иерархии управления.
3) АСУТП «советующего» типа включает в себя информационную, управляющую и вычислительную подсистемы. Схема управления в «сове-тующей» системе представлена на рис. 6.5: информация о состоянии ТОУ поступает в АРМ через определенные промежутки времени, определяемые динамикой управляемого процесса.
АРМ
Регулятор ИМ Объект
Информация о состоянии объекта управления
Рис.6.5 Схема управления в режиме «совета»
В АРМ вычислительная подсистема анализирует информацию, харак-теризующую состояние управляемого процесса, и вычисляет оптимальные управляющие решения. Результат вычислений выводится диспетчеру в ви-де рекомендаций по управлению (советов). Такой совет содержит рекомен-дуемые для задания диспетчером значения уставок регуляторам. В соответ-ствии с заданными значениями уставок регуляторы должны поддерживать технологические параметры и это обеспечит оптимальный режимов техно-логического процесса. В «совете» может быть указан и порядок задания ус-тавок во времени. Непосредственное же воздействие на объект осуществ-ляют регуляторы с помощью исполнительных механизмов ИМ.
Диспетчер может принять и реализовать рекомендуемые управляю-щие воздействия на объект автоматизации, но может их игнорировать. В «советующих» АСУТП окончательный выбор управляющих решений оста-ется за диспетчером. Это имеет отрицательные и положительные стороны. Отрицательные стороны связаны с участием человека в управления. В этом случае на качество управления могут влиять субъективные факторы (зави-симость работоспособности от настроения, состояния здоровья, отношения в рабочем коллективе или в семье т.д.). Кроме того, поскольку управляю-щие воздействия формирует диспетчер, то его возможности принципиально ограничивают максимальное количество обслуживаемых каналов. В зави-симости от особенностей ТОУ это могут быть единицы или десятки канна-лов. Положительные стороны – обеспечиваются требования осторожного подхода к новым способам управления, проверяется функционирование управления по математической модели процесса, контролируются внеш-татные ситуации, которые могли быть не предусмотрены в модели.
4) АСУТП автоматического типа с функцией «супервизорного упра-вления» ( или - АСУТП с режимом косвенного управления). Характерная особенность таких АСУТП состоит в том, что в них АРМ включается в кон-тур автоматического управления и АРМ вырабатывает управляющие воз-действия, поступающие как сигналы заданий непосредственно на вход ре-гулятора или другого, например,- многофункционального устройства локальной автоматики (УЛА) (рис.6.6).
Регулятор или
МУЛА ИМ Объект АРМ
Задание
уставок регулирования
Информация о состоянии объекта управления
Рис.6.6 Схема « супервизорного управления»
Сигналы заданий называются «уставками регулирования» или уставками параметров настройки МУЛА. Таким образом, АРМ вычисляет значения уставок и автоматически задает их регуляторам или МУЛА, которые через исполнительные устройства воздействуют на объект управления.
Основная задача супервизорного управления – автоматическое под-держание параметров технологического процесса вблизи оптимальной ра-бочей точки путем оперативного воздействия. В этом случае функции дис-петчера сводятся к общему наблюдению за ходом процесса, а вмешатель-ство допускается только в редких случаях - например при возникновении аварийных ситуаций. Это позволяет исключить влияние особенностей ра-боты различных диспетчеров на качество регулирования ТП.
Если вычислительные операции в АРМ выполняются с высокой ско-ростью, то в математической модели процесса может отслеживаться боль-шое количество переменных. Поскольку человек исключен из контура уп-равления, то снимаются принципиальные ограничения на количество об-служиваемых каналов.
АСУТП автоматического типа с функциями прямого (непосред-ственного) цифрового управления, в которых комплекс средств автомати-зации вырабатывает и реализует управляющие воздействия непосредст-венно на исполнительные механизмы ИМ (рис.6.7).
ИМ Объект УВМ
Формирование
команд управления
Информация о состоянии объекта управления
Рис.6.7 Схема прямого цифрового управления
Если в АСУПТ «советчика» управление осуществляется диспетче-ром, который задает уставки регуляторам по расчетам АРМ, а регуляторы через ИМ воздействуют на объект управления, в «супервизорных» АСУТП уставки регуляторам задает АРМ, а регуляторы через ИМ воздействуют на объект управления, то в АСУТП прямого цифрового управления, сигналы управления ИМ формируются непосредственно АРМом. При этом регуля-торы либо вообще исключаются из системы, либо используются в качестве резерва.
Концепция «прямого цифрового управления» позволяет заменить со-вокупность регуляторов с задаваемыми им уставками на АРМ со свобод-ным программированием. Вместо того, чтобы рассчитывать уставки, тре-буемые для оптимальной работы, как при супервизорном управлении, АРМ рассчитывает требуемые значения управляющих воздействий и передает соответствующие сигналы непосредственно на ИМ регулирующих орга-нов. Такой подход дает принципиальные преимущества при большом коли-честве контуров управления. Наиболее очевидный недостаток таких сис-тем, как и при всякой централизации, проявляется в отказе АРМ. Поэтому АСУТП с прямым цифровым управлением следует проектировать с учетом устранения указанного недостатка.