В настоящее время на смену приборному этапу промышленной автоматики пришёл следующий, сущность которого состоит в переходе от автоматизации только «действий» к автоматизации «принятия решений». Техническая сущность системного этапа в автоматизации производства заключается в переходе от стабилизации технологических параметров и автоматизации повторных действий («цикловой автоматики») к решению с помощью современных средств вычислительной техники задач оптимального управления, т.е. автоматического выбора и реализации последовательности операций наиболее эффективного варианта управления.
АСУ ТП и ТО – это система, которая на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники обеспечивает автоматизированное управление технологическим комплексом с использованием информации, обработанной по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты обработки объекта. От управляющей части системы требуется, с помощью управляющих воздействий, обеспечить оптимальные или экстремальные значения критерия управления в условиях наличия помех (с которой работают промышленные установки) и с учетом ограничений, накладываемых на пределы изменения некоторых координат системы (температуры, давления, расхода топлива и т.д.).
При создании АСУ ТП и ТО должны быть определены цель её функционирования и роль её в общей структуре управления.
По виду функций, для реализации которой предназначены АСУ ТП можно выделить:
1. Информационно-измерительные АСУ ТП – системы, предназначенные для сбора и выдачи информации о состоянии ОУ.
2. Информационно-управляющие АСУ ТП. На основании информации о параметрах технологического процесса, поступающей от датчиков, технико-экономических показателей и алгоритмов выработки управляющих воздействий система производит расчет оптимальных условий ведения технологического процесса.
3. АСУ ТП в режиме супервизорного управления. Задача режима супервизорного управления – поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки путём оперативного воздействия на него, при этом значения управляющих воздействий выдаются не оператору, а преобразуются в форму, удобную для изменения настроек регуляторов.
4. АСУ ТП в режиме непосредственного цифрового управления. Отличие таких систем заключается в том, что сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов на объекте поступают непосредственно от АСУ, а регуляторы вообще исключаются из системы. На вычислительные средства АСУ возлагаются такие функции, как реализация различных законов регулирования, связей между отдельными контурами многосвязного регулирования, управление по возмущению, адаптивное управление.
В состав структуры АСУ ТП и ТО входят:
- приборы и устройства локальной автоматики (ЛА);
- устройство связи с объектом (УСО);
- вычислитель (В);
- устройство связи с технологами (УСТ)
Структура АСУ ТП и ТО
К ЛА относятся датчики, нормирующие преобразователи, вторичные приборы, регуляторы и задатчики к ним, исполнительные механизмы и регулирующие органы.
Стрелкой 1 обозначена информация, снимаемая с ОУ – значения технологических параметров, воспринимаемых датчиками. Датчики, исполнительные механизмы и регулирующие органы устанавливают непосредственно на технологических агрегатах. Вторичные приборы, регуляторы и другие приборы ЛА компонуют обычно в местные щиты (позиция 3) – стрелки 2 и 4.
Информация о состоянии ОУ (стрелка 5) поступает в УСО от тех же датчиков, которые нагружены вторичными приборами и регуляторами.
В устройстве связи УСО аналоговые сигналы преобразуются в цифровые и подвергаются масштабированию, линеаризации, аппроксимации, т.е. первичной обработке. Часто первичная обработка сигналов осуществляется не в отдельном цифровом блоке, а в том же вычислителе В, который предназначен для более сложных расчетов. Выбор варианта зависит от требований к быстродействию, стоимости, надёжности.
На УСО информация в цифровых кодах по стрелке 7 поступает в вычислитель В управляющего вычислительного комплекса УВК. На основании этой информации и сигналов 13 от оператора-технолога 14 вычислитель по заложенным в виде программ алгоритмам управления формирует рекомендации по управлению 12 и управляющие воздействия 8, которые после соответствующего преобразования в УСО поступают на регуляторы, исполнительные механизмы и регулирующие органы ЛА.
Иерархическая структура управления в АСУ ТП и ТО
Задачи, решаемые в АСУ могут быть представлены в виде иерархической структуры:
1-ый уровень. Управление, регулирование или стабилизация. Выработка управляющих воздействий в соответствии с выбранными линейными законами управления при нормальном режиме работы технологического комплекса.
2-ой уровень. Проверка значений технологических параметров и состояния технологического оборудования по отношению к нормальному режиму работы. Выработка управляющих воздействий в случае предаварийной ситуации.
3-ий уровень. Оптимизация в динамике и статике критерия управления и выработка задания на ОУ.
4-ый уровень. Координация работы отдельных технологических агрегатов, из которых состоит технологический объект управления.
5-ый уровень. Вся система организуется с учетом внешних воздействий и ограничений.
Основные функции АСУ ТП и ТО
Ими являются информационно-вычислительные и управляющие.
К информационно-вычислительным относятся:
- сбор, первичная обработка и хранение информации;
- косвенные измерения параметров процесса и состояния технологического оборудования;
- сигнализация состояний технологических параметров и оборудования;
- контроль и регистрация отклонений параметров технологического процесса от заданных;
- анализ срабатывания блокировок и защит технологического оборудования;
- диагностика и прогнозирование состояния комплекса технических средств;
- оперативное отображение информации и рекомендации по ведению ТП и управлению технологическим оборудованием.
К управляющим относятся:
- однотактное логическое управление (выполнение блокировок, защит и т.п.);
- регулирование отдельных параметров ТП;
- каскадное регулирование;
- многосвязное регулирование;
- дискретное управление технологическими процессами и оборудованием;
- оптимальное управление установившимися и неустановившимися режимами;
- адаптивное управление.
Принципы управления в АСУ ТП и ТО
1. Централизованное управление технологическими объектами. Первоначально развитие АСУ ТП было связано с существенной централизацией функций сбора, обработки, хранения и передачи данных, а также функций оперативного управления на мощной управляющей ЭВМ. Такой переход привёл к удорожанию каналов связи, ограниченной гибкости и усложнению программного обеспечения.
2. Децентрализованное управление. В этих системах автономные блоки, основу которых составляют микропроцессоры и персональные ЭВМ, выполняют на месте всю вычислительную работу, относящуюся к данному узлу оборудования, что даёт следующие преимущества:
- упрощения программирования в связи с распределением программ между отдельными процессорами;
- ускорение реакции в реальном времени;
- повышенную надёжность;
- простоту подключения к существующей вычислительной системе;
- возможность ввода систем в эксплуатацию по частям и др.
Разновидности структур АСУ ТП и ТО
1. Функциональная структура – определяет класс целей, для достижения которых проектируется АСУ ТП и ТО.
Обычно такая структура включает следующие подсистемы:
- подсистема сбора, первичной обработки информации;
- подсистема управления и выдачи управляющих воздействий;
- подсистема формирования сводных показателей;
- подсистема регистрации и анализа производственной ситуации.
2. Алгоритмическая структура – совокупность алгоритмов и условий их работы; на ней указываются связи, определяющие последовательность выполнения алгоритмов.
3. Техническая структура – комплекс технических средств в виде отдельных узлов и блоков, предназначенных для реализации функций АСУ ТП и ТО; указываются связи между блоками и оговаривается их функционирование в структуре.
4. Информационная структура связывает подсистемы АСУ ТП и ТО с транспортными средствами, вспомогательными механизмами, и в случае применения нестандартных блоков указывает уровни сигналов на входах и выходах этих блоков для согласования со стандартным оборудованием.
5. Организационная структура – совокупность правил и инструкций, устанавливающих нормы работы персонала и комплекса технических средств по управлению технологическим оборудованием в нормальных, предаварийных и аварийных режимах.