АСУ ТП (Лекция)
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Структура современной АСУТП,
ее функции и основные разновидности
2. Состав АСУТП
3. Использование SCADA –систем
при создании АСУТП
1. Структура
современной АСУТП, ее функции и основные разновидности
Назначение, цели и функции
АСУТП
Назначение современных АСУТП можно определить, как
целенаправленное ведение технологического процесса и обеспечение смежных и
вышестоящих систем управления необходимой информацией.
Во многих ситуациях назначением АСУТП является достижение
реализуемости и устойчивости технологического процесса при высоких интенсивных
и экономичных режимах использования оборудования.
Создание
и функционирование каждой АСУТП должно быть направлено на получение
определенных технико-экономических результатов (снижение себестоимости
продукции, уменьшение потерь, повышение производительности труда, качества
продуктов, улучшение условий труда персонала и т.д.)
Поэтому
после определения назначения АСУТП необходимо четко конкретизировать цели
функционирования системы.
Примерами таких целей для промышленных технологических
объектов могут служить:
1)
Обеспечение безопасности функционирования ТОУ;
2)
Стабилизация параметров входных потоков;
3)
Получение заданных параметров входных потоков;
4)
Оптимизация режима работы оборудования;
5)
Согласование режимов работы оборудования.
Степень достижения поставленных целей характеризуют
понятием критерия управления.
Критерий управления это показатель, характеризующий качество ведения
технологического процесса. Критерий управления в строгой математической форме
конкретизирует цель создания данной системы.
Например, технологический критерий минимум потерь меди с
отвальными шлаками при функционировании АСУТП процесса электроплавки,
отражательной плавки.
Одним
из общих критериев управления является критерий определяющий наибольший
экономический эффект при функционировании АСУТП, который определяется разностью
стоимостей получаемой готовой продукции и сырья, энергии, рабочей силы и т. д.
Оптимальным будет такое управление процессом, которое
позволит добиться максимального значения этой разности.
Как правило, общий критерий экономической эффективности
управления технологическим процессом часто не применим из-за сложности
определения необходимых количественных зависимостей в конкретных условиях
(например в отдельном технологическом процессе электроплавке или дуговой
плавке, где конечный продукт (штейн) не является товарным и он не имеет
конкретной цены).
В таких случаях формируют частные критерии, например:
1) максимальная производительность агрегата;
2)минимальная себестоимость
продукции при заданных количественных и качественных характеристиках продукции;
3)минимальный расход некоторых
компонентов, например дорогостоящих катализаторов, фотореагентов.
Таким образом, в АСУТП технологическим объектом управления
(ТОУ) необходимо в нужном темпе выполнять множество взаимосвязанных различных
действий, т.е. собирать и анализировать информацию о состоянии процесса,
регистрировать значения одних переменных и стабилизировать другие, принимать и
реализовывать соответствующие решения по управлению объектом и т.д. Именно эта
«деятельность» АСУТП была раннее названа функционированием АСУТП, т.е.
выполнением системой установленных функций.
Дадим определение и краткое разъяснение этого понятия:
Функция АСУТП – это совокупность действий системы,
направленных на достижение частной цели управления.
Различают информационные и управляющие функции
АСУТП.
К информационным функциям относят такие функции АСУТП,
результатом выполнения которых является представление оператору системы (или
какому либо внешнему получателю) информации о ходе управляемого процесса.
Примеры информационных функций АСУТП:
1)
Контроль за основными параметрами процесса;
2)
Изменение или регистрация по выводу оператора
интересующих его параметров процесса;
3)
Информирование оператора (по его запросу) о
производственной ситуации на том или ином участке объекта управления в данный
момент;
4)
Вычисление по вызову оператора некоторых комплексных
показателей, неподдающихся непосредственному измерению и характериз3ующими
качество продукции или что-то другое и т.д.
Управляющие функции АСУТП:
Это действия по выработке и реализации управляющих
воздействий на объекте управления.
К основным управляющим функциям АСУТП относятся:
1)
Стабилизация переменных технологического процесса
(например, температура в пламени печи нужно стабилизировать в заданном режиме 12000
С).
2)
Программное изменение режима процесса по заранее
заданным законам (например, изменение температуры по длине печи при прохождении
заготовки в индукционной печи).
3)
Распределение материальных потоков и нагрузок между
технологическими агрегатами (например, распределение шихты флюсующих материалов
при параллельной работе нескольких печей).
Разновидности АСУТП
Современные АСУТП очень разнообразны и могут отличаться
друг от друга по функциональному составу, степени автоматизации управления
объекта, применяемым технологическим средством и многим другим.
АСУТП бывают:
1)
Функционирующие без вычислительного комплекса (система
МАРС на УКТМК, диспетчеризация на ДГМК, БГМК).
2)
АСУТП с ВК, выполняющим информационные функции.
3)
АСУТП с ВК, выполняющие управляющие функции в режиме
«Советчика» (управление через оператора)
4)
АСУТП с ВК, выполняющие функции центрального
управляющего устройства (супервизорное управление). (Осуществляется управление
от ЭВМ непосредственно через регуляторы на объект управления. Оператор
обеспечивает лишь разовые корректировки коэффициентов модели при изменяющихся
характеристиках сырья с клавиатуры).
5) АСУТП с ВК, выполняющим функции непосредственного (прямого) цифрового управления (ЭВМ непосредственно воздействует на исполнительные механизмы, а регулятор вообще исключаются из системы).
Рис. 1. АСУТП с ВК,
выполняющий информационно вычислительные функции
2. Состав АСУТП
Состав и строение любой АСУТП выбираются так, чтобы система
соответствовала общим техническим требованиям, ГОСТАМ и требованиям,
содержащимся в техническом проекте на создание АСУТП.
В состав любой АСУТП входят следующие крупные основные
части системы:
1. Оперативный персонал
2. Информационное обеспечение
3. Организационное обеспечение
4. Программное обеспечение
5. Техническое обеспечение
Упрощенная схема взаимодействия этих основных частей
показана на рисунке. (Рис. 2)
Рис. 2. Схема взаимодействия частей АСУТП
Рассмотрим подробнее эту схему:
Прежде всего, напомним себе, что процесс функционирования
АСУТП по существу является процессом целенаправленного преобразования входной
информации в выходную.
Так вот в АСУТП это преобразование выполняется совместно
оперативным персоналом и техническим обеспечением (КТС).
Именно эти две составляющие АСУТП собирают информацию от
объекта и других внешних источников, обрабатывают, анализируют, а затем
принимают решение по управлению и реализуют это управление.
А чтобы люди, т.е. оперативный персонал и комплекс
технических средств функционировали правильно (т.е. в соответствии с принятым
критерием), их необходимо обеспечить соответствующими правилами инструкциями.
Для оперативного персонала эту задачу обеспечивает
документы организационного обеспечения, а для КТС – программное обеспечение.
Совокупность соглашений, т.е. множество принятых форм и
массивов данных документов, перечней, кодов и правил их расшифровки образуют
еще один основной компонент АСУТП – это информационное обеспечение.
Оперативный персонал – состоит из технологов-операторов
(диспетчеров), осуществляющих контроль и управление объектом и
эксплуатационного персонала обеспечивающих эксплуатацию всей техники.
Состав оперативного персонала АСУТП и установленные
взаимоотношения между его работниками определяют организационную структуру
системы.
Организационное обеспечение АСУТП представляет собой
совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования
оперативного персонала данной системы (технологические инструкции, регламенты,
инструкция по эксплуатации системы и т. д.)
Техническое обеспечение включает комплекс технических
средств, контроля должна быть достаточной для выполнения всех функции АСУТП.
В состав технического обеспечения входят средства получения
(датчики), преобразования (преобразователи), передачи отображения информации
(УСО, дисплей), управляющие, вычислительные и исполнительные устройства.
Математическое
обеспечение – это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов,
используемых при разработке и функционировании системы. (Рассказать о
математических моделях, методах, адаптации, об оптимальности, критерии
управления и т.д., алгоритмах управления, сглаживания, фильтрации и т.д.)
Программное и информационное обеспечения входят в состав
каждой АСУТП имеющей ЭВМ.
Если математическое обеспечение фиксирует идейные аспекты
организации управления, то программное и информационное обеспечение
представляет собой конкретную реализацию комплекса машинных алгоритмов
функционирования системы.
Программное обеспечение охватывает круг решений, связанных с разработкой и эксплуатационной программ ЭВМ, а информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы информационного отображения состояния объекта управления, как в виде данных в ЭВМ, так и в виде документов, графиков, сигналов для их представления специалистам, участвующим в управлении процессом.
3. Использование SCADA-систем при создании
АСУТП
Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition) является
основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом
автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в
жизненно важных и критических с точки зрения безопасности и надежности
областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные
автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в
космической и военной областях, в различных государственных структурах.
SCADA
– процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для
обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование
обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех
необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора
(диспетчера). В то же время понятие «реального времени» отличается для
различных SCADA систем.
Все современные SCADA системы включают три основных структурных компонента
(рис.3).
Рис. 3. Основные структурные
компоненты SCADA
системы
Remote Terminal Unit (RTU) – удаленный терминал,
осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр
его воплощений широк – от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации
с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых
многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих
обработку информации и управления в режиме жесткого реального времени.
Master Terminal Unit
(MTU), Master Station (MS) – диспетчерский пункт управления
(главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня,
как правило, в режиме мягкого (квази-) реального времени; одна из основных
функций – обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HML, MMI).
Communication System
(CS) – коммуникационная
система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек
(объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи
сигналов управления на RTU
(или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы).
Хорошо известными в мире является следующие SCADA системы: In Touch, Fix, Lookout, Genesis
32, Win CC и
другие.