Структурная схема (по ГОСТ) - это схема, определяющая основные функциональные части системы автоматизации, их назначение и взаимосвязи. Для автоматических систем часто составляют скелетные структурные схемы.
Структурная схема автоматизации предназначена для определения системы контроля и управления ТП данного объекта и установление связей между щитами и пультами управления, агрегатами, операторскими рабочими постами. Структурная схема является основным проектным документом, в котором устанавливаются оптимальные каналы административно-технического и операторского управления. В них отражаются особенности ТП и ТСА при создании локальных систем контроля и автоматизации.
Структурная схема в общем виде отражает используемый комплекс технических средств автоматизации, принцип взаимодействия технологического объекта с устройством управления и оперативным персоналом.
Построение структуры системы управления пресса для литья низа обуви будем производить исходя из контуров регулирования отдельных технологических параметров. Построение структурной схемы в общем виде позволит уточнить ее при выборе ТСА и компоновке выбранного оборудования.
На данном оборудовании можно выделить два объекта управления: ОУ1 - пресс-форма, ОУ2 - литьевая система.
Для первого объекта необходимо контролировать положение (Рисунок 2.1 ДП1, ДП2) и температуру пресс-формы (Рисунок 2.1 ДТ1).
В ОУ2 выделим следующие параметры: температура в трех зонах разогрева (Рисунок 2.1 ДТ2, ДТ3, ДТ4), давления расплава (Рисунок 2.1 ДД1), уровень термоэластопласта в загрузочном бункере (Рисунок 2.1 ДУ1), скорость вращения шнека в ходе цикла (Рисунок 2.1 ДС1).
Электрические сигналы с измерительных преобразователей поступают на управляющее устройство. Наиболее перспективным будет использование промышленного контроллера. Наличие встроенной памяти (RAM), таймеров, счетчиков, множество дискретных и аналоговых входов-выходов, возможность подключения дополнительных модулей, расширяющих возможности использования, унифицированный выходной сигнал - все это говорит в пользу применения промышленного контроллера.
Часть структурной схемы, показывающая устройства воздействия на технологический объект, имеет общий вид и представлена в виде 9 силовых преобразователей (ПР1 - ПР9) и 9 исполнительных механизмов (ИМ1 - ИМ9).
ИМ1 - привод пресс-формы;
ИМ2 - привод выталкивателя;
ИМ3 - регулятор напряжения, подаваемого на ТЭНы пресс-формы;
ИМ4 - двигатель системы охлаждения;
ИМ5, ИМ6, ИМ7 - регулятор напряжения, подаваемого на ТЭНы литьевой системы;
ИМ8 - двигатель вращения шнека;
ИМ9 - вентиль подачи расплава в пресс-форму.
Силовые преобразователи необходимы для преобразования управляющего сигнала промышленного контроллера в силовой, воздействующий непосредственно на ИМ.
На структурной схеме также изображены пульт управления (ПУ), блок аварийной сигнализации (БАС) и наличие канала связи с АСУ предприятия.
Структурная схема изображена на рисунке 2.1
Рисунок 2.1 - Структурная схема автоматизации
За последние годы процессы автоматизации на производстве стали невероятно актуальными с все больше и больше вводится новых методов, устройств и систем, позволяющих снизить нагрузку на человека, переложив ее на технику. На многих заводах появляются автоматические станки, которые выполняют все те же функции, только с гораздо большей точностью и с меньшими затратами времени. Более того, отдельно стоит отметить тот факт, что автоматизация позволяет снизить риск для людей, которым ранее приходилось работать в невероятно трудных и опасных для здоровья условиях. Теперь им не нужно находиться в самом эпицентре происходящего - операторы машин управляют ими с расстояния из безопасного помещения.
Таким образом, можно смело сказать, что автоматизация - это движение в будущее, невероятный прогресс, который идет только на пользу человечеству. Однако в данной статье речь пойдет не об автоматизации в целом, а о том, что такое схема автоматизации, как она составляется и как используется. Для многих людей данное понятие может показаться странным. Практически никто не сможет просто так взять и угадать, для чего она нужна или что она вообще собой представляет. Обо всем этом подробно будет рассказано далее, но для начала вам стоит уяснить, что схема автоматизации - это очень важная вещь, без которой сам процесс автоматизации был бы невозможен.
Что такое функциональная схема?
Прежде чем разбираться с главным понятием данной статьи, которым является схема автоматизации, стоит обратить внимание на то, что чаще всего к этому названию добавляется еще и прилагательное «функциональная». Но это ничего не проясняет - все становится только еще более запутанным. Что такое Так называется документ, который создан для того, чтобы разъяснять и в деталях описывать определенные процессы, протекающие в отдельно взятом блоке или на конкретном участке. Таким образом, можно смело сделать вывод, что схема автоматизации в данном случае будет представлять собой пояснение (частично даже наглядное) для процесса автоматизации на каком-либо конкретном предприятии. Естественно, это довольно общее определение, поэтому вам и стоит углубиться в чтение данной статьи, так как в ней будет гораздо более подробно описано все, что связано с этим понятием, его реализацией и применением на практике.
Изменения за последние годы
Само собой разумеется, что у всего имеется свой стандарт. Имеется он и у такого понятия, как схема автоматизации: ГОСТ. Но стоит понимать, что стандарты не стоят на месте, и особенно это касается таких высокотехнологических процессов. За последнее десятилетие очень сильно изменился набор технических средств, используемых в процессе автоматизации, поэтому сильно изменились и стандарты.
Теперь основываются на современных супермощных компьютерах, способных продемонстрировать гораздо более внушительную вычислительную мощность, чем те же десять лет назад. Именно поэтому сейчас стали доступных гораздо более обширные функции для автоматизированных систем, включающие в себя сохранение результатов за любой период времени, вывод информации в любой момент в удобной форме, создание специальных детальных мнемосхем, которые позволяли бы использовать любые параметры для невероятно точного управления практически всеми возможными системами.
Сейчас контролеры стали гораздо более емкими, они могут размещаться как в специализированных помещениях в непосредственной близости к автоматизированной системе, так и на удаленном расстоянии, что позволяет использовать гораздо более гибкую систему контроля. Таким образом, вы можете легко себе представить, как сильно будет отличаться от документа десятилетней давности современная схема автоматизации. ГОСТ 2006 года будет уже абсолютно не актуален на сегодняшний день, собственно говоря, как и сами автоматизированные системы, которые сейчас можно заменить гораздо более эффективными.
Как выглядит схема автоматизации?
Ни для кого не секрет, что подобная схема является одним из самых важных документов для проектирования автоматизации предприятия, цеха или любой другой единицы производства. На ней в мельчайших деталях описано абсолютно все, что будет включать в себя автоматизация, в том числе технологическое оборудование, органы управления этим оборудованием, коммуникации и связи между элементами и так далее.
Также очень важно помнить, какое большое значение имеют обозначения на схемах автоматизации - именно они и превращают обычный документ в емкую и четкую схему. Одного взгляда на нее достаточно, чтобы в общем оценить весь процесс автоматизации и понять, что и как будет реализовываться. Обозначения на схемах автоматизации должны быть максимально четкими, потому что на основании такого чертежа будут разрабатываться уже другие соответствующие документы, которыми будут пользоваться в дальнейшем. Таким образом, данная схема, как вы уже поняли, является одним из наиболее важных элементов всего процесса автоматизации, и ее выполнение должно быть на высочайшем уровне - вплоть до мельчайших деталей.
Что изображается на схеме?
Автоматизации - это не детальное изображение всех элементов производства и коммуникации между ними. Во-первых, стоит отметить, что абсолютно все элементы отображаются на схеме условно, то есть они не соответствуют тому, как выглядят в реальности. Во-вторых, масштаб не соблюдается, так что схема не имеет ничего общего с тем, как все оборудование расположено в реальных пропорциях и соотношениях. Чтобы разобраться с данной схемой, вам нужно понять, что это лишь условная зарисовка, которая дает смотрящему представление о том, как именно функционируют элементы производственного процесса, а также как они будут при этом взаимодействовать с системой автоматизации.
Функциональная схема автоматизации, в принципе, имеет общепринятый формат, так что большинство обозначений являются стандартизированными. К примеру, по ГОСТу необходимо изображать оборудование и коммуникации тонкими линиями, в то время как технологические потоки обозначаются более жирными. Существует большое количество различных обозначений, и? чтобы узнать их все, вам придется ознакомиться с ГОСТом.
Однотипные приборы
Схемы автоматизации процессов могут быть очень многочисленными. В зависимости от того, какое количество оборудования входит в план, какое число цехов и отделений составляют единое целое, стоит задуматься об оптимизации процесса планирования. И самое первое правило касается однотипных приборов. Дело в том, что обычно схема включает в себя большое количество элементов, так как различные отделы требуют разного подхода. Однако если случается так, что имеются однотипные приборы или элементы, то их можно описывать одной схемой, давая на нее ссылку в других источниках.
Допустим, у вас имеется пять одинаковых приборов, которые вам необходимо отобразить в пояснительном документе. Если они действительно одинаковы, используют тот же самый принцип автоматизации. То есть вы можете создать схему для первого из этих приборов, после чего указать, что эта же схема применима и для остальных четырех приборов. Как видите, схемы управления автоматизации имеют множество интересных и важных моментов, которые стоит изучить, так как они значительно облегчат вам жизнь и сделают процесс гораздо более удобным и эффективным.
Таблицы с условными обозначениями
Казалось бы, такая мелочь, как условные обозначения схем автоматизации, должна выполняться в относительно свободном порядке, однако на самом деле все далеко не так, и это очень жестко контролируется. Вам необходимо создать отдельную таблицу для условных обозначений, в которой будет два столбца - в одном будет содержаться наименование конкретного прибора, определенной коммуникации и так далее, а в другом будет изображено непосредственно само условное обозначение. При этом все условия являются довольно жесткими - задается даже конкретная ширина столбцов в этой таблице, так что вам не дается пространства для фантазии.
Конечно, вы можете придумывать собственные условные обозначения, но здесь, опять же, существуют свои нормы, которых обычно все придерживаются. То есть нет каких-либо конкретных обозначений, например, для соединения трубопроводов или их пересечения, однако в большинстве случаев принято изображать их в качестве совмещающихся друг с другом линий, а также с помощью одной сплошной и другой прерывистой или же с помощью двух линий, одна из которых совершает полукруглый изгиб в месте пересечения. Но вам стоит помнить, что даже если вы используете общепринятое обозначение, вам все равно необходимо отметить его в таблице условных обозначений. Только таким образом выполняются функциональные схемы средств автоматизации.
Буквенные обозначения
Одним из важнейших моментов в вопросах схем автоматизации, независимо от того, функциональная ли это таблица или принципиальная схема автоматизации, являются буквенные обозначения. Они играют очень большую роль и несут в себе внушительный объем смысловой нагрузки, поэтому вам определенно стоит изучить то, что может обозначать та или иная буква, которая будет написана в определенных условиях. В первую очередь обратите внимание на то, что одна и та же буква может иметь несколько значений. Например, она может использоваться для обозначения измеряемой величины и одновременно функционального признака прибора. Да, большинство букв имеют какое-либо одно из двух описанных выше обозначений. Например, "A" обозначает сигнализацию, а "E" указывает на электрическую величину. Но есть и такие буквы, которые могут описывать как один, так и другой раздел. Например, "H" - это может быть и ручное воздействие, и верхний предел измеряемой величины.
Два метода создания схем
Схемы систем автоматизации могут иметь два метода обозначения, и это очень важный момент. Они сильно влияют на то, как именно в дальнейшем будет составляться целая схема. Итак, метод может быть упрощенным и развернутым. В первом случае схема является упрощенной до минимума. Конкретно это выражается в том, что все средства автоматизации, входящие в план, изображаются одинаково, то есть для них нет конкретных условных обозначений. Что касается второго метода, то здесь все уже гораздо сложнее и разнообразней. Каждое средство автоматизации наносится на схему своим собственным обозначением, которое, естественно, записывается в отдельную таблицу, о которой речь уже шла выше.
Широко применяются оба подхода, просто каждый из них используется в зависимости от ситуации. В некоторых случаях гораздо удобнее сделать набросок, в котором будут обозначены все средства автоматизации в качестве одного элемента. Это позволит иметь представление о системе в целом. Но иногда гораздо важнее бывает глубокое понимание процесса автоматизации, поэтому каждая деталь схемы вырисовывается отдельно. Однако стоит напомнить, что даже в этом случае масштаб не соблюдается. По каждому виду схем вполне может проводиться полноценная автоматизация. может быть очень много, но они не имеют какого-то усредненного вида. Каждая выглядит немного иначе даже с учетом того, что очень многое на ней должно соответствовать принятым стандартам.
Графические изображения средств автоматизации
Функциональная схема автоматизации процесса может включать в себя огромное количество обозначений, однако есть те, которые вы там увидите довольно часто. Речь идет об обозначениях, которые привязываются к конкретным средствам и приборам автоматизации, широко используемым в современных системах. Естественно, их видов существует просто огромное количество и сейчас нет смысла перечислять их все. Но вы можете представить себе несколько основных, таких как первичный который изображается крайне просто - с помощью круга. Но если вы увидите круг, который разделен линией пополам, то это будет совершенно другое устройство - прибор, который устанавливается на пульте управления.
Если же вы видите круг, от которого отходит прямая линия вниз, то это значит, что перед вами исполнительный механизм - но это только лишь общее обозначение. Существует несколько видов и у каждого из них условное обозначение преобразовывается дополнительными элементами, например, стрелочкой на конце прямой линий с одой из сторон, двумя короткими прямыми линиями, перечеркивающими перпендикулярно одну длинную прямую, буквой в центре круга и так далее. Регулирующий орган обозначается в виде своего рода «бантика» - двух треугольников, которые соприкасаются одной из вершин. Также стоит отметить и отборное устройство, которое не имеет постоянно подключенного к нему прибора. Оно обозначается полукругом с отходящей от него прямой линией вверх.
Цифры на схеме
Пока что речь шла исключительно о графических обозначениях, которые вы можете обнаружить на функциональной схеме автоматизации, а также мы поговорили о буквах, которые можно и нужно использовать на этих схемах. Однако не стоит забывать о том, что цифры также могут быть использованы при составлении подобного чертежа. Вам стоит понимать, что на функциональной схеме должно быть отмечено абсолютно все, и чем больше способов обозначения имеется, тем лучше и тем более понятной выйдет схема. Поэтому вам обязательно стоит использовать цифры, так как их преимуществом является тот факт, что за ними не закреплено никаких значений. Вам необходимо будет создать полную таблицу, в которой вы опишете, какое значение придается той или иной цифре. При этом необходимо помнить, что лучше всего таким символам придавать схожие, родственные значения.
В качестве примера можно привести схему автоматизации трубопровода. Цифрами на ней можно обозначить все вещества, которые протекают по определенным отрезкам труб. Цифра 1 - это вода, цифра 2 - пар, 3 - воздух и так далее. Естественно, у каждой схемы имеется своя специализация, поэтому данные обозначения являются только лишь примером. Вы можете свободно выбирать, как именно обозначать тот или иной элемент вашей схемы при помощи цифр.
В итоге можно сказать, что автоматизация - это очень важный и распространенный на сегодняшний день процесс, который играет очень серьезную роль в развитии промышленности, в производстве и вообще в любой сфере деятельности. Так что составление грамотной и точной функциональной схемы автоматизации - это также очень полезный навык, поскольку благодаря подобным документам процесс автоматизации проводится гораздо быстрее и эффективнее. Развернутая и четкая схема автоматизации - это залог качественного выполнения плана и дальнейшего функционирования автоматизированного производства. Поэтому данному вопросу на сегодняшний день уделяется такое пристальное внимание.
При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т.е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.
Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность его работы, снижение относительной стоимости системы управления, ее надежности, ремонтоспособности и т.д.
В общем случае любая система может быть представлена:
конструктивной структурой;
функциональной структурой;
алгоритмической структурой.
В конструктивной структуре системы каждая ее часть представляет собой самостоятельное конструктивное целое.
В конструктивной схеме присутствуют:
Объект и система автоматизации;
Информационные и управляющие потоки.
В алгоритмической структуре каждая часть предназначена для выполнения определенного алгоритма преобразования входного сигнала, являющегося частью всего алгоритма функционирования системы.
Проектировщик разрабатывает алгоритмическую структурную схему (АСС) объекта автоматизации по дифференциальным уравнениям или графическим характеристикам. Объект автоматизации представляется в виде нескольких звеньев с различными передаточными функциями, соединенными между собой. В АСС отдельные звенья могут не иметь физической целостности, но соединение их (схема в целом) по статическим и динамическим свойствам, по алгоритму функционирования должно быть эквивалентно объекту автоматизации. На рисунке 9.2 дан пример АСС АСУ.
В функциональной структуре каждая часть предназначена для выполнения определенной функции.
В проектах автоматизации изображают конструктивные структурные схемы с элементами функциональных признаков. Полные сведения о функциональной структуре с указанием локальных контуров регулирования, каналов управления и технологического контроля приводятся в функциональных схемах.
Структурная схема АСУ ТП разрабатывается на стадии “Проект” при двухстадийном проектировании и соответствует составу системы.
На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам АСУ ТП с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления, оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом, состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП.
На структурной схеме показывают следующие элементы:
Технологические подразделения (отделения, участки, цеха, производства);
Пункты контроля и управления (местные щиты, операторские и диспетчерские пункты, блочные щиты и т.д.);
Технологический персонал (эксплуатационный) и дополнительные специальные службы, обеспечивающие оперативное управление;
Основные функции и технические средства, обеспечивающие их реализацию в каждом пункте контроля и управления;
Взаимосвязь между подразделениями и с вышестоящей АСУ.
Структурная схема системы автоматизации выполняется по узлам и включает все элементы системы от датчика до регулирующего органа с указанием места расположения, показывая их взаимосвязи между собой.
Для общего ознакомления с системой предназначена структурная схема (рис. 6.2). Структурная схема - это схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи .
Структура - это совокупность частей автоматизированной системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействия между ними. В общем случае любая система может быть представлена следующими структурами:
- ? конструктивной - когда каждая часть системы представляет собой самостоятельное конструктивное целое;
- ? функциональной - когда каждая часть системы предназначена для выполнения определенной функции (полные сведения о функциональной структуре с указанием контуров регулирования даются на схеме автоматизации);
Рис. 6.2.
? алгоритмической - когда каждая часть системы предназначена для выполнения определенного алгоритма преобразования входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования.
Надо отметить, что для простых объектов автоматизации структурные схемы могут не приводиться.
Требования к данным схемам устанавливает РТМ 252.40 «Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Структурные схемы управления и контроля». Согласно этому документу конструктивные структурные схемы содержат: технологические подразделения объекта автоматизации; пункты
контроля и управления, в том числе не входящие в состав разрабатываемого проекта, но имеющие связь с проектируемой системой; технический персонал и службы, обеспечивающие оперативное управление и нормальное функционирование технологического объекта; основные функции и технические средства, обеспечивающие их реализацию в каждом пункте контроля и управления; взаимосвязи между частями объекта автоматизации.
Элементы структурной схемы изображают в виде прямоугольников. Отдельные функциональные службы и должностные лица допускается изображать кружком. Внутри прямоугольников раскрывается структура данного участка. Функции автоматизированной системы управления технологическим процессом указываются условными обозначениями, расшифровка которых дается в таблице над основной надписью по ширине надписи. Взаимосвязь между элементами структурной схемы изображают сплошными линиями, слияния и разветвления - линиями с изломом. Толщина линий следующая: условных изображений - 0,5 мм, линий связи - 1 мм, остальных - 0,2...0,3 мм. Размеры элементов структурных схем не регламентируются и выбираются по усмотрению.
В примере (рис. 6.2) приведен фрагмент выполнения конструктивной схемы управления и контроля станции водоочистки. В нижней части раскрыты технологические подразделения объекта автоматизации; в прямоугольниках средней части - основные функции и технические средства пунктов местного управления агрегатами; в верхней части - функции и технические средства пункта централизованного управления станцией. Поскольку схема занимает несколько листов, обозначены переходы линий связи па последующие листы и показан обрыв прямоугольника, раскрывающего структуру объекта автоматизации.
На линиях связи между отдельными элементами системы управления может быть указано направление передаваемой информации или управляющих воздействий; при необходимости линии связи могут быть помечены буквенными обозначениями вида связи, па- пример: К - контроль, С - сигнализация, ДУ - дистанционное управление, АР - автоматическое регулирование, ДС - диспетчерская связь, ПГС - производственная телефонная (громкоговорящая) связь и т.п.
3.1 Структура автоматизированных систем
При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить вопросы выбора структуры управления, т.е. с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размешаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними.
Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.
Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность её работы, снижение относительной стоимости системы управления, ее надежности, ремонтоспособности и т.д.
В самом общем виде структурная схема системы автоматизации представлена на рисунке 6. Система автоматизации состоит из объекта автоматизации и системы управления этим объектом. Благодаря определенному взаимодействию между объектом автоматизации и системой управления, система автоматизации в целом обеспечивает требуемый результат функционирования объекта, характеризующийся параметрами x 1 , х 2 , …, x n .
К этим параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие конечный продукт технологического процесса, отдельные параметры, определяющие ход технологического процесса, его экономичность, обеспечение безаварийного режима и т.д.
Рисунок 6 – Структурная схема системы автоматизации
Кроме
этих основных параметров, работа
комплексного объекта автоматизации
характеризуется рядом вспомогательных
параметров
y 1 ,
y 2 ,…,
y j ,
которые также должны
контролироваться и регулироваться
(например, поддерживаться постоянными).
К такого рода параметрам можно отнести,
например, величины, характеризующие
работу установок подготовки технологического
пара, насосных станций оборотного
водоснабжения и т.д. От этих установок
требуется только подача на вход
технологической установки сырья и
энергоносителей с заданными параметрами.
При этом необходимая дозировка подачи
сырья и энергоносителей осуществляется
средствами управления, относящимися к
технологической установке.
В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f 1 , f 2 ,…, f i вызывающие отклонения параметров x 1 , х 2 ,…, х n от их требуемых значений. Информация о текущих значениях x 1 , х 2 ,…, х n ; y 1 , y 2 ,…, y j , поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g 1 , g 2 ,…, g k , в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия 1 , 2 ,…, m для компенсации отклонений выходных параметров от их заданных значений.
Таким образом, объект автоматизации в общем случае состоит из нескольких, в большей или меньшей степени, связанных друг с другом участков управления. Участки управления физически могут представляться в виде отдельных установок, агрегатов и т.д. или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок, агрегатов и т.д.
В свою очередь, система управления, в зависимости от важности регулируемых параметров, квалификации эксплуатационного персонала, которым необходимо знать их значения для осуществления оптимального управления объектом, в общем случае, должна обеспечивать разные уровни управления объектом автоматизации, т.е. должна состоять из нескольких пунктов управления, в той или иной степени взаимосвязанных друг с другом.
С учетом изложенного структуры управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми централизованными, одноуровневыми децентрализованными и многоуровневыми. Одноуровневые системы управления, в которых управление объектом осуществляется с одного пункта управления, называются централизованными . Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называются децентрализованными .
Структурные схемы одноуровневых централизованных и децентрализованных систем приведены на рисунке 6, на котором стрелками показаны только основные потоки передачи информации от объекта управления к системе управления и управляющие воздействия системы на объект управления. На рисунке 7 отдельные части сложного объекта управления, управляемые соответственно с пунктов управления ПУ1 … ПУ3 разделены штриховыми линиями.
Рисунок 7 – Примеры одноуровневых систем управления:
а – централизованная система; б – децентрализованная система; ЦПУ – центральный пост управления; ПУ1… ПУ 3 – местные посты управления данного уровня
До разработки концепции интеграции систем управления предприятия и основ CALS-технологий, одноуровневые централизованные системы применялись в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории. Это было обусловлено тем, что большинство промышленных объектов в прошлом и настоящем времени представляют собой сложные комплексы, отдельные части которых расположены на значительном расстоянии друг от друга. Более того, кроме основных технологических установок, объекты промышленности, в том числе и строительной, имеют большое число вспомогательных установок-подобъектов (промышленные котельные установки, компрессорные станции, насосные отделения оборотного водоснабжения, котлы-утилизаторы, очистные сооружения и т.п.), которые необходимы для обеспечения технологических установок всеми видами энергии, а также для утилизации и нейтрализации остаточных продуктов технологического процесса.
При использовании проводных связей, система управления такого комплексного объекта, построенная по одноуровневой централизованной системе получается достаточно сложной, в виду усложнения коммуникаций, кроме того, резко возрастают затраты на изготовление такой системы управления и ее эксплуатации. Центральный пункт управления, без применения SCADA-систем (построении мнемосхем на панелях щитов и пультов, с помощью цветной проволоки, или краски, и стрелочных или самопишущих приборов) получается очень громоздким. Переработка информации, большая часть которой является ненужной для непосредственного ведения технологического процесса, представляла ранее достаточно большие затруднения. Удаленность пункта управления от того или иного вспомогательного подобъекта затрудняла принятие оперативных мер по устранению тех или иных неполадок. Поэтому ранее, в основном, на сложных комплексных объектах управления, применялась одноуровневая децентрализованная система управления.
С появлением SCADA-систем, CALS-технологий, развитием аппаратной части электронно-вычислительных машин и появлением достаточно надежных беспроводных систем передачи информации, при автоматизации сложных комплексных объектов управления, вновь стали применяться централизованные системы управления. Основная концепция систем управления, построенных по принципам CALS-технологий и факт использования возможностей SCADA-систем, диктует необходимость централизации систем управления (за счет применения единой базы данных, куда стекается вся информация об объекте управления, управляющих и измеряемых возмущающих воздействиях).
Разработанные, в последнее десятилетие, линейные и нелинейные устройства управления позволяют успешно управлять локальными низкоуровневыми объектами сложного производственного процесса, и, кроме того, приспособлены к передаче информации об объекте управления, управляющих и измеряемых возмущающих воздействиях в единую базу данных предприятия, с использованием стандартных сетевых протоколов. Этот факт диктует необходимость создания многоуровневых (минимально – двухуровневых) систем управления. Нижним уровнем в таких системах являются локальные регуляторы, а верхним – SCADA-система, с помощью которых диспетчеры контролируют работу систем нижнего уровня и задают управляющие воздействия на локальные регуляторы, а также различные системы, осуществляющие анализ производственного процесса и позволяющие определять оптимальные или рациональные режимы работы оборудования. В идеале, в будущем, должны быть созданы автоматические, адаптирующиеся (саморегулирующиеся) системы управления, роль человека в которых должна быть сведена только к контролю за ее работой.
В качестве примера абстрактной многоуровневой системы управления на рисунке 8 представлена трехуровневая система управления сложным объектом с разветвленными технологическими связями между установками. Отдельные технологические установки управляются децентрализовано с пунктов управления 1…7. Это первый уровень управления. С пунктов 1…7 соответственно управляются объекты, имеющие существенную технологическую взаимосвязь. В связи с этим наиболее ответственные регулируемые параметры установок передаются на пункты управления 8…10 второго уровня управления. Основные параметры, определяющие технологический процесс объекта в целом, могут управляться и контролироваться с пункта управления 11 третьего уровня.
Рисунок 8 – Пример трехуровневой системы управления:
I…III уровни управления.
Для первого уровня при проектировании целесообразно предусматривать три режима управления:
командами, поступающими от уровня более высокого ранга;
командами, формирующимися непосредственно на первом уровне;
командами, поступающими как с уровня более высокого ранга, так и формирующимися непосредственно на первом уровне.
Для уровня второго ранга и выше возможны четыре режима работы:
аппаратура данного i-го ранга принимает и реализует в управляющие воздействия команды (i + 1) – го ранга;
команды формируются непосредственно на аппаратуре i-го ранга;
все функции управления с i-го ранга передаются на аппаратуру (i – 1) – го ранга;
часть команд на аппаратуру i-го ранга поступает с (i + 1) – го ранга, часть команд формируется на i-м ранге, часть функций управления передана на аппаратуру (i – 1) – го ранга.
Аппаратура i-го ранга соответственно должна иметь переключатели режимов на четыре положения с четкой сигнализацией положений.
Перевод аппаратуры с режима 1 на режим 2 осуществляется по команде или с разрешения оператора системы вышестоящего ранга.
Передача функций управления тем или иным параметром на нижестоящий ранг осуществляется только после приема команды о передаче и подтверждения оператора системы нижестоящего ранга о готовности к принятию на себя тех или иных функций управления (формирования команд).
Многоуровневая структура системы управления обеспечивает ее надежность, оперативность, ремонтопригодность. При этом легко решается оптимальный уровень централизации управления с минимальным количеством средств технологического контроля, управления и линий связи между ними.
АСУ ТП классифицируются на уровни классов 1, 2 и 3.
К классу 1 (АСУ ТП нижнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие агрегатами, установками, участками производства, не имеющие в своем составе других АСУ ТП (характерный пример – регуляторы).
К классу 2 (АСУ ТП верхнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие группами установок, цехами, производствами, в которых отдельные агрегаты (установки) имеют свои локальные системы управления, не оснащенные АСУ ТП класса 1.
К классу 3 (АСУ ТП многоуровневые) относятся АСУ ТП, объединяющие в своем составе АСУ ТП классов 1, 2 и реализующие согласованное управление отдельными технологическими установками или их совокупностью (цехом, производством).
Построение систем автоматизации по уровням управления определяется как требованиями снижения трудозатрат на их реализацию, так и целями (критериями) управления технологическими объектами.
В общем случае любая система может быть представлена конструктивной, функциональной или алгоритмической структурой. В конструктивной структуре системы каждая ее часть представляет собой самостоятельное конструктивное целое. Примерами изображения конструктивных структурных схем системы автоматизации могут служить рисунки 6…8.
В функциональной структуре каждая часть предназначена для выполнения определенной функции, в алгоритмической – для выполнения определенного алгоритма преобразования входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования системы в целом.
В проектах автоматизации изображают конструктивные структурные схемы с элементами функциональных признаков.
Полные сведения о функциональной структуре с указанием локальных контуров регулирования, каналов управления и технологического контроля приводятся в функциональных схемах.
Алгоритмические структурные схемы по контурам регулирования крайне необходимы при производстве наладочных работ систем автоматизации.
Загрузка...