Общие принципы построения ГСП

ТИПИЗАЦИЯ, УНИФИКАЦИЯ И АГРЕГАТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ И СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМА-ТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ.

Назначение технических средств АСУ ТП

Технические средства для автоматизации управления технологическими процессами выполняют следующие функции:

1. сбор и преобразование информации (без изменения ее содержания) о состоянии процесса;

2. передача информации по каналам связи (перемещение в пространстве);

3. преобразование, хранение и обработка информации, формирование команд управления (перемещение информации во времени с изменением ее содержания);

4. использование и представление командной информации для воздействия на процесс и связи с оператором АСУ ТП.

Все промышленные средства автоматизации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 12997-84 объединяют в перечисленные функциональные группы, образуемые по характеру преобразования информации в системах управления. В свою очередь, средства функциональных групп дополнительно классифицируются по признаку отношения к системе и образуют:

1. средства на входе системы (датчики);

2. средства на выходе (выходные преобразователи, средства вывода информации и команд управления процессом);

3. внутрисистемные технические средства (средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устройствами с различными сигналами, различными «машинными языками», средства передачи, фиксации и обработки информации).

Кроме этих основных групп средств используются вспомогательные средства, такие, как документационная техника, оборудование для рабочих мест операторов-технологов и диспетчеров и др.

Обобщенная блок-схема АСУ ТП изображена на рис. 1.1.

Технологический объект управления (ТОУ) – это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства. В зависимости от уровня АСУ ТП в качестве ТОУ можно рассматривать: технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс; производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление им заключается в рациональном выборе и согласовании режимов работы агрегатов, участков и производств.

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУ ТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК).

Назначение, цели и функции АСУ ТП

В соответствии с ГОСТ 20.003-84 автоматизированные системы управления технологическими процессами предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления и представляют собой человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.

Рис. 1.1 Обобщенная блок-схема АСУ ТП

Сформулированное выше определение подчеркивает, во-первых, наличие в составе АСУ ТП современных автоматических средств сбора и переработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники; во-вторых, роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению; в-третьих, что АСУ ТП – это система, осуществляющая переработку технологической и технико-экономической информации.

Еще один важный признак АСУ ТП – это осуществление управления в темпе протекания технологического процесса, т.е. в реальном масштабе времени.

Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций АСУ ТП.

Функции АСУ ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.

Управляющие функции АСУ ТП – это функции, результатами которых являются выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления. К управляющим функциям АСУ ТП относятся: регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных; одноактное логическое управление операциями или аппаратами; программное логическое управление группой оборудования; оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса; адаптивное управление объектом в целом, например управление участком станков с ЧПУ.

Информационные функции АСУ ТП – это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации о состоянии АТК оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУ ТП относятся: централизованный контроль и измерение технологических параметров; косвенное измерение; вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных); формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУ ТП или АТК; подготовка и передача информации в смежные системы управления; обобщенная оценка и проверка состояния АТК и его оборудования.

Вспомогательные функции АСУ ТП состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.

Типовой состав технических средств АСУ ТП

Типовой состав технических средств многоуровневой АСУ ТП включает в себя аппаратные, программно-аппаратные и общесистемные средства, а также управляющие вычислительные машины (УВМ) верхнего уровня.

Приведем состав средств перечисленных групп и некоторые технические характеристики.

Таблица 1.1

НАИМЕНОВАНИЕ МОДУЛЯ, БЛО-КА, УСТРОЙСТВА	ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
I. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА
Датчики	См. ГОСТ 26.010-81; 26.004-85
Исполнительные устройства (механизмы)	См. СТ СЭВ 3926-82; ГОСТ 7192-80
Модуль одноконтурного (цифрового, аналогового) регулирования	Длина слова 8-10 двоичных разрядов; количество входов-выходов 1-8; емкость памяти 0,5-5 Кбайт; время цикла 5 мс
Блок программно-задающего устройства	Длина слова 8-16 двоичных разрядов; количество входов-выходов 1-8; количество реализуемых участков программ – до 256; время цикла 5 мс
Модуль логико-командного управления	Длина слова 8-10 двоичных разрядов; количество входов-выходов 1-8; количество реализуемых функций 16-256; время цикла 5 мс
Модуль сбора предварительной обработки данных и контроля функционирования	Длина слова 8-10 двоичных разрядов; количество входов-выходов 1-8; количество реализуемых функций 16-256; время цикла 5 мс
Модули гальванической развязки, нормализации и фильтрации	То же
Модули представления данных, индикации, регистрации, выработки и выдачи управляющих воздействий	---
Буферная память	---
Дуплексный канал связи	---
Программируемый многорежимный таймер	---
Устройства для решения специализированных задач, в том числе вычисление тригонометрических, логарифмических и других функций	---
II. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА
Блок многоконтурного регулирования (цифрового, аналого-цифрового)	Длина слова 16 двоичных разрядов, время цикла до 50 мс; число входов-выходов до 1024/128
Блок многосвязного программно-логического управления	То же
Блок многоканального сбора, обработки данных и контроля функционирования	---
Программируемые микропроцессорные контроллеры	Длина слова 8 двоичных разрядов; количество входов-выходов до 128; время цикла 5 мс
III. ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ СРЕДСТВА
Адаптеры связи	---
Блок подключения шин (контроллеры связи)	---
Блок общей памяти	---
Устройство общесистемной диагностики и определения аварийных ситуаций	---
Процессор прямого доступа для накопления текущей информации	---
Пульт оператора-технолога	---

Состав перечисленных средств в значительной мере можно считать типовым, так как он обусловлен рядом требований, предъявляемых к техническому обеспечению АСУ ТП и составленных на основе накопленного опыта их проектирования, внедрения и эксплуатации.

Основные понятия и определения

Типизация – обоснованное сведение многообразия избранных типов конструкций машин, оборудования, приборов к небольшому числу наилучших с какой-либо точки зрения образцов, обладающих существенными качественными признаками.

Типизация предшествует унификации – приведению различных видов продукции и средств ее производства к рациональному минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств и т.п.

Агрегатирование предусматривает разработку и использование ограниченной номенклатуры типовых унифицированных модулей, блоков, устройств и унифицированных типовых конструкций для построения множества проблемно-ориентированных установок и комплексов, технические параметры которых в значительной степени удовлетворяют потребительским целям.

В распределенных системах управления большое значение приобретает стандартизация интерфейсов, т.е. установление и применение единых норм, требований и правил, гарантирующих информационное объединение изделий комплекса технических средств в типовых структурах АСУ ТП.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации составляет техническую основу для реализации информационно-управляющих систем в промышленной и непромышленной сферах народного хозяйства страны.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации основана на стандартных внутренних и внешних связях, рациональной структуре и конструктивных формах в модульно-блочном построении ее функциональных устройств и предусматривает их агрегатирование в комплексах измерительной, вычислительной, аналитической и других видов техники для построения систем информации, контроля, регулирования и управления.

Реализация типовых функций АСУ ТП осуществляется в ГСП аппаратными средствами, иерархическая структура которых изображена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Иерархическая структура технических средств ГСП

Концепция совместимости, включающая в себя требования информационного, энергетического, конструктивного, метрологического, эксплуатационного сопряжений между изделиями ГСП, основана на последовательной унификации и стандартизации свойств и характеристик изделий.

Информационная совместимость — совокупность стандартизированных характеристик, обеспечивающих согласо­ванность сигналов связи по видам и номенклатуре, их норматив­ным параметрам, уровням, пространственно-временным соотно­шениям, логическим соотношениям и типу логики. Для всех из­делий ГСП приняты унифицированные сигналы связи и единые интерфейсы.

Конструктивная совместимость — совокупность характеристик, обеспечивающих согласованность конструктивных параметров и механическое сопряжение технических средств, а также выполне­ние эргономических норм и эстетических требований при совме­стном использовании. Конструктивная совместимость достигается применением уни­фицированных типовых конструктивов.

Метрологическая совместимость — совокупность метрологиче­ских характеристик, обеспечивающих сопоставимость результатов измерений и возможность расчета их погрешности при функцио­нировании технических средств в составе системы.

Энергетическая совместимость — совокупность энергетических характеристик, обеспечивающих совместную работу устройств от общих стандартных источников питания.

Эксплуатационная совместимость — совокупность эксплуатаци­онных характеристик, обеспечивающих работоспособность и на­дежность функционирования технических средств при совмест­ном использовании в определенных производственных условиях, а также удобство обслуживания, настройки и ремонта

Классификация приборов и устройств ГСП

Устройства ГСП по роду используемой вспомогательной энергии носителя сигналов в канале связи, применяемой для приема и передачи информации и команд управления, делятся на электрические, пневматические и гидравлические.

Устройства, питающиеся при эксплуатации энергией одного рода, образуют единую структурную группу в Государственной системе приборов, или «ветвь ГСП».

АСУ ТП, комплектуемые из приборов электрической ветви, имеют преимущества по чувствительности, точности, быстродействию, дальности связи, обеспечивают высокую схемную и конструктивную унификацию приборов.

Приборы пневматической ветви характеризуются безопасностью применения в легковоспламеняемых и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы, особенно при использовании в агрессивной атмосфере.

Гидравлические приборы позволяют получать точные перемещения исполнительных механизмов при больших усилиях.

Дата добавления: 2014-01-03