Технологические параметры, объекты систем автоматического контроля. Понятия датчика и преобразователя. Преобразователи перемещения. Дифференциальные и мостовые схемы подключения датчиков. Датчики физических величин - температуры, давления, механических усилий.Контроль уровней сред. Классификация и схемы уровнемеров. Методы контроля расходов жидких сред. Расходомеры переменного уровня и переменного перепада давления. Ротаметры. Электромагнитные расходомеры. Реализация расходомеров и область применения. Способы контроля плотности суспензий. Маномет-рический, весовой и радиоизотопный плотномеры. Контроль вязкости и состава суспензий. Автоматические гранулометры, анализаторы. Влагомеры продуктов обогащения.

7.1 Общая характеристика систем контроля. Датчики и преобразователи

В основе автоматического управления - непрерывное и точное измерение входных и выходных технологических параметров процесса обогащения.

Следует различать основные выходные параметры процесса (или конкретной машины), характеризующие конечную цель процесса, например, качественно-количественные показатели продуктов переработки, и промежуточные (косвенные) технологические параметры, определяющие условия протекания процесса, режимы работы оборудования. Например, для процесса обогащения угля в отсадочной машине, основными выходными параметрами могут быть выход и зольность выпускаемых продуктов. В тоже время на указанные показатели влияет ряд промежуточных факторов, например, высота и разрыхленность постели в отсадочной машине.

Кроме того, существует ряд параметров, характеризующих техническое состояние технологического оборудования. Например, температура подшипников технологических механизмов; параметры централизованной жидкой смазки подшипников; состояние перегрузочных узлов и элементов поточно-транспортных систем; наличие материала на ленте конвейера; присутствие металлических предметов на ленте конвейера, уровни материала и пульпы в емкостях; длительность работы и время простоев технологических механизмов и т.д.

Особую трудность вызывает автоматический оперативный контроль технологических параметров, определяющих характеристику сырья и продуктов обогащения, таких как зольность, вещественный состав руды, степень раскрытия минеральных зерен, гранулометрический и фракционный состав материалов, степень окисленности поверхности зерен и пр. Данные показатели или контролируются с недостаточной точностью или не контролируются совсем.

Большое число физических и химических величин, определяющих режимы процессов переработки сырья, контролируется с достаточной точностью. К ним можно отнести плотность и ионный состав пульпы, объемные и массовые расходы технологических потоков, реагентов, топлива, воздуха; уровни продуктов в машинах и аппаратах, температура среды, давление и разряжение в аппаратах, влажность продуктов и т.д.

Таким образом, многообразие технологических параметров, их важность при управлении процессами обогащения требуют разработки надежно действующих систем контроля, где оперативное измерение физико-химических величин основано на самых различных принципах.

Нужно отметить, что надежность работы систем контроля параметров в основном определяет работоспособность систем автоматического управления процессами.

Системы автоматического контроля служат основным источником информации при управлении производством, в том числе в АСР и АСУТП.

Датчики и преобразователи

Основным элементом систем автоматического контроля, который определяет надежность и работоспособность всей системы, является датчик, непосредственно контактирующий с контролируемой средой.

Датчиком называется элемент автоматики, осуществляющий преобразование контролируемого параметра в сигнал, пригодный для ввода его в систему контроля или управления.

Типовая система автоматического контроля в общем случае включает первичный измерительный преобразователь (датчик), вторичный преобразователь, линию передачи информации (сигнала) и регистрирующий прибор (рис. 7.1). Зачастую система контроля имеет только чувствительный элемент, преобразователь, линию передачи информации и вторичный (регистрирующий) прибор.

Датчик, как правило, содержит чувствительный элемент, воспринимающий величину измеряемого параметра, а в некоторых случаях и преобразующий ее в сигнал, удобный для дистанционной передачи на регистрирующий прибор, а при необходимости – в систему регулирования.

Примером чувствительного элемента может быть мембрана дифференциального манометра, измеряющего разность давлений на объекте. Перемещение мембраны, вызванное усилием от разности давлений, преобразуется с помощью дополнительного элемента (преобразователь) в электрический сигнал, который легко передается на регистратор.

Другой пример датчика – термопара, где совмещены функции чувствительного элемента и преобразователя, так как на холодных концах термопары возникает электрический сигнал, пропорциональный измеряемой температуры.

Подробнее о датчиках конкретных параметров будет изложено ниже.

Преобразователи классифицируются на однородные и неоднородные. Первые имеют одинаковые по физической природе входную и выходную величину. Например, усилители, трансформаторы, выпрямители – преобразуют электрические величины в электрические с другими параметрами.

Среди неоднородных самую большую группу составляют преобразователи неэлектрических величин в электрические (термопары, терморезисторы, тензометрические датчики, пьезоэлементы и пр.).

По виду выходной величины данные преобразователи подразделяются на две группы: генераторные, имеющие на выходе активную электрическую величину – ЭДС и параметрические – с пассивной выходной величиной в виде R, L или С.

Преобразователи перемещения. Наибольшее распространение получили параметрические преобразователи механического перемещения. К ним относятся R (резисторные), L (индуктивные) и С (емкостные) преобразователи. Данные элементы изменяют пропорционально входному перемещению выходную величину: электрическое сопротивление R, индуктивность L и емкость С (рис. 7.2).

Индуктивный преобразователь может быть выполнен в виде катушки с отводом от средней точки и перемещающимся внутри плунжером (сердечником).

Рассматриваемые преобразователи обычно подключаются к системам контроля с помощью мостовых схем. В одно из плеч моста (рис. 7.3 а) подключается преобразователь перемещения. Тогда выходное напряжение (U вых), снимаемое с вершин моста А-В, будет изменяться при перемещении рабочего элемента преобразователя и может быть оценено выражением:

Напряжение питания моста (U пит) может быть постоянного (при Z i =R i) или переменного (при Z i =1/(Cω) или Z i =Lω) тока с частотой ω.

В мостовую схему с R элементами могут подключаться терморезисторы, тензо- и фоторезисторы, т.е. преобразователи выходной сигнал которых – изменение активного сопротивления R.

Широко применяемый индуктивный преобразователь обычно подключается к мостовой схеме переменного тока, образованной трансформатором (рис. 7.3 б). Выходное напряжение в этом случае выделяется на резисторе R, включенном в диагональ моста.

Особую группу составляют широко применяемые индукционные преобразователи - дифференциально-трансформаторные и ферро-динамические (рис. 7.4). Это – генераторные преобразователи.

Выходной сигнал (U вых) данных преобразователей формируется в виде напряжения переменного тока, что исключает необходимость применения мостовых схем и дополнительных преобразователей.

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала в трансформаторном преобразователе (рис. 6.4 а) основан использовании двух вторичных обмоток, включенных навстречу друг другу. Здесь выходной сигнал – векторная разница напряжений, возникающих во вторичных обмотках при подаче напряжения питания U пит, при этом выходное напряжение несет две информации: абсолютное значение напряжения – о величине перемещения плунжера, а фаза – направление его перемещения:

Ū вых = Ū 1 – Ū 2 = kХ вх,

где k – коэффициент пропорциональности;

Х вх – входной сигнал (перемещение плунжера).

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала увеличивает чувствительность преобразователя в два раза, так как при перемещении плунжера, например, вверх, растет напряжение в верхней обмотке (Ū 1) из-за роста коэффициента трансформации, на столько же снижается напряжение в нижней обмотке (Ū 2).

Дифференциально-трансформаторные преобразователи получили широкое распространение в системах контроля и регулирования благодаря своей надежности и простоты. Их размещают в первичных и вторичных приборах измерения давления, расхода, уровней и пр.

Более сложными является ферродинамические преобразователи (ПФ) угловых перемещений (рис. 7.4 б и 7.5).

Здесь в воздушном зазоре магнитопровода (1) помещен цилиндрический сердечник (2) с обмоткой в виде рамки. Сердечник установлен с помощью кернов и может поворачиваться на небольшой угол α вх в пределах ± 20 о. На обмотку возбуждения преобразователя (w 1) подается переменное напряжение 12 – 60 В, в результате чего возникает магнитный поток, пересекающий площадь рамки (5). В ее обмотке индуцируется ток, напряжение которого (Ū вых) при прочих равных условиях пропорционально углу поворота рамки (α вх), а фаза напряжения изменяется при повороте рамки в ту или иную сторону от нейтрального положения (параллельно магнитному потоку).

Статические характеристики преобразователей ПФ показаны на рис. 7.6.

Характеристику 1 имеет преобразователь без включенной обмотки смещения (W см). Если нулевое значение выходного сигнала нужно получить не в среднем, а в одном из крайних положений рамки, следует включить обмотку смещения последовательно с рамкой.

В этом случае выходной сигнал – сумма напряжений снимаемых с рамки и обмотки смещения, чему соответствует характеристика 2 или 2 " , если изменить подключение обмотки смещения на противофазное.

Важным свойством ферродинамического преобразователя является возможность изменения крутизны характеристики. Это достигается изменением величины воздушного зазора (δ) между неподвижным (3) и подвижным (4) плунжерами магнитопровода, ввинчивая или вывинчивая последний.

Рассмотренные свойства преобразователей ПФ используют при построении относительно сложных систем регулирования с выполнением простейших вычислительных операция.

Общепромышленные датчики физических величин.

Эффективность процессов обогащения во многом зависит от технологических режимов, которые в свою очередь определяются значениями параметров, влияющих на эти процессы. Многообразие обогатительных процессов обуславливает большое количество технологических параметров, требующих своего контроля. Для контроля некоторых физических величин достаточно иметь стандартный датчик с вторичным прибором (например, термопара - автоматический потенциометр), для других необходимы дополнительные устройства и преобразователи (плотномеры, расходомеры, золомеры и пр.).

Среди большого количества промышленных датчиков можно выделить датчики, широко применяемые в различных отраслях промышленности в качестве самостоятельных источников информации и как составные элементы более сложных датчиков.

В данном подразделе рассмотрим наиболее простые общепромышленные датчики физических величин.

Датчики температуры. Контроль тепловых режимов работы котлоагрегатов, сушильных установок, некоторых узлов трения машин позволяет получить важную информацию, необходимую для управления работой указанных объектов.

Манометрические термометры . Данное устройство включает в себя чувствительный элемент (термобаллон) и показывающий прибор, соединенных капиллярной трубкой и заполненных рабочим веществом. Принцип действия основан на изменении давления рабочего вещества в замкнутой системе термометра в зависимости от температуры.

В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества различают жидкостные (ртуть, ксилол, спирты), газовые (азот, гелий) и паровые (насыщенный пар низкокипящей жидкости) манометрические термометры.

Давление рабочего вещества фиксируется манометрическим элементом – трубчатой пружиной, раскручивающейся при повышении давления в замкнутой системе.

В зависимости от вида рабочего вещества термометра пределы измерения температуры составляют от – 50 о до +1300 о С. Приборы могут оснащаться сигнальными контактами, записывающим устройством.

Терморезисторы (термосопротивления). Принцип действия основан на свойстве металлов или полупроводников (термисторы ) изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Эта зависимость для терморезисторов имеет вид:

где R 0 – сопротивление проводника при Т 0 =293 0 К;

α Т – температурный коэффициент сопротивления

Чувствительные металлические элементы изготавливают в виде проволочных катушек или спиралей в основном из двух металлов – меди (для низких температур – до 180 о С) и платины (от -250 о до 1300 о С), помещенных в металлический защитный кожух.

Для регистрации контролируемой температуры терморезистор, как первичный датчик, подключается к автоматическому мосту переменного тока (вторичный прибор), данный вопрос будет рассмотрен ниже.

В динамическом отношении терморезисторы можно представить апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией W(p)=k/(Tp+1) , если же постоянная времени датчика (Т ) значительно меньше постоянной времени объекта регулирования (контроля), допустимо принимать данный элемент как пропорциональное звено.

Термопары. Для измерения температур в больших диапазонах и свыше 1000 о С обычно применяют термоэлектрические термометры (термопары).

Принцип действия термопар основан на эффекте возникновения ЭДС постоянного тока на свободных (холодных) концах двух разнородных спаянных проводников (горячий спай) при условии, что температура холодных концов отличается от температуры спая. Величина ЭДС пропорциональна разности этих температур, а величина и диапазон измеряемых температур зависит от материала электродов. Электроды с нанизанными на них фарфоровыми бусами помещаются в защитную арматуру.

Подключение термопар к регистрирующему прибору производится специальными термоэлектродными проводами. В качестве регистрирующего прибора может использоваться милливольтметр с определенной градуировкой или автоматический мост постоянного тока (потенциометр).

При расчете систем регулирования термопары могут представляться, как и терморезисторы, апериодическим звеном первого порядка или пропорциональным.

Промышленность выпускает различные типы термопар (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Характеристика термопар

Датчики давления. Датчики давления (разряжения) и перепада давления получили самое широкое применение в горно-обогатительной отрасли, как общепромышленные датчики, так и в качестве составных элементов более сложных систем контроля таких параметров, как плотность пульп, расход сред, уровень жидких сред, вязкость суспензии и п.п.

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами или напоромерами , для измерения вакуумметрического давления (ниже атмосферного, разряжение) – вакуумметрами или тягомерами, для одновременного измерения избыточного и вакуумметрического давления - мановакуумметрами или тягонапорометрами.

Наибольшее распространение получили датчики пружинного типа (деформационные) с упругими чувствительными элементами в виде манометрической пружины (рис. 7.7 а), гибкой мембраны (рис. 7.7 б) и гибкого сильфона.

.

Для передачи показаний на регистрирующий прибор в манометрах может быть встроен преобразователь перемещения. На рисунке показаны индукционно-трансформаторные преобразователи (2), плунжеры которых связаны с чувствительными элементами (1 и 2).

Приборы для измерения разности двух давлений (перепада) называются дифференциальными манометрами или дифманометрами (рис. 7.8). Здесь давление воздействует на чувствительный элемент с двух сторон, эти приборы имеют два входных штуцера для подачи большего (+Р) и меньшего (-Р) давления.

Дифманометры можно разделить на две основные группы: жидкостные и пружинные. По виду чувствительного элемента среди пружинных наиболее распространены мембранные (рис. 7.8а), сильфонные (рис.7.8 б), среди жидкостных - колокольные (рис. 7.8 в).

Мембранный блок (рис. 7.8 а) обычно заполняется дистиллированной водой.

Колокольные дифманометры, у которых чувствительным элементом является колокол, частично погруженный вверх дном в трансформаторное масло, являются наиболее чувствительными. Они применяются для измерения небольших перепадов давления в пределах 0 – 400 Па, например, для контроля разряжения в топках сушильных и котельных установок

Рассмотренные дифманометры относятся к бесшкальным, регистрация контролируемого параметра осуществляется вторичными приборами, на которые поступает электрический сигнал от соответствующих преобразователей перемещения.

Датчики механических усилий. К этим датчикам относятся датчики, содержащие упругий элемент и преобразователь перемещения, тензометрические, пьезоэлектрические и ряд других (рис. 7.9).

Принцип работы данных датчиков ясен из рисунка. Отметим, что датчик с упругим элементом может работать с вторичным прибором – компенсатором переменного тока, тензометрический датчик – с мостом переменного тока, пьезометрический – с мостом постоянного тока. Подробнее этот вопрос будет изложен в последующих разделах.

Тензометрический датчик представляет собой подложку на которую наклеено несколько витков тонкого провода (специальный сплав), либо металлической фольги как показано на рис. 7.9б. Датчик наклеивается на чувствительный элемент, воспринимающий нагрузку F, с ориентацией длинной оси датчика по линии действия контролируемой силы. Этим элементом может быть любая конструкция, находящаяся под воздействием силы F и работающая в пределах упругой деформации. Этой же деформации подвергается и тензодатчик, при этом проводник датчика удлиняется либо сокращается по длинной оси его установки. Последнее приводит к изменению его омического сопротивления по известной из электротехники формуле R=ρl/S.

Добавим здесь, что рассмотренные датчики могут быть использованы при контроле производительности ленточных конвейеров (рис.7.10 а), измерении массы транспортных средств (автомобилей, железнодорожных вагонов, рис. 7.10 б), массы материала в бункерах и пр.

Оценка производительности конвейера основана на взвешивании определенного участка нагруженной материалом ленты при постоянной скорости ее движения. Вертикальное перемещение весовой платформы (2), установленной на упругих связях, вызванное массой материала на ленте, передается на плунжер индукционно-трансформаторного преобразователя (ИТП), который формирует информацию на вторичный прибор (U вых).

Для взвешивания железнодорожных вагонов, груженых автомобилей весовая платформа (4) опирается на тензометрические блоки (5), представляющие собой металлические опоры с наклеенными тензометрическими датчиками, которые испытывают упругую деформацию, зависящую от массы объекта взвешивания.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

2.3 Структура АСУ ТП ДНС

2.4 Комплекс технических средств 20

2.4.6 Расходомер Метран-350

2.4.8 Вибропреобразователь DVA-1-2-1 27

2.4.10 Анализатор влажности 3050 OLV

2.4.12 Кабельная продукция

3.1 Обоснование выбора контроллера

3.2 Основные технические данные контроллера SLC 5/04

3.3 Конфигурация контроллера

3.4 Программирование контроллера

3.6 Операторский интерфейс

4. Расчет надежности проектируемой системы

4.1 Общие положения

4.2 Интенсивность отказов

4.3 Среднее время безотказной работы

4.4 Вероятность безотказной работы

4.5 Среднее время восстановления

4.6 Вывод по разделу

5. Оценка экономической эффективности

5.1 Методика расчета экономических показателей проектируемой системы

5.2 Расчет единовременных затрат

5.3 Расчет обобщающих показателей экономической эффективности

5.4 Выводы по разделу

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Обеспечение безопасности работающих

6.1.1 Характеристика условий труда

6.1.2 Средства индивидуальной защиты

6.1.3 Электробезопасность

6.2 Оценка экологичности проекта 80

6.2.1 Воздействие объектов ДНС на окружающую среду

6.2.2 Воздействие ДНС на поверхностные и подземные воды

6.2.3 Почвенно-растительный покров

6.2.4 Противопожарные мероприятия

6.3 Прогнозирование чрезвычайных ситуаций

6.4 Выводы по разделу

Заключение

Список используемых источников

В ведение

Современные нефти и газодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров.

Успешный процесс переработки и перекачки нефти и газа зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне давления, температуры, расхода, а также от контроля качества выходного продукта. Поддержание с заданной точностью на заданном уровне параметров быстротекущих процессов при ручном управлении оказывается не возможным. Поэтому современное нефтехимическое и нефтеперерабатывающие производство возможно только при оснащении технических установок соответствующими автоматическими измерительными приборами, информационно-измерительными системами и системами автоматического управления. Таким образом, современный этап развития добычи и переработки нефти и газа немыслим без применения контрольно-измерительных приборов и микропроцессорной техники.

АСУ ТП обеспечивает: представление оперативной информации персоналу для диагностики и прогнозирования состояния оборудования, контроль и управление технологическими процессами и оборудованием, предоставление возможности выяснения причин нарушения нормального режима работы, анализ разных рабочих ситуаций.

В данном дипломном проекте производиться разработка проекта автоматизации дожимной насосной станции ДНС-7 Федоровского нефтегазового месторождения, предназначенного для контроля, управления, регулирования и сигнализации аварий, происходящих на данном объекте. В связи с тем, что ДНС-7 была построена и запущена в эксплуатацию в конце 70-х годов, приборы и средства автоматизации на данный момент морально устарели и не предоставляли достаточный уровень информативности и управляемости системы. Для того чтобы упростить процесс эксплуатации, повысить надежность системы в данном проекте была произведена замена старых приборов и датчиков на новые более современные и применен микропроцессорный контроллер для централизованного управления технологическим процессом.

1. Общая характеристика объекта автоматизации

1.1 Информация об объекте управления

Дожимная насосная станция ДНС-7 входит в состав Федоровского нефтегазового месторождения.

Данное месторождение открыто в 1971. Залежи на глубине 1,8-2,3 км. Начальный дебит скважин 17-310 т/сут. Плотность нефти 0,86-0,90 г/см3.

Федоровское нефтегазовое месторождение входит в состав ОАО «Сургутнефтегаз», одной из крупнейших Российских. Сфера деятельности компании охватывает разведку, обустройство и разработку нефтяных и нефтегазовых месторождений, добычу и реализацию нефти и газа, производство и сбыт нефтепродуктов и продуктов нефтехимии.

“Сургутнефтегаз” отличает стабильная динамика роста, основанная на высоких темпах роста производства и постоянном наращивании сырьевого потенциала. Гибкая долгосрочная стратегия развития компании основана на многолетнем опыте и использовании новейших технологий.

Территория по среднему течению реки Оби, в районе города Сургута, в середине шестидесятых годов стала одним из первых районов добычи нефти и газа в Западной Сибири. В 1993 году на базе имущественного комплекса производственного объединения “Сургутнефтегаз” было основано одноименное акционерное общество.

В настоящее время более чем 50 подразделений ОАО “Сургутнефтегаз” выполняют полный комплекс работ по разведке, обустройству и разработке нефтяных и нефтегазовых месторождений, добыче и реализации нефти и газа .

1.2 Описание технологического процесса

В качестве схемы промыслового сбора нефти, нефтяного газа и воды принята однотрубная напорная система, обеспечивающая транспортировку добытой нефти через все технологические объекты, включая и объекты подготовки нефти, за счет устьевых давлений скважины при любом способе их эксплуатации. Напорные двух- и многотрубные системы сбора допускаются лишь на участке от групповых установок до установок подготовки нефти при раздельном сборе соответственно обводненной и необводненной или разносортной нефти. Стремление максимально использовать энергию пласта приводит к тому, что фонтанную скважину переводят на механизированный способ добычи только тогда, когда полностью прекращается фонтанирование. Это приводит к необходимости сооружать дожимные насосные станции (ДНС), совмещенные с сепарационными емкостями. Кроме того, для сбора газа от сепарированного на ДНС, строят промысловые газосборные сети.

В случае большого содержания воды (свыше 30%) транспортируемой жидкости применяются сепарационные установки. Водонефтяная смесь поступает сначала во входные сепараторы СВ-1/1 и СВ-1/2, которые предназначены для отделения основной массы жидкости от газа, одновременно эти аппараты являются гасителями пульсаций газожидкостного потока. Далее жидкость сливается в сепараторы первой ступени С-1/1…С-/4 под действия гидростатического столба жидкости(за счет разности высот установки аппаратов). После сепараторов первой ступени обводненная разгазированная нефть поступает в отстойники О-1 и О-2, где происходит отделение нефти от воды. Частично разгазированная нефть поступает на вход установки предварительного сброса воды типа «Хитер-Тритер» Х/Т-1 и Х/Т-2. Затем нефть со средней обводненностью менее 10% поступает на сепаратор второй ступени С-2/1 и С2/2, где происходит окончательное разгазирование. после этого осуществляется учет нефти по объему, массе (28-280 м 3 /ч) и подача на нефтепровод. Выделившийся из нефти газ в сепарационных установках и в установке предварительного обезвоживания “Хитер-Тритер” (печь) подается на ГПЗ, а также на факел. Отделившаяся на обезвоживающих установках пластовая вода поступает в резервуары, а затем на кустовые насосные станции, откуда она поступает для закачки в нагнетательные скважины .

Генеральный план ДНС представлен в приложении А.

• 1.3 Современный подход к разработке АСУ ТП ДНС
• В рамках реконструкции дожимной насосной станции ДНС-4А ОАО "Сургутнефтегаз" успешно ввел в промышленную эксплуатацию новую АСУ ТП, разработанную с использованием SCADA-системы TRACE MODE (Россия). АСУ ТП ДНС-4А контролирует свыше 1600 параметров технологического процесса подготовки нефти и обеспечивает их визуализацию на 18 графических мнемосхемах и на архивных трендах. В АСУ ТП ДНС-4А реализовано автоматическое и удаленное ручное управление задвижками и клапанами. Система интегрирована с узлами учета нефти и газа. Данные из SCADA TRACE MODE постоянно передаются в корпоративную информационную систему ОАО "Сургутнефтегаз". В АСУ ТП ДНС-4А использованы австрийские контроллеры Bernecker & Rainer (B&R), драйвер к которым входит в обширную библиотеку бесплатных драйверов TRACE MODE (более 1585 бесплатных драйверов). Это уже вторая ДНС, принадлежащая ОАО "Сургутнефтегаз", система автоматизации которой основана на SCADA TRACE MODE. Ранее, в 2003 году, была внедрена АСУ ТП ДНС Пильтанского месторождения. Разработка первой АСУ ТП ДНС проводилось силами компании ООО "АТ" - Авторизованного системного интегратора SCADA TRACE MODE из Москвы. Вторая АСУ ТП дожимной насосной станции полностью спроектирована и реализована собственными силами сотрудников ОАО "Сургутнефтегаз".
• Перед началом работ над проектом два специалиста ОАО "Сургутнефтегаз" прошли обучение в авторизованном учебном центре AdAstra Research Group и получили квалификацию сертифицированных инженеров TRACE MODE. При разработке АСУ ТП ДНС-4А ими были учтены все замечания и пожелания технологов, благодаря чему новая система стала более эргономичной и удобной в эксплуатации. Специалисты ОАО "Сургутнефтегаз" по достоинству оценили гибкость TRACE MODE как универсальной SCADA системы для объектов нефтедобычи. В настоящее время рассматриваются проекты применения SCADA TRACE MODE на еще нескольких ДНС и других объектах ОАО "Сургутнефтегаз". Список внедрений SCADA системы TRACE MODE в нефтедобывающей отрасли продолжает расти .
• Квалифицированная разработка алгоритмов управления АСУ ТП подготовки и перекачки нефти позволила специалистам компании IBS обеспечить минимально необходимое вовлечение персонала технологических объектов в процесс управления механизмами и агрегатами. Такой подход существенно снижает нагрузку на оператора и тем, самым уменьшает возможное негативное влияние "человеческого фактора" на рост себестоимости продукции, создание предпосылок аварийных ситуаций и загрязнения окружающей среды.
• Около 95% российской нефти добывается сегодня методом заводнения. В результате обводненость нефти в процессе добычи возрастает до 80 и более процентов, что приводит к необходимости осуществления дополнительных мероприятий по подготовке нефти и вызывает постоянный рост себестоимости продукции. Более точно -- с ростом обводненности нефтегазовой эмульсии повышаются затраты на отделение нефти, воды, попутного газа, механических примесей и на дожимной насосной станции (ДНС) все больше появляется функций, характерных для установки подготовки и перекачки нефти (УППН). Это означает, что традиционная с точки зрения функциональности ДНС постепенно эволюционирует в сторону УППН. Нефтяники в какой то момент поняли неэффективность перегонки по внутри промысловым трубопроводам (длина которых, зачастую, может быть весьма значительной) эмульсии, содержащей 80-90 % воды. В связи с этим стали применяться средства и агрегаты по уменьшению обводненности непосредственно на ДНС. Хотя иногда ставят мульти фазные насосы, но их применение довольно ограничено. В основном в управлении обводненностью переносится на оптимальное управление процессом подготовки нефти на ДНС.
• Очевидно необходимо решать следующую задачу -- удержать на прежнем уровне затраты на подготовку нефти и при этом сохранить уровень качества нефти.
• Существуют объективные факторы, которые накладывают определенные требования на АСУ ТП подготовки нефти в Западной Сибири -- удаленность площадок подготовки от населенных пунктов, жесткий климат и вытекающая отсюда организация работ (сменный персонал, текучесть квалифицированных кадров), пожароопасность, неразвитость инфраструктуры. Эти обстоятельства должны породить новый подход к построению АСУТП, в котором должно быть реализовано повышенное внимание к надежности и трудоемкости.
• Развернуть проект по внедрению нового типа АСУ ТП было решено на Пермяковском и Кошильском месторождениях "Нижневартовского нефтегазодобывающего предприятия" (ННП), компании ТНК. ННП -- одно из градообразующих предприятий этого региона. Оно разрабатывает ряд месторождений, находящихся на значительном удалении от города (до 450 км), что обусловливает наличие некоторых особенностей в его деятельности. Так, помимо жестких климатических условий, характерных для данного региона в целом, вся работа на объектах ННП ведется вахтовым методом, что предполагает повышенные затраты на жизнеобеспечение работающих (вплоть до привозной питьевой воды), на поддержание инфраструктуры. Именно поэтому любые возможности оптимизации экономических показателей, снижения трудозатрат и отрицательного влияния роли "человеческого фактора", а следовательно, и себестоимости добычи нефти здесь весьма актуальны. Кроме того, для двух ДНС предприятием уже были закуплены импортные установки предварительного сброса воды "Sivalls", сами по себе требовавшие нового уровня промышленной автоматики.
• Общая задача, поставленная перед специалистами IBS формулировалась в сугубо экономических терминах -- улучшить качество подготовки нефти, одновременно снизив себестоимость этого процесса. Особое внимание уделялось возможности последующей стабилизации уровня себестоимости, компенсирующей ожидаемое увеличение обводненности извлекаемой нефти. Проект создания АСУ ТП нового поколения для ДНС, входящих в производственную структуру нефтедобывающих предприятий ТНК, был реализован компанией IBS в период 2001-2002 гг. В процессе реализации проекта был выполнен весь цикл работ, необходимых для ввода в эксплуатацию АСУ ТП ДНС -- от разработки технических решений по автоматизации до проведения пусконаладочных работ на объекте и обучения персонала. Логически было выделено 3 основные уровня системы: площадка подготовки нефти, уровень нефтепромысла (удаление от площадок подготовки нефти -- 50 км), уровень НГДУ (в городе, удаленном на 400 км от нефтепромысла). Таким образом, получилось 3 зоны, охваченные проектом.
• Первым этапом работ были обеспечены традиционные функции мониторинга ТП непосредственно на площадке подготовки нефти. Технологической целью этой очереди проекта являлось обеспечение стабильной обводненности выходной нефти при нестабильных характеристиках поступающей на площадку водонефтегазовой эмульсии. Был выполнен монтаж контрольно-измерительного оборудования (более 200 типов), инсталлирован и сконфигурирован SCADA-пакет InTouch на 1500 тегов (на каждой площадке подготовки), а также система поддержки регламентных работ Avantis.Pro.
• Разработка, реализованная на втором этапе (также на базе линейки продуктов компании Wonderware -- Industrial SQL, Active Factory, Suite Voyager, SCADA Alarm) позволяет разделять событийный поток, идущий от технологического объекта управления, и распределять различные его составляющие между рабочими местами специалистов (оператор, технолог, механик, энергетик, геолог), способных принять решения по данным событиям.
• Наконец, на третьей фазе работ была реализована парадигма "процессного" управления.
• Если говорить о технических перспективах проекта, то необходимо отметить следующее. Построение вертикали "площадка и InTouch -- технологический сервер Industrial SQL -- рабочие места в НГДУ на базе MS Office + Active Factory" позволяет наращивать как число присоединяемых технологических объектов, так и число рабочих мест в НГДУ. Потенциально узким местом является тэговая емкость Industrial SQL, так как через него все технологические параметры доставляются в НГДУ. Заложенная емкость (100.000 тэгов), по нашим расчетам, позволяет подключить все кусты месторождения, и таким образом, прийти к ситуации, когда вся технологическая информация с месторождения концентрируется в одном месте и в едином формате, что крайне привлекательно с точки зрения возможности глубокого анализа протекания ТП.
• Укажем основные статьи эксплуатационных затрат, на которые позитивно повлияло создание данной АСУ ТП:
• ­ ремонты технологического оборудования, ликвидация аварий и сопутствующий расход комплектующих, энергоносителей, материалов, транспортных ресурсов;
• ­ расход эксплуатационных материалов;
• ­ штрафы (например, за нарушение экологического состояния прилегающей территории);
• ­ расходы на обеспечение контроля качества и количества сданной нефти;
• ­ выплаты сотрудникам, которые получили повреждения в авариях.
• ­ Эти затраты могут быть приняты за экономические критерии оценки эффективности АСУ ТП. По разным статьям затрат экономия составила 5-30%, что было сочтено результатом, адекватным произведенным инвестициям. Очевидно, что эти показатели также свидетельствуют об успешности проекта в целом .
• 2. Автоматизация технологического процесса
• 2.1 Целевая функция автоматизации
• Автоматизация производства выполняется для облегчения процесса управления объектом, в следствии чего отпадает необходимость привлечения большого количества операторов. Постом управления станции является пульт управления, расположенный в операторной. С него осуществляется дистанционный контроль и управление оборудованием, а также режимами работы основных и вспомогательных объектов. Схема автоматизации представлена в приложении Б.

Технологический процесс должен протекать как можно более безопасно во всех его стадиях, для этого в системе автоматизации применяются новые, более точные, по сравнению с ранними разработками, приборы, датчики и исполнительные механизмы. Возможности системы в части отслеживания параметров процесса, срабатывания цепей управления КИПиА и аварийного отключения функционируют независимо друг от друга, это реализовано с целью обеспечить максимальную безопасность производства. Проектирование АСУ осуществляется таким образом, чтобы обеспечить безопасное, надежное и точное управление системами станции, а также предусмотреть эксплуатацию установки в наиболее эффективном режиме.

2.2 Функции разрабатываемой системы

Актуальность создания системы значительно возросла в последнее время в связи с повышением стоимости нефти, энергоресурсов, реагентов, затрат на содержание обслуживающего персонала и поддержание экологии окружающей среды.

Основные функции АСУ ТП включают:

­ сбор информации о контролируемом технологическом процессе подготовки нефти;

­ передача управляющих команд в технический комплекс технического уровня;

­ регистрация событий (предыстория событий), связанных с контролируемым технологическим процессом;

­ регистрация действий персонала;

­ оповещение персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с ходом контролируемого технологического процесса;

­ непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами с возможностью перехода в ручной режим, так со щита автоматики, так и по месту;

­ отображение на автоматизированном рабочем месте технологических параметров процесса в реальном времени, а также представление архивной информации в удобной для восприятия форме;

­ ведение архивной базы данных .

Средством достижения этих целей является использование современных технических средств, в том числе и микропроцессорных.

Применяемые технические средства должны позволять реализовать из заданного набора алгоритмов одноконтурные, многоконтурные и многосвязные системы автоматического регулирования, сигнализации и защиты, а так же оперативно преобразовывать и усовершенствовать существующие схемы защиты, регулирования и сигнализации.

Применение современных микропроцессорных средств должно позволить, в случае необходимости, развитие системы управления, а так же ее связь с другими информационными сетями, в том числе более высокого уровня.

2.3 Структура АСУ ТП ДНС

В АСУ ТП ДНС выделяют основные 2 уровня иерархии:

­ нижний уровень - уровень датчиков, приборов, исполнительных механизмов;

­ верхний уровень - микропроцессорных контроллеров и автоматизированных рабочих мест операторов.

Все датчики, приборы и исполнительные механизмы нижнего уровня выполнены во взрывоопасном исполнении и рекомендованы для применения в нефтегазовой отрасли. Основной функцией нижнего уровня является преобразование необходимых технологических параметров в электрические сигналы и обработка сигналов микропроцессорным контроллером.

Основными функциями верхнего уровня является полученние с нижнего уровня информации, передача управляющих команд.

На щите автоматики на основе технологического контроллера АСУ ТП и вторичных приборов датчиков реализованы:

­ схемы технологических защит установки;

­ схемы сбора телемеханической информации с первичных датчиков установленных на технологических объектах;

­ пусковая аппаратура;

­ ручное управление.

Оборудование сопряжения с технологическим оборудованием построено на основе технологического контроллера SLC5/04 производства фирмы Allen Bradley с модулями ввода сигналов от измерительных приборов и датчиков, установленных на технологическом оборудовании, и модулями управления пусковой аппаратурой.

Автоматизированное рабочее место оператора разрабатывается на основе операционной системы Microsoft WINDOWS с применением инструментов разработки SCADA-систем RSView32.

АСУ ТП предусматривает возможность регламентированного вмешательства оператора в ход технологического процесса (открытие/закрытие электрозадвижек, переопределение уставок для регуляторов и т.п.) путем подачи команд с автоматизированного рабочего места оператора, организованного на базе промышленного персонального компьютера .

2.4 Комплекс технических средств

Все датчики, приборы и исполнительные механизмы выполнены во взрывоопасном исполнении и рекомендованы для применения в нефтегазовой отрасли. Выбранные датчики имеют высокую точность измерения, устойчивы к внешним воздействиям различного рода.

2.4.1 Манометр показывающий сигнализирующий ДМ-2005 Сг 1Ex

Манометры показывающие сигнализирующие ДМ - 2005 Cг 1Ех предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления различных сред и управлений внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства прямого действия.

Приборы являются взрывозащищенными с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" и имеют маркировку по взрывозащите 1ЕхdII ВТ4.

По защищенности от воздействия окружающей среды приборы имеют исполнения:

­ по устойчивости к атмосферным воздействиям - обыкновенное и защищенное от попадания внутрь пыли и воды;

­ по устойчивости к воздействию агрессивных сред - обыкновенное и защищенное от воздействия агрессивных сред.

Контролируемые среды: неагрессивные, некристализирующие жидкости, газы, пары в том числе кислород.

Технические данные:

­ диапазон показаний приборов, МПа

от 0 до 0,1; 0,6; 0,25; 0,4; 0,6; 0,1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 60,0;100,0;160,0;

­ класс точности приборов 1,5;

­ диапазон измерений избыточного давления должен быть от 0 до 75% диапазона показаний; вакуумметрического давления равен диапазону показаний;

­ диапазон установок приборов: от 5 до 95% диапазона показаний - для диапазона измерений от 0 до 100%, от 5 до 75% диапазона показаний - для диапазона измерений от 0 до 75 %;

­ минимальный диапазон установок, задаваемый сигнализирующим устрой-ством от 0 до 10% диапазона установок;

­ параметры сигнализирующего устройства: напряжения внешних ком-мутируемых цепей: 24; 27; 36; 40; 140; 220; 380В - для цепей переменного тока и 24; 27; 36; 40; 110; 220 В - для цепей постоянного тока;

­ разрывная мощность контактов 10Вт постоянного и 20ВA контактами; 30Вт постоянного и 50ВA переменного тока - для сигнализирующего устройства с магнитным поджатием контактов;

­ сила тока до 1 A;

­ отклонение напряжения от номинальных значений должно быть от + 10 до - 15 %;

­ частота переменного тока (50+/-1) Гц;

­ предел допускаемой основной погрешности срабатывания сигнализирующего устройства: +/- 2,5% диапазона показаний - для приборов со скользящими контактами; +/- 4% диапазона - для приборов с магнитным поджатием контактов;

­ приборы устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха от -50 до + 60 С и относительной влажности до 98% при 35 С и более низких температурах конденсации влаги;

­ приборы устойчивы к воздействию вибрации частотой (5 - 35)Гц с амплитудой смещения 0,35мм .

2.4.2 Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-3

Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-3 предназначен для сигнализации положения уровня различных жидких продуктов в двух точках технологических емкостей и управления технологическими агрегатами.

Технические данные:

­ четыре оптоэлектронных ключа типа «сухой контакт»;

­ индикация положения первого и второго предельного уровней с помощью светодиодов;

­ максимальная длина чувствительного элемента 4м(жесткий ЧЭ) и 16м (гибкий ЧЭ);

­ срок службы не менее 10 лет;

Измеряемые среды: жидкие (нефть, темные и светлые нефтепродукты, сжиженный газ) .

2.4.3 Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-5

Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-5 предназначен для выдачи электрического сигнала в систему автоматического контроля и управления при достижении аварийного уровня жидких продуктов.

Технические данные:

­ два оптоэлектронных ключа типа «сухой контакт»;

­ индикация положения уровня с помощью светодиодов;

­ рабочее избыточное давление 84…106.7 кПа;

­ рабочая температура от -45 до +65 С;

­ длина чувствительного элемента 0,25…0,4м;

­ средняя наработка на отказ не менее 50000ч;

­ срок службы не менее 10 лет .

2.2.4 Датчик уровня ультразвуковой ДУУ4

Датчик уровня ультразвуковой ДУУ4 предназначены для измерения уровня различных жидких продуктов. Датчики могут осуществлять:

­ контактное автоматическое измерение уровня жидкостей;

­ контактное автоматическое измерение до четырех уровней раздела несмешиваемых жидких продуктов;

­ измерение температуры контролируемой среды в одной точке;

­ измерение давления контролируемой среды.

Технические данные:

­ выходной сигнал 4-20мА или сухие контакты или RS-485(Modbus RTU);

­ рабочее избыточное давление 2 МПа;

­ рабочая температура от -45 до +95 С;

­ длина чувствительного элемента 4м(жесткий ЧЭ) или 25м (гибкий ЧЭ);

­ средняя наработка на отказ не менее 50000ч;

­ срок службы не менее 8 лет .

2.4.5 Термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом МЕТРАН 200Т-Ех

Датчики предназначены для непрерывного преобразования температуры жидкостей, пара и газов в унифицированный токовый электрический выходной сигнал дистанционной передачи, которые могут использоваться для работы в системах автоматического контроля, регулирования и регистрации температуры на объектах в различных отраслях промышленности, энергетики, коммунального хозяйства.

Технические данные:

­ диапазон измеряемых температур 0 - 150 о С;

­ предел допускаемой основной погрешности?0,5 %;

­ дополнительная погрешность датчиков, вызванная воздействием вибрации, выраженная в процентах от диапазона изменения выходного сигнала, не должна превышать 0,25%;

­ изменение значения выходного сигнала, вызванное изменением нагрузочного сопротивления от 0,1 до 1,0 не превышает? 0,1%;

­ дополнительная погрешность датчиков, вызванная изменением температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне, выраженная в процентах от диапазона изменения выходного сигнала на каждые 10 о С, не превышает 0,45%;

­ длина погружаемой части в зону измерения 120 мм;

­ температура окружающей среды от минус 50 до 60 о С;

­ предельное значение выходного сигнала 4-20 мА;

­ сопротивление нагрузки, подключаемое на выходе датчика, включая линию связи - от 0,1 до 1,0 кОм;

­ напряжение питания постоянного тока 36 ? 0,72 В;

­ потребляемая мощность, не более 0,8 Вт;

­ устойчивость к пыли и брызгам IP 54;

­ климатическое исполнение и категория исполнения У.2;

­ назначенный срок службы до списания датчика 12 лет;

­ норма средней наработки на отказ 32000 ч;

­ масса датчика, не более 0.73 кг .

2.4.6 Расходомер Метран-350

Расходомер Метран-350 (совместное производство с компанией Emerson Process Management) предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей, пара и газов.

Основные преимущества:

­ простая установка в трубопровод через одно отверстие;

­ установка в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция);

­ минимальная вероятность утечек измеряемой среды;

­ более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающих устройств;

­ существенное снижение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции;

­ легкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HART и Modbus;

­ простота перенастройки динамического диапазона;

­ высокая надежность, отсутствие движущихся частей.

Измеряемые среды: газ, пар, жидкость.

Параметры измеряемой среды:

­ температура: -40…400 °С - интегральный монтаж и -40…677 °С - удаленный монтаж;

­ избыточное давление в трубопроводе 25 МПа.

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового (объемного) расхода до ±1 %.

Самодиагностика.

Средний срок службы - 10 лет.

Межповерочный интервал - 2 года.

Принцип действия расходомера Метран-350 основан на измерении расхода и количества среды (жидкости, пара, газа) методом переменного перепада давления с использованием усредняющих напорных трубок моделей Annubar Diamond II+ (4 поколение) и Annubar 485 (5 поколение), на которых возникает перепад давлений, пропорциональный расходу. Сенсоры устанавливается перпендикулярно направлению потока, пересекая его по всему сечению .

2.4.7 Интеллектуальный датчик давление Метран 100

Для получения аналоговых данных об избыточном давлении на различных узлах используются интеллектуальные датчики давления Метран-100-ДИ. Для измерения разности давлений на входе и выходе фильтров используются датчики Метран-100-ДД .

Диапазоны измеряемых давлений:

­ минимальный 0-25 кПа;

­ максимальный 0-25 МПа.

Основная погрешность до ±0.1% от диапазона.

Исполнения:

­ обыкновенное;

­ взрывозащищенное (Ex);

Межпроверочный интервал: 3 года.

Гарантийный срок эксплуатации: 3 года.

Возможности датчика:

­ контроль текущего значения измеряемого давления;

­ контроль и настройка параметров датчика;

­ установка "нуля";

­ выбор системы и настройка единиц измерения;

­ настройка времени усреднения выходного сигнала (демпфирование);

­ перенастройка диапазонов измерения, в том числе на нестандартный (25:1, 16:1, 10:1);

­ настройка на "смещенный" диапазон измерения;

­ выбор зависимости выходного сигнала от входной величины: (линейно-возрастающая, линейно-убывающая, пропорциональная корню квадратному перепада давления);

­ калибровка датчика;

­ непрерывная самодиагностика;

­ тестирование и управление параметрами датчика на расстоянии;

­ защита настроек от несанкционированного доступа .

2.4.8 Вибропреобразователь DVA-1-2-1

DVA-1-2-1 предназначен для измерения среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости. Тип выходного интерфейса: 4-20 мА;

Вибропреобразователи имеют взрывозащищенное исполнение с видом взрывозащиты "искробезопасная цепь" и маркировкой по взрывозащищенности 1ExibIICT5 по ГОСТ 51330.10.

Срок службы - 8 лет .

2.4.9 Сигнализатор довзрывоопасных концентраций газов СТМ-10

Стационарные сигнализаторы СТМ-10 предназначены для автоматического непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций многокомпонентных воздушных смесей горючих газов и паров.

Диапазон измерения: 0-50 % НКПР.

Диапазон сигнальных концентраций: 5-50% НКПР.

Стандартная установка порогов: 1-й - 7 % НКПР, 2-й - 12 % НКПР.

Время срабатывания сигнализации: не более 10 с.

Время прогрева: не более 5 мин.

Температура окружающей среды: -60…+50 °С.

Питание: 220 В (50 ± 1 Гц).

Срок службы: не менее 10 лет.

Сигнализаторы имеют световую сигнализацию на лицевой панели по каждому каналу при достижении пороговых концентраций горючих газов или неисправности датчика .

2.4.10 Анализатор влажности 3050 OLV

Анализатор 3050 OLV определяет влажность в потоке газа, измеряя частоту колебаний кварцевого кристалла.

Когда кристалл обдувается анализируемым влажным газом, вода адсорбируется специальным покрытием кристалла, вызывая уменьшение частоты его колебаний. Затем кристалл обдувается сравнительным газом, в качестве которого используется осушенный анализируемый газ. При этом адсорбированная вода удаляется с поверхности кристалла, и частота его колебаний вновь увеличивается.

Разность между этими двумя частотами пропорциональна содержанию воды в газе.

Периодичность переключения потоков анализируемого и сравнительного газов, в зависимости от приложения, программируется пользователем.

Диапазон: 0,1...2500 ppmv (калиброванный), до 9999 ppmv.

Единицы измерения: ppmv, ?C точки росы, мг/м3;

Погрешность: +10% от показания в диапазоне 0,1...2500 ppmv;

Чувствительность: +0,1 ppmv или 1% от показания;

Время отклика: не более 1 мин для 90% при изменении влажности от 1000 до 10 ppmv;

Аналоговый выход: 4...20 мА.

Релейные выходы: 3 реле, для сигнализации об ошибке системы и о превышении установленных концентраций;

Интерфейсы: RS-232, RS-485;

Параметры окружающей среды: Анализатор: 5...50 °С (-20...+50 °С в шкафу) .

2.4.11 ИК точечный детектор углеводородных газов IRFMD

Предназначен для измерения концентраций углеводородных газов в воздухе.

Технические характеристики и выгода:

­ аналоговый сигнал 4-20мА;

­ индикация уровня загазованности на 4-х цифровом дисплее;

­ нет необходимости производить текущую калибровку;

­ канал передачи данных RS-485 посредством протокола Modbus RTU$

­ оптическая система с подогревом для удаления конденсации;

­ индикация загрязнения оптической системы;

­ защищенность от типичных ядовитых веществ;

­ работает в среде с недостаточным содержанием кислорода;

­ степень защиты IP66;

­ рабочая температура от -45 до +75 С.

2.4.12 Кабельная продукция

Прокладка кабелей на объекте осуществляется по кабельным эстакадам, и выполнено в соответствии с ПУЭ («Правила устройства электроустановок»). Эстакады представляют собой специальные сооружения для укладки кабелей, предохранения их от механических повреждений и непогоды. Контрольные кабели должны быть изолированы несгораемыми перегородками. В соответствии с ПУЭ минимальное расстояние между искробезопасными, слаботочными и силовыми кабелями должно быть не менее 50 см.

В данном проекте используется несколько типов кабелей: КВВГ - для прокладки от исполнительных механизмов до операторной, КВВГэ - для прокладки от первичных датчиков до операторной, НВ-1.0 - для внутреннего расключения шкафного устройства, FTP - для связи контроллера с компьютером, минимальной расстояние при совместной прокладке с электрическими цепями должно составлять не менее 50 см .

3. Анализ и выбор средств разработки программного обеспечения

3.1 Обоснование выбора контроллера

Промышленные контроллеры - мозг современных систем промышленной автоматизации. Они ближе всего расположены к технологическому процессу. Их отказ практически приводит сразу к отказу всей системы промышленной автоматизации. С промышленными контроллерами приходится сталкиваться практически всем специалистам, которые работают в области АСУ ТП.

Динамичный рост российской экономики создает предпосылки для увеличения спроса на современные АСУ ТП. По результатам исследований, ежегодный рост рынка средств промышленной автоматизации в России составляет не менее 25%. Для сравнения: западный рынок промышленных контроллеров имеет ежегодные темпы роста не более 4,6%. Существует огромное количество предприятий, активно работающих в области промышленных контроллеров. Одни из самых крупных поставщиков средств контроля и управления технологическими процессами мирового рынка следующие: канадская компания «Control Microsystems», группа компаний «Tekon» - ведущий российский поставщик средств и систем АСУ ТП, компания «ЭлеСи», Индустриальные компьютерные системы, Emerson Process Management, Rockwell Automation, Metso Aytomation, Yokogawa Electric, Opto 22, Octagon, Siemens, Modicon, Remicont-130 и другие. Изделия этих производителей становятся все менее дорогими, все более тщательно испытанными и более широко распространенными. Ниже приведен краткий обзор контроллеров некоторых фирм-производителей.

Компания «Индустриальные компьютерные системы» выпустила третье поколение моноблочных контроллеров семейства FX3U, обладающее уникальным для данного класса PLC быстродействием, значительным размером памяти, высокой гибкостью конфигурирования, развитыми средствами коммуникации. Эти контроллеры сочетают в едином конструктиве: источник питания, центральный процессор, память, встроенные каналы дискретного ввода/вывода, порт программирования RS-422. Количество встроенных каналов дискретного ввода/вывода составляет от 16 до 128. При необходимости увеличения количества каналов предусмотрена возможность подключения к внутренней высокоскоростной шине контроллера дополнительных модулей ввода/вывода. Одной из важнейших конструктивных особенностей PLC FX3U является наличие второй шины расширения, расположенной с левой стороны контроллера и предназначенный для подключения дополнительных модулей-адаптеров.

Все контроллеры данной серии имеют встроенную энергонезависимую память программы объемом 256 Кбайт. Это позволяет реализовать сложные алгоритмы управления и сохранять большой объем информации в регистрах данных.

Преимущества новой серии FX3U программируемых логических контроллеров производства Mitsubishi Electric: привлекательная стоимость, высокая надежность, высокое быстродействие в своем классе, гибкость конфигурирования, подключение до 384 каналов ввода/вывода, подключение до 128 каналов аналогового ввода/вывода, развитые средства коммуникации.

Коммуникационный контроллер ЭЛСИ-КОМ, разработанный специалистами томского НИИ Электронных систем, призван решить задачу сбора информации от различных подсистем и маршрутизации информации между подсистемами. ЭЛСИ-КОМ - специализированное устройство, предназначенное для организации информационного обмена между оборудованием систем автоматики и телемеханики, использующих различные интерфейсы. Контроллер позволяет с минимальными затратами реализовать информационный обмен между несколькими каналами с отличающимися интерфейсами связи, объединить в единую систему оборудование различных производителей или типов, а также осуществить преобразование одних протоколов в другие. ЭЛСИ-КОМ предоставляет пользователю возможность работы с наиболее распространенными технологическими протоколами и интерфейсами. Контроллер предназначен для непрерывной необслуживаемой эксплуатации на технологических объектах.

Контроллер SCADAPack, разработанный канадской компанией Control Microsystems, объединяет в себе высокопроизводительный 32-битный процессор, 16 Мбайт flash-памяти, 4 Мбайта СMOS-памяти, аналоговые и цифровые входы/выходы, широкие коммуникационные возможности локальных сетей и USB, а также расширенные возможности энергосбережения. ПЛК SCADAPack может программироваться как локально, так и удаленно с помощью языков релейной логики. Для высокоскоростного взаимодействия с другим оборудованием в контроле используется Ethernet-адаптер, поддерживающий протоколы ModBus/TCP, ModBus RTU/ASCII в UDP, DNP в TCP. Возможна поставка контроллера с интегрированным модулем беспроводной связи, работающим на частоте 900 МГц или 2,4 ГГц .

В ОАО «ЗЭиМ» были разработаны контроллер с функционально децентрализованной архитектурой - КРОСС-500 и контроллер с функционально и географически децентрализованной архитектурой - ТРАССА, предназначенные для автоматизации на однородной аппаратуре объектов различных классов - простых и сложных, сосредоточенных и распределенных. Отличительной особенностью этих контроллеров является наличие в их составе модулей, которые автономно и независимо от центрального процессора выполняют не только функции ввода/вывода, но и различные управляющие функции, запрограммированные пользователем. Это существенно повышает надежность, живучесть контроллера и динамику выполнения отдельных функций, а также снижает стоимость систем.

Контроллер ThinkIO, разработанный фирмой Контрон, является новой, в максимальной степени гибкой и настраиваемой системой управления. Малые размеры контроллера (толщина не более 70 мм) обеспечивают его установку в малогабаритных промышленных коммутационных шкафах. Новая система состоит из монтируемого на DIN-рельсе компьютера ThinkIO и модульной системы ввода/вывода компании Wago. Контроллер ThinkIO оснащен процессором, совместимым с IntelR PentiumR MMX с частотой 266 МГц, сторожевым таймером, стандартными коммуникационными интерфейсами: для USB, два Fast Ethernet, RS-232 и промышленные шины (Profibus, CAN и DeviceNet), цифровым графическим DVI - интерфейсом, а также разъемами для непосредственного подключения к системе ввода/вывода Wago. Возможность конфигурирования и управления контроллером через Интернет и локальную сеть обеспечивается интегрированной программной средой SOPH.I.A.

Серия мощных программируемых контроллеров Quantum фирмы Modicon является превосходной платформой для решения всех задач автоматизации. Благодаря модульной архитектуре контроллера Quantum, масштабируемой от одиночного контроллера до глобальной системы автоматизации, он может решать наиболее ответственные задачи в масштабе целого предприятия. Контроллеры Quantum программно, а также на сетевом уровне совместимы с младшими сериями контроллеров - Compact и Momentum, что позволяет строить еще более гибкие и эффективные архитектуры управления. Quantum прост при конфигурации и в эксплуатации, предоставляет широкий выбор архитектур и модулей, имеет тысячи инсталляций по всем миру и проверен в решении сотен различных задач.

Семейство программируемых контроллеров SIMATIC S7-200 фирмы Siemens предназначены для построения относительно простых и дешевых систем автоматического управления. Они обладают высокой производительностью: высокая скорость выполнения инструкций и, как следствие, малое время цикла выполнения программы. Наличие скоростных счетчиков внешних событий, расширяющих возможные области применения контроллеров. Скоростная обработка запросов на прерывание. Контроллеры SIMATIC S7-200 обладают высокой универсальностью: возможность расширения системы управление за счет подключения дополнительных модулей ввода-вывода. Мощная система команд для быстрой и удобной обработки информации в любых практических применениях. Множество дополнительных характеристик: PPI интерфейс, поддерживающий программирование, выполнение процедур обслуживания человеко-машинного интерфейса, последовательного обмена данными с различной аппаратурой. Дружественные пакеты программирования STEP 7 Micro/Win и STEP 7 Micro/DOS. Трехуровневая парольная защита программ пользователя. Текстовый дисплей TD200 и широкий спектр панелей оператора, позволяющих создавать удобный человеко-машинный интерфейс. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 расширены новыми типами центральных процессоров: CPU 210, CPU 221, CPU 222 и CPU 224. Новые центральные процессоры CPU 22x по сравнению со своими аналогами имеют меньшие габариты, оснащены большими объемами памяти, имеют более высокое быстродействие, могут программироваться на языке FBD.

Одним из мировых лидеров в области разработки и производства высоконадежных промышленных контроллеров от микроконтроллеров MicroLogix до мощных контроллеров PLC является фирма Allen-Bradley. Одними из самых распространенных являются контроллеры SLC-500 (Small Logical Controller), имеющие широкий диапазон применения - от малых автономных до больших распределенных систем управления. SLC являются хорошим примером современного программируемого логического контроллера. В данном дипломном проекте применен микропроцессорный контроллер фирмы Allen-Bradley SLC-500.

Контроллеры SLC-500 могут иметь фиксированную и модульную конструкцию. Модульный контроллер представляет собой шасси, блок питания, модуль процессора и набор модулей ввода/вывода для объекта, определяемый количеством входных и выходных сигналов. В состав модульных программируемых контроллеров серии SLC входят 12 модификаций процессоров, более 80 типов модулей ввода/ вывода, специальные модули, 4 типоразмера шасси для установки модулей (4, 7, 10, 13 мест). Каждый модуль центрального процессора может поддерживать до 30 модулей ввода/вывода в системе и до 3 шасси.

3.2 Основные технические данные контроллера SLC 5/04

В разработанной системе автоматизации был использован модульный контроллер американской фирмы Allen Bradley SLC 5/04, так как его функции удовлетворяют требованиям разрабатываемой системы . В таблице 3.1 приведены краткие характеристики контроллера SLC 5/04.

Таблица 3.1 - Краткие характеристики SLC 5/04

Память программ
Дополнительная память	До 4К слов
Емкость В/В
Макс. Шасси/слот В/В
Дополнительные резервные ЗУ
Программирование	APS, RSLogix 500 A.I.
Набор инструкций
Время выполнения битовой инструкций
Типовое время сканирования	0,9 мСек / К

В разработанной системе автоматизации присутствуют следующие сигналы:

­ дискретные входы - 158;

­ дискретные выходы - 67;

­ аналоговые входы - 51.

Таблица КИПиА представлена в приложении В.

3.3 Конфигурация контроллера

В своем составе контроллер имеет:

­ CPU - 1747-L541 5/04;

­ шасси на 13 слотов - 2 шт.;

­ источник питания 1746-P4 - 2 шт.;

­ модуль дискретного ввода (24В) 1746-IB32 - 3 шт.;

­ модуль дискретного ввода (220В) 1746-IM16 - 5 шт.;

­ модуль дискретного вывода (24В) 1746-OB32 - 1 шт.;

­ модуль дискретного вывода (220В) 1746-OW16 - 4 шт.;

­ модуль аналогового ввода 1746-NI16I - 3 шт.

­ модуль аналогового ввода 1746-NR4 - 3 шт.

Таблица RTU представлена в Приложении Г.

Карта памяти представлена в Приложении Д.

3.4 Программирование контроллера

Программа управляющая системой автоматизации содержит следующие блоки:

­ основная программа;

­ подпрограмма инициализации аналоговых модулей;

­ подпрограмма копирования данных с дискретных датчиков в память контроллера;

­ подпрограмма обработки аналоговых и дискретных сигналов;

­ подпрограмма обработки ПИД инструкции.

В подпрограмме инициализации аналоговых модулей (вызывается только при первом запуске контроллера или при его перезагрузке) происходит запись конфигурационного слова .

Конфигурирование слова - инициализации аналоговых модулей 1746 - NI16I class3 представлено в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Слово инициализации для модуля 1746 - NI16I class3

Биты 15, 14, 13 - биты состояния ошибок. Если в бите 13 записан 0, то пришло значение больше 20мА, если в бите 14 - 0, то пришло значение меньше 4мА, если в последних трех битах 1, то нет ошибок.

Программирование контроллера осуществляется с помощью языка релейно-лестничной логики Ladder Logic. Этот язык программирования представляет собой лестницу, каждая ступенька которой начинается с одного или нескольких условий, а завершается действием. Причем это действие выполнится только тогда, когда будут верны условия предшествующие ему. Каждая ступенька называется «рангом». Алгоритм работы программы представлен в Приложении Е, а листинг программы в Приложении Ж.

3.5 Выбор протокола обмена информацией между контроллером и верхним уровнем АСУ ТП

Система сбора информации и контроля предназначена для сбора данных о состоянии технологических параметров, управления установками, вспомогательными системами, насосными агрегатами, снабжать обслуживающий персонал достоверной информацией.

Структура SCADA системы имеет два уровня: нижний уровень - сигналы от датчиков и верхний - автоматизированное рабочее место оператора.

Контроллер постоянно считывает информацию с датчиков, при изменении технологических параметров или превышения ими заданных уставок выдает сообщение в операторную, управляет работой насосов, задвижек, регуляторов и т.д.

Информация с датчика поступает в модуль, после чего контроллер преобразует это значение, сравнивает с уставками и посредством тэга значение отображается в мониторе оператора.

Для связи с контроллером используется сетевой адаптер 1748-KTX, предназначенный для работы с сетью DH-485 по протоколу DF1. Максимальная длина сети 4000 футов, максимальная скорость передачи данных 19,2 Кб/с .

3.6 Операторский интерфейс

В качестве программного обеспечения для реализации верхнего уровня используем RSView32, принадлежащий фирме Rockwell Software (США)

При входе и выходе из программы наблюдения происходит запрос имени пользователя и личного пароля. Для организации связи с верхним уровнем была разработана таблица тегов, представленная в Приложении И. Операторский интерфейс состоит из 11 графических экранов включая тренды и сигнализацию, иерархия экранов представлены в Приложение К.

Операторы и диспетчеры получают необходимую информацию о ходе контролируемого процесса, а так же информацию о состоянии оборудования по представлению ее на экранах MMI, представленные в Приложении Л. Для более легкого восприятия информации при создании интерфейса использовались: графики(тренды), таблицы(сигнализация), анимация и т.д.

Отображение технологических параметров процесса: температура, давление, уровень, обводненность и т.д. должно производится с определенной точностью. Минимальное значение величины, которую может измерить прибор, можно определить по формуле:

(3.1)

В качестве примера определим с какой точностью необходимо отображать давление перед задвижкой 1э.

Подобные документы

Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.

курсовая работа , добавлен 05.12.2012


Описание технологического процесса перекачки нефти. Общая характеристика магистрального нефтепровода, режимы работы перекачивающих станций. Разработка проекта автоматизации насосной станции, расчет надежности системы, ее безопасность и экологичность.

дипломная работа , добавлен 29.09.2013


Основные приемы и технологический процесс производства деревянных панелей. Выбор аппаратных средств автоматизации системы управления линии обработки. Структурная схема системы управления технологическим процессом. Разработка системы визуализации.

дипломная работа , добавлен 17.06.2013


Проектирование автоматической системы управления технологическим процессом производства картона: анализ возмущающих воздействий, выбор комплекса технических средств, разработка программного обеспечения. Создание системы защиты "Обрыв картонного полотна".

дипломная работа , добавлен 18.02.2012


Понятие автоматизации, ее основные цели и задачи, преимущества и недостатки. Основа автоматизации технологических процессов. Составные части автоматизированной системы управления технологическим процессом. Виды автоматизированной системы управления.

реферат , добавлен 06.06.2011


Предпосылки появления системы автоматизации технологических процессов. Назначение и функции системы. Иерархическая структура автоматизации, обмен информацией между уровнями. Программируемые логические контролеры. Классификация программного обеспечения.

учебное пособие , добавлен 13.06.2012


Обоснование необходимости разработки автоматизированной системы управления (АСУ) ТП У-07,08. Разработка структурной схемы АСУ. Описание функционирования системы. Модульные базовые платы. Расчет показателей надежности. Разработка программного обеспечения.

дипломная работа , добавлен 31.12.2015


Обоснование необходимости автоматизации РТК штамповки. Разработка системы логико-программного управления. Основные параметры гидрораспределителя. Определение составов входных и выходных сигналов. Разработка программы управления контроллера Овен.

курсовая работа , добавлен 22.05.2016


Назначение и технологическая схема установки предварительного сброса воды (УПСВ). Функции и структура автоматизированной системы управления УПСВ, разработка ее уровней и выбор оборудования. Расчет надежности и технико-экономической эффективности системы.

дипломная работа , добавлен 29.09.2013


Основные технические средства автоматизации. Типы программных блоков и блоков данных контроллера. Методика диагностирования оборудования. Основные системы управления технологическим процессом. Предупреждения о неисправностях в работе крана №80.

Материал темы лекции содержит содержание следующих вопросов: структура АСУТП; назначение, цели и функции АСУТП; примеры информационных и управляющих АСУТП; основные разновидности АСУ ТП; состав АСУ ТП.

Структура АСУТП. См. также содержание лекций 1, 2,3.

При построении средств современной промышленной автоматики (обычно в виде АСУ ТП) используется иерархическая информационная структура с применением на разных уровнях вычислительных средств различной мощности. Примерная общая современная структура АСУ ТП показана на рисунке 14.1:

ИП - измерительные преобразователи (датчики), ИМ - исполнительные механизмы, ПЛК-программируемый логический контроллер, ПрК - программируемый (настраиваемый) контроллер, ИнП- интеллектуальные измерительные преобразователи, ИнИМ - интеллектуальные исполнительные устройства, Модем - модулятор/демодулятор сигналов, ТО - техническое обеспечение (аппаратная часть, «железо»), ИО - информационное обеспечение (базы данных), ПО - программное обеспечение, КО - коммуникационное обеспечение (последовательный порт и ПО). ПОпл - программное обеспечение пользователя, ПОпр - программное обеспечение производителя, Инд - индикатор.

Рисунок 14.1 - Типовая функциональная схема современной АСУ ТП.

В настоящее АСУ ТП обычно реализуются по схемам:

1-уровневой (локальная система), содержащей ПЛК, или моноблочный настраиваемый контроллер (МНК) обеспечивающие индикацию и сигнализацию состояния контролируемого или регулируемого ТП на передней панели,

2-уровневой (централизованная система), включающих:

1. на нижнем уровне несколько ПЛК с подключенными к ним датчиками и исполнительными устройствами,

   на верхнем уровне – одна (возможно несколько) операторских (рабочих) станций (автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора).

Обычно рабочая станция или АРМ - это ЭВМ в специальном промышленном исполнении, со специальным программным обеспечением, – системой сбора и визуализации данных (SCADA-системы).

АСУ ТП показана на рисунке 14.2

Рисунок 14.2 - Типовая функциональная схема одноуровневой системы автоматического управления САУ.

Основные функции элементов:

прием дискретных сигналов от преобразователей технологического оборудования,

аналого-цифровое преобразование (АЦП) аналоговых сигналов, поступающих на входы из преобразователей,

масштабирование и цифровая фильтрация данных после АЦП,

обработка принятых данных по программе функционирования,

генерация (в соответствии с программой) управляющих дискретных сигналов и подача их на исполнительные устройства,

цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) выходных информационных данных в выходные аналоговые сигналы,

подача управляющих сигналов на соответствующие исполнительные устройства,

защита от потери работоспособности из-за зависания процессора с помощью сторожевого таймера,

сохранение работоспособности при временном отключении электропитания (за счет источника бесперебойного питания с аккумулятором достаточной емкости),

контроль за работоспособностью датчиков и достоверностью измеренных величин,

индикация текущих и интегральных значений измеряемых величин,

контрольная сигнализация состояния управляемого процесса,

контрольная световая и символьная сигнализация состояния контроллера,

возможность конфигурации (настройки параметров) через ПК подключаемый, к специальному порту.

Преобразователи (Пр):

преобразование значения измеряемой величины (температуры, давления, перемещения и т.д.) в непрерывный или импульсный (для счетных входов ПЛК) электрический сигнал.

Исполнительные устройства (ИУ):

преобразование управляющих электрических непрерывных или импульсных сигналов в механическое перемещение исполнительных механизмов, электронное управление током в силовых цепях и т.д.

Устройство согласования (при необходимости):

гальваническая или другие виды развязки между ПЛКи исполнительными устройствами (ИУ),

согласование допустимых значений выходного тока управляющих каналов ПЛК и тока, необходимого для нормальной работы ИУ.

При недостаточном числе каналов одного ПЛК используется схема распределенного ввода/вывода с использованием других (управляемых, ведомых ПЛК) или дополнительных контроллеров (модулей) ввода/вывода.

Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом показана на рисунке 14.3:

Рисунок 14.3 - Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом

Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП показана на рисунке 14.4.

Рисунок 14.4 - Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП

Все ПЛКи АРМы объединены промышленной информационной сетью, обеспечивающей непрерывный обмен данными. Преимущества: позволяет распределить задачи, между узлами системы, повысив надежность ее функционирования.

Основные функции нижнего уровня:

сбор, электрическая фильтрация и АЦП сигналов с преобразователей (датчиков);

реализация локальных АСУ технологического процесса в объеме функций ПЛК одноуровневой системы;

реализация аварийной и предупредительной сигнализации;

организация системы защит и блокировок;

обмен текущими данными с ПК верхнего уровня через промышленную сеть по запросам ПК.

Основные функции верхнего уровня:

визуализация состояния технологического процесса;

текущая регистрация характеристик технологического процесса;

оперативный анализ состояния оборудования и технологического процесса ;

регистрация действий оператора, в том числе при аварийных сообщениях;

архивация и длительное хранение значений протоколов технологического процесса;

реализация алгоритмов «системы советчика»;

супервизорное управление;

хранение и ведение баз данных:

параметров техпроцессов,

критических параметров оборудования,

признаков аварийных состояний технологического процесса ,

состава допускаемых к работе с системой операторов (их паролей),

Таким образом, нижний уровень реализует алгоритмы управления оборудованием, верхний - решение стратегических вопросов функционирования. Например, решение включить или выключить насос принимается на верхнем уровне, а подача всех необходимых управляющих сигналов, проверка состояния насоса, реализация механизма блокировок выполняется на нижнем уровне.

Иерархическая структура АСУ технологического процесса подразумевает:

поток команд направлен от верхнего уровня к нижнему,

нижний отвечает верхнему по его запросам.

Это обеспечивает предсказуемое поведение ПЛК при выходе из строя верхнего уровня или промышленной сети, поскольку такие неисправности воспринимаются нижним уровнем как отсутствие новых команд и запросов.

При конфигурации ПЛК устанавливается: до какого времени после получения последнего запроса ПЛК продолжает функционировать, поддерживая последний заданный режим, после чего переходит в нужный при данной аварийной ситуации режим работы.

Например, структура организации АСУТП некоторого производства бетона на бетоносмесительных установках по логике построения можно разделить на два основных уровня:

нижний уровень – уровень реализации задачи на базе промышленных контроллеров (PLC);

верхний уровень – уровень реализации задачи визуализации процессов, происходящих при производстве бетона на БСУ (SCADA).

На нижнем уровне система решает следующие основные задачи:

сбор первичной информации с исполнительных узлов БСУ;

анализ собранной информации;

отработка логики технологического процесса при производстве бетона с учетом всех современных требований;

выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.

На верхнем уровне система решает другие задачи:

визуализация основных технологических параметров с БСУ (состояние исполнительных органов, ток потребления миксера, вес дозируемых материалов и т.д.);

архивирование всех параметров процесса производства бетона;

выдача команд на воздействие исполнительными органами БСУ;

выдача команд на изменение параметров внешних воздействий;

разработка и хранение рецептур бетонных смесей.

Назначение АСУТП. А СУТП предназначена для выработки к реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.

Технологический объект управления (АСУТП) представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства продуктов, полупродуктов, изделий или энергии,

К технологическим объектам управления относятся:

технологические агрегаты и установки (группы станков), реализующие самостоятельный технологический процесс;

отдельные производства (цехи, участки), если управление этим производством носит, в основном, технологический характер, то есть заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанного технологического оборудования (агрегатов, участков).

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК). В машиностроении и других дискретных производствах в качестве АТК выступают гибкие производственные системы (ГПС).

Термины АСУТП, ТОУ и АТК должно употребляться только в приведенных сочетаниях. Совокупность других систем управления с управлением ими технологическим оборудованием не является АТК. Система управления в других случаях (не в АТК) не является АСУТП и т.д. АСУТП - это организационно-техническая система управления объектом в целом в соответствии с принятым критерием (критериями) управления, в которой сбор и обработка необходимой информации осуществляется с применением средств вычислительной техники.

Приведенная формулировка подчеркивает:

во-первых, использование в АСУТП современных средств вычислительной техники;

во-вторых, роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению;

в-третьих, что АСУТП - это система, осуществляющая обработку технологической и технико-экономической информации;

в-четвертых, что цель функционирования АСУТП заключается в оптимизации работы технологического объекта управления в соответствии с принятым критерием (критериями) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Критерий управления в АСУТП - это соотношение, характеризующее степень достижения целей управления (качество функционирования технологического объекта управления в целом) и принимающее различные числовые значения в зависимости от ис­пользуемых управляющих воздействий. Отсюда следует, что критерий обычно является технико-экономическим (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качества выходного продукта и т.п.) или техническим показателем (параметра процесса, характеристики выходного продукта).

В случае, если ТОУ управляется АСУТП, весь участвующий в управлении оперативный персонал ТОУ и все средства управления, предусмотренные документацией на АСУТП и взаимодействующие при управлении ТОУ, входят в состав системы, независимо от того, каким путем (нового строительства или модернизации системы управления) создавался АТК.

АСУТП создается путем капитального строительства, т.к. независимо от объёма поставки для её ввода в действие, необходимо проведение строительно-монтажных и наладочных работ на объекте.

АСУТП как компонент общей системы управления промышленным предприятии предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информации. АСУТП созданные для объектов основного и (или) вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии.

АСУТП могут использоваться для управления отдельными производствами, включающими в свой состав взаимосвязанные ТОУ, в том числе управляемые собственными АСУТП низового уровня.

Для объектов с дискретным характером производства в состав гибких производственных систем могут включаться автоматизированные системы технологической подготовки производства (или их соответствующие подсистемы) и системы автоматизированного проектирования технология (САПР-технология).

Организация взаимодействия АСУТП с вышестоящими уровнями управления определяется наличием на промышленном предприятии автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) и автоматизированных систем оперативно-диспетчер­ского управления (АСОДУ).

При их наличии АСУТП в совокупности с ними образуют интегрированную автоматизированную систему управления (ИАСУ). В этом случае АСУТП получает от соответствующих подсистем АСУП или служб управления предприятием непосредственно или через ОСОДУ задания и ограничения (номенклатуру подлежащих выпуску продуктов или изделий, объем производства, технико-экономические показатели, характеризуете качество функционирования АТК, сведения о наличии ресурсов) и обеспечивает подготовку и передачу этим системам необходимой для их работы технико-экономической информации, в частности о результатах работы АТК, основных показателях выпускаемой продукции, оперативной потребности в ресурсах, состоянии АТК (состоянии оборудования, ходе технологического процесса, его технико-экономи­ческих показателях и т.п.),

При наличии на предприятии автоматизированных систем технической и технологической подготовки производства должно быть обеспечено необходимое взаимодействие АСУТП с этими системами. При этом АСУТП получат от них техническую, технологическую и другую информацию, необходимую для обеспечения заданного проведения технологических процессов, и направляют в названные системы фактическую оперативную информацию, необходимую для их функционирования.

При создании на предприятия комплексной системы управления качеством продукции автоматизированные системы управления технологическими процессами выступают в роли ее исполнительных подсистем, обеспечивающих заданное качество продукции ТОУ и подготовку оперативной фактической информации о ходе технологических процессов (статистический контроль и т.д.)

Цели и функции АСУТП. При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятия.

Примерами таких целей могут служить:

экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;

обеспечение безопасности функционирования объекта;

повышение качества выходного продукта или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделия);

снижение затрат живого труда;

достижение оптимальной загрузки (использования) оборудо­вания;

оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе маршрутов обработки в дискретных производствах) и т.д.

Достижение поставленных целей осуществляется системой посредством выполнения совокупности ее функций .

Функция АСУТП представляет собой совокупность действий системы, обеспечивающих достижение частной цели управления.

При этом под совокупностью действий системы понимают описанную в эксплуатационной документации последовательность операций и процедур, выполняемых элементами системы для ее реализации.

Частная цель функционирования АСУТП - цель функциониро­вания или результат ее декомпозиции, для которой удается оп­ределить полную совокупность действий элементов системы, до­статочную для достижения этой цели.

Функции АСУТП по направленности действий (на­значение функции) делятся на основные и вспомогательные , а по содержанию этих действий - на управляющие и информацион­ные.

К основным (потребительским) функциям АСУТП от­носятся функции, направленные на достижение целей функциони­рования системы, осуществляющие управляющие воздействия на ТОУ и (или) обмен информацией со смежными сис­темами управления. Обычно к ним относят также информационные функции, обеспечивающие оперативный персонал АТК информацией, необходимой ему для управления технологическим процессом про­изводства.

К вспомогательным функциям АСУТП относятся функции, направленные на достижение необходимого качества функционирования (надежности, точности и т.п.) системы, реализующие контроль и управление ее работой.

К управляющим функциям АСУТП относятся функции, содержанием каждой из которых является выработка и реализация управляющих воздействий на соответствующем объекте управления -ТОУ или его часть для основных функций и на АСУТП или ее часть для вспомогательных. Например:

основные управляющие функции;

регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных;

однотактное логическое управление операциями или аппа­ратами (защиты);

программное логическое управление технологическими ап­паратами;

оптимальное управление ТОУ;

адаптивное управление ТОУ и т.п.;

вспомогательные управляющие функции;

реконфигурация вычислительного комплекса (сети) АСУТП;

аварийное отключение оборудования АСУТП;

переключение технических средств АСУТП на аварийный ис­точник питания и т.п.

К информационным функциям АСУТП относятся функ­ции, содержанием каждой из которых является получение и преобразования информации о состоянии ТОУ или АСУТП и ее пред­ставление в смежные системы или оперативному персоналу АТК. Например, основные информационные функции:

контроль и измерение технологических параметров;

косвенное измерение параметров процесса (внутренних переменных, технико-экономических показателей);

подготовка и передача информации в снежные системы уп­равления и т.п.;

вспомогательные информационные функции:

контроль состояния оборудования АСУТП;

определение показателей, характеризующих качество функционирования АСУТП или её частей (в частности оперативного персонала АСУТП) и т.п.

Основные разновидности АСУ ТП Различает два режима реализации функций системы: автоматизированный и автоматический - в зависимости от степени участия людей в выполнении этих функций. Для управлявших функций автоматизированный ре­жим характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и их реализации. При этом различают следующие вари­анты:

«ручной » режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно-изме­рительную информации о состоянии ТОУ, а выбор и осуществле­ние управляющих воздействий дистанционно или по месту произ­водит человек-оператор;

режим «советчика », при котором комплекс технических, средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании реализуется оперативный персоналом;

«диалоговый режим », когда оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом;

«автоматический режим », при котором функция управления осуществляется автоматически (без участия человека). При этом различают:

• режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники изменяют уставки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования) (супервизорное или каскадное управление);

  режим прямого (непосредственного) цифрового управления (НЦУ ), когда управляющее вычислительное устройство непосредственно воздействует на исполнительные механизмы.

Дня информационных функций автоматизированный режим реализации предусматривает участие людей в операциях по получению и обработке информации. В автоматическом режиме все необходимые процедуры обра­ботки информации реализуется без участия человека.

Рассмотрим несколько подробнее схемы управления в АСУТП.

Управление в режиме сбора данных. После этапа идентификации необходимо выбрать схему управления ТП, которая, как правило, строится с учетом применения принципов управления, определяющих режим функционирования АСУТП. Наиболее простой и исторически первой появилась схема управления ТП в режиме сбора данных . При этом АСУ подсоединяется к процессу способом, выбранным инженером-технологом (рисунок 14.5).

Интересующие инженера-технолога переменные преобразуются в цифровую форму, воспринимаемую системой ввода и помещается в памяти ППК (ЭВМ) . Величины на этом этапе являются цифровыми представлениями напряжения, генерируемого датчиками. Эти величины по соответствующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычисления температуры, замеряемой с помощью термопары, может использоваться формула T=A*U 2 + B*U + C, где U – напряжение с выхода термопары; A, B и C – коэффициенты. Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего использования инженером-технологом. Главной целью сбора данных является изучение ТП в различных условиях. В результате инженер-технолог получает возможность построить и (или) уточнить математическую модель ТП, которым нужно управлять. Сбор данных не оказывает прямого воздействия на ТП, в нем нашел осторожный подход к внедрению методов управления, основанных на применении ЭВМ. Однако даже в самых сложных схемах управления ТП система сбора данных для целей анализа и уточнения модели ТП используется как одна из обязательных подсхем управления.

Рисунок 14.5 - Система сбора данных

Управление в режиме советчика оператора. Этот режим предполагает, что ППК в составе АСУТП работает в ритме ТП в разомкнутом контуре (в реальном времени), т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими ТП. Управляющие воздействия фактически осуществляются оператором-технологом, получающим указания от ППК (рисунок 14.6).

Рисунок 14.6 - АСУТП в режиме советчика оператора

Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ППК в соответствии с моделью ТП, результаты вычислений представляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов. Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления ТП, причем оператор играет роль следящего и управляющего звена. АСУТП играет роль устройства, безошибочно и непрерывно направляющего оператора в его усилиях оптимизировать ТП.

Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации. Способы организации функционирования информационно-сове­тующей системы следующие:

вычисление управляющих воздей­ствий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые иниции­руются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму ана­лиза состояния управляемого процесса;

вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.

Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осто­рожный подход к решениям, выработанным формальными мето­дами. Это связано с неопределенностью в математическом описа­нии управляемого процесса:

математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;

математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;

критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

Неопределенность описания может быть связана с недостаточ­ной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ППК.

При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ППК строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариан­тов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к опре­деленной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ППК играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представле­нием в компактном виде, а функция принятия решений возла­гается на оператора.

Основной недостаток этой схемы управления заключается в постоянном наличии человека в цепи управления. При большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления. Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей ТП; в качестве оператора может выступать инженер-технолог, "тонко чувствующий" процесс. Он наверняка обнаружит неправильную комбинацию уставок, которую может выдать не окончательно отлаженная программа АСУТП. Кроме того, АСУТП может следить за возникновением аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с уставками, при этом АСУТП следит за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.

Супервизорное управление. В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т.е. установки регуляторам задаются непосредственно системой (Рисунок 14.7).

Рисунок 14.7 - Схема супервизорного управления

Задача режима супервизорного управления – поддержание ТП вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом одно из главных преимуществ данного режима. Работа входной части системы, и вычисление управляющих воздействий мало отличается от работы системы управления в режиме советчика. Однако, после вычисленных значений уставок, последние преобразовываются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.

Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые с помощью цифро-аналогового преобразователя превращаются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация ТП в этом режиме выполняется периодически, напр. один раз в день. Должны быть введены новые коэффициенты в уравнения контуров управления. Это осуществляется оператором через клавиатуру, или считывая результаты новых расчетов, выполненные на ЭВМ более высокого уровня. После этого АСУТП способна работать без вмешательства извне в течение длительного времени. Примеры АСУТП в супервизорном режиме.

Управление автоматизированной транспортно-складской системы. ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики кранов-штабелеров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.

Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок электрического режима, а локальная автоматика управляет переключателями трансформатора по командам ЭВМ.

Станки с ЧПУ управление через интерполятор.

Таким образом, супервизорные системы управления функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор - управля­ющая программа или комплекс программ, программа-диспетчер), предназначена для организации многопрограммного режима работы ППК и пред­ставляет собой двухуровневую иерархическую систему, обла­дающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ППК.

В супервизорной системе управления часть параме­тров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами (АР) и ППК, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Осталь­ной частью параметров управляет ППК в режиме прямого цифро­вого управления. Входной информацией являются значения неко­торых управляемых параметров, измеряемых датчиками Ду локальных регуляторов; контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Дк. Нижний уровень, непосредственно связанный с технологиче­ским процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических параметров. По данным, поступающим от дат­чиков Ду и Дк через устройство связи с объектом, ППК выраба­тывает значения уставок в виде сигналов, поступающих непосред­ственно на входы систем автоматического регулирования.

Непосредственное цифровое управление. В НЦУ сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают непосредственно из АСУТП, и регуляторы вообще исключаются из системы. Концепция НЦУ, при необходимости, позволяет заменить стандартные законы регулирования на т.н. оптимальные с задаваемой структурой и алгоритмом. Например, может реализоваться алгоритм оптимального быстродействия и др.

АСУТП рассчитывает реальные воздействия, и передает соответствующие сигналы непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке 14.8.

Рисунок 14.8 - Схема непосредственного цифрового управления (НЦУ)

Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. При наличии системы НЦУ оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки и вообще должен иметь доступ к управляющей программе.

Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления для контуров простым внесением изменений в хранимую программу. Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе ЭВМ.

Таким образом, системы прямого цифрового управления (ПЦУ) или непосредственного цифрового управления (НЦУ, DDC) . ППК непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управле­ния на исполнительные механизмы. Режим непосред­ственного цифрового управления позволяет:

исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;

применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптималь­ный вариант;

реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;

снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.

Этот принцип управления применяют в стан­ках с ЧПУ. Оператор должен иметь воз­можность изменять уставки, контролировать выходные пара­метры процесса, варьировать диапазоны допустимого измене­ния переменных, изменять па­раметры настройки, иметь дос­туп к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ППК, и при выходе из строя объект теряет уп­равление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.

Состав АСУ ТП. Выполнение функций АСУТП достигается путем взаимодействия ее следующих составных частей:

технического обеспечения (ТО),

программного обеспечения (ПО),

информационного обеспечения (ИО),

организационного обеспечения (ОО),

оперативного персонала (ОП).

Эти пять компонентов и образуют состав АСУТП. Иногда рассматривают и другие виды обеспечения, например лингвистическое, математическое, алгоритмическое, но они рассматриваются как компоненты ПО и т.п.

Техническое обеспечение АСУТП представляет со­бой полную совокупность технических средств (в том числе средств вычислительной техники), достаточную для функциониро­вания АСУТП и выполнения системой всех ее функций. Примечание. Регулирующие органы в состав ТО АСУТП не входят.

Комплекс выбранных технических средств должен обеспечить такую систему измере­ний в условиях функционирования АСУ ТП, которые, в свою очередь, обеспечивают необходимую точность, быстродействие, чувствительность и надежность в соответствии с заданными метрологическими, эксплуатаци­онными и экономическими характеристиками. Технические средства можно группировать по эксплуатационным характеристикам, функциям управления, информационным характеристикам, конструктивному сходству. Наи­более удобной считается классификация технических средств по информационным характеристикам. В связи со сказанным комплекс технических средств должен содержать:

средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода в систему (вход­ные преобразователи, датчики), обеспечивающие преобразование входной информации в стандартные сигналы и коды;

средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устрой­ствами с разными сигналами;

выходные преобразователи, средства вывода информации и управления, преобразующие машинную информацию в различные формы, необходимые для управления технологическим процессом;

средства формирования и передачи информации, обеспечивающие перемещение информации в про­странстве;

средства фиксации информации, обеспечивающие перемещение информации во времени;

средства переработки информации;

средства локального регулирования и управления;

средства вычислительной техники;

средства представления информации оперативному персоналу;

исполнительные устройства;

средства передачи информации в смежные АСУ и АСУ других уровней;

приборы, устройства для наладки и проверки работоспособности системы;

документационная техника, включающая средства создания и уничтожения документов;

конторско-архивная техника;

вспомогательное оборудование;

материалы и инструмент.

Вспомогательные технические средства обеспечивают выполнение второстепенных процессов управле­ния: копирование, печать, обработку корреспонденции, создание условий нормальной работы управленческого персонала, поддержание технических средств в исправном состоянии и их функционирование. Создание типо­вых АСУ ТП в настоящее время невозможно из-за значительного расхождения организационных систем управ­ления предприятиями.

Технические средства АСУ ТП должны соответствовать требованиям ГОСТов, которые направлены на обеспечение различной совместимости объекта автоматизации. Эти требования подразделяются на группы.

Информационные . Обеспечивают информационную совместимость технических средств между собой и с обслуживающим персоналом.

Организационные . Структура управления технологическим процессом, технология управления, техни­ческие средства должны соответствовать друг другу до и после внедрения АСУ ТП, для чего необходимо обес­печить:

Соответствие структур КТС - структуре управления объектом;

Автоматизированное выполнение основных функций, выделение информации, ее передачу, обработку, вывод данных;

возможность модификации КТС;

возможность создания организационных систем контроля работы КТС;

возможность создания систем контроля персонала.

3. Математические . Сглаживание несоответствий работы технических средств с информацией может быть выполнено с помощью программ перекодирования, перевода, пересоставления макетов. Это обуславливает следующие требования к математическому обеспечению:

быстрое решение основных задач АСУ ТП;

упрощение общения персонала с КТС;

возможность информационной стыковки различных технических средств.

4. Технические требования:

необходимая производительность для своевременного решения задач АСУ ТП;

приспособленность к условиям внешней среды предприятия;

надежность и ремонтопригодность;

использование унифицированных, серийно выпускаемых блоков;

простота эксплуатации и обслуживания;

техническая совместимость средств, основанная на общей элементной и конструкторской базе;

требования эргономики, технической эстетики.

5. Экономические требования к техническим средствам:

минимальные капиталовложения на создание КТС;

минимальные производственные площади для размещения КТС;

минимальные затраты на вспомогательное оборудование.

6. Надежность АСУ ТП. При рассмотрении технического обеспечения рассматривается и вопрос на-дежности АСУ ТП. При этом необходимо провести исследования АСУ ТП, выделив следующие моменты:

сложность (большое число различных технических средств и персонала);

многофункциональность;

многонаправленность использования элементов в системе;

множественность видов отказов (причины возникновения, последствия);

взаимосвязь надежности и экономической эффективности;

зависимость надежности от технической эксплуатации;

зависимость надежности от КТС и структуры алгоритмов;

8) влияние персонала на надежность.

Уровень эксплуатационной надежности АСУ ТП определяется такими факторами как:

составом и структурой используемых технических средств;

режимами, параметрами обслуживания и восстановления;

условиями эксплуатации системы и ее отдельных компонент;

Программное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимую для реализации функций автоматизированной системой управления технологическим процессом заданного режима функционирования комплекса технических средств АСУТП.

Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее прог­раммное обеспечение (ОПО) и специальное программное обеспечение (СПО).

К общему программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая поставляется в комплек­те со средствами вычислительной техники или приобретается гото­вой в специализированных фондах алгоритмов и программ. В состав ОПО АСУТП входят программы, используемые для разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные прог­раммы (например, организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.). ОПО АСУТП изготавливается и поставляется в виде продукции производственно-технического назначения заводами-изготовителями средств ВТ (см. п.1.4.7).

К специальному программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая разрабатыва­ется при создании конкретной системы (систем) и включает прог­раммы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС систе­мы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т.п.) функций АСУТП. Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывает­ся на базе и с использованием программного обеспечения. Отдельные программы или СПО АСУТП в целом могут изготавливаться и поставляться в виде программных средств как продук­ция производственно-технического назначения.

В состав программного обеспечения входят общее программное обеспече­ние, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе, организующие программы, программы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ, а также специальное программное обеспечение, которое реализует функции конкретной системы, обеспечивает функцио­нирование КТС, в том числе аппаратным путем.

Математическое, алгоритмическое обеспечение. Как известно, модель - это образ объекта исследо­вания, отображающая существенные свойства, характеристики, параметры, взаимосвязи объекта. Одним из ме­тодов исследования процессов или явлений в АСУ ТП является метод математического моделирования, т.е. путем построения их математических моделей и анализа этих моделей. Разновидностью математического моде­лирования является имитационное моделирование, при котором используется прямая подстановка чисел, ими­тирующих внешние воздействия, параметры и переменные процессов с помощью УВК. Для проведения имита­ционных исследований необходимо разработать алгоритм. Алгоритмы, используемые в АСУ ТП, характеризу­ются следующими особенностями:

временная связь алгоритма с управляемым процессом;

хранение рабочих программ в оперативной памяти УВК для доступа к ним в любой момент времени;

превышение удельного веса логических операций;

разделение алгоритмов на функциональные части;

реализация на УВК алгоритмов в режиме разделения времени.

Учет временного фактора в алгоритмах управления сводится к необходимости фиксации времени приема информации в систему, времени выдачи сообщений оператором для формирования управляющих воздействий, прогнозирования состояния объекта управления. Необходимо обеспечить своевременную обработку сигналов УВК, связанной с управляемым объектом. Это достигается составлением наиболее эффективных по быстро­действию алгоритмов, реализуемых на быстродействующих УВК.

Из второй особенности алгоритмов АСУ ТП вытекают жесткие требования к объему памяти, необходимой для реализации алгоритма, к связанности алгоритма.

Третья особенность алгоритмов обусловлена тем, что технологические процессы управляются на основе ре­шений, принимаемых по результатам сопоставления различных событий, сравнения значений параметров объекта, проверки выполнения различных условий и ограничений.

Использование четвертой особенности алгоритмов АСУ ТП дает возможность разработчику сформулиро­вать несколько задач системы, а затем объединить разработанные алгоритмы этих задач в единую систему. Степень взаимосвязи задач АСУ ТП может быть различной и зависит от конкретного объекта управления.

Для учета пятой особенности алгоритмов управления необходимо разработать операционные системы ре­ального времени и планировать очередность загрузки модулей, реализующих алгоритмы задач АСУ ТП, их вы­полнение в зависимости от приоритетов.

На этапе разработки АСУ ТП создаются измерительные информационные системы, которые обеспечивают полный и своевременный контроль режима работы агрегатов, позволяющих анализировать ход технологиче­ского процесса и ускорить решение задач оптимального управления. Функции систем централизованного кон­троля сводятся к решению следующих задач:

определение текущих и прогнозируемых значений величин;

определение показателей, зависящих от ряда измеряемых величин;

обнаружение событий, являющихся нарушениями и неисправностями на производстве.

Общая модель задачи при оценке текущих значений измеряемых величин и вычисляемым по ним ТЭП в системе централизованного контроля может быть представлена следующим образом: задается совокупность величин и показателей, которые необходимо определять в объекте контроля, указывается требуемая точность их оценки, имеется совокупность датчиков, которые установлены на автоматизируемом объекте. Тогда общая задача оценки значения отдельной величины формулируется следующим образом: для каждой отдельной вели­чины требуется найти группу датчиков, частоту их опроса и алгоритм переработки получаемых от них сигна­лов, в результате которого значение этой величины определяется с заданной точностью.

Для решения задач в условиях АСУ ТП используются такие математические методы, как линейное про­граммирование, динамическое программирование, методы оптимизации, выпуклое программирование, комби­наторное программирование, нелинейное программирование. Методами построения математического описания объекта являются метод Монте-Карло, математическая статистика, теория планирования эксперимента, теория массового обслуживания, теория графов, системы алгебраических и дифференциальных уравнений.

Информационное обеспечение АСУТП включает: перечень и характеристики сигналов, характеризующих состояние АТК:

Описание принципов (правил) классификации и кодирования информации и перечень классификационных группировок,

описания массивов информации, формы документов к видео­кадрам, используемых в системе,

нормативно-справочную (условно-постоянную) информацию, используемую при работе системы.

В состав организационного обеспечения АСУТП вхо­дят описание АСУТП (функциональной, технической и организаци­онной структуры системы) и инструкции для оперативного персонала, необходимые и достаточные для его функционирования в составе АТК.

Организационное обеспечение включает описание функциональной, технической, организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно содержит совокупность правил, предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала меж­ду собой и комплексом средств.

Таким образом, организационная структура управления - это связи между людьми, занятыми экс­плуатацией объекта. Персонал, занятый оперативным управлением, поддерживает технологический процесс в заданных нормах, обеспечивает выполнение производственного плана, контролирует работу технологического оборудования, следит за условиями безопасного ведения процесса.

Эксплуатационный персонал АСУ ТП обеспечивает правильность функционирования КТС АСУ ТП, ведет учет и отчетность. АСУ ТП получает от вышестоящего уровня управления производственные задания, крите­рии реализации этих заданий, передает на вышестоящие уровни управления сведения о выполнении заданий, количественных и качественных показателях продукции и функционировании автоматизированного техноло­гического комплекса.

Для анализа организационной структуры и определения оптимального построения внутренних взаимосвя­зей используют методы групповой динамики. При этом обычно применяют методику и приемы социальной психологии. Проведенные исследования дали возможность сформулировать требования, необходимые для ор­ганизации группы оперативного технологического персонала:

вся производственная информация должна передаваться только через руководителя;

у одного подчиненного должно быть не больше одного непосредственного руководителя;

в производственном цикле информационно взаимодействуют друг с другом только подчиненные одно­го руководителя.

Подразделения технического обслуживания выполняют работы на всех стадиях создания АСУ ТП (проек­тирование, внедрение, эксплуатация), их основными функциями являются:

Обеспечение эксплуатации систем в соответствии с правилами и требованиями технической докумен­тации;

обеспечение текущего и планового ремонта технических средств АСУ ТП;

проведение совместно с разработчиками испытаний АСУ ТП;

проведение исследований по определению экономической эффективности системы;

разработка и реализация мероприятий по дальнейшему развитию системы;

Повышение квалификации работников службы АСУ ТП, изучение и обобщение опыта эксплуатации. Для выполнения функций технологу-оператору должны быть представлены технические и программные

средства, обеспечивающие в зависимости от особенностей технологического процесса требуемые наборы из следующих информационных сообщений:

индикация измеренных значений параметров по вызову;

индикация и изменение заданных границ контроля параметров процесса;

звуковая сигнализация и индикация отклонений параметров за регламентные границы;

звуковая сигнализация и индикация отклонений скорости изменения параметров от заданных значений;

отображение состояния технологического процесса и оборудования на схеме объекта управления;

регистрация тенденций изменения параметров;

оперативная регистрация нарушений технологического процесса и действий оператора.

Информационное обеспечение (ИО) включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию, содержит описание всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Применяемые коды должны включать минимальное число знаков, иметь логическую структуру и отвечать другим требованиям кодирования. Формы выходных докумен­тов и представлений информации не должны вызывать трудностей при их использовании.

При разработке и внедрении системы ИО АСУ ТП необходимо учитывать принципы организации управ­ления технологическим процессом, которым соответствуют следующие этапы.

Определение подсистем АСУ ТП и типов управленческих решений, по которым необходимо обеспече­ние научно-технической информацией. Результаты этого этапа используются для определения оптимальной структуры массивов информации, для выявления характеристик ожидаемого потока запросов.

Определение основных групп потребителей информации. Потребители информации классифицируются в зависимости от их участия в подготовке и принятии управленческих решений, связанных с организацией тех­нологического процесса. Накопление информации осуществляется с учетом видов задач, решаемых при управ­лении процессами. Потребитель может получить информацию по сопряженным технологическим участкам, также создаются условия для перераспределения информации при изменении потребностей.

Изучение информационных потребностей.

Изучение потоков научно-технической информации, необходимой при управлении процессами, бази­руется на результатах анализа управленческих задач. Наряду с потоками документальной информации анали­зируются факты, отражающие опыт данного и аналогичных предприятий.

Разработка информационно-поисковых систем для управления технологическим процессом.

Для автоматизированных систем характерны процессы переработки информации - преобразование, пере­дача, хранение, восприятие. При управлении технологическим процессом происходит передача информации и переработка управляющей системой входной информации в выходную информацию. При этом необходимы контроль и регулирование, заключающиеся в сравнении информации о результатах предшествующего этапа деятельности с информацией, соответствующей условиям достижения цели, в оценке рассогласования между ними и выработке корректирующего выходного сигнала. Рассогласование вызывается внутренними и внешни­ми возмущающими воздействиями случайного характера. Процесс передачи информации предполагает наличие источника информации и приемника.

Для обеспечения участия человека в управлении технологическим процессом необходимо документирова­ние информации. Для последующих анализов требуется накопление статистических исходных данных посред­ством регистрации состояний и значений параметров процесса во времени. На основе этого проверяется соблю­дение технологического процесса, качество продукции, контролируются действия персонала в аварийных си­туациях, осуществляется поиск направлений совершенствования процесса.

При разработке информационного обеспечения АСУ ТП, связанного с документированием и регистраци­ей, необходимо:

определить вид регистрируемых параметров, место и форму регистрации;

выбрать временной фактор регистрации;

минимизировать количество регистрируемых параметров из соображений необходимости и достаточ­ности для оперативных действий и анализа;

унифицировать форматы документов, их структуру;

ввести специальные реквизиты;

решить вопросы классификации документов и маршрутов их движения;

определить объемы информации в документах, установить место и сроки хранения документов.

Потоки информации в каналах связи АСУ ТП система должна передавать с необходимым качеством ин­формации от места ее образования к месту ее приема и использования. Для этого должны удовлетворяться сле­дующие требования:

своевременность доставки информации;

верность передачи - отсутствие искажений, потерь;

надежность функционирования;

единство времени в системе;

возможность технической реализации;

обеспечение экономической приемлемости информационных требований. Кроме того, система должна предусматривать:

регулирование информационных потоков;

возможность осуществления внешних связей;

возможность расширения АСУ ТП;

удобство участия человека в анализе и управлении процессом.

К основным характеристикам потока информации относятся:

объект управления (источник информации);

цель информации;

формат информации;

объемно-временные характеристики потока;

периодичность возникновения информации;

объект, использующий информацию.

При необходимости характеристики потока детализируются указанием:

вида информации;

наименования контролируемого параметра;

диапазона изменения параметра во времени;

числа одноименных параметров на объекте;

условий отображения информации;

скорости генерации информации.

К основным информационным характеристикам канала связи относятся:

местоположение начала и конца канала связи;

форма передаваемой информации;

структура канала передачи - датчик, кодер, модулятор, линия связи, демодулятор, декодер, устройство отображения;

вид канала связи - телефонный, механический;

скорость передачи и объем информации;

способы преобразования информации;

пропускная способность канала;

объем сигнала и емкость канала связи;

помехоустойчивость;

информационная и аппаратурная избыточность канала;

надежность связи и передачи по каналу;

уровень затухания сигнала в канале;

информационное согласование звеньев канала;

мобильность канала передачи.

В АСУ ТП может быть внесен временной признак информации, который предполагает единую систему времени с централизованной шкалой отсчета. Для информационных связей АСУ ТП характерной чертой явля­ется действие в реальном масштабе времени. Применение единой системы отсчета времени обеспечивает вы­полнение следующих задач:

документирование времени приема, передачи информации;

протоколирование происходящих в АСУ ТП событий;

анализ производственных ситуаций по временному признаку (очередность поступления, длительность);

учет времени прохождения информации по каналам связи и времени обработки информации;

управление очередностью приема, передачи, обработки информации;

задание последовательности управляющих воздействий в пределах единой шкалы времени;

отображение единого времени в пределах зоны действия АСУ ТП.

При создании АСУ ТП основное внимание уделяется сигналам, связанным с взаимодействием отдельных элементов. Изучению подлежат сигналы взаимодействия человека с техническими средствами и одних техни­ческих средств с другими техническими средствами. В связи с этим рассматриваются следующие группы сиг­налов и кодов:

Первая группа - представляет собой стилизованные языки, которые обеспечивают экономный ввод данных в технические средства и вывод их оператору. По характеру информации выделяют технические и экономиче­ские данные.

Вторая группа - решает задачи передачи данных и стыковки технических средств. Здесь основной про­блемой является верность передачи сообщения, для чего используют помехоустойчивые коды. Информацион­ная совместимость технических средств обеспечивается установкой дополнительной согласующей аппаратуры, использованием вспомогательных программ перекодировки данных.

Третья группа - представляет собой машинные языки. Обычно используют двоичные коды с элементами защиты данных по цифровому модулю, с дополнением кода проверочным разрядом.

Общие технические требования к АСУ ТП по информационному обеспечению:

максимальное упрощение кодирования информации за счет кодовых обозначений и кодов повторения;

обеспечение простоты декодирования выходных документов и форм;

3) информационная совместимость АСУ ТП со смежными системами по содержанию, кодированию, форме представления информации;

4) возможность внесения изменений в ранее переданную информацию;

5) обеспечение надежности выполнения системой своих функций за счет помехозащищенности информации.

Персонал АСУ ТП взаимодействует с КТС, воспринимая и вводя технологическую и экономическую ин­формацию. Кроме этого оператор взаимодействует с другими операторами и вышестоящим персоналом. Для облегчения этих связей принимаются меры по формализации потоков информации, их сжатию и упорядоче­нию. ЭВМ передает оператору информацию в виде световых сигналов, изображений, печатных документов, звуковых сигналов.

При взаимодействии оператора с УВК необходимо обеспечить:

Наглядное отображение функционально-технологической схемы объекта управления, информацию о его состоянии в объеме функций, возложенных на оператора;

отображение связи и характера взаимодействия объекта управления с внешней средой;

сигнализацию о нарушениях в работе объекта;

Быстрое выявление и ликвидацию неисправностей.

Отдельные группы элементов, наиболее существенные для контроля и управления объектом, обычно вы­деляют размерами, формой, цветом. Технические средства, используемые для автоматизации управления, по­зволяют вводить информацию только в определенной заранее обусловленной форме. Это приводит к необхо­димости кодирования информации. Обмен данными между функциональными блоками системы управления должен осуществляться законченными смысловыми сообщениями. Сообщения передаются двумя раздельными потоками данных: информационным и управляющим.

Сигналы информационного потока подразделяются на группы:

измеряемого параметра;

диапазона измерения;

состояния функциональных блоков системы;

адреса (принадлежность измеряемого параметра определенному блоку);

• служебный.

Для защиты от ошибок при обмене информацией через каналы связи на входе и выходе аппаратуры следу­ет использовать избыточные коды с их проверкой на четность, цикличность, итеративность, повторяемость. Вопросы защиты информации связаны с обеспечением надежности работы системы управления, формами представления информации. Информацию необходимо защищать от искажения и от использования ее не по назначению. Методы защиты информации зависят от производимых операций, от используемого оборудования

Оперативный персонал АСУТП состоит из технологов-операторов АТК, осуществляющих контроль за работой, и управле­ние ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рацио­нальному управлению, выработанных комплексами средств автоматизации АСУТП, и эксплуатационного персонала АСУТП, обеспечива­ющего правильность функционирования комплекса технических и программных средств АСУТП. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит.

В ходе процесса проектирования АСУТП разрабатывают­ся математическое и лингвистическое обеспечения, которые в явном виде не входят в состав функционирующей системы. Математическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность методов, моделей и алгоритмов, используемых в системе. Математическое обеспечение АСУТП реализуется в виде программ специального программного обеспечения. Лингвистическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность языковых средств для общения оперативного персонала АСУТП со средствами ВТ системы. Описание языковых средств включается в состав эксплуатационной документации орга­низационного и программного обеспечения системы. Метрологическое обеспечение АСУТП - это совокупность работ, проектных решений и технических и программных средств, направленная на обеспечение заданных точностных характеристик функций системы, реализованных на основе измерительной инфор­мация.

В состав оперативного персонала входят технологи-операторы автоматизиро­ванного технологического комплекса, осуществляющие управление технологическим объектом, и эксплуатаци­онный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал может рабо­тать в контуре управления и вне него. В первом случае реализуются функции управления по рекомендациям, выдаваемым КТС. Во втором случае оперативный персонал задает системе режим работы, контролирует работу системы и при необходимости принимает на себя управление технологическим объектом. Службы ремонта в состав АСУТП не входят.

Диспетчерская служба в АСУ ТП находится на стыке управления технологическим процессом и управления производством. Операторские и диспетчерские пункты АСУ обеспечивают экономичное объедине­ние способностей оперативного персонала и возможностей технических средств.

В организационных структурах оперативного управления предприятием получили распространение сле­дующие виды пунктов оперативного управления:

Местные посты управления. Управление производится отдельными механизмами и агрегатами, об­служиваются мастерами, бригадами, аппаратчиками или обходчиками.

Операторские пункты являются нижней ступенью системы сбора, передачи технологической инфор­мации и управления объектом, организуются на участках, отделениях, цехах. Здесь решаются задачи поддер­жания заданного технологического режима, оптимизации технологического процесса, обеспечения ритмично­сти работы оборудования, устранение отклонений производственного процесса, предупреждение и ликвидация аварийных состояний. Информация на операторские пункты поступает от датчиков или от местных постов управления и воспроизводится в полном объеме. На операторский пункт поступает также плановая, норматив­ная, директивная информация из вышестоящих уровней управления. Операторы выполняют следующие функ­ции:

управление технологическим процессом и оборудованием на участке;

поддержание заданного технологического режима;

обеспечение выполнения сменного задания;

обеспечение ритмичности работы оборудования;

устранение отклонений процесса, предупреждение аварий;

контроль наличия запасов сырья и материалов;

выполнение распоряжений вышестоящего диспетчера;

контроль за работой обходчиков.

3. Диспетчерские пункты. На диспетчерских пунктах осуществляется сбор производственно-статистической информации, необходимой для определения ТЭП процесса, возможности его оптимизации взависимости от качества сырья, запасов, ресурсов, также решаются задачи оперативного контроля, учета, технико-экономического анализа, управления в масштабе участков, цеха. Основная задача управления на этой ступени - распределение и координация материальных и энергетических потоков для получения максимальной эффективности производства. Функциями сменных диспетчеров цеха являются:

1) обеспечение выполнения сменных заданий;

2) оперативное управление технологическим процессом в соответствии с заданиями и с использованием имеющихся технических средств;

координация работы участков цеха;

дистанционное управление поточно-транспортными системами;

контроль за работой оперативного персонала.

4. Центральные диспетчерские пункты:

обеспечение выполнения оперативных планов;

контроль и управление ходом выполнения сменных и суточных плановых заданий цехам и предпри­ятию;

сбор, предварительная обработка информации о состоянии технологического процесса, фиксация от­клонения от плановых показателей;

координация работы цехов и служб предприятия;

формирование отчетной информации о ходе выполнения плановых заданий, состоянии технологиче­ского процесса, оборудования, запасов.

Решение перечисленных задач обеспечивается выполнением следующих функций:

сбор, передача, прием информации, ее первичная обработка, приведение к виду, удобному для опера­тивного контроля и учета;

контроль работы оборудования, выполнения сменных и суточных планов цехов;

устранение аварийных ситуаций;

контроль за временем и причинами простоев оборудования;

учет материалов, топлива, расхода энергии;

координация производственной деятельности цехов, служб предприятия;

Контроль выполнения указаний руководства предприятия.

Диспетчерская служба в АСУ ТП призвана решать задачи:

1) оперативного учета:

выработка продукции за час, смену, сутки;

отгрузка продукции по видам за периоды;

остатки выработанной продукции;

количество нарушений технологических режимов;

время простоев оборудования по причинам за периоды;

время работы оборудования за периоды;

количество остановов оборудования между ремонтами;

потребление сырья, материалов, ресурсов за периоды.

2) оперативного анализа:

анализ выполнения плана, обнаружение помех;

оценка предаварийных ситуаций, выявление тенденций;

определение изменения ритмичности выпуска продукции;

анализ состояния оборудования и причин простоев;

выявление узких мест и резервов;

анализ тенденций изменения ТЭП;

анализ тенденций изменения запасов, транспортных средств;

определение наличия энергоресурсов;

контроль выработки, отгрузки, остатков готовой продукции;

анализ выполнения плана выпуска продукции с учетом отклонений;

анализ технологических параметров, качества продукции;

оценка отклонений параметров продукции от требуемых;

анализ фактических значений технологических параметров;

анализ отклонений технологических параметров;

анализ работы и видов простоя оборудования;

выявление отклонений от норм потребления сырья, энергоресурсов;

анализ качества сырья, ресурсов;

определение запасов сырья, транспортных средств;

анализ ТЭП за периоды;

выявление отклонений ТЭП от нормативов.

3) оперативного планирования:

выработка продукции за периоды;

элементы производства за периоды;

выработка продукции и расхода элементов производства.

4) оперативного прогнозирования:

выработка продукции за период;

предвидение аварийных ситуаций;

расчет ТЭП.

5) оперативного управления:

координация нагрузок исполнителей, оборудования, транспорта;

предотвращение аварийных ситуаций;

корректировка графиков ремонта оборудования;

изменение режимов работы оборудования.

Работа диспетчера требует высокой скорости принятия оптимальных решений, для чего необходимо зара­нее подготовить набор основных ситуаций и наилучших решений для каждой ситуации. Для производства це­лесообразно разработать технологический процесс работы каждого диспетчера. В начале определяются основ­ные функции и задачи, которые должен выполнять диспетчер, составляется укрупненная технология работы диспетчера. Затем на основе укрупненной технологии разрабатываются подробные технологические карты управления. Структура диспетчерского управления определяется организационной структурой предприятия, допустимой степенью централизации управления для данного производства.

При централизованной системе управления в цехах организуется ряд операторских пунктов, позволяющих управлять в соответствии с указаниями руководства предприятия.

Операторы в АСУ ТП осуществляют управление технологическими объектами. Они могут работать в кон­туре и вне контура управления. В контуре управления оператор выполняет функции управления, используя ре­комендации по рациональному управлению, выработанные техническими средствами. Вне контура управления оператор задает системе режимы работы, контролирует работу системы и при необходимости (авария, отказ) принимает на себя управление технологическим объектом. Работа оператора в АСУ ТП характеризуется нали­чием сложной техники, большими потоками информации, ограниченным временем для принятия решений.

Сложность работы оператора в АСУ ТП определяется необходимостью изучения технологии управляемого процесса, большим числом контрольно-измерительных приборов и органов управления, размещенных на пульте управления, значительной психологической нагрузкой. При управлении технологическим объектом оператор обеспечивает:

Закрепление технических знаний по участку (оборудование, режимы), связи с другими участками; рас­положение приборов контроля, управления, защиты, сигнализации;

слежение за ходом технологического процесса;

оценку качества работы автоматики, стабилизации параметров, характера внешних возмущений;

Дистанционное управление в различных ситуациях, регулирование параметров в условиях решения по­точных задач, минимизацию числа приборов;

проведение действий по включению и отключению вспомогательного оборудования;

формирование сообщений оперативному персоналу;

диагностирование неисправностей и их устранение;

быстрое считывание показаний приборов.

Основная литература

Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка. – M.: Инфра-Инженерия, 2008. – 928 с.

Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП: Методическое пособие. Книга 1. – СПб.: Издательство ДЕАН, – 2006. – 757 с

Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП: Методическое пособие. Книга 2. – СПб.: Издательство ДЕАН, – 2009. – 944 с

Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию и применению автоматизированных систем управления технологическими процессами в отраслях промышленности (ОРММ – 3 АСУТП), - М.: ГКНТ. 1986г

Дополнительная литература

Материалы информационных порталов: www.kazatomprom.kz , www.kipiasoft.com, www.automatization.ru , www.scada.ru, www.automation-drives.ru , www.siemens.com , www.ad.siemens.de

Скачать документ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ

технических систем

ОАО "НИЦ КД"

1. РАЗРАБОТАНЫ ОАО "НИЦ КД" (Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем)

2. ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ приказом ОАО "НИЦ КД" от 25.12.2001 № 36

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Технический контроль является неотъемлемой составной частью технологического изготовления, испытания и ремонта изделия.

Технологическое проектирование технического контроля осуществляется в виде:

1.1.2 Процесс технического контроля разрабатывают как совокупность взаимосвязанных операций технического контроля для отдельных групп и типов материалов, заготовок, полуфабрикатов, деталей и сборочных единиц, а также для отдельных видов технического контроля и производств.

При необходимости разрабатывают процесс технического контроля для отдельных исполнителей контроля и заказчика.

1.1.3 Операцию технического контроля разрабатывают для входного, операционного и приемочного контроля отдельных объектов контроля или контролируемых признаков (параметров), а также для операционного контроля технологического процесса получения материала, заготовки, полуфабрикатов, детали, сборочной единицы после завершения определенной технологической операции обработки (сборки).

1.1.4 Степень детализации системы, процессов, операции технического контроля в технологической документации устанавливают предприятия в зависимости от сложности объектов контроля, типа, вида и условий производства.

1.1.5 Технологическую документацию на системы, процессы, операции технического контроля согласовывают с отделом технического контроля предприятия-изготовителя.

1.2 Технологическое проектирование технического контроля должно обеспечивать заданные показателя процесса контроля с учетом затрат на его реализацию и потерь от брака в производстве и при использовании продукции вследствие ошибок контроля или его отсутствия.

1.3 Устанавливаются обязательные показатели процесса контроля:

производительность или трудоемкость контроля;

характеристики достоверности контроля;

комплексный экономический показатель.

В зависимости от специфики производства и видов объектов контроля допускается использовать другие показатели процессов контроля (стоимость, объем, полнота, периодичность, продолжительность контроля и т.д.).

1.4 Методику расчета показателей процессов контроля и порядок их учета устанавливает предприятие-разработчик. Методы экономического обоснования технического контроля приведены в приложении А.

1.5 При анализе затрат на реализацию процесса контроля необходимо учитывать:

объем выпуска и сроки изготовления продукции;

технические требования к продукции;

технические возможности средств контроля;

затраты на приобретение средств контроля и поверочного оборудования и их эксплуатацию.

1.6 При анализе потерь от брака вследствие ошибок контроля или его отсутствия необходимо учитывать:

уровень дефектности (долю брака) продукции, подвергающейся контролю;

значимость дефектов по контролируемым признакам (критические, значительные и малозначительные);

потери от ложного брака вследствие ошибок контроля первого рода, возникающие в производстве;

потери в производстве от пропуска брака вследствие ошибок контроля второго рода, а также потери у потребителя от пропуска брака вследствие ошибок контроля второго рода;

ущерб от поставки продукции не соответствующей установленным требованиям.

1.7 Методика определения вероятностей ошибок контроля первого и второго рода приведена в приложении Б.

2 ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ КОНТРОЛЮ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

2.1 Технический контроль должен предотвращать пропуск дефектных материалов, полуфабрикатов, заготовок, деталей и сборочных единиц на последующие этапы изготовления, испытания, ремонта и потребления.

2.2 Технический контроль должен соответствовать требованиям действующей на предприятии системы менеджмента качества.

2.3 Технический контроль должен соответствовать требованиям промышленной безопасности, пожаро- и взрывобезопасности, промышленной санитарии и правилами защиты окружающей среды.

2.4 Технологическое проектирование технического контроля осуществляют с учетом характеристик технологического процесса изготовления, испытания и ремонта изделия с обеспечением необходимой взаимосвязи и взаимодействия между ними.

2.5 При технологическом проектировании технического контроля должны обеспечиваться:

достоверная оценка качества продукции и снижение потерь от брака как при изготовлении, так и использование продукции;

повышение производительности труда;

снижение трудоемкости контроля, особенно в процессах с тяжелыми и вредными условиями труда;

возможное совмещение операций изготовления, испытания и ремонта с операциями технического контроля;

сбор и обработка информации для контроля, прогнозирования и регулирования технологических процессов обработки и сборки;

оптимизация технического контроля по установленным технико-экономическим критериям.

2.6 При технологическом проектировании технического контроля по возможности следует обеспечивать единство измерительных баз с конструкторскими и технологическими.

2.7 При технологическом проектированием САК должны обеспечиваться:

увязка работ по созданию САК с работами по созданию ГПС, АСУ, АСУП, САПР, АСТПП, АСУТП;

максимальная гибкость процесса контроля и управляемость им;

адаптивность к условиям производственного процесса;

достижение необходимой полноты и надежности контроля;

внедрение прогрессивных автоматизированных приборов на базе цифровой и аналоговой техники;

внедрение локально замкнутых САК и гибких производственных изделий.

3 ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ПРОЦЕССОВ (ОПЕРАЦИЙ) ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

3.1 Основные этапы разработки процессов технического контроля, задачи, решаемые на этапе, основные документы, обеспечивающие решение задач, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Этап разработки процессов	Задачи, решаемые на этапе
1. Подбор и анализ исходных материалов для разработки процессов контроля	Ознакомление с изделием, требованиями к изготовлению, испытаниям, ремонту и эксплуатации	Конструкторская документация на изделие. Технологическая документация на изготовление, испытание и ремонт изделия
	Подбор и анализ справочной информации, необходимой для разработки процесса контроля	Объем и сроки изготовления изделия. Перспективные методы и процессы контроля Производственные инструкции на проведение контроля
	Оценка возможности и стабильности технологического процесса изготовления, испытания и ремонта. Определение номенклатуры объектов контроля (продукции, средств технологического оснащения, технологических процессов изготовления, испытания и ремонта, технологической документации). Установление видов контроля по его объектам. Определение технических требований на операции контроля	Конструкторская документация на изделие. Методика выбора объектов контроля Методика установления видов технического контроля
3. Выбор действующего типового, группового процесса (характеристики) технического контроля или поиск аналога единичного процесса технического контроля	Отнесение объекта контроля к действующему типовому, групповому или единичному процессу контроля с учетом количественной оценки групп изделий Примечание. При наличии разработанного перспективного процесса технического контроля на изделие его следует брать за основу при выборе действующего технологического процесса	Документация групповых, типовых и единичных процессов технического контроля для данной группы изделий. Документация перспективных процессов технического контроля для данной группы изделий. Документация перспективных процессов технического контроля Конструкторская документация Технологическая документация на изготовление, испытание и ремонт изделия
4. Составление технологического маршрута процесса контроля	Определение состава и последовательности технологических операций технического контроля, обеспечивающих своевременное выявление и устранение дефектов и получение информации для оперативного регулирования и прогнозирования технологического процесса и обратной связи с АСУ и АСУТП.	Методика размещения постов контроля по технологическому процессу изготовления, испытания и ремонта изделия. Технологическая документация на изготовление, испытание и ремонт
	Предварительное определение состава контрольного оборудования
5. Разработка технологических операций технического контроля	Выбор контролируемых параметров (признаков). Выбор схем контроля, включая определение контрольных точек объектов, измерительных баз	Методика выбора контролируемых параметров (признаков). Методика выбора схем контроля Стандарты и методические материалы по системам качества, по статистическим методам
	Выбор методов и средств контроля	Методика выбора методов и средств контроля Каталоги (альбомы, картотеки) средств контроля
	Определение объема (плана) контроля	Классификатор технологических операций контроля
	Разработка последовательности переходов технического контроля	Классификатор технологических переходов контроля
6. Нормирование процессов контроля	Установление исходных данных, необходимых для расчетов норм времени и расхода материалов	Нормативы времени и расхода материала Методика разработки норм времени на технический контроль
	Расчет и нормирование затрат труда на выполнение процесса	Классификатор разрядов работ и профессий исполнителей контроля
	Определение разряда работ и обоснование профессии исполнителей контроля для выполнения операций в зависимости от сложности этих работ
7. Расчет технико-экономической эффективности процесса контроля	Выбор оптимального варианта процесса технического контроля	Методика оптимизации технического контроля
8. Оформление технологических документов на технический контроль	Заполнение технологических документов. Нормоконтроль технологической документации. Согласование технологической документации с заинтересованными подразделениями и ее утверждение	Стандарты ЕСТД
9. Разработка документации результатов контроля	Установление порядка оформления результатов контроля и необходимого состава форм документов. Разработка технологических паспортов, карт измерения, журналов контроля	Методика оформления результатов контроля Стандарты ЕСТД

3.2 Необходимость каждого этапа, состав задач и последовательность их решения определяются в зависимости от видов и типа производства и устанавливаются предприятием.

4 ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО (АВТОМАТИЗИРОВАННОГО) КОНТРОЛЯ

4.1 Основные этапы разработки системы автоматического контроля, задачи, решаемые на этапе, основные документы, обеспечивающие решение этих задач, приведены в табл.2.

Таблица 2

Этап разработки систем автоматического контроля	Задачи, решаемые на этапе	Основные документы, обеспечивающие решение задач
1. Подбор и анализ исходных материалов для разработки системы автоматического контроля	Ознакомление с изделием, требованиями к изготовлению, испытаниям, ремонту и эксплуатации. Подбор и анализ справочной информации, необходимой для разработки системы автоматического контроля	Конструкторская документация на изделие Технологическая документация на изготовление, испытания и ремонт изделия Объем и сроки изготовления изделия Информация по перспективным методам и системам автоматического контроля Производственные инструкции на проведение технического контроля Каталоги перспективных автоматизированных средств и систем контроля, в том числе координатно-измерительных машин, измерительных роботов и т.д.
2. Выбор объектов и видов контроля	Оценка стабильности технологического процесса изготовления, испытания, и ремонта. Определение номенклатуры объектов контроля (продукция, средства контроля технологического оснащения, технологические процессы изготовления, испытания и ремонта) Установление видов контроля по объектам контроля	Методика выбора объектов и видов контроля в гибких и автоматизированных производствах
3. Составление обобщенного процесса контроля	Анализ совокупности технологических процессов контроля Синтез обобщенного маршрута контроля Проектирование типовых операций контроля. Установление сводного перечня контролируемых параметров. Установление основных процессов контроля (централизация, степень автоматизации совместно с обработкой)	Методика составления обобщенных процессов контроля
4. Разработка структуры САК	Разработка базового комплексов алгоритмов обработки контрольно-измерительной информации. Разработка системных решений САК Разработка планируемых решений Рациональное разделение функций контроля. Выбор схем контроля включает определение контрольных точек объекта Выбор методов и средств контроля, в том числе типов датчиков и устройств обработки первичной информации, устройств ввода информации оператором вручную (периферийное устройство). Выбор действующих модулей (блоков) САК.	Документация действующих модулей и систем автоматического контроля для аналогичных групп объектов контроля
	Построение алгоритмов контроля и разработка математических методов обработки результатов измерения и контроля	Каталоги (альбомы, картотеки) автоматизированных средств контроля и систем контроля. Каталоги алгоритмов и методов обработки результатов измерений и контроля
5. Разработка информационного обеспечения системы автоматического контроля	Определение перечня информации и формы ее представления в систему контроля. Определение перечня информации и формы ее представления из системы контроля в систему управления. Оценка избыточности информационных потоков в системе контроля	Методика информационного обследования системы автоматического контроля
6. Разработка программно-математического обеспечения системы автоматического контроля	Создание и отладка программно-математического обеспечения, включая: ввод-вывод информации, обмен информацией с системами; информационное обеспечение производственного процесса; переработка информации по методикам измерения; информационное обеспечение работы оборудования и систем управления; тестовые программы; управление работой вспомогательного оборудования	Инструкция по программированию
7. Разработка правил эксплуатации и обслуживания системы автоматического контроля	Разработка инструкции, методических указаний, правил для эксплуатирующего и обслуживающего персонала	Правила эксплуатации и обслуживания систем автоматического контроля
8. Оценка эффективности системы автоматического контроля	Оценка трудоемкости и производительности контроля Определение и обоснование состава обслуживающего персонала Расчёт экономической эффективности	Методика оценки эффективности системы автоматического контроля
9. Оформление документации на систему автоматического контроля	Согласование технологической документации с заинтересованными подразделениями Учет требований государственной системы обеспечения единства измерений	Стандарты ЕСТД и ГСИ

4.2 Необходимость каждого этапа, состав задач и последовательность их решения определяются в зависимости от видов и типа производства и устанавливаются предприятием.

Приложение А

МЕТОДИКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

1 Экономическое обоснование варианта контроля выполняют с помощью комплексного экономического показателя К э , представляющего собой сумму приведенных затрат на реализацию процесса контроля З к и потерь от брака вследствие ошибок контроля или его отсутствия П б .

К э = З к + П б

2 Приведенные годовые затраты находят по формуле:

З к = И + Е н К

где И - годовые эксплуатационные издержки;

Е н - норматив окупаемости капитальных вложений;

К - капитальные вложения в процессе контроля, руб.

Расчет годовых эксплуатационных издержек и капитальных вложений выполняются в соответствии с применяемыми методиками.

При расчете годовых эксплуатационных издержек учитывают следующие составляющие.

;

;

.

Для контрольного оборудования и прибора, использующего различные виды энергии, затраты рассчитывают по каждому виду энергии, а затем суммируют.

;

.

Перечень обозначений величин, входящих в формулы, приведен в табл. 3.

Таблица 3

Обозначение	Размеренность	Наименование обозначения
		Сумма затрат на заработную плату исполнителей контроля
C а		Амортизация контрольного оборудования и приборов на время контроля
C э		Затраты на все виды энергии, потребляемые в процессе контроля
		Затраты на контрольную оснастку (приспособления и инструмент), потребную для проведения контроля
C п.з		Стоимость подготовительно-заключительных работ
		Время, затрачиваемое j -м исполнителем контроля на контроль объекта
		Часовая заработная плата j -гo исполнителя контроля
		Количество исполнителей контроля, участвующих в контроле объекта
		Процент, учитывающий начисления на заработную плату и премии
		Количество объектов контроля, которое может одновременно контролировать исполнитель
		Количество типов контрольного оборудования и приборов, используемых для контроля данного объекта
А i		Стоимость единицы i -гo средства контроля, используемого для контроля объекта
		Количество i -гo средства контроля
		Норма амортизационных отчислений за год
		Годовой фонд времени i -гo средства контроля
t о i		Время работы i -гo средства контроля при контроле объекта
		Количество объектов контроля, которое может одновременно контролироваться на i -м контрольном оборудовании
		Коэффициент загрузки контрольного оборудования или прибора, определяемый исходя из фактических условий контроля или принимаемый как среднее значение этого коэффициента для данного предприятия
Ц э i	руб./кВт ч	Цена единицы используемой энергии для i -гo контрольного оборудования или прибора
		Мощность, потребляемая i -м контрольным оборудованием или прибором
		Коэффициент использования мощности
		Количество контрольной оснастки, используемой для контроля данного объекта
		Коэффициент использования i -й контрольной оснастки
		Срок службы i -й контрольной оснастки
		Количество исполнителей, занятых на подготовительно-заключительных операциях для данного объекта
t п.з j		Время затрачиваемое j -м исполнителем, занятым на подготовительно-заключительных операциях для данного объекта
R п.з j		Часовая заработная плата j -гo исполнителя, занятого на подготовительно-заключительных операциях для данного объекта

3 Потери от брака вследствие ошибок контроля или отсутствия контроля определяют по формуле:

3.1 Потери вследствие ошибок контроля i -го рода в производстве (забракование годных) определяют по формуле:

где N o - годовая программа контроля единиц продукции (в дальнейшем - деталей);

P гб - вероятность ошибки контроля 1-го рода, %;

C изг - себестоимость изготовления детали, руб;

C ост - остаточная стоимость забракованной детали, руб.

3.2 Потери вследствие ошибок контроля 2-го рода в производстве (пропуск брака в технологический процесс) определяют по формуле:

3.3 Потери вследствие ошибок контроля 2-го рода у потребителя (пропуск брака в готовое изделие) определяют по формуле:

Величину C потр находят на основании технико-экономического анализа потребительских свойств изделия с учетом влияния дефектов по контролируемым признакам.

При отсутствии данных для анализа допускается укрупненная оценка величины C потр как части стоимости готового изделия, пропорциональной коэффициенту весомости дефекта.

3.4 Потери, связанные со штрафом за поставку продукции пониженного качества, определяют по формуле:

где C с - себестоимость единицы продукции, руб.;

M п - количество единиц продукции пониженного качества;

Ш к - размер штрафа на поставку продукции пониженного качества.

3.5 Потери, связанные с уценкой продукции, определяют по формуле

,

где - себестоимость единицы продукции после уценки, руб.;

М у - количество единиц уцененной продукции.

4 Вероятности ошибок контроля для случая измерительного допускового контроля определяют согласно приложению 2.

Допускаются и другие научно обоснованные методы определения вероятностей ошибок контроля.

5 Годовой экономический эффект при сравнении выбираемого варианта контроля с базовым находят по формуле

где индексы 1 и 2 относятся, соответственно, к базовому и выбираемому вариантам.

Для оптимального варианта контроля К Э 2 = minи Э = max

Приложение Б

МЕТОДИКА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ОШИБОК КОНТРОЛЯ 1 И 2-ГО РОДА

1 Понятия ошибок контроля 1 и 2-го рода - согласно табл.4.

Таблица 4

Примечание. Величины P гб и P дп , выраженные в процентах соответствуют величинам n и m по ГОСТ 8.051-81 при условии:

где s - значение среднего квадратического отклонения погрешности измерения.

2 При отсутствии контроля принимают

P гб = 0; P дп = q о , (1)

где q о - средний входной уровень дефектности (доля брака), %.

3 При сплошном измерительном контроле по одному параметру вероятности ошибок контроля находят в следующем порядке:

3.1 Определяют относительную погрешность контроля по формуле:

где d - погрешность измерения;

IT - допуск на контролируемый параметр.

3.2 Принимают в качестве закона распределения контролируемого параметра один из двух основных законов - нормальный или Релея.

3.2.1 Нормальный закон принимают для тех параметров, отклонения которых от номинального значения могут быть как положительными, так и отрицательными, и для которых установлены две границы поля допуска (нижняя и верхняя). К таким параметрам относятся, например, линейные и угловые размеры, твердость, давление, напряжение и др.

3.2.2 Закон Релея принимают для тех параметров, отклонения которых могут быть только положительными (или только отрицательными) и для которых установлена только верхняя (или только нижняя) граница поля допуска, а другой (естественный) границей является ноль. К таким параметрам относятся, например, отклонения формы и расположения, биения, уровень помехи, наличие примесей и др.

3.3 Находят вероятности ошибок контроля по табл. 5 и 6.

3.3.1 Если при контроле вводят приемочный допуск путем сдвига обеих (для двустороннего допуска) или одной (для одностороннего допуска) из приемочных границ внутрь поля допуска на некоторую долю l (0 ? l ? 1) от допускаемой погрешности d, то вероятности ошибок контроля находят по формулам:

где под P гб (q о , d o ) и P дп (q о , d о ) подразумеваются значения вероятностей выраженные в табл. 5 и 6 при значениях аргументов q о и d о .

3.3.2. При контроле с сортировкой на Z размерных групп для нахождения вероятности можно воспользоваться формулой:

4 При выборочном контроле по одному параметру с применением планов статистического приемочного контроля принимают.

P гб = 0; P дп = q о · P (q о ), (6)

где P (q о ) - оперативная характеристика соответствующего плана контроля.

4.1 При выборочном измерительном контроле учитывают влияние погрешности измерения на оперативную характеристику плана контроля, для чего можно использовать формулу:

P дп = q о · P (q о + Dq ), (7)

где - Dq сдвиг оперативной характеристики вследствие влияния погрешности измерения, определяемый по табл. 7.

4.2 Построение оперативной характеристики плана контроля осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 50779.71-99, ГОСТ Р 50779.74-99 и другими инструктивно-методическими материалами по статистическому приемочному контролю.

5 При контроле одновременно по двум и более параметрам вероятности ошибок контроля находят по формулам:

n ?5; (8)

где P гб i , P дп i - соответствующие вероятности для каждого (i -го) параметра;

n - число контролируемых параметров.

Если n > 5 или если n ? 5, но P гб > 50%, пользуются формулой

, (10)

где - символ произведения всех скобок для i = 1, 2..., n .

6 Примеры определения вероятностей ошибок контроля 1 и 2-го рода.

6.1 Объект контроля - направляющая втулка клапан автомобильного двигателя. Контролируемый параметр - наружный диаметр. Номинальный размер -18 мм, допуск по 7 квалитету IТ = 18 мкм. Средний входной уровень дефектности q = 1%. Допускаемая погрешность измерения по ГОСТ 8.051-81 составляет 5.0 мкм. Погрешность выбранного средства контроля (якобы рычажной) d = 4 мкм.

6.2 Определяем относительную погрешность контроля по формуле (2).

6.3 Принимаем нормальный закон распределения, так как допуск двусторонний.

6.4 Находим по табл. 5 P гб = 3,20% и по табл. 6 P дп = 0,43%

6.5 Вводим приемочный допуск путем средств обеих приемочных границ внутрь поля допуска на величину.

мкм . Тогда новый допуск

мкм.

Вычисляем:

1 + l= 1,5; (1 + l)d о = 1,5 · 0,22 = 0,33;

1 - l= 0,5; (1 - l)d о = 0,5 · 0,22 = 0,11.

Находим по табл. 5 P гб (q о ,(1 + l)d о ) = P гб (1%; 0,33) = 6,88%.

и по табл 6 Р дп (q о , (1 - l)d о ) = Р дп (1 %; 0,11) = 0,34%.

Находим по Формулам (3) и (4)

Р гб = (1 + l)P гб (q о ,(1 + l)d о ) = 1,5·6,88% = 10,32%;

Р дп = (1 - l)Р дп (q о ,(1 - l)d о ) = 0,5·0,34 = 0,17.

6.6 При сортировке на три размерные группы (без приемочного допуска) будет по прежнему Р гб = 3,20, а Р дп определяем по формуле (5) при Z = 3.

Р дп = 11·(0,22·3) 2 =4,79%

6.7 Выбираем план статистического приемочного контроля по альтернативному признаку по ГОСТ Р 50779.71-99. При объеме партии 2000 шт. и приемочном уровне дефектности 1% получаем код выборки 10, объем выборки n = 125 шт., приемочное число С = 3. Оперативная характеристика для кода выборки 10 показана на рисунке.

Определяем сдвиг оперативной характеристики по табл.7

при q о = 1%, d o = 0,22:

Dq = 2,1 %

По графику рисунка находим

P (q о + Dq ) = P(1%+2,1%) = P(3,1%) = 0,42.

По формуле (7) вычисляем:

Р дп = q о ·P (q о + Dq ) = 1%·0,42 = 0,42%.

Примечание - В данном случае вероятность браковки партии составит 1 - P (q о + Dq ) = 1 - 0,42 = 0,58, т.е. около 60% объема партии будет забраковано по результатам выборочного контроля. Следует либо увеличить приемочный уровень дефектности, либо повысить точность измерений.

Таблица 5

Вероятности ошибок контроля 1-го рода (неправильная браковка) Р гб , %

(1+l)d о	q о , %

Таблица 6

Вероятности ошибок контроля 2-го рода (неправильная приемка) Р дп , %

(1-l)d о

Уровень дефектности (доля брака), q о , %

Распределение контролируемого параметра по нормальному закону

Распределение контролируемого параметра по закону Релея

Таблица 7

Сдвиг оперативной характеристики D q , %

Уровень дефектности (доля брака), q о , %

Распределение контролируемого параметра по нормальному закону

Распределение контролируемого параметра по закону Релея

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

1. Основные положения

2. Требования к техническому контролю и технологическому проектированию технического контроля

3. Порядок разработки процессов (операций) технического контроля

4. Порядок разработки систем автоматического (автоматизированного) контроля

Приложение А Методика экономического обоснования технического контроля

Приложение Б Методика определения вероятностей ошибок контроля 1 и 2 рода

Материал темы лекции содержит содержание следующих вопросов: структура АСУТП; назначение, цели и функции АСУТП; примеры информационных и управляющих АСУТП; основные разновидности АСУ ТП; состав АСУ ТП.

Структура АСУТП. См. также содержание лекций 1, 2,3.

При построении средств современной промышленной автоматики (обычно в виде АСУ ТП) используется иерархическая информационная структура с применением на разных уровнях вычислительных средств различной мощности. Примерная общая современная структура АСУ ТП показана на рисунке 14.1:

ИП - измерительные преобразователи (датчики),

ИМ - исполнительные механизмы,

ПЛК - программируемый логический контроллер,

ПрК - программируемый (настраиваемый) контроллер,

ИнП- интеллектуальные измерительные преобразователи,

ИнИМ - интеллектуальные исполнительные устройства,

Модем - модулятор/демодулятор сигналов,

ТО - техническое обеспечение (аппаратная часть, «железо»),

ИО - информационное обеспечение (базы данных),

ПО - программное обеспечение,

КО - коммуникационное обеспечение (последовательный порт и ПО).

ПОпл - программное обеспечение пользователя,

ПОпр - программное обеспечение производителя,

Инд - индикатор.

Рисунок 14.1 - Типовая функциональная схема современной АСУ ТП.

В настоящее АСУ ТП обычно реализуются по схемам:

1. 1-уровневой (локальная система), содержащей ПЛК, или моноблочный настраиваемый контроллер (МНК) обеспечивающие индикацию и сигнализацию состояния контролируемого или регулируемого ТП на передней панели,

2. 2-уровневой (централизованная система), включающих :

1. На нижнем уровне несколько ПЛК с подключенными к ним датчиками и исполнительными устройствами,

2. На верхнем уровне - одна (возможно несколько) операторских (рабочих) станций (автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора).

Обычно рабочая станция или АРМ - это ЭВМ в специальном промышленном исполнении, со специальным программным обеспечением, - системой сбора и визуализации данных (SCADA-системы).

Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП показана на рисунке 14.2

Рисунок 14.2 - Типовая функциональная схема одноуровневой системы автоматического управления САУ.

Основные функции элементов:

1. Прием дискретных сигналов от преобразователей технологического оборудования,

2. Аналого-цифровое преобразование (АЦП) аналоговых сигналов, поступающих на входы из преобразователей,

3. Масштабирование и цифровая фильтрация данных после АЦП,

4. Обработка принятых данных по программе функционирования,

5. Генерация (в соответствии с программой) управляющих дискретных сигналов и подача их на исполнительные устройства,

6. Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) выходных информационных данных в выходные аналоговые сигналы,

7. Подача управляющих сигналов на соответствующие исполнительные устройства,

8. Защита от потери работоспособности из-за зависания процессора с помощью сторожевого таймера,

9. Сохранение работоспособности при временном отключении электропитания (за счет источника бесперебойного питания с аккумулятором достаточной емкости),

10. Контроль за работоспособностью датчиков и достоверностью измеренных величин,

11. Индикация текущих и интегральных значений измеряемых величин,

12. Контрольная сигнализация состояния управляемого процесса,

13. Контрольная световая и символьная сигнализация состояния контроллера,

14. Возможность конфигурации (настройки параметров) через ПК подключаемый, к специальному порту.

Преобразователи (Пр):

1. Преобразование значения измеряемой величины (температуры, давления, перемещения и т.д.) в непрерывный или импульсный (для счетных входов ПЛК) электрический сигнал.

Исполнительные устройства (ИУ):

1. Преобразование управляющих электрических непрерывных или импульсных сигналов в механическое перемещение исполнительных механизмов, электронное управление током в силовых цепях и т.д.

Устройство согласования (при необходимости):

1. Гальваническая или другие виды развязки между ПЛК и исполнительными устройствами (ИУ),

2. Согласование допустимых значений выходного тока управляющих каналов ПЛК и тока, необходимого для нормальной работы ИУ.

При недостаточном числе каналов одного ПЛК используется схема распределенного ввода/вывода с использованием других (управляемых, ведомых ПЛК) или дополнительных контроллеров (модулей) ввода/вывода.

Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом показана на рисунке 14.3:

Рисунок 14.3 - Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом

Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП показана на рисунке 14.4.

Рисунок 14.4 - Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП

Все ПЛК и АРМы объединены промышленной информационной сетью, обеспечивающей непрерывный обмен данными. Преимущества: позволяет распределить задачи, между узлами системы, повысив надежность ее функционирования.

Основные функции нижнего уровня:

1. Сбор, электрическая фильтрация и АЦП сигналов с преобразователей (датчиков);

2. Реализация локальных АСУ технологического процесса в объеме функций ПЛК одноуровневой системы;

3. Реализация аварийной и предупредительной сигнализации;

4. Организация системы защит и блокировок;

5. Обмен текущими данными с ПК верхнего уровня через промышленную сеть по запросам ПК.

Основные функции верхнего уровня:

1. Визуализация состояния технологического процесса;

2. Текущая регистрация характеристик технологического процесса;

3. Оперативный анализ состояния оборудования и технологического процесса ;

4. Регистрация действий оператора, в том числе при аварийных сообщениях;

5. Архивация и длительное хранение значений протоколов технологического процесса;

6. Реализация алгоритмов «системы советчика»;

7. Супервизорное управление;

8. Хранение и ведение баз данных:

Параметров техпроцессов,

Критических параметров оборудования,

Признаков аварийных состояний технологического процесса ,

Состава допускаемых к работе с системой операторов (их паролей).

Таким образом, нижний уровень реализует алгоритмы управления оборудованием, верхний - решение стратегических вопросов функционирования. Например, решение включить или выключить насос принимается на верхнем уровне, а подача всех необходимых управляющих сигналов, проверка состояния насоса, реализация механизма блокировок выполняется на нижнем уровне.

Иерархическая структура АСУ технологического процесса подразумевает:

1. Поток команд направлен от верхнего уровня к нижнему,

2. Нижний отвечает верхнему по его запросам.

Это обеспечивает предсказуемое поведение ПЛК при выходе из строя верхнего уровня или промышленной сети, поскольку такие неисправности воспринимаются нижним уровнем как отсутствие новых команд и запросов.

При конфигурации ПЛК устанавливается: до какого времени после получения последнего запроса ПЛК продолжает функционировать, поддерживая последний заданный режим, после чего переходит в нужный при данной аварийной ситуации режим работы.

Например, структура организации АСУТП некоторого производства бетона на бетоносмесительных установках по логике построения можно разделить на два основных уровня:

Нижний уровень - уровень реализации задачи на базе промышленных контроллеров (PLC);

Верхний уровень - уровень реализации задачи визуализации процессов, происходящих при производстве бетона на БСУ (SCADA).

На нижнем уровне система решает следующие основные задачи:

Сбор первичной информации с исполнительных узлов БСУ;

Анализ собранной информации;

Отработка логики технологического процесса при производстве бетона с учетом всех современных требований;

Выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.

На верхнем уровне система решает другие задачи:

Визуализация основных технологических параметров с БСУ (состояние исполнительных органов, ток потребления миксера, вес дозируемых материалов и т.д.);

Архивирование всех параметров процесса производства бетона;

Выдача команд на воздействие исполнительными органами БСУ;

Выдача команд на изменение параметров внешних воздействий;

Разработка и хранение рецептур бетонных смесей.

Назначение АСУТП. АСУТП предназначена для выработки к реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.

Технологический объект управления (АСУТП) представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства продуктов, полупродуктов, изделий или энергии,

К технологическим объектам управления относятся:

Технологические агрегаты и установки (группы станков), реализующие самостоятельный технологический процесс;

Отдельные производства (цехи, участки), если управление этим производством носит, в основном, технологический характер, то есть заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанного технологического оборудования (агрегатов, участков).

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК). В машиностроении и других дискретных производствах в качестве АТК выступают гибкие производственные системы (ГПС).

Термины АСУТП, ТОУ и АТК должно употребляться только в приведенных сочетаниях. Совокупность других систем управления с управлением ими технологическим оборудованием не является АТК. Система управления в других случаях (не в АТК) не является АСУТП и т.д. АСУТП - это организационно-техническая система управления объектом в целом в соответствии с принятым критерием (критериями) управления, в которой сбор и обработка необходимой информации осуществляется с применением средств вычислительной техники.

Приведенная формулировка подчеркивает:

Во-первых, использование в АСУТП современных средств вычислительной техники;

Во-вторых, роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению;

В-третьих, что АСУТП - это система, осуществляющая обработку технологической и технико-экономической информации;

В-четвертых, что цель функционирования АСУТП заключается в оптимизации работы технологического объекта управления в соответствии с принятым критерием (критериями) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Критерий управления в АСУТП - это соотношение, характеризующее степень достижения целей управления (качество функционирования технологического объекта управления в целом) и принимающее различные числовые значения в зависимости от ис-пользуемых управляющих воздействий. Отсюда следует, что критерий обычно является технико-экономическим (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качества выходного продукта и т.п.) или техническим показателем (параметра процесса, характеристики выходного продукта).

В случае, если ТОУ управляется АСУТП, весь участвующий в управлении оперативный персонал ТОУ и все средства управления, предусмотренные документацией на АСУТП и взаимодействующие при управлении ТОУ, входят в состав системы, независимо от того, каким путем (нового строительства или модернизации системы управления) создавался АТК.

АСУТП создается путем капитального строительства, т.к. независимо от объёма поставки для её ввода в действие, необходимо проведение строительно-монтажных и наладочных работ на объекте.

АСУТП как компонент общей системы управления промышленным предприятии предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информации. АСУТП созданные для объектов основного и (или) вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии.

АСУТП могут использоваться для управления отдельными производствами, включающими в свой состав взаимосвязанные ТОУ, в том числе управляемые собственными АСУТП низового уровня.

Для объектов с дискретным характером производства в состав гибких производственных систем могут включаться автоматизированные системы технологической подготовки производства (или их соответствующие подсистемы) и системы автоматизированного проектирования технология (САПР-технология).

Организация взаимодействия АСУТП с вышестоящими уровнями управления определяется наличием на промышленном предприятии автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) и автоматизированных систем оперативно-диспетчер-ского управления (АСОДУ).

При их наличии АСУТП в совокупности с ними образуют интегрированную автоматизированную систему управления (ИАСУ). В этом случае АСУТП получает от соответствующих подсистем АСУП или служб управления предприятием непосредственно или через ОСОДУ задания и ограничения (номенклатуру подлежащих выпуску продуктов или изделий, объем производства, технико-экономические показатели, характеризуете качество функционирования АТК, сведения о наличии ресурсов) и обеспечивает подготовку и передачу этим системам необходимой для их работы технико-экономической информации, в частности о результатах работы АТК, основных показателях выпускаемой продукции, оперативной потребности в ресурсах, состоянии АТК (состоянии оборудования, ходе технологического процесса, его технико-экономи-ческих показателях и т.п.),

При наличии на предприятии автоматизированных систем технической и технологической подготовки производства должно быть обеспечено необходимое взаимодействие АСУТП с этими системами. При этом АСУТП получат от них техническую, технологическую и другую информацию, необходимую для обеспечения заданного проведения технологических процессов, и направляют в названные системы фактическую оперативную информацию, необходимую для их функционирования.

При создании на предприятия комплексной системы управления качеством продукции автоматизированные системы управления технологическими процессами выступают в роли ее исполнительных подсистем, обеспечивающих заданное качество продукции ТОУ и подготовку оперативной фактической информации о ходе технологических процессов (статистический контроль и т.д.)

Цели и функции АСУТП.

При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятия.

Примерами таких целей могут служить:

Экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;

Обеспечение безопасности функционирования объекта;

Повышение качества выходного продукта или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделия);

Снижение затрат живого труда;

Достижение оптимальной загрузки (использования) оборудо-вания;

Оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе маршрутов обработки в дискретных производствах) и т.д.

Достижение поставленных целей осуществляется системой посредством выполнения совокупности ее функций .

Функция АСУТП представляет собой совокупность действий системы, обеспечивающих достижение частной цели управления.

При этом под совокупностью действий системы понимают описанную в эксплуатационной документации последовательность операций и процедур, выполняемых элементами системы для ее реализации.

Частная цель функционирования АСУТП - цель функциониро-вания или результат ее декомпозиции, для которой удается оп-ределить полную совокупность действий элементов системы, до-статочную для достижения этой цели.

Функции АСУТП по направленности действий (на-значение функции) делятся на основные и вспомогательные , а по содержанию этих действий - на управляющие и информацион-ные.

К основным (потребительским) функциям АСУТП от-носятся функции, направленные на достижение целей функциони-рования системы, осуществляющие управляющие воздействия на ТОУ и (или) обмен информацией со смежными сис-темами управления. Обычно к ним относят также информационные функции, обеспечивающие оперативный персонал АТК информацией, необходимой ему для управления технологическим процессом про-изводства.

К вспомогательным функциям АСУТП относятся функции, направленные на достижение необходимого качества функционирования (надежности, точности и т.п.) системы, реализующие контроль и управление ее работой.

К управляющим функциям АСУТП относятся функции, содержанием каждой из которых является выработка и реализация управляющих воздействий на соответствующем объекте управления - ТОУ или его часть для основных функций и на АСУТП или ее часть для вспомогательных.

Например :

Основные управляющие функции;

Регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных;

Однотактное логическое управление операциями или аппа-ратами (защиты);

Программное логическое управление технологическими ап-паратами;

Оптимальное управление ТОУ;

Адаптивное управление ТОУ и т.п.;

Вспомогательные управляющие функции;

Реконфигурация вычислительного комплекса (сети) АСУТП;

Аварийное отключение оборудования АСУТП;

Переключение технических средств АСУТП на аварийный ис-точник питания и т.п.

К информационным функциям АСУТП относятся функ-ции, содержанием каждой из которых является получение и преобразования информации о состоянии ТОУ или АСУТП и ее пред-ставление в смежные системы или оперативному персоналу АТК.

Например, основные информационные функции:

Контроль и измерение технологических параметров;

Косвенное измерение параметров процесса (внутренних переменных, технико-экономических показателей);

Подготовка и передача информации в снежные системы уп-равления и т.п.;

Вспомогательные информационные функции:

Контроль состояния оборудования АСУТП;

Определение показателей, характеризующих качество функционирования АСУТП или её частей (в частности оперативного персонала АСУТП) и т.п.

Основные разновидности АСУ ТП Различает два режима реализации функций системы: автоматизированный и автоматический - в зависимости от степени участия людей в выполнении этих функций. Для управлявших функций автоматизированный ре-жим характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и их реализации.

При этом различают следующие вари-анты:

- «ручной » режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно-изме-рительную информации о состоянии ТОУ, а выбор и осуществле-ние управляющих воздействий дистанционно или по месту произ-водит человек-оператор;

Режим «советчика », при котором комплекс технических, средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании реализуется оперативный персоналом;

- «диалоговый режим », когда оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом;

- «автоматический режим », при котором функция управления осуществляется автоматически (без участия человека).

При этом различают:

Режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники изменяют уставки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования) (супервизорное или каскадное управление);

Режим прямого (непосредственного) цифрового управления (НЦУ ), когда управляющее вычислительное устройство непосредственно воздействует на исполнительные механизмы.

Дня информационных функций автоматизированный режим реализации предусматривает участие людей в операциях по получению и обработке информации. В автоматическом режиме все необходимые процедуры обра-ботки информации реализуется без участия человека.

Рассмотрим несколько подробнее схемы управления в АСУТП.

Управление в режиме сбора данных

После этапа идентификации необходимо выбрать схему управления ТП, которая, как правило, строится с учетом применения принципов управления, определяющих режим функционирования АСУТП. Наиболее простой и исторически первой появилась схема управления ТП в режиме сбора данных . При этом АСУ подсоединяется к процессу способом, выбранным инженером-технологом (рисунок 14.5).

Интересующие инженера-технолога переменные преобразуются в цифровую форму, воспринимаемую системой ввода и помещается в памяти ППК (ЭВМ) . Величины на этом этапе являются цифровыми представлениями напряжения, генерируемого датчиками. Эти величины по соответствующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычисления температуры, замеряемой с помощью термопары, может использоваться формула T = A*U 2 + B*U + C, где U - напряжение с выхода термопары; A, B и C - коэффициенты.

Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего использования инженером-технологом. Главной целью сбора данных является изучение ТП в различных условиях. В результате инженер-технолог получает возможность построить и (или) уточнить математическую модель ТП, которым нужно управлять. Сбор данных не оказывает прямого воздействия на ТП, в нем нашел осторожный подход к внедрению методов управления, основанных на применении ЭВМ. Однако даже в самых сложных схемах управления ТП система сбора данных для целей анализа и уточнения модели ТП используется как одна из обязательных подсхем управления.

Рисунок 14.5 - Система сбора данных

Этот режим предполагает, что ППК в составе АСУТП работает в ритме ТП в разомкнутом контуре (в реальном времени), т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими ТП. Управляющие воздействия фактически осуществляются оператором-технологом, получающим указания от ППК (рисунок 14.6).

Рисунок 14.6 - АСУТП в режиме советчика оператора

Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ППК в соответствии с моделью ТП, результаты вычислений представляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов. Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления ТП, причем оператор играет роль следящего и управляющего звена. АСУТП играет роль устройства, безошибочно и непрерывно направляющего оператора в его усилиях оптимизировать ТП.

Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

Способы организации функционирования информационно-сове-тующей системы следующие:

Вычисление управляющих воздей-ствий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые иниции-руются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму ана-лиза состояния управляемого процесса;

Вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.

Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осто-рожный подход к решениям, выработанным формальными мето-дами.

Это связано с неопределенностью в математическом описа-нии управляемого процесса:

Математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;

Математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;

Критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

Неопределенность описания может быть связана с недостаточ-ной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ППК.

При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ППК строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариан-тов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к опре-деленной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ППК играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представле-нием в компактном виде, а функция принятия решений возла-гается на оператора.

Основной недостаток этой схемы управления заключается в постоянном наличии человека в цепи управления. При большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления. Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей ТП; в качестве оператора может выступать инженер-технолог, "тонко чувствующий" процесс. Он наверняка обнаружит неправильную комбинацию уставок, которую может выдать не окончательно отлаженная программа АСУТП. Кроме того, АСУТП может следить за возникновением аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с уставками, при этом АСУТП следит за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.

Супервизорное управление.

В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т.е. установки регуляторам задаются непосредственно системой (Рисунок 14.7).

Рисунок 14.7 - Схема супервизорного управления

Задача режима супервизорного управления - поддержание ТП вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом одно из главных преимуществ данного режима. Работа входной части системы, и вычисление управляющих воздействий мало отличается от работы системы управления в режиме советчика. Однако, после вычисленных значений уставок, последние преобразовываются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.

Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые с помощью цифро-аналогового преобразователя превращаются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация ТП в этом режиме выполняется периодически, напр. один раз в день. Должны быть введены новые коэффициенты в уравнения контуров управления. Это осуществляется оператором через клавиатуру, или считывая результаты новых расчетов, выполненные на ЭВМ более высокого уровня. После этого АСУТП способна работать без вмешательства извне в течение длительного времени.

Примеры АСУТП в супервизорном режиме:

1. Управление автоматизированной транспортно-складской системы. ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики кранов-штабелеров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.

2. Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок электрического режима, а локальная автоматика управляет переключателями трансформатора по командам ЭВМ.

3. Станки с ЧПУ управление через интерполятор.

Таким образом, супервизорные системы управления функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор — управля-ющая программа или комплекс программ, программа-диспетчер), предназначена для организации многопрограммного режима работы ППК и пред-ставляет собой двухуровневую иерархическую систему, обла-дающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ППК.

В супервизорной системе управления часть параме-тров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами (АР) и ППК, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Осталь-ной частью параметров управляет ППК в режиме прямого цифро-вого управления.

Входной информацией являются значения неко-торых управляемых параметров, измеряемых датчиками Ду локальных регуляторов; контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Дк. Нижний уровень, непосредственно связанный с технологиче-ским процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических параметров. По данным, поступающим от дат-чиков Ду и Дк через устройство связи с объектом, ППК выраба-тывает значения уставок в виде сигналов, поступающих непосред-ственно на входы систем автоматического регулирования.

Непосредственное цифровое управление.

В НЦУ сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают непосредственно из АСУТП, и регуляторы вообще исключаются из системы. Концепция НЦУ, при необходимости, позволяет заменить стандартные законы регулирования на т.н. оптимальные с задаваемой структурой и алгоритмом. Например, может реализоваться алгоритм оптимального быстродействия и др.

АСУТП рассчитывает реальные воздействия, и передает соответствующие сигналы непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке 14.8.

Рисунок 14.8 - Схема непосредственного цифрового управления (НЦУ)

Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. При наличии системы НЦУ оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки и вообще должен иметь доступ к управляющей программе.

Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления для контуров простым внесением изменений в хранимую программу. Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе ЭВМ.

Таким образом, системы прямого цифрового управления (ПЦУ) или непосредственного цифрового управления (НЦУ, DDC) . ППК непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управле-ния на исполнительные механизмы.

Режим непосред-ственного цифрового управления позволяет:

Исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;

Применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптималь-ный вариант;

Реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;

Снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.

Этот принцип управления применяют в стан-ках с ЧПУ. Оператор должен иметь воз-можность изменять уставки, контролировать выходные пара-метры процесса, варьировать диапазоны допустимого измене-ния переменных, изменять па-раметры настройки, иметь дос-туп к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ППК, и при выходе из строя объект теряет уп-равление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.

Состав АСУ ТП.

Выполнение функций АСУТП достигается путем взаимодействия ее следующих составных частей:

Технического обеспечения (ТО),

Программного обеспечения (ПО),

Информационного обеспечения (ИО),

Организационного обеспечения (ОО),

Оперативного персонала (ОП).

Эти пять компонентов и образуют состав АСУТП. Иногда рассматривают и другие виды обеспечения, например лингвистическое, математическое, алгоритмическое, но они рассматриваются как компоненты ПО и т.п.

Техническое обеспечение АСУТП представляет со-бой полную совокупность технических средств (в том числе средств вычислительной техники), достаточную для функциониро-вания АСУТП и выполнения системой всех ее функций. Примечание. Регулирующие органы в состав ТО АСУТП не входят.

Комплекс выбранных технических средств должен обеспечить такую систему измере-ний в условиях функционирования АСУ ТП, которые, в свою очередь, обеспечивают необходимую точность, быстродействие, чувствительность и надежность в соответствии с заданными метрологическими, эксплуатаци-онными и экономическими характеристиками. Технические средства можно группировать по эксплуатационным характеристикам, функциям управления, информационным характеристикам, конструктивному сходству. Наи-более удобной считается классификация технических средств по информационным характеристикам.

В связи со сказанным комплекс технических средств должен содержать:

1) средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода в систему (вход-ные преобразователи, датчики), обеспечивающие преобразование входной информации в стандартные сигналы и коды;

2) средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устрой-ствами с разными сигналами;

3) выходные преобразователи, средства вывода информации и управления, преобразующие машинную информацию в различные формы, необходимые для управления технологическим процессом;

4) средства формирования и передачи информации, обеспечивающие перемещение информации в про-странстве;

5) средства фиксации информации, обеспечивающие перемещение информации во времени;

6) средства переработки информации;

7) средства локального регулирования и управления;

8) средства вычислительной техники;

9) средства представления информации оперативному персоналу;

10) исполнительные устройства;

11) средства передачи информации в смежные АСУ и АСУ других уровней;

12) приборы, устройства для наладки и проверки работоспособности системы;

13) документационная техника, включающая средства создания и уничтожения документов;

14) конторско-архивная техника;

15) вспомогательное оборудование;

16) материалы и инструмент.

Вспомогательные технические средства обеспечивают выполнение второстепенных процессов управле-ния: копирование, печать, обработку корреспонденции, создание условий нормальной работы управленческого персонала, поддержание технических средств в исправном состоянии и их функционирование. Создание типо-вых АСУ ТП в настоящее время невозможно из-за значительного расхождения организационных систем управ-ления предприятиями.

Технические средства АСУ ТП должны соответствовать требованиям ГОСТов, которые направлены на обеспечение различной совместимости объекта автоматизации.

Эти требования подразделяются на группы:

1. Информационные. Обеспечивают информационную совместимость технических средств между собой и с обслуживающим персоналом.

2. Организационные. Структура управления технологическим процессом, технология управления, техни-ческие средства должны соответствовать друг другу до и после внедрения АСУ ТП, для чего необходимо обес-печить:

Соответствие структур КТС - структуре управления объектом;

Автоматизированное выполнение основных функций, выделение информации, ее передачу, обработку, вывод данных;

Возможность модификации КТС;

Возможность создания организационных систем контроля работы КТС;

Возможность создания систем контроля персонала.

3. Математические. Сглаживание несоответствий работы технических средств с информацией может быть выполнено с помощью программ перекодирования, перевода, пересоставления макетов.

Это обуславливает следующие требования к математическому обеспечению:

Быстрое решение основных задач АСУ ТП;

Упрощение общения персонала с КТС;

Возможность информационной стыковки различных технических средств.

4. Технические требования :

Необходимая производительность для своевременного решения задач АСУ ТП;

Приспособленность к условиям внешней среды предприятия;

Надежность и ремонтопригодность;

Использование унифицированных, серийно выпускаемых блоков;

Простота эксплуатации и обслуживания;

Техническая совместимость средств, основанная на общей элементной и конструкторской базе;

Требования эргономики, технической эстетики.

5. Экономические требования к техническим средствам:

Минимальные капиталовложения на создание КТС;

Минимальные производственные площади для размещения КТС;

Минимальные затраты на вспомогательное оборудование.

6. Надежность АСУ ТП. При рассмотрении технического обеспечения рассматривается и вопрос на-дежности АСУ ТП.

При этом необходимо провести исследования АСУ ТП, выделив следующие моменты:

1) сложность (большое число различных технических средств и персонала);

2) многофункциональность;

3) многонаправленность использования элементов в системе;

4) множественность видов отказов (причины возникновения, последствия);

5) взаимосвязь надежности и экономической эффективности;

6) зависимость надежности от технической эксплуатации;

7) зависимость надежности от КТС и структуры алгоритмов;

8) влияние персонала на надежность.

Уровень эксплуатационной надежности АСУ ТП определяется такими факторами как:

Составом и структурой используемых технических средств;

Режимами, параметрами обслуживания и восстановления;

Условиями эксплуатации системы и ее отдельных компонент;

Программное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимую для реализации функций автоматизированной системой управления технологическим процессом заданного режима функционирования комплекса технических средств АСУТП.

Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее прог-раммное обеспечение (ОПО) и специальное программное обеспечение (СПО).

К общему программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая поставляется в комплек-те со средствами вычислительной техники или приобретается гото-вой в специализированных фондах алгоритмов и программ. В состав ОПО АСУТП входят программы, используемые для разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные прог-раммы (например, организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.). ОПО АСУТП изготавливается и поставляется в виде продукции производственно-технического назначения заводами-изготовителями средств ВТ (см. п.1.4.7).

К специальному программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая разрабатыва-ется при создании конкретной системы (систем) и включает прог-раммы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС систе-мы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т.п.) функций АСУТП. Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывает-ся на базе и с использованием программного обеспечения. Отдельные программы или СПО АСУТП в целом могут изготавливаться и поставляться в виде программных средств как продук-ция производственно-технического назначения.

В состав программного обеспечения входят общее программное обеспече-ние, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе, организующие программы, программы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ, а также специальное программное обеспечение, которое реализует функции конкретной системы, обеспечивает функцио-нирование КТС, в том числе аппаратным путем.

Математическое, алгоритмическое обеспечение. Как известно, модель - это образ объекта исследо-вания, отображающая существенные свойства, характеристики, параметры, взаимосвязи объекта. Одним из ме-тодов исследования процессов или явлений в АСУ ТП является метод математического моделирования, т.е. путем построения их математических моделей и анализа этих моделей. Разновидностью математического моде-лирования является имитационное моделирование, при котором используется прямая подстановка чисел, ими-тирующих внешние воздействия, параметры и переменные процессов с помощью УВК. Для проведения имита-ционных исследований необходимо разработать алгоритм.

Алгоритмы, используемые в АСУ ТП, характеризу-ются следующими особенностями:

Временная связь алгоритма с управляемым процессом;

Хранение рабочих программ в оперативной памяти УВК для доступа к ним в любой момент времени;

Превышение удельного веса логических операций;

Разделение алгоритмов на функциональные части;

Реализация на УВК алгоритмов в режиме разделения времени.

Учет временного фактора в алгоритмах управления сводится к необходимости фиксации времени приема информации в систему, времени выдачи сообщений оператором для формирования управляющих воздействий, прогнозирования состояния объекта управления. Необходимо обеспечить своевременную обработку сигналов УВК, связанной с управляемым объектом. Это достигается составлением наиболее эффективных по быстро-действию алгоритмов, реализуемых на быстродействующих УВК.

Из второй особенности алгоритмов АСУ ТП вытекают жесткие требования к объему памяти, необходимой для реализации алгоритма, к связанности алгоритма.

Третья особенность алгоритмов обусловлена тем, что технологические процессы управляются на основе ре-шений, принимаемых по результатам сопоставления различных событий, сравнения значений параметров объекта, проверки выполнения различных условий и ограничений.

Использование четвертой особенности алгоритмов АСУ ТП дает возможность разработчику сформулиро-вать несколько задач системы, а затем объединить разработанные алгоритмы этих задач в единую систему. Степень взаимосвязи задач АСУ ТП может быть различной и зависит от конкретного объекта управления.

Для учета пятой особенности алгоритмов управления необходимо разработать операционные системы ре-ального времени и планировать очередность загрузки модулей, реализующих алгоритмы задач АСУ ТП, их вы-полнение в зависимости от приоритетов.

На этапе разработки АСУ ТП создаются измерительные информационные системы, которые обеспечивают полный и своевременный контроль режима работы агрегатов, позволяющих анализировать ход технологиче-ского процесса и ускорить решение задач оптимального управления.

Функции систем централизованного кон-троля сводятся к решению следующих задач:

Определение текущих и прогнозируемых значений величин;

Определение показателей, зависящих от ряда измеряемых величин;

Обнаружение событий, являющихся нарушениями и неисправностями на производстве.

Общая модель задачи при оценке текущих значений измеряемых величин и вычисляемым по ним ТЭП в системе централизованного контроля может быть представлена следующим образом: задается совокупность величин и показателей, которые необходимо определять в объекте контроля, указывается требуемая точность их оценки, имеется совокупность датчиков, которые установлены на автоматизируемом объекте. Тогда общая задача оценки значения отдельной величины формулируется следующим образом: для каждой отдельной вели-чины требуется найти группу датчиков, частоту их опроса и алгоритм переработки получаемых от них сигна-лов, в результате которого значение этой величины определяется с заданной точностью.

Для решения задач в условиях АСУ ТП используются такие математические методы, как линейное про-граммирование, динамическое программирование, методы оптимизации, выпуклое программирование, комби-наторное программирование, нелинейное программирование. Методами построения математического описания объекта являются метод Монте-Карло, математическая статистика, теория планирования эксперимента, теория массового обслуживания, теория графов, системы алгебраических и дифференциальных уравнений.

Информационное обеспечение АСУТП включает: перечень и характеристики сигналов, характеризующих состояние АТК:

Описание принципов (правил) классификации и кодирования информации и перечень классификационных группировок,

Описания массивов информации, формы документов к видео-кадрам, используемых в системе,

Нормативно-справочную (условно-постоянную) информацию, используемую при работе системы.

В состав организационного обеспечения АСУТП вхо-дят описание АСУТП (функциональной, технической и организаци-онной структуры системы) и инструкции для оперативного персонала, необходимые и достаточные для его функционирования в составе АТК.

Организационное обеспечение включает описание функциональной, технической, организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно содержит совокупность правил, предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала меж-ду собой и комплексом средств.

Таким образом, организационная структура управления - это связи между людьми, занятыми экс-плуатацией объекта. Персонал, занятый оперативным управлением, поддерживает технологический процесс в заданных нормах, обеспечивает выполнение производственного плана, контролирует работу технологического оборудования, следит за условиями безопасного ведения процесса.

Эксплуатационный персонал АСУ ТП обеспечивает правильность функционирования КТС АСУ ТП, ведет учет и отчетность. АСУ ТП получает от вышестоящего уровня управления производственные задания, крите-рии реализации этих заданий, передает на вышестоящие уровни управления сведения о выполнении заданий, количественных и качественных показателях продукции и функционировании автоматизированного техноло-гического комплекса.

Для анализа организационной структуры и определения оптимального построения внутренних взаимосвя-зей используют методы групповой динамики. При этом обычно применяют методику и приемы социальной психологии.

Проведенные исследования дали возможность сформулировать требования, необходимые для ор-ганизации группы оперативного технологического персонала:

Вся производственная информация должна передаваться только через руководителя;

У одного подчиненного должно быть не больше одного непосредственного руководителя;

В производственном цикле информационно взаимодействуют друг с другом только подчиненные одно-го руководителя.

Подразделения технического обслуживания выполняют работы на всех стадиях создания АСУ ТП (проек-тирование, внедрение, эксплуатация), их основными функциями являются:

Обеспечение эксплуатации систем в соответствии с правилами и требованиями технической докумен-тации;

Обеспечение текущего и планового ремонта технических средств АСУ ТП;

Проведение совместно с разработчиками испытаний АСУ ТП;

Проведение исследований по определению экономической эффективности системы;

Разработка и реализация мероприятий по дальнейшему развитию системы;

Повышение квалификации работников службы АСУ ТП, изучение и обобщение опыта эксплуатации. Для выполнения функций технологу-оператору должны быть представлены технические и программные средства, обеспечивающие в зависимости от особенностей технологического процесса требуемые наборы из следующих информационных сообщений:

Индикация измеренных значений параметров по вызову;

Индикация и изменение заданных границ контроля параметров процесса;

Звуковая сигнализация и индикация отклонений параметров за регламентные границы;

Звуковая сигнализация и индикация отклонений скорости изменения параметров от заданных значений;

Отображение состояния технологического процесса и оборудования на схеме объекта управления;

Регистрация тенденций изменения параметров;

Оперативная регистрация нарушений технологического процесса и действий оператора.

Информационное обеспечение (ИО) включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию, содержит описание всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Применяемые коды должны включать минимальное число знаков, иметь логическую структуру и отвечать другим требованиям кодирования. Формы выходных докумен-тов и представлений информации не должны вызывать трудностей при их использовании.

При разработке и внедрении системы ИО АСУ ТП необходимо учитывать принципы организации управ-ления технологическим процессом, которым соответствуют следующие этапы.

1) Определение подсистем АСУ ТП и типов управленческих решений, по которым необходимо обеспече-ние научно-технической информацией. Результаты этого этапа используются для определения оптимальной структуры массивов информации, для выявления характеристик ожидаемого потока запросов.

2) Определение основных групп потребителей информации. Потребители информации классифицируются в зависимости от их участия в подготовке и принятии управленческих решений, связанных с организацией тех-нологического процесса. Накопление информации осуществляется с учетом видов задач, решаемых при управ-лении процессами. Потребитель может получить информацию по сопряженным технологическим участкам, также создаются условия для перераспределения информации при изменении потребностей.

3) Изучение информационных потребностей.

4) Изучение потоков научно-технической информации, необходимой при управлении процессами, бази-руется на результатах анализа управленческих задач. Наряду с потоками документальной информации анали-зируются факты, отражающие опыт данного и аналогичных предприятий.

5) Разработка информационно-поисковых систем для управления технологическим процессом.

Для автоматизированных систем характерны процессы переработки информации - преобразование, пере-дача, хранение, восприятие. При управлении технологическим процессом происходит передача информации и переработка управляющей системой входной информации в выходную информацию. При этом необходимы контроль и регулирование, заключающиеся в сравнении информации о результатах предшествующего этапа деятельности с информацией, соответствующей условиям достижения цели, в оценке рассогласования между ними и выработке корректирующего выходного сигнала. Рассогласование вызывается внутренними и внешни-ми возмущающими воздействиями случайного характера. Процесс передачи информации предполагает наличие источника информации и приемника.

Для обеспечения участия человека в управлении технологическим процессом необходимо документирова-ние информации. Для последующих анализов требуется накопление статистических исходных данных посред-ством регистрации состояний и значений параметров процесса во времени. На основе этого проверяется соблю-дение технологического процесса, качество продукции, контролируются действия персонала в аварийных си-туациях, осуществляется поиск направлений совершенствования процесса.

При разработке информационного обеспечения АСУ ТП, связанного с документированием и регистраци-ей, необходимо:

Определить вид регистрируемых параметров, место и форму регистрации;

Выбрать временной фактор регистрации;

Минимизировать количество регистрируемых параметров из соображений необходимости и достаточ-ности для оперативных действий и анализа;

Унифицировать форматы документов, их структуру;

Ввести специальные реквизиты;

Решить вопросы классификации документов и маршрутов их движения;

Определить объемы информации в документах, установить место и сроки хранения документов.

Потоки информации в каналах связи АСУ ТП система должна передавать с необходимым качеством ин-формации от места ее образования к месту ее приема и использования.

Для этого должны удовлетворяться сле-дующие требования:

Своевременность доставки информации;

Верность передачи - отсутствие искажений, потерь;

Надежность функционирования;

Единство времени в системе;

Возможность технической реализации;

Обеспечение экономической приемлемости информационных требований. Кроме того, система должна предусматривать:

Регулирование информационных потоков;

Возможность осуществления внешних связей;

Возможность расширения АСУ ТП;

Удобство участия человека в анализе и управлении процессом.

К основным характеристикам потока информации относятся:

Объект управления (источник информации);

Цель информации;

Формат информации;

Объемно-временные характеристики потока;

Периодичность возникновения информации;

Объект, использующий информацию.

При необходимости характеристики потока детализируются указанием:

Вида информации;

Наименования контролируемого параметра;

Диапазона изменения параметра во времени;

Числа одноименных параметров на объекте;

Условий отображения информации;

Скорости генерации информации.

К основным информационным характеристикам канала связи относятся:

Местоположение начала и конца канала связи;

Форма передаваемой информации;

Структура канала передачи - датчик, кодер, модулятор, линия связи, демодулятор, декодер, устройство отображения;

Вид канала связи - телефонный, механический;

Скорость передачи и объем информации;

Способы преобразования информации;

Пропускная способность канала;

Объем сигнала и емкость канала связи;

Помехоустойчивость;

Информационная и аппаратурная избыточность канала;

Надежность связи и передачи по каналу;

Уровень затухания сигнала в канале;

Информационное согласование звеньев канала;

Мобильность канала передачи.

В АСУ ТП может быть внесен временной признак информации, который предполагает единую систему времени с централизованной шкалой отсчета. Для информационных связей АСУ ТП характерной чертой явля-ется действие в реальном масштабе времени.

Применение единой системы отсчета времени обеспечивает вы-полнение следующих задач:

Документирование времени приема, передачи информации;

Протоколирование происходящих в АСУ ТП событий;

Анализ производственных ситуаций по временному признаку (очередность поступления, длительность);

Учет времени прохождения информации по каналам связи и времени обработки информации;

Управление очередностью приема, передачи, обработки информации;

Задание последовательности управляющих воздействий в пределах единой шкалы времени;

Отображение единого времени в пределах зоны действия АСУ ТП.

При создании АСУ ТП основное внимание уделяется сигналам, связанным с взаимодействием отдельных элементов. Изучению подлежат сигналы взаимодействия человека с техническими средствами и одних техни-ческих средств с другими техническими средствами. В связи с этим рассматриваются следующие группы сиг-налов и кодов:

Первая группа - представляет собой стилизованные языки, которые обеспечивают экономный ввод данных в технические средства и вывод их оператору. По характеру информации выделяют технические и экономиче-ские данные.

Вторая группа - решает задачи передачи данных и стыковки технических средств. Здесь основной про-блемой является верность передачи сообщения, для чего используют помехоустойчивые коды. Информацион-ная совместимость технических средств обеспечивается установкой дополнительной согласующей аппаратуры, использованием вспомогательных программ перекодировки данных.

Третья группа - представляет собой машинные языки. Обычно используют двоичные коды с элементами защиты данных по цифровому модулю, с дополнением кода проверочным разрядом.

Общие технические требования к АСУ ТП по информационному обеспечению:

1) максимальное упрощение кодирования информации за счет кодовых обозначений и кодов повторения;

2) обеспечение простоты декодирования выходных документов и форм;

3) информационная совместимость АСУ ТП со смежными системами по содержанию, кодированию, форме представления информации;

4) возможность внесения изменений в ранее переданную информацию;

5) обеспечение надежности выполнения системой своих функций за счет помехозащищенности информации.

Персонал АСУ ТП взаимодействует с КТС, воспринимая и вводя технологическую и экономическую ин-формацию. Кроме этого оператор взаимодействует с другими операторами и вышестоящим персоналом. Для облегчения этих связей принимаются меры по формализации потоков информации, их сжатию и упорядоче-нию. ЭВМ передает оператору информацию в виде световых сигналов, изображений, печатных документов, звуковых сигналов.

При взаимодействии оператора с УВК необходимо обеспечить:

Наглядное отображение функционально-технологической схемы объекта управления, информацию о его состоянии в объеме функций, возложенных на оператора;

Отображение связи и характера взаимодействия объекта управления с внешней средой;

Сигнализацию о нарушениях в работе объекта;

Быстрое выявление и ликвидацию неисправностей.

Отдельные группы элементов, наиболее существенные для контроля и управления объектом, обычно вы-деляют размерами, формой, цветом. Технические средства, используемые для автоматизации управления, по-зволяют вводить информацию только в определенной заранее обусловленной форме. Это приводит к необхо-димости кодирования информации. Обмен данными между функциональными блоками системы управления должен осуществляться законченными смысловыми сообщениями. Сообщения передаются двумя раздельными потоками данных: информационным и управляющим.

Сигналы информационного потока подразделяются на группы:

Измеряемого параметра;

Диапазона измерения;

Состояния функциональных блоков системы;

Адреса (принадлежность измеряемого параметра определенному блоку);

Времени;

Служебный.

Для защиты от ошибок при обмене информацией через каналы связи на входе и выходе аппаратуры следу-ет использовать избыточные коды с их проверкой на четность, цикличность, итеративность, повторяемость. Вопросы защиты информации связаны с обеспечением надежности работы системы управления, формами представления информации. Информацию необходимо защищать от искажения и от использования ее не по назначению. Методы защиты информации зависят от производимых операций, от используемого оборудования

Оперативный персонал АСУТП состоит из технологов-операторов АТК, осуществляющих контроль за работой, и управле-ние ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рацио-нальному управлению, выработанных комплексами средств автоматизации АСУТП, и эксплуатационного персонала АСУТП, обеспечива-ющего правильность функционирования комплекса технических и программных средств АСУТП. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит.

В ходе процесса проектирования АСУТП разрабатывают-ся математическое и лингвистическое обеспечения, которые в явном виде не входят в состав функционирующей системы. Математическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность методов, моделей и алгоритмов, используемых в системе. Математическое обеспечение АСУТП реализуется в виде программ специального программного обеспечения.

Лингвистическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность языковых средств для общения оперативного персонала АСУТП со средствами ВТ системы. Описание языковых средств включается в состав эксплуатационной документации орга-низационного и программного обеспечения системы. Метрологическое обеспечение АСУТП - это совокупность работ, проектных решений и технических и программных средств, направленная на обеспечение заданных точностных характеристик функций системы, реализованных на основе измерительной инфор-мация.

В состав оперативного персонала входят технологи-операторы автоматизиро-ванного технологического комплекса, осуществляющие управление технологическим объектом, и эксплуатаци-онный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал может рабо-тать в контуре управления и вне него. В первом случае реализуются функции управления по рекомендациям, выдаваемым КТС. Во втором случае оперативный персонал задает системе режим работы, контролирует работу системы и при необходимости принимает на себя управление технологическим объектом. Службы ремонта в состав АСУТП не входят.

Диспетчерская служба в АСУ ТП находится на стыке управления технологическим процессом и управления производством. Операторские и диспетчерские пункты АСУ обеспечивают экономичное объедине-ние способностей оперативного персонала и возможностей технических средств.