Классификация АСУ ТП Способы классификации n n

Классификация АСУ ТП

Способы классификации n n n С точки зрения участия человека. По типу ТП. По сложности ТП. По количеству уровней. Рассмотрим эти классификации более подробно.

С точки зрения участия человека n n n 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 n 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 n n n 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 n n n 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 n 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 n 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 n n n 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 n n 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 n n 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 n n 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 n n n 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 n n n 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 n По своему типу ТП делятся на: • Непрерывные ТП; • Дискретные ТП; • Полунепрерывные ТП; • Циклические ТП • Непрерывно-дискретные ТП.

По типу ТП

Непрерывные ТП n 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 n 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 n 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 n n 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 n n n 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 n n n 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 n 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 n n n 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 n n 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 n n n 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 n n n Также имеет значение соотношение дискретных и аналоговых сигналов. Обработка аналоговых сигналов – сложнее. По количеству технологических режимов. Чем больше режимов – тем сложнее система, так 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 n 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 n n 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 n n 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 n n n 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 n 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 n n 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 n Типичная структура системы нефтепереработки выглядит так:

Многоуровневые системы n n Нефть, добытая из скважин (Ск), на которых стоят «качалки» , направляется на станции промежуточного сбора (СПр. Сб), а далее – на станции группового сбора (СГр. Сб), 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.