Зміст дисципліни

• Тема 1 поняття про комп′ютерно–інтегровані технології.Структура, історія,різновиди.

• Тема 2 інформаційні обчислювальні системи в АСУТП.

• Тема 3 керувальні обчислювальні комплекси.

• Тема 4 типові комплекси АСУТП енергоблоків АЕС.

• Тема 5типові рішення задач автоматизації. Кращі світові фірми виробники, ділери ,продавці АСУТП.

• Тема 6 комп′ ютерні станції для управління виробництва.

• Тема 7 пристрої зв′ язку з об′єктом, введення і виведення цифрової і дискретної математики.

• Тема 8 промислові клерувальні комп′ютери, їх корпуси, системний склад.

• Тема 9 пристрої перетворення, нормалізації,введення,виведення аналогових сигналів

• Тема 10 програмне забезпечення АСУТП,Scada системи,мова програмування контролерів Ultralogic.

• Тема 11 обладнання для дротових і бездротових комп′ютерних мереж.

• Тема 12 глобальні, локальні та інтегровані комп′ютерні мережі .

• Тема 13 типові консруктиви шаф,пультів та консолей оператора.

• Тема 14 віддалене управління виробництвом.

• Тема 15 Аларм – ремонт на основі мережних технологій та Інтернету.

Тема 1

Пункт 1 Основні поняття

Технологічний процес – комплекс взаємозв′язаних цілеспрямованих актів перетворення матеріалів та енергії з метою одержання продуктів з заданими технікоекономічними показниками

Комп′ютерно – інтегрований технологічний процес – технологічний процес, для якого розробка одержання інформації про його стан, розрахунок,моделювання, автоматизація, механізація здійснюється за допомогою засобів обчислювальної техніки(ЗОТ).

Комп′ютерно – інтегрований організаційний процес – процес прийняття, реалізації і контролю рішень організаційного забезпечення технологічного процеса і проекту управління рівнем надійності автоматизаційного технологічного комплексу, до якого розробка інформаційного забезпечення і управління реалізується з використанням засобів обчислювальної техніки і комп′ ютерних технологій

Комп′ютерно – інтегроване виробництво – комплекс взаємозв′язаних комп′ютерно – інтегрованих технологічних процесів, спрямованих на виконання єдиних вимог економічного,екологічного і виробничого характера.

Комп′ютерно – інтегрована технологія - взаємозв′язок наступних комплексів:

1. комп′ютерно – інтегрованих технологічних процесів

2. систем управління на базі промислових комп’ютерів.

3. Банк даних

4. комп′ютерні мережі

В цих комп′ютерно – інтегрованих технологіях використовують комп’ютери на етапах проектування та експлуатації.

Їх особливістю є те, що комп’ютери є іх невід’ємною частиною, без якої вони не можуть функціонувати.В промисловості використовуються, як звичайні так і комп′ютерно – інтегровані технології з тенденцією розвитку останніх.

Автоматизована система управління технологічними процесами – складна система управління призначена для реалізації економічно доцільних алгоритмів управління технологічними процесами,що забезпечує можливість активної участі оператора – технолога процеса управління. Це означає АСУТП – людина,машина,система

АСР – машинна система без втручання людини.

Історія і основні етапи розвитку АСУТП.

1. Управління оператором вручну , без використання вимірювальних приладів .На початку ери матеріального виробництва.(Управління на глаз)

2. Управління оператором вручну по показанням приладів ,що розташовані на місці вимірювання.Наприклад: водомірне скло, рідинний манометр.

3. Управління оператором з використанням вимірювальних приладів з дистанційною передачею показань і використання виконавчих механізмів,для переміщення регулюючих органів.

4. Це етап, на якому використовувалось автоматичне управління та регулювання під наглядом оператора – технолога з використанням уніфікованих аналогових сигналів від датчиків і клерувальних сигналів для управління виконавчими механізмами.При цьому частина апаратури була цифровою.

Уніфіковані сигнали дозволяють використовувати технічні засоби контролю та регулювання різних фірм та різних держав і легко модернізувати системи регулювання.

Державна система приладів передбачає три різновида уніфікованих сигналів:

А) електрична( струмові) 0 – 5 мА, 0 – 20 мА

4 – 20 мА дозволяє перевіряти справність лінії,тому що у діапазонах де є 0 може бути обрив лінії

В автоматизованій системі управління струмові сигнали найбільш розповсюджені для передачі на відстань.Тому що на точність струмового сигналу не впливає опір з′єднувального кабелю.Це дозволяє передавати інформацію на відстань кілька кілометрів. Крім того цей струмовий сигнал можна передати до кількох приймачів.

І = 0 – 5 мА

Uвх = Rвх*і

КОК – керувально обчислювальний комплекс

Вхідні вимірювальні резистори призначені для перетворення законів струму у вхідний сигнал.Тим часом,щоб підтримувати постійний струм при деякому опорі потрібно на виході датчика Uвих збільшувати або зменшувати.

Вхідний каскад датчика містить стабілізатор струму, що при зміні величини навантаження змінює напругу на виході

І= Uвх/ (Rк + Rвх1 + Rвх2 + Rвх3)

Перевага струмових сигналів:

Можливість захисту цілісності вхідних ланцюгів вторинних приладів.

В якості електронного запобіжника використовують стабілітрони, які починають пропускати з себе струм коли напруга на них перевищує напругу стабілізації.Тоді є струм.

КС 156А

Ucт = 5,6В

U ≥ Ucт є струм

U < Ucт немає струму

При нормальному режимі роботи стабілітрон закритий

Uвх < Ucт

При обриві лінії датчик піднімає напругу до тих пір, поки стабілітрон не відкриється і відповідна лінія протікання струму не відновиться.

Б) За напругою

- одно полярні 0-1В,0-2,5В, 0-5В, 0-10В

- двополярні -1 – 0 + 1В…

Недоліком сигналів за напругою є невелика відстань,на яку їх можна передавати. Із-за електромагнітних та інших перешкод.

В) Пневматичні сигнали

0,2-1 кгс/см²= 0,02-0,1 МПа

Г) Гідравлічні (масло) 0- 4,0 МПа

Автоматичне управління і регулювання під наглядом оператора технолога з використанням цифрових каналів передачі вимірювальної інформації і використання промислових комп′ютерів , що працюють у реальному маштабі часу.До задач АСУ зі стабілізацією регульованих параметрів .На 4 та 5 етапах додаються задачі оптимізації технологічного процесу в цілому. Тому в АСУТП широко використовуються складні математичні моделі об ′єкту управління, а разом з традиційними лінійними законами регулювання П,ПІ,ПІД, використовуються більш складні алгоритми регулювання. Наприклад: адаптивні, експертні і нечіткі.

Різновиди АСУ та їх ієрархія.

Найвищої ієрархії є АСУ галузі (АСУГ), яка призначена для вирішення задач управління галуззю в цілому або її крупними частинами.

Наприклад АСУ енергетичної системи .

Визначальна риса АСУГ – це використання економіко – математичних методів управління, використання обчислювальної техніки.

АСУ підприємства(АСУП) - це АСУ електростанцій, заводів.

Призначена для вирішення задачі правління підприємством в цілому або його складовими частинами на основі економіко – математичних методів правління і засобів обчислювальної техніки.

Особливості АСУП:

1. Першочергове вирішення економічних задач управління, збуту продукції, фінансові задачі.

2. Визначальними для цих АСУ є планові показники діяльності, а не технологічні параметри.

3. Постійний зв′язок із суміжними виробництвами.Наприклад при роботі в одній енергосистемі.

4. Вирішення задач управління трудовими ресурсами(розрахунок заробітньої плати, виконання наказів ).

5. Управління документообігом.

Автоматизована система управління тепловими процесами (АСУТП) є найнижчою в ієрархії

Призначена для вироблення і організації керуючих впливів на технологічні процеси з метою безперервної оптимізації прийнятного критерію управління.

Особливості АСУТП:

1. Вимірювальна роль оператора – технолога у виборі критерія управління і прийнятті основних рішень з управління.Тобто АСУТП – людино – машинна система.

2. Всі трудомісткі операції з збирання і переробки інформації та формування регулюючих впливів виконуються за допомогою технічних засобів.(інформацію від 20000 датчиків переробляють за 1 секунду)

3. Метою функціонування АСУТП є оптимізація критерію управління.

Критерій управління – цільова функція управління для нескладного об′єкту або цільовий функціонал для складного. Прикладом цільової функції є функція, що розглядається в теорії управління

І=∫є²(t)dt

Таким чином ця оптимізація розраховується за допомогою оптимального регулюючого органа.

4. Робота технічних засобів АСУТП в реальному маштабі часу - цілодобово , на протязі не менше 10 місяців

Виконання цих чотирьох особливостей неможливе без використання ПК і контролерів.

Інтегровані асу

АСУТП та АСУВ, АСУГ мають ієрархічні відношення між собою . Тобто вище за ієрархію АСУ надає поточні завдання для нижчої за ієрархією АСУ. Наприклад : АСУ електростанції задає потужність АСУТП енергоблокам. В свою чергу АСУ електричної системи задає поточну потужність кожній електростанції системи АСУ. АСУ міністерства енергетики України задає завдання на виробіток АСУ кожної енергосистеми. В разі, коли потрібно взаємоузгоджене і взаємозв ′язане управління як технологією так і організацією виробництва використовують інтегровані АСУ

Під інтегрованими АСУ (ІАСУ) розуміють об′єднання між собою кількох АСУТП (АСУТП з енергоблоків або АСУТП з АСУВ) з метою підвищення загальної економічної ефективності і оперативності функціонування.

Етапи розвитку керувальних обчислювальних машин.

ПЕРШИЙ ЕТАП

50 – 60ті роки. В цей час з′явились перші обчислювальні машини на механічних реле і на великих радіолампах.В ці роки була розроблена Фон – Нацменівська система.Ці машини були ненадійні і споживали велику потужність. Наприклад американська машина споживала 500кВт .Час роботи до відновлення складав не більше 1 години. На таких машинах виконували вирішувальні задачі : розрахунок оптимальних настроєк автоматичних регуляторів,перехідні процеси регулювання. ОЗУ була на статичних тригерах

ДРУГИЙ ЕТАП

60 – 70ті роки . Обчислювальні машини на транзисторах. Особливості цих ЕОМ :

а) прийнятна надійність, сотні, тисячі годин на працювання та на відмову.

б) невеликий об ′єм ОЗУ при чому енергонезалежна ОЗУ реалізовувалась на феритових кільцях, магнітних стрічках, магнітний барабан. Пристрої введення, виведення вимірювальної і регульованої інформації ще не винайдені. Тому на цих комп′ютерах програми створювались на машинних кодах. В цей час розроблялись транслятори і операційні системи з ручним введенням інформації. Всі процеси моделювались на реальному маштабі часу.

ТРЕТІЙ ЕТАП

Використання керуючих обчислювальних машин і комплексів на інтегральних мікросхемах малого і середнього ступеня інтеграції. Наприклад: мікросхеми регістрів, суматорів, арифметико – логічних пристроїв. В цей же час почався випуск аналогових мікросхем АЦП, ЦАП, мікросхеми стабілізаторів напруги аналогів комутаторів, операційні підсилювачі. Це дозволяє включити комп′ютери в режим інформаційних систем. Тобто з опитуванням датчиків, але без розрахунку керування. Програмне забезпечення це в якості системно дискових операційних систем. Це прототипи систем MS DOS. Це прикладне програмне забезпечення писалось на високому рівні Алгол, Фортран, Асемблер. Надійність складала 1000 годин до відмови. В цей час були розроблені клерувальні машини, що досі працюють (СМ – 2, М – 6000-7000).

ЧЕТВЕРТИЙ ЕТАП

Використання з 80 – тих років великих інтегральних мікросхем і мікропроцесорів. Кількість транзисторів досягає кілька мільйонів штук, а товщина провідників 0,7 нм.

Наприклад: Мікропроцесор Itanium – 2 містить 221 мільйон транзисторів на одному кристалі площею 464 мм², при цьому випромінює близько ста Вт потужності. На цьому етапі використовуються мікропроцесорні контролери, що можуть вбудовуватись в апаратуру на промислові комп′ютери, які обмінюються між собою інформацією по комп ′ютерним мережам (дротовим, оптичним, бездротовим)

Бездротові:

WiFi WLAN

GSM

irDA

Такі АСУТП можуть бути зосередженими в одному комп′ютері і розподіленим збором інформації.