Назначение любой автоматизированной системы управления, ее необходимые функциональные возможности, желаемые технические характеристики и другие особенности в решающей степени определяются тем объектом, для которого создается данная система. Для САУ ТП управляемым объектом является так называемый технологический объект управления (ТОУ), представляющий собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства целевого продукта. Приведенное определение ТОУ подчеркивает, с одной стороны, единство процесса и оборудования и, с другой - законченность преобразования входных ресурсов в конечный продукт (металл, электрическая или тепловая энергия, химические вещества, изделия и т.п.).
Управляя ТОУ, САУ ТП воздействует непосредственно на те или иные элементы оборудования: дроссельные и отсечные клапаны, задвижки, заслонки, дозирующие устройства и т.п. Интенсивность этих управляющих воздействий во время эксплуатации выбирают так, чтобы реализуемый в технологическом оборудовании процесс переработки входных материальных и энергетических потоков осуществлялся наиболее целесообразным образом.
При разработке САУ ТП важно правильно выделить объект управления из общей производственно - технологической структуры предприятия. Для этого учитывают назначение и роль отдельных аппаратов, агрегатов и установок, степень зависимости их работы от других, соседних производственных участков, наличие разделительных (буферных) емкостей между ними, наконец, принятую (или желательную) на данном производстве степень централизации управления.
В соответствии с этим в качестве ТОУ могут рассматриваться:
технологические агрегаты и установки;
отдельные производства, реализующие самостоятельный, законченный технологический цикл;
производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление им носит в первую очередь и в основном технологический характер, т.е. заключается в выборе и согласовании рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов, участков и производств.
Назначение САУ ТП обычно можно определить как целенаправленное ведение технологического процесса и обеспечение смежных и вышестоящих систем управления необходимой информацией. В ряде случаев, когда функционирование новых сверхмощных объектов без современной САУ (АСУ) оказывается практически невозможным, назначением такой системы является достижение реализуемости и устойчивости технологического процесса при высокоинтенсивных и экономичных режимах использования оборудования. Создание и функционирование каждой САУ ТП должно быть направлено на получение вполне определенных технико-экономических результатов (снижение себестоимости продукции, уменьшение потерь, повышение производительности труда, качества целевых продуктов, улучшение условий труда персонала и т.п.). Поэтому после определения назначения САУ ТП необходимо четко конкретизировать цели функционирования системы. Примерами таких целей для промышленных технологических объектов могут служить: обеспечение безопасности его функционирования; стабилизация параметров входных потоков; получение заданных параметров выходных продуктов; оптимизация режима работы объекта; согласование режимов работы оборудования. Степень достижения поставленных целей принято характеризовать с помощью, так называемого критерия управления, т.е. показателя, достаточно полно характеризующего качество ведения технологического процесса и принимающего числовые значения в зависимости от вырабатываемых системой управляющих воздействий. В строгой, обычно математической форме, критерий управления конкретизирует цель создания данной системы. Одна из общих постановок вопроса о критерии управления сводится к стремлению получить наибольший экономический эффект, который определяется разностью стоимостей получаемой готовой продукции и сырья, энергии, рабочей силы и других затрат. Оптимальным будет такое управление процессом, которое позволит добиться максимального значения этой разности. Не меньшую роль, чем критерий, играют ограничения, которые должны соблюдаться при выборе управляющих воздействий. Ограничения бывают двух видов: физические, которые не могут быть нарушены даже при неправильном выборе управляющего воздействия, и условные, которые могут быть нарушены, но нарушение приводит к незначительному ущербу, не учитываемому критерием. При управлении часто наиболее существенные факторы учитываются именно ограничениями, а не критерием.
Как правило, общих критерий экономической эффективности управления технологическим процессом неприменим из-за сложности определения необходимых количественных зависимостей в конкретных условиях; в таких случаях формируют частные критерии оптимальности, учитывающие специфику управляемого объекта и дополненные условными ограничениями.
Такими частными критериями, например, могут быть:
максимальная производительность агрегата при определенных требованиях к качеству продукции, условиях эксплуатации оборудования и т.д.;
минимальная себестоимость при выпуске продукции в заданном объеме и заданного качества;
минимальный расход некоторых компонентов, например дорогостоящих присадок или катализатора.
Чтобы добиться желаемого (в том числе оптимального) хода технологического процесса, в системе управления им необходимо в нужном темпе выполнять множество взаимосвязанных действий: собирать и анализировать информацию о состоянии процесса, регистрировать значения одних переменных и стабилизировать другие, принимать и реализовывать соответствующие решения по управлению и т.д. Именно эта «деятельность» системы управления была ранее названа функционированием, т.е. выполнением ею установленных функций. Теперь дадим определение и краткие разъяснения этого понятия.
Функция САУ ТП - это совокупность действий системы, направленных на достижение частной цели управления. При этом в качестве действий рассматриваются заранее предопределенные и описанные в эксплуатационной документации последовательности операций и процедур, выполняемые частями системы. В большинстве случаев под термином «функция САУ ТП» понимают такую законченную совокупность действий, выполняемых системой, которая проявляется вне ее и поэтому имеет определенную потребительскую ценность. Функции САУ ТП в целом как человеко-машинной системы следует отличать от функций, выполняемых комплексом технических средств системы (в том числе средствами вычислительной техники). Неправильно рассматривать вместо функций всей системы (включая человека) только совокупность действий, осуществляемых автоматически ее техническими средствами. Хотя значение подобных действий, реализуемых без участия человека, очень велико, однако они не характеризуют полностью поведение и возможности всей САУ ТП. Как правило, в системе за человеком (оператором, диспетчером) сохраняется главная, определяющая роль в выполнении наиболее сложных и ответственных функциональных задач. Поэтому необходимо рассматривать весь комплекс функций САУ ТП, включая те из них, которые осуществляются при участии персонала. Принято различать информационные и управляющие функции САУ ТП. К информационным относятся такие функции САУ ТП, результатом выполнения которых являются представление оператору системы или какому-либо внешнему получателю информации о ходе управляемого процесса. Характерными примерами информационных функций САУ ТП являются:
контроль за основными параметрами, т.е. непрерывная проверка соответствия параметров процесса допустимым значениям и немедленное информирование персонала при возникновении несоответствий;
измерение или регистрация по вызову оператора тех параметров процесса, которые его интересуют в ходе управления объектом;
информирование оператора (по его запросу) о производственной ситуации на том или ином участке объекта управления в данный момент;
фиксация времени отклонения некоторых параметров процесса за допустимые пределы;
вычисление по вызову оператора некоторых комплексных показателей, неподдающихся непосредственному измерению и характеризующих качество продукции или другие важные показатели технологического процесса;
вычисление достигнутых технико-экономических показателей работа технологического объекта;
периодическая регистрация измеряемых параметров и вычисляемых показателей;
обнаружение и сигнализация наступления опасных (предаварийных, аварийных) ситуаций.
Выполняя эти основные информационные функции, САУ ТП своевременно обеспечивает своего оператора (диспетчера) или вышестоящую систему сведениями о состоянии и любых отклонениях от нормального протекания технологического процесса.
Управляющие функции САУ ТП включают в себя действия по выработке и реализации управляющих воздействий на объект управления. Здесь под выработкой понимается определение (на основании полученной информации) рациональных воздействий, а под реализацией - действия, обеспечивающие осуществление принятых после выработки решений.
К основным управляющим функциям относятся:
стабилизация переменных технологического процесса на некоторых постоянных значениях, определяемых регламентом производства;
программное изменение режима процесса по заранее заданным законам;
защита оборудования от аварий;
формирование и реализация управляющих воздействий, обеспечивающих достижение или соблюдение режима, оптимального по технологическому или технико-экономическому критерию;
распределение материальных потоков и нагрузок между технологическими агрегатами;
управление пусками и остановами агрегатов и др.
Перечень всех функций, выполняемых конкретной САУ ТП (т.е. ее
Современная структура автоматизации