Государственная система промышленных

приборов и средств ([2], Глава 1)

 

Назначение и принципы построения

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) создана в целях обеспечения технически­ми средствами системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами различных отраслей промышлен­ности.

В настоящее время ГСП представляет собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктив­но организованную совокупность изделий, предназначенных для использования в качестве средств автоматических и автоматизи­рованных систем контроля, измерения, регулирования техноло­гических процессов, а также информационно-измерительных систем. ГПС стала технической базой создания АСУ ТП и АСУ в промышленности. Ее развитие и применение способствовало формализации процесса проектирования АСУ ТП, переходу к машинному проектированию.

В основу создания и совершенствования ГСП положены сле­дующие системотехнические принципы: типизация и минимиза­ция многообразия функций автоматического контроля, регулиро­вания и управления; минимизация номенклатуры технических средств; блочно-модульное построение приборов и устройств; агрегатное построение систем управления на базе унифицирован­ных приборов и устройств; совместимость приборов и устройств.

По функциональному признаку все изделия ГСП подразделе­ны на устройства:

1. получения информации о состоянии процесса или объекта;

2. приема, преобразования и передачи информации по кана­лам связи; *

3. преобразования, хранения и обработки информации, фор­мирования команд управления;

4. использования командной информации.

В первую группу устройств в зависимости от способа представ­ления информации входят датчики, нормирующие преобразова­тели, формирующие унифицированный сигнал связи, приборы, обеспечивающие представление измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюда­телем, и устройства алфавитно-цифровой информации, вводимой оператором вручную. Средства получения информации являют­ся самой многочисленной группой изделий государственной си­стемы промышленных приборов и средств автоматизации — бо­лее половины номенклатуры всех технических средств.

Вторая группа устройств содержит коммутаторы измеритель­ных цепей, преобразователи сигналов и кодов, шифраторы и де­шифраторы, согласующие устройства, средства телесигнализа­ции, телеизмерения и телеуправления. Эти устройства использу­ют для преобразования как измерительных, так и управляющих сигналов.

Третью группу составляют анализаторы сигналов, функцио­нальные и операционные преобразователи, логические устрой­ства и устройства памяти, задатчики, регуляторы, управляющие вычислительные устройства и комплексы.

В четвертую группу входят исполнительные устройства: элек­трические, пневматические, гидравлические или комбинирован­ные исполнительные механизмы, усилители мощности, вспомо­гательные устройства представления информации.

Минимизация номенклатуры средств контроля и управления реализуется на основе двух идей: унификации устройств одного функционального назначения на основе параметрического ряда этих изделий и агрегатирования комплекса технических средств для решения крупных функциональных задач.

Процесс минимизации начинается с отбора некоторых основ­ных параметров приборов и устройств, выделения из их числа главного параметра и установления минимального необходимо­го числа устройств для перекрытия всего диапазона изменения главного параметра. При этом переход от диапазона использова­ния одного устройства к диапазону использования другого под­чиняется определенным закономерностям. Преимущественно используется геометрическая прогрессия, основанная на ряде предпочтительных чисел. Вся совокупность изделий одинаково­го функционального назначения называется параметрическим рядом.

В настоящее время разработаны параметрические ряды датчи­ков давления, расхода, уровня и электроизмерительных приборов. Тем не менее продолжается их оптимизация по технико-экономи­ческим показателям, например по критерию минимума суммар­ных затрат на удовлетворение заданных потребностей. Этот кри­терий основан на противоречии между интересами потребителя и изготовителя: чем меньше в ряду приборов, тем меньше затра­ты на разработку, освоение, тем большими партиями они выпус­каются, что также снижает затраты изготовителя. Увеличение числа приборов в ряду дает экономию потребителю за счет более эффективного использования возможностей приборов или за счет более точного соблюдения режима технологического процес­са.

Агрегатные комплексы (АК) представляют собой совокупность технических средств, организованных в виде функционально­параметрических рядов, охватывающих требуемые диапазоны измерения в различных условиях эксплуатации и обеспечиваю­щих выполнение всех функций в пределах заданного класса за­дач.

Реализация принципа агрегатирования на этапах построения сложных управляющих систем на базе унифицированных блоков и устройств позволяет существенно упростить и ускорить процесс создания АСУ, создает предпосылки для автоматизации их про­ектирования. К очень важным достоинствам агрегатного постро­ения технических средств можно отнести возможность совершен­ствования изделий без полного их обновления.

Принцип агрегатирования в ГСП применяется очень широ­ко. Унифицированная базовая конструкция датчиков теплоэнер­гетических величин с унифицированным пневматическим и электрическим сигналами была создана всего из 600 наимено­ваний деталей, при этом получили 136 типов и 863 модифика­ции датчиков.

На более высоких уровнях проектирования изделий ГСП в качестве конструктивной основы используют комплекс унифици­рованных типов (модульных) конструкций (УТК). Все детали и узлы комплекса подразделены на четыре категории изделий таким образом, что элементы изделий низшего порядка предназначены для преобразования в элементы изделий высшего порядка.

Заложенные в ГСП общие для всех изделий понятия совмес­тимости можно сформулировать следующим образом.

Информационная совместимость — совокупность стандарти­зированных характеристик, обеспечивающих согласованность сигналов связи по видам и номенклатуре, их информативным параметрам, уровням, пространственно-временным соотношени­ям, логическим соотношениям и типу логики. Для всех изделий

ГСП приняты унифицированные сигналы связи и единые интер­фейсы — совофпность программных и аппаратных средств, обес­печивающих взаимодействие устройств в системе.

Конструктивная совместимость — совокупность свойств, обеспечивающих согласованность конструктивных параметров и механическое сопряжение технических средств, а также выполне­ние эргономических норм и эстетических требований при совмест­ном использовании.

Эксплуатационная совместимость — совокупность свойств, обеспечивающих работоспособность и надежность функциониро­вания технических средств при совместном использовании в про­изводственных условиях, а также удобство обслуживания, на­стройки и ремонта.

Метрологическая совместимость — совокупность выбран­ных метрологических характеристик и свойств средств измере­ний, обеспечивающих сопоставимость результатов измерений и возможность расчета погрешности результатов измерений при работе технических средств в составе систем.

 

Структура

 

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации представляет собой большой, сложный и непре­рывно развивающийся комплекс приборов и устройств, серийно выпускаемых промышленностью и предназначенных для автома­тизации контроля и управления различными технологическими процессами и оборудованием.

По роду используемой энергии носителя информационных сигналов устройства ГСП подразделяются на электрические, пневматические, гидравлические, а также устройства, работаю­щие без использования вспомогательной энергии, — приборы и регуляторы прямого действия. Для того чтобы обеспечить совмест­ную работу устройств различных групп, применяют соответству­ющие преобразователи сигналов. В АСУ наиболее эффективным является комбинированное применение устройств различных групп.

Достоинствами электрических приборов являются высокая чувствительность, точность, быстродействие, удобство передачи, хранения и обработки информации. Пневматические приборы обеспечивают повышенную безопасность при применении в лег- ковоспламеняемых и взрывоопасных средах, высокую надежность в тяжелых условиях работы, в агрессивной атмосфере. Однако они уступают электронным приборам по быстродействию, воз­можности передачи сигнала на большие расстояния.

Гидравлические приборы позволяют получать точные переме­щения исполнительных механизмов.

По функционально-целевому признаку ГСП представляет со­бой четырехуровневую иерархическую структуру. На первом (нижнем) уровне расположены средства получения информации для воздействия на процесс и средства, непосредственно взаимо­действующие с объектом управления. Они обеспечивают инфор­мацией все вышерасположенные средства.

На втором уровне находятся средства локального контроля и регулирования, с помощью которых осуществляются одноконтур­ные системы контроля и регулирования простых объектов или автономного контроля и регулирования отдельных параметров сложных объектов. Как правило, эти средства выпускают в соста­ве параметрических рядов и унифицированных комплексов, со­здаваемых на основе одной или нескольких базовых моделей.

На третьем уровне расположены устройства централизованно­го контроля и регулирования, позволяющие реализовать связан­ное регулирование, косвенные измерения, многоступенчатые за­щиты и логические операции при пуске и остановке объекта. Они предназначены для построения АСУ ТП, имеющих несколько сотен контролируемых и регулируемых параметров.

На четвертом (верхнем) уровне расположены средства автома­тизации, предназначенные для работы в составе управляющих вычислительных комплексов со сложными алгоритмами управле­ния, в том числе для решения оптимизационных, диспетчерских и других задач.

В технической документации наиболее широко используется такой классификационный признак, как тип изделия — совокуп­ность изделий одинакового функционатьного назначения и прин­ципа действия, сходных по конструктивному исполнению и име­ющих одинаковые главные параметры. В состав типа может вхо­дить несколько типоразмеров и модификаций или исполнения изделия. Типоразмеры одного типа различаются значениями главного параметра и обычно выделяются в однофункциональных изделиях.

Модификация — совокупность изделий одного типа, имеющих определенные конструкционные особенности или определенное значение неглавного параметра. Под исполнением обычно пони­мают изделия одного типа, имеющие определенные конструктив­ные особенности, влияющие на их эксплуатационные характери­стики, например тропическое или морское исполнение.

Более крупной классификационной группировкой, чем тип, является комплекс. Они бывают уницированные и агрегатные. Отличительной особенностью унифицированного комплекса яв­ляется то, что любые сочетания технических средств комплекса

между собой не приводят к реализации этими средствами новых функций. В агреаатных комплексах сочетанием технических средств можно реализовать новые функции. В настоящее время промышленностью выпускается примерно 30 агрегатных комп­лексов, предназначенных для получения, хранения, обработки информации, ее передачи, управления и исследования техноло­гических процессов и объектов и т.д. Наиболее широко исполь­зуется агрегатный комплекс средств электроизмерительной техни­ки (АСЭТ), вычислительной техники (АСВТ), телемеханики (АСТТ), средств сбора первичной информации (АСПИ) и др

.

Информационные связи

Обмен информацией между техническими средствами ГСП реализуется при помоши сигналов связи и интерфейсов. Непре­рывные (аналоговые) сигналы используются на нижних уровнях систем контроля и управления для получения измерительной информации и исполнения управляющих сигналов. На более высоких уровнях систем управления используют цифровые (дис­кретные) сигналы, обеспечивающие более надежную обработку сигналов. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой применяют аналого-цифровые преобразователи, выполняющие квантование по уровню и дискретизацию по времени аналоговых сигналов.

В АСУ наиболее распространены электрические сигналы свя­зи, достоинствами которых являются высокая скорость передачи сигнала, низкая стоимость и доступность источников энергии, простота прокладки линий связи. Пневматические сигналы при­меняют в основном в нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, где необходимо обеспечить взрывобезопас- ность и не требуется высокое быстродействие. Гидравлические сигналы в основном применяют в гидравлических следящих си­стемах и устройствах управления гидравлическими исполнитель­ными механизмами.

Информационные сигналы могут быть представлены в естест­венном или унифицированном виде. Естественным сигналом называется сигнал первичного измерительного преобразователя, вид и диапазон изменения которого определяются физическими свойствами преобразователя и диапазоном изменения измеряе­мой величины. Обычно это выходные сигналы измерительных преобразователей, чаще всего электрические, которые можно передать на небольшое расстояние (до нескольких метров).

У унифицированного сигнала вид носителя информации и диапазон его изменения не зависят от измеряемой величины и метода измерения. Обычно унифицированный сигнал получают из естественного сигнала с помощью встроенных или внешних нормирующих преобразователей.

Из электрических сигналов наиболее распространены унифи­цированные сигналы постоянного тока и напряжения. Частотные сигналы используются в телемеханической аппаратуре и в комп­лексе технических средств локальных информационно-управля- юших систем (КТС ЛИУС). Сигнал взаимной индуктивности применяется в датчиках теплоэнергетических параметров, что обеспечивает высокую надежность и устойчивость к воздействию окружающей среды при простой конструкции. Импульсные сиг­налы используются для контроля состояния двухпозиционных устройств, передачи командных сигналов.

При создании сложных систем, особенно на базе микропро­цессорных устройств и вычислительных средств, обмен информа­цией между техническими средствами верхнего уровня осуществ­ляется с помощью интерфейсов. Интерфейс, или сопряжение ввода-вывода, — это совокупность программных и аппаратных средств, устанавливающих и реализующих взаимодействие уст­ройств, входящих в систему, и предназначенных для сбора, пере­работки и использования информации.

По определению интерфейс состоит из программной и аппа­ратной частей. Программная (информационная) часть определяет протокол (порядок) обмена сигналами и информацией (алгорит­мы и временные диаграммы). Аппаратная часть (интерфейсные карты, платы) позволяет осуществлять информационный обмен управляющими, адресными, известительными и другими сигна­лами между функциональными модулями.

В ГСП наиболее распространены интерфейсы «Общая шина» (ОШ), 2К и «Единый интерфейс» (ЕИ).

Интерфейсы определяют скорость сбора информации, загруз­ку памяти ЭВМ или контроллера, стоимость аппаратуры, поэто­му в настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию рациональных интерфейсов.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: