Автоматизированные системы управления технологическими процессами

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

 

Управление технологическим  процессом представляет собой информационный процесс, обеспечивающий выполнение какого-либо материального процесса.

 

В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой замкнутую  систему (рис.11..8), обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку -информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.

 

Технологический объект управления (ТОУ) — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем  по соответствующим алгоритмам и  регламентам технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут

 

 

 

 

 

 

быть технологические  агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический  процесс; производственный процесс  всего предприятия, если управление им сводится к рациональному выбору и согласованию режимов работы агрегатов, участков и производств. Совместно  функционирующие технологический  объект управления и управляющая  им АСУ ТП образуют ГПС. Степень достижения поставленных целей в любой системе  принято характеризовать с помощью, критерия управления. Критерием может быть технико-экономический показатель, например себестоимость выходного изделия при заданном качестве, производительность технологического объекта управления при заданном качестве выходного изделия, технологические показатели, например параметры технологического процесса, характеристики выходного изделия и т. п.

 

В управляемом технологическом  процессе можно выделить основные потоки информации, характеризуемые следующими группами параметров.

 

1. Измеряемые параметры Χ = (Χ1,Χ2, . . . ΧП), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов (параметры заготовок, характеристики технологического и вспомогательного оборудования, инструмента, оснастки и др.); выходные параметры, характеризующие качество выпускаемых изделий; выходные параметры, по которым непосредственно или путем вычислений определяют эффективность производственного процесса (производительность, экономичность и др.) или ограничения, наложенные на условия его протекания.

 

2. Управляемые параметры  Υ = (Υ1,Υ2, ... , Υп), которые могут  изменяться соответствующими исполнительными  механизмами, уставками регуляторов и т. п.

 

3.Неизмеряемые и неуправляемые  параметры ƒ = (ƒ1,ƒ2, …, ƒп) —  изменяющиеся со временем характеристики  технологического оборудования, характеристики  сырья, износ инструмента, отказ  оборудования и др. Наличие подобных  случайных факторов, воздействующих  на объект управления, может значительно  влиять на управляемую величину Υ и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание. На вход управляющего вычислительного комплекса (У В К) от датчиков (термопар, индуктивных датчиков, счетчиков готовой продукции и др.) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров Χ, характеризующих ход технологического процесса (состояние и параметры заготовок, качество обработанных деталей, их количество и др.).

 

УВК обрабатывает эту информацию в соответствии с принятым законом  управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействия u = (u1,u2, … ,um), которые необходимо приложить к исполнительным механизмам для изменения управляемых параметров Υ, с тем чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.

 

Многие измерительные  датчики вырабатывают свои сигналы  в виде напряжения, силы тока, сопротивления, угла поворота и т. п., т. е. в форме  непрерывного (аналогового) сигнала. Подводимые к исполнительным механизмам управляющие  воздействия u должны вырабатываться в форме напряжений, т. е. также в аналоговой форме.

 

Так как УВК оперирует  с цифровыми (дискретными) величинами, то поступающие на ее вход величины Χ должны предварительно быть преобразованы  в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий  — из цифровой формы в аналоговую, т. е. в соответствующие напряжения. Некоторые входные сигналы (например, выдаваемые конечными выключателями, фотореле и др.) и некоторые выходные управляющие сигналы (например, включение двигателей, сигнальные транспаранты и др.) имеют релейный характер.

 

Таким образом, в УВК должны входить преобразователи непрерывных  величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными. Посредством коммутатора преобразователь поочередно подклю­чается к каждому датчику и осуществляет преобразование соответствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК.

 

Важным признаком АСУ  ТП является осуществление управления в темпе протекания технологического процесса, т. е. в реальном масштабе времени. Понятие реального масштаба времени можно определить следующим  образом. Если передача информации из исходного пункта в ЭВМ и ее обработка осуще­ствляются во время работы машины, занятой решением другой задачи, и возвращение результатов в исходный пункт производится в минимально короткие сроки по тем же каналам без ощутимого перевеса в решении предыдущей задачи, то говорят, что этот процесс протекает в реальном времени. Более коротко можно сказать, что обработка информации идет в реальном времени, если время на запросы, обычно произвольное, ограничивается внешними условиями. Под внешними условиями понимают занятость передающих устройств и ЭВМ решением других задач, важность и срочность которых определяется соответствующей системой приоритетов.

 

В системе, функционирующей  в реальном масштабе времени, информация, приходящая извне, либо воспринимается и обрабатывается на ЭВМ непосредственно  в момент ее поступления, если ЭВМ  не загружена работой или приоритет  запроса самый высокий, либо фиксируется  и поступает в обработку в  зависимости от приоритета запрашиваемого абонента. В системе обработки  информации в реальном масштабе времени  для каждой такой задачи устанавливается  реально необходимый промежуток времени, в течение которого соответствующий  запрос должен быть обязательно выполнен. В зависимости от уровня запрашиваемого абонента в структуре технических  средств и важности самого запроса  при одинаковом уровне двух или большего числа абонентов устанавливаются  приоритеты запросов абонентов. Указанной  системой приоритетов определяется дисциплина очереди при решении  любых задач управления.

 

Автоматическое распределение  машинного времени открыло новые  пути использования ЭВМ; позволяет  абоненту вести непрерывный диалог с машиной; дает возможность нескольким абонентам “беседовать” друг с  другом при посредничестве ЭВМ, использующей большой запас сведений, хранящихся в ее памяти, и высокую степень  выполнения арифметических и логических операций.

 

Реализация целей в  конкретных АСУ ТП достигается выполнением  в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых  по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций АСУ  ТП (рис.11 .9).

 

Функции АСУ ТП подразделяют на управляющие, информационные и вспомогательные  управляющие. Это функции, результатом  которых является выработка и  реализация управляющих воздействий  на технологический объект управления.

 

К управляющим функциям АСУ  ТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или  аппаратами, программное логическое управление группой оборудования, оптимальное  управление установившимися или  переходными режимами или отдельными стадиями процесса, адаптивное управление объектом в целом, например управление участком станков с ЧПУ, оперативная  коррекция суточных и сменных  плановых заданий и др.

 

Информационные функции  АСУ ТП — это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУ ТП относят централизованный контроль и измерение технологических параметров, косвенное измерение, вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных), формирование и выдала текущих и обобщающих технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУ ТП, подготовка и передача информации в смежные системы управления, обобщенная оценка и проверка состояния ГПС и его оборудования.

 

Вспомогательные функции  состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы. АСУ ТП как компонент общей системы управления промыш­ленным предприятием предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информацией. АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень АСУП.