государственная система приборов. Государственная система приборов. Промышленных приборов и средств автоматизации (гсп)
 Скачать 45.71 Kb.
|
|
Содержание 1.1 Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)…………………………………………………….…….2 1.2. Общие принципы построения ГСП………………………...…….…….…3 1.3 Конструктивная совместимость……………………………….…………..6 2.1 Классификация приборов и устройств ГСП………………………………7 2.2 Типовые конструкции и унифицированные сигналы ГСП……………..10 2.3 Функциональные группы ГСП……………………………………………13 Список используемой литературы 1.1 Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) создана с целью обеспечить техническими средствами системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами различные отрасли народного хозяйства . В 1950-е годы в различных организациях и на предприятиях разрабатывалось множество различных приборов для измерения и контроля со сходными техническими характеристиками, однако при этом не учитывалась возможность совместной работы приборов различных производителей, что приводило к увеличению стоимости разработок сложных систем на базе выпускаемых технических средств, тормозило широкое внедрение средств автоматизации. Поэтому в 1960 г. было принято решение о создании ГСП, а с 1961 г. начались работы по ее реализации. В настоящее время согласно ГОСТ 12997—76 ГСП представляет собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность изделий, предназначенных для использования в качестве средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования технологических процессов, а также информационно-измерительных систем. ГСП стала технической базой создания АСУ ТП и АСУП в промышленности. Ее развитие и применение способствовалоформализации процесса проектирования АСУ ТП, переходу к машинному проектированию. В основу создания и совершенствования ГСП положены следующие системотехнические принципы: типизация и минимизация многообразия функций автоматического контроля, регулирования и управления; минимизация номенклатуры технических средств; блочно-модульное построение приборов и устройств; агрегатное построение систем управления на базе унифицированных приборов и устройств; совместимость приборов и устройств 1.2 Общие принципы построения ГСП Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации основана на стандартных внутренних и внешних связях, рациональной структуре и конструктивных формах в модульно-блочном построении ее функциональных устройств и предусматривает их агрегатирование в комплексах измерительной, вычислительной, аналитической и других видов техники для построения систем информации, контроля, регулирования и управления. Средства 1-го уровня представляют собой локальные АСР, включающие в себя датчики, исполнительные устройства, нормирующие преобразователи, формирующие унифицированный сигнал связи; приборы, обеспечивающие представление измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и устройства алфавитно-цифровой информации, вводимой оператором вручную. К устройствам получения и первичного преобразования информации относятся, кнопки, табуляторы и клавишные вычислительные машины с ручным и полуавтоматическим управлением для нанесения информации на перфокарту, перфоленту, магнитные ленты, барабаны или диски, а также выводные устройства, формирующие сигналы для передачи на расстояние. Передача информации осуществляется либо непосредственно через каналы связи (при небольших дистанциях или специально выделенных каналах связи), либо через устройства телемеханики (на большие расстояния). Передача сигналов от многих источников в одно место достигается при помощи устройств централизованного контроля. Средства 2-го и 3-го уровней выполняют функции программного управления, стабилизации режимов работы технологического объекта управления (ТОУ) и вывода на режим, включая ручное управление и программно-логическое. К средствам представления информации относятся показывающие стрелочные, цифровые, символьные и др. индикаторы, самопишущие приборы, печатающие устройствами графопостроители. Для лучшего восприятия широко применяется метод визуального контроля с помощью устройств отображения информации, промышленного телевидения, мнемонических схем. При большом количестве информации, необходимости её предварительного логического и математического анализа или синтеза, в связи с решением сложных экономических, технологических и иных задач, а также при управлении современными технологическими и энергетическими комплексами применяют средства вычислительной техники. Выработка управляющих воздействий достигается регулирующими устройствами (регуляторами). Регулятор, получая сигналы непосредственно от датчика или через устройство централизованного контроля, вырабатывает в соответствии с заданной программой и законом регулирования энергетические импульсы, приводящие в действие исполнительный механизм, который через регулирующие органы (коммутирующую аппаратуру, управляемые вентили, клапаны, заслонки, задвижки) изменяет потоки энергии или вещества и этим воздействует на объект регулирования Задачи исследования ТОУ и оптимизации процесса управления решаются средствами 4-го уровня. С помощью этих же средств выполняются и функции представления информации и сервисные функции. Исследования и оценка задач автоматизации в различных отраслях промышленности показывают, что в настоящее время только в группе датчиков имеется потенциальный спрос на приборы для измерения более 2000 физических величин. Такое положение, с учетом известных методов измерений, диапазонов значений измеряемых величин и условий эксплуатации, может привести к необходимости изготовления нескольких десятков тысяч модификаций датчиков. Следовательно, одна из главнейших задач, решаемых комплексами ГСП, состоит в создании ограниченной номенклатуры унифицированных устройств, способных максимально удовлетворять потребности различных отраслей промышленности. Сокращение номенклатуры средств автоматизации достигается объединением их в отдельные функциональные группы путем сведенияфункций этих устройств к ограниченному числу типовых функций. Оптимизация состава каждой группы обеспечивается разработкой параметрических рядов изделий. В основу ряда заложены более узкая специализация выполняемых функций (типизация инструментальных методик измерения или метода преобразования информации), ограничения по видам и параметрам сигналов, несущих информацию о контролируемой величине или команде управления, ограничения по техническим параметрам изделий, пределам измерений, классам точности, параметрам питания и т.д. и, наконец, унификация конструктивного исполнения изделий. Существенное сокращение числа функциональных различных устройств достигается обеспечением их совместимости в автоматизированных системах управления. Концепция совместимости, включающая в себя требования информационного, энергетического, конструктивного, метрологического, эксплуатационного сопряжений между изделиями ГСП, основана на последовательной унификации и стандартизации свойств и характеристик изделий. Применительно к информационным связям термин "унификация" означает введение ограничений, налагаемых на сигналы, несущие сведения о контролируемой величине или команде. Унифицируются виды носителей нормированной информации (электрические сигналы, коды и согласование входов и выходов; вещественные, с механическим носителем на перфокартах, перфолентах, бланках для записи и печати, с магнитными носителями). Определяется также способ представления информации в изделиях ГСП: аналоговый и дискретный. 1.3 Конструктивная совместимость Конструктивная совместимость изделий предусматривает, прежде всего, унификацию присоединительных размеров отдельных деталей и модулей, введение типовых узлов, создание единой элементной базы, разработку общих принципов конструирования приборов. При конструировании устройств ГСП принят блочно-модульный принцип построения изделий. Применение этого принципа делает приборы более универсальными, позволяет использовать при их создании рациональный минимум конструктивных элементов (сокращается количество наименований деталей). Вместе с тем возможность простой и легкой замены отдельныхузлов позволяет модернизировать эти приборы в процессе эксплуатации, повышает их ремонтопригодность и расширяет круг решаемых ими задач (путем различных сочетаний функциональных звеньев и введением специализированных деталей). Блочно-модульное построение приборов позволяет широко применять при их изготовлении современную технологию и максимально использовать кооперацию и специализацию предприятий. Стандартизируются также общие технические требования к изделиям ГСП и условиям их работы в автоматизированных системах управления. Ввиду многообразия производств и технологических процессов важное место отводится разделению приборов и устройств по группам условий эксплуатации. По защищенности от воздействия окружающей среды изделия ГСП подразделяются на следующие исполнения: обыкновенное, пылезащищенное, взрывозащищенное, герметическое, водозащищенное, защищенное от агрессивной среды. В зависимости от предполагаемых механических воздействий предусматривается обыкновенное и виброустойчивое исполнение. Нормируются метрологические характеристики изделий (виды погрешностей, методы нормирования погрешностей отдельных устройств, погрешностей совокупности звеньев и систем, классы точности и методы аттестации). Этим достигается метрологическая совместимость. Основные требования к изделиям ГСП, обеспечивающие их совместимость в автоматизированных системах управления, закреплены в государственных и отраслевых стандартах (см. ГОСТ 26.207.83). 2.1 Классификация приборов и устройств ГСП Устройства ГСП по роду используемой вспомогательной энергии носителя сигналов в канале связи, применяемой для приема и передачи информации и команд управления, делятся на электрические, пневматические и гидравлические . В отдельных видах изделий ГСП могут быть использованы и другие виды энергии носителей сигналов (акустическая, оптическая, механическая и др.). В ГСП входят также устройства, работающие без использования вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия). Устройства, питающиеся при эксплуатации энергией одного рода, образуют структурную группу в Государственной системе приборов, или "ветвь ГСП". АСУ ТП, комплектуемые из приборов электрической ветви, имеют преимущества по чувствительности, точности, быстродействию дальности связей, обеспечивают высокую схемную и конструктивную унификацию приборов. Применение интегральных микросхем способствует уменьшению габаритов и веса приборов, сокращению количества потребляемой ими энергии, повышению их надежности, расширению их функциональных возможностей (создание многофункциональных приборов), позволяет применять при их изготовлении современную прогрессивную технологию. Применение в АСУ ТП аналоговых и цифровых микросхем и микропроцессоров особенно важно в группе контрольно-измерительных приборов, так как обеспечивает возможность их непосредственной связи с УВМ Приборы пневматической ветви характеризуются безопасностью применения в легко воспламеняемых и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы, особенно при использовании в агрессивной атмосфере. Они легко комбинируются друг с другом. Однако пневматические приборы уступают электрическим в тех случаях, когда технологический процесс требует больших быстродействий или передачи сигналов на значительные расстояния. Гидравлические приборы позволяют получать точные перемещения исполнительных механизмов при больших усилиях. Электрическая и пневматическая ветви ГСП делятся на две подветви: аналоговую и дискретную. В качестве аналоговых (непрерывных) сигналов выбирают: напряжение или ток при постоянном токе; напряжение, ток, частоту или фазу при переменном токе; давление в газе или жидкости; перемещение, скорость, усилие в механических системах. В дискретной подветви используют прерывистые (дискретные) сигналы, они могут быть подразделены на две группы: нецифровые дискретные сигналы, применяемые главным образом в системах телеконтроля и телеуправления, и цифровые дискретные сигналы, широко применяемые в системах телеизмерения и телеуправления для средств цифровой и вычислительной техники. В качестве прерывистых (дискретных) сигналов выбирают амплитуду напряжений или тока; частоту переменного тока, заполняющего импульс, — для электрических сигналов; амплитуду давления в импульсе — для пневматических сигналов; длительность импульса, длительность паузы между импульсами, частоту импульсов, число импульсов, сочетание импульсов, имеющих различные признаки (код), — для электрических и пневматических сигналов. Наличие двух подветвей и бурное развитие цифровой вычислительной техники потребовало создания специальных преобразователей аналоговых сигналов в дискретные, обычно цифровые (АЦП), и наоборот, — цифровых сигналов в аналоговые (ЦАП). Блочно-модульный принцип построения средств ГСП обеспечивает возможность создания различных функционально сложных устройств из ограниченного числа более простых унифицированных блоков и модулей путем их наращивания и стыковки. Это позволяет создавать новые СИ и автоматизации из уже существующего набора узлов и блоков, что дает существенный экономический эффект. ИУ и системы составляют самую многочисленную группу изделий ГСП, составляющую более половины номенклатуры промышленных изделий ГСП. Они обеспечивают получение измерительной информации о физических величинах (параметрах), характеризующих технологические процессы, свойства и качество продукции. Классификация ИУ ГСП, учитывающая вид входных и выходных сигналов, приведена на рисунке. Под «естественным» входным сигналом в приведенной классификации понимают выходную физическую величину первичного ИП, полученную однократным простым («естественным») преобразованием измеряемой величины и не соответствующую по параметрам унифицированным сигналам. При этом под простым преобразованием понимают только преобразование, используемым для измерения физическим явлением. Несмотря на большое разнообразие величин, виды естественных выходных сигналов ГСП удается ограничить десятью. В ГСП предусмотрено наличие специальных устройств преобразования одного вида энергии в другой. Целесообразно для средств получения, передачи и обработки информации использовать электрические устройства, а для средств воздействия на объект управления — пневматические и гидравлические. 2.2 Типовые конструкции и унифицированные сигналы ГСП Одним из важнейших принципов, лежащих в основе построения ГСП, является требование конструктивного сопряжения устройств в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Высокая степень унификации достигнута в ряде групп изделий ГСП: в приборах для измерения температуры, датчиках теплоэнергетических параметров с силовой компенсацией, вторичных регистрирующих приборов серий КС, в исполнительных устройствах пневматической унифицированной системы СНУ и т.д. В настоящее время разработан комплекс унифицированных типовых конструкций (УТК), обеспечивающий нормализацию габаритных и присоединительных размеров и введение типовых конструкций для изделий "центральной части" ГСП и некоторых периферийных устройств [1]. С учетом особенностей приборов различного функционального назначения УТК подразделяются на две части: общепромышленную и приборную. Общепромышленная часть УТК служит для компоновки аппаратуры промышленной автоматики, технологических устройств, периферийных (для связи с объектом) средств управляющей вычислительной техники и других изделий ГСП, используемых в автоматизированных системах управления. Приборная часть УТК предназначается для электроизмерительных и аналитических приборов, управляющей и вычислительной техники, испытательных установок и прочей аппаратуры. При разработке обеих частей комплекса проектировщики руководствуются следующими принципами: максимальный учет основных положений ГСП: унификация, агрегатирование, совместимость; в номенклатуру УТК включается минимальное количество изделий (их типоразмеров и исполнений), необходимых для решения всех задач, соответствующих назначению комплекса; учитываются функциональное назначение каждого изделия, условия его эксплуатации и хранения, взаимосвязь с устройствами других функциональных групп в автоматизированных системах управления; предусматривается совместимость УТК с уже существующими изделиями. Кроме того, учитывается необходимость большой динамичности разрабатываемого комплекса, обеспечивающей постоянное распространение области использования УТК на новые группы приборов. Одновременно соблюдается требование относительной устойчивости УТК, чтобы внедрение новых изделий не вызывало принципиальных изменений в других частях комплекса и, главное, не нарушало конструктивной совместимости изделий. Структура описываемого комплекса УТК установлена ГОСТ 20504.81. Условно типовые конструкции разделяют на категории нулевого, первого, второго и третьего порядков. Отношения, установленные между различными категориями (рис. 1.2), отражают современные принципы агрегатирования. Так, составные части изделий, выполненные на базе типовых конструкций низшего порядка, могут последовательно устанавливаться в любую из типовых конструкций более высокого порядка, образуя в конечном итоге конструктивно законченные приборы и устройства. Такая взаимозаменяемость обеспечивается согласованием размеров конструкций разного порядка. Изделия УТК нулевого и первого порядков предназначены для построения унифицированных элементов (субблоков). Из элементов первого и второго порядков собираются функциональные блоки, из которых в свою очередь комплектуются изделия третьего порядка. При монтаже изделий УТК обычно используются два способа компоновки: поступательное перемещение составных частей в одном, двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях; поворот плоских или объемных составных частей вокруг одной или нескольких параллельных осей. В настоящее время в качестве основной номенклатуры УТК принята типовая конструкция монтажных вдвижных плат, блочных и комплектных вставных каркасов, контейнеров, кожухов, шкафов, стационарных стоек, столов, секций щитов и пультов, а также частичные, блочные и комплектные каркасы (вставные и приборные), стационарные настольные и передвижные стойки. Экономическая эффективность от внедрения УТК связана с уменьшением объема работ и сроков создания новых приборов, с увеличением серийности производства, сокращением сроков изготовления и снижения стоимости аппаратуры путем централизованного производства УТК. Сквозная унификация деталей и сборочных единиц во всем комплексе обеспечивает возможность модернизации АСУ ТП во время эксплуатации путем замены блоков, приборов и устройств на однотипные [3]. Унифицированный сигнал (УС) ГСП - это сигнал дистанционной передачи информации с унифицированными параметрами, обеспечивающий информационное сопряжение между блоками, приборами и установками ГСП. Унификация не распространяется на сигналы внутри отдельных устройств. Под унифицированным параметром УС ГСП понимается тот его параметр, который является носителем информации, а именно: значение постоянного или переменного тока или напряжения, или частоты, код, давление воздуха пневматического сигнала. В зависимости от вида унифицированных параметров в ГСП применяют унифицированные сигналы четырех групп: 1) тока и напряжения электрические непрерывные; 2) частотные электрические непрерывные; 3) электрические кодированные; 4)пневматические. Каждая группа УС ГСП определяется соответствующим государственным стандартом. 2.3 Функциональные группы ГСП По функциональным признакам средства ГСП можно разделить на ряд групп в соответствии с их назначением в автоматизированных системах. Это разделение позволяет уменьшить номенклатуру и упростить выбор средств ГСП. На рис. 1.7 представлена в общем виде функциональная схема средств ГСП, отражающая весь процесс получения, переработки информации и воздействия на объект управления.  Рис. 1.7. Функциональная схема средств ГСП Группа 1 представляет устройства получения нормированной информации о состоянии технологического процесса (датчики) и включает в себя первичные измерительные преобразователи; вторичные нормирующие преобразователи. В группу 2 входят средства преобразования и передачи информации, имеющие: -преобразователи (шифраторы) информации, обеспечивающие высокую помехоустойчивость при передаче сигналов на большие расстояния; -каналы связи; -преобразователи (дешифраторы) информации. Группа З содержит средства преобразования, хранения информации и выработки команд управления, т. е. является наиболее сложной по выполняемым функциям и включает в себя: -анализаторы и распределители сигналов; -вторичные показывающие и регистрирующие приборы; -статические и динамические преобразователи; -регуляторы; -устройства памяти; -устройства вспомогательной информации (задатчики и т.д.); -агрегатированные комплексы средств централизованного контроля и регулирования; -управляющие вычислитёльные машины. Данную группу называют еще центральной частью ГСП. В зависимости от уровня и объема, решаемых ими в АСУТП задач, устройства центральной части можно подразделить на: -средства местных (локальных) систем контроля и регулирования; -унифицированные системы и агрегатированные комплексы для централизованного контроля и регулирования; -средства вычислительной техники для автоматизации управления производством. К группе 4 относятся средства преобразования и передачи команд управления, включающие в себя, как и группа 2: -преобразователи (шифраторы) команд управления; -каналы связи; -преобразователи (дешифраторы) команд управления. Группа 5 содержит средства воздействия на технологический процесс: -усилители мощности сигналов управления; -исполнительные механизмы (электродвигатели с редуктором, пневмо- и гидропоршни и т. п.); -регулирующие органы (краны, задвижки, шибера и т. п.). К группе 6 относятся нормированные источники, энергии (питания) и специальные преобразователи одного вида энергии в другой для связи между ветвями ГСП. Устройства и средства групп 1 и 5 выполняют более простые функции, чем средства группы 3, но они непосредственно взаимодействуют с управляемым объектом, поэтому более специфичны и менее поддаются унификации и стандартизации. Особенно это относится к первичным измерительным преобразователям и регулирующим органам. Унифицированные типовые конструкции ГСП предусматривают конструктивное сопряжение устройств автоматики на основе единых присоединительных и основных размеров, единой элементной базы, типовых конструктивов и унификации методов конструирования. Список используемой литературы 1. Учебник: Технические средства автоматизации/Старостин, А. А., Лаптев А. В- Екатеринбург: Издательство Уральского Университета, 2015.-168с 2. Учебник: Автоматизации производства / В.Н Пантелеев, В. М. Прошин- М.: Академия,2011-206с. 3. Справочник: Промышленные средства и приборы автоматизации 4. Большая советская энциклопедия 5. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин/ Под ред. Е. С. Полищука. — Киев: Вища школа, 1984.— 359 с |