Измеряемые и регулируемые величины
Осуществление контроля, регулирования и управления промышленными объектами требует получения объективной исходной информации о состоянии и ходе технологических процессов, протекающих в этих объектах, о состоянии рабочих веществ и функционировании оборудования.
Содержание информации составляют разнообразные физические величины, количественное значение которых определяется в процессе измерения с помощью соответствующих технических устройств — средств получения измерительной информации. Эти устройства являются основой любой системы средств промышленной автоматики.
Разнообразие технологии различных отраслей промышленного производства создает необходимость получения информации о большом числе физико-химических величин и технологических параметров. Проведенные в 70-х годах Институтом проблем управления исследования по оценке размеров области такой информации позволили создать кадастр величин и параметров, подлежащих измерению.
Кадастр содержал свыше 2000 измеряемых величин и технологических параметров, охватывающих область разработки сырьевых ресурсов, энергетику, производство промышленной, сельскохозяйственной и других видов продукции и товаров, а также отчасти исследовательские работы в указанных областях. На рис. 3.1 приведена структура кадастра.
К концу 80-х годов ГСП охватывала лишь часть измеряемых величин, перечисленных в кадастре, главным образом, используемых для контроля и автоматизации промышленных объектов. На рис. 3.2 приведена структура измеряемых и регулируемых величин ГСП, входящих в пять групп: теплоэнергетические, электроэнергетические и механические величины, химический состав и физические свойства. На рис. 3.3 приведены составляющие, характеризующие химический состав.
Рис.3.1 Структура кадастра измеряемых величин
Рис.3.2 Структура измеряемых и регулируемых величин
Рис.3.3 Составляющие, характеризующие химический состав
Приведенные классификация и перечень измеряемых и регулируемых величин ГСП в достаточной мере условны. Они отражают существующую традицию, но с другой стороны, определенным образом ограничивают область распространения ГСП, определяют номенклатуру всех технических средств, входящих в ее состав, и служат для того, чтобы очертить круг объектов контроля и управления, охватываемых ГСП. Разумеется, перечень измеряемых и регулируемых величин непрерывно расширялся и дополнялся, поскольку бурное развитие АСУТП постоянно выдвигало необходимость измерения соответствующих «новых» величин.
Наметившейся тенденцией в этом направлении является все большее «вовлечение» в круг измеряемых величин ГСП показателей состава и физико-химических свойств сырья, промежуточных и конечных продуктов промышленного производства. И это понятно — так как непрерывное усложнение задач управления в АСУ и АСУТП в направлениях повышения качества продукции, экономии расхода сырья, уменьшения вредного воздействия на окружающую среду требует измерения соответствующих величин.
Общие принципы построения гсп
ГСП в приборостроительной промышленности создана с целью экономически и технически целесообразного решения проблемы обеспечения техническими средствами систем контроля, регулирования и управления технологическими процессами для различных отраслей народного хозяйства.
В основу построения и развития ГСП были положены следующие системотехнические принципы:
возможность сведения многообразия функций автоматического контроля, регулирования и управления к ограниченному числу функций;
минимизация номенклатуры технических средств с учетом максимального удовлетворения потребности отраслей народного хозяйства на основе создания агрегатных комплексов технических средств и параметрических рядов приборов;
построение технических средств (приборов и устройств) на основе
типовых унифицированных блоков и модулей;
агрегатное построение сложных систем управления на основе
унифицированных приборов и устройств;
совместимость приборов и устройств ГСП при работе на основе:
а) унификации сигналов связи, используемых для обмена информацией между изделиями ГСП в системах контроля и регулирования (информационная совместимость);
б) унификации конструкций и присоединительных размеров (конструктивная совместимость);
в) унификации эксплуатационных требований (эксплуатационная совместимость);
г) унификации метрологических характеристик средств измерения и обеспечения на этой основе рационального построения измерительных цепей в системах (метрологическая совместимость).
Первый из указанных системотехнических принципов построения ГСП нашел свое отражение в том, что все изделия ГСП по функциональному признаку оказалось возможным разделить на следующие группы устройств:
получения информации о состоянии процесса;
приема, преобразования и передачи информации по каналам связи;
преобразования, хранения и обработки информации, формирования команд управления, связи с оперативным персоналом;
использование командной информации для воздействия на объект управления.
В первую группу устройств вошли датчики, нормирующие преобразователи, формирующие унифицированный сигнал связи, и другие измерительные устройства, несущие информацию о контролируемой физической величине.
Во вторую группу вошли коммутаторы измерительных цепей, преобразователи сигналов и кодов, шифраторы и дешифраторы, согласовательные устройства, а также средства телеизмерения, телесигнализации и телеуправления. Эти устройства используются для преобразования как сигналов, несущих измерительную информацию, так и сигналов, несущих команды управления.
К третьей группе устройств относятся анализаторы сигналов, функциональные и операционные преобразователи, логические устройства, устройства памяти, регуляторы, задатчики, программные задатчики, а также управляющие вычислительные комплексы и устройства.
Четвертую группу устройств составили исполнительные устройства — электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные исполнительные механизмы, усилители мощности и вспомогательные устройства к ним, а также устройства представления информации.
Второй принцип построения ГСП — минимизация номенклатуры средств контроля и управления — реализуется на основе разработки и выпуска агрегатных комплексов (АК) технических средств и унифицированных комплексов (УК) устройств одного функционального назначения, типоразмеры которых вписываются в организованные определенным образом параметрические ряды этих изделий.
Агрегатный комплекс представляет собой совокупность технических средств измерительной и регулирующей техники, характеризующихся информационной, конструктивной, эксплуатационной и метрологической совместимостью, предназначенных для решения определенных задач автоматического контроля и управления.
Существенные преимущества агрегатного метода построения как технических средств, так и разнообразных АСУТП из этих средств обеспечивает важнейший системотехнический принцип ГСП, который состоит из реализации концепций комплексной совместимости изделий ГСП. При этом под совместимостью понимается совокупность характеристик, обеспечивающих возможность совместного использования технических средств в заранее предусмотренных сочетаниях для построения более сложных, комплексных устройств и систем без необходимости применения дополнительных приспособлений и устройств для изменения (доработки) используемых средств. Под понятием совместимости средств ГСП имеется в виду, прежде всего, информационная, конструктивная, эксплуатационная и метрологическая совместимость.
Информационная совместимость предполагает совокупность стандартизированных характеристик, что обеспечивает согласованность сигналов связи по видам и номенклатуре, их информативным параметрам, уровням, пространственно-временным соотношениям, логическим соотношениям и типу логики. Для всех изделий ГСП приняты унифицированные сигналы связи и единые интересы.
Конструктивная совместимость предусматривает совокупность свойств, обеспечивающих согласованность конструктивных параметров и механическое сопряжение технических средств, а также выполнение эргономических норм и эстетических требований при совместном использовании.
Эксплуатационная совместимость определяет совокупность свойств, обеспечивающих работоспособность и надежность функционирования технических средств при совместном использовании в определенных производственных условиях, а также удобство обслуживания, настройки, монтажа и ремонта.
Метрологическая совместимость представляет собой совокупность выбранных метрологических характеристик и свойств средств измерений, обеспечивающих сопоставимость результатов измерений и возможность расчета погрешности результатов измерений при работе технических средств в составе системы.