Несмотря на разнообразие систем автоматизации, можно четко выделить основной состав технических средств для реализации систем автоматизации управления технологическими процессами.
Каждая система автоматизации управления объектом ОУ (рисунок 5) включает в себя:
– пульт (пункт) управления;
– устройство управления;
– исполнительные органы объекта управления ИУ1...ИУ n;
– преобразователи технологической информации (датчики);
– информационные связи И1…И5.
Пульт (пункт) управления (П) предназначен для включения системы автоматизации в работу, задания режимов ее работы, контроля (постоянного или эпизодического) за функционированием системы и т.п. Так как любой объект управления требует наладочных, профилактических и ремонтных работ, то предусматривается возможность ручного управления механизмами объекта с П. Поэтому на П устанавливается командная аппаратура (кнопки, ключи, переключатели и т.п.), сигнальные устройства (лампы накаливания, светодиоды, цифровые индикаторы, мнемосхемы и т.п.). В настоящее время в качестве пульта управления все чаще используются сенсорные мониторы.
Устройство управления УУ, получая информацию И1 с пульта управления, от внешних устройств И2 и с объекта управления ИЗ и И4, анализирует технологическую ситуацию, сложившуюся на объекте управления. Сопоставляя ситуацию с требуемой, УУ по заложенному в нем алгоритму вырабатывает управляющие воздействия У на исполнительные устройства ИУ1...ИУ n, сигнальную информацию И5 на П и информацию И6 для более высоких этажей иерархии управления.
Поэтому УУ включает в себя три обязательных составных части:
а) устройство согласования вводов (входов) УСВВ;
б) устройство обработки информации УОИ;
в) устройство согласования выводов (выходов) УСВ.
Указанные составные части присущи любым УУ систем автоматизации, какие бы задачи они не решали, какая бы не использовалась элементная база. Будь то УУ на логических элементах, на программируемом контроллере, система ЧПУ или УВМ – все равно нужно информацию собрать, обработать и выдать на управление и сигнализацию [4].
Под согласованием вводов (входов) в данном случае понимается согласование параметров источника вводимой в УУ информации по уровню напряжений, токов, мощностей с внутренними цепями УУ. Поэтому УСВВ включает в себя усилители, преобразователи сигналов (например, аналогового сигнала в цифровой), фильтры, элементы гальванической развязки и т.п.
Рисунок 5 – Состав системы автоматизации
УОИ в зависимости от сложности решаемой задачи может быть реализовано аппаратным (схемным) путем или на процессорной технике (ПЛК, ЦВМ).
Под согласованием выводов (выходов) понимается согласование параметров выходных цепей УОИ и приемников управляющей или сигнальной информации. Поэтому УСВ включает в себя усилители, преобразователи сигналов (например, преобразование цифрового сигнала в аналоговый сигнал), элементы гальванической развязки и т.п.
ПЛК и УВМ, разрабатываемые специально для целей автоматизации, уже имеют в своем составе целые наборы блоков УСВВ и УСВ. УВМ в принципе и отличается от ЦВМ для инженерных расчетов наличием у УВМ блоков УСВВ и УСВ для связи с объектом управления.
Исполнительные устройства ИУ1...ИУ n состоят, как правило, из исполнительного привода (усилитель с исполнительным двигателем) и исполнительного органа, воздействующего на процесс. В качестве исполнительного привода используются автоматизированные электроприводы со своими системами управления, электромагнитные механизмы, пневматические и гидравлические приводы. Их задача – в соответствии с управляющим воздействием У от УУ изменять положение механизмов, задвижек и т.п., изменяя при этом форму обрабатываемого изделия или физико-химическое состояние обрабатываемого материала.
Информация ИЗ о состоянии и работе исполнительных устройств подается на вход УУ и (при необходимости) для индикации на П.
Информация И4 о состоянии объекта управления формируется датчиками технологической информации. Физическая природа их может быть разная, но задача одна – непрерывно или прерывно преобразовывать параметры (например, механического перемещения, температуры, давления и т.п.) в сигналы, которые могут быть использованы в технических средствах и системах управления.
Измерительная техника составляет значительную часть затрат в системах автоматики. В среднем примерно третья часть стоимости оборудования систем автоматики расходуется на получение и сбор информации. Путь к улучшению способов решения задач автоматизации с использованием тех возможностей, которые открывает управляющая вычислительная техника, необходимо искать при сборе и подготовке информации. При этом следует принципиально отказаться от уменьшения количества точек измерения.
Информация с датчиков поступает на вход УУ и одновременно частично (при необходимости) на П.
Представленный на рисунке 5 состав технических средств, конечно, справедлив в основном для локальных систем автоматизации. Для систем автоматизации более высоких этажей иерархии меняется природа объекта управления. Объектом управления в этом случае будут системы автоматизации нижнего этажа иерархии. Меняется характер управляющих воздействий. Они поступают в виде внешней информации И2 (см. рисунок 5) на УУ систем локальной автоматизации. Информация о состоянии объекта управления, как правило, поступает в систему управления более высокого этажа иерархии не с датчиков, а с УУ локальных систем (информация И6).
Необходимо помнить о представленном составе технических средств и их взаимосвязях. В каждом конкретном случае они реализуются по-своему, но идеология построения систем автоматизации в основном едина [5].
Заключение
По итогам выполнения данной научно-исследовательской работы были сделаны следующие выводы:
1) В непрерывных и непрерывно-дискретных производствах обеспечивается, как правило, более высокая производительность и они более приспособлены для автоматизации. Поэтому преимущественно для этих процессов получены успехи по применению АСУ ТП.
2) Системы стабилизации могут быть реализованы как схемным путем на элементах полупроводниковой электроники, так и программным путем на ПЛК.
3) Оптимизация технологических процессов реализуется практически исключительно на программируемых устройствах автоматики.
4) Несмотря на разнообразие систем автоматизации, можно четко выделить основной состав технических средств для реализации систем автоматизации управления технологическими процессами.