Ім'я файлу: Tema_2._Zagalna_kharakteristika_suchasnikh_ASK_TP.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 132кб.
Дата: 18.06.2020
скачати
Розширення: pdf
Розмір: 132кб.
Дата: 18.06.2020
скачати
3 АСК ТП. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
3.1 Визначення
У загальному випадку до АСК ТП слід відносити усі системи, в яких функції керування технологічними процесами автомати-
зовані. Більш точним вважається таке визначення АСК ТП - складна автоматизована ієрархічна система, що призначена для формування та реалізації керуючих впливів на технологічний процес згідно з прийнятими критеріями та обмеженнями.
АСК ТП призначена для керування технологічним процесом , що реалізується на технологічному обладнанні за заданою тех- нологією.
Сукупність обладнання та технологічного процесу являє со- бою технологічний об’єкт керування (ТОК). Сукупність ТОК і вза-
ємодіючої з ним АСК ТП являє собою автоматизований техноло- гічний комплекс (АТК). Складові АТК показані на рис. 3.1.
Рисунок 3.1
3.2 Склад АСК ТП
АСК ТП включає до себе такі види забезпечень: інформа- ційне, математичне, програмне, технічне, організаційне, метро- логічне, правове та лінгвіністичне.
До складу інформаційного забезпечення АСК ТП входять класифікатори техніко-економічної інформації, нормативно- довідкова інформація, форма уявлення і організація даних в сис- темі, у тому числі форми документів, відеограм, масивів і логічні
інтерфейси (протоколи обміну даними).
АСК ТП
Технологічне обладнання
Технологічний процес
ТОК
АТК
До складу математичного забезпечення АСК ТП входять методи розв'язання задач керування, моделі і алгоритми.
У функціонуючій системі математичне забезпечення реалізу-
ється у складі програмного забезпечення.
До складу програмного забезпечення АСК ТП входять про- грами (у тому числі програмні засоби) з програмною документа- цією на них, необхідні для реалізації всіх функцій АСК ТП в об'-
ємі, передбаченому в технічному завданні на створення АСК ТП.
До складу технічного забезпечення АСК ТП входять техніч- ні засоби, необхідні для реалізацій функцій АСК ТП. У загально- му випадку воно включає засоби отримання, введення, підготов- ки, обробки, зберігання (накопичення), реєстрації, виведення, відображення, використання, передачі інформації і засоби реалі- зації керуючих впливів.
До складу організаційного забезпечення АСК ТП входять документи, що визначають функції підрозділів управління, дії і взаємодії персоналу АСК ТП.
До складу метрологічного забезпечення АСК ТП входять метрологічні засоби і інструкції по їхньому застосуванню.
До складу правового забезпечення АСК ТП входять норма- тивні документи, що визначають правовий статус АСК ТП, пер- соналу АСК ТП, правил функціонування АСК ТП і нормативи на автоматично формуємі документи, у тому числі на машинних носіях інформації.
Правове забезпечення АСК ТП у складі функціонуючої сис- теми реалізується у вигляді документів організаційного забезпе- чення АСК ТП.
До складу лінгвістичного забезпечення АСК ТП входять теза- уруси і мови опису і маніпулювання даними. Лінгвістичне забез- печення функціонуючої АСК ТП може бути присутнім в ній само- стійно або у вигляді рішень в інформаційному забезпеченні АСК
ТП і в документах організаційного забезпечення АСК ТП.
3.3 Функції АСК ТП
Функції АСК ТП поділяють на інформаційні, керуючі та внут- рішньосистемні (службові, допоміжні).
До інформаційних функцій АСК ТП відносяться:
а) попередня обробка, якщо необхідно, вхідних сигналів (фі- льтрація, лінеаризація, апроксимація, згладжування);
б) неперервне, періодичне і (або) за викликом оператора вимірювання, оперативне відображення і реєстрація значень технологічних параметрів і показників стану устаткування;
в) виявлення, оперативне відображення, реєстрація і сигналізація відхилень значень технологічних параметрів і показників стану устаткування від встановлених меж;
г) контроль, оперативне відображення, реєстрація і сигналізація спрацьовування пристроїв блокування та захисту, виявлення та сигналізація аварійних та передаварійних ситуацій;
д) оперативне відображення і реєстрація результатів мате- матичних розрахунків та логічного аналізу, що виконуються ком- плексом технічних засобів системи.
д) непрямі вимірювання технологічних параметрів і показників стану устаткування;
е) обчислення і аналіз узагальнених показників оцінки поточ- ного стану ТОК і його складових;
є) аналіз спрацьовувань пристроїв блокування та захисту;
ж) діагностика протікання технологічного процесу і стану ус- таткування;
з) прогнозування ходу технологічного процесу і стану устат- кування;
и) розрахунок техніко-економічних
і експлуатаційних показників функціонування ТОК;
і) підготовка інформації та виконання процедур обміну
інформацією з суміжними та вищестоящими системами керуван- ня.
До керуючих функцій АСК ТП відносяться:
а) вибір раціонального режиму ведення технологічного про- цесу;
б) керування запуском та зупиненням технологічного обла- даннання у відповідності до визначених послідовностей та алго- ритмів;
в) формування і передача на входи виконавчих пристроїв ке- руючих впливів, що забезпечують реалізацію вибраного режиму;
г) можливість реалізації оптимального та адаптивного керу- вання механізмами та агрегатами;
д) автоматичний захист устаткування та обслуговуючого пе- рсоналу від аварій та їх наслідків;
е) програмна зміна, якщо це потрібно, у режимі реального чАСК ТП параметрів технологічного процесу та умов його реалі-
в) виявлення, оперативне відображення, реєстрація і сигналізація відхилень значень технологічних параметрів і показників стану устаткування від встановлених меж;
г) контроль, оперативне відображення, реєстрація і сигналізація спрацьовування пристроїв блокування та захисту, виявлення та сигналізація аварійних та передаварійних ситуацій;
д) оперативне відображення і реєстрація результатів мате- матичних розрахунків та логічного аналізу, що виконуються ком- плексом технічних засобів системи.
д) непрямі вимірювання технологічних параметрів і показників стану устаткування;
е) обчислення і аналіз узагальнених показників оцінки поточ- ного стану ТОК і його складових;
є) аналіз спрацьовувань пристроїв блокування та захисту;
ж) діагностика протікання технологічного процесу і стану ус- таткування;
з) прогнозування ходу технологічного процесу і стану устат- кування;
и) розрахунок техніко-економічних
і експлуатаційних показників функціонування ТОК;
і) підготовка інформації та виконання процедур обміну
інформацією з суміжними та вищестоящими системами керуван- ня.
До керуючих функцій АСК ТП відносяться:
а) вибір раціонального режиму ведення технологічного про- цесу;
б) керування запуском та зупиненням технологічного обла- даннання у відповідності до визначених послідовностей та алго- ритмів;
в) формування і передача на входи виконавчих пристроїв ке- руючих впливів, що забезпечують реалізацію вибраного режиму;
г) можливість реалізації оптимального та адаптивного керу- вання механізмами та агрегатами;
д) автоматичний захист устаткування та обслуговуючого пе- рсоналу від аварій та їх наслідків;
е) програмна зміна, якщо це потрібно, у режимі реального чАСК ТП параметрів технологічного процесу та умов його реалі-
зації автоматично, за заздалегіть заданим алгоритмом або за
ініціативою оператора;
є) оперативне керування розподілом матеріальних потоків та навантажень між технологічними агрегатами; ж) видача оператору рекомендацій з
керування технологічним процесом.
До внутрішньосистемних (службових, допоміжних) функ-
цій АСК ТП відносяться:
а) диспетчеризація роботи підсистем та пристроїв системи;
б) забезпечення надійної взаємодії між ієрархічними рівнями керування в системі;
в) контроль справності та діагностика відмов пристроїв та системи збирання, передачі, обробки, зберігання та відображен- ня інформації;
г) оцінка дієздатності та якості функціонування математично- го та програмного забезпечення у режимі реального часу;
д) планування та контроль проведення профілактичного та
інших ремонтів елементів системи;
е) поточне метрологічне забезпечення технічних та програм- них засобів.
3.4 Класифікація АСК ТП
Існує багато підходів до класифікації АСК ТП за різними ознаками. Розглянемо лише такі, що застосовуються частіше, а саме:
- класифікація за характером протікання технологічного про- цесу,
- класифікація за виконуємими функціями,
- класифікація в залежності від типу (виду) структури, за якою побудовано АСК ТП.
За характером протікання технологічного процесу розріз- няють:
- АСК диск ретним ТП,
- АСК неперервно-дискретним ТП,
- АСК не перервним ТП.
За виконуємими функціями розрізняють:
- інформаційні АСК ТП, в яких автоматично виконуються тільки інформаційні функції, рішення з керування приймає і реа- лізує оператор;
- інформаційно-радячі АСК ТП, в яких автоматично викону- ються інформаційні функції та функції локального керування, а
ініціативою оператора;
є) оперативне керування розподілом матеріальних потоків та навантажень між технологічними агрегатами; ж) видача оператору рекомендацій з
керування технологічним процесом.
До внутрішньосистемних (службових, допоміжних) функ-
цій АСК ТП відносяться:
а) диспетчеризація роботи підсистем та пристроїв системи;
б) забезпечення надійної взаємодії між ієрархічними рівнями керування в системі;
в) контроль справності та діагностика відмов пристроїв та системи збирання, передачі, обробки, зберігання та відображен- ня інформації;
г) оцінка дієздатності та якості функціонування математично- го та програмного забезпечення у режимі реального часу;
д) планування та контроль проведення профілактичного та
інших ремонтів елементів системи;
е) поточне метрологічне забезпечення технічних та програм- них засобів.
3.4 Класифікація АСК ТП
Існує багато підходів до класифікації АСК ТП за різними ознаками. Розглянемо лише такі, що застосовуються частіше, а саме:
- класифікація за характером протікання технологічного про- цесу,
- класифікація за виконуємими функціями,
- класифікація в залежності від типу (виду) структури, за якою побудовано АСК ТП.
За характером протікання технологічного процесу розріз- няють:
- АСК диск ретним ТП,
- АСК неперервно-дискретним ТП,
- АСК не перервним ТП.
За виконуємими функціями розрізняють:
- інформаційні АСК ТП, в яких автоматично виконуються тільки інформаційні функції, рішення з керування приймає і реа- лізує оператор;
- інформаційно-радячі АСК ТП, в яких автоматично викону- ються інформаційні функції та функції локального керування, а
рішення з керування процесом у цілому приймає оператор;
- автоматичні (прямого керування) АСК ТП, в яких усі функції системи виконуються автоматично.
У залежності від типу (виду) структури АСК ТП їх розподі- ляють на:
- однорівневі централізовані,
- однорівневі децентралізовані (розподілені),
- багаторівневі.
3.5 Принципи побудови АСК ТП
При створенні АСК ТП необхідно керуватися принципами си- стемності, розвитку, сумісності, стандартизації і уніфікації, а та- кож і ефективності.
Принцип системності полягає в тому, що при створенні, фун- кціонуванні і розвитку АСК ТП повинні бути встановлені і збере- жені зв'язки між структурними елементами, що забезпечують її цілісність.
Принцип розвитку полягає у тому, що АСК ТП повинна ство- рюватися з урахуванням можливості поповнення і оновлення функцій АСК ТП і видів її забезпечення шляхом доробки програ- мних і (або) технічних засобів або настройкою наявних засобів.
Принцип сумісності полягає в забезпеченні здатності взає- модії АСК ТП різних видів і рівнів у процесі їхнього сумісного фу- нкціонування.
Принцип стандартизації і уніфікації полягає в раціональному застосуванні типових, уніфікованих і стандартизованих елемен- тів при створенні і розвитку АСК ТП.
Принцип ефективності полягає в досягненні раціонального співвідношення між витратами на створення АСК ТП і прибутка- ми, одержуваними при її функціонуванні.
3.6 Варіанти структурної організації
Розглянемо основні (типові) варіанти структурної організації
АСК ТП. Для нескладних об'єктів, з малою кількістю технологіч- них агрегатів, які до того ще і зосереджені на невеликій терито- рії, звичайно використовують однорівневу централізовану струк- туру (рис. 3.2). У даному випадку керування усіма технологічни- ми агрегатами (ТА) і обслуговування системи достатньо надійно і зручно здійснюється за допомогою одного (загального) керую- чого
- автоматичні (прямого керування) АСК ТП, в яких усі функції системи виконуються автоматично.
У залежності від типу (виду) структури АСК ТП їх розподі- ляють на:
- однорівневі централізовані,
- однорівневі децентралізовані (розподілені),
- багаторівневі.
3.5 Принципи побудови АСК ТП
При створенні АСК ТП необхідно керуватися принципами си- стемності, розвитку, сумісності, стандартизації і уніфікації, а та- кож і ефективності.
Принцип системності полягає в тому, що при створенні, фун- кціонуванні і розвитку АСК ТП повинні бути встановлені і збере- жені зв'язки між структурними елементами, що забезпечують її цілісність.
Принцип розвитку полягає у тому, що АСК ТП повинна ство- рюватися з урахуванням можливості поповнення і оновлення функцій АСК ТП і видів її забезпечення шляхом доробки програ- мних і (або) технічних засобів або настройкою наявних засобів.
Принцип сумісності полягає в забезпеченні здатності взає- модії АСК ТП різних видів і рівнів у процесі їхнього сумісного фу- нкціонування.
Принцип стандартизації і уніфікації полягає в раціональному застосуванні типових, уніфікованих і стандартизованих елемен- тів при створенні і розвитку АСК ТП.
Принцип ефективності полягає в досягненні раціонального співвідношення між витратами на створення АСК ТП і прибутка- ми, одержуваними при її функціонуванні.
3.6 Варіанти структурної організації
Розглянемо основні (типові) варіанти структурної організації
АСК ТП. Для нескладних об'єктів, з малою кількістю технологіч- них агрегатів, які до того ще і зосереджені на невеликій терито- рії, звичайно використовують однорівневу централізовану струк- туру (рис. 3.2). У даному випадку керування усіма технологічни- ми агрегатами (ТА) і обслуговування системи достатньо надійно і зручно здійснюється за допомогою одного (загального) керую- чого
Рисунок 3.2
пристрою (КП) . Однак, така структура стає мало ефективною, а у деяких випадках навіть не забезпечує вимог замовника при збільшенні кількості агрегатів і відстані між ними, бо при цьому, перш за все, ускладнюється обслуговування системи (налаго- дження агрегатів, пошук несправностей), значно збільшуються витрати на реалізацію з'єднань КП з об'єктами керування (витра- ти на канали зв'язку), а також виникає можливість виходу з ладу всієї системи при відмовах КП.
Щоб уникнути вказаних вище недоліків, застосовують одно- рівневі децентралізовані (розподілені) структури АСК ТП, один з варіантів якої наведений на рис. 3.3.
Рисунок 3.3
При застосуванні децентралізованої структури керування ко- жним агрегатом здійснюється від окремого КП, що забезпечує підвищення надійності функціонування АСК ТП, бо при відмові одного з КП інші КП продовжують працювати і ТОК у цілому, хоча
і не в повному обсязі, але все ж залишається у робочому стані.
КП АСК ТП
ТОК
ТА
1
ТА
2
ТА
n
ПК
КП
1
КП
2
КП
n
АСК ТП
ТОК
ТА
1
ТА
2
ТА
n
Слід відзначити, що, хоча керування кожним агрегатом здій- снюється в основному незалежно, деякі зв'язки між КП залиша- ються (показані пунктиром) - це, як правило, - сигнали блокуван- ня між суміжними агрегатами. Крім того, в сучасних розподілених системах безпосереднє керування агрегатами здійснюється са- ме окремими КП, але для введення планових показників, виве- дення інформації про стан агрегатів, про кількість зробленої продукції і інше використовується окремий пристрій координації
(ПК), наприклад, - комп'ютер, що виконує функції координації роботи КП і що зв'язаний з ними лінією зв'язку, у якості якої мо- жуть бути застосовані різні локальні мережі.
Більшість сучасних АСК ТП мають багаторівневу ієрархічну структуру, приклад якої наведений на рис. 3.4.
АСК ТП
ПК - 3
III
ПК-2
ПК-2
ПК-2 II
I
ПК -1
…
ПК -1 ПК -1
…
ПК -1 ПК -1
…
ПК -1
ТОК
Дільниця 1
Дільниця2
Дільниця 3
ТА … ТА … ТА … ТА … ТА … ТА
Рисунок 3.4
На 1-му рівні ієрархії здійснюється локальне (незалежне) ке- рування технологічними агрегатами, для кожного з яких застосо- вується окремий ПК.
ПК, що встановлені на 2-му рівні ієрархії, забезпечують ко- ординацію сумісної роботи агрегатів у межах, наприклад, діль- ниці технологічної лінії. ПК цього рівня забезпечують також схемну реалізацію та контроль виконання системи блокувань між суміжними агрегатами, контроль станів агрегатів ("працює" – "не працює"), контроль вхідних (на початку дільниці) і вихідних (на виході з дільниці) параметрів технологічного процесу та інші функції.
ПК, що встановлюється на 3-му рівні ієрархії, забезпечує формування планових завдань та режимів роботи дільниць тех- нологічної лінії та передачу цієї інформації до ПК 2-го рівня, на- копичення та візуалізацію даних про хід технологічного процесу, формування підсумкових відомостей про роботу лінії за зміну, добу, тиждень, а також може виконувати інші функції.
3.7 АСК ТП як складова
інтегрованої системи автоматизації
На сучасному підприємстві усі системи автоматизації об'єд- нуються в так звану інтегровану систему автоматизації, яка у загальному випадку включає до себе:
- автоматизовану систему розробки конструкторської доку- ментації;
- автоматизовану систему підготовки і супроводу виробницт- ва;
- автоматизовану систему календарного та оперативного планування виробництва;
- автоматизовану систему керування технологічним проце- сом (АСК ТП);
Перші три вказані системи звичайно об'єднуються в так зва- ну автоматизовану систему управління виробництвом (АСУВ).
При цьому АСК ТП одержує від відповідних підсистем АСУВ або служб управління підприємства безпосередньо технічну, техно- логічну та іншу інформацію, необхідну для забезпечення реалі- зації технологічних процесів, завдання на номенклатуру виробів, що підлягають випуску, відомості про плановий обсяг виробниц- тва, планові техніко-економічні показники, що характеризують якість функціонування АТК. Зі свого боку АСК ТП видає інфор- мацію до АСУВ про хід протікання технологічних процесів, про
кількісні та якісні результати роботи АТК, про стан обладнання, про оперативні потреби у ресурсах і іншу інформацію.
3.8 Критерії ефективності АСК ТП
Критерій ефективності функціонування АСК ТП взагалі ха- рактеризує якість ведення технологічного процесу.
Одна із загальних постановок питання про критерії ефек- тивності зводиться до прагнення отримати щонайбільший економічний ефект, який визначається різницею вартості оде- ржуваної готової продукції і сировини, енергії, робочої сили і
інших витрат на її виготовлення. Оптимальним буде таке ке- рування процесом, яке дозволяє добитися максимального значення цієї різниці.
Не меншу роль, ніж критерій, відіграють обмеження,
яких треба дотримуватися при виборі керуючих дій. Обмежен- ня бувають двох видів: фізичні, які не можуть бути порушені навіть при неправильному виборі керуючих дій, і умовні, які можуть бути порушені, але порушення приводять до значних збитків, що не ураховані критерієм. При керуванні часто най-
істотніші чинники ураховуються саме обмеженнями, а не кри- терієм.
Як правило, глобальний критерій економічної ефективності
управління технологічним процесом не може бути застосова- ний через складність визначення необхідних кількісних залеж- ностей в конкретних умовах; в таких випадках застосовують локальні критерії оптимальності, що ураховують специфіку керуємого об'єкта і доповнені умовними обмеженнями. Такими локальними критеріями, наприклад, можуть бути: 1) максима- льна продуктивність лінії (агрегату) при певних вимогах до якості продукції, умовах експлуатації устаткування 2) - міні- мальна собівартість при випуску продукції в заданому об'-
ємі і заданої якості.
3.8 Критерії ефективності АСК ТП
Критерій ефективності функціонування АСК ТП взагалі ха- рактеризує якість ведення технологічного процесу.
Одна із загальних постановок питання про критерії ефек- тивності зводиться до прагнення отримати щонайбільший економічний ефект, який визначається різницею вартості оде- ржуваної готової продукції і сировини, енергії, робочої сили і
інших витрат на її виготовлення. Оптимальним буде таке ке- рування процесом, яке дозволяє добитися максимального значення цієї різниці.
Не меншу роль, ніж критерій, відіграють обмеження,
яких треба дотримуватися при виборі керуючих дій. Обмежен- ня бувають двох видів: фізичні, які не можуть бути порушені навіть при неправильному виборі керуючих дій, і умовні, які можуть бути порушені, але порушення приводять до значних збитків, що не ураховані критерієм. При керуванні часто най-
істотніші чинники ураховуються саме обмеженнями, а не кри- терієм.
Як правило, глобальний критерій економічної ефективності
управління технологічним процесом не може бути застосова- ний через складність визначення необхідних кількісних залеж- ностей в конкретних умовах; в таких випадках застосовують локальні критерії оптимальності, що ураховують специфіку керуємого об'єкта і доповнені умовними обмеженнями. Такими локальними критеріями, наприклад, можуть бути: 1) максима- льна продуктивність лінії (агрегату) при певних вимогах до якості продукції, умовах експлуатації устаткування 2) - міні- мальна собівартість при випуску продукції в заданому об'-
ємі і заданої якості.