АСУ технологическими процессами и производством

⇐ ПредыдущаяСтр 32 из 36Следующая ⇒

Одной из областей применения средств телемеханики является построение на их основе АСУ технологическими процессами и производством.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) — это система для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический процесс в соответствии с принятым критерием управления. Автоматизированной она называется потому, что является человеко-машинной системой, т.е. предполагает участие в управлении и ЭВМ, и человека-оператора.

Основными причинами необходимости участия человека в процессе управления являются недостаточная гибкость и надежность автоматической системы. Возникновение непредвиденных ситуаций в ОУ или случайный сбой в системе управления (прежде всего в ЭВМ) при отсутствии оператора могут привести к возникновению аварийного режима; оператор в данном случае выполняет функции контроля действий автоматической части системы. Также причинами участия человека в управлении технологическими процессами являются сложность в отдельных случаях стыковки ЭВМ с регуляторами и экономические соображения.

Степень участия оператора в работе АСУ может быть различной (рис. 14.9). В одних случаях ЭВМ используют только для сбора

и предварительной обработки данных о ходе технологического процесса, а формирование и выдачу управляющих воздействий осуществляет оператор; в других — ЭВМ производит расчеты и предлагает оператору оптимальные варианты управления и т.д. Соответственно различают информационные, управляющие и вспомогательные функции АСУ ТП.

Информационными функциями АСУ являются:

контроль соответствия технологических параметров процесса заданным значениям;

измерение отдельных параметров процесса по запросу оператора;

отображение и регистрация информации о ходе технологического процесса;

обнаружение и сигнализация о возникновении опасных и аварийных ситуаций;

расчет оптимальных режимов работы оборудования и вариантов управления.

К управляющим функциям АСУ ТП относятся автоматическая выдача управляющих воздействий на технологические объекты, а также автоматические пуск и остановка различного оборудования.

Вспомогательные функции включают в себя учет выпуска продукции и загрузки оборудования, связь данной АСУ с АСУ верхнего уровня, а также автоматическую диагностику и контроль функционирования системы. Чем совершеннее и надежнее автоматизированная система, тем больше функций по реализации управления она осуществляет автоматически.

Системы АСУ ТП используют для управления самыми различными объектами; укажем наиболее типичные из них:

группа станков с ЧПУ, для которых необходимо обеспечить оптимальную загрузку;

парогенераторная установка большой мощности, представляющая собой сложный объект с экстремальной характеристикой и переменными параметрами;

автоматическая линия производства интегральных схем, в которой несколько десятков различных технологических установок;

нефтепровод большой протяженности, в котором расстояние между пунктом управления и контролируемыми пунктами может составлять тысячи километров;

атомный реактор, энергоблок на электростанции, доменная печь и т.д.

Таким образом, АСУ ТП в общем случае представляет собой многоточечную систему, в которой широко применяются средства вычислительной техники различной сложности, а передача информации осуществляется средствами телемеханики.

Для того чтобы при большом разнообразии ОУ конкретные АСУ ТП можно было проектировать на основе типовых блоков, используют принцип агрегатизации структуры — возможность компоновки системы из унифицированных автономных функциональных блоков различного назначения, которые легко стыкуются между собой.

Существует агрегатная система средств телемеханической техники (АССТТ), номенклатура функциональных блоков которой позволяет компоновать телемеханические комплексы самого различного назначения.

Типовыми блоками АССТТ являются аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, преобразователи кодов, коммутаторы, блоки управления выполнением отдельных телемеханических функций, блоки оперативной памяти, устройства обработки информации, блоки синхронизации, блоки сопряжения с различными устройствами ввода-вывода и др. Агрегатная система средств телемеханической техники входит в Государственную систему приборов (ГСП). Комплексы АССТТ могут работать по различным каналам связи: по выделенной физической цепи, по телеграфным и телефонным каналам (как выделенным, так и коммутируемым), а также по радиоканалам.

Для обеспечения необходимой надежности АСУ ТП в комплексах АССТТ предусматриваются многократное резервирование аппаратуры, защитное кодирование и обратная связь при передаче информации.

Допускается сопряжение АССТТ с системами вычислительной техники. В процессе эксплуатации возможности конкретных комплексов могут быть легко расширены за счет наращивания аппаратуры и замены отдельных блоков. Назовем выпускающиеся отечественной промышленностью комплексы АССТТ:

ТМ-120 для построения автоматизированной системы управления технологическими процессами трубопроводного транспорта;

ТМ-800 для электростанций и других предприятий с сосредоточенными объектами;

ТК-210 для управления системами жилищно-коммунального хозяйства.

Указанные системы обеспечивают централизацию управления из одного ПУ, причем все их функции реализуются чисто аппаратным путем.

В настоящее время происходит переход к выпуску телемеханических комплексов второй очереди АССТТ-2, основанных на микропроцессорах и микроЭВМ. В этих комплексах значительно расширяются функции КП, обеспечивается возможность перепрограммирования, что позволяет строить как централизованные, так и децентрализованные АСУ ТП. В целом комплексы АССТТ-2 представляют собой многомашинные системы, в которых происходит обмен информацией между ЭВМ контролируемых пунктов и пункта управления.

Рассмотрим обобщенную структурную схему АСУ ТП (рис. 14.10). Основой КП являются два микропроцессора (МП), один из которых обеспечивает сбор и обмен информацией, а другой — ее обработку и воспроизведение.

Микропроцессор обмена обслуживает до 512 датчиков текущих значений — ДТЗ (телеизмерение текущее) до 256 датчиков интегральных значений — ДИЗ (телеизмерение интегральное) до 512 датчиков состояний двухпозиционных объектов — ДС2 (телесигнализация). Он также выдает около ста двухпозиционных команд соответствующим исполнительным устройствам — ИУ2 (телеуправление) и уставки (предписанные значения) местным регуляторам — ИУР (телерегулирование) и управляет обменом информацией по каналу связи с ПУ или другими КП. Конечно, сигналы всех датчиков и команды должны быть унифицированы.

Микропроцессор обработки производит предварительное сжатие передаваемых данных, хранит уставки, обеспечивает вывод информации на местный диспетчерский щит (ДЩ).

При отказе одного микропроцессора другой выполняет его функции, обеспечивая работоспособность КП, но с меньшей скоростью.

Аналогично построен и пункт управления, также содержащий два микропроцессора. Коммутатор каналов связи (ККС) под управлением микропроцессора обмена обеспечивает связь с сотней и более КП по различным каналам, позволяя строить быстродействующие САУ с самой различной структурой (радиальной, кольцевой, древовидной и т.д.). Функциями микропроцессора обработки ПУ являются реализация принятого алгоритма управления, прогнозирование аварийных ситуаций, регистрация простоев оборудования, преобразование телемеханических адресов в технологические наименования, управление вводом-выводом информации. Микропроцессор обработки обеспечивает связь с управляющей ЭВМ, а через нее — с ЭВМ высшего уровня, позволяя строить иерархические системы.

Рассмотренные схемы соответствуют управляющему вычислительному телемеханическому комплексу УВТК-300, предназначенному для АСУ ТП предприятий химической, металлургической и горнодобывающей промышленности; аналогично построен комплекс широкого применения ТК-301 и другие комплексы АССТТ-2. Все они имеют достаточно совершенное математическое обеспечение, затраты на которое уже сейчас достигают 60...70% от общей стоимости системы. В дальнейшем, очевидно, будет происходить все более полное слияние систем телемеханики, передачи данных и средств вычислительной техники.

В САУ процесс управления осуществляется полностью автоматически, без участия человека; в АСУ ТП человек участвует в управлении лишь в силу несовершенства системы. В отличие от этих систем автоматизированные системы управления производством (АСУП) специально предназначены для совершенствования и оптимизации взаимодействия человека с производством (а более широко — с окружающей средой) с учетом экономических и социальных факторов. Автоматическая система управления производством включает в себя человека и как «управляющее устройство», и как «объект управления».

Управление производством обычно осуществляется в условиях большого числа задающих воздействий (показатели выпуска продукции, номенклатура, себестоимость, прибыль и т.д.), разнообразных и трудно учитываемых возмущающих воздействий (качество и ритмичность поступления сырья, исправность оборудования, производительность труда, число работающих и т. п.) и различного рода ограничений (скорость протекания технологических процессов, производственная мощность предприятия, штат, квалификация работников и пр.). В столь сложной системе трудно выделить какой-либо один критерий оптимальности. Чаще всего в качестве такого критерия (как наиболее универсального) используют прибыль.

С технической точки зрения процесс управления производством сводится к сбору и обработке больших массивов информации, что позволяет выработать оптимальный алгоритм управления. Естественно, что для этого используют соответствующие технические средства и прежде всего ЭВМ. Таким образом, автоматическая система управления — это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.

АСУ строятся по иерархическому принципу, при котором система низшего уровня является соподчиненной частью системы

высшего уровня. В зависимости от уровня управления различают общегосударственную автоматизированную систему (ОГАС), отраслевые автоматизированные системы управления (ОАСУ), автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

В зависимости от выполняемых функций выделяют автоматизированные системы организации управления (куда относятся ОГАС, ОАСУ, АСУП), а также территориальные и технологические АСУ.

Системы организации управления оперируют с информацией, представленной в основном в виде документов. В АСУ ТП носителями информации являются электрические сигналы. Все шире развиваются интегрированные АСУ, выполняющие и организационные, и технологические функции.

Любая автоматическая система управления состоит из математических, программных средств и комплекса технических средств (КТС). На рис. 14.11 представлена структура КТС интегрированной АСУП. Объектом управления такой системы является производственный процесс, в результате протекания которого ресурсы предприятия (материалы, энергия, оборудование, рабочая сила) преобразуются в продукцию предприятия.

Для обработки информации в АСУП может использоваться одна или несколько ЭВМ средней производительности с высокоразвитой системой ввода-вывода, установленные в вычислительном центре (ВЦ) предприятия.

Наряду с обработкой информации на ЭВМ все в большей степени возлагаются функции по реализации принятого алгоритма управления, обеспечивающего оптимальное протекание управляемого производственного процесса.

Для сбора информации о ходе производственного процесса используют как различные автоматические устройства (датчики, устройства счета продукции и т.д.), так и устройства ручного ввода. Простейшими устройствами для сбора информации являются устройства подготовки данных (УПД) на машинных носителях. Устройства ручного ввода обычно входят в состав комбинированных устройств ввода-вывода информации, а их конкретный состав и функциональные возможности определяются тем, для связи с каким именно работником они предназначены: с оператором, кладовщиком, бухгалтером, инженером или руководителем предприятия.

Специально для АСУП разработаны регистраторы производства, позволяющие вводить информацию с клавиатуры, а также с предварительно подготовленных машинных носителей. Некоторые модели регистраторов допускают предварительную обработку информации.

Наиболее универсальными устройствами ручного сбора информации в АСУ являются разработанные в рамках ЕС ЭВМ абонентские пункты (АП), содержащие устройства ввода информации с клавиатуры и различных машинных носителей; устройства вывода информации на экранные пульты (дисплеи), а также печатающие устройства и графопостроители, позволяющие вести обмен как знаковой, так и графической информацией.

Устройства управления абонентских пунктов реализуют алгоритм работы, обеспечивающий режим активного диалога оператора с ЭВМ, производя подключение АП к каналам связи; преобразуя внутренний код представления информации АП в код передачи; обеспечивая работу выносных пультов, подключаемых к данному АП; позволяя производить предварительную обработку информации в автономном режиме.

Наиболее совершенные модели АП, содержащие собственные запоминающие устройства и допускающие возможность перепрограммирования, являются, по сути, мини-ЭВМ.

Для передачи информации в АСУ используют системы передачи данных, содержащие аппаратуру передачи данных, каналы связи и мультиплексоры передачи данных (МПД).

В состав аппаратуры передачи данных (АПД) входят:

устройства преобразования сигналов (модемы для телефонных и телеграфных каналов) к виду, пригодному для передачи по каналам связи;

устройства защиты от ошибок, обеспечивающие помехоустойчивое кодирование и декодирование передаваемой информации;

устройства автоматического вызова и ответа, предназначенные для автоматического установления соединений с требуемым абонентом при работе по коммутируемым каналам связи.

Вид используемых в АСУ каналов связи определяется расстоянием между источником и получателем информации, объемом передаваемых данных, требованиями к достоверности их передачи. Обычно используются стандартные телеграфные (при скорости передачи до 200 бит/с) и телефонные (при скорости передачи до 9600 бит/с) каналы связи как выделенные (т.е. постоянно закрепленные за данной парой источник—получатель), так и коммутируемые.

Для сопряжения каналов связи с каналами ввода-вывода ЭВМ используют мультиплексоры передачи данных, которые производят подключение требуемого АП к ЭВМ, управляют процедурой обмена информацией с учетом особенностей конкретного АП (режима обмена, метода синхронизации, метода защиты от ошибок, кода и скорости передачи). Удаленные МПД (УМПД) используются для объединения нескольких низкоскоростных каналов связи в один высокоскоростной канал путем частотного или временного уплотнения.

Управляющие воздействия на производственный процесс в АСУП осуществляются как автоматически непосредственно от ЭВМ, так и вручную через операторов и других работников предприятия. Автоматические воздействия осуществляют различные исполнительные устройства и местные автоматические регуляторы, уставки для которых рассчитывает ЭВМ. Для осуществления ручных управляющих воздействий производят вывод управляющей информации из ЭВМ в удобной для восприятия человеком форме. Для этого используют различные печатающие устройства, графопостроители и экранные пульты, подключаемые как автономно, так и в составе АП.

В АСУП применяют также различные специализированные устройства индикации (световые табло, мнемосхемы), позволяющие персоналу следить за ходом производственного процесса и оперативно воздействовать на него.

АСУП обычно связана с АСУ более высокого уровня (отраслевой или территориальной). Технически это означает связь между ЭВМ АСУП и соответствующей ЭВМ высшего уровня. Для осуществления такой связи может использоваться общегосударственная система передачи данных (ОГСПД).

Комплекс технических средств АСУ всегда разрабатывается как открытая система, позволяющая легко изменять его состав, например при изменении технологии производства или расширении функций АСУ.

В настоящее время АСУ внедряются в самые различные сферы человеческой деятельности: строительство и транспорт, научные исследования и статистику, торговлю и бытовое обслуживание и т.д. Соответственно расширяется номенклатура и совершенствуются характеристики устройств ввода-вывода систем передачи данных и, конечно, вычислительных систем.

Контрольные вопросы

1. Что такое телемеханика?

2. Какова структурная схема телемеханической системы?

3. Какие виды линий связи используются в телемеханических системах?

4. Что представляют собой одноуровневая и многоуровневая системы телемеханики?

5. Каково назначение систем телеизмерения, телеуправления, телерегулирования и передачи данных?

6. Каково назначение основных элементов телемеханики: источника информации, распределителя, передатчика и др.?

7. Каким образом можно уменьшить число каналов связи в системах телемеханики?

8. В чем состоит различие небалансных и балансных систем телеизмерения?

9. Как работает радиорелейная линия связи?

10. Как происходит преобразование сигнала при амплитудной модуляции?

11. Каковы принципы частотной, фазовой и цифровой модуляций сигналов?

12. Какова роль оператора и ЭВМ в автоматизированной системе управления?

13. Поясните обобщенную структурную схему автоматической системы управления технологическими процессами.

14. Как взаимодействуют технические средства интегрированной автоматической системы управления предприятием?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

⇐ Предыдущая 27 28 29 30 313233 34 35 36 Следующая ⇒