Раздел 4 Автоматизированные системы управления технологическими процессами
Тема 4.1 Общие сведения об АСУТП
1 Основные понятия и определения. Функции, состав, классификация АСУТП
2 Виды обеспечения АСУТП. Режимы работы АСУТП
3 Устройства связи с объектом в АСУТП. Средства измерения, преобразования и регулирования в АСУТП
Основные понятия и определения. Функции, состав, классификация АСУТП
АСУТП - это человеко-машинная система управления, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ) в соответствии с принятым критерием управления при помощи современных средств сбора и переработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники.
Совокупность совместно функционирующих АСУТП и ТОУ называется автоматизированным технологическим комплексом (АТК). Схема его дана на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура АТК
3 - задания; И - информация; РУ - ручное управление; СУ - супервизорное управление; НЦУ - непосредственное цифровое управление
Многочисленные датчики технологических параметров - температуры, давления, расхода, качества и т. д., а также датчики состояния оборудования («включено», «выключено») служат для получения информации о текущем состоянии объекта в реальном масштабе времени.
Выходные сигналы датчиков преобразуются в унифицированные стандартные сигналы и поступают на средства отображения информации, а также через устройства связи с объектом (УСО) - на управляющий вычислительный комплекс (УВК). Отметим, что ряд датчиков (анализаторы показателей качества, счетчики) имеют стандартный выход и могут работать без преобразователей.
На щитах и пультах управления операторской размещены многочисленные средства отображения информации: мнемосхема со световой аварийной и технологической сигнализацией звуковые сигнализаторы, индикаторы, алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), дисплеи (мониторы), регистрирующие и показывающие вторичные приборы. Кроме того, в операторской находятся средства регулирования, программно-логического управления, защиты и блокировки. Они могут быт выполнены в традиционном исполнении или же в виде микро процессорных контроллеров, на которые возлагаются определенные функции управления процессом. На щитах и пульта помещены и органы управления (станции управления регуляторами, выключатели, переключатели), с помощью которых человек может непосредственно вмешаться в процесс.
Управление технологическим процессом с помощью АСУТП осуществляется следующим образом.
Устройства регулирования и управления автоматически поддерживают нормальный технологический режим процесса. Оперативный технологический персонал ТОУ (операторы, начальник установки, начальник смены) получает текущие оперативные данные от чувствительных элементов с помощью приборов, индикаторов и сигнализаторов, а также развернутую обработанную информацию от информационной подсистемы АСУТП через пульты с дисплеями и принтеры. На основании получаемой информации технологический персонал анализирует ход процесса.
На первом этапе внедрения автоматизированных систем представление формации о процессе с помощью традиционных средств отображения данных используется достаточно широко, т. е. система управления остается щитовой. Однако по мере повышения надежности УВК, совершенствования математического и программного обеспечения АСУТП все больше информации поступает через периферийные средства УВК, число приборов и сигнализаторов уменьшается, а система превращается в бесщитовую.
Оперативный технологический персонал при управлении технологическим объектом использует управляющую подсистему АСУТП, которая исходя из заданного критерия управления выясняет, достигается ли цель управления.
Если цель не достигается, то управляющая подсистема определяет, как необходимо изменить технологический режим, т. е. каковы должны быть управляющие воздействия. В зависимости от режимов работы АСУТП рассчитанные значения могут реализовываться в виде рекомендаций оператору, путем изменения уставок регуляторам, непосредственно через исполнительные механизмы.
Эксплуатация вычислительной техники и комплекса преобразователей осуществляется эксплуатационным персоналом АСУТП (сектор, группа, службы АСУТП).
Связь данной АСУТП с другими АСУ (с АСУТП следующего и предыдущего по ходу обрабатываемого сырья технологических процессов, с АСОДУ — автоматизированной системой оперативно-диспетчерского управления, с АСУ предприятия) осуществляется с помощью специальных устройств связи.
Функции АСУ ТП
Функции АСУ ТП - это совокупность действий системы, направленных на достижения частной цели управления. Различают информационно-вычислительные и управляющие функции.
К информационно - вычислительным относят такие функции, результатом выполнения которых является предоставление оператору информации о ходе ТП. Управляющие функции включают в себя действия по выработки и реализации управляющего воздействия на ОУ
Перечень информационно-вычислительных функций:
1. Прямое измерение (сбор, первичная обработка и хранение информации об ОУ).
2. Косвенное измерение параметров процесса и технологического оборудования (ТО).
3. Сигнализация состояний параметров ТП и ТО.
4. Расчет технико-экономических и эксплуатационных показателей ТП и оборудования.
5. Регистрация параметров ТП, параметров ТО и результатов расчётов.
6. Контроль и регистрация отклонений параметров ТП и состояния оборудования.
7. Анализ срабатывания блокировки и защит ТО (определения причин нарушения хода ТП).
8. Диагностика и прогнозирование хода ТП и состояния ТО.
9. Диагностика и прогнозирование состояния комплекса тех средств АСУ ТП.
10. Оперативное отображение информации ведения ТП.
11. Выполнения процедур автомат обмена инфо со смежными и вышестоящими СУ.
Не все перечисленные функции могут быть реализованы в конкретной АСУ ТП. Это зависит от функциональной развитости АСУ ТП.
Перечень функций, определяется при составлении технического задания на проектировании, и при этом учитываются требования, указанные в руководящих материалах (обычно отраслевых).
Перечень управляющих функций:
1. Одноконтурное регулирование.
2. Логическое управление.
3. Каскадное регулирование.
4. Многосвязное регулирование.
5. Программное управление.
6. Оптимальное управление установившимися режимами работы ТП (определяются уставки регуляторов, расчет технических параметров).
7. Оптимальное управление неустановившимися режимами работы ТП (оптимальное управление в динамике) – поиск закона изменения параметра, поиск траектории от одного установившегося значения к другому.
8. Оптимальное управление с адаптацией.
Не все перечисленные функции могут быть реализованы в конкретной АСУ ТП.
Состав АСУТП
Основными элементами АСУ ТП являются:
· комплекс технических средств (техническое обеспечение);
· общесистемная техническая документация;
· эксплуатационный персонал.
Комплексом технических средств (КТС) называют совокупность управляющих устройств, устройств передачи сигналов и данных, датчиков сигналов и исполнительных устройств, обеспечивающих выполнение функций АСУ ТП. КТС включает структурные элементы сбора и передачи информации, входящие в информационное обеспечение АСУ ТП.
Схемы КТС АСУ ТП (в зависимости от особенностей ОУ) могут быть с прямым или непрямым взаимодействием информационно-вычислительного (ИВК) или управляющего вычислительного комплекса (УВК) с ОУ.
В свою очередь КТС непрямого взаимодействия бывают с управлением объектом непосредственно оператором (схема разомкнутого управления) или с управлением через локальные средства регулирования и управления (схема комбинированного управления). КТС прямого взаимодействия в зависимости от состава УВК подразделяются на КТС прямого цифрового и КТС прямого аналого-цифрового (гибридного) управления.
Структурные схемы КТС АСУ ТП приведены на рис. 2.
КТС АСУ ТП состоит из следующих основных групп технических средств:
1) устройства получения информации о режимах технологического процесса, оборудования, собственно КТС (датчики сигналов физических величин, устройства ручного ввода сигналов);
2) устройства формирования сигналов и обслуживания каналов передачи информации – преобразователи вида, формы и уровня сигналов, коммутаторы сигналов (мультиплексоры);
3) устройства локальной автоматики – регуляторы, командо-аппараты, интерполяторы, усилители-преобразователи командных сигналов, исполнительные устройства;
4) средства вычислительной техники – устройства переработки информации (серийные цифровые и аналоговые вычислительные машины и решающие устройства, специализированные счетные и решающие устройства), устройства ввода и вывода программ и информации, устройства передачи данных (организации каналов сопряжения вычислительных средств), запоминающие устройства;
5) устройства связи с объектом (УСО) – преобразователи сигналов контроля и управления, коммутаторы сигналов, адаптеры различного назначения, телемеханические устройства;
6) устройства связи с оперативным персоналом – индикаторы, сигнализаторы, регистраторы, щиты комплексного контроля (мнемосхемы), пульты управления.
Современные агрегатируемые технические средства автоматики и вычислительной техники позволяют создавать КТС АСУ ТП преимущественно проектным путем и расширять возможности КТС, наращивая номенклатуру и число устройств без реконструкции структуры АСУ ТП
Общесистемная техническая документация состоит из математического (МО) и организационного обеспечений АСУ ТП. В свою очередь МО подразделяется на алгоритмическое и программное обеспечение.
Алгоритмическое обеспечение включает описание алгоритмов реализации отдельных функций и общего алгоритма функционирования АСУ ТП. Программное обеспечение (ПО) реализует алгоритмы функционирования и делится на стандартное (СПО) и прикладное (ППО).
СПО является составной частью технической документации вычислительных комплексов и включает организующие и диспетчерские программы, транслирующие программы, программы работы УСО, программы редактирования тестов, программы отладки и диагностики, библиотеки стандартных программ. ППО разрабатывается специально для данной АСУ ТП и обеспечивает выполнение ее специфических функций
Рисунок 2 – Структурные схемы КТС АСУ ТП
Организационное обеспечение АСУ ТП состоит из схем описания функциональной, информационной и организационной структур АСУ ТП, комплекса инструкций технологу-оператору и другому эксплуатационному персоналу для работы при различных режимах и состояниях ОУ.
Эксплуатационный персонал, в первую очередь технолог-оператор АСУ ТП, является неотъемлемым элементом системы управления.
В АСУ ТП с разомкнутой схемой управления технолог-оператор осуществляет все функции управления либо исполнительными устройствами, либо устройствами локальной автоматики, пользуясь информацией о состоянии объекта и рекомендациями по рациональному управлению, вырабатываемыми ИВК. Вывод оперативной информации и рекомендаций (советов оператору) производится либо автоматически, либо по запросу оператора. В других разновидностях АСУ ТП технолог-оператор выведен из контура непосредственного управления, осуществляет контроль за работой системы и задает ей те или иные режимы работы и критерии функционирования. Действия оператора обеспечивают также адаптацию системы при наличии внешних возмущений технологического, производственного и экономического характера.
Организационное обеспечение включает в себя документы необходимые для работы оперативного и обслуживающего персонала для эксплуатации АСУ ТП (инструкции операторам, инструкции по ремонту, паспорт системы и описание АСУ ТП).
Классификация АСУТП
При планировании, проведении и обобщении разработок АСУТП следует иметь в виду, что эти системы весьма разнообразны. Для решения ряда научных, технических и организационных вопросов необходимо пользоваться общей классификацией АСУТП, т. е. правилами разбиения всего множества этих систем на такие подмножества (классификационные группы), в пределах которых все входящие в них АСУТП одинаковы, близки или похожи в том или ином отношении. АСУТП как объекты классификации характеризуются многими существенными факторами и показателями, каждый из которых может выступать в роли классификационного признака. Поэтому общая классификация АСУТП состоит из ряда частных классификаций, проводимых по одному из таких признаков. В зависимости от поставленных целей необходимо пользоваться различными классификационными признаками или их разными сочетаниями. Приводимая ниже классификация АСУТП может использоваться в основном с целями:
• выбора систем-аналогов на ранних этапах разработки АСУТП;
• оценки необходимых ресурсов при укрупненном планировании работ по созданию АСУТП;
• определения качества (научно-технического уровня) АСУТП;
• определения капиталоемкости АСУТП в условных единицах.
К основным классификационным признакам АСУТП относятся:
• уровень, занимаемый ТОУ и АСУТП в структуре предприятия;
• характер протекания технологического процесса во времени;
• показатель условной информационной мощности;
• уровень функциональной надежности АСУТП;
• тип функционирования АСУТП.
Классификации по каждому из указанных признаков (а также по любым их сочетаниям) могут рассматриваться и использоваться как независимые: конкретному индексу одного (или нескольких) признака могут соответствовать любые индексы других признаков.
Классификация АСУ ТП заключается в разбиении всего множества АСУ ТП на группы, характеризуемые определенными признаками. Каждый признак имеет свой код, из совокупности кодов складывается общий классификационный код АСУ ТП (рис. 3). Признаки приведены ниже в таблицах 1 – 5.
Таблица 1 – Информационные функции ИВК (код 1)
| Сбор, первичная обработка и хранение технической и технологической информации | |
| Косвенные измерения параметров процесса и работы технологического оборудования | |
| Сигнализация состояний параметров технологического процесса и оборудования | |
| Расчеты технико-экономических и эксплуатационных показателей процесса и оборудования | |
| Подготовка информации для смежных и вышестоящих систем и уровней управления | |
| Регистрация параметров процесса, состояния оборудования и результатов расчетов | |
| Контроль и регистрация отклонений параметров процесса и состояния оборудования | |
| Анализ срабатываний блокировок и защит | |
| Диагностика и прогнозирование хода процесса и состояния оборудования | |
| Диагностика и прогнозирование состояния КТС | |
| Оперативное отражение информации и рекомендаций по ведению процесса | |
| Выполнение процедур автоматического обмена информацией с вышестоящими системами управления |
Примечания:
1. Функции расположены в порядке усложнения. АСУ ТП выполняет все функции, предшествующие указанной.
2. Коды 1 – 6 соответствуют автономной, код 7 – интегрированной АСУ ТП.
Таблица 2– Функции управления, обеспечивающиеся ИВК или реализуемые УВК (код 2)
| Регулирование отдельных параметров технологического процесса | |
| Одноактное логическое управление (выполнение операций по блокировкам и защитам) | |
| Каскадное регулирование | |
| Многосвязное регулирование | |
| Выполнение программных и логических операций дискретного управления | |
| Оптимальное управление установившимися режимами технологического процесса | |
| Оптимальное управление неустановившимися (переходными) режимами технологического процесса и работы оборудования | |
| Оптимальное управление технологическим объектом в целом с адаптацией системы управления |
Таблица 3 – Разновидности АСУ ТП в зависимости от способа управления (код 3)
| Способ управления объектом | Режим работы ИВК (УВК) | Кодовое обозначение |
| Управление оператором | Информационно-советующий | |
| Комбинированное управление | Централизованное управление устройствами локальной автоматики | |
| Прямое цифровое управление | Централизованное управление исполнительными устройствами и рабочими органами | |
| Прямое аналого-цифровое (гибридное) управление | То же |
Таблица 4 – Количество точек контроля и управления АСУ ТП (код 4)
| Число точек контроля и управления, до | >3000 | ||||
| Кодовое обозначение | До 99 |
Примечание. Кодовое обозначение есть округленное до сотен количество точек: 587 точек – 06, 245 точек – 02, меньше 100 точек – 01. При обобщении и статистической обработке сведений об АСУ ТП эти сведения группируются в соответствии с градациями данной таблицы АСУ ТП. 06 относится к группе 09, АСУ ТП 02 – к группе 03 и т д.
| Таблица 5 – Классификация основных типов технологических процессов (кодовое обозначение для одиночного агрегата) (код 5) |
| Непрерывный процесс с непрерывными потоками материалов, реагентов, энергии и т п. | |
| Непрерывный процесс с прерывистыми потоками материалов и т. п. | |
| Прерывистый процесс с непрерывными потоками материалов и т п. | |
| Прерывистый процесс с прерывистыми потоками материалов и т п. | |
| Пример.Автономная автоматизированная система управления прерывным технологическим процессом, осуществляющая многосвязное регулирование с комбинированным контролем и управлением 120 параметрами, имеет кодовое обозначение АСУ ТП: 14.2.01/10. | |
| Рисунок 3 – Общая структура кодового обозначения разновидностей АСУ ТП |
Виды обеспечения АСУТП. Режимы работы АСУТП
Виды обеспечений АСУТП
Выполнение перечисленных функций и режимов работ реализуется комплексом взаимодействующих обеспечении АСУТП:
техническим,
программным,
математическим,
информационным,
метрологическим,
лингвистическим,
организационным.
Техническое обеспечение включает весь комплекс технических средств (КТС): чувствительные элементы, преобразователи, средства вычислительной техники, вторичные приборы и регуляторы, исполнительные механизмы и т. д. (в КТС АСУТП не входят лишь регулирующие органы), достаточный для функционирования АСУТП. Состав и структура КТС определяется функциями и режимами работы АСУТП, а также спецификой ТОУ. Основой КТС современных АСУТП служат микропроцессорные средства и микроЭВМ. Условно их можно разделить на аппаратные, программно-аппаратные и программируемые.
К аппаратным средствам относятся микропроцессорные устройства с жесткой логикой, которая реализуется программами, записанными в постоянном запоминающем устройстве. Их целесообразно применять в тех случаях, когда система выполняет простые типовые функции (сбор данных, одноконтурное цифровое регулирование, представление данных, индикация, сигнализация, первичная переработка информации, программное логическое управление и т. п.), число обслуживаемых входов и выходов невелико (до 50), изменение системы не ожидается, емкость запоминающих устройств невелика, а заданное быстродействие высокое. В состав аппаратных средств входят микропроцессор (МП) или интегральные микросхемы общего назначения, память, таймер, коммутатор, простейшие устройства для перехода от автоматического режима к ручному и обратно, интерфейс. На их базе создаются отдельные преобразователи, приборы, регуляторы, программно-логические контроллеры и т. п.
Программно-аппаратные средства строятся на базе микропроцессорных комплексов и микроЭВМ. Они проблемно ориентированы на решение конкретных задач АСУТП и предназначены для реализации функций средней сложности (многоконтурное цифровое регулирование, многосвязанное программно-логическое управление, многоканальные сбор, обработка и контроль параметров и т.п.) со средним быстродействием и с большим числом входов и выходов (до 1000), с обеспечением функциональной гибкости системы. Преимущества программно-аппаратных средств: высокая надежность, компактность, универсальность, экономичность, простота ввода управляющей программы, устойчивость к внешним воздействиям.
В их состав входят микропроцессорные комплекты, память, автономный источник питания, модули сопряжения с устройствами ввода - вывода и с ЭВМ верхнего уровня. Микропроцессорный комплект - это совокупность универсальных и специализированных интегральных микросхем различного функционального назначения, совместимых по конструктивно-технологическому исполнению.
Программно-аппаратные средства начинают находить широкое применение в виде агрегатных КТС АСУТП. Они построены по модульному принципу, и создание на их базе АСУТП сводится фактически к набору из модулей различного функционального назначения такой технической и функциональной структуры, которая обеспечивала бы достижение цели управления. Кроме того, требуется корректировка программного обеспечения под конкретный ТОУ.
Программируемые средства целесообразно применять для выполнения сложных функций, а также для управления ТОУ большой информационной мощности, что свойственно многим химическим производствам. Они реализуются на многомашинных комплексах микро- и мини ЭВМ - локальных управляющих вычислительных сетях (ЛУВС).
Структура многомашинных комплексов может быть нескольких типов (рис.5). Наиболее простой и распространенной в отечественной практике является радиальная (звездообразная). В таких системах центральная мини ЭВМ (или комплекс машин) высокого уровня соединяется с локальными микроЭВМ низкого уровня отдельными, не связанными между собой каналами связи.
Рисунок 5 - Структура многомашинных комплексов
а – радиальная; б – магистральная; в – кольцевая; ЦМ - центральная мини-ЭВМ; ЛМ - локальные микро-ЭВМ; УС — устройства связи.
К достоинствам этих структур относятся простота реализации сопряжения машин, высокая скорость обмена по отдельным линиям. Обладают они и существенными недостатками. Так, центральная УВМ перегружена задачами обеспечения связи с локальными микроЭВМ и связью их друг с другом; при отказе центральной машины связь между микроЭВМ теряется, и они становятся автономными. Последнее резко уменьшает эффективность системы. Необходимо учитывать и повышенный расход кабельной продукции.
Этих недостатков лишены шинная (магистральная) и кольцевая (петлевая) структуры.
В шинной структуре машины связаны между собой общим каналом передачи данных. Связь между машинами осуществляется благодаря их конкретным адресам. Управление шиной может осуществляться машинами, входящими в многомашинный комплекс (т. е. быть децентрализованным), или может быть передано специально выделенной для этого машине. Первый вариант более предпочтителен, так как при централизации управления выход из строя специальной ЭВМ приводит к отказу РСУ в целом.
Децентрализованные РСУ шинной структуры не рекомендуется использовать для сильно разбросанных ТОУ (расстояние между элементами которых превышает 2 - 3 км).
Кольцевая структура имеет высокоскоростной замкнутый канал связи. Отдельные машины подсоединяются к этому каналу с помощью специальных устройств связи. Для организации кольцевой структуры требуются более дешевые средств связи, чем для шинной. Однако надежность кольцевой структуры ниже, так как отказ любого устройства связи может привести к отказу системы в целом, хотя отдельные машины могу продолжать работать автономно. Для повышения живучести необходимо применение двойных колец или дополнительных линий связи с обходными путями. В зарубежных компьютерных системах кольцевая структура нашла широкое распространение.
Эффективным способом повышения надежности и живучести системы является использование комбинированных структур сочетающих достоинства структур разных типов.
Нормальная работа КТС и успешное решение задач управления ТОУ осуществляется на основе других видов обеспечения АСУТП.
Программное обеспечение (ПО) — совокупности программ и эксплуатационной программной документации, необходимых для реализации функций АСУТП и заданного режима функционирования КТС. Его разделяют на общее и специальное ПО.
Общее ПО поставляется в комплекте с вычислительной техникой и представляет собой совокупность операционной системы, системы управления базой данных, организующих, служебных и транслирующих программ, программ отладки и диагностики, библиотеки стандартных программ. Оно обеспечивав нормальную работу КТС АСУТП.
Специальное ПО - это совокупность программ, реализующих информационные и управляющие функции конкретной АСУТП. Оно разрабатывается на базе и с использованием общего ПО.
Несмотря на существенные различия ТОУ, в программах управления ими имеется много общего. Это позволяет разрабатывать для большей части функций управления типовые пакеты прикладных программ (ППП), которые сравнительно просто адаптируются под конкретные ТОУ. Так, разработаны ППП первичной обработки информации, расчета ТЭП, пуска и останова установки, регулирования и т. д.
Как правило, перед АСУТП химической технологии ставятся задачи одновременного решения нескольких прикладных задач, т. е. встает вопрос о мультипрограммном режиме, при котором на УВК параллельно выполняется несколько программ путем Совмещения времени работы периферийных устройств и процессора. Для реализации мультипрограммного режима ПО должно обеспечивать планирование порядка выполнения задач, организацию системы прерываний программ, распределять ресурсы УВК, производить защиту памяти от несанкционированного вмешательства одной задачи в другую при их параллельной работе.
Наиболее сложной задачей при разработке ПО является создание программ оптимального управления технологическим объектом. Успешное решение ее возможно лишь при наличии адекватной математической модели.
Математическое обеспечение (МО) представляет собой комплекс математических методов, моделей и алгоритмов. На его основе разрабатывается ПО.
Разработке алгоритмов и программ должен предшествовать анализ аналогичного материала в государственных и отраслевых фондах алгоритмов и программ.
Заимствованные алгоритмы, используемые при реализации ответственных функций системы (защита, НЦУ), после получения документации из фонда должны быть проверены на соответствие требованиям, предъявляемым к ним в данной системе.
МО и ПО должны охватить все функции управления, реализуемые УВК. Они должны быть составлены таким образом, чтобы исключалось дублирование программ, минимизировались необходимые вычислительные ресурсы. Структурой и характеристиками ПО и МО определяется следующий вид обеспечения АСУТП.
Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений о потоках и массивах информации, характеризующих состояние АТК. Оно включает перечень и характеристики сигналов о ТОУ и системе управления; описание систем классификации и кодирования технической и технико-экономической информации; описание массивов информации, форм документов и видеокадров, используемых в системе; описание нормативно-справочной информации, используемой в системе. ИО должно обеспечивать полноту, непротиворечивость, отсутствие избыточности и дублирования информации, необходимой для реализации функций управления.
Метрологическое обеспечение - совокупность работ, проектных решений, технических и программных средств, а также организационных мероприятий, направленных на обеспечение заданной точности измерений.
Метрологическое обеспечение проводится для АСУТП и линий связи (в совокупности они дают информационно-измерительные системы - ИИС) на всех стадиях создания и функционирования АСУТП. На стадии разработки АСУТП должны обеспечиваться единство измерений и их точность для заданных условий эксплуатации за счет выбора определенных технических средств, а также их резервирования. Программными решениями должны обеспечиваться фильтрация измеряемых значений параметров и выбор достоверных значений. Разработчиками должны быть определены виды и порядок метрологической аттестации ИИС.
На стадии эксплуатации АСУТП метрологические службы предприятий проводят анализ состояния метрологического обеспечения ИИС и разработку мероприятий по повышению уровня и совершенствованию средств измерений, контроля и испытаний; осуществляют метрологическую аттестацию заданных средств измерений; организуют поверку средств автоматизации; проводят метрологическую экспертизу конструкторской и технологической документации на ИИС.
Организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функций и режимов работ АСУТП, а также ее технической и организационной структур. В него также входит план мероприятий по подготовке предприятия к внедрению АСУТП. Основными документами организационного обеспечения являются инструкции по действию как технологического персонала, так и персонала, обслуживающего вычислительную технику, в условиях функционирования АСУТП.
Лингвистическое обеспечение - это описание языковых средств общения оперативного технологического персонала с УВК.
Отметим, что при автоматизации ряда функций работа технологического персонала претерпевает значительные изменения. Так, на уровне диспетчера производства вычислительная техника решает задачи согласовании технологического режима отделений (цехов, установок, участков), расчета обобщенных ТЭП всего производства, составления отчетной документации. Наиболее значительные изменения происходят в работе технологического персонала при управлении технологическими установками (начальников установки и смены, операторов и аппаратчиков). Их труд при автоматизации большей части функций управления становится более творческим; он смещается в сторону поиска оптимальных технологических режимов работы вверенного им оборудования.
Автоматизация функций управления ТОУ создает предпосылки для изменения организационной структуры управления; объединения цехов, установок, участков с организацией единого пункта управления; сокращения числа уровней управления (например, можно исключить начальников смен и возложить их функции на старших операторов) и т. д.
Режимы работы АСУТП
В зависимости от степени участия человека в выполнении функции АСУТП различают два режима работы: автоматизировании и автоматический.
Автоматизированный режим. В этом режиме оперативный технологический персонал принимает активное участие в управлении. Возможны следующие варианты реализации этого режима.
При ручном управлении (РУ) технологический персонал по информации, получаемой по различным каналам о состоянии ТОУ, принимает решения об изменении технологического режима и воздействует на процесс дистанционно из операторской с помощью ручных задатчиков или органов управления или же непосредственно, закрывая или открывая запорную арматуру.
В режиме «советчика» ЭВМ рекомендует технологическому персоналу через монитор оптимальные значения наиболее важных режимных параметров (температуры в реакторе, расхода флегмы в ректификационную колонну и т. п.), обеспечивающих достижение цели управления. Технологический персонал на основании своего опыта и знаний анализирует полученные рекомендации, а также информацию о процессе и принимает решение о целесообразности изменения режима. В случае принятия «совета» он вмешивается в работу ТОУ, либо изменяя задания регулятору, либо непосредственно - как при ручном управлении. Недостатком этого режима является то, что оператору зачастую трудно проверить правильность выработанной ЭВМ рекомендации.
При диалоговом режиме технологический персонал имеет возможность получать по запросу через монитор дополнительную информацию о настоящем, прошлом и будущем процесса (например, о наличии сырья, о прогнозируемых показателях качества), и лишь после этого принимать решение о целесообразности изменения технологического режима.
Автоматический режим. Этот режим работы АСУТП предусматривает выработку и реализацию управляющих воздействий без участия человека. Реализуются следующие варианты данного режима:
супервизорное (косвенное) управление (СУ), когда ЭВМ автоматически изменяет уставки и (или) коэффициенты настройки локальных регуляторов. При этом на программном уровне решаются вопросы защиты ТОУ от опасных и неприемлемых изменений технологических параметров;
непосредственное (прямое) цифровое управление (НЦУ), при котором ЭВМ реализует результаты расчетов по поиску оптимальных режимов путем воздействия на исполнительные механизмы. Естественно, требования к надежности управляющей подсистемы в этом режиме резко возрастают. Она должна учитывать все возможные варианты работы ТОУ и не допустить выход его в неустойчивую зону, в которой возможны аварийные ситуации.
Из всех перечисленных режимов наиболее распространен режим «советчика»; при его реализации уменьшается возможность неправильных решений, основанных на неполной информации или принятых в непредвиденных алгоритмами обстоятельствах.
Режим СУ предусматривается на проектируемых и создаваемых АТК. Наиболее перспективен режим НЦУ - режим будущего. Он позволяет резко повысить эффективность ТОУ и исключить из КТС регистрирующие приборы и регуляторы, а значит, и громоздкие щиты управления. Однако успешное его внедрение возможно лишь при надежной вычислительной технике, использовании сложных оптимизационных методов поиска наилучших вариантов поведения ТОУ, адекватных математических моделях технологических процессов, автоматизации всех смежных технологических процессов на уровне АСУТП, реализации систем регулирования с самонастройкой.