Обобщенная архитектура систем ПА

Обобщенная архитектура систем ПА в общем случае является:

· многоуровневой – может быть представлена в виде набора достаточно однородных слоев (уровней) по функциям и масштабам управления,

· иерархической – масштаб и значимость функций управления возрастает от уровня к уровню

Обобщенная архитектура систем ПА показана на рис.1.4, 5.

Рис.1.4.Типовая функциональная схема современной ПА.

Пример типовой 3-уровневой СА показан на рис.1.5

Низший (нулевой) уровень - включает датчики: (например, температуры, давления, концевые выключатели, дискретные датчики наличия объекта, напряжения питания) и ИсУ (актуаторы) (например, реле, контакторы, приводы клапанов, электродвигатели и т.д.). Датчики и актуаторы могут иметь интерфейсы типа AS-интерфейса (ASI), 1-Wire или CAN, HART и др. Морально устаревшими интерфейсами нулевого уровня являются аналоговые интерфейсы 4...20 мА, 0...20 мА, 0...5 В и др.

В настоящее время для сложных (например, радарных уровнемеров) или особо малогабаритных (например, датчик температуры DS-1821, размером в 5мм) датчиков наметилась устойчивая тенденция к их интеллектуализации: встраиванию микроконтроллеров с возможностями коммуникации данных, периодической автоматической калибровкой и компенсаций нелинейностей. Они обладают в пределах сети свойством взаимозаменяемости, в частности имеют один протокол обмена и интерфейс связи, а также нормированные метрологические характеристики и возможность смены адреса перед физической заменой.

Первый (операторский) уровень состоит из СПИУ, средств в-в и ЧМИ. СПИУ могут обмениваются информацией по промышленным полевым сетям (Fieldbus) типа Modbus RTU, TCP, Profibus и др. Иногда обособленные средства (модули) в-в выделяют в отдельный уровень иерархии.

Рис.1.5.Типовая распределенная 3-уровневая СА

Уровень 4 Высшее руководство

АСУ П

Уровень 3 Управление

цехом

Уровень 2 Системы

диспетчерского АСУ И

управления

Уровень 1 Системы программного

управления оборудованием АСУ Л

Уровень 0 Датчики и исполнительные

устройства

Рис.1.6. Обобщенная архитектура систем ПА

Второй (диспетчерский) уровень состоит из рабочих станций - компьютеров с ЧМИ. Наиболее распространенным ПО являются SCADA-пакеты и ОРС-серверы. Диспетчер осуществляет наблюдение за ходом ТП или управляет им с помощью SCADA через манипуляциями с мнемосхемами на экране компьютера. Диспетчерский компьютер или ОРС-сервер выполняет также архивирование собранных данных, записывает действия (команды) оператора, анализирует сигналы системы технической диагностики, данные аварийной и технологической сигнализации, сигналы срабатывания устройств противоаварийных защит, а также выполняет часть неформализованных алгоритмов управления ТП. Благодаря объединению диспетчерских компьютеров в сеть наблюдение за процессами может быть выполнено с любого компьютера сети, но управление, во избежание конфликтов, допускается только с одного компьютера или функции управления разделяются между несколькими компьютерами.

Права операторов и диспетчеров устанавливаются средствами ограничения доступа.

Важная функция 2-го уровня:

· ведение баз данных реального времени;

· обмен данными с 3-м уровнем иерархии системы управления.

Третий уровень (уровень управления цехом, предприятием) - АСУ предприятием (АСУ П) является средством интеграции систем АСУ ТП с системами экономического управления подразделениями или предприятием в целом. В зависимости от размеров корпорации общая система управления может включать еще более высокие уровни управления, обеспечивать интеграцию с высшим руководством, которое может быть расположено в различных странах и на разных континентах земного шара.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУ П) – бизнес – уровень управления, обеспечивает информационно-автоматизированное (компьютерное) управление экономикой предприятия, включая управление материальными, энергетическими, финансовыми и другими ресурсами и потоками этого предприятия и включает все его АСУ И

На уровне АСУП решаются следующие основные задачи:

· ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия;

· MRP (Manufacturing Resource Planning) - планирование ресурсов технологических подразделений предприятия;

· MES (Manufacturing Execution Systems) - управление производственными ресурсами;

· HRM (Human Resource Management) - управление человеческими ресурсами;

· ЕАМ (Enterprise Asset Management) - управление основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами.

В настоящее время АСУ П в России встречается весьма редко и в данном курсе не рассматривается.

Примечания 1:

1. В целом архитектура АСУ Л (рис.1.1) во многом напоминает строение человека: роль органов чувств выполняют датчики, роль рук, ног - ИсУ, органы речи и слуха обеспечивают обмен данными, роль мозга выполняет СПИУ, программой функционирования является накопленный опыт жизнедеятельности (видимо, в постановке нечеткой логики). Благодаря такой аналогии архитектура системы автоматизации (СА) обычно понятна на интуитивном уровне. Однако при разработке конкретной системы возникает множество сложных практических вопросов, касающихся стандартизации, безопасности, коммерческой эффективности, технологичности, точности, надежности, совместимости, удобства технического сопровождения и т.п., которые и будут рассмотрены далее.

2. Основной вид энергии используемой современным оборудованием – электрическая и основой движущей силой рабочих органов являются различные электроприводы (например, переключающие устройства приводов). Однако при необходимости получения больших механических усилий в оборудовании используется и более эффективная для этих целей пневматическая энергия (сжатого воздуха), а для получения очень больших усилий – гидравлическая энергия (давление жидкости). Управление клапанами в этих случаях, обычно, производится относительно маломощными электрическими приводами по сигналам ИсУ или средств вывода, в т.ч. и через различные дополнительные электросогласующие устройства.

Другие виды алгоритмически управляющих устройств ПА. Кроме использования информационных СПИУ, в промышленности в относительно небольшом количестве сохранились также другие способы автоматизации оборудования (т.е. технического выполнения нужного алгоритма функционирования):

· релейный – системы с алгоритмом в виде нужной схемы соединений набора последовательно срабатывающих многоконтактных электротехнических реле, таймеров, шаговых электродвигателей и т.д.,

· пневматический или гидравлический – системы в виде нужной схемы соединения трубопроводов и набора различных клапанов и других управляемых элементов трубопроводной арматуры,

· механический, чаще всего кулачковый – системы в виде подпружиненного штока, скользящего по торцевым поверхностям пакета твердых металлических кулачков, жестко установленного на вращающейся оси и прикладывающего механическое усилие на соответствующий рабочий инструмент через шток (Приложение 1.1),

· другие.

Релейная автоматика – хронологически первая в ПА (компания Alen Bredly, 1951г) достаточно широко используется в настоящее время только в защитных системах электроэнергетики управляя значительными токами с высоким быстродействием.

Классификация систем ПА

Виды АСУ в ПА. Архитектура системы может быть различной в зависимости от вида решаемой задачи автоматизации:

· мониторинг (продолжительные измерение и контроль с архивированием полученной информации);

· автоматическое управление (в системе с обратной связью или без нее);

· диспетчерское управление (управление с помощью человека-диспетчера, который взаимодействует с системой через ЧМИ);

· обеспечение безопасности.

Любая из перечисленных задач может выполняться на большом расстоянии между объектом автоматизации и системой. В этом случае иногда говорят, что это задачи телемеханики (дистанционные измерение, управление, сигнализация). Однако в связи с тем, что каналы дистанционной связи (Интернет, радиоканал, оптико-волоконный канал, проводной канал) органично входят практически в любую СА, задачу телемеханики все реже выделяют как самостоятельную.

Создание любой АСУ начинается со структуризации (декомпозиции, деления на части) общей задачи ПА (системы) на подсистемы. Структуризация может быть:

· функциональной (алгоритмической) - СА делят, группируя сходные функции, и для каждой группы функций используют отдельную АСУ Л или АСУ И;

· объектной - используются распределенные СА, когда каждый объект автоматизации оборудуется АСУ Л, решающей задачи в пределах этого объекта.

Оба вида структуризации могут быть использованы совместно. Выбор способов структуризации является творческим процессом, зависит от опыта проектировщика и во многом определяет эффективность будущей системы.

Независимо от метода структуризации, основной ее результат:

· представление архитектуры системы в виде набора слабо связанных частей - с отсутствием между ними обратных связей или с малым модулем петлевого усиления при наличии таких связей,

· отсутствие интенсивного обмена информацией.

Программные модули, реализующие отдельные функции в разных СПИУ, могут взаимодействовать между собой по промышленной сети с помощью соответствующих технологий: СОМ [Microsoft], CORBA [OMG] или SOAP [W3C]. Для разработки заказного ПО распределенных систем управления используют специальную среду разработки систем реального времени (РВ) или стандартное ПО на основе технологии DCOM [Microsoft]. Рассмотрение сетевых технологий ПА выходит за пределы данного курса.

Системы различаются по объемам выполняемых функций, характеризуемых общим числом каналов, равным сумме числа используемых датчиков и ИсУ. Используемые коммуникационные каналы определяются отдельно.

По объему выполняемых функций в соответствии с ГСП, системы ПА делятся на 3 категории:

· локальные - с достаточно простым набором однородных функций автоматического контроля, регулирования, управления и регистрации с числом каналов от 1 до 8,

· централизованные - многоуровневые системы с большим набором разнородных функций, включая информационное обеспечение и внутри- и междууровневую коммуникацию данных, с числом каналов от 9 до нескольких десятков или сотен,

· АСУ ТП – включают многоканальное регулирование ТП.

Классификация ПА по назначению в соответствии с ГСП показана в Приложении 1.2.

Широко используются классификация АСУ:

а)по размерам: · АСУ цеха, · АСУ участка, · АСУ процесса.

б)по типу производства: · АСУ дискретно-непрерывным производством, · АСУ дискретным производством, · АСУ непрерывным производством.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒