kontemirov

Подсоединение осуществляется посредством устройства сопряжения с объектом (УСО). Измеря-емые величины преобразуются в цифровую форму. Эти величины по соответст-вующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычис-ления температуры, замеряемой с помощью термопары, может использоваться формула T = A * U2 + B * U + C , где U – напряжение на выходе термопары; A, B и C – коэффициенты. Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего изучения технологического процесса в различных условиях его прохождения. На основе этого можно построить или уточнить математическую модель управляемого процесса.

Данный режим не оказывает прямого воздействия на технологический процесс. Здесь нашел осторожный подход к внедрению методов управления в АСУТП. Однако данная схема используется как одна из обязательных подсхем управления в других более сложных схемах управления технологическими процессами.

Управление в режиме советчика оператора.

В данной схеме АСУТП работает в темпе выполнения технологического процесса. Контур управления

разомкнут, т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими технологическими процессами. Управляющие воздействия осуществляются оператором-технологом, получающим рекомендации от ЭВМ.

Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ЭВМ в соответствии с моделью технологического процесса, результаты вычислений предоставляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя установки регуляторов.

Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления технологическим процессом. Оператор выполняет роль следящего и управляющего звена, усилия которого АСУТП непрерывно и безошибочно направляет на оптимизацию выполнения технологического процесса.

Основной недостаток этой схемы управления заключается в присутствии человека в цепи управления. При

большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления.

Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей технологических процессов. АСУТП может отслеживать возникновение аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с установками, при этом АСУТП может следить за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.

Супервизорное управление.

В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т.е. установки регуляторам задаются непосредственно системой.

Задачей режима супервизорного управления является поддержание технологического процесса вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом одно из главных преимуществ данного режима. Данная схема отличается от схемы режима советчика оператора тем, что после вычисления значений уставок, последние преобразуются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.

Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые далее с помощью цифро-аналоговых преобразователей преобразуются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация технологического процесса в этом режиме выполняется периодически, например, один раз в день. Для этого оператор должен ввести новые коэффициенты в уравнения контуров управления.

Приведем примеры АСУТП, работающие в супервизорном режиме.

1.Управление автоматизированной транспортно-складской системой. В такой системе ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики крановштабелёров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.

2.Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок для управления режимами работы электрических печей, а локальная автоматика по командам ЭВМ управляет переключателями трансформаторов.

3.Станки с числовым программным управлением.

Непосредственное цифровое управление.

В режиме непосредственного цифрового управления (НЦУ) сигналы, используемые для приведения в

действие управляющих органов, поступают из АСУТП, а регуляторы вообще исключаются из системы управления. Регуляторы – это аналоговые вычислители, которые решают одно уравнение в реальном масштабе времени, например такого вида:

где y может обозначать положение клапана; k0, k1, k2, k3 – параметры настройки, благодаря которым регулятор можно настроить на работу в различных режимах; X - разность между измеряемой величиной и уставкой. Если X не =0, то для выведения процесса на заданный режим требуется перемещение управляющего органа.

Если регулятор использует для своей работы два первых члена уравнения, то он называется пропорциональным. Если используются три первых члена, то регулятор - пропорционально-интегральный, и если - все члены уравнения, то регулятор - пропорционально-интегрально-дифференциальный.

Концепция НЦУ позволяет заменить регуляторы с задаваемой уставкой. Рассчитываются реальные воздействия, которые в виде соответствующих сигналов передаются непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке:

Введены обозначения: УО – управляемый объект Д – датчик.

Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. Оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, изменять диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки, а также должен иметь доступ к управляющей программе. Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления путем внесения изменений в управляющую программу. Основной недостаток схемы непосредственного цифрового управления – возможность отказа всей системы при отказе ЭВМ.

современной промышленности с повышением мощности технологических установок возрастает информационная мощность систем контроля и управления, и оператор на пульте управления просто физически не в состоянии уследить за изменением сотен технологических параметров. Такая ситуация потребовала применения АСУ, основанных на использовании ЭВМ.

Рассмотрим основные режимы работы ЭВМ в АСУ ТП:

- Информационный режим. В ЭВМ вводится информация о состоянии объекта управления, в том числе значение регулируемых и управляющих величин. Данные об объекте, полученные с помощью ЭВМ выводятся на дисплей; используются для расчета показателей качества работы ТОУ; передаются в вышестоящую АСУ для дальнейшей обработки. Технологическим процессом управляет оператор с пульта управления, используя информацию, выдаваемую машиной.

Данный режим используется в тех случаях, когда реализация непосредственного управления ЭВМ технологическим процессом конструктивно сложна и экономически невыгодна, а также в том случае, когда технологический процесс содержит много трудноуловимых нюансов.

Рисунок 1.1 - Структура АСУ ТП в информационном режиме

- Режим супервизорного управления.

Рисунок 1.2 - Структура АСУ ТП В режиме супервизорного управления

Супервизор – название основной программы ЭВМ.

Основная особенность супервизорного режима работы АСУ ТП – автоматическое управление локальными (местными, отдельными) регуляторами с помощью ЭВМ. В таких системах контур управления замкнут через ЭВМ, и функция оператора сводится к общему наблюдению за ходом процесса. Вмешательство требуется лишь для коррекции управления процессом (например, при изменении сырья или состава вырабатываемой продукции) и при возникновении непредвиденных (аварийных), ситуаций.

При выходе ЭВМ из строя замкнутая система с помощью локальных регуляторов продолжит работать, значения уставок на регуляторе будут зафиксированы и равны последним значениям, рассчитанным в ЭВМ. В дальнейшем уставки могут изменяться оператором вручную.

Данная схема используется при управлении ответственными технологическими агрегатами, аварии на которых могут повлечь тяжелые последствия или причинить крупный ущерб.

Применение локальных регуляторов и ЭВМ в одной системе управления повышает её надежность, но усложняет её и увеличивает стоимость.

- Режим непосредственного управления. В таких АСУ ТП сигналы, использованные для приведения в действие ИМ, поступают непосредственно от ЭВМ, и соответствующие локальные регуляторы в системе управления отсутствуют. ЭВМ в этом режиме программно реализует выбранный закон регулирования, рассчитывает управляющие воздействия и обеспечивает передачу их ИМ РО. Функции оператора заключаются в контроле за работой системы.

Преимущество: высокое быстродействие, реализация сложных законов управления.

Недостаток: меньшая надёжность.

Рисунок 1.3 - Структура АСУ ТП В режиме непосредственного управления

В АСУ сложными технологическими процессами ЭВМ может работать одновременно в нескольких режимах. Для одних параметров выполняются только информационные функции, для других – супервизорный режим, для третьих непосредственное управление

25) Знакомство с каталогами, сайтами, рекламными материалами ведущих мировых производителей систем

автоматизации, а также фирм — системных интеграторов в области АСУ ТП, могут создать впечатление, что АСУ ТП — это просто совокупность технических средств (hard) и программного обеспечения (soft). Безусловно, технические средства и программное обеспечение — очень важные элементы системы автоматизации, во многом определяющие уровень и потенциальные возможности АСУ ТП. Однако, только глубокая проработка всех составных частей, вопросов их взаимодействия и совместимости, обеспечивают успешное функционирование автоматизированного объекта.

В состав АСУ ТП входят следующие компоненты:

информационное обеспечение;

техническое обеспечение;

математическое обеспечение;

программное обеспечение;

организационное обеспечение;

метрологическое обеспечение;

эргономическое обеспечение;

оперативный персонал.

1.Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

исходные данные, используемые в процессе разработки или эксплуатации системы;

промежуточные данные, хранящиеся в базах данных реального времени, используемые для дальнейшей обработки;

выходные данные, передаваемые для реализации на исполнительные устройства, отображаемые визуально на панелях операторов, табло и мониторах рабочих станций;

передаваемых пользователям в электронном или бумажном виде;

принятые формы входных и выходных документов (электронных или бумажных);

принятая система кодирования информации;

электронные архивы данных.

В состав информационного обеспечения АСУ ТП входят внемашинные (на бумажных носителях) и внутримашинные (на электронных носителях) компоненты. Так, например, к внемашинным компонентам информационного обеспечения АСУ ТП можно отнести технологический регламент, определяющий допустимые пределы изменения технологических параметров, условия аварийных отключений, порядок пуска и останова оборудования и т.п. К внутримашинному информационному обеспечению АСУ ТП относятся входные сигналы, поступающие от датчиков, а также выходные сигналы на исполнительные устройства, архивы нарушений технологического регламента, графики изменений контролируемых параметров, сформированные на экране монитора и т

2.Техническое (аппаратное) обеспечение АСУ ТП — это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом.

В состав технического обеспечения АСУ ТП входят:

средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);

исполнительные устройства;

программируемые логические контроллеры;

устройства распределенного ввода/вывода;

операторские станции;

инженерные станции;

серверы;

панели оператора;

программаторы;

сетевые адаптеры;

преобразователи частоты;

пускатели;

концевые выключатели;

кабели связи;

табло;

устройства световой и звуковой сигнализации.

3. Математическое обеспечение АСУ ТП — это совокупность математических моделей, методов,

алгоритмов решения различных задач, используемая на этапе проектирования и в процессе эксплуатации АСУ ТП.

К математическому обеспечению относятся:

методы фильтрации сигналов;

методы идентификации математических моделей;

математические модели объектов управления;

методы анализа, синтеза и настройки контуров регулирования;

алгоритмы управления и регулирования;

методы анализа устойчивости и точности систем;

методы и алгоритмы оптимизации (поиска экстремума);

методы принятия решений;

алгоритмы адаптации параметров системы управления;

алгоритмы косвенных измерений;

методы прогнозирования случайных последовательностей;

методы наблюдения состояния динамической системы;

интеллектуальные алгоритмы управления.

4. Программное обеспечение АСУ ТП — совокупность программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции, программаторы, панели оператора), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы.

Программное обеспечение АСУ ТП принято делить на две категории:

общее программное обеспечение, включающее операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для программирования контроллеров, компиляторы, редакторы и т.п. Общее программное обеспечение АСУ ТП не привязано к конкретному объекту автоматизации, закупается и поставляется так же, как и технические средства.

специальное программное обеспечение — это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП. К этой категории относятся программы для контроллеров, реализующие определенные функциональные задачи обработки информации и управления; программы, сгенерированные в среде SCADA-системы для визуализации, архивирования данных конкретного технологического процесса.

Страница 3 из 4

5. Организационное обеспечение АСУ ТП — совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала АСУ ТП, а также организационные мероприятия, направленные на успешное внедрение системы и на безопасное ведение технологического процесса.

В частности, к организационному обеспечению АСУ ТП относятся:

технологический регламент производства в условиях функционирования АСУ ТП;

описание функциональной, организационной и технической структур автоматизированного технологического комплекса;

штатное расписание, должностные инструкции технологического и оперативного персонала в условиях функционирования АСУ ТП;

инструкция по пуску и останову технологических агрегатов в условиях АСУ ТП;

обучение персонала работе с АСУ ТП;

правила техники безопасности в условиях АСУ ТП.

6. Метрологическое обеспечение АСУ ТП — установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой задачи определяется следующими тремя условиями:

результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;

значения показателей точности результатов измерений известны с необходимой заданной достоверностью;

значения показателей точности обеспечивают оптимальное в соответствии с выбранными критериями решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то о них известно всё, что необходимо знать для принятия обоснованного решения о возможности их использования. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями. В этом случае говорят, что обеспечено единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Правила и нормы по обеспечению единства измерений установлены в Законе РФ «Об обеспечении единства измерений» и в нормативных актах Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Третье из перечисленных выше условий определяет требования к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок и, как следствие, к экономическим потерям. Завышенные требования к точности измерений требуют дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование влияет не только на метрологические, но и на экономические показатели системы. Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается и единство, и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении.

Необходимо отметить, что в АСУ ТП данные, полученные от измерительных преобразователей, проходят целый ряд этапов обработки и преобразования:

аналоговая фильтрация от высокочастотных помех;

дискретизация сигнала во времени;

аналого-цифровое преобразование с определенной разрядностью;

цифровая фильтрация.

Такая обработка, в общем случае, изменяет метрологические характеристики результирующих данных в сравнении с исходными данными от датчика, вносит временную задержку. Поэтому для корректного использования данных АСУ ТП (например, данных коммерческого учета тепловой и электрической энергии) необходимо выполнить оценку метрологических характеристик этих данных с учетом всех этапов обработки.

. Эргономическое обеспечение АСУ ТП — это нормы эргономики и инженерной психологии, положенные в основу проектирования АСУ ТП. Прежде всего, это касается организации пультов оператора, мнемосхем, табло, устройств световой и звуковой сигнализации и других элементов так называемого человеко-машинного интерфейса системы. Эргономика и инженерная психология помогает выбрать рациональное расположение автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала, формы отображения информации на мониторах и табло, вид технологической клавиатуры и т.п.

Разработка АСУ ТП без учета рекомендаций эргономики повышает вероятность ошибок оперативного персонала, увеличивает время реакции на событие, вызывает дополнительные психологические нагрузки. Типовые аппаратно-программные решения ведущих производителей систем автоматизации выполнены в соответствии с современными требованиями эргономики, инженерной психологии и технической эстетики.

8. Оперативный персонал — состоит из технологов-операторов диспетчеров), аппаратчиков, машинистов,

осуществляющих контроль и управление технологическим объектом и эксплуатационного персонала служб КИПиА, обеспечивающих правильное функционирование всех технических и программных средств АСУ ТП. Следует заметить, что, несмотря на повышение уровня автоматизации технологических процессов, роль оперативного персонала в АСУ ТП остается чрезвычайно высокой. Состав оперативного персонала конкретной АСУ ТП и установленные взаимоотношения между его работниками определяют организационную структуру системы.

Еще раз отметим, что эффективное функционирование АСУ ТП может быть достигнуто лишь в случае правильного выбора и постоянного взаимодействия всех видов обеспечения АСУ ТП. Так, например, высокие технические характеристики аппаратных средств и современное общее программное обеспечение окажутся невостребованными, если в математическом и специальном программном обеспечении не будет необходимых математических моделей, методов, алгоритмов и программ, если квалификация оперативного персонала не позволит в полной мере использовать возможности АСУ ТП.

Функцией АСУТП называют действия системы, направленные на достижение одной из частных целей управления. Частные цели управления, как и реализующие их функции, находятся в определенном соподчинении, образуя функциональную структуру АСУТП. Элементами этой структуры являются отдельные функции, связи между которыми указывают порядок их выполнения. Функции АСУТП делятся на информационные, управляющие и вспомогательные.

Функции АСУТП

К информационным функциям относятся те, цель которых – сбор, преобразование и хранение информации о состоянии ТОУ, представление этой информации оперативному персоналу или передача ее для последующей обработки.

Основными информационными функциями являются:

-первичная обработка информации о текущем значении ТОУ;

-обнаружение отклонений технологических параметров и показателей состояния оборудования от установленных значений;

-расчет значений неизменяемых величин и показателей (косвенные измерения, расчет ТЭП, прогнозирование и т.д.);

-оперативное отображение и регистрация информации, обмен информацией с оперативным персоналом;

-обмен информацией со смежными и вышестоящими АСУ.

Рис.1. Блок – схема автоматизированного технологического комплекса: 0 – отчет;

3 – задание; И – информация; РУ – ручное управление; ЛРУ – управление при помощи локальных регуляторов; НЦУ – непосредственное цифровое управление.