Распределенные СУ ТП. Концепция построения РСУ.
Появление микропроцессоров позволило ввести в технику управления термин распределенная система управления (РСУ). Современные системы компьютерной автоматизации строятся с применение принципа распределенного управления (РСУ). Распределенные системы управления предполагают сетевой обмен информацией. Дальнейшее развитие принципа распределенного управления привело к широкому распространению технологии Fieldbus («полевая шина»). В системах управления, где используются принципы «полевой шины», каждое отдельное «полевое» устройство обменивается данными в цифровой форме. Можно сказать, что Fieldbus это технология сенсорно – актуаторных цикличных и ацикличных коммутаций повышенной надежности. Она предполагает использование стандартного серийного порта и витой пары. Решение задач автоматизации производства с применением современных вычислительных технологий происходит в многоуровневой системе управления (компьютерные системы автоматизации производства). Такие системы имеют следующую функциональную структуру (рис. 2.1)
1. I/O (Input/Output), уровень ввода – вывода (сбор технологической информации посредством датчиков и управление исполнительными механизмами, сенсоры и актуаторы);2.Control (Control Level), системы автоматического контроля и регулирования (автоматические регуляторы, микропроцессорные контроллеры и преобразователи);3.SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – система сбора данных и оперативного диспетчерского управления с помощью специального программного обеспечения (PMOT - Рабочее Место Оператора-Технолога);4.MES (Manufacture Execution System) система исполнения производства; основная задача обработка и фильтрация информации о технологическом процессе с целью его дальнейшего использования средним и верхним эшелоном управления предприятием в реальном масштабе времени;5.MRP (Manufacture Resource Planning) система автоматизации бухгалтерского учета, планирования, управления финансами и материально-техническим снабжением, организация документооборота. В отечественной терминологии задачи первых трех уровней решает АСУ ТП, четвертый и пятый уровень исполняется в рамках АСУП. Все пять уровней системы управления реализует ИАСУП (Интегрированная Автоматизированная Система Управления Предприятием). Решение задач компьютерной автоматизации происходит в сетях с вертикальной иерархией систем. На каждом уровне реализуется логически обоснованный набор функций, таким образом, создается CIM (Computer Integrated Manufacture) пирамида.В CIM пирамиде выделяют пять уровней (этажей) рис. 2.2:1)- уровень датчиков и исполнительных механизмов;2)- уровень процесса;3)- системный уровень;4)- уровень управления;5)- прикладной уровень. В рамках терминологии фирмы Setpoint функции системы управления предприятием и распределение задач можно представить в виде следующей схемы,
. 
рис. 2.3
Основные задачи решаемые РСУ: сбор и предварительная обработка информации; автоматическое регулирование; ЛПУ (логико-программное управление), управление процессами в нестационарных режимах их работы; приоритетное управление (на одно и то же устройство, действующее на ТОУ, могут подаваться сигналы с различных подсистем управления); защита и блокировка (как локальная, так и глобальная); оперативное управление; сигнализация; архивирование информации; регистрация событий; неоперативные расчеты; передача информации на более высокий уровень. Концепции построения современных децентрализован- ных АСУ ТП: проблемно-ориентированный подход при построении СУ (одна и та же СУ ориентируется на решение задач управления разнообразных промышленных объектов разного информационного масштаба); распределенное автоматическое управление (живучесть); объектно-ориентированное управление (ТС АСУ ТП представляются для оператора как совокупность объектов физических и логических, связанных не с аппаратной или программной реализацией, а с технологической схемой автоматизируемого агрегата); централизованный контроль; технологическое программирование; самодиагностика и выборочное развитие; проектная компоновка (пользователь под конкретную АСУ ТП выбирает необходимые технические изделия).
Рассмотрим состав РСУ:
МПД – магистраль передачи данных
АС – адаптер связи (сетевая плата)
Пр – процессорные устройства
ДС – дисплейная станция
ПУ – периферийное устройство
БУ – блок управления (функциональная клавиатура)
МПД + АС = БСПД (базовая сеть передачи данных)
Пр образуют Сеть ЭВМ
Внешняя часть – ТСПД (территориальная сеть передачи данных)
В отличие от централизованной АСУ ТП, принципиально новым является наличие сети ЭВМ.
Появляется понятие ЛТС – локальная технологическая станция.
У оператора должны быть развиты средства визуализации, Þ появляется понятие ОС – операторная станция и КС – координирующая станция.
МПД в РСУ реализует последовательный протоков передачи данных, Þ а качестве технической основы – физическая линия – коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно.
ЛТС – ТС нижнего уровня управления ТП, служит для автоматического автономного управления отдельными участками этого процесса.
ЛТС может подключаться к общей сети передачи данных, тем самым передавать информацию на центральный пункт управления, в ОС и КС.
ЛТС – программируемый КН, снабженный средствами для работы в сети
Первоначально ЛТС ориентировалась на определенную область применения, Þ разрабатывались станции для управления непрерывными ТП, дискретными ТП, периодическими процессами.
Алгоритмическое обеспечение ХТС позволяет реализовать ПИД-регулирование, каскадные системы, комбинированные системы, ПЛУ (программно-логическое управление).
Благодаря распределенной обработке информации в сети ЛТС появилось понятие живучесть.
ОС выполняет функции, относящиеся к более высокому уровню иерархии управления: обеспечивает управление производственным процессом. Назначение ОС – связать оператора с объектом и со средствами АСУ ТП. Особенность ОС – оснащаются развитыми средствами вывода информации и одновременно позволяют воспринимать управляющее воздействие, исходящее от оператора. Информация на экране дисплея представлена в форме видеограмм, отображает состояние ТП. Видеограммы: стандартные и не. Нестандартные реализуются непосредственно пользователем и индивидуально для конкретного объекта (мнемосхемы). Стандартные – таблицы.
Особенность видеограмм – строятся в виде иерархической системы (от обзорных до конкретных).
КС: Если сеть ЭВМ нуждается в центральной управляющей ЭВМ, то в ее состав включают КС.
В рамках РСУ решаются следующие проблемы и задачи:
1. сбор и предварительная обработка информации
2. автоматическое резервирование
3. ЛПУ (логико-программное управление): пуск, остановка, авост (аварийная остановка) и т. д.
4. приоритетное управление (на одно и то же устройство, воздействующее на один ТП, могут подаваться сигналы с различных систем): СР + система блокировок
5. защита и блокировка, как локальная, так и глобальная
6. операторное управление
7. сигнализация
8. архивирование информации
9. регистрация событий
10. не оперативный расчет
11. передача информации на более высокий уровень
ВОПРОС №4
ФСА – выполняют функционально-блочную функцию контроля, управления, регулирования
Основные документы для разработки схем автоматизации
1. технологическая схема
2. технологический регламент
3. техническое задание (функции системы)
4. техническое описание на приборы
Схема автоматизации выполняется на основании действующих ГОСТов и условных обозначений
Условные обозначения
Таблица 1
| Наименование | Обозначение |
| Род сигнала: | |
| Электрический | E |
| Пневматический | P |
| Гидравлический | G |
| Виды сигнала: | |
| Аналоговый | A |
| Дискретный | D |
| Операции, выполняемые ВУ: | |
| Суммирование | å |
| Умножение сигнала на постоянный коэффициент K | K |
| Перемножение двух и более сигналов | ´ |
| Деление сигналов друг на друга | : |
| Возведение сигнала f в степень n | fn |
| Извлечение из сигнала f корня степени n | 
|
| Логарифмирование | lg |
| Дифференцирование | dx/dt |
| Интегрирование | 
|
| Изменение знака сигнала | ´ (-1) |
| Ограничение верхнего значения сигнала | Max |
| Ограничение нижнего значения сигнала | Min |
Буквенные условные обозначения по ГОСТ 21.404-85 Таблица 2
| Обозначение | Измеряемая величина | Функция, выполняемая прибором | |||
| Основное назначение первой буквы | Доп. назнач., уточняющее назнач. первой буквы | Отображение информации | Формирование выходного сигнала | Дополнительное назначение | |
| А | - | - | Сигнализация | - | - |
| В | - | - | - | - | - |
| С | - | - | - | Регулирование, управление | - |
| D | Плотность | Разность, перепад | - | - | - |
| Е | Любая электрическая величина | - | - | - | - |
| F | Расход | Соотношение, доля, дробь | - | - | - |
| G | Размер, положение, перемещение | - | - | - | - |
| Н | Ручное воздействие | - | - | - | Верхний предел измеряемой величины |
| I | - | - | Показание | - | - |
| J | - | Автоматическое переключение, обегание | - | - | - |
| К | Время, временная программа | - | - | - | - |
| L | Уровень | - | - | - | Нижний предел измеряемой величины |
| М | Влажность | - | - | - | - |
| N | Резервная буква | - | - | - | Пускатель |
| О | Резервная буква | - | - | - | - |
| Р | Давление, вакуум | - | - | - | - |
| Q | Величина, характеризующая качество, состав, концентрацию и т. п. | Интегрирование, суммирование по времени | - | - | - |
| R | Радиоактивность | - | Регистрация | - | - |
| S | Скорость, частота | - | - | Включение, отключение, переключение, сигнализация | - |
| T | Температура | - | - | - | - |
| U | Несколько разнородных измеряемых величин | - | - | - | - |
| V | Вязкость | - | - | - | - |
| W | Масса | - | - | - | - |
| Х | Не рекомендуемая резервная буква | - | - | - | - |
Таблица 3.
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов
| Наименование | Обозначение |
| ЧЭ (первичное преобразование) | E |
| Дистанционная передача (промежуточное преобразование) | Т |
| Станция управления | К |
| Преобразование, вычислительные функции | Y |
Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления
Таблица 4.
Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85
| Наименование | Обозначение |
| Первичный измерительный преобразователь (датчик), прибор, устанавливаемый по месту | 
|
| Прибор, устанавливаемый на щите | 
|
| Отборное устройство без постоянно подключенного прибора (служит для эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия характеристик и т. п.) | 
|
| ИМ. Общее обозначение. (Положение РО при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала не регламентируется) | 
|
| ИМ, открывающий РО при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала | 
|
| ИМ, закрывающий РО при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала | 
|
| ИМ, который при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала оставляет РО в неизменном положении | 
|
| ИМ с дополнительным ручным приводом (обозначение может применяться в сочетании с любым из дополнительных знаков, характеризующих положение РО при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала) |
|
| РО | 
|
| Линия связи | 
|
| Пересечение линий связи без соединения друг с другом | 
|
| Пересечение линий связи с соединением между собой | 
|
В ходе разработки схемы автоматизации выбираются методы измерения, параметры, измеряемые и регулируемые, определяются приводы и ИМ, определяется размещение СА
Технологическое оборудование выполняется в соответствие с ГОСТом, выполняется на основании существующей технологической схемы
Обозначения потоков выполняются условными цифровыми обозначениями (например, 1 – вода, 2- пар и т. д.)
На небольших схемах допускаются названия потоков
Запорная арматура изображается только та, которая участвует в контроле и управлении процесса и для определения относительного расположения
Оборудование показывается то, которое обвязано СА
буквенные обозначения приборов строятся по следующему принципу:
1 – обозначение измеряемой величины
2 – уточненное обозначение (если необходимо)
3 – функциональные признаки
Схемы автоматизации могут выполняться в развернутой и упрощенной форме
В развернутой форме – более полная детализация: функции цепей совпадают с аппаратурным оформлением, выполняются условные обозначения шкафов, щитов, пультов, и т. д., показываются все приборы измеряемой цепи. По этому способу выполняется схема автоматизации
Упрощенная форма – нет изображения шкафов, щитов, пультов, не отображаются все приборы цепей, показываются только основные приборы
Допускается использование комбинированной формы
На схеме обязательно указываются документы, на основании которых она работает
FE – диафрагма, конструктивно встроена в технологическое оборудование Þ показывается на схеме (см. схема 1)
Обозначения на схеме 1:
TY – барьер искрозащиты
Е/Е – преобразование сигнала электрического в электрический
Е/З – преобразование сигнала электрического в пневматический
Если блок питания используется как функциональное устройство, то он обязательно указывается в таблице
Оборудование с обозначением «*» учитывается в таком-то разделе
ВОПРОС №5