Автоматизированными схемами действия как правило считаются

23.Виды мышления.

Рассмотрим основные виды мышления. Наглядно-действенное мышление – вид мышления, опирающийся на непосредственное восприятие предметов, реальное преобразование в процессе действий с предметами. Наглядно-образное мышление – вид мышления, характеризующийся опорой на представления и образы; функции образного мышления связаны с представлением ситуаций и изменений в них, которые человек хочет получить в результате своей деятельности, преобразующей ситуацию. Очень важная особенность образного мышления – становление непривычных, невероятных сочетаний предметов и их свойств. В отличие от наглядно-действенного мышления при наглядно-образном мышлении ситуация преобразуется лишь в плане образа. Словесно-логическое мышление – вид мышления, осуществляемый при помощи логических операций с понятиями. Различают теоретическое и практическое, интуитивное и аналитическое, реалистическое и аутистическое, продуктивное и репродуктивное мышление. Теоретическое и практическое мышление различают по типу решаемых задач и вытекающих отсюда структурных и динамических особенностей. Теоретическое мышление – это познание законов, правил. Основная задача практического мышления – подготовка физического преобразования действительности: постановка цели, создание плана, проекта, схемы. Теоретическое мышление иногда сравнивают с мышлением эмпирическим. Здесь используется следующий критерий: характер обобщений, с которыми имеет дело мышление; в одном случае это научные понятия, а в другом – житейские, ситуационные обобщения. Проводится также различие между интуитивным и аналитическим (логическим) мышлением. Обычно используются три признака: временной (время протекания процесса), структурный (членение на этапы), уровень протекания (осознанность или неосознанность). Аналитическое мышление развернутого времени имеет четко выраженные этапы, в значительной степени представлено в сознании самого мыслящего человека. Интуитивное мышление характеризуется быстротой протекания, отсутствием четко выраженных этапов, является минимально осознанным. Реалистическое мышление направлено в основном на внешний мир, регулируется логическими законами, а аутистическое связано с реализацией желаний человека (кто из нас не выдавал желаемое за действительно существующее). Иногда используется термин «эгоцентрическое мышление», оно характеризуется прежде всего невозможностью принять точку зрения другого человека. Важным является различение продуктивного и репродуктивного мышления, основанного на «степени новизны получаемого в процессе мыслительной деятельности продукта по отношению к занятиям субъекта». Необходимо также отличать непроизвольные мыслительные процессы от произвольных: непроизвольные трансформации образов сновидения и целенаправленное решение мыслительных задач. По С.Л.Рубинштейну, всякий мыслительный процесс является актом, направленным на разрешение определенной задачи, постановка которой включает в себя цель и условия. Мышление начинается с проблемной ситуации, потребности понять. При этом решение задачи является естественным завершением мыслительного процесса, а прекращение его при недостигнутой цели будет воспринято субъектом как срыв или неудача. С динамикой мыслительного процесса связано эмоциональное самочувствие субъекта, напряженное в начале и удовлетворенное в конце. Начальной фазой мыслительного процесса является осознание проблемной ситуации. Сама постановка проблемы является актом мышления, часто это требует большой мыслительной работы. Первый признак мыслящего человека – умение увидеть проблему там, где она есть. Возникновение вопросов (что характерно у детей) есть признак развивающейся работы мысли. Человек видит тем больше проблем, чем больше круг его знаний. Таким образом, мышление предполагает наличие каких-то начальных знаний. От осознания проблемы мысль переходит к ее разрешению. Решение задачи осуществляется разными способами. Есть особые задачи (задачи наглядно-действенного и сенсомоторного интеллекта), для решения которых достаточно лишь по-новому соотнести исходные данные и переосмыслить ситуацию. В большинстве случаев для решения задач необходима некоторая база теоретических обобщенных знаний. Решение задачи предполагает привлечение уже имеющихся знаний в качестве средств и методов решения. Применение правила включает две мыслительные операции: * определить, какое именно правило привлечь для решения; * применение общего правила к частным условиям задачи. Автоматизированные схемы действия можно считать навыками мышления. Важно отметить, что роль мыслительных навыков велика именно в тех областях, где имеется очень обобщенная система знаний, например при решении математических задач.

03.04.2015 198.14 Кб 6 Основы бизнеса РП ОДО 2014.doc

03.04.2015 134.14 Кб 49 Основы филологии.doc

13.09.2019 623.62 Кб 2 Основы ценообразования 1178-pril.doc

03.04.2015 620.6 Кб 2290 От рождения до школы 2014.docx

02.09.2019 222.2 Кб 18 Ответы 1 экзамен.docx

03.04.2015 287.17 Кб 24 ответы к общей психологии.docx

03.04.2015 148.83 Кб 50 ответы на вопросы к госу.docx

14.03.2016 36.1 Кб 15 ответы пзи.docx

12.09.2019 117.53 Кб 25 ответы по гос экзамену.docx

20.09.2019 147.97 Кб 3 ответы физ-ра.doc

14.03.2016 118.78 Кб 40 Ответы.doc

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Системы автоматизированного управления водоочистных станций в оптимальном режиме

Автоматизированные и автоматические системы управления дают возможность значительно интенсифицировать и оптимизировать технологические процессы, сокра­тить трудозатраты на обслуживание установок, повысить надежность работы станции, снизить расход реагентов, повысить степень очистки воды и обеспечить снижение себе­стоимости обработанной воды. Наибольший эффект дает комплексная автоматизация всей водоочистной станции с широким применением средств вычислительной техники.

В настоящее время в мировой и отечественной практике водоснабжения на теоре­тическом уровне и стадиях проектных разработок достаточно разработаны системы ав­томатического управления насосами первого и второго подъема, поступления и отбора воды из резервуаров, обеспечения требуемых напоров и расходов воды, подаваемой в водопроводные сети. На этих составляющих системы водоснабжения достигнуто реаль­ное внедрение элементов контроля и управления сооружениями и устройствами.

Что касается систем контроля и автоматического управления технологическими про­цессами (АСУ ТП) очистки воды на станциях, то они ограничены в основном контролем уровней воды в резервуарах и параметров работы насосов по расходу ( Q) и напору (Н).

В преобладающем числе на действующих водоочистных станциях управление техно­логическими процессами осуществляется вручную или с помощью электрифицированных приводов задвижек, дозаторов реагентов, работающих в полуавтоматическом режиме.

Из-за отсутствия надежных, апробированных в отечественных производственных условиях, первичных автоматических приборов по быстрому и непрерывному контро­лю за основными показателями качества обрабатываемой воды после основных водо­очистных блоков на станции действующие регламенты и инструкции по эксплуатации водоочистных сооружений предусматривают, как правило, изменение режимов работы сооружений только по указанию технологов на основе аналитического контроля за ка­чеством очищенной воды и сезонным изменением качества воды на входе перед очист­ными сооружениями.

В данном разделе рассмотрены один из возможных подходов к комплексной авто­матизации станции водоочистки и алгоритмы оптимального управления технологичес­кими процессами очистки воды.

Характеристики объекта управления

Современные водопроводные очистные станции являются комплексами сооруже­ний, предназначенных для реализации ряда технологических процессов, конечная цель которых — получение требуемого количества воды заданного качества.

Состав сооружений станции зависит от типа водоисточника (открытый водоем, подземный источник), качества воды в водоисточнике и других факторов. Далее рассмо­трим станцию как некоторую типовую, конкретизируя состав очистных сооружений. В состав такой типовой станции входят, например, следующие сооружения (рис. 18.4): насосная станция 1-го подъема (1); смесители (2); реагентное хозяйство и оборудование для приготовления озоновоздушной смеси (3); камеры хлопьеобразования (4); отстой­ники (5); осветлительные фильтры (6); контактный резервуар озонирования (7); сорбци­онные фильтры (8); резервуар чистой воды (9).

Работа каждого сооружения может быть автоматизирована. В таблице приведен перечень основных сооружений и автоматизируемых процессов.

Основные сооружения и установки водоочистной станции

Водозаборные устройства и насосные станции

Включение и отключение различных двигателей; поддержание заданных технологических параметров водозаборных устройств (скорость вращения сорозадер- живающих сеток, уровни воды в приемных колодцах, давление и расход воды в напорных водоводах и пр.), автоматический контроль качества исходной воды и пр.

Приготовление реагентов в газообразной (хлор, озон и др.), жидкой (коагулянт, ПАА, известь и др.), твердой (активированные угли и др.) фазах; измерение парамет­ров растворов реагентов (масса, плотность, концентрация и т.д.); дозирование приготовленных растворов реаген­тов; включение и выключение двигателей мешалок, насосов перекачки реагентов, насосов-дозаторов, компрессоров; открытие и закрытие задвижек

Смесители, камеры хлопьеобразования, отстойники

Контроль процессов и химических реакций; контроль показателей качества воды

Регулирование скорости фильтрования; управление режимами работы промывных насосов и задвижек с электроприводами, контроль показателей качества воды после фильтров

Контактный резервуар озонирования

Управление процессом озонирования; контроль показателей качества воды

Резервуар чистой воды

Контроль уровней воды и показателей ее качества

Анализ таблицы показывает, что процессы водоподготовки отличаются рядом осо­бенностей:

• каждое сооружение является сложным объектом, в котором протекает множе­ство процессов (механической, химической, тепловой, электрической);
• непрерывная смена режимов работы из-за колебаний водопотребления и изме­нений показателей качества исходной природной воды;
• территориальная рассредоточенность объектов, особенно при наличии не­скольких точек водозабора;
• большое количество разных, часто взаимосвязанных технологических процес­сов;
• сложность процессов водоподготовки.

Состав сооружений типовой станции

Специфика каждого сооружения требует своей собственной системы управления. Структура и алгоритмы управления каждой такой системы индивидуальны и определя­ются технологическими процессами, протекающими в сооружениях.

Вместе с тем работа всех сооружений объединена одной целью — подготовка воды требуемого качества. Желательно также, чтобы затраты при этом были наименьшими. Отсюда следует, что работа автоматических систем управления всех сооружений долж­на быть скоординирована, согласована и подчинена единой цели.

Обслуживающему персоналу в удобном виде должна быть представлена исчерпы­вающая информация о параметрах работы всей водоочистительной станции, показате­лях качества воды и т.д. Необходимо также формировать отчеты по заданным формам, накапливать данные о работе станции и качестве исходной воды, поддерживать связь с другими объектами коммунального хозяйства и т.д.

Структура системы автоматизированного оптимального управления режимами работы водоочистной станции

Структурный анализ водоочистительной станции позволяет расчленить ее на ряд взаимосвязанных сооружений и устройств, решающих самостоятельные задачи. Основ­ной принцип организации станции — иерархический. Это означает, что все составляю­щие части станции находятся в определенной подчиненности в соответствии с услови­ями работы.

Поэтому автоматизированная система управления станции также должна строить­ся по иерархическому принципу. Конфигурация станции и опыт создания подобных ав­томатизированных систем приводят к трехуровневой структуре управления.

Первый (нижний) уровень — это исполнительные механизмы (насосы, задвижки, затво­ры, клапаны, вентили), а также устройства сбора информации (датчики давления, расхода, температуры, уровнемеры, датчики определения показателей качества воды и т.д.).

Второй уровень — локальные системы управления (ЛСУ) отдельными сооружения­ми. На этом уровне наблюдается большое разнообразие, так как технологические про­цессы существенно отличаются. В настоящее время такие системы управления активно внедряются в производство. Подобные системы управления автоматизируют работу от­дельного сооружения, позволяют достичь оптимального в некотором смысле протека­ния технологических процессов в этом сооружении.

На третьем (верхнем) уровне осуществляется отображение для персонала инфор­мации о функционировании станции, сбор и статистическая обработка данных, подго­товка отчетов, предупредительная и аварийная сигнализация, предусматривается воз­можность связи с другими автоматизированными системами. Каждый из уровней соеди­нен с другим уровнем информационными связями в соответствии с иерархической структурой. Верхний уровень может получить информацию от нижнего уровня только через второй, и наоборот. Таким образом, достигается функциональная законченность каждого уровня и возможность их автономной работы снизу вверх.

Технологические требования к приборам и средствам автоматизации Технические средства, с помощью которых строится автоматизированная система управления, делятся на следующие группы:

1. Информационные средства — датчики исходной информации.
2. Средства обработки информации и принятия решений.
3. Линии передачи информации.
4. Исполнительные устройства.

Приборы и средства автоматизации должны соответствовать специфике технологи­ческих процессов, реализуемых на сооружениях водоочистной станции.

Датчики исходной информации

Специфическими датчиками являются приборы для определения показателей каче­ства воды. Работа этих датчиков может быть основана на различных принципах и их можно разделить на электрохимические, к которым относятся кондуктометрические, по­тенциометрические и амперометрические; оптические, к которым относятся фотометри­ческие и спектральные; хроматографические. Для работы в системах управления датчи­ки должны непрерывно выдавать информацию, иметь высокую чувствительность и точ­ность. Аппаратурные решения при реализации датчиков специфичны для каждого пока­зателя. В общем случае структурная схема датчика соответствует схеме, представленной на рисунке , и состоит из следующих основных блоков: первичного преобразователя для преобразования измеряемой неэлектрической величины в первичный электрический сиг­нал (1); измерительной схемы для усиления и дальнейшего преобразования первичного электрического сигнала (2); эталона, по отношению к которому производится сравнение измеряемой величины (3). В современных измерителях выходной сигнал может преобра­зовываться в цифровую форму для передачи в вычислительное устройство (4).

В качестве примеров можно привести спектрофотометрические датчики измерения цветности АОВ-Ю и измерения мутности АОВ-9, ТВ-346, амперометрический датчик определения избыточной концентрации хлора АПК-01, электрометрический датчик ак­тивной концентрации ионов pH (рН-201).

Кроме этих специфических датчиков на водоочистных станциях широко применя­ются стандартные датчики расхода воды и реагентов, датчики давления и уровня, дат­чики температуры и др.

Средства обработки информации и принятия решений

В настоящее время в качестве этих средств должны использоваться в основном промышленные контроллеры различной вычислительной мощности, наборы микропро­цессорных плат, персональные компьютеры в промышленном исполнении. Эту вычис­лительную технику выпускают как зарубежные фирмы, например Advantech, Simens, Analog Devices, Octagon Systems, Omron, так и отечественные. Для сопряжения цифро­вых вычислительных средств и аналоговой техники применяются специальные модули У СО (устройства связи с объектом).

На первом (нижнем) уровне автоматизированной системы управления используют­ся, как правило, простые микроконтроллеры с ограниченными возможностями. На вто­ром уровне (управление сооружением) должны находиться высокопроизводительные промышленные компьютеры и контроллеры, способные принимать и обрабатывать ин­формацию от десятков датчиков и управлять десятками исполнительных устройств. На третьем уровне применяются один или несколько персональных компьютеров в промы­шленном исполнении.

Линии передачи информации

Так как автоматизированная система получается распределенной, для связи в еди­ное целое систем разных уровней приходится применять различные каналы передачи информации. Как правило, это цифровые каналы, специально разработанные для про­мышленного применения. Широко используются каналы, работающие по стандартам RS-232C, RS-485. Для связи вычислительных средств второго и третьего уровня может применяться и локальная вычислительная сеть (например, Ethernet). В случае, когда ка­кое-нибудь сооружение находится на значительном расстоянии, вполне оправданно при­менение радиоканалов для передачи информации.

Все исполнительные устройства являются, как правило, электрическими. Это раз­нообразные двигатели: синхронные, асинхронные, постоянного тока. Двигатели могут иметь собственные системы управления, отслеживающие регулирование технологичес­ких параметров путем изменения их частоты вращения. С помощью электрических дви­гателей приводятся в движение различные насосы, мешалки, компрессоры, насосы-до­заторы. Задвижки, затворы, клапаны также имеют электрический привод.

Алгоритмическое обеспечение является одной из важнейших составляющих АСУ. Алгоритмы работы локальных систем управления отработаны в достаточной степени и применяются на многих действующих станциях.

Оптимальное функционирование всей системы в целом определяют алгоритмы ра­боты ЭВМ верхнего уровня. Именно они составляют отличительную особенность пред­лагаемого подхода. Кроме общепринятых алгоритмов сбора, переработки и отображе­ния информации важнейшую роль играют алгоритмы расчета значений оптимизируе­мых параметров для выработки уставок на системы управления второго уровня. Эти ус­тавки формируются таким образом, чтобы оптимизировать работу всей водоочисти­тельной станции в соответствии с каким-либо критерием. Чаще всего в качестве такого критерия выбирается экономический, например приведенные затраты.

На рисунке представлена укрупненная блок-схема алгоритмов ЭВМ верхнего уровня, отражающая особенности технологических процессов водоочистной станции.

Блок-схема алгоритма работы ЭВМ верхнего уровня

Современный уровень развития программирования управляющих систем значи­тельно облегчает разработку и сопровождение программного обеспечения, повышает надежность программного продукта. Практически все проекты, разрабатываемые в на­стоящее время, используют так называемые SCADA-системы, предназначенные для со­здания программ, управляющих технологическими процессами (отечественная SCADA-система Trace Mode). Программное обеспечение функционирует в среде опера­ционных систем реального времени (QNX, RTX и др.).

SCADA-системы позволяют легко программировать стандартные (П, ПИ, ПИД) за­коны регулирования, обеспечивают выполнение любых логических функций, позволя­ют наглядно отобразить всю цепочку технологических процессов станции, представля­ют требуемую информацию о параметрах станции и т.д.

Программирование специальных, нестандартных алгоритмов осуществляется на языках высокого уровня (например, С. Паскаль).

Автоматизированными схемами действия как правило считаются

СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Схемы структурные определяют основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи и служат для общего ознакомления с изделием. На структурной схеме раскрывается не принцип работы отдельных функциональных частей изделия, а только взаимодействие между ними. Поэтому составные части изделия изображают упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы.

Допускается применять условные графические обозначения .

1. Структура систем управления

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т. е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.

Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность его работы, снижение относительной стоимости системы управления, ее надежности, ремонтоспособности и т.д.

В самом общем виде структурная схема системы автоматизации представлена на рис. 8.1. Система автоматизации состоит из объекта автоматизации и системы управления этим объектом. Благодаря определенному взаимодействию между объектом автоматизации и системой управления система автоматизации в целом обеспечивает требуемый результат функционирования объекта, характеризующийся параметрами х1, х2, . хn.

Рис. 8.1. Структурная схема системы автоматизации

К этим параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие целесообразный конечный продукт технологического процесса, отдельные параметры, определяющие ход технологического процесса, его экономичность, обеспечение безаварийного режима и т.д.

Кроме этих основных параметров, работа комплексного объекта автоматизации характеризуется рядом вспомогательных параметров y1, y2. yi, которые также должны контролироваться и регулироваться (например, поддерживаться постоянными). К такого рода параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие работу установок подготовки технологического пара, насосных станций оборотного водоснабжения и т. д.

От этих установок требуется только подача на вход технологической установки сырья и энергоносителей с заданными параметрами. При этом необходимая дозировка подачи сырья и энергоносителей осуществляется средствами управления, относящимися к технологической установке.

В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f1, f2. fi, вызывающие отклонения параметров x1, х2, . хn от их требуемых значений. Информация о текущих значениях x1, х2. хn, у1, у2, . yi поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g1, g2. gk, в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия E1, E2,…, Em для компенсации отклонений выходных параметров.

Таким образом, объект автоматизации в общем случае состоит из нескольких в большей или меньшей степени связанных друг с другом участков управления. Участки управления физически могут представляться в виде
отдельных установок, агрегатов и т. д. или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок, агрегатов и т. д.

В свою очередь, система управления в зависимости от важности регулируемых параметров, круга работников эксплуатационного персонала, которым необходимо знать их значения для осуществления оптимального управления объектом, в общем случае должна обеспечивать разные уровни управления объектом автоматизации, т. е. должна состоять из нескольких пунктов управления, в той или иной степени взаимосвязанных друг с другом.

С учетом изложенного структуры управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми централизованными, одноуровневыми децентрализованными и многоуровневыми. Одноуровневые системы управления, в которых управление объектом осуществляется с одного пункта управления, называются централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называются децентрализованными.

Структурные схемы одноуровневых централизованных и децентрализованных систем приведены на рис.8.2, на котором стрелками показаны только основные потоки передачи информации от объекта управления к системе управления и управляющие воздействия системы на объект управления. На рис.8.2 отдельные части сложного объекта управления, управляемые соответственно с пунктов ПУ1 — ПУ3, разделены штриховыми линиями.

Одноуровневые централизованные системы применяются в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории. Большинство промышленных объектов в настоящее время представляет собой сложные комплексы, отдельные части которых расположены на значительном расстоянии друг от друга.

Рис. 8.2. Примеры одноуровневых систем управления

Рис. 8.3. Пример трехуровневой системы управления:
I — III — уровни управления

Кроме основных технологических установок, объекты имеют большое число вспомогательных установок-подобъектов (промышленные котельные, компрессорные, насосные станции оборотного водоснабжения, котлы-утилизаторы, очистные сооружения и т.п.), которые необходимы для обеспечения технологических установок всеми видами энергии, а также для утилизации и нейтрализации остаточных продуктов технологического процесса.

Если управление такого комплексного объекта построить по одноуровневой централизованной системе, то намного усложнятся коммуникации системы управления, резко возрастут затраты на ее сооружения и эксплуатацию, центральный пункт управления получится громоздким. Переработка информации, большая часть которой является ненужной для непосредственного ведения технологического процесса, представляет большие затруднения. Удаленность пункта управления от того или иного вспомогательного подобъекта затрудняет принятие оперативных мер по устранению тех или иных неполадок. В этом случае более приемлемой становится одноуровневая децентрализованная система управления.

Однако с помощью одноуровневых систем не всегда представляется возможным оптимально решить вопросы управления технологическими процессами. Это в первую очередь относится к сложным технологическим процессам. Тогда целесообразно переходить к многоуровневым системам управления. В качестве примера на рис.8.3 представлена трехуровневая система управления сложным объектом с разветвленными технологическими связями между установками. Отдельные технологические установки управляются децентрализованно с пунктов управления 1 — 7. Это первый уровень управления. С пунктов 1 — 7 соответственно управляются объекты, имеющие существенную технологическую взаимосвязь. В связи с этим наиболее ответственные регулируемые параметры установок передаются на пункты управления 8 — 10 второго уровня управления. Основные параметры, определяющие технологический процесс объекта в целом, могут управляться и контролироваться с пункта управления 11 третьего уровня.

Для первого уровня при проектировании целесообразно предусматривать три режима управления:

• командами, поступающими от уровня более высокого ранга;
• командами, формирующимися непосредственно на первом уровне;
• командами, поступающими как с уровня более высокого ранга, так и формирующимися непосредственно на первом уровне.

Для уровня второго ранга и выше возможны четыре режима работы:

• аппаратура данного i-го ранга принимает и реализует в управляющие воздействия команды (i + 1)-го ранга;
• команды формируются непосредственно на аппаратуре i-го ранга;
• все функции управления с i-го ранга передаются на аппаратуру (i — 1)-го ранга;
• часть команд на аппаратуру i-го ранга поступает с (i + 1)-го ранга, часть команд формируется на i-м ранге, часть функций управления передана на аппаратуру (i- 1)-го ранга.

Аппаратура i-го ранга соответственно должна иметь переключатели режимов на три положения с четкой сигнализацией положений.

Перевод аппаратуры с режима 1 на режим 2 осуществляется по команде или с разрешения оператора системы вышестоящего ранга.

Передача функций управления тем или иным параметром на нижестоящий ранг осуществляется только после приема команды о передаче и подтверждения оператора системы нижестоящего ранга о готовности к принятию на себя тех или иных функций управления (формирования команд).

Многоуровневая структура системы управления обеспечивает ее надежность, оперативность, ремонтопригодность. При этом легко решается оптимальный уровень централизации управления с минимальным количеством средств технологического контроля, управления и линий связи между ними.

АСУ ТП классифицируются на уровни классов 1, 2 и 3. К классу 1 (АСУ ТП нижнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие агрегатами, установками, участками производства, не имеющие в своем составе других АСУ ТП. К классу 2 (АСУ ТП верхнего уровня) относятся АСУ ТП, управляющие группами установок, цехами, производствами, в которых отдельные агрегаты (установки) имеют свои локальные системы управления, не оснащенные АСУ ТП класса 1. К классу 3 (АСУ ТП многоуровневые) относятся АСУ ТП, объединяющие в своем составе АСУ ТП классов 1, 2 и реализующие согласованное управление отдельными технологическими установками или их совокупностью (цехом, производством).

Построение систем автоматизации по уровням управления определяется как требованиями снижения трудозатрат на их реализацию, так и целями (критериями) управления технологическими объектами.

Система автоматизации структурно может быть представлена по-разному.

В общем случае любая система может быть представлена конструктивной, функциональной или алгоритмической структурой. В конструктивной структуре системы каждая ее часть представляет собой самостоятельное конструктивное целое. Примерами изображения конструктивных структурных схем системы автоматизации могут служить рис.8.1 — 8.3.

В функциональной структуре каждая часть предназначена для выполнения определенной функции, в алгоритмической — для выполнения определенного алгоритма преобразования входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования системы в целом.

В проектах автоматизации изображают конструктивные структурные схемы с элементами функциональных признаков.

Полные сведения о функциональной структуре с указанием локальных контуров регулирования, каналов управления и технологического контроля приводятся в функциональных схемах.

Алгоритмические структурные схемы по контурам регулирования крайне необходимы при производстве наладочных работ систем автоматизации.

2. Выполнение структурных схем автоматизации (схем функциональной структуры)

Структурные схемы автоматизации в проектах автоматизации рекомендуется разрабатывать в соответствии с ГОСТ 24.302-80. Система технической документации на АСУ. Общие требования к выполнению схем (п. 2.1, 2.2, 2.6).

Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. На линиях взаимодействия рекомендуется стрелками (по ГОСТ 2.721-74 ) обозначать направления хода процессов, происходящих в изделии.

На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления, оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом, состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП, в которых они конкретизируются и детализируются в функциональных схемах автоматизации, структурной схеме комплекса технических средств (КТС) системы, принципиальных схемах контроля и управления, а также в проектных документах, касающихся организации оперативной связи и организационного обеспечения АСУ ТП.

Исходными материалами для разработки структурных схем являются:

• задание на проектирование АСУ ТП;
• принципиальные технологические схемы основного и вспомогательного производств технологического объекта;
• задание на проектирование оперативной связи подразделений автоматизируемого технологического объекта;
• генплан и титульный список технологического объекта.

Структурная схема разрабатывается на стадиях «проект» и «рабочий проект». На стадии «рабочая документация» при двух — стадийном проектировании структурная схема разрабатывается только в случае изменений технологической части проекта или решений по АСУ ТП, принятых при утверждении проекта автоматизации.

В качестве примера на рис. 8.4 приведена структурная схема управления сернокислотным производством.

На структурной схеме показывают:

• технологические подразделения автоматизируемого объекта (отделения, участки, цехи, производства);
• пункты контроля и управления (местные щиты, операторские и диспетчерские пункты и т.п.), в том числе не входящие в состав разрабатываемого проекта, но имеющие связь с проектируемыми системами контроля и управления;
• технологический (эксплуатационный) персонал и специализированные службы, обеспечивающие оперативное управление и нормальное функционирование технологического объекта;
• основные функции и технические средства (устройства), обеспечивающие их реализацию в каждом пункте контроля и управления;
• взаимосвязь подразделений технологического объекта, пунктов контроля и управления и технологического персонала между собой и с вышестоящей системой управления (АСУ).

Рис. 8.4. Фрагмент структурной схемы управления и контроля сернокислотным производством:1-линия связи с цеховой химической лабораторией; 2 — линия связи с пунктами контроля и управления кислотным участком; 3 — линия связи с пунктом контроля и управления III и IV технологическими линиями

Функция АСУ ТП и их условные обозначения на рис. 8.4

Таблица 8.1

Условное
обозначение
Наименование

Элементы структурной схемы изображаются, как правило, в виде прямоугольников. Отдельные функциональные службы [отдел главного энергетика (ОГЭ), отдел главного механика (ОГМ), отдел технического контроля (ОТК) и т.п.] и должностные лица (директор, главный инженер, начальник цеха, начальник смены, мастер и т. п. ) допускается изображать на структурной схеме в виде кружков.

Внутри прямоугольников, изображающих участки (подразделения) автоматизируемого объекта, раскрывается их производственная структура. При этом выделяются цехи, участки, технологические линии либо группы агрегатов для выполнения законченного этапа технологического процесса, которые являются существенными для раскрытия в документах проекта всех взаимосвязей между управляемой (технологическим объектом управления) и управляющей системами.

На схеме функции АСУ ТП могут указываться в виде условных обозначений, расшифровка которых дается в таблице на поле чертежа (табл.8.1).

Наименование элементов производственной структуры должны соответствовать технологической части проекта и наименованиям, используемым при выполнении других документов проекта АСУ ТП.

Взаимосвязь между пунктами контроля и управления, технологическим персоналом и объектом управления изображается на схеме сплошными линиями. Слияние и разветвление линий показываются на чертеже линиями с изломом (рис.8.4).

При наличии аналогичных технологических объектов (цехов, отделений, участков и т. д.) допускается раскрывать на схеме структуру управления только для одного объекта. Об этом на схеме даются необходимые пояснения.

Из структурной схемы на рис.8.4 следует, что система управления основными технологическими процессами сернокислотного производства четырехуровневая:

• первый уровень — местное управление агрегатами осуществляемое аппаратчиками с рабочих постов;
• второй уровень — централизованное управление несколькими агрегатами, входящими в тот или иной технологический участок, осуществляемое старшим аппаратчиком;
• третий уровень — централизованное управление несколькими участками, входящими в I и II (или III и IV) технологические линии сернокислотного производства;
• четвертый уровень — управление с диспетчерского пункта всеми технологическими линиями сернокислотного производства, осуществляемое диспетчером.

Структурные схемы выполняются, как правило, на одном листе. Таблица с условными обозначениями (табл.8.1) располагается на поле чертежа схемы над основной надписью. Таблица заполняется сверху вниз. При большом числе условных обозначений продолжение таблицы помещают слева от основной надписи с тем же порядком заполнения. Основную надпись и дополнительные графы к ней выполняют согласно ГОСТ 21.103-78 .

Толщину линий на схеме выбирают в соответствии с ГОСТ 2.303-68 . Рекомендуется использовать для условных изображений линии толщиной 0, 5 мм; для линий связи — 1 мм; для остальных линий — 0, 2 — 0, 3 мм.

Размеры цифр и букв для надписей выбирают в соответствии с ГОСТ 2.304-81 . Пояснительный текст следует выполнять в соответствии с ГОСТ 2.316-68 . Текстовую часть, помещенную на поле чертежа, располагают над основной надписью. Между текстовой и основной надписями не допускается помещать изображения, таблицы и т.п. Пункты пояснительного текста должны иметь сквозную нумерацию. Каждый пункт записывают с красной строки. Заголовок «Примечание» не пишут. В тексте и надписях не допускаются сокращения слов, за исключением общепринятых, а также установленных приложениями к ГОСТ 2.316-68 и ГОСТ 2.105-95.

Размеры всех условных изображений не регламентируются и выбираются по усмотрению исполнителя с соблюдением одинаковых размеров для однотипных изображений.

В настоящее время для технологического контроля и автоматического управления широкое применение находят агрегатированные системы средств телемеханики, комплексы технических средств локальных измерительных и управляющих систем, агрегатированные системы контроля и регулирования, электрические централизованные и др.

Агрегатированные комплексы выполняются, как правило, на элементах микроэлектронной техники, имеют развитую и гибкую систему связей между входящими в нее устройствами, а также с объектом управления и обслуживающим персоналом, обеспечивающую достаточно широкие возможности их использования в различных вариантах компоновки и режимах работы.

Персональные ЭВМ и сети ПЭВМ находят широкое применение для компоновки различных структур АСУ ТП в энергетической, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, металлообрабатывающей, горнорудной, приборостроительной, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Они позволяют реализовать следующие информационно-вычислительные функции АСУ ТП:

• сбор, первичную обработку и хранение информации;
• косвенные измерения параметров процесса и состояния технологического оборудования;
• сигнализацию состояния параметров технологического процесса и оборудования;
• расчет технико-экономических и эксплуатационных показателей технологического процесса и технологического оборудования;
• подготовку информации для вышестоящих и смежных систем и уровней управления;
• регистрацию параметров технологического процесса, состояний оборудования и результатов расчета;
• контроль и регистрацию отклонений параметров процесса и состояния оборудования от заданных;
• анализ срабатывания блокировок и защит технологического оборудования;
• диагностику и прогнозирование хода технологического процесса и состояния технологического оборудования;
• оперативное отображение информации и рекомендаций ведения технологического процесса и управления технологическим оборудованием;
• выполнение процедур автоматического обмена информацией с вышестоящими и смежными системами управления.

На базе промышленных УЭВМ реализуются управляющие вычислительные комплексы (УВК), выполняющие различные функции, в том числе:

• регулирование отдельных параметров технологического процесса;
• однотактное логическое управление;
• каскадное регулирование;
• многосвязанное регулирование;
• программные и логические операции дискретного управления процессом и оборудованием;
• оптимальное управление установившимся режимом технологического процесса и работы оборудования;
• оптимальное управление переходным процессом;
• оптимальное управление технологическим объектом в целом.

В проекте автоматизации необходимо произвести выбор и компоновку агрегатированных комплексов технических средств и средств автоматизации, т.е. на базе типовых технических средств разработать структурную схему технологического контроля и управления определенными параметрами данного объекта автоматизации.

На структурной схеме агрегатированные и модульные элементы комплекса технических средств и средств автоматизации изображают в виде прямоугольников с указанием в них условных обозначений. Расшифровка этих обозначений с указанием их функций производится в таблице, помещенной на чертеже схемы. Связь между элементами схемы изображается линиями со стрелками, показывающими направление прохождения сигналов.

В качестве примера на рис.8.5 приведена упрощенная структурная схема технического обеспечения АСУ ТП доменной печи № 9 Криворожского металлургического завода, построенная с использованием средств УВК. Доменная печь имеет конвейерную систему подачи материалов на колошник. Сбор информации о работе доменной печи, конвейерной системы, шихтоподачи и других систем осуществляется датчиками уровня ДУ в шихтовых и датчиками вида материала ДВМ в промежуточных бункерах, сигнализаторами С наличия и вида материалов на конвейерах переполнения течек и промежуточных воронок, датчиками давления и перепада давления ДДПД в отдельных полостях загрузочного устройства, датчиками угла поворота ДУП лотка загрузочного устройства, датчиками температуры ДТ, датчиками расхода ДР и т. п.

Обработка и предоставление информации, стабилизация или изменение по заданной программе технологических параметров, ввод информации в УВМ и вывод рекомендаций по управлению ходом доменной печи и другие операции осуществляются с помощью технических средств централизованного контроля и управления работой доменной печи.

При разработке проектов автоматизации сложных технологических процессов с использованием агрегатированных комплексов вычислительной техники, требующих предварительного проведения научно-исследовательских экспериментальных работ в условиях действующего оборудования в период освоения проектных мощностей, следует предусматривать поэтапное выполнение монтажных работ и включение УВК в работу.

В общем случае можно рекомендовать следующее поэтапное включение УВК в работу:

1) пуск объекта с технологическим контролем и автоматическим управлением от локальных систем регулирования; в этот период уточняются динамические и статические характеристики объекта, устраняются ошибки монтажа и проекта, возможные дефекты технологического оборудования, стабилизируется технологический процесс и т. п.; отрабатываются программы и алгоритмы на УВМ без их подключения к действующему технологическому оборудованию;

2) подключение УВМ к действующему технологическому оборудованию и включение ее в режим «советчика» с выдачей эксплуатационному персоналу рекомендаций по управлению ходом доменной печи;

3) включение УВМ в режим автоматического управления объектом через системы локального регулирования.

При необходимости в проектах автоматизации приводятся структурные схемы отдельных комплексов технических средств и средств автоматизации.

Рис. 8.5. Упрощенная структурная схема АСУ ТП доменной печи № 9 Криворожского металлургического завода

ДНМ — датчики наличия материалов; ДУ — датчики уровня; ДВ — датчики массы; АШиК — анализаторы шихты и кокса; ВК — влагомер кокса; ДВМ — датчики вида материалов; ДРЛК — датчики разрыва лент конвейеров; ПВМБ — питатели для выдачи материалов из бункеров; ИМ — исполнительные механизмы; ДТ — датчики температуры; ДДПД — датчики давления или перепада давлений; ДР — датчики расхода; ДВл — датчики влажности; АДиГ — анализаторы дутья и газа; ДУП- датчики угла поворота; ТК — телекамеры; СТ — сигнальное табло; ВП — вторичные приборы; МС — мнемосхемы; КУ — ключи управления; РЗВД — ручные задатчики массы дозы; ЛСДМ — локальные системы дозирования материалов; ЛСР — локальные системы регулирования; БЦИЧ — блок цифровой индикации с частотными вводами; РДЗ — ручные дистанционные задатчики; ЦИ — цифровые индикаторы; ИПМ-индикаторы положения механизмов; ТВ — телевизоры; ЭВМ ШП — электронная вычислительная машина шихтоподачи (управляющая взвешиванием материалов и производительностью тракта ШП); ЦВУ СЦК — цифровое вычислительное устройство системы централизованного контроля (осуществляющее сбор и обработку первичной информации, расчет комплексных и удельных показателей работы печи, автоматическое заполнение отчетных документов); БЦР — блок цифровой регистрации; БЦИД- блок цифровой индикации с дискретными вводами; ЭВМ УХДП — электронная вычислительная машина, управляющая тепловым состоянием и ходом печи; ИТ — информационные табло; I — первый этап внедрения (пусковой комплекс); II и III-соответственно второй и третий этапы внедрения.

К вопросу о классификации автоматизированных систем управления Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ / КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ И КРИТЕРИИ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ / ЦЕЛИ И СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ / ОДНОУРОВНЕВЫЕ И МНОГОУРОВНЕВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — Петроченков Антон Борисович, Даденков Дмитрий Александрович, Поносова Людмила Викторовна

В статье рассмотрены основные подходы к классификации информационно-управляющих систем, которые должны позволить позиционировать различные классы автоматизированных систем в сфере управления технологическими процессами, а так же помочь разработчикам при выборе систем управления, более четко формировать список стратегических и операционных задач управления и определять критерии, позволяющие добиться решения поставленных задач оптимальным образом

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экономике и бизнесу , автор научной работы — Петроченков Антон Борисович, Даденков Дмитрий Александрович, Поносова Людмила Викторовна

Обзор современного рынка распределенных систем управления в нефтяной и газаовой промышленности
Учебный программный комплекс «Автоматизированная система управления предприятием»
Системный анализ реактора дегидрирования этилбензола как объекта управления
Метод упреждающего управления технологической паровой распределенной системой

Автоматизация управления технологическими процессами в газораспределительных сетях: проблемы, тенденции и перспективы

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «К вопросу о классификации автоматизированных систем управления»

А.Б. Петроченков, Д.А. Даденков, Л.В. Поносова

Пермский государственный технический университет

К ВОПРОСУ О КЛАССИФИКАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрены основные подходы к классификации информационно-управляющих систем, которые должны позволить позиционировать различные классы автоматизированных систем в сфере управления технологическими процессами, а также помочь разработчикам при выборе систем управления, более четко формировать список стратегических и операционных задач управления и определять критерии, позволяющие добиться решения поставленных задач оптимальным образом.

Классификация — это один из разделов логики, который в настоящий момент изучается только в узкоспециализированных учебных заведениях. Однако в повседневной жизни и тем более в научной сфере приходится сталкиваться с необходимостью классификации того или иного множества объектов повсеместно. Смысл классификации прост. Все многообразие объектов, требующих осмысления или какой-либо обработки, организуется в виде упорядоченной системы. Для этой системы разрабатываются определенные правила деления и навигации, согласно которым каждому объекту отведено определенное место таким образом, что не возникает сомнений, куда поместить данный объект и где его искать.

Для проведения процедуры классификации необходимо выделить и проанализировать предметную область, сформулировать цели классификации и определить классификационные признаки.

Автоматизированные системы управления (АСУ) представляют собой сложные человеко-машинные комплексы. Это совокупность крупных подсистем, симбиоз данных и знаний, экономико-математических моделей, инструментальных и технических средств, средств связи и оргтехники, а также специалистов, предназначенных для обработки информации и принятия решений. Так, приведенное в действующем

ГОСТе [1] определение АСУ как человеко-машинной системы, обеспечивающей сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности, не полностью характеризует функционирующие и создаваемые системы. Многие действующие системы не ограничиваются сбором и обработкой информации, а, производя распознавание состояния объекта управления, выдают и реализуют управляющие воздействия. Поэтому в силу значительного разнообразия АСУ и возникает необходимость их классификации. Знание классификации автоматизированных систем (АС) должно позволить инженерам-проектировщикам свободно ориентироваться в большом многообразии АСУ.

Как уже отмечалось ранее, АСУ — понятие многогранное, поэтому в литературе [2, 3, 4, 5, 6] выделяется очень большое число признаков классификации. Анализ печатных источников [2, 3, 4, 5, 6] позволил сделать вывод о том, что общепринятой классификации АСУ не существует. Более того, каждый исследователь приводит и обосновывает свою классификацию, причем все они обладают своими недостатками, что признают и сами авторы. Поэтому в данной статье предлагается выделить только основные, наиболее распространенные подходы и критерии классификации.

В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. При этом одна и та же АС может характеризоваться одним или несколькими признаками. В качестве основных (глобальных) признаков классификации АС предлагается использовать следующие признаки [2]:

— область и специфика применения;

— организация информационных процессов;

Коротко рассмотрим каждый из выделенных классификационных признаков.

Классификация АС по направлению деятельности (области применения) показана на рис. 1.

Отраслевые АС (ОАСУ)

АС крупной фирмы

АС на транспорте

АС социальным!/ процессами

АСУ технологическим процессом

Рис. 1. Классификация АС по направлению деятельности (области применения)

Как видно из рис. 1, в промышленной сфере преобладает иерархическое построение АС. С этих позиций выделяют два очень больших класса систем — это АСУ технологическими процессами (АСУТП) и АС организационного типа. В АСУТП объектом управления является технологический процесс (управления полетом ракеты или самолета, движением корабля, управление химическим или ядерным реактором и т.п.). В организационных системах объектом управления является коллектив людей (предприятие, отрасль, дивизия и т.п.). Другое различие между этими системами заключается в виде основного носителя информации. В АСУТП этим носителем является сигнал (электрический, механический, гидравлический, радиосигнал и т.п.), в организационных системах основной носитель — документ. Следующий класс систем — интегрированные системы. Они представляют собой совокупность одной организационной системы и нескольких АСУТП, причем организационная система располагается на верхнем уровне иерархии, а АСУТП — на одном или нескольких нижних уровнях.

По сфере (специфике) применения АС различают следующим образом (рис. 2). Из этого класса АС исторически первыми стали применяться АС на производстве.

В зависимости от организации информационных процессов АС делятся на два больших класса: управляющие и информационные, объединив которые можно получить еще один класс — информацион-но-управляющих систем. В информационных системах (ИС) управление может отсутствовать. В отличие от чисто информационных систем, в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), АСУ предприятиями (АСУП) — управление занимает важное место, поэтому такие системы являются информационно-управляющими.

-► Административные -► Производственные -► Медицинские Учебные -► Военные -► Криминалистические -► Экологические -► Метеорологические

Рис. 2. Классификация АС по специфике применения

Приведем несколько примеров автоматизированных информационных систем (АИС).

Информационно-поисковые системы (ИПС) — объектом управления является процедура поиска требуемой информации в очень больших объемах этой информации. Типичный пример — различные библиотечные системы, системы продажи билетов на транспортные средства и т.п.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) — объектом управления является процесс проектирования изделий любой природы (станка, самолета, ЭВМ, АСУ и т.п.).

АС научных исследований и комплексных испытаний (АСНИ) -объектом управления является процесс исследования объекта любой работы (исследования процесса работы двигателя, полета самолета, работы реактора и т.п.).

В последнее время активно развиваются гибкие автоматизированные производства (ГАП) — некоторая производственная единица, функционирующая на основе безлюдной технологии и находящаяся под управлением единой программы.

Интеллектуальные системы (экспертные системы) в отличие от предыдущих систем оперируют со знаниями, хранящимися в банке знаний. Типичные примеры — это медицинские экспертные системы, геологические экспертные системы и т.п.

Классификация АС по назначению приведена на рис. 3

Рис. 3. Классификация АС по назначению Классификация АС по территориальному признаку показана на

Рис. 4. Классификация АС по территориальному признаку

Кратко рассмотрев основную классификацию автоматизированных систем управления, предлагается сузить предметную область и более подробно рассмотреть, какие признаки классификации выделяют для систем управления технологическими объектами.

Системы управления (СУ) технологическими объектами относятся к сложным системам и могут классифицироваться по различным признакам [3]. Основными из них являются цель и способ управления технологическим объектом, степень участия человека в управлении,

место расположения технических средств сбора и обработки информации и степень централизации управления.

Классификация по цели управления. Целью управления технологическим процессом является высокоэффективная работа технологического объекта управления (ТОУ). Эффективность работы оценивается значением критерия управления (КУ) — показателем, характеризующим функционирование ТОУ в целом и принимающим числовые значения в зависимости от возмущающих и управляющих воздействий.

По цели управления СУ делятся на стабилизирующие и оптимизирующие. Целью управления стабилизирующей СУ является поддержание КУ на постоянном, заранее заданном значении. Стабилизирующие системы оправданы для простых вспомогательных процессов, критерии управления которых следует поддерживать на значении, определяемом из соображений эффективного ведения основного процесса. Оптимизирующие СУ поддерживают КУ на экстремальном для создавшейся производственной ситуации уровне при соблюдении ограничивающих условий, поэтому критерий управления в этих системах называют критерием оптимальности, который характеризует процесс с одной наиболее важной стороны.

Классификация по способу управления. Способ управления характеризует алгоритмы формирования управляющих воздействий для достижения цели управления. По этому признаку системы делятся на замкнутые, разомкнутые и комбинированные. В замкнутых системах управления воздействия формируются в зависимости от отклонения текущего значения КУ от заданного. Одним управляющим воздействием компенсируются все возмущения. Однако замкнутые системы не препятствуют проникновению в ТОУ возмущающих воздействий, а только реагируют на их последствия. В связи с этим, в случае сложных ТОУ, подверженных многочисленным возмущениям, замкнутые СУ не могут обеспечить высокого качества управления. Разомкнутые СУ формируют управляющие воздействия в зависимости от возмущений. Устанавливаются, например, регуляторы, стабилизирующие входные параметры процесса, тем самым ликвидируются возмущения по этим каналам. Достоинства разомкнутых систем в том, что возмущающие воздействия ликвидируются до поступления в ТОУ. Однако ликвидировать все возмущения, как правило, практически невозмож-

но, поэтому использование таких систем чаще всего не дает большого эффекта. В комбинированных системах используют принцип формирования управляющих воздействий и разомкнутых, и замкнутых систем. В основу комбинированной системы положена замкнутая система, а для улучшения качества управления часть возмущений ликвидируется дополнительными регуляторами. Частным случаем таких систем являются многоконтурные системы автоматического регулирования (САР), в которых формирование управляющих воздействий осуществляется от нескольких параметров.

Классификация по месту расположения технических средств сбора и обработки информации. Средства автоматизации, с помощью которых представляется и обрабатывается информация о ТОУ, а также осуществляется воздействие на технологический процесс, могут быть сосредоточены как непосредственно у технологического оборудования (местное управление) в виде отдельно установленных пультов и щитов, так и в специально выделенном пункте (дистанционное управление).

Классификация по степени централизации управления. Современные ТОУ состоят из многих аппаратов, установок, участков, цехов. Управление отдельными составляющими объекта в зависимости от степени их влияния друг на друга, информационной мощности, сложности и важности может осуществляться из самостоятельных пунктов или из одного центрального пункта управления (ПУ). По степени централизации СУ делятся на одно- и многоуровневые (рис. 5).

Установка 2 Установка 3

Рис. 5. Структурные схемы систем управления: а — одноуровневой централизованной; б — одноуровневой децентрализованной; в — многоуровневой

Одноуровневые — это системы, в которых управление ТОУ осуществляется из одного (централизованные системы) или нескольких (децентрализованные системы) пунктов. Одноуровневые централизованные системы применяют в основном для управления относительно несложными объектами, расположенными на небольшой территории. Для современных ТОУ, включающих большое число территориально распределенных объектов, использование одноуровневой централизованной системы приводит к усложнению коммуникаций, громоздкости пульта управления и неудобству работы технологического персонала. Для устранения этих недостатков используют одноуровневые децентрализованные системы. Однако децентрализация исключает управление всеми установками ТОУ как единым технологическим комплексом. Для решения этой проблемы необходим еще один, более высокий, уровень управления. Такие системы называют двухуровневыми или, при наличии промежуточных уровней, многоуровневыми.

Классификация по степени участия человека в управлении. Степень участия человека в управлении технологическими объектами определяется сложностью и масштабностью ТОУ, целью управления, а также комплексом технических средств СУ. Так, при автоматизации простого объекта управления со стабилизацией какой-либо физикохимической величины управление может осуществляться полностью автоматически, без привлечения технологического персонала. Такую СУ называют системой автоматического управления (САУ).

Крупные ТОУ с реализацией оптимального режима и сложных функций по программно-логическому управлению, защите, пуску и останову оборудования могут управляться лишь человеком на основе современных методов управления с помощью ЭВМ и средств сбора, передачи и хранения информации. Человеко-машинная система, обеспечивающая эффективное функционирование технологического объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением современных средств автоматизации и вычислительной техники, называется автоматизированной системой управления технологическим процессом. На человека в АСУТП возлагается наиболее сложная операция управления — принятие решения по изменению режимов работы ТОУ и СУ на основе данных, предоставленных ему ЭВМ и поступающих по другим каналам. ЭВМ же осуществляет сбор и передачу информации, контроль за её достоверностью, анализ информации по

определенным алгоритмам, подготовку управленческого решения. При таком синтезе сочетаются интеллект человека, математический аппарат и возможности вычислительной техники.

Известны несколько критериев классификации автоматизированных систем управления технологическими процессами [4]. Одним из вариантов является классификация АСУТП применительно к предприятиям с непрерывным и непрерывно-дискретным характером производства, за критерий которой взято число контролируемых параметров и управляющих воздействий в соответствии с ростом сложности объекта управления (табл. 1).

Классификация АСУТП по сложности объектов управления

Основная характеристика класса АСУТП Основные функциональные признаки Типовые примеры объектов управления

1-0. Автоматизированная система программного управления Управление по жесткой программе с предварительно апрограммирован-ными воздействиями

1-1. АСУ технологическими установками с малым числом контролируемых и регулируемых параметров (до 20) Измерение, индикация, регистрация и одноконтурное регулирование параметров Т опки паровых котлов, весовые дозаторы, установки автоматического пожаротушения

1-2. АСУ технологическими установками или агрегатами с малым числом контролируемых и регулируемых параметров (около 40) То же, что для класса 1-1, и логические операции Технологические котельные, методические печи, нагревательные колодцы и фурмы доменных печей, ректификационные колонки

1-3. АСУ технологическими установками, агрегатами или процессами со средним числом контролируемых, регулируемых и оптимизируемых параметров (около 100) То же, что для класса 1-2, и многоконтурное регулирование Конверторы, секционные печи, химические реакторы, установки первичной переработки нефти, комплексы шихтоподготовки обогатительных и агломерационных фабрик

1^-. АСУ технологическими агрегатами или процессами с большим числом регулируемых и оптимизируемых параметров (около 800) То же, что для класса 1-3, и вычисление технико-экономических показателей Энергоблоки, рокатные станы, доменные печи, атомные реакторы, производство этилен-бензола, производство печной сажи

1-5. АСУ технологическими переделами и производствами с агрегатами и установками, для местного управления которыми средства вычислительной техники не используют То же, что для класса 1-4, и диспетчеризация при одноступенчатом уровне Электролизные цеха производства серной кислоты, искусственного волокна, агломерационные фабрики, обогатительные фабрики

1-6. АСУ технологическими переделами и производствами с агрегатами и установками, оснащенными средствами вычислительной техники То же, что для класса 1-5, но при двухступенчатом управлении Конверторные цеха, доменные печи, цементные заводы, сернокислотные производства, обогатительные комбинаты

Предложенная в табл. 1 классификация позволяет ориентировочно определять номенклатурную базу АСУТП и может служить основой для планирования разработок, однако она не отражает функции, которые может выполнять та или иная система управления. Поэтому представляется целесообразным разделить по функциональноалгоритмическому признаку системы управления технологическими процессами на базе управляющих ЭВМ на три класса (табл. 2).

Такая классификация в определенной мере условна, поскольку функции, выполняемые системами указанных классов, могут в ряде случаев перекрываться. Однако такое разделение АСУТП имеет в настоящее время принципиальное практическое значение для выполнения работ по автоматизации технологических процессов.

Классификация АСУТП по функционально-алгоритмическому

Основная характеристика класса АСУТП Основные функциональные признаки Типовые примеры объектов управления

1. Системы логикопрограммного управления (группой однотипных технологических установок) Прямое цифровое управление по жесткой или полу-жесткой программе в режиме разделения времени между управляемыми установками Группы автоматизированных постов контроля или испытаний изделий электронной техники, прецизионных механообрабатывающих станков, откачных вакуумных постов, термического оборудования

2. Системы оптимального управления (технологическим процессом или режимами технологической установки) Решение задачи оптимизации на основании получаемой от управляемого объекта информации и принятых математических моделей, выработка регулирующих воздействий или советов оператору в реальном времени Химические реакторы, трубопрокатные станы, группа диффузионных печей, установки первичной переработки нефти

3. Системы комплексного управления (технологической линией, участком, цехом) -АСУОТП Автоматический или полуавтоматический сбор, обработка, наглядное отображение технологической и организационно-производственной информации, управление через оперативный персонал ходом технологических процессов Т ехнологические линии производства интегральных схем, кинескопов, энергоблок атомной электростанции, сернокислотное производство, доменная печь, тепловая электростанция

В зарубежной литературе можно встретить довольно интересную классификацию АСУ ТП, в соответствие с которой все АСУ ТП делятся на три глобальных класса:

• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). На русский язык этот термин можно перевести как «система телемеханики», «система телеметрии» или «система диспетчерского управления», последнее определение точнее всего отражает сущность и предназначение системы — контроль и мониторинг объектов с участием диспетчера. Тут необходимо некоторое пояснение. Термин SCADA часто используется в более узком смысле: многие так называют программный пакет визуализации технологического процесса. Однако в данном случае под словом SCADA мы будем понимать целый класс систем управления.

• PLC (Programmable Logic Controller). На русский язык переводится как «программируемый логический контроллер» (ПЛК). Тут, как и в предыдущем случае, есть двусмысленность. Под термином ПЛК часто подразумевается аппаратный модуль для реализации алгоритмов автоматизированного управления. Тем не менее, термин ПЛК

имеет и более общее значение и часто используется для обозначения целого класса систем.

• DCS (Distributed Control System). По-русски распределенная система управления (РСУ). РСУ (DCS) — наиболее комплексный интересный класс АСУ ТП. РСУ, как правило, применяются для управления непрерывными технологическими процессами (хотя, сфера применения РСУ только этим не ограничена). К непрерывным процессам можно отнести те, которые должны проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом останов процесса, даже кратковременный, недопустим. Из вышесказанного вытекает главное требование к РСУ — отказоустойчивость. Для РСУ отказ, а соответственно и останов технологического процесса, недопустим. Высокая отказоустойчивость достигается путем резервирования (как правило, дублирования) аппаратных и программных компонентов системы, использования компонентов повышенной надежности, внедрения развитых средств диагностики, а также за счет технического обслуживания и непрерывного контроля со стороны человека. РСУ чрезвычайно функциональны и масштабируемы: на их базе автоматизируются технологические установки, производственные цехи, а иногда и целые заводы.

Однако следует отметить, что такая классификация в настоящее время является весьма условной. Это связано с тем, что в последние годы внедряются гибридные системы, которые по ряду характерных признаков можно отнести как к одному классу, так и к другому классу.

Выполнив процедуру классификации и проанализировав ее результаты можно сделать вывод, что современные АСУ очень разнообразны и могут отличаться друг от друга по функциональному составу, степени автоматизации управления объектом, применяемым техническим средствам и многим другим признакам и характеристикам. Но, владея критериями классификации, разработчик получает возможность ориентироваться во всем многообразии автоматизированных систем.

В заключении хотелось бы отметить, что классификация всегда отражает имеющийся на данный момент времени уровень знания, суммирует его, как бы дает его «топологическую карту», а с другой стороны, позволяет обнаруживать пробелы в существующем знании, служить основанием для диагностических и прогностических процедур.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. ГОСТ 34.003-90 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения.

2. Меньков А.В. Теоретические основы автоматизированного управления: учеб. для вузов. — М.: ОНИКС, 2005. — 639 с.

3. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: учеб. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1991. — 480 с.

4. Вальков В. М. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. — Л.: Политехника, 1991. — 269 с.

5. Стефани, Е.П. Основы построения АСУ ТП: учеб. пособие. -М.: Энергоиздат, 1982. — 352 с.

6. Советов Б.Я. Теоретические основы автоматизированного управления: учеб. для вузов. — М.: Высшая школа, 2006. — 462 с.