Кирюшин О.В. Управление техническими системами

Подождите немного. Документ загружается.

303-1 то же, что 301-1

303-2 Вторичный прибор — дифманометр ДСС-

712Н.

2. Индикация и регистрация расхода (FIR,

электрическая ветвь, рисунок 2.47)

304-1 то же, что 301-1

304-2 Дифманометр с Эл. выходом 0 – 5 мА

Сапфир-22ДД

304-3 то же, что 101-3

3. Индикация, регистрация и регулирование

расхода (FIRC, пневматика, рисунок 2.48)

305-1 то же, что 301-1

305-2 Дифманометр с пневмовыходом 0,02…0,1

МПа, марка ДС-П1

305-3 то же, что 102-4

305-4 то же, что 102-5

305-5 то же, что 103-3

4. Каскадно-связанное (многоконтурное)

регулирование расхода с коррекцией по

уровню (FIRC, LIRC, пневматика, рисунок

2.49)

306-1 Преобразователь уровня 13УБ08

306-2 Вторичный прибор со станцией

управления ПВ 10.1Э

306-3 Регулятор пневматический ПР

3.31

307-1 Диафрагма камерная ДК 6-50

307-2 Преобразователь расхода

13ДДП

307-3 Вторичный прибор со станцией

управления ПВ 10.1Э

307-4 Регулятор пневматический ПР

3.31

307-5 Переключатель

307-6 То же, что 103-3

Примечание: Переключатель обеспечивает переход на одноконтурное

регулирование уровня. Для получения схемы регулирования расхода без

коррекции по уровню, а также для ручного регулирования используется

101

304-1

304-2

на щите по месту

FIR

304-3

Рисунок 2.47

на щите по месту

305-2

FIRK

305-3

305-4

Объект

305-5

305-1

Рисунок 2.48

на щите по месту

307-2

307-4

FIRK

307-3

Объект

307-6

307-1

306-1

307-5

LIRK

306-2

306-3

Рисунок 2.49

станция управления в приборе 307-3 (переключатель находится в положении

многоконтурного регулирования).

Таблица 2.3 - Форма спецификации к ФСА.

поз. Параметры среды,

измеряемые параметры

Наименование и техническая

характеристика

Марка К-во Приме-

чание

100-1

101-1

103-2

Давление в аппарате,

max

= 0,5 МПа

Манометр сильфонный с

пневмовыходом, вых. сигнал

0,02…0,1 МПа, пределы

измерений 0…1,6 МПа

МС-П2 3 по

месту

Примечание: Приборы в спецификации могут быть сгруппированы по

позициям на схеме или по маркам.

Таблица 2.4 - Примеры изображения контуров контроля

на технологических схемах

Обозначение Наименование схемы

Измерение температуры с показанием на дисплее АСУ

ТП

Измерение температуры с регистрацией, предварительной

сигнализацией и блокировкой по аварийному значению

(максимуму)

Измерение уровня с регистрацией и сигнализацией

максимального уровня

Измерение уровня с сигнализацией и блокировкой по

аварийному значению (минимуму)

Регулирование расхода с регистрацией значения

Измерение давления с сигнализацией и блокировкой по

аварийному значению (минимуму)

102

Измерение давления с регистрацией значения

Измерение расхода с регистрацией, предварительной

сигнализацией и блокировкой по аварийному значению

Продолжение таблицы 2.4

Управление электрозадвижкой (без блокировки)

Управление электрозадвижкой (с блокировкой)

Управление электронасосом

103

Контроль и сигнализация по максимальному и

минимальному уровням в емкости.

Контроль и сигнализация минимального

давления в трубопроводе.

104

ЧАСТЬ 3. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОИЗВОДСТВОМ.

Современные информационные технологии и технологии управления

ставят в качестве основных две задачи:

1) повышение эффективности производства за счет улучшения процесса

сбора, обработки информации и ее использования для целей управления;

2) обеспечение простоты решения предыдущей задачи, т.е. реализация

дружественного человеко-машинного интерфейса (MMI).

1. Структура современной АСУТП

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими

процессами, имеющая 2 или 3 уровня и выполняющая следующие функции:

- сбор информации,

- поддержание технологических параметров на заданных значениях,

- контроль за технологическими параметрами, для которых не выполняются

функции регулирования,

- сигнализация,

- блокировка управлений, являющихся результатом ошибочных действий

технологического персонала,

- противоаварийная защита (ПАЗ) при возникновении аварийных ситуаций.

Упрощенно структуру АСУТП можно представить в виде (см. рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Структура информационных потоков АСУ ТП

Первый (нижний) уровень АСУТП является уровнем датчиков,

исполнительных механизмов и контроллеров, которые устанавливаются

непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается

105

Планирование и управление

предприятием

Планирование и управление

предприятием

Оптимизаторы

по ПК и ПЭ

Оптимизаторы

по ПК и ПЭ

Локальные подсистемы

регулирования

Локальные подсистемы

регулирования

Технологический процесс

III уровень

(уровень предприятия)

Производственный план,

экономические требования

II уровень

Настройки, уставки,

изменение структур подсистем

I уровень

(нижний уровень АСУ ТП)

Управляющие воздействия

Информация о состоянии

процессов, ПК и ПЭ

Параметры процесса

Измеряемые параметры процесса

в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид

для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а

также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих

действий (функции исполнительных механизмов).

Задачами уровня являются:

- сбор информации об измеряемых технологических параметрах процесса,

- выработка управляющих воздействий на технологический процесс с целью

поддержания технологических параметров на заданных значениях или

изменения их по определенным законам,

- сигнализация о выходе их за заданные пределы,

- блокировка ошибочных действий персонала и управляющих устройств,

- противоаварийная защита (ПАЗ) процесса по факту аварийных событий.

Подсистемы этого уровня поддерживают параметры технологического

процесса на заданных значениях и могут быть реализованы с использованием

«традиционных» методов регулирования динамическими объектами.

Второй (средний) уровень - уровень производственного участка (цеха).

Его функции:

- сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;

- выработка управляющих сигналов на основе анализа информации;

- передача информации о производственном участке на более высокий

уровень.

- вычисление неизмеряемых параметров, в частности, показателей качества

(ПК) продуктов, технико-экономических показателей,

- сведение материальных балансов,

- архивирование информации,

- генерация отчетов,

- диагностика и защита от сбоев в элементах подсистем нижнего уровня,

- определение настроек управляющих устройств (УУ) и уставок локальных

регуляторов подсистем I уровня,

- изменение структуры локальных подсистем (переконфигурирование,

включение/выключение, переход в ручное управление и т.д.).

На данном уровне производится оптимизация технологических

процессов по технологическим показателям.

Третий (верхний) уровень в системе автоматизации занимает т.н.

уровень управления и относится к системе управления предприятием (АСУП).

На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции и

оптимизация по технико-экономическим и экономическим показателям. Этот

процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков

данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним

ступеням. Задачи управления данного уровня:

- оптимизация экономических показателей производства,

- управление по экономическим и технико-экономическим показателям,

- сведение материальных балансов,

- архивирование информации,

106

- составление производственных планов и т.д.

Следует отметить, что, некоторые задачи второго и третьего уровней

перекрываются и в ряде случаев эти два уровня объединяются в один.

Рисунок 3.2 – Развернутая структура современной АСУТП

Атрибутом этого уровня является центр управления производством,

который может состоять из трех взаимопроникающих частей:

1) операторской части,

2) системы подготовки отчетов,

3) системы анализа тенденций.

107

Электрич.

датчики

Электрич.

датчики

Пневматич.

датчики

Пневматич.

датчики

ПЭП

Теромо-

пары

Теромо-

пары

Сигнализа-

торы

Сигнализа-

торы

Клапаны,

задвижки

Клапаны,

задвижки

Эл.двигатели,

насосы

Эл.двигатели,

насосы

Модули

УСО ввода

Модули

УСО ввода

Модули

дискр. ввода

Модули

дискр. ввода

Модули УСО

аналог. ввода

Модули УСО

аналог. ввода

Модули УСО

ввода с т/п

Модули УСО

ввода с т/п

Монтажные платы (кросс-платы)

Контроллер

Сеть

производственного

участка

Среда

разработки

SCADA

Среда

разработки

SCADA

I уровень

HUB

модем

Радио или

телефонная связь

Сеть предприятия

II уровень

III уровень

Рабочая

станция

Рабочая

станция

Рабочая

станция

Рабочая

станция

Сервер

Файл-сервер

(БД)

Файл-сервер

(БД)

модем

Internet

ПЭП – пневмо-электропреобразователь

УСО – устройство связи с объектом

Операторская часть отвечает за связь между оператором и процессом на

уровне управления. Она выдает информацию о процессе и позволяет в случае

необходимости вмешательство ход автоматического управления.

Обеспечивает диалог между системой и операторами.

Система подготовки отчетов выводит на экраны, принтеры, в архивы и

т.д. информацию о технологических параметрах с указанием точного времени

измерения, выдает данные о материальном и энергетическом балансе и др.

Система анализа тенденций дает оператору возможность наблюдения за

технологическим параметрами и делать соответствующие выводы.

На верхнем уровне АСУ ТП размещены мощные компьютеры,

выполняющие функции серверов баз данных и рабочих станций и

обеспечивающие анализ и хранение всей поступившей информации за любой

заданный интервал времени. а также визуализацию информации и

взаимодействие с оператором. Основой программного обеспечения верхнего

уровня являются пакеты SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition -

системы управления и доступа к данным).

Структуру современной АСУТП в развернутом виде можно представить

в виде (см. рис. 3.2).

2. Аппаратная реализация систем управления.

2.1. Средства измерения технологических параметров.

Во всем сообществе электронных средств промышленной

автоматизации в последнее время появилась ниша приборов с цифровым

способом передачи данных, то есть на смену господствовавшему в течение

почти 25 лет стандарту 0...20 мА (4...20 мА и др.) приходит двоичный способ

представления информации в системах управления и регулирования.

Преимущества данного способа: повышенная точность передачи

данных, возможность обнаружения и устранения ошибок при передачи,

возможность использования одной линии связи для работы нескольких

устройств, а также использование одной линии для передачи как аналоговых,

так и цифровых сигналов (например, HART-протокол) и т.д.

С развитием технических средств автоматизации менялись методы

измерения и идеология построения самих систем измерения и управления.

Далее рассматривается аппаратная реализация первого (нижнего)

уровня современной АСУТП, объединяющего информационные системы

сбора и первичной обработки информации.

В настоящее время применяют т.н. «интеллектуальные датчики». Этот

термин означает, что устройство имеет встроенный микропроцессор, который

позволяет осуществлять определенные функции. Интеллектуальный датчик

может давать более точные показания благодаря применению числовых

вычислений для компенсации нелинейностей чувствительного элемента или

температурной зависимости. Так, основная погрешность приборов серии

«Метран-45» составляет 0,25 % от шкалы, а основная погрешность

интеллектуального датчика серии 3051 Coplanur (фирма Fisher-Rosemount Inc.)

108

- 0,075O%. В круг возможностей некоторых приборов входит измерение

нескольких параметров и пересчет их в одно измерение (например, объемный

расход , температуру и давление в массовый расход, т.н.

многопараметрические датчики), функции встроенной диагностики,

автоматическая калибровка.

Некоторые интеллектуальные приборы (например, семейство приборов

Rosemount SMART FAMILY) позволяют посылать в канал передачи и

аналоговый сигнал, и цифровой. В случае одновременной трансляции обоих

видов сигналов аналоговый используется для трансляции значения

измеренного параметра, а цифровой - для функций настройки, калибровки, а

также позволяет считывать измеряемый параметр. Эти устройства

обеспечивают преимущества цифровой связи и, в то же время, сохраняют

совместимость и надежность аналоговых средств, которые требуются для

существующих систем.

Считывание измеряемого параметра в цифровой форме повышает

точность за счет ограничений операций цифро-аналогового и аналого-

цифрового преобразований сигнала 4...20 мА. Но цифровой способ измерения

вносит задержку в измерения (время, затраченное на последовательную

передачу информационной посылки), которая может быть неприемлема для

управления быстродействующими контурами.

Цифровой датчик позволяет хранить дополнительную информацию о

процессе (тэг, описатель позиции измерения, диапазон калибровки, единицы

измерения), записи о процедурах его обслуживания и т.п., считываемой по

запросу. Многопараметрические приборы содержат базу данных по

физическим свойствам измеряемых жидкостей и газов.

При выборе технических средств нужно руководствоваться, прежде

всего, спецификой процесса. Если нет необходимости использования сложных

алгоритмов управления, не требуется высокой точности, если объект не

является рассредоточенным и не требует большого числа приборов, то здесь

можно эффективно использовать пневматические средства. Данные

устройства имеют некоторые преимущества перед электрическими: они

пригодны для эксплуатации во взрыво- и пожароопасных зонах, вся

автоматика защиты (отсечные клапаны) смонтированы на пневмосредствах,

просты в эксплуатации не требуют особой подготовки персонала, кроме того,

требуют меньших материальных затрат на приобретение.

Для объектов с сосредоточенными параметрами (например, установка

на НПЗ) более подойдут аналоговые средства, которые обладают рядом

преимуществ. В частности, использование стандартных уровней сигналов не

ставит проблемы сопряжения устройств, скорость передачи подходит для

использования в системах реального времени, высокая точность (до 0,05 %) и

возможность применения нестандартной аппаратуры. Но потребность в

большом количестве недешевых соединительных проводов, ограничения на

дальность передачи и подверженность влиянию помех вносят неудобства при

применении.

109

Класс цифровых устройств, кроме перечисленных выше задач,

позволяет решать задачи управления сильно распределенных объектов

(например, НГДУ) и, благодаря применению пары проводов для подключения

нескольких приборов, значительно уменьшает затраты на монтаж системы.

Особенности применения цифровой передачи, из-за отсутствия единого

стандарта, связаны с использованием различных протоколов связи.

2.2. Устройства связи с объектом.

Почти все технологические параметры, присутствующие в реальном

промышленном объекте, имеют аналоговый или дискретный вид. Существует

много датчиков, которые могут преобразовывать измеряемые величины

только в аналоговый вид, а также много исполнительных механизмов,

имеющих только аналоговые входные сигналы. С другой стороны, новейшие

средства автоматизации, которые находят все большее применение в системах

управления, используют цифровое представление обрабатываемых величин.

Для того, чтобы связать между собой параметры, представленные в

аналоговом/дискретном и цифровом виде, используются устройства связи с

объектами (УСО). Таким образом, УСО являются неотъемлемой частью

любой системы управления, в том числе использующей цифровые устройства

(промышленные компьютеры, вычислительные сети и т.д.). Для

представления места УСО в процессе автоматизации производства подобные

системы можно теоретически изобразить в виде схемы (см. рис. 3.3).

Рисунок 3.3.

Датчики, устанавливаемые на объекте предназначены для первичного

преобразования параметров в выходной сигнал для передачи в УСО.

Исполнительные механизмы принимают управляющие сигналы, прошедшие

через УСО, для воздействия на процесс. Связь между датчиками,

исполнительными механизмами и УСО может быть аналоговой, дискретной

или цифровой.

Промышленный компьютер (РС) в системе играет роль управляющего

элемента, принимающего цифровую информацию от УСО и

вырабатывающего управляющие сигналы. Для связи между ним и УСО

используется любой из цифровых интерфейсов (ЦИ), к числу которых

относятся RS-232, RS-422, RS-485 и др.

110