3804, 3711 / Структурная

Структурная схема (СС) управления и контроля.

Назначение структурной схемы. Требования, предъявляемые к оформлению структурной схемы.

Всякое управление предполагает наличие объекта управления и управляющего органа. Объекты управления чрезвычайно разнообразны: предприятия, сложная технологическая установка, отрасль народного хозяйства, живой организм или его часть, учебное заведение, город, область, республика. Управление представляет собой сложный информационный процесс. Желательно, чтобы управление осуществлялось наилучшим образом, было оптимальным.

СС являются для каждого проектного объекта основным проектным документом, т.к. ими устанавливаются оптимальные каналы административно-технического и оперативного управления технологическим процессом для достижения наивысших эксплуатационных показателей. В СС управления и контроля отображаются особенности технологического характера данного производства, а также технические средства, используемые при создании локальных систем контроля и автоматизации.

Рис 1. Структурная схема системы управления

Благодаря, определенному взаимодействию между СУ и объектом системы автоматизации, обеспечивается требуемый результат работы объекта, который характеризуется величинами Х, т.е. это величины характеризующие целесообразность конечного продукта, отдельные параметры, определяющие ход ТП, его экономичность и обеспечение безаварийности режима работы ТП. Работа комплексного объекта автоматизации характеризуется вспомогательными параметрами У, которые должны контролироваться и регулироваться. Это величины, характеризующие работу установок, подготовки технологического пара, насосных отделений и т.д. В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f, которые вызывают отклонение параметров Х от требуемых значений. Информация о текущих значения Х и У поступает в СУ и сравнивается с заданным значением g. В результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия е для компенсации отклонений выходного параметра. Т.о. объект автоматизации состоит из связанных друг с другом участков управления, которые могут быть представлены в виде отдельных установок или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок.

Процесс управления – это информационный процесс, заключающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче ее в пункты накопления и переработки, анализе поступающей, накопленной и справочной информации, принятии решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего управляющего воздействия и доведения его до объекта управления. Каждая фаза процесса управления протекает во взаимодействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сущности решаемой задачи.

Рис.2 Процесс управления как информационный процесс

Система управления – совокупность взаимодействующих между собой объекта управления и органа управления, деятельность которых направлена на достижение заданной цели управления.

Помехи

Рис.3 Система управления как совокупность объектов.

Задачи, решаемые системой управления. В СУ решаются четыре основные задачи управления: стабилизация, выполнение программы, слежение, оптимизация.

Задачами стабилизации системы являются задачи поддержания ее выходных величин вблизи некоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие помех.

Задача выполнения программы возникает в случаях, когда заданные значения управляемых величин изменяются во времени заранее известным образом.

В тех случаях, когда изменение заданных значений управляемых величин заранее неизвестно и когда эти величины должны изменяться в зависимости от значений других величин, возникает задача слежения, т.е. как можно более точного соблюдения соответствия между текущим состоянием данной системы и состоянием другой системы.

В системах оптимального управления требуется наилучшим образом выполнить поставленную перед системой задачу при заданных реальных условиях и ограничениях. Понятие оптимальности должно быть конкретизировано для каждого отдельного случая.

Особенности сложной системы часто приводят к тому, что цель управления таким объектом в полной мере никогда не достигается, как бы совершенно ни было управление.

В зависимости от уровня автоматизации СС подразделяются:

1. Система централизованного управления и контроля (функции управления осуществляет оператор и применяет средства централизованного сбора информации, и ее частичной переработки).

2. Система децентрализованного (локального) управления и контроля (функции управления осуществляет оператор).

3. Автоматизированные системы управления (функции управления остаются за оператором, применяется ВТ для обработки информации и подготовки ее оператору для принятия решения).

4. Автоматические системы управления (оператор осуществляет функции контроля над системой).

Системы управления делятся на два больших класса: системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ). В САУ управление объектом или системой осуществляется без непосредственного участия человека автоматическими устройствами. Это замкнуты системы. Основные функции САУ: автоматический контроль и измерения, автоматическая сигнализация, автоматическая защита, автоматические пуск и остановка различных двигателей и приводов, автоматическое поддержание заданных режимов работы оборудования, автоматическое регулирование. В отличие от САУ в АСУ в сферу управления включен человек, на которого возлагаются функции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения. Под АСУ обычно понимают человеко-машинные системы, использующие современные экономико-математические методы, средства электронно-вычислительной техники (ЭВТ) и связи, а также новые организационные принципы для отыскания и реализации на практике наиболее эффективного управления объектом (системой).

В соответствии с общепринятым представлением под автоматизированной системой понимается «человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в любых сферах человеческой деятельности». В автоматических системах функции человека сводятся к разработке, отладке и контролю системы. Само же управление осуществляется без участия человека. В автоматизированных системах наличие человека (коллектива людей) в контуре управления является принципиальным. Человек ( коллектив людей) является главным определяющим звеном системы управления, поскольку он принимает решения и несет за них всю ответственность – в этом принципиальная разница между автоматическими и автоматизированными системами.

Централизованный вид управления предполагает реализацию всех процессов управления объектами в едином центральном органе управления. Этот орган собирает информацию о состоянии всех объектов управления, осуществляет ее обработку и каждому объекту управления выдает свою собственную управляющую команду. Управляющий орган воздействует на объект управления посредством выдачи команд. Эту информацию называют распорядительной. Поскольку органу управления не безразлично поведение объекта управления, всегда присутствует обратная связь – это осведомительная информация. Она сообщает органу управления о состоянии объекта управления.

Достоинства такой структуры:

-- создается принципиальная возможность реализации

глобально-оптимального управления системой в целом,

поскольку каждое управляющее воздействие

вырабатывается на основе всей информации о системе;

-- достаточно просто реализуются процессы

информационного взаимодействия ;

Рис.4Централизованная

структура управления

-- исключается необходимость в пересылках

промежуточных результатов процессов управления;

-- легко осуществляется корректировка оперативно изменяющихся данных;

-- возникает возможность достижения максимальной эксплуатационной

эффективности при минимальной избыточности технических средств.

Недостатки такой структуры:

-- необходимость для органа управления собирать, запоминать и обрабатывать чрезвычайно большие объемы информации;

--необходимость наличия запоминающих устройств очень большого объема;

-- необходимость использования вычислительных средств очень высокой

производительности;

-- чрезвычайно высокие требования по надежности ко всем элементам технического обеспечения и ко всем элементам программного обеспечения, потому что выход из строя любого элемента приводит к выходу из строя всей системы;

--высокая суммарная протяженность и перегруженность каналов связи при наличии территориально разнесенных объектов управления.

В централизованном виде управления существует еще одна разновидность управления – так называемая централизованная рассредоточенная структура.

В рассматриваемой структуре сохраняются все свойства и особенности принципа централизованного управления, а именно: выработка управляющего воздействия на каждый объект управления осуществляется на основе информации о состоянии всей совокупности объектов управления. Однако в отличие от полностью централизованной структуры она не имеет четкой локализации в едином управляющем органе.

Алгоритмы управления в этом случае состоят из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами.

В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информации, а также выдачу управляющих команд на подчиненные объекты. Кроме того, каждый локальный орган управления по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления.

Достоинства такой структуры:

-- Снижение требований к объемам памяти, производительности и надежности каждого управляющего органа без снижения качества управления;

-- Суммарная протяженность и стоимость каналов связи в такой системе может быть снижена.

Недостатки такой структуры:

-- усложненность информационных процессов вследствие необходимости обмена данными между центрами обработки;

-- сложность корректировки хранимой в памяти системы информации;

-- значительная избыточность технических средств, следовательно, повышение расходов на их приобретение, монтаж и эксплуатацию;

-- сложность синхронизации процессов обмена информацией.

Рис .5 Централизованная рассредоточенная структура

Децентрализованное управление предполагает распределение функций управления по отдельным элементам сложности системы.

Построение системы с такой структурой возможно только в случае независимости объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и иным ресурсам. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект необходима информация только о состоянии этого объекта и безразлична информация о состоянии других объектов.

Фактически централизованная рассредоточенная структура представляет собой совокупность нескольких независимых систем, каждая из которых обладает своей информационной, алгоритмической, технической и прочими базами.

Децентрализованное управление свободно от многих недостатков чисто централизованного управления. Однако по сравнению с централизованными управлением у децентрализованного управления имеются очевидные недостатки.

Недостатки:

-возможная разность управления при одинаковых объектах управления;

-- высокая стоимость системы управления;

-- сокращение перерабатываемой информации может привести к снижению качества управления.

Поэтому в сложных системах управления, как правило, относится к промежуточному типу, когда степень централизации находится между двумя крайними случаями чисто централизованного и децентрализованного управления.

Структурные схемы управления и контроля выполняются без соблюдения масштаба. На чертеже в обязательном порядке должна быть таблица с поясняющими надписями.

Назначение структурной схемы: определить систему управления и контроля производственными процессами и установить взаимные связи между пунктами управления, операторными рабочими постами, основными группами технологического оборудования и показать административно-техническую сущность централизованного объекта управления..

В общем случае на СС условными изображениями показывается:

-СУ, все операторные и диспетчерские пункты, щиты, входящие в структуру управления проектируемого объекта,

- диспетчерские и операторные пункты управления, которые не входят в состав разрабатываемого проекта, но связаны с ним системами контроля и управления

- цеха проектируемого объекта с разделением на отделения, участки и т.д. с указанием операторских рабочих постов,

-линии тех. потоков между отделения, участками,

- линии связи с указаниями на них буквенного обозначения вида операторной связи.

Функции станции оператора:

- автоматически или по вызову отображать информацию о ходе технологического процесса на обзорных и групповых видеокадрах, мнемосхемах технологических агрегатов, графиков изменения технологических переменных во времени (трендов), экранных панелях предупредительной и аварийной сигнализации;

- световой и звуковой сигнализации нарушений технологического процесса и отказов технических средств систем;

- формирование и вывод сменной ведомости параметров, отклонившихся за уставки предупредительной сигнализации;

- формирование и вывод сменной ведомости времени работы механизмов;

- санкционирование доступа к функциям системы с помощью паролей;

- архивирования информации с возможностью ее последующего просмотра на внесистемном компьютере, создание протоколов с заранее заданной формой представления.

При этом время обновления информации на экранах мониторов не более 1с.

Инжиниринговая станция предназначается для внесения изменений в конфигурацию системы при ее совершенствовании и расширении с установленным программным обеспечением.

На уровне операторского управления (инженерной станции) обеспечивается возможность:

- программирования технологических алгоритмов;

- реализация функций дистанционного управления, защит и блокировок, пошаговых программ;

- формирование единой базы данных проекта;

- конфигурирование структуры аппаратных средств;

- разработка операторского интерфейса.