Структура комплекса АСУТП.
Рассмотрим типовую структуру комплекса автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), характерную для различных отраслей промышленного производства.
Эта структура должна содержать следующие подсистемы:
1. Полевое оборудование, включающее в себя интеллектуальные средства измерения, контроля, регулирующие отсечные и запорные клапаны, электроприводы.
2. Кабельные линии связи, кроссовое оборудование.
3. Барьеры искробезопасности, нормирующие преобразователи.
4. Программируемые контроллеры, модули ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов.
5. Операторские станции – компьютеры, устройства на магнитных носителях, мониторы, печатающие устройства и так далее.
6. Кабельные, оптоволоконные и радиоканалы связи.
7. Система пожарной автоматики и контроля загазованности.
8. Система бесперебойного электропитания.
Характеристики элементов регулирования и управления
Статические характеристики отображают связь входных и выходных параметров звеньев в установившемся режиме. Они могут быть заданы аналитически (в виде функциональной зависимости), таблично или графически.
15
Динамические характеристики отображают связь входных и выходных параметров звеньев во времени. Основными динамическими характеристиками являются переходная и импульсная (весовая) характеристики.
Модели динамики звеньев могут быть заданы в виде дифференциальных уравнений. Для линейных звеньев часто в качестве моделей используются передаточные функции
)
s
(
X
)
s
(
X
)
s
(
W
вх вых
, где Х
вх
(s) и Х
вых
(s) – изображения по Лапласу для входных и выходных параметров.
Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.
Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми, прямым измерениям.
Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.
Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.
Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Градуировочная характеристика средства измерений – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений,
составленная в виде таблицы, графика или формулы.
Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.
Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.
Предел измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.
Чувствительность. Для нелинейных элементов различают:
– статическую чувствительность
16 вх вых
X
X
K
, где Х
вх и Х
вых
– значения входных и выходных параметров; то есть чувствительность элемента эквивалентна его коэффициенту усиления;
– дифференциальную чувствительность вх вых dX
dX
S
; часто под чувствительностью S понимают максимальную чувствительность элемента. Очевидно, что для линейных элементов величины S и К совпадают.
Порог чувствительности
Х
вх
– минимальное изменение значения входной величины, вызывающее изменение выходной величины.
Погрешность. Под погрешностью понимают отклонение реальной статической характеристики от идеальной, либо отклонение статической характеристики элемента от характеристики при отсутствии нагрузки.
Различают погрешности:
1) абсолютную:
Х = Х - Х
0
, где Х - измеренное значение параметра, Х
0
- истинное значение.
Абсолютная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.
2) относительную:
%
100
Х
Х
0
(выраженные в процентах);
3) относительную приведенную:
%
100
Х
Х
Х
min max
, где Х
min и Х
max
– минимальное и максимальное значения измеряемой величины.
Максимальная приведенная погрешность называется классом точности:
%
100
Х
Х
Х
min max max
Класс точности прибора измеряется в процентах и отмечается на его шкале и в паспорте. В зависимости от класса точности приборы делятся на эталонные
(образцовые) и рабочие.
Для измерительных приборов установлены классы точности: 0,05; 0,1; 0,2;
0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
17
Лекция №3
Комплексы технических средств, программно-технические комплексы.
Аппаратно-программные средства распределенных САиУ.
Схема структурная комплекса технических средств
УКАЗАНИЯ ГОСТ:
Документ содержит состав комплекса технических средств и связи между этими техническими средствами или группами технических средств, объединенными по каким-либо логическим признакам (например, совместному выполнению отдельных или нескольких функций, одинаковому назначению и т. д.).
При выполнении схем допускается:
1) указывать основные характеристики технических средств;
2) представлять структуру КТС АС (при необходимости) несколькими схемами, первой из которых является укрупненная схема КТС АС в целом.
СХЕМА СТРУКТУРНАЯ КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Рисунок 1: Пример структурной схемы комплекса технических средств:
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ
ПРИМЕР СОДЕРЖАНИЯ:
18
В состав комплекса технических средств входят следующие технические средства:
– Серверы БД;
– Серверы приложений;
– Сервер системы формирования отчетности;
– Веб сервер;
– ПК пользователей;
– ПК администраторов.
Серверы БД объединены в отказоустойчивый кластер. Связь между серверами БД и хранилищем данных осуществляется по оптическому каналу.
Серверы приложений образуют кластер с балансировкой нагрузки.
Серверы БД, серверы приложений и сервер системы формирования отчетности объединены одной локальной сетью, с пропускной способностью 100 Мбит.
Технические характеристики серверов БД:
– Процессор – не менее двух процессоров Intel Xeon 3 ГГц;
– Объем оперативной памяти – не менее 4 Гб;
– Дисковая подсистема – не менее 72 Гб х 2 с RAID 1;
– Устройство чтения компакт-дисков (DVD-ROM);
– Сетевой адаптер – FastEthernet 100;
– Адаптер Fibre Channel;
– Видеосистема – разрешающая способность не ниже 1024x860 точек;
– Координатно-указательное устройство – манипулятор типа «мышь»;
– Клавиатура – не менее 104 клавиш (русифицированная);
– Монитор – диагональ не менее 15”.
Технические характеристики системы хранения данных:
- т.д.
- пр.
Технические характеристики серверов приложений:
- т.д.
- пр.
Программно-технический
комплекс
(ПТК)
— неразделимая совокупность программных и технических средств, образующая систему телемеханики или АСУТП.
Программная составляющая комплекса включает в себя программное обеспечение для ПЭВМ и контроллеров:
универсальный SCADA-пакет для отображения информации и управления (для ПЭВМ);
драйверы или OPC-серверы для связи с аппаратурой (ПЭВМ);
19
специализированные рабочие места для технических специалистов
(ПЭВМ);
программы для диагностирования и конфигурирования системы
(ПЭВМ);
программы функционирования контроллеров (контроллеры);
тестовое и отладочное программное обеспечение (ПЭВМ и контроллеры).
Программы комплекса тесно взаимодействуют друг с другом и аппаратной частью комплекса. Например, OPC-сервер, функционирующий на ПЭВМ, должен обеспечивать связь с аппаратурой комплекса через один из интерфейсов ПЭВМ по согласованным протоколам с одной стороны, и с программой обработки данных (SCADA-пакетом) по программным интерфейсам, с другой стороны.
Программы конфигурирования контроллеров должны быть согласованы с программами функционирования по совместно используемым структурам данных, и т.п.
К аппаратной части комплекса относятся контроллеры, выполняющие работу по сопряжению с объектом контроля и управления (сбор данных с датчиков и преобразователей), передачу данных по каналам связи на пункт управления системой, прием данных на пункте управления, обработку и передачу данных в ЭВМ. Все современные контроллеры оснащены микропроцессорами, поэтому реализация всех перечисленных функций является программно- аппаратной.
В современных ПТК наблюдается смешение функций. Например, к базовым функциям телемеханики и АСУТП (телесигнализация, телеизмерения, телеуправление) добавляют функции энергоучета, обеспечивают доставку данных от специализированных устройств и дистанционную настройку и т.п. Это позволяет улучшить использование имеющихся каналов связи и расширить функциональность системы в целом.
Технические средства верхнего уровня:
операторские станции, организующие информационное сопровождение и оперативное управление технологическим процессом;
инженерные станции, организующие доступ инженера к
программному обеспечению для отладки и тестирования;
промышленный сервер – обеспечивает ввод и обработку информации, формирование алгоритмов управления и вывод управляющих воздействий в схемы управления арматурой и механизмами, накопление в реальном масштабе времени и надежное длительное хранение больших объемов
20 технологической информации, а также доступ к ней с большого числа операторских и инженерных станций.
сетевое оборудование, обеспечивающее передачу информации и управления между станциями и устройствами ПТК;
устройства связи с другими ПТК или АСУ или устройства удаленного доступа.
Программируемый логический контроллер (ПЛК) – микропроцессорное устройство, содержащее в составе один или несколько микропроцессоров, модули памяти, порты ввода/вывода, предназначенное для сбора данных в реальном времени о состоянии технологического процесса, получения информации с датчиков, преобразования ее и обмена с другими компонентами системы автоматизации (компьютер оператора, монитор, база данных и т.д.), а также для автоматического управления ТП, исполнительными механизмами.
Рис. 3.1. Типовая структура системы PLC.
Принцип работы контроллера состоит в выполнении следующего цикла операций:
1. Сбор сигналов с датчиков;
2. Обработка сигналов согласно прикладному алгоритму управления;
3. Выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.
АРМ (автоматизированное рабочее место оператора) - специально оборудованное место для обслуживающего персонала, куда поступает вся информация о технологическом процессе. В ряде случаев оператор может вмешаться в ход процесса и перевести его на ручное управление.
Программный компонент:
21 1)
«логика» (программа, согласно которой САУ реагирует на различные воздействия, как полевого КИП, так и оператора)
2) человеко-машинный интерфейс, мнемосхема – интерактивная визуализация технологического процесса, позволяющая отслеживать состояние
ТП и управлять им в реальном времени с монитора компьютера
22 3) базы данных реального времени и т. д.
23
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА САиУ. Лекция №4 Технические средства получения
информации о состоянии объекта управления, датчики, измерительные преобразователи. ГСП. Назначение, классификация, принципы построения ИП.
Лекция №5 Назначение, основные группы датчиков и физические принципы действия.
Лекция №6 Методы измерения линейных и угловых перемещений. Датчики скорости
(частоты вращения), положения.
Лекция №7 Средства измерения температуры
Лекция №8 Средства измерения давления. Измерение механических усилий, давления и разряжения.
Лекция №9 Измерение расхода пара, газа и жидкости.
Лекция №10 Уровнемеры. Методы и приборы для измерения уровня.
Лекция №11 Измерение электрических величин. Приборы сравнения. Приборы непосредственной оценки.
Лекция №12 Оптоволоконные датчики. Интеллектуальные датчики и измерительные преобразователи.
24
Лекция №4 Технические средства получения информации о состоянии объекта управления, датчики, измерительные преобразователи. ГСП. Назначение, классификация, принципы построения ИП. Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.
Измерения сопутствуют человеку буквально на каждом шагу. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с измерениями расстояний, масс, времени, температуры, давления.
Измерение физической величины — совокупность операций по применению технических средств, хранящих единицу физической величины, обеспечивающая нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины
Принцип измерения — научно описанное явление (или эффект), положенное в основу метода измерения. Например, при измерении температуры
— термоэлектрический эффект.
Метод измерения — логическая последовательность операций, описанная в общем виде и применяемая для сравнения конкретного проявления свойства объекта со шкалой измерений этого свойства.
Мерой несовершенства измерения является
погрешность его результата, которая количественно оценивается отклонением результата измерения величины от ее истинного (действительного) значения.
По способу выражения различают
абсолютную и
относительную погрешности. Абсолютная погрешность А
х определяется как алгебраическая разность между измеренным и истинным (действительным) значением величины:
АХ= Хизм — ХистОтносительная погрешность равна отношению абсолютной погрешности измерения к истинному значению величины:
δх = Ах / хист Ах / хизм . Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины, относительная погрешность безразмерна.
Средство измерений — обобщающее понятие, охватывающее объекты, предназначенные для выполнения измерений,
имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и хранящие участок шкалы или единицу величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Средство
25 измерений реализует одну из двух функций: воспроизводит величину заданного размера или вырабатывает сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины.
Самыми распространенными средствами измерений являются
измерительные приборы, предназначенные для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне ее изменения и выработки сигнала измерительной информации.
Измерительный преобразователь — техническое средство, предназначенное для преобразования информации об измеряемой величине в сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи (по не поддающийся непосредственному восприятию) и имеющий нормированные метрологические характеристики. Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования — выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования ИП (его статической характеристикой). Выходная величина, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. К измерительным преобразователям относят термопары, измерительные трансформаторы тока, измерительные усилители и другие устройства.
Поверка средства измерений — это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям.
Калибровка — совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенным с помощью рабочего эталона.
Одним из вариантов поверки (или калибровки) является
градуировка — экспериментальное определение градуировочной характеристики СИ, т. е. установление соответствия между входным сигналом измерительной информации и показанием прибора. При градуировке либо размечается шкала показаний прибора, либо определяются поправки к каждому делению шкалы.
Государственная система приборов и средств автоматизации промышленного назначения Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации,
совокупность устройств получения, передачи, хранения, обработки и представления информации о состоянии и ходе различных процессов и выработки управляющих воздействий на них. ГСП состоит из
26 унифицированных элементов, модулей и блоков, допускающих информационное, энергетическое и конструктивное сопряжение в агрегатных комплексах и автоматизированных системах управления. В ГСП входят электрические, пневматические и гидравлические приборы и устройства в обыкновенном, виброустойчивом, герметичном, пыле- и влагозащищённом исполнении.
К устройствам получения и первичного преобразования информации относятся датчики, кнопки, 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.
К средствам представления информации относятся показывающие стрелочные, цифровые, символьные и др. индикаторы, самопишущие приборы, печатающие устройства и графопостроители. Для лучшего восприятия широко применяется метод визуального контроля с помощью устройств отображения информации, промышленного телевидения, мнемонических схем.
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.
Устройства
ГСП взаимодействуют посредством нормированных электрических, пневматических, гидравлических, механических, акустических и оптических сигналов. По виду сигналов устройства ГСП делятся на аналоговые и дискретные. Устройства ГСП имеют нормированные источники питания. Этим достигается высокая взаимозаменяемость изделий ГСП. Унификация конструкций
ГСП повышает технологичность изделий в производстве,
упрощает их комплектацию, монтаж, наладку и эксплуатацию.
Скачать 2.67 Mb.