Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

Регулятор получает информацию об изменении регулируемой вели-

чины с запаздыванием

, и размах автоколебаний равен уже не 2σ (в отно-

сительных единицах), а больше (рис. 6.48). Приращения Δσ

и Δσ

возникают благодаря тому, что вследствие инерционности объекта пе-

реключения регулирующего воздействия происходят на время

позже.

Штриховая кривая на рис. 6.48 соответствует изменению

(

)

(

)

tjj

-= tt

Для определения параметров автоколебаний проведем секущие через

точки A, B и С, D до пересечения с линиями установившихся значений

и 0

. В результате геометрических построений образуется две

пары подобных треугольников:

ABEAGF

CDHCNM

. Следова-

тельно,

, откуда

Учитывая, что ;

D=AE ;

BE ;1

--=AF ;2/

TFD ;

D=CH

;

CM ;

, получим

-×

--×

).(

);(

(6.57)

Тогда размах автоколебаний в относительных величинах будет

).21(

222

sssss

+=D+D+=

(6.58)

В абсолютных величинах размах автоколебаний будет ранен

Период автоколебаний можно определить по формуле

(6.59)

где

)1(

-×

(6.60)

подставив

= ,

(6.61)

Приращения амплитуды колебаний Δσ

и Δσ

зависят от отношения

. Для больших значений этого отношения релейные АСР могут ока-

заться непригодными. Практика показывает, что для удовлетворительной

работы релейной АСР необходимо, чтобы

6.6. Автоматизированные системы управления

технологическими процессами (АСУ ТП) и гибкие

автоматизированные производства (ГАП).

Робототехнические системы (РТС)

6.6.1. Общая характеристика АСУ ТП

АСУ ТП

это человекомашинная система, обеспечивающая эффек-

тивное функционирование технологического объекта на основе быстрой и

точной информации о состоянии объекта и выработки соответствующих

команд управления объектом с помощью средств автоматизации и вычис-

лительной техники. При этом под технологическим объектом управления

(ТОУ) понимается технологическое оборудование и реализуемый в нем

технологический процесс производства или транспортирования продук-

ции.

Совокупность совместно функционирующих АСУ ТП и ТОУ называ-

ется автоматизированным технологическим комплексом (АТК).

АСУ ТП отличает преобладание задач оперативного управления ТОУ

над задачами организационно-экономического типа, характерных для ав-

томатизированных систем управления предприятием (АСУ П) объедине-

нием (АСУ О), отраслью (О АСУ), т.е. АСУ ТП функционирует в одном

темпе с управляемым объектом, или в реальном масштабе времени.

Социально-экономические причины появления АСУ ТП обусловлены

тем, что все труднее становится найти работников на тяжелые, малопроиз-

водительные ручные производственные операции. Поэтому АСУ ТП при-

званы облегчить труд человека, в том числе в условиях, опасных и

вредных для здоровья человека.

АСУ ТП, в отличие от АСР локального типа, решает задачи управле-

ния технологическим процессом как единым целым во всей сложности

взаимосвязи его структур и параметров, автоматизируя принятие решений

по оптимальному управлению этим процессом. Локальные АСР, входящие

в состав АСУ ТП, автономно реализуют в последней функции управления

отдельными частями технологического процесса или оперативного

контроля за их режимами и параметрами.

Наибольшее распространение получили три принципа построения

АСУ ТП: централизованное управление, супервизорное управление, де-

централизованное (распределенное) управление. При централизованной

АСУ ТП надежность определяется надежностью УСО и УВМ, при выходе

их из строя нормальное функционирование технологического

оборудования невозможно.

Более широкими возможностями и надежностью обладают АСУ ТП, в

которых непосредственное регулирование объектами осуществляется ло-

кальными АСР, а УВМ выполняет функции «советчика» в так называемом

супервизорном режиме. Основная задача супервизорного управления

ав-

томатическое поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки, а

также возможность оператора использовать плохо формализованную ин-

формацию о ходе технологического процесса, вводя через УВМ коррек-

цию установок, параметров алгоритмов регулирования в локальные кон-

туры (например, при изменении состава сырья и состава вырабатываемой

продукции). При большом числе каналов контроля, регулирования и

управления, большой длине линий связи в АСУ ТП децентрализация

структуры системы становится принципиальным методом повышения жи-

вучести АСУ ТП, снижения стоимости и эксплуатационных расходов.

Наиболее перспективным направлением распределенных АСУ ТП

признано автоматизированное управление процессами с распределенной

архитектурой на базе функционально-целевой и топологической децентра-

лизаций объекта управления.

Функционально-целевая децентрализация означает разделение

сложного процесса или системы на меньшие части

подпроцессы или

подсистемы по функциональному признаку (например, переделы

технологического процесса, режимы работы агрегатов и т.д.), имеющие

самостоятельные цели функционирования.

Топологическая децентрализация означает возможность территори-

ального (пространственного) разделения процесса на функционально-це-

левые подпроцессы, чтобы минимизировать суммарную длину линий

связи, образующих вместе с локальными системами управления сетевую

структуру.

Технической основой современных распределенных систем управле-

ния являются микропроцессоры и микропроцессорные системы (МПС).

Использование МП и МПС (в т.ч. микроЭВМ) для решения задач распре-

деленных АСУ ТП дает возможность достичь следующих целей:

1) заменить аналоговые технические средства на цифровые там, где

переход к цифровым средствам повышает точность, расширяет функцио-

нальные возможности и увеличивает гибкость системы управления;

2) заменить технические средства с жесткой логикой на программи-

руемые устройства или контроллеры;

3) заменить одну мини-ЭВМ системой из нескольких микроЭВМ, ко-

гда необходимо обеспечить децентрализованное управление производст-

вом или технологическим процессом с повышенной надежностью и живу-

честью или когда возможности мини-ЭВМ полностью не используются.

6.6.2. Назначение, цель и функции АСУ ТП

АСУ ТП предназначена для целенаправленного управления техноло-

гическим процессом и обеспечения информацией смежных и вышестоя-

щих автоматизированных систем управления. АСУ ТП выдает разнообраз-

ную выходную информацию. Например, технологи-операторы получают

оперативную информацию в едином темпе с технологическим процессом,

что позволяет им своевременно вмешаться в ход процесса, корректировать

режимы и нагрузки машин и установок.

Целью АСУ ТП является обеспечение оптимального в определенном

смысле функционирования технологического процесса, например получе-

ния максимального экономического эффекта с учетом плановых, экономи-

ческих и технических ограничений. В частном случае это может быть мак-

симальная производительность технологического процесса при заданном

качестве продукта и исходного сырья, минимальная себестоимость про-

дукции, минимальный расход дорогого сырья и т.п.

Функцией АСУ ТП называется совокупность ее действий, направлен-

ная на достижение определенной цели. Различают три функции АСУ ТП:

управляющую, информационную и вспомогательную. К управляющей

функции АСУ ТП относятся: программное изменение режима (пуск-оста-

нов машин и агрегатов, аварийные блокировки, распределение нагрузки

между агрегатами и т.п.); логическое управление, например определение

«узкого места» и согласование нагрузок технологического оборудования;

оптимизация установившегося режима технологического процесса в целом

и режимов отдельных видов технологического оборудования; оптимальное

управление переходными режимами управляемого процесса; автоматиче-

ское регулирование и стабилизация отдельных параметров технологиче-

ского процесса с помощью одноконтурных, комбинированных и многосвя-

занных АСР; реализация управления исполнительными органами.

6.6.3. Упрощенная структура комплекса технических средств

(КТС) АСУТП

Структура КТС АСУ ТП представлена на рис. 6.49. На ней выделены

устройства сопряжения УВМ с управляемым объектом (УСО), устройства

сбора, передачи и преобразования информации, устройства выдачи сиг-

налов из УВМ на объект управления.

Сигналы в УСО и каналы связи. Диапазоны изменения информаци-

онных параметров в сигналах унифицированы и утверждены соответст-

вующими стандартами.

Коммутаторы сигналов. Применение коммутаторов сигналов спо-

собствует сокращению объема оборудования, необходимого для организа-

ции приема и выдачи сигналов. По функциональному значению коммута-

тор подключает раздельно во времени выходы и входы нескольких датчи-

ков и исполнительных устройств ко входам приемников информации.

Преобразователи. УСО содержат в качестве основных устройств не

только коммутаторы, но и преобразователи АЦП и ЦАП.

6.6.4. Технические средства распределенных АСУ ТП

Внедрение микропроцессоров в самые различные устройства на всех

уровнях управления создало насыщение цифровым «интеллектом» боль-

шого числа отдельных устройств, составляющих аппаратную основу АСУ

ТП. Главное преимущество распределенных АСУ ТП

повышение их на-

дежности, а также снижение стоимости линий связи

позволяет уверенно

внедрять АСУ ТП там, где недоверие к вычислительной технике как сред-

ству автоматизации заставляло сохранять аналоговые регуляторы, прибор-

ные щиты и пульты ручного управления. Один из факторов повышения

надежности распределенных АСУ ТП состоит в том, что возможна обра-

ботка данных в месте их возникновения и потребления без передачи в цен-

тральную ЭВМ.

Появилась возможность применять вместо одной управляющей ЭВМ

несколько процессоров, распределяя между ними прикладные функции и

размещая там, где это выгодно, на различных участках технологического

процесса.

Основная конструктивная единица аппаратуры комплекса

станция,

которую можно установить в том или ином месте на объекте управления

или на операторском пункте и подключить к локальной сети.

Локальные технологические станции (ЛТС) являются средством

нижнего уровня управления технологическим процессом и служат для ав-

тономного управления некоторым его участком; вместе с тем подключение

станции к общей сети передачи данных распределенной АСУ ТП

позволяет передавать информацию на центральный пункт управления,

групповые операторские и координирующие станции и получать от них

задания. Программные модули, хранящиеся в постоянной памяти ЛТС,

обеспечивают ПИД-регулирование, каскадное соединение контуров, ввод

управления по возмущению, реализуют логическое управление.

Операторские станции (ОПС) выполняют функции связи между опе

ратором и объектом, а также оператором и средствами АСУ ТП. С

расширением функций АСУ ТП все большее значение приобретает

повышение надежности технических средств. Эго повышение достигается

как путем использования отказоустойчивых (резервированных) средств,

так и путем восстановления (иногда автоматического) работоспособности

технических средств и программного обеспечения.

Рис. 6.49. Структура комплекса технических средств АСУ ТП

Для технической реализации АСУ ТП выпускается ряд малогабарит-

ных локальных микропроцессорных регуляторов температуры типов

«Протерм 100», «Минитерм 300» ИРТ-2 и др., обладающих повышенной

надежностью и режимами позиционного и ПИД-регулирования, а также

мощные программно-технические комплексы (ПТК) «Квинт», «Комплекс»

(рис. 6.46), «Техноконт», «Униконт», «Миксис» и др. Основу

функционирования, например, ПТК «Комплекс» составляют электронные

устройства: датчики, контроллеры регулирующие Р-130, Р-110,

логические Л-110, Ш-711, 4 СК, средства передачи данных, ПЭВМ в роли

операторской станции и др.

Рис. 6.50. Состав технической части НТК «Комплекс»

6.6.5. Микропроцессорные автоматические устройства

Микропроцессорные комплекты (МПК) различной структуры исполь-

зуются для построения таких типовых средств управления, как програм-

мируемые контроллеры (ПК), основной функцией которых является фор-

мирование команд управления производственным агрегатом или техноло-

гическим процессом; микроЭВМ, предназначенных для выполнения ин-

формационно-управляющих функций в автоматизированных системах

управления и решения специальных задач, и микропроцессорных систем,

структура которых максимально соответствует алгоритму функционирова-

ния.

В приборах для измерения электрических и неэлектрических величин

встроенные микропроцессоры выполняют контроллерные, вычислитель-

ные и сервисные функции, позволяющие улучшить технические характе-

ристики этих приборов, придать им новые свойства.

Программируемыми микропроцессорными контроллерами (ПМК)

или сокращенно микроконтроллерами называют приборы, формирующие

команды управляющих воздействий на производственный агрегат или

процесс путем логических или логических и арифметических операций

преобразования входных сигналов. Достоинством их является то, что

выпускаемые промышленностью ПМК доступны в эксплуатации

персоналу, не имеющему знаний в области программирования. По замыслу

разработчиков их пользователь не программирует находящееся в

контроллере цифровое вычислительное устройство, а лишь описывает

свою задачу в привычной для него форме.

Логические ПМК, предназначенные для замены таких устройств элек-

троавтоматики, как релейные и логические схемы, командные аппараты,

нашли широкое распространение в практике автоматизации технологиче-

ских процессов и положили начало развитию других направлений приме-

нения ПМК (регулирующего и координирующего типов). Главный недос-

таток аппаратных релейно-контактных устройств управления по принципу

жесткой логики

недостаточная гибкость при внесении изменений в алго-

ритм, введении новых функций и др. ПМК логического управления обла-

дают существенным преимуществом при использовании их для решения

сложных задач управления (например, при наличии 20 и более реле в за-

меняемой релейно-контактной схеме).

Промышленностью выпускаются: логико-программные многоканаль-

ные контроллеры

ломиконты (сер. Л-110, Л-112, Л-120, Л-122), регули-

рующие контроллеры

ремиконты (Р-100, Р-110, Р-122, Р-130, Р-131,

Р-200-215, КР-300). Важной особенностью этих контроллеров

является развитое внутреннее программное обеспечение, не требующее

использования внешних программных средств

операционных систем,

транслятора и т.п. Оператор работает с такими приборами с

использованием так называемого технологического программирования,

привычного для специалистов по автоматическому регулированию и

технологическому управлению с помощью традиционных аналоговых

средств. На одном приборе (например, Р-122) можно реализовать

автоматическое регулирование, эквивалентное регулированию 8

локальными аналоговыми регуляторами. При этом следует особо отметить

компактность прибора: габариты его практически не отличаются от

традиционного аналогового ПИД-регулятора.

Контроллер КР-300 серии «Контраст» (контроллер для распределения

систем автоматического управления технологическим процессом) разрабо-

тан на основе опыта производства и эксплуатации контроллеров Р-110,