Централизованная рассредоточенная структура
(рис. 17.6, в). Основная особенность данной структуры — сохранение принципа централизованного управления, т.
е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства системы управления являются общими для всех каналов системы и с помощью коммутаторов подключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый контур управления.
Алгоритм управления в этом случае состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимно связанных органов управления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информации, а также выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты. Для реализации функций управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления. Достоинства такой структуры: снижение требований. к производительности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления; снижение суммарной протяженности каналов связи.
Недостатки системы в следующем: усложнение информационных процессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой информации; избыточность технических средств, предназначенных для обработки информации; сложность синхронизации процессов обмена информацией.
Иерархическая структура (рис. 17.6, г). С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизованно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию. Кроме того, в таких системах можно выделить следующие группы задач, каждая из которых характеризуется соответствующими требованиями по времени реакции на события, происходящие в управляемом процессе: задачи сбора данных с объекта управления и прямого цифрового управления (время реакции - \
секунды, доли секунды); задачи экстремального управления, связанные с расчетами желаемых параметров управляемого процесса и требуемых значений уставок регуляторов,
с логическими задачами пуска и остановки агрегатов и др. (время реакции— секунды,
минуты); задачи оптимизации и адаптивного управления процессами, технико- экономические задачи (время реакции — несколько секунд); информационные задачи для административного управления, задачи диспетчеризации и координации в масштабах цеха,
предприятия, задачи планирования и др. (время реакции — часы).
Очевидно, что иерархия задач управления приводит к необходимости создания иерархической системы средств управления. Такое разделение, позволяя справиться с информационными трудностями для каждого местного органа управления, порождает необходимость согласования принимаемых этими органами решений, т. е. создания над ними нового управляющего органа. На каждом уровне должно быть обеспечено
максимальное соответствие характеристик технических средств заданному классу задач.
Кроме того, многие производственные системы имеют собственную иерархию,
возникающую под влиянием объективных тенденций научно-технического прогресса, —
концентрации и специализации производства, способствующих повышению эффектив- ности общественного производства. Чаще всего иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем выстраивается иерархическая пирамида управления. Управляемые процессы в сложном объекте управления требуют своевременного формирования правильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принимались бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления. Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.
В многоуровневой иерархической системе управления выделяют обычно три уровня. Например, в системе управления гибкой производственной системой (ГПС)
можно выделить следующие уровни управления: уровень управления работой оборудования и технологическими процессами; уровень оперативного управления ходом производственного процесса в ГПС; уровень планирования работы ГПС.
В функции нижнего уровня управления входят сбор и обработка информации и непосредственное управление технологическими процессами и работой оборудования с учетом команд, поступающих от вышестоящего уровня; фиксация времени простоя оборудования с учетом причин простоя; контроль за состоянием режущего инструмента и учёт его использования; учет числа обработанных деталей; передача информации и уровень оперативного управления ГПС.
Функциями уровня оперативного управления ходом производственного процесса в
ГПС являются следующие: анализ наличия ресурсов для выполнения сформированных заданий на шаге управления; оперативная корректировка режимов отдельных технологических процессов и выдача коррекции на технические устройства низшего уровня; контроль качества изделий; прием и систематизация информации от управляющих устройств низшего уровня; координация работы всех элементов ГПС в соответствии с полученным заданием; передача информации в верхний уровень управления.
Функциями уровня планирования работы ГПС являются: решение комплекса задач,
связанных с формированием ежемесячных графиков загрузки оборудования ГПС;
решение комплекса задач, связанных с управлением и контролем за работой уровня оперативного управления ГПС; управление библиотекой управляющих программ для
оборудования ГПС; сбор, обработка и выдача информации о ходе производственного процесса в ГПС.
Функции управления могут быть распределены между уровнями и по-другому.
Однако, как правило, для всех иерархических систем характерно, что по мере продвижения от нижних уровней к верхним информация о состоянии технологического объекта обобщается, а управляющие воздействия относятся к более крупным частям технологического или производственного процесса.
Для сложных процессов на крупных производственных комплексах строятся системы управления, сочетающие описанные выше'способы включения ЭВМ в контур управления. Такая система разделяется на подсистемы, для каждой из которых в зави- симости от возможностей ее математического описания и экономической целесообразности выбрана определенная структура.. Комплекс подсистем можно реализовать либо на одной ЭВМ, разделяющей время между подсистемами, либо на нескольких ЭВМ, каждая из
которых обслуживает соответствующую подсистему, либо на вычислительной сети, состоящей из большого числа мини- или микроЭВМ.
Иерархическая структура автоматического управления позволяет объединить управление различными производственными объектами и согласовать их работу, т. е.
подойти к производственному процессу как к единому целому, а не как к набору независимых частей. При этом можно автоматизировать весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные задачи.
Таким образом, применение современных средств управления технологическими и производственными процессами позволяет подойти к процессу как к единому целому, а не как к набору независимых частей; вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных технических средств, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов,
изменения во внешней среде, ошибки оператора и др.; управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для выпускаемой номенклатуры путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.
ТИПЫ АСУ
Управление производством можно разделить на две области: управление организационно-экономическими процессами и управление технологическими процессами. Эти области различаются характером объектов управления: если в первой
области объектом управления являются коллективы людей, занятых в сфере материального производства и обслуживания, то во второй — технологические процессы.
Соответственно различают два основных типа АСУ: автоматизированные системы орга- низационно-экономического или административного управления
(АСУП);
автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Области использования ЭВМ существенно влияют на режимы работы ЭВМ в системе управления, что обусловлено не только различием в классах решаемых задач, но и различием динамичен ских характеристик систем в каждой из областей.
Как правило, в АСУП процессы управления весьма инертны. Задержка выдачи управляющих воздействий, обусловленная затратами времени на обработку информации в управляющем устройстве (ЭВМ), мало или совсем не влияет на качество работы.
Инерционность АСУП позволяет использовать документную форму представления входной информации и дискретный ее ввод в машину. В документной форме оформляются и результаты обработки информации, которые затем направляются в соответствующие подразделения и службы. Документный дискретный характер информации, вводимой в машину и получаемой на ее выходе, определяет то, что режимы работы ЭВМ в таких системах практически не отличаются от режимов работы универсальных ЭВМ и структура построения также подобна структуре построения уни- версальных ЭВМ.
К АСУП относятся различные отраслевые, территориальные АСУ, АСУ
производственными объединениями, предприятиями и др.
К АСУ ТП относятся такие системы, которым свойственно управление объектами,
быстро меняющими свое состояние (управление процессом резания, управление плавкой металла, управление производственным процессом в ГПС и др.). Для получения необходимых динамических характеристик дискретный документный ввод и вывод информации в АСУ ТП в большинстве случаев неприемлем. Кроме того, сложность современных технических систем обусловливает невозможность в ограниченный срок охватить их во всех деталях (измерять, наблюдать и воздействовать на все переменные одновременно).
Эти задачи целесообразно возложить также на ЭВМ, для чего необходимо обеспечить непосредственную физическую связь ее с объектом управления. Связь может быть как двусторонней, так и односторонней. Для осуществления связи с объектом в ЭВМ
включают специальные аппаратные средства, обеспечивающие получение,
преобразование и передачу информации объекта к машине и обратно.
На практике часто приходится иметь дело с системами, где комбинируются
функции, характерные как для АСУП, так и для АСУ ТП. В последние годы наметилась тенденция слияния АСУП и АСУ ТП в единые интегрированные системы управления,
позволяющие обрабатывать всю имеющуюся на предприятии информацию, т. е.
организовать производственный процесс, полностью управляемый вычислительным комплексом.
Автоматизированные системы управления предприятием
АСУП органически включает в себя интегрированные системы обработки данных,
главной целью которых является автоматизация информационных процессов на предприя- тии и усовершенствование формы и организации их выполнения.
Объектом управленияявляется совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалов, полуфабрикатов, инструмента, оснастки, оборудо- вания, энергетических, трудовых и финансовых и др. ресурсов) в готовую продукцию.
Сложность управления в АСУП обусловлена следующими причинами: большим числом разнородных элементов; высокой степенью их взаимосвязи в процессе производства;
неопределенностью результатов выполнения многих процессов
(брак,
сбои,
несвоевременные поставки, нерегулярность спроса и др!); тем, что объектами и субъектами управления на предприятии являются люди, а управление их поведением не столь очевидно и прямолинейно; предприятие постоянно изменяется, т. е. является нестационарным.
Создание и внедрение АСУП привело к тому, что информационным процессам, их организации, проектированию, подготовке и выполнению уделяется такое же внимание,
как и производственным. В структуре управления предприятием имеет место специальное подразделение — информационно-вычислительный центр (ИВЦ), ответственный за упорядочение, регламентацию и непосредственное выполнение информационных процессов на пред-
Автоматизированные системы управления технологическими процессами
Управление технологическим процессом представляет собой информационный процесс, обеспечивающий выполнение какого-либо материального процесса.
В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой замкнутую систему (рис.
5.8), обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим
объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект. .
Технологический объект управления (ТОУ) — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом
управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков,
отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс; производственный процесс Bdero предприятия, если управление им сводится к рациональному выбору и согласованию режимов работы агрегатов, участков и производств. Совместно функционирующие технологический объект управления и управляющая им АСУ ТП образуют ГПС.
Рис. 5.8. Информационная структура системы управления технологическими процессами:
преобразователь 1 — преобразователь дискретных сигналов в непрерывные; преобразователь 2 —
преобразователь непрерывных сигналов в дискретные
Степень достижения поставленных целей в любой системе принято характеризовать с помощью критерия управления.
Критерием может быть технико-экономический показатель, на пример себестоимость'выходного изделия при заданном качестве,
производительность технологического объекта управления при заданном качестве выходного изделия, технологические показа тели, например параметры технологического процесса, характе ристики выходного изделия и т. п.
В управляемом технологическом процессе можно выделить основные потоки информации, характеризуемые следующими группами параметров.
1. Измеряемые параметры х = (x
lf
x
t
, ..., х„), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов (параметры заготовок,
характеристики технологического и . вспомогательного оборудования, инструмента,
оснастки и др.); выходные параметры, характеризующие качество выпускаемых изделий;
выходные параметры, по которым непосредственно или путем вычислений определяют эффективность производственного процесса (производительность, экономичность и др.)
или ограничения, наложенные на условия его протекания.
2. Управляемые параметры
§
=
(y
lt
y
t
,
y m
). которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, уставками регуляторов и т. п.
3. Неизмеряемые и неуправляемые параметры f = (f
lt
f
t
, .... /») — изменяющиеся со временем характеристики технологического оборудования, характеристики сырья, износ инструмента, отказ оборудования и др. Наличие подобных случайных факторов,
воздействующих на объект управления, может значительно влиять на управляемую величину § и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание.
На вход управляющего вычислительного комплекса (УВ К) от датчиков (термопар,
индуктивных датчиков, счетчиков готовой продукции и др.) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров х, характеризующих ход технологического процесса (состояние и параметры заготовок, качество обработанных деталей, их количество и др.). УВК обрабатывает эту информацию в соответствии с принятым законом управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействия " =
("i, «s, .... "m). которые необходимо приложить к исполнительным механизмам щя
изменения управляемых параметров у, с тем чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.
Многие измерительные датчики вырабатывают свои сигналы в виде напряжения,
силы тока, сопротивления, угла поворота и т. п., т. е. в форме непрерывного (аналогового)
сигнала. Подводимые к исполнительным механизмам управляющие воздействия й
должны вырабатываться в форме напряжений, т. е. также в аналоговой форме.
Так как УВК оперирует с цифровыми (дискретными) величинами, то поступающие на ее вход величины х должны предварительно быть преобразованы в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий — из цифровой формы i в аналоговую, т. е. в соответствующие напряжения. Некоторые входные сигналы (например,
выдаваемые конечными выключателями, фотореле и др.) и некоторые выходные управляющие сигналы (например, включение двигателей, сигнальные транспаранты и др.)
имеют релейный характер.
Таким образом, в УВК должны входить преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными.
Посредством коммутатора преобразователь поочередно подключается к каждому датчику и осуществляет преобразование соответствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК.
Важным признаком АСУ ТП является осуществление управления в темпе протекания технологического процесса, т. е. в реальном масштабе времени. Понятие реального масштаба времени можно определить следующим образом. Если передача информации из исходного пункта в ЭВМ и ее обработка осуществляются во время работы машины, занятой решением другой задачи, и возвращение результатов в исходный пункт производится в минимально короткие сроки по тем же каналам без ощутимого перевеса в решении предыдущей задачи, то говорят, что этот процесс протекает в реальном времени.
Более коротко можно сказать, что обработка информации идет в реальном времени, если время на запросы, обычно произвольное, ограничивается внешними условиями. Под внешними условиями понимают занятость передающих устройств и ЭВМ решением других задач, важность и срочность которых определяется соответствующей системой приоритетов.
В системе, функционирующей в реальном масштабе времени, информация,
приходящая извне, либо воспринимается и обрабатывается на ЭВМ непосредственно в момент ее поступления, если ЭВМ не загружена работой или приоритет запроса самый высокий, либо фиксируется и поступает в обработку в зависимости от приоритета запрашиваемого абонента. В системе обработки информации в реальном масштабе времени для каждой такой задачи устанавливается
реально необходимый промежуток времени, в течение которого соответствующий запрос должен быть обязательно выполнен.
В зависимости от уровня запрашиваемого абонента в структуре технических средств и важности самого запроса при одинаковом уровне двух или большего числа абонентов устанавливаются приоритеты запросов абонентов. Указанной системой приоритетов определяется дисциплина очереди при решении любых задач управления.
Автоматическое распределение машинного времени открыло новые пути использования ЭВМ; позволяет абоненту вести непрерывный диалог с машиной; дает возможность нескольким абонентам «беседовать» друг с другом при посредничестве ЭВМ,
использующей большой запас сведений, хранящихся в ее памяти, и высокую степень выполнения арифметических и логических операций.
Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций
АСУ ТП (рис. 5.9).
Функции АСУ ТП подразделяют на управляющие, информационные и вспомогательные управляющие. Это функции, результатом которых является выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления. К упра- вляющим функциям АСУ ТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами,
программное логическое управление группой оборудования, оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса,
адаптивное управление объектов в целом, например управление участком станков с ЧПУ,
оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.
Информационные функции АСУ ТП — это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУ ТП относят централизованный контроль и измерение технологических параметров, косвенное измерение, вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных), формирование и выдача текущих и обобщающих технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУ ТП, подготовка и передача информации в смежные системы управления,
обобщенная оценка и проверка состояния ГПС и его оборудования.
Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.
АСУ
ТП как компонент общей системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного
• ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информацией.
АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства,
представляют низовой уровень АСУП.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП)
— это человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления техно- логическим объектом в соответствии с принятым критерием. АСУ ТП предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ), который представляет собой совокупность технологического обо- рудования и реализованного на нем согласно инструкциям технологического процесса производства.
К ТОУ относятся технологические агрегаты и установки, реализующие самостоятельный технологический процесс; отдельные производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление этим производством носит в основном технологический характер, т. е. заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов (участков,
производств).
Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУ ТП представляют собой автоматизированный технологический комплекс (АТК).
Критерии управления АСУ ТП — это соотношение, характеризующее качество функционирования технологического объекта управления в целом и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздей- ствий. Критерием управления может служить технико-экономический показатель
(себестоимость продукта, производительность ТОУ и т. д.) или технический показатель
(технологические параметры процесса, прямые или косвенные параметры качества продукта и т. д.).
Система управления ТОУ является автоматизированной системой управления технологическим процессом, если она осуществляет управление в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению участвуют средства вычислительной техники и другие технические средства, а также человек (оператор).
Функции АСУ ТП как человеко-машинной системы подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.
Управляющая функция АСУ ТП — это функция, результатом которой являются выработка и реализация управляющих воздействий на ТОУ.
К основным управляющим функциям АСУ ТП относятся регулирование
(стабилизация) отдельных технологических параметров; программное логическое управление группой оборудования; оптимальное управление установившимися или переходимыми технологическими режимами или отдельными стадиями (участками)
процесса.
Информационная функция АСУ ТП — это функция системы, содержанием которой являются сбор, обработка и представление информации о состоянии АТК
оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки. В
частности, основными информационными функциями
АСУ
ТП являются централизованный контроль и измерение технологических параметров; косвенное измерение (вычисление) параметров процесса (технико-экономических и др.);
формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУ ТП и АТК; обобщенная оценка и прогноз состояния АТК и его оборудования.
Вспомогательные функции АСУ ТП
—
это функции, обеспечивающие функционирование АСУ ТП (функционирование технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.).
В зависимости от степени участия человека в выполнении функций системы различаются два режима реализации функций: автоматизированный и автоматический.
При автоматизированном режиме человек участвует в выработке (принятии)
решений и (или) их реализации. Здесь возможны следующие варианты: ручной режим —
комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно- измерительную информацию о состоянии ТОУ, а выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек; режим «советчика» — комплекс технических средств
вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании принимает и реализует человек; диалоговый режим — человек имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом.
При автоматическом режиме осуществляются автоматическая выработка и реализация управляющих воздействий. При этом также возможны следующие варианты:
режим косвенного управления — средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки (задания) и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования); режим прямого (непосредственного)
цифрового управления — управляющее вычислительное устройство формирует воздейст- вие на исполнительные устройства.
Для выполнения функций АСУ ТП необходимо взаимодействие ее составных частей (технического обеспечения; программного обеспечения, информационного обеспечения; организационного обеспечения, оперативного персонала).
Техническое обеспечение АСУ ТП представляет собой
полную совокупность технических средств, достаточную для функционирования АСУ ТП и реализации системой всех ее функций.
В состав комплекса технических средств (КТС) входят вычислительные и управляющие устройства, средства получения, преобразования, хранения, отображения и регистрации информации, устройства передачи сигналов и исполнительные устройства.
Программное обеспечение АСУ ТП — это совокупность программ, необходимая для реализации функций АСУ ТП, заданного функционирования КТС АСУ ТП и предполагаемого развития системы. Программное обеспечение АСУ ТП подразделяется на общее программное обеспечение и специальное программное обеспечение.
Общее программное обеспечение АСУ ТП поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники. К общему программному обеспечению АСУ ТП относятся необходимые в процессе функционирования и развития системы программы, программы для автоматизации разработки программ, компоновки программного обеспечения,
организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы (организующие программы, транслирующие программы,
библиотеки стандартных программ и др.).
Специальное программное обеспечение
АСУ
ТП разрабатывается или заимствуется из соответствующих фондов при создании конкретной системы и включает программы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных
(обеспечение заданного функционирования КТС системы, проверка правильности ввода
информации, контроль за работой КТС системы и т. п.) функций АСУ ТП.
Специальное программное обеспечение АСУ ТП разрабатывается на базе и с использованием программ общего программного обеспечения.
Информационное обеспечение АСУ ТП включает информацию, характеризующую состояние автоматизированного технологического комплекса; системы классификации и кодирование технологической и технико-экономической информации; массивы данных и документов, необходимые для выполнения всех функций АСУ ТП, в том числе нормативно-справочную информацию.
Организационное обеспечение АСУ ТП
представляет собой совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала автоматизированной системы управления техно- логическим процессом, обеспечивающую заданное функционирование оперативного персонала в составе АТК.
В состав оперативного персонала АСУ ТП входят технологи-операторы,
осуществляющие контроль за работой и управление ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рациональному управлению, выработанных комплексом технических средств АСУ ТП; эксплуатационный персонал АСУ ТП, обеспечивающий правильность функционирования КТС АСУ ТП.
Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУ ТП не входит.
В соответствии с ГОСТ 20913—75 определена последовательность работ,
связанных с разработкой, проектированием, внедрением и промышленной эксплуатацией
АСУ ТП. В табл. 5 приведены этапы создания АСУ ТП.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Функциональная схема является основным техническим документом проекта авто- матизации технологических процессов химической промышленности, определяющим структуру и функциональные связи между аппаратами и агрегатами, а также показываю- щим оснащенность объекта управления техническими средствами автоматизации: пер- вичными измерительными преобразователями, измерительными приборами и исполни- тельными механизмами. Функциональная схема определяет взаимодействие элементов контуров управления и направление передачи управляющих сигналов.
Функциональную схему выполняют в виде чертежа, на котором согласно норма- тивно-технической документации (ГОСТ 21.408-93), посредством соответствующих обо- значений показывают технологическое оборудование, коммуникации, отборные устройст- ва, первичные измерительные преобразователи, измерительные приборы и исполнитель- ные механизмы.
Общие принципы, которыми руководствуются при разработке функциональных схем, следующие:
проектирование функциональных схем автоматизации начинают с изучения объек- та автоматизации, которое заключается в определении статических и динамических ха- рактеристик объекта автоматизации, требований к качеству регулирования, а также но- менклатуры параметров контроля и управления, их номинальных значений, точности из- мерения параметров; научно-технические решения, реализованные в функциональной схеме автоматизации, должны соответствовать современному уровню развития автомати- зации технологических процессов отрасли;
при выборе технических средств автоматизации, т. е. первичных измерительных преобразователей, измерительных приборов, регуляторов и т. д., учитывают биохимиче- ские и физико-химические особенности технологического процесса, номинальные зна- чения и допустимые отклонения технологических параметров, диапазон измерения пара- метров, расстояния от мест установки первичных измерительных преобразователей и раз- мещения исполнительных механизмов до щитов (пультов) управления и контроля, закон регулирования и показатели качества регулирования, сведения об условиях эксплуатации
(характер рабочей и окружающей среды, в частности пожаро- и взрывоопасность, агрес- сивность и токсичность);
при выборе комплекта технических средств автоматизации предпочтение отдают серийно выпускаемым средствам автоматизации, например приборам Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП);
вспомогательную энергию (электрическую, пневматическую и гидравличе- скую) выбирают из условий пожаро- и взрывоопасности объекта автоматизации, аг- рессивности окружающей среды, а также с учетом длины линий связи между местами ус- тановки первичных измерительных преобразователей и исполнительных механизмов до щитов и пультов управления;
количество приборов,
аппаратуры управления, контроля и сигнализации, а также их расположение на щитах и пультах выбираются с учетом положений инженерно- психологического проектирования схем автоматизации;
при проектировании систем автоматического управления предусматривают воз- можность наращивания (в перспективе) комплекта технических средств.
Изображение технологического оборудования, коммуникаций, приборов исредств автоматизации на функциональных схемах.Чертеж функциональной схемы автоматизации начинают выполнять с упрощенно- го изображения технологического оборудования и коммуникаций. Технологическое обо- рудование вычерчивают без учета масштаба, но в соответствии с формой и пропорциями отдельных частей, а также габаритными размерами аппаратов и агрегатов (рис.).
Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости, газа и т.д. вычерчива- ют согласно ГОСТ 3464—63 (приложение 4). Если в схеме имеются коммуникации и тру- бопроводы, не соответствующие ГОСТ 3464—63, то допускается для обозначения пользо- ваться другими цифрами или буквами, но с обязательным пояснением новых принятых условных изображений. Направление движения потока в трубопроводе указывают стрел- ками.
Название технологического оборудования вписывают в контур с его условным изображением либо выносят за его пределы. Допускается проставлять позиции на обору- дование в соответствии с позициями по технологической схеме (экспликация обо- рудования). Контуры технологического оборудования, а также трубопроводные коммуни- кации на функциональных схемах автоматизации выполняют линиями толщиной 0,6мм.
Изображение приборов и средств автоматизации выполняют по ГОСТ 21.408-93.
* К техническим средствам автоматизации относят приборы, регуляторы, функ- циональные блоки, исполнительные механизмы, регулирующие органы (далее - приборы),
а также электроаппараты, щиты, пульты, комплексы и др. средства автоматизации.
Требования к оформлению функциональных схем автоматизации технологических процессов. На функциональных схемах автоматизации щиты и пульты управления изо- бражают в виде прямоугольников размеров, достаточным для нанесения условных графи- ческих обозначений технических средств автоматизации.
Отдельные приборы и средства автоматизации, например манометры, кнопки управления, размещенные на технологическом оборудовании, а также вне щитов или пультов управления, изображают в прямоугольнике произвольных размеров, располо- женном в нижней части поля схемы с надписью «Приборы местные» или «Приборы по месту».
Прямоугольники, изображающие «Приборы местные», щиты и пульты управления,
на функциональных-схемах выполняют линиями толщиной 0,6—1,5 мм. Прямоугольники щитов и пультов располагаются таким образом, чтобы обеспечивалась простота и ясность схемы и минимум пересечений линий. В прямоугольнике с левой стороны делается над- пись «Щит управления» или «Приборы на щите».
Щиты и пульты управления предназначены для размещения на них технических средств автоматизации: измерительных приборов, аппаратуры управления, сигнальных устройств, вспомогательной аппаратуры (например, фильтры и редукторы для сжатого воздуха), линий связи между ними (электрическая и трубная коммутация) и т. п.
Щиты и пульты устанавливают в производственных цехах или в специальных по- мещениях. Щиты и пульты управления следует размещать в помещениях с температурой окружающей среды от 10 до 50° С при относительной влажности воздуха не более 80%. В
помещении недопустимо наличие вибрации агрессивных газов и паров. Если щиты и пульты предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности, высоких температур, а также при наличии агрессивной среды, то при согласовании проектной до- кументации с заводом-изготовителем их изготовляют в специальном исполнении.
Щит шкафной — шкаф с установленными на унифицированных монтажных кон- струкциях, поворотной или стационарной раме электрической аппаратурой и арматурой, а также с электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, размещаемых на объекте. Кроме шкафных щитов в соответствии с ОСТ
36.13—76 изготовляют щиты панельные с каркасом.
Пульт — комплектное устройство, имеющее форму стола с наклонной плоскостью,
с аппаратурой управления и проводкой, подготовленной к подключению внешних цепей.
В последнее время в отрасли для контроля и управления технологическими пара- метрами используют управляющие электронные вычислительные машины, которые на функциональных схемах обозначают прямоугольником произвольных размеров с указа- нием в нем типа вычислительной машины.
Связь между первичными измерительными преобразователями (датчиками) и сред- ствами автоматизации, установленными на щитах и пультах, показывают тонкими сплош- ными линиями (рис.).
Для больших и сложных схем автоматизации допускается разрыв линий связи. При этом места разрыва нумеруют одной и той же арабской цифрой. Линии связи нумеруют по горизонтали, причем в нижнем ряду номера (слева направо) записываются в возрастаю- щем порядке, а в верхнем ряду — в произвольном (рис.).
На линиях связи от отборных устройств и первичных измерительных преобразова- телей до измерительных приборов, размещенных на щитах и пультах управления, указы- вают предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых величин в единицах шкалы выбранного прибора.
На линиях связи, идущих от аппаратуры управления, которая установлена на щите,
допускается делать надписи, поясняющие функциональный характер сигналов.
Приборам и средствам автоматизации присваиваются позиционные обозначения
(позиции). Позиционные обозначения проставляются рядом с условными графическими обозначениями приборов и средств автоматизации. Отдельные приборы средств автомати- зации нумеруют арабскими цифрами или арабскими цифрами и строчными буквами рус- ского алфавита, когда использован комплект приборов и средств автоматизации, состоя- щих из отдельных элементов. Например, комплекту присваивается порядковый номер 5, а отдельным элементам и устройствам — первичному измерительному преобразователю
5а,вторичному измерительному прибору
5б, исполнительному механизму
5в и т. п.
Изображение приборов и средств автоматизации.В настоящее время при составлении функциональных схем используют систему условных обозначений в соответствии с отраслевым стандартом «Приборы и средства ав- томатизации. Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процес- сов». Эта система основана на рекомендациях по стандартизации международного стан- дарта ISO/DIS 3511/1 и аналогична системам условных обозначений, применяемым во многих странах мира(США, Англия, Япония, Швеция и др.).
Стандарт содержит условные обозначения приборов, средств автоматизации и ли- ний связи, используемых в проектах систем автоматизации технологических процессов при выполнении функциональных схем автоматизации. Он
устанавливает обозначения измеряемых величин, функциональных признаков приборов, а также способы и методику построения условных графических обозначений.
Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации приведены ниже.
Для отборных устройств всех постоянно подключенных приборов нет специально- го обозначения, их показывают тонкой сплошной линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с первичным измерительным преобразователем или прибором.
При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точ- ки измерения (внутри контура технологического аппарата) в конце тонкой линии чертят окружность диаметром 2 мм. Подвод линий связи к символу прибора допускается изобра- жать в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку). Если следует показать направле- ние передачи сигнала, то на линии связи наносят стрелки.
Буквенные условные обозначения измеряемых величин, а также функции, выпол- няемые прибором (отображение информации и формирование выходного сигнала) приве- дены в табл.
При использовании условных обозначений в соответствии с табл. следует иметь в виду следующее: букву А применяют для обозначения функции «сигнализация». Для кон- кретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) указывают наименование или символ измеряемой величины, например «ток», рН, О
2
и т. д.
Букву U можно использовать для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Подробную расшифровку измеряемых величин проводят около прибора или на поле чертежа.
Для обозначения величин, не предусмотренных ГОСТ 21.408-93, могут быть ис- пользованы резервные буквы. При этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Резервные обозначения должны быть рас- шифрованы на схеме. Не допускается в одной и той же документации использовать одну резервную букву для обозначения разных величин.
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки прибора, приведены ниже.
Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент)
Е
Дистанционная передача (промежуточное преобразование)
Т
Станция управления
К
Преобразование, вычислительные функции
Y .
Буквой Е обозначают чувствительные элементы, т. е. устройства, выполняющие первичное преобразование. Примерами первичных измерительных преобразователей яв- ляются термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи тем- пературы, сужающие устройства и т. п.
Буква Т обозначает промежуточное преобразование — дистанционную передачу сигнала, и ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной пере- дачей показаний, например бесшкальных манометров (дифманометров), манометрических термометров с дистанционной передачей.
Буква К применяется для обозначения приборов, имеющих станцию управления, т.
е. переключатель для выбора вида управления (автоматическое — ручное) и устройство для дистанционного управления.
Буква Y рекомендуется для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств.
Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на втором месте — одна из дополнительных букв: Е, Т, К или Y.
Например, первичные измерительные преобразователи температуры (термоэлек- трические преобразователи температуры, термопреобразователи сопротивления и др.)
обозначаются ТЕ, первичные измерительные преобразователи расхода (сужающие уст- ройства) – FE.
Дополнительные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов и вычислительных устройств, приведены ниже.
При построении условных обозначений преобразователей сигналов и вычисли- тельных устройств подписи, расшифровывающие вид преобразования или операции, вы- полняемые вычислительным устройством, наносятся справа от графического обозначения прибора.
При построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого прибора, входящего в комплект, является наименованием измеряе- мой величины. Например, в комплекте для измерения и регулирования температуры пер- вичный измерительный преобразователь следует обозначать ТЕ, измерительный регист- рирующий прибор — TR, регулирующий блок — TC и т. п.
Все устройства, выполняемые в виде отдельных блоков и предназначенные для
ручных операций, должны иметь на первом месте обозначений букву Н независимо от то- го, в состав какого измерительного комплекта они входят. Например, переключатели электрических цепей измерения (управления), переключатели воздушных линий обозна- чаются HS, байпасные панели дистанционного управления — НС, кнопки (ключи) для дистанционного управления, задатчики — Н.
Способы и методика построения графических условных обозначений.
Отраслевой стандарт устанавливает два способа построения условных графических обозначений: упрощенный; развернутый.
Упрощенный способ применяют в основном для изображения приборов на техноло- гических схемах. На схемах не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т. п.) и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным графическим обозначением.
Развернутый способ используют при выполнении функциональных схем автомати- зации, причем каждый прибор или блок, входящий в единый (измерительный, регули- рующий или управляющий) комплект, показывают отдельным условным графическим обозначением. Сложные приборы, выполняющие несколько функций, допускается изо- бражать несколькими окружностями, расположенными рядом друг с другом.
Методика построения графических условных обозначений является общей для обоих способов. Так, в верхней части окружности приводят буквенные обозначения изме- ряемой величины и функционального признака прибора.
Порядок расположения буквенных обозначений (слева направо) должен быть сле- дующим:
обозначение основной измеряемой величины; обозначение, уточняющее (если это необходимо) основную измеряемую величину; обозначение (обозначения) функциональ- ного признака прибора.
Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на схеме.
Порядок буквенных обозначений функциональных признаков (если их несколько в одном приборе) должен быть следующим: IRCSA.
В нижней части окружности приводят позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования
(при упрощенном способе построения условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений).
В отдельных случаях, когда позиционное обозначение прибора не помещается в
окружности, допускается или указание его вне пределов окружности, или вместо окруж- ности применяют обозначение в виде эллипса.
При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функ- циональные признаки прибора, а лишь те, которые используются в данной схеме. Напри- мер, при обозначении показывающих и самопишущих приборов (если функция «показа- ние» не используется) следует писать
ТR вместо
TIR, PR вместо
РIR и т. п.
В случае построения условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнали- зации которого является бесшкальным прибором, снабженным контактным устройством и встроенными сигнальными лампами, следует писать:
LS — если прибор используется только для включения насоса, блокировок и т. д.;
LA — если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанционной);
LSA — если используется как для вклю- чения устройств автоматики, так и для сигнализации;
LC — если прибор используется для регулирования уровня. Условные графические обозначения приборов и средств автомати- зации, применяемые в функциональных схемах, имеют размеры, которые приведены ниже.
Условные графические обозначения на схемах должны выполняться линиями тол- щиной 0,5—0,6 мм.
Горизонтальная разделительная черта внутри обозначения и линии связи должны выполняться линиями толщиной 0,2— 0,3 мм. При вычерчивании независимых линий свя- зи в месте соединения точку не ставят, а в месте соединения зависимых, соединенных ли- ний связи ставят точку.
Примеры построения условных обозначений, приведены в приложении.
Для практического использования функциональных схем необходимо уметь их прочитать. Рекомендуется следующая последовательность чтения функциональных схем:
прочитать все надписи — основную надпись (штамп),
примечания и другие пояснения,
имеющиеся на чертеже; ознакомиться по пояснительной записке к проекту автоматизации с технологическим процессом и составить представление о целях и задачах автоматизации данного процесса; по спецификации на приборы и средства автоматизации установить номенклатуру и технические характеристики средств автоматизации. Получаемая при чтении функциональной схемы информация позволяет составить представление об авто- матизируемом объекте, уровне автоматизации, по технической реализации отдельных уз- лов контроля и регулирования, предусмотренных данной схемой.
1
МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
Направление подготовки 28.03.02 Наноинженерия
Квалификация выпускника бакалавр
Ставрополь 2016
2
Ларионов Ю.А. Системы управления химико-технологическими процес-
сами : учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во , 2016.– с.
В настоящем учебном пособии приведены теоретические сведения и разра- ботки для выполнения практических заданий по дисциплине «Системы управле- ния технологическими процессами». Учебное пособие составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профес- сионального образования и программой дисциплины «Системы управления тех- нологическими процессами». Учебное пособие дает студентам возможность усво- ить и на практике применить знания в области расчета САУ, позволяющим ана- лизировать качество управления ТП (устойчивость, точность и др.), а также навы- ки разработки функциональных схем автоматизации при проектировании автома- тизированных систем управления процессами пищевых производств, практиче- ские навыки чтения чертежей по производственной автоматике.
3
Содержание:
Практическое занятие 1
Ошибка! Закладка не определена.
Статические и динамические характеристики объектов и звеньев управления, передаточные функции.
Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 2
Ошибка! Закладка не определена.
Структурные схемы САУ.
Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 3
Ошибка! Закладка не определена.
Устойчивость линейных систем автоматического управления.
Ошибка! Закладка не
определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 4
Ошибка! Закладка не определена.
Исследование устойчивости и качества линейной системы автоматического управления
Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 5
Ошибка! Закладка не определена.
Технические средства систем автоматического управления
Ошибка! Закладка не
определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 6
Ошибка! Закладка не определена.
Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем управления технологических процессов
. Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 7
Ошибка! Закладка не определена.
Системы автоматического контроля и регулирования основных технологических параметров
Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка!
Закладка не определена.
Практическое занятие 8
Ошибка! Закладка не определена.
Регулирование основных технологических параметров и процессов. Выбор стратегии управле- ния
. Ошибка! Закладка не определена.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Ошибка! Закладка не
определена.
4
Предисловие
Автор стремились к такой форме изложения материала, которая способство- вала бы студентам самостоятельно выбрать план решения задачи. В связи с этим в методические указания были включены следующие разделы: краткие теоретиче- ские сведения, позволяющие облегчить решение практических задач; типовые за- дания по разделам дисциплины. Задачи охватывают следующие основные темы, изучаемые студентами в данном курсе, и сгруппированы по разделам:
1. Динамические уравнения и характеристики элементов САУ;
2. Типовые звенья САР;
3. Структурные схемы САР;
4. Устойчивость линейных САР;
5. Определение оптимальных параметров настройки промышленных регуляторов с запасом устойчивости;
6. Функциональная схема автоматизации технологических процессов.
Решение задач является составной частью процедуры промежуточного контроля знаний (в ходе изучения дисциплины), а также используется для контроля оста- точных знаний (после окончания изучения дисциплины).
Ниже представлены по одному варианту задач по каждой теме.
5
Практическое занятие 1 Раздел 1. Основы теории автоматического управления. Методы и функции управления технологическими процессами. 
Скачать 4.71 Mb.