Разработка концепции и требований к системам управления технологичес

SCADA-

Инженерная

станция

станция

МПК

Input

Output

AI

DI

AO

DO

…

Д1

…

Дn

ИУ1

ИУm

Рис. 9. Пример структурной схемы централизованной АСУТП: AI – ввод аналоговых сигналов; DI – ввод дискретных сигналов; AO – вывод аналоговых сигналов; DO – вывод дискретных сигналов; Д – датчики; ИУ – исполнительные устройства

SCADA-		Инженерная
станция		станция

МПК1 (управление)

МПК2 (ПАЗ)

Input

Output

Input

Output

AI

DI

AO

DO

AI

DI

AO

DO

…

Д1

…

Дn

ИУ1

ИУm

Д1

…

Дn

ИУ1

…

ИУm

Рис. 10. Пример структурной схемы функционально-распределенной АСУТП

В этом случае АСУТП можно подразделить на две составляющие: системы управления (распределенные системы управления (РСУ)) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ). Системы управления обеспечивают выполнение непо-

51

средственно управление технологическим процессом. Системы ПАЗ обеспечивают безопасность ведения технологического процесса.

Способ реализации управляющего воздействия в АСУТП

Вычисленные оптимальные управления в АСУТП могут быть реализованы различными способами (рис. 11).

Рис. 11. Способы реализации управляющих воздействий: Д – датчики; ИУ – исполнительные устройства; СОИ – средства отображения информации; Р – регулятор; САР – система автоматического регулирования

1. Режим непосредственного цифрового управления

(НЦУ). В этом режиме вычисленные управления передаются от вычислительного комплекса непосредственно на исполнительное устройство (ИУ) изменяющего расход вещества или энергии на объекте управления. При этом возможно преобразование рода носителя сигнала, например сигнал в цифровой форме может быть преобразован в токовый, а затем в пневматический.

52

2.Супервизорный режим. В данном режиме вычисленные оптимальные управления передаются как задание автоматической подсистеме. Наиболее часто управление подается в виде задания системе автоматического регулирования (САР), которая, в свою очередь, управляет ИУ. Такой режим повышает живучесть системы управления, так как в случае отказа контроллера регулятор может поддерживать управление на неоптимальном, но безопасном значении. Недостатком такого режима является необходимость в дополнительных технических средствах.

3.Режим советчика. В этом режиме программно-техни- ческие средства автоматизации отображают оптимальные управ-

ления оператору, который, в свою очередь, их анализирует и реализует дистанционно или в виде задания АСР. Этот режим позволяет повысить надежность управления в нештатных ситуациях, при режиме пуска/останова и т.п.

На практике, как правило, используются совместно все режимы воздействия на объект управления.

Уровни АСУТП

Современную АСУТП рассматривают как иерархическую систему, имеющую, как правило, триуровняуправления (рис. 12).

Первый (нижний, или «полевой») уровень – уровень объ-

екта управления. К этому уровню относят датчики (измерительные преобразователи) для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные устройства для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Если используются интеллектуальные датчики, то они могут осуществлять предобработку и кодирование информации в цифровую форму.

Второй уровень – локальные контроллеры, обеспечивающие реализацию следующих функций:

•сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии оборудованияипараметрах технологического процесса;

•автоматическое логическое управление и регулирование;

53

•исполнение команд с пункта управления;

•самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера;

•обмен информацией с пунктами управления.

Верхний уровень – представляет собой диспетчерский пункт и включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть установлен сервер базы данных. На верхнем уровне могут быть организованы рабочие места (компьютеры) для специалистов, в том числе для инженера по автоматизации (инжиниринговые станции).

Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти за-

дачи и призвано решать прикладное программное обеспечение

SCADA, ориентированное на разработку и поддержание интерфейса между диспетчером/оператором и системой управления, а также на обеспечение взаимодействия с внешним миром.

Рис. 12. Обобщенная архитектура системы управления

54

Иерархический принцип предложен в Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Так, например, согласно ГСП (Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации) выделяют следующие функциональные подсистемы (рис. 13).

Рис. 13. Типовые функциональные подсистемы АСУТП в ГСП

Реализация типовых функций АСУТП осуществляется, согласно ГСП, аппаратными средствами, представленными также иерархической структурой (рис. 14).

Рис. 14. Иерархия аппаратных средств АСУТП в ГСП

55

В этой иерархии средства 1-го уровня включают в себя датчики и исполнительные устройства. Средства 2-го и 3-го уровней выполняют функции программного управления, стабилизации режимов работы ТОУ и вывода на режим, включая ручное и программно-логическое управление. 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

Необходимо отметить, что современные АСУТП могут не содержать централизованных средств, а строится по принципу распределенных систем управления.

15.Выбор и описание технического

ипрограммного обеспечения АСУТП

Выбор микропроцессорного комплекса

Выбор микропроцессорного комплекса, используемого для управления технологическим процессом, осуществляется из следующих соображений.

1. Техническая возможность. Сюда входят такие показатели, как: количество входных и выходных сигналов, наличие требуемых алгоритмов, надежность, возможность сопряжения

суже существующими системами.

2.Экономическая целесообразность. Сюда можно отнести:

стоимость как комплекса (с программным обеспечением), наличие комплектующих или их оперативной доставки, наличие обученного персонала и т.п.

Примечание к выполнению раздела. Выбор микропроцессорного комплекса или анализ по его выбору студентамитехнологами может не осуществляться по согласованию с руководителем.

56

Выбор и проектирование программного обеспечения

Кпрограммному обеспечению (ПО), выбор которого может зависеть от пожеланий технолога, относится ПО SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – супервизорное/дис-

петчерское управление и сбор данных), с помощью которого оператор ведет управление технологическим объектом, получает информацию об объекте.

Кпроектированию ПО можно отнести работы по определению требований к реализации алгоритмов. Рассмотрим пример. Пусть есть несколько типов продукции, выпускаемой на одном аппарате. Каждой продукции соответствуют свои исходные компоненты, дозировки и технологические режимы. Тогда требования к разработке программы могут быть представлены в виде формы (табл. 3). Такая таблица в дальнейшем может служить руководством к программированию контроллера.

Таблица 3

Пример исходных данных для программно-логического управления операцией дозирования в гибком производстве

1

2

3

в

Наименование	Массакомпонента	Массакомпонента	Массакомпонента	Времяпребывания аппарате	Технологический параметр1	Технологический параметр2	Технологический параметр3	…
продукта
Продукт 1	M11	M12	M13	T1	X11	X12	X13	…
Продукт 2	M21	M22	M23	T2	X21	X22	X23	…
Продукт 3	M31	M32	M33	T3	X31	X32	X33	…
…	…	…	…	…	…	…	…	…
Продукт n	Mn1	Mn2	Mn3	Tn	Xn1	Xn2	Xn3	…

В разделе может выполняться постановка задачи на программирование микропроцессорных комплексов.

57

Примечания к выполнению раздела:

1.Задача выбора и настройки элементов SCADA-системы может выполняться по требованию руководителя, в случае если эти задачи будут определять суть управления.

2.Студент-технолог не обязан реализовывать программу

вкодах или алгоблоках. Необходимо разрабатывать только требования к программе в виде таблиц, блок-схем, лингвистического описания.

Требования к остальным техническим средствам автоматизации (ТСА)

Для выбора как методов измерения, так и технических средств необходимо выполнить анализ условий ведения технологического процесса, свойств сред, конструктивных особенностей аппаратов.

Оборудование КИПиА должны соответствовать условиям, в которых они эксплуатируются. Общие технические условия к приборам контроля и регулирования регламентированы ГОСТ Р 52931–2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия». Стандарт распространяется на приборы, предназначенные для контроля и регулирования технологических процессов и выполнения одной или нескольких из следующих функций: получения информации; передачи, ввода и (или) вывода информации; преобразования, обработки и хранения информации.

В ГОСТ Р 52931–2008 использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

•ГОСТ Р 8.585–2001. Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования.

•ГОСТ 26883–86. Внешние воздействующие факторы. Термины и определения.

•ГОСТ Р 51330.0–99 (МЭК 60079-0-98). Электрооборудо-

вание взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования.

58

•ГОСТ 14254–96 (МЭК 529-89). Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP).

•ГОСТ 2.601–2006. Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы.

•ГОСТ 8.009–84. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

•ГОСТ 12.1.003–83. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности.

•ГОСТ Р 52931–2008. «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия», по защищенности от воздействий окружающей среды подразделяет на следующие исполнения:

–обыкновенные;

–защищенные от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли);

–защищенные от попадания внутрь изделия воды;

–защищенные от агрессивных сред;

–взрывозащищенные;

–защищенные от других внешних воздействий.

По стойкости к механическим воздействиям изделия подразделяют на исполнения: виброустойчивое, вибропрочное, удароустойчивое и ударопрочное.

При выборе ТСА необходимо учитывать все факторы, определяющие внешние воздействия.

Выбор исполнительных устройств

Исполнительное устройство (ИУ) – это элемент системы,

преобразующий сигнал команды управления, имеющий дискретную или аналоговую форму в управляющее физическое воздействие непосредственно на объект управления.

Исполнительный механизм (ИМ) – это техническое уст-

ройство (техническое средство автоматизации), предназначен-

59

ное для преобразования входного сигнала – команды системы управления в изменение положения регулирующего или запорного органа, т.е. ИМ служит приводом запорного или регулирующего органа.

Регулирующий орган (РО) – устройство, предназначенное для изменения (регулирования) расхода среды или энергии на объекте управления с целью обеспечения заданного режима его работы пропорционально изменению входного управляющего сигнала на ИУ.

Запорный орган (ЗО) – устройство, предназначенное для открытия или закрытия притока или стока рабочей среды в зависимости от дискретного значения входного управляющего сигнала на ИУ.

Запорные органы с нормированным временем срабатывания (в управление до 1 с) называются отсечными органами и применяются в системе противоаварийной защиты (ПАЗ).

Исполнительные устройства в зависимости от используемой энергии подразделяются на следующие виды:

•пневматические (с пневматическим ИМ);

•гидравлические (с гидравлическим ИМ);

•электрические (с электрическим ИМ);

•электропневматические (с пневматическим ИМ и электропневматическим преобразователем);

•электрогидравлические (с гидравлическим ИМ и электрогидравлическим преобразователем);

•пневмогидравлические (с гидравлическим ИМ и пневмогидравлическим преобразователем).

По роду используемой для перемещения энергии можно выделить исполнительные механизмы:

•пневматические;

•электрические;

•гидравлические.

60