Классификация АСУ ТП - "Web-программирование", "Системное
реклама
Классификация АСУ ТП Способы классификации С точки зрения участия человека. По типу ТП. По сложности ТП. По количеству уровней. Рассмотрим эти классификации более подробно. С точки зрения участия человека С точки зрения участия человека АСУ ТП можно классифицировать на: Информационно-управляющие системы; Автоматизированные системы управления; Супервизорные системы управления; Автоматические (системы автоматического управления. С точки зрения участия человека В этом перечне участие человека убывает от 100 (ИУС) до 0% (САУ). Это основная тенденция развития АСУ ТП, направленная в сторону исключения человека и человеческого фактора из процесса управления. Идет постоянное усложнение ТП с увеличением количества режимов работы и особенностей работы в каждом конкретном режиме, с увеличением различных технологических параметров, следовательно, человек не способен оценить такое количество информации и принять быстрое решение. Информационно-управляющие системы Информационно-управляющие системы. В ИУС все (или основные) функции, связанные с управлением ТП выполняет человек (оператор). Задача системы состоит в обеспечении операторов всей необходимой информацией о состоянии ТП и значениях технологических параметров. Рассмотрим структуру ИУС: Информационно-управляющие системы Информационно-управляющие системы Здесь: СОИ – средства отображения информации (мгновенные измеряющие приборы, графопостроительные приборы, мнемонические схемы, ЛПР – лицо, принимающее решение (человек-оператор), который контролирует ТП через средства сбора информации (ССИ) и воздействует на него через пульт управления (ПУ). Недостатки: малая скорость реакции, качество управления сильно зависит от квалификации персонала. Достоинства: Человек может эффективно принимать решения в нештатных ситуациях. Человек имеет способность к обучению, накапливает опыт. Автоматизированные системы управления Автоматизированные системы управления Здесь СКО – система контроля и отображения, зачастую реализуемая SCADA-системами. SCADA (supervisory control and data acquisition system, система диспетчерского контроля и сбора данных) – набор программных средств, которые организуют связь с управляющими устройствами и отображают информацию в виде разветвленных структур изображений ТП и отдельных его частей с различной степенью детализации, включая такие формы представления информации, как графики и таблицы, и предоставляющие возможность оператору вводить информацию с целью изменения параметров или состояния органов управления. Автоматизированные системы управления УВМ (управляющая вычислительная машина) – выполняет арифметические задачи управления, функции управления в режиме реального времени, требующие быстрой реакции или сложных вычислений для выработки управляющих значений (воздействий). Быстрота реакции, как правило, связана с выполнением логических операций. Таким образом, скорость реакции (доли секунды) реализуется функциями логического управления, а сложные вычисления реализуются с помощью автоматического регулирования. Автоматизированные системы управления Автоматизированная система – это система, в которой функции управления поделены между автоматическими устройствами и операторомтехнологом. Это наиболее распространенный вид систем управления. Функции человека-оператора состоят в выполнении достаточно медленных операций: Контроль и изменение уставок; Изменение режимов работы технологического оборудования; Остановка и запуск ТП; Дополнительных действий (подготовка отчетов и прочее). Автоматизированные системы управления Достоинства: повышение гибкости системы, так как большинство функций управляются программно. Изменения программы не составляет большого труда – можно развивать и дорабатывать систему. Недостатки: сложность программирования, отладки программы. Нужен высококвалифицированный программист. Низкая производительность УВМ и, как следствие, ограничение сложности алгоритма. Супервизорные системы управления Супервизорные системы управления Супервизорная система – это программномашинный комплекс, содержащий в себе базу данных, базу знаний и базу правил, на основе которых супервизорная система принимает управляющие решения. Здесь управляющие воздействия операторатехнолога (ОТ) контролируются системой. Различают мягкий режим контроля, когда человек-оператор действует на основе сценариев, выводимых системой управления в виде подсказок или инструкций, и жесткий режим – когда действия оператора могут подвергаться критике или блокироваться системой. Супервизорные системы управления ЛСУ – локальная система управления. Как правило, автономная система на базе отдельного вычислительного устройства, выполняет задачу управления отдельным технологическим агрегатом (установкой, станком, транспортным устройством), снабженная собственным набором периферийных устройств и связанная с другими частями системы при помощи специализированных каналов связи. Важным элементом в системах супервизорного управления является экспертная система, которая имеет возможность накапливать опыт управления ТП и менять свои инструкции оператору в соответствии с этими знаниями. Супервизорные системы управления Достоинства: Программная гибкость – использования языков программирования PLC. Аппаратная гибкость - модульный принцип построения с богатым набором периферийных устройств. Вычислитель + УСО= единый аппаратный комплекс. Средства управления (ЛСУ) приближены к ТП – сокращение протяженности линий. Нет лица принимающего решения (человека), ОТ вмешивается только в случае нештатной ситуации Системы автоматического управления Системы автоматического управления Системы автоматического управления все функции управления ТП выполняют самостоятельно, без какого-либо участия человека-оператора в процессе управления. Роль человека сводится к выполнению функций обслуживания (диагностика состояния, ремонт, модификация, сопровождение системы). Достоинства: Полностью автоматизированное производство, в котором люди выполняют роль обслуживающего персонала и вмешиваются в случае нештатных ситуаций. Система высокой производительности, способна работать с большим числом периферийных устройств с помощью каналов связи. Недостатки: сложность создания. По типу ТП По своему типу ТП делятся на: • Непрерывные ТП; • Дискретные ТП; • Полунепрерывные ТП; • Циклические ТП • Непрерывно-дискретные ТП. По типу ТП Непрерывные ТП Это процессы, в которых подача материального потока и получение готовой продукции происходят длительное время (от суток до нескольких лет), причем все технологические агрегаты (ТА) связаны между собой так, что выход предыдущего является входом последующего и остановка любого агрегата приводит к остановке всего ТП. Наиболее яркими представителями такого вида процессов являются химические и нефтехимические производства. Непрерывные ТП В таких системах управления непрерывными ТП, как правило, требуется повышенная надежность. Их основной режим работы – поддержание заданных значений контролируемых параметров в режиме автоматического регулирования. Вид сигналов, которые обрабатывает такая система, как правило, аналоговые. Дискретные ТП Это процессы, в которых преобразование материального потока осуществляется с помощью технологического оборудования, отдельные единицы которого не связаны между собой при выполнении технологических операций. Передача материального потока от одной единицы к другой происходит в дискретные моменты времени считанными порциями продукции. Дискретные процессы – это те ТП, в которых готовая продукция может быть посчитана в виде отдельных единиц (штук). Наиболее характерны сборочные производства (машинои автомобилестроение). Дискретные ТП Основными задачами АСУ таких ТП является управление отдельными технологическими модулями (участками, единицами оборудования). Передача продукции от одного модуля к другому – транспортировка. Для передачи материалов используется транспортная система (конвейер). Существуют общие склады материалов, инструментов, готовой продукции. Основная особенность таких ТП в том, что в системе постоянно реализуется режим переключений, а он осуществляется на основе анализа дискретных величин, то есть выполнения сложных логических операций. Дискретные ТП Основной вид деятельности – выполнение логических операций при наличии большого количества дискретных величин. Существует диспетчерский пункт управления, который управляет всей системой в целом, в частности транспортной системой. Дискретное производство делится на: • единичное производство – для уникальных изделий (есть агрегаты, но не будет централизованной транспортной системы, складских помещений и т.д.); Дискретные ТП • мелкосерийное производство – производится продукт небольшими партиями в течение небольшого периода времени, далее происходит перенастройка системы; • крупносерийное производство – выпуск какого-либо продукта осуществляется долгое время. Полунепрерывные ТП Это ТП, в которых основные стадии осуществляются непрерывно, но отдельными ТА, слабосвязанными друг с другом. В процессе выполнения операций, а переход от одной стадии к другой происходит в дискретные моменты времени. Основная цель управления – управление каждым технологическим агрегатом, а основная особенность работы – многорежимность. Для каждого ТА необходимы режимы: загрузка; запуск; выполнение; остановка; выгрузка. Полунепрерывные ТП Особенность АСУ таких ТП в том, что длительность непрерывных процессов ненамного превышает или соизмерима с временем переходных процессов, поэтому к функциям автоматического регулирования (АР) предъявляются повышенные требования, связанные с поддержанием качества переходных процессов. Циклические и непрерывнодискретные ТП Циклические ТП Отличия АСУ таких ТП от предыдущих в том, что ТП выполняется циклически по заранее определенной программе переходов от одного режима к другому. Представителями таких ТП является процессы изготовления пищевых продуктов (маргарин), фармацевтическое производство, парфюмерия. Непрерывно-дискретные ТП. В них сочетаются виды непрерывного и дискретного производства. Например, на входе ТП имеем непрерывный поток, а на выходе – счетное количество продукции. Пример – производство строительных материалов. По сложности ТП Сложность ТП – это параметры, которые определяют разновидность и количество аппаратных средств, используемых для построения АСУ, набор и количество выполняемых системой функций, а также требований, предъявляемых к выбору аппаратных средств и качеству выполняемых функций управления. К этим параметрам относятся: • количество измеряемых параметров, их типы; • количество сигналов управления, их типы; • количество технологических режимов; • требования к безопасности. По сложности ТП По сложности ТП По количеству измеряемых параметров. • Простые (количество параметров от единиц до десятков); • Малой сложности (количество параметров от десятков до сотен); • Большой сложности (количество параметров свыше сотни). По количеству сигналов управления. Чем больше количество управляющих сигналов, тем сложнее система управления. Каждому сигналу управления (выходному) соответствует от 5 до 10 входных сигналов. По сложности ТП Также имеет значение соотношение дискретных и аналоговых сигналов. Обработка аналоговых сигналов – сложнее. По количеству технологических режимов. Чем больше режимов – тем сложнее система, так как каждый переход от одного режима к другому требует применения специальных алгоритмов, обеспечивающих качество и непрерывность переходов, а также затрат на координацию работы отдельных ТА. По сложности ТП Требования к безопасности. • надежность – свойство выполнять заданные функции в соответствии с заданными требованиями по точности, быстродействию, качеству и т.д.; • живучесть системы – способность системы выполнять заданные функции с потерей качества работы; • гибкость – способность перестраивать свои функциональные возможности в зависимости от ситуации, но также это способность воспринимать изменения, которые могут вноситься извне; По сложности ТП • масштабируемость – возможность подбора к данной задаче устройства, которое наиболее адекватно отвечает требованию цена/качество; • совместимость – по возможности технические элементы должны позволять работу с техническими компонентами других производителей; • удобство в эксплуатации – система должна быть ремонтопригодной, необходима вся техническая документация, также система должна быть диагностируемой (т.е. показывать неисправные блоки); По сложности ТП • безопасность – система должна обеспечивать безопасность персонала, предотвращать возникновение аварийных режимов или отключаться в случае их возникновения, обеспечивая безопасность окружающей среды, соответствующую нормам. По пожаро-взрывобезопасности системы делятся на: • обычные системы; • системы с Ex-зоной – в таких системах имеется барьер, который обеспечивает ограничение тока в Ex-зоне и отсутствие режимов возникновения искры. По количеству уровней По количеству уровней системы бывают: • Одноуровневые; • Двухуровневые; • Многоуровневые; Одноуровневые системы – это системы, построенные на базе одного единого целого комплекса технических средств, предназначенные для управления несложными технологическими агрегатами, работающими, как правило, автономно (различные станки в обувной промышленности, пищевой промышленности, приборостроении и т д.). Одноуровневые системы строятся на базе специализированных станций контроля и управления. Одноуровневые системы Одноуровневые системы Здесь: СО – средства отображения; УУ – устройство управления (вычислительное устройство, работающее по программе); ТА – технологический агрегат; УСО – набор периферийных технических средств для преобразования информации и ее ввода в УУ; ПУ – пульт управления (набор командных средств). Специализация станции заключается в том, что УСО, конфигурация СО и ЛУ, а иногда и набор программных средств ориентированы на управление конкретным видом технологического оборудования. Пример: системы ЧПУ (числового программного управления). Одноуровневые системы Существуют два направления при построении одноуровневых систем: с использованием программируемого логического контроллера (ПЛК); - с использованием компьютеров. ПЛК – это модульные устройства, содержащие центральный процессор, модули связи с датчиками и исполнительными устройствами. Система с использованием компьютера должна содержать интерфейс для подключения периферийных модулей. В сложных системах зачастую требуется распараллеливание управления. Двухуровневые системы Двухуровневые системы (получили наибольшее распространение) включают развитую систему коммуникации средств связи, обеспечивающих обмен информацией как между подсистемами одного уровня, так и между ЛСУ(локальными системами управления) и СКО (станциями контроля и отображения). Двухуровневые системы Многоуровневые системы Многоуровневые системы – предназначены для управления объектами с существенной пространственно распределенной структурой ТП. В основном это системы, в которых происходит транспортировка сырья, промежуточных продуктов или конечного продукта на значительные расстояния (нефтепереработка, газопереработка, электро, тепло-, водоснабжение). Как правило, в таких системах сложность отдельных систем управления невысокая (особенно на низких уровнях), но имеется большее количество узлов, между которыми требуется передавать информацию на большие расстояний. Многоуровневые системы Типичная структура системы нефтепереработки выглядит так: Многоуровневые системы Нефть, добытая из скважин (Ск), на которых стоят «качалки», направляется на станции промежуточного сбора (СПрСб), а далее – на станции группового сбора (СГрСб), содержащие набор технологического оборудования для сепарации (отделения примесей), и лишь потом – на перерабатывающие предприятия. В таких системах самая актуальная задача – связь распределенных узлов и обеспечение передачи информации.
