Казаринов Л.С., Попова О.В., Барбасова Т.А. Автоматизированные информационно-управляющие системы (часть 2)

Подождите немного. Документ загружается.

Если незапрашиваемое событие направлено на объект нижнего уровня,

принимающий объект обычно имеет достаточный контекст, для того чтобы

определить соответствующую реакцию. Вероятно, объект нижнего уровня

добавит некоторую информацию к данным пришедшего события и создаст

внутреннее событие для объекта(ов) более высокого уровня(ей). Это будет

продолжаться до тех пор, пока не будет достигнут объект с достаточными

знаниями и контекстом. В этой точке может быть определено, что

необходимо выполнить для того, чтобы система реагировала

соответствующим образом. Затем принимающий объект будет делегировать

работу вниз.

Каналы управления

Канал управления – последовательность действий и событий, которые

происходят в ответ на поступление некоторого незапрашиваемого события,

когда система пребывает в определённом состоянии. Канал управления –

важная для аналитика концептуальная сущность, которая описывает, что

делается в системе, если незапрашиваемое событие происходит, когда она

находится в определённом состоянии.

Канал управления может включать в себя деятельность, выходящую за

рамки системы: в каком-то месте канала событие может порождаться для

терминатора, вынуждая его выполнять некоторую внешнюю деятельность.

Если терминатор реагирует на запрашиваемое событие, то это событие, а

также внешнюю деятельность, считают частью канала управления.

Если действие вдоль канала управления порождает больше, чем одно

событие, канал управления расчленяется так, что две или более ветви того же

самого канала управления активны в одно и то же время.

Каждая ветвь канала управления, в конечном счёте, завершается. Это

может произойти одним из трёх способов:

1. Достигнуто действие, которое не порождает никаких событий, тогда

ветвь завершается этим действием.

2. Достигнуто действие, которое порождает событие для терминатора, и

он не реагирует на запрашиваемое событие. В этом случае деятельность

завершается вне пределов системы.

3. Достигнуто действие, которое порождает событие для освобождения

управляемых ресурсов. Тогда ветвь завершается этим действием.

Последующая деятельность теперь может происходить по другому каналу

управления, что задерживалось ожиданием доступности управляемых

ресурсов.

Схема канала управления – графическое представление

последовательности событий и состояний, занимаемых экземплярами,

которые участвуют в некотором канале управления. Каждый экземпляр

появляется отдельно как строка состояний, которую он занимает в то время,

пока канал эволюционирует. Состояния, занимаемые отдельными

экземплярами, соединяются стрелками, каждая обозначается событием,

101

вызывающим переход к следующему состоянию. Если экземпляр порождает

событие для другого конечного автомата и это событие вызывает переход,

стрелка рисуется от состояния, которое создало событие, к переходу

принимающего экземпляра. Диаграмма планируется вдоль относительной

оси времени с состояниями, помещёнными на диаграмме в том порядке

(сверху донизу), в котором они достигаются.

Схема Канала управления может использоваться для анализа времени,

требуемого системе, чтобы отреагировать на незапрашиваемое событие.

Определим некоторые термины:

1. Время, на протяжении которого экземпляр занимает состояние,

составляется из времени действия и времени задержки.

2. Время действия – это время, требуемое для выполнения действия.

3. Время задержки – это время, на протяжении которого экземпляр

остаётся в этом состоянии после завершения действия.

4. Время задержки иногда может быть полностью определено

экземпляром и состоянием, в качестве альтернативы время задержки может

определяться взаимодействиями между конечными автоматами.

5. Для описания времени каналов управления на схеме:

6. аннотируют каждое состояние его времени действия;

7. если время задержки состояния определяется исключительно

экземпляром и состоянием, аннотируют переход из этого состояния со

свойственным временем задержки;

8. если время задержки состояния определяется взаимодействиями между

конечными автоматами, символ конденсатора помещается на переходе из

этого состояния.

Схема канала управления наиболее полезна как инструмент для

понимания взаимодействий между небольшим количеством экземпляров.

Однако, если количество экземпляров возрастает, достижение понятного

расположения схемы сильно затрудняется. Кроме того, схема оказывается

неконтролируемо большой. Альтернативным подходом для понимания

канала управления является имитирование: метод, который выполняет

взаимодействия конечного автомата, скорее, во времени, чем в пространстве.

Имитирование

Чтобы определить, каким образом система как единое целое

соответственно реагирует на незапрашиваемое событие, можно отслеживать

канал управления с помощью имитирования. Требуется стратегия, состоящая

из трёх шагов:

- установить начальное состояние системы;

- принять незапрашиваемое внешнее событие и выполнить канал

управления, чтобы увидеть, что происходит;

- оценить конечный результат, если он корректен.

102

Законченное состояние системы задаётся значениями всех атрибутов

всех экземпляров в системе. С целью рассмотрения некоторого канала

управления мы должны установить значения для тех атрибутов, которые

воздействуют на развитие канала. Такие атрибуты бывают двух типов:

атрибуты текущего состояния (определяют, какое действие выполняется,

когда событие направлено к конечному автомату) и определяющие атрибуты.

Определение. Логика действия может быть такой, что события,

порождаемые этим действием, зависят от значений атрибутов, отличных от

атрибута текущего состояния. Такие атрибуты известны как определяющие,

поскольку они определяют, как развивается канал управления, когда он

проходит через действие.

С помощью систематической процедуры требуемые величины атрибутов

устанавливают следующим образом:

1. Используя МВО и модели состояний, без соблюдения формальностей

намечают канал управления для определения того, какие модели состояний

необходимо рассмотреть и сколько требуется различных экземпляров

каждого объекта. Выбирают идентификаторы для требуемых экземпляров и

устанавливают значения для атрибутов текущего состояния.

2. Анализируют каждую модель состояний, рассматриваемую в канале

управления для нахождения всех определяющих атрибутов. Устанавливают

значения для определяющих атрибутов.

3. Выясняют, каким образом получен каждый определяющий атрибут.

Если он вычисляется моделями состояния, рассматриваемыми в канале

управления, устанавливают величины для всех атрибутов, которые

участвуют в вычислении.

4. Проверяют, не противоречат ли одно другому выбранные значения

атрибутов.

Результаты имитирования представляются:

- конечным значением всех атрибутов текущего состояния;

- конечным значением всех определяющих атрибутов (включая

атрибуты, которые участвуют в вычислении определяющих атрибутов);

- последовательностью событий, которые были направлены к

каждому терминатору.

Необходимо оценить результаты и убедиться, что все значения атрибутов

не противоречат одно другому и создана система с желаемой ответной

реакцией как следствием принятого первоначального незапрашиваемого

события.

5.5. Автоматизированные системы управления технологическим

процессом котлоагрегата

Типовой состав технических средств ПТК АСУ котлоагрегата.

ПТК котла состоит из трех комплексов технических средств:

- персональных компьютеров (ПК) - состоит из компьютерных станций

различного назначения и используется для контроля и представления

103

информации, регистрации событий и архивирования, ручного управления,

технологического программирования;

- контроллеров - выполняющих сбор и первичную обработку

информации, автоматическое регулирование и логическое шаговое

управление, защиту и блокировку технологического оборудования,

приоритетное дискретное управление и формирование управляющих

воздействий;

- сетевого комплекса - обеспечивает обмен информацией между

отдельными подсистемами, отдельными элементами внутри подсистем и с

внешними системами.

В состав ПК входят:

- станция оператора предназначена для оператора-технолога, который

ведет наблюдение за технологическим процессом и управляет им, обычно

предусматривается дублирование операторской станции на случай выхода из

строя одной из них;

- инженерная станция предназначена для специалиста по АСУ. Эта

станция обеспечивает подготовку пользовательских программ и настройку

контроллеров, а также диагностику состояния технических средств ПТК;

- архивная станция хранит информацию о параметрах технологического

процесса и о происшедших событиях.

Все станции выполнены на персональных компьютерах, каждая из них

снабжена цветным монитором, функциональной клавиатурой и

манипулятором типа мышь.

Рис. 5.13

104

Назначение системы

Функцией АСУ ТП котла является управление технологическим

оборудованием и предотвращение аварий котлоагрегата ТЭЦ.

АСУ ТП предназначена для автоматизации управления процессом

выработки и распределения тепловой энергии котлоагрегата. Пунктами

управления АСУ ТП являются:

- центральный тепловой щит управления котлоагрегата,

- местные пункты (посты) управления оборудованием.

Цели создания системы

Целями создания АСУ ТП являются:

- организация автоматического управления технологическим процессом и

оборудованием котлоагрегата,

- организация предупредительной сигнализации и регулирования,

- организация отображения состояния технологического процесса на

экранах мониторов в виде видеокадров состоянии,

- организация вывода аналоговой и дискретной информации на экраны

мониторов с сигнализацией отклонений за пределы нормальной

эксплуатации;

- организация вывода аналоговой и дискретной информации на

печатающее устройство;

- ведение архивов аналоговой и дискретной информации в электронной

форме;

- организация доступа к архивной информации в виде трендов состояний

технологического процесса;

- организация регистрации аварийных состояний;

- организация вывода информации из архива для получения отчетов о

состоянии процесса и действиях оператора за отчетный период (смена, сутки

и т.д.);

- организация индивидуального управления арматурой и механизмами

котлоагрегата;

- организация автоматического выполнения функции технологических

защит и блокировок котлоагрегата.

Состав и характеристики функций АСУ ТП

Сбор и первичная обработка аналоговых сигналов

При разработке АСУ ТП применяются в качестве источников аналоговой

информации об объекте:

- датчики давления, расхода, уровня, положения с нормированным

выходным сигналом 4-20 мА;

-термометры сопротивления;

-термопреобразователи;

-нормирующие преобразователи с выходным сигналом 4-20 мА.

Выход сигнала за уставку и возвращение его в норму квалифицируется

как событие, которое сигнализируется и регистрируется.

105

Для каждого сигнала имеется возможность задания двух

предупредительных и двух аварийных уставок.

В системе обрабатывается только достоверная информация, поэтому

каждый входной аналоговый сигнал необходимо проверять на достоверность.

Достоверность каждого сигнала оценивается:

-проверкой минимального выходного сигнала для датчиков 4-20 мА (0

мА -сигнал недостоверен);

- проверкой допустимого диапазона изменения параметра;

- проверкой разницы выходных сигналов датчиков при использовании

дублированных измерений.

Появление признака недостоверности квалифицируется как событие,

которое сигнализируется и регистрируется.

При построении АСУ обычно принимается следующее:

-для питания датчиков используются блоки питания 24В, которые

устанавливаются в шкафах;

-термопары и термометры сопротивлений используются в АСУ на уровне

натурального сигнала (без нормирующих преобразователей);

-сигналы по положению шиберов и регулирующей арматуры вводятся в

АСУ ТП на уровне унифицированного токового сигнала,4-20 мА;

-сигналы по токам электродвигателей вводятся в АСУ на уровне

унифицированного токового сигнала 4-20 мА.

Сбор и первичная обработка дискретных сигналов

В АСУ ТП источниками дискретных сигналов являются:

-концевые выключатели;

-блок-контакты пускателей;

-контакты реле;

-контакты ключей управления;

Сигналы от концевых выключателей, блок-контактов пускателей и т.п.

подключаются к ПТК через гальваноразделители 220В/24В, установленные в

шкафах контроллеров. Оценка достоверности дискретных сигналов

производится следующим образом:

-проверкой состояния блоков питания: =24В;

-программной проверкой по связанным параметрам.

Изменение состояния дискретного сигнала, появление признака

недостоверности квалифицируется как событие, которое сигнализируется и

регистрируется.

Оперативный контроль оборудования

На щите управления текущая информация о состоянии

тепломеханического оборудования и всех подсистем АСУ TII отображается

на экранах операторских станций. На мониторах операторских станций

отображаются:

- текущие значения технологических параметров;

- отклонения текущих параметров за уставки;

106

- появление признаков недостоверности;

- текущие значения расчетных параметров;

- положение запорной арматуры с указанием места управления;

- положение регулирующей арматуры;

- информация о состоянии двигателей механизмов собственных нужд;

- информация о состоянии автоматических регуляторов;

- информация о состоянии технологических защит;

- информация об изменениях в работе ПТК.

Информация о текущих параметрах, состоянии механизмов и др.

представляется в удобном для восприятия виде.

Для аналоговых параметров информация отображается:

- в цифровом виде на мнемосхемах;

- в графическом виде (столбчатые диаграммы);

- в виде графиков, трендов (до 6 и более параметров в одном окне). Для

дискретных параметров информация отображается:

- в виде текста ("вкл", "откл", "закр", "откр","нет питания",и т.п.);

- в виде сообщений;

- посредством изменения положения, цвета, интенсивности свечения и

мигания отдельных частей изображения;

Архивация и документирование

Функция архивации и документирования информации обеспечивает:

- хранение и представление ретроспективной информации о

технологических параметрах, переключениях в технологических схемах

работе автоматики;

- документирование информации, хранящейся в архиве, в

хронологическом порядке по выбранным параметрам;

- вывод информации на печать по запросу оператора, в обработанном, в

соответствии с заданными формами представления, виде.

В архив заносится:

- информация о времени появления и исчезновения сигналов

предупредительной и аварийной сигнализации;

- информация о включении, отключении двигателей механизмов,

изменении состояния задвижек, шиберов и т.п., достижения концевых

положений клапанами (протокол изменения состояния исполнительных

механизмов);

- информация о выдаче команд управления исполнительными

устройствами с указанием источника команды (протокол команд

управления);

- информация об изменении состояния автоматических устройств с

указанием источника команд (протокол состояния автоматики);

- информация о зарегистрированных авариях;

- информация о работе технических и программных средств АСУ

ТП (протокол работы системы), в том числе информация о вносимых

изменениях в АСУ ТП, наличии отказов и т.п.;

107

- информация о появлении и исчезновении недостоверной информации;

- информация по заданному набору параметров за определенные

интервалывремени для формирования часовых, сменных, суточных и

других типов ведомостей;

- статистическая информация, обобщающая хранимую или уже

уничтоженную информацию.

Предусмотрены процедуры периодического дублирования, сверки

архивов и уничтожения устаревшей информации.

Вывод документов на печать осуществляется в неоперативном контуре на

станции архивирования.

На основании накопленной в архиве оперативной и расчетной

информации система автоматически генерирует суточную ведомость котла;

Дистанционное управление

Дистанционное управление предназначено для реализации команд

оператора-технолога по управлению следующим оборудованием:

- регулирующими клапанами;

- запорной арматурой;

- электродвигателями механизмов;

- алгоритмами управления и регулирования.

Дистанционное управление используется для объектов, не охваченных

автоматикой, а также в качестве резервного средства управления на случай

отказа систем автоматики.

Весь объем дистанционного управления обеспечивается избирательной

системой

управления при помощи манипулятора типа "мышь" и функциональной

клавиатуры

Избирательное управление являемся основным видом управления и

охватывает все исполнительные устройства, включая алгоритмы управления

и регулирования.

Для дистанционного управления открывается окно управления.

Окно управления, содержащее набор параметров, располагается в

рабочей области экрана, закрывая часть мнемосхемы. Одновременно может

быть открыто обычно только одно окно.

При наличии сигнала блокировки команд управления, на экране

появляется соответствующая информация.

Дистанционное управление электроприводами всей запорной арматуры

выполнено с операторских станций.

В том случае, когда необходимо иметь управление "по месту" или с АПУ,

установлены местные щиты или ключи. Информация о том, что управление

арматурой происходит с местных щитов или ключей фиксируется в НТК.

Более высокий приоритет по отношению к управлению с операторской

станции, имеет управление "по месту" и с АПУ.

Информация о срабатывании защит поступает в подсистему

дистанционного управления на уровне дискретных сигналов.

108

Воздействие технологических защит котла на запорную арматуру

выполняется обычно таким образом, чтобы формируемая в ПТК команда

"Стоп" на электроприводную арматуру не препятствовала прохождению

команд от защит.

Автоматическое регулирование

Подсистема автоматического регулирования предназначена для

непрерывного поддержания заданных технологических параметров в

допустимых режимах работы котла.

В подсистеме автоматического регулирования реализуются следующие

функции:

- локальное регулирование;

- каскадное регулирование;

- программное регулирование;

- статическая и динамическая балансировка регуляторов для их

безударного включения в работу во всех режимах, в том числе при

взаимодействии с другими подсистемами АСУ ТП;

-безударное изменение структуры регуляторов для оптимального

поддержания параметра при изменении режима работы технологического

оборудования или возникновении технологических ограничений;

- автоматический переход регулятора в отключенное состояние в случае

появления признака недостоверности по основным регулируемым

параметрам, а также в случае срабатывание защит или блокировок на

отключение регулятора.

Все изменения в подсистеме автоматического регулирования

регистрируются на станциях оператора.

Функции подсистемы автоматического регулирования "реализованы в

контроллерах, которые получают необходимую информацию и после

соответствующего ее преобразования воздействуют на регулирующие

органы. Автоматическое регулирование осуществляется по стандартным

законам регулирования (П, ПИ, ПИД) с необходимыми алгебраическими,

динамическими и логическими преобразованиями входной информации.

Контуры автоматического регулирования обслуживаются в режиме

реального времени с возможностью установки времени цикла.

Типовые диапазоны изменения параметров настройки регуляторов

следующие:

- коэффициента пропорциональности - 0.0-999 с, шагом установки не

менее 0.001;

- времени интегрирования и времени дифференцирования - 0.001 сек -

596>ч, с шагом установки не менее 0.001 сек;

- масштабных коэффициентов - 0-20 с шагом установки не менее 0.001;

- длительности импульсов, подаваемых от импульсного регулятора

на исполнительный механизм, определяется временем цикла.

Для повышения надежности подсистемы автоматического

регулирования используются варианты резервирования контроллеров.

109

При срабатывании защиты на останов котла регуляторы воздуха и

разряжения автоматически переходят на дистанционное управления.

Для управления регулятором с операторской станции открывается окно

управления, содержащее минимальный набор информационных и

управляющих функций.

Предусматриваются обычно два вида окон:

- системное окно, которое открывается, например, в нижней системной

области экрана и содержит минимальную информацию;

- рабочее окно, которое открывается в рабочей области экрана и содержит

более полную информацию о регуляторе (одновременно может быть открыто

несколько рабочих окон).

Информация, предоставляемая оператору при управлении регулятором с

операторской станции:

- наименование регулятора;

- позиция;

- изменения в работе регулятора (например, исчезновение напряжения

питания в цепях управления исполнительным механизмом, появление

инициативных сигналов из подсистем ТБ и ТЗ и др.);

- состояние регулятора “авт”" – “дист”

- значение задания;

- направление регулирующего воздействия (в регуляторах с импульсным

выходом);

- положение регулирующего органа.

Управляющие функции, которые могут осуществляться при работе с

операторской станции:

-перевод регулятора в режим ''ручной";

-перевод, регулятора в режим "автомат";

-воздействие на регулирующий орган "больше" в ручном режиме;

-воздействие на регулирующий орган "меньше" в ручном режиме;

-изменение задания по регулируемому параметру.

При реализации функции автоматического регулирования применяются

исполнительные механизмы, например, типа МЭО с сигналом от датчика

положения в виде унифицированного токового сигнала 4-20 мА.

Для преобразования дискретных входных сигналов о положение

регулирующей арматуры применяются устройства гальванического

разделения. Преобразование команд, в ПТК с уровня напряжения =24 В на

уровень напряжения оперативного тока схем управления электродвигателей,

выполняются на соответствующих устройствах гальванического разделения

(например, PLS-RSC-24DC/21).

Дистанционное управление всеми исполнительными механизмами

регулирующих клапанов выполнено с операторских станций АСУ.

Блокировки и АВР

Блокировки относятся к одной из задач логического управления. При

изменении условий работы оборудования блокировки осуществляют

110