Расчетная схема цифровой системы управления с непрерывной частью. Основные динамические характеристики цифровых систем и их особенности.

Если пренебречь ошибкой округления при АЦП, то АЦП мы заменяем импульсным модулятором. W_дм(S)=(1-e^ST)/S=(1-z^-1)/S=(z-1)/S*1/S.

Наличие δ-импульсного демодулятора может существенно изменить св-ва системы:

1) в том случае если период квантования Т_кв<<Т_(кв) Котельникова, то импульсная система работает как непрерывная.

2)непрер.система в которой период квантования Т_кв примерно равен период квантования по Котельникову, в этом случае импульсный ключ можно заменить усилит.элементом с коэф.передачи 1/Т т.е. схема цифр.контроллера может быть преобращована так:

для данного режима работы св-ва цифр.регулятора эквивалентны непрерывному

Таким образом период квантования выбран из условий теоремы Котельникова, то возникает характерный режим работы импульсной системы которая эквивалентна непрер., то приходится учитывать что на ее св-ва влияет наличие демодулятора и АЦП (с коэф.передачи 1/Т).

3) когда период квантования больше периода квантования по Котельникову, в этом случае реальные системы неработоспособны.

W_p(S)^эн=W_p(S)W_дм(S)/T. Это ур-ие рассм.режим работы системы когда цифр.контроллер эквивалентен непрерывному.данная формула позволяет получить алгоритм цифр.устр-ва, которое позволит реализовать желаемый непрер.алгоритм. W_p*(S)=W_p(S)^эн. Желаемая перед.ф-ия регулятора должна соотв.передат.ф-ии регулятора эквивалентного непрер. W_p^ж(S)=W_p^*(S)W_дм(S)/T, W_p*(S)=TW_p^ж(S)W_дм(S), W_p^*(S)=(z/z-1)*TSW_p^ж(S).

 

Зная -передаточную ф-цию мы можем определить и построить все динамичные характеристики импульсной системы

Рассмотрим цифровой И регулятор, аналоговый И регулятор

Разностное уравнение И регулятора

Для модульной последовательности импульсов

Временная характеристика (график)

Цифровой регулятор

Построить выходной сигнал в дискретные моменты времени можно:

1)Использование таблиц Z преобразований

опережающее звено на период Т

2)

Получив Z передаточную ф-цию, мы можем получить ЧХ(Графики)

Поскольку на частотах больших АХ симметричны и ЧХ для цифровых устройств рассмотрим диапазон частот . При рассмотрении ЧХ цифровых устройств используют диапазон частот

ВОПРС №7

Синтез – нахождение структуры и параметров системы (или ее части) по заданным условиям характеризующим поведение системы (устойчивость, работоспособность, инвариантность по возмущению, ковариантность по заданию). Синтез это всегда множество решений, значит задача синтеза это необходимость выбора.

Параметрический синтез – синтез при условии, что изменяемая часть системы конструктивно задана. Определение параметров выбранного заранее алгоритма регулирования, при котором достигается минимум принятого показателя точности при выполнении ограничении на заданный запас устойчивости, при этом стремятся обеспечить работоспособность системы.

Решение задачи парам. синтеза происходит в два этапа:

1) Определяется граница области допустимого запаса устойчивости в пространстве параметров настройки регулятора (доминирующая компонента)

2) В пределах этой области находится точка, в которой минимизируется выбранный критерий оптимальности (минимакс).

если ψ=(0,85-0,95), то оказывается что условие минимакса выполняется если минимизируется значение линейного интегрального критерия качества. Если в качестве алгоритма взять Пи-рег-р: , то условие минимума линейного интегрального критерия:

ВОПРОС №8

В нелинейных системах возникает особый режим-автоколеб. Нелинейные системы – системы, которые сод. эл-ты с существенно нелин. хар-ками. Будем рассматривать нелин. системы нулевого порядка

1)

В кач-ве УУ – линейный эл-т(П-рег) с к-том к.

2)

К= .При К=К , то в системе возникают амплтудн и частотные колебания, кот зависят от всех св-в системы. В реальной системе точно установить К невозможно, т.к. реальный коэффициент близок к критическому. Если К >К , то колебания расходящиеся, К < К , то сходящиеся колебания.

В реальной системе где коэфф близок к критическому, возникают малые отклонения амплитуды колебаний. Режим незатухающих колебаний в лин системе невозможен.

В нелинейной(рисунок):

В нелин системах с таким эл-ом возникают постоянные по амплитуде и частоте колебания и они характеризуют устойчивый режим работы нелин системы.

Параметры зависят от св-в системы и нелин эл-та. Для исследования режима колебаний был предложен метод, в 1934 – м-од гармонической лианеризации.

Допустим, что вх. сигнал – синусоида

Ширина импульса зависит от св-в нелин эл-та, а частота связана с основной частотой. Последовательность прямоугольных импульсов м.б. разложена в ряд Фурье. Первая составляющая вых. сигнала имеет амплитуду В(А) (амплитуда гармоники с частотой ω). Разложение высоких гармоник происходит через линейную часть(фильтр) в результате высшие гармоники фильтруются и остается осн.гармоника. Линейная система – фильтр низких частот, поэтому разложение фильтруются, нелин эл-т мы представляем как некоторое лин устр-во, с W=B(A)/А. Процедура замены нелин эл-та – гармоническая линеаризация. Можно исследовать характерный режим (автоколебания), используя характеристики применяемые в линейных системах(частотные хар-ки).

Частотно-амплитуд. метод Гольдфарба Был предложен в 1941 - метод гармонического баланса. Основан на понятии о эквивалентном комплексном коэффициент усиления нелин. эл-та. Этот метод предполагает гармонический характер колебаний в системе, поэтому дает первое представление, но если это низкочастотный фильтр, то м-од даёт небольшую ошибку. Ошибка тем меньше, чем выше способность фильтрующей части, при АСУТП эта гипотеза всегда выполняется.

Исходную схему преобразуют в:

М-од Гольфабра позволяет решить задачи:

А)определение достаточных условий устойчивости нелинейности системы

Б)найти возможные автоколебательные режимы определить их параметры

В)исследовать режим вынужденных автоколебаний.

Г) Синтезировать корректирующие цепи для нелин. систем регулир-я, позволяющие либо сорвать режим автоколебаний, либо обеспечить автоколеб. с зад. параметрами.

К достоинствам относят большую наглядность и простоту.

Комплексный коэффициент усиления.

Рассмотрим нелинейный эл-т, у которого статическая характеристика представляет собой некоторую нелинейную ф-ию.

ε(t)=U(t)-y(t).

Нас интересует режим автоколебаний т.е. в системе устанавливается периодический режим в работе. Допустим, что на вх подается ε(t)=Asinw(t), то тогда на вых получаем δ(t)=ψ(Asinw(t)) и этот сигнал можно разложить в ряд Фурье, т.е.

δ(t)=a0+b1sinwt+a1coswt…

Обычно для типовых нелинейностей мы можем смещение средней линии принять а₀=0,

δ(t)=b1sinwt+a1coswt.

Коэффициенты sin и cos части разложения вых сигнала могут быть вычислены согласно теории рядов Фурье: ,

δ(t)=a₀+b₁sinwt+a₁coswt=А(b₁/А*sinwt+a₁/Аcoswt)=А(g(A)sinwt+b(A)cosw)

Амплитудная хар-ка- это отношение амплитуд вых ко вх.

 

- фаза НЭ

Такое представление эл-ов - м-од гармонического баланса. Для различных типов нелинейностей Гольдфарб получил амплитудные характеристики нелинейных элементов, эти характеристики табулированы.

Режим автоколебаний возникает в автономной системе. Если выполняется принцип гармонической линеаризации(фильтрация высших гармоник), то тогда режим автоколебаний может быть исследован путем рассмотрения св-в аналого-характерист.ур-ия лин.системы. 1+W_л(jω)W_нэ(A)=0. решение этого ур-ия позволяет определить значение амплитуды и частоты характеризующие параметры автоколебания. В том случае если лин.часть системы иметь высокий порядок то решение этого ур-ия не всегда может быть получено аналитически. Для практич.расчетов эту задачу решают графо-аналитически. W_л(jω)W_нэ(А)=-1, W_л(jω)=-1/W_нэ(А), W_л(jω)= -Z_нэ(A). (*)

 

Корни ур-ия (*) соотв.зн-ию параметра ЧХ лин.части системы и параметра обратной АХ нелин.элемента в точках их пересечения. Если эти хар-ки не пересекаются, то по первому приближению автоколебания отсутствуют. Для того чтобы определиться какие автоколебания будут существовать в точках пересечения необх.исслед.хар-р изменения АХ нелин.элемента. W_Л(jω)W_нэ(А)= -1. если рассм. |W_л(jω)W_нэ(А)|, то эта хар-ка в окрестности точки где значение амплитуды равно единице будет изменяться как показано на рисунке. Для того чтобы в системе возникали автоколебания хар-ка разомкнутой системы должна иметь вид 1. система раскачивания под номером 2. проанализировав различные нелинейности Гольдфарб предложил след. критерий, позволяющий оценить вопрос устойчивого существования периодического режима или оценить устойчивость автоколебаний. В соответствии с этим критерием мы можем определить возможное автоколебание, если рассм. поведение в точке пересечения обратной АХ. Если в непоср.близости от точки пересечения ЧХ лин.части системы не охватывает обратную АХ нелин.элемента –Z_нэ(A_k+∆А) соотв. некотор. увеличенному значению амплитуды то тогда автоколебание будет устойчивым. Входящая часть годографа обратной хар-ки это соотв.неустойчивым автоколебаниям. Для того чтобы исслед.режим автоколебаний необх: составить структурную схему системы выделив в ней линейную часть и элемент существенно нелин.хар-ки опред. перед. ф-ию лин. части системы и построить в компл.плоскости ЧХ лин.части. Для нелин.элемента определяется нормированная хар-ка и нормирующий множитель N=b/a, дальше строится обратная хар-ка: -Z_нэ(A)=1/-NW_нэо(А/а). Для того чтобы воспольз. табулированными параметрами строится NW_л(jω) и ищут точки пересечения с из ур-ия. Достоинтсво метода: простота, наглядность. Недостаток: каким образом система входит в режим автоколебаний, этим методом нельзя изучить.

ВОПРОС №9

СТАДИИ РАЗРАБОТКИ АСУ ТП

В соответствии со стандартами на разработку СУ:

1. стадия технического проектирования

- проектная НИР (НИОКР)

- эскизная разработка

- оценка технико-экономической эффективности

2. технический проект – более глубокая проработка ОУ

- разработка специального ПО

- определение состава КТС

3. рабочий проект – состав документации, по которому можно построить АСУ ТП

4. внедрение АСУ ТП

- наладка

- опытная эксплуатация

Иностранный проект

ФАЗА 0: разработка мастер-плана

ФАЗА 1:

- функциональная разработка

- анализ технологии

- оценка экономической прибыли

- проектная спецификация

ФАЗА 2: детальное проектирование и программирование

- детальный проект

- программирование

- разработка вычислительных и управляющих программ

- обучение

ФАЗА 3: привязка к объекту

- интеграция системы

- тестирование прикладных программ

ФАЗА 4: сдача

- настройка и сдача управления

- окончательное обучение и документирование

ФАЗА 5: сервис

- периодические пересмотры и поддержка на площадке заказчика

Внедряются CALS-технологии (Continuous Aquisition and Life-cycle Support)

Рассмотрим стадию технического задания (ТЗ) – функциональная разработка:

Главная задача – изучение Тех Пр-с как ОУ

- цели, критерии качества функционирования ТОУ

- технико-экономические показатели ОУ, связь их с объектом-прототипом

- структура ТОУ

- определение входных воздействий: возмущения (контролируемые, неконтролируемые), управляемые воздействия

- определения выходных координат, связь между переменными

- модели статики, динамики

- оценка степени стационарности модели управления

- статистические характеристики

Главное – решение задачи характеризации и структуризации системы

Под характеризацией системы понимают мат или к.л. другое формальное описание системы, когда предметом исследования является форма связи между переменными. Характеризация управляемой системы должна отражать лишь связи между управляемыми переменными и воздействиями, наиболее существенно влияющими на них.

Структуризация – процесс формулирования реальных задач управления в виде, поддающемуся решению в рамках ТАУ.

Наиболее трудоемкая работа на этапе НИОКР – построение ММ, которые в дальнейшем используются при синтезе АСУ ТП

ПОЛУЧЕНИЕ ММ

При синтезе локальных систем регулирования (ЛСР) используются линеаризованные модели динамики (ДУ 1-го и 2-го порядков с запаздываниями). Параметры получают экспериментально либо расчетным путем.

Для решения задач оптимального управления статическими режимами используют уравнение, связывающее энергетические и материальные балансы ТОУ, уравнение регрессии и т. д.

В задачах оптимального управления динамическими режимами технологической установки используют нелинейные ДУ, полученные из матер, энерг. балансов.

При выполнении предпроектных НИОКР применяют методы анализа ТАУ, методы построения ММ Þ производится эскизная проработка АСУ ТП – выбираются критерии и методы решения задачи оптимизации (декомпозиция); разработка функциональной и алгоритмической структуры, определение объемов информации о состоянии ТОУ и необходимых ресурсов вычислительного комплекса, предварительный выбор КТС; расчет технико-экон. эф-ти разрабатываемой системы; разработка технич. проекта – здесь производится более глубокая проработка НИР, в результате окончательно выбирается состав КТС, выполняются расчеты по оценке надежности, разрабатывается спец. ПО; на стадии рабочий проект разраб. состав документов, по которым можно провести монтажные и пуско-наладочные работы; на стадии внедрение проводятся монтажные, пуско-наладочные работы опытной эксплуатации системы.

АНАЛИЗ ТП КАК ОУ

Общие задачи управления ТОУ обычно формулируются как задача минимизации, максимизации некоторого критерия (себестоимость, энерг. затраты, прибыли) при выполнении ограничений на технол. параметры, накладываемые регламентом. Для того, чтобы решить задачу управления, она д.б. формализована (описана мат. зависимостью). При формализации ТОУ ставится в соответствие его мат. модель – совокупность мат. зависимостей, отражающих те особенности объекта, которые существенны для данного процесса управления, т.о. модель ОУ видоизменяется в завис-ти от задачи и цели упр-ия→ одному и тому же объекту соответствует целая совокупность моделей, отражающая разнообразные стороны его функционирования. При управлении агрегатом, если решается задача авт. стабилизации, то используется линейная модель динамики (ПФ, ЧХ). Для задач оптимизации используются модели статики (нелинейные модели). Решая задачу управления тех. процессом, его разбивают на отдельные участки, которые хар-ся небольшим числом переменных. Задачи управления отдельными стадиями обычно направлены на оптимизацию технологич. параметра или некоторого критерия, кот. легко вычисляется по измеренным режимным параметрам (производительность, раход энергии, концентрация продукта). Оптимизацию критерия проводят в рамках ограничений, задаваемых тех. регламентом. На основании задачи упр-ия отдельными стадиями пр-са формулир-ся задачи автом. регулирования тех. параметров для отдельных аппаратов. Анализ осн. аппаратов как объектов регулирования осущ-ся путем определения основных определенных групп переменных, характеризующих систему упр-ия независимо от физ. природы этих переменных.

ТОУ характеризуется тем, что в нем происходит взаимодействие материальных, и энергетических потоков, поэтому при реальном функционировании такого ОУ, можно выделить определенные группы переменных, характеризующих СУ независимо от физической природы этой переменой:

1. у- переменные, характеризующие состояние процесса. Их необходимо поддержать на определенном заданном уровне или изменять по определенному закону в соответствии с технологическим регламентом

Вектор управляющих величин определяется либо непосредственно, либо с помощью модели, т. е. состояния любой ТОУ характеризовать вектором управляющих величин с размерностью n

2. μ- переменные, изменением которых СУ может воздействовать на ОУ с целью управления – вектор управляющих (регулирующих) воздействий с размерностью т

Управляющие воздействия – организованные воздействия, реализуются с помощью средств воздействия на процесс

3. переменные, изменения которых не связаны с воздействиями СУ, т. е. те, которые характеризуют влияние внешних условий на ОУ -

По характеру и особенностям влияния на повеление объекта, возмущающие воздействия:

· внутренние

· внешние

Внутреннее возмущение – возмущение, которое совпадает с управляющим воздействием

Внешнее возмущение – возмущение, определяемое потребителем (например, изменение нагрузки)

· измеримое

· неизмеримое

Рассматривая СР ТОУ, приходится учитывать следующие специфические особенности ТОУ:

1. сложность и малоизученость химических реакции, процессов тепло и массообмена. Это обстоятельство заставляет определять математическое описание объектов экспериментальным путем

2. не стационарность статических и динамических характеристик, возникающих из-за постоянного отравления катализатора, образования накипи, осадков, изменение окружающих условий. Не стационарность затрудняет задачу автоматизации, т. к. приходится в процессе эксплуатации переналаживать АСР

3. наличие многочисленных источников шума и нестабилизированных возмущений (пульсация расходов сырья, теплоносителя, колебаний давления и т. д.) Þ при получении математического описания и при исследовании свойств системы необходимо использовать методы математической статистики и теорию вероятности

4. наличие внутренних прямых и обратных связей между управляемыми координатами и управляющими воздействиями

5. большая инерционность промышленных объектов, наличие элементов технологического оборудования, создающее существенное запаздывание сигнала

6. трудность проведения длительных экспериментов по наладке СУ в режиме нормальной эксплуатации технологического оборудования

 

ВОПРОС №10

Автоматизации производства (АП) – этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственным процессом и передачей этих функций автоматическим устройствам.

Управление производственным процессом (ПП) подразумевает целенаправленное воздействие на этот процесс, обеспечивающее оптимальный режим работы. Пр-с упр-ия сост. из 3-х операций: информацион, алгоритмич, энергетич.

Рассматривая задачу АТП, используется понятие технологического объекта управления (ТОУ).

ТОУ – совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям (регламентам) технологического процесса производства целевого продукта.

Характерная особенность ТОУ – целенаправленное воздействие на этот объект необходимо выполнять с учетом физических ограничений, которые определяются особенностями работы технологического объекта.

Существуют условные ограничения, повышение которых не нарушает протекание ТП, но может вызвать существенный ущерб.

Система управления (СУ) – совокупность средств, используемых для управления, персонал, принимающий непосредственное участие в управлении с ТОУ.

Эффективность работы СУ можно оценить с технологической точки зрения показателем эффективности (температура, качество, количество, давление, расход и т. д.)

Задача СУ – цель управления.

СУ:

- ручное управление (функции управления выполняет оператор) - дистанционное управление;

- автоматический контроль и ручное дистанционное управление (автоматизации подвергаются функции сбора информации);

- частичная автоматизация;

- комплексная автоматизация (кроме обеспечения нормальной эксплуатации, реализуются функции пуска, останова, аварийного отключения ТОУ);

- системы полной автоматизации.

История автоматизации характеризуется следующими этапами:

- развитие технологической базы

- техническая база построения СУ

- алгоритмизация

САУ (этапы):

- локальные АСР (наличие местных щитов). Местные щиты – до 50-х гг.

- 50-60-е гг. – системы централизованного контроля и управления, реализующие задачи комплексной автоматизации

- задача комплексной автоматизации начала решаться по того, как в промышленных СУ был реализован унифицированный информационный сигнал (УИС)

УИС позволяет достаточно просто тиражировать аналоговые информации, хранить, решать задачи защиты от помех типовыми способами и т. д.

Системы централизованного контроля позволили решить комплексную автоматизацию крупных ОУ (ТЭС, АЭС, химические предприятия).

УИС был преобразован в цифровой форму и, начиная с середины 50-х гг. при автоматическом управлении технологическими процессами применяется УВК (управляющий вычислительный комплекс) – информация обрабатывается программным способом. Это так называемые системы АСУ ТП.

АСУ ТП – частный случай АСУ, который отличается тем, что ОУ – ТП

АСУ – человеко-машинная система, обеспечивающая сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных областях человеческой деятельности. При этом в АСУ с наибольшей пользой используются возможности человека и техники

В химии 1-ая ЭВМ, используемая для управления ректификационной колонны, появилась в 1954 г. (PDP-5)

В АСУ ТП оператор решает функции ЛПР (лицо, принимающее решение)

АСУ – эргодическая система. Присутствие человека-оператора в этой системе определяется следующими причинами:

· сложность и малоизученность ТОУ

· отсутствие ТС, необходимых для реализации всех функций управления в полном объеме

· ТЭ целесообразность

Рассматривая АСУ ТП, принято в состав АСУ ТП включать: ТС, ПО, людей, принимающих участие в управлении

АСУ ТП и ТОУ образуют АТК (автоматический технологический комплекс)

Функция АСУ ТП – действие системы, направленное на достижение одной из частных целей управления

Существует 3 виды функций:

- информационные – сбор, преобразование, обработка информации о состоянии ТОУ, представление этой информации оперативному персоналу, передача инф. для последующей обработки

- управляющие – ф-ии, поддерживающие экстремальные ф-ии критерия оптимальности в усл. изменяющихся условий производственных ситуаций.

- вспомогательные (коммуникационные) – обеспечивают решение внутрисистемных задач.

В зависимости от особенностей решения этих функций, состава ТС, АСУ ТП:

- централизованная

- супервизорная

- децентрализованная

В централизованной АСУ ТП выделяют следующие подвиды:

- информационные

- ЦАСУ, работающие в режиме советчика

- ЦАСУ, работающие в режиме НЦУ (непосредственное цифровое управление)

ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ АСУ ТП

Предполагает наличие единого ВК и в зависимости от особенности выполнения функций подразделяются на:

- информационные: для того чтобы создать информационную систему необходимо иметь информационную модель ТП

- ЦАСУ, работающие в режиме советчика: должна быть динамическая модель ТП, и имея такую модель, компьютер должен выдавать в режиме реального времени (on-line) советы оператору

- ЦАСУ, работающие в режиме НЦУ (непосредственное цифровое управление): центральное ВУ реализует функцию многоканального УУ, если регулирование – то многоканальный регулятор

СУПЕРВИЗОВРНАЯ АСУ ТП

Централизованное ВУ играет роль супервизора (супер надсмотрщика) Þ низовая автоматизация решается с помощью ТС.

Супервизорные системы благодаря ЦВУ и ТСА предъявляют меньшие требования к надежности ЦВУ. Задача такой системы – поддержание работы ТОУ в режиме близком к оптимальному, Þ в супервизорных СУ в ПО этих систем присутствует оптимизационная модель процесса.

С практической точки зрения супервизорная АСУ ТП занимает промежуточное положение между комплексной автоматизацией и АСУ ТП.

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ АСУ ТП

Предполагает и реализует следующий принцип обработки технологической информации, т. е. технологическая информация должна обрабатываться там, где она возникает, Þ появляется распараллеливание. Положительный момент – сокращение кабельной продукции.

Появление дешевых процессоров вызвало возможность распараллеливания.

Децентрализация привела к тому, что в 1975 г. фирма Hamihall и Иокогава вывели на рынок продукцию распределенного управления TDC-2000.

В настоящее время компьютерная автоматизация решается с применение принципа распределенного управления (РСУ).

Система РСУ (DCS) предполагает сетевой обмен информацией в СУ ПП

Дальнейшее развитие принципа РУ привело к технологии Field Bus («Полевая шина»). При полевой шине, каждое отдельное устройство обменивается данными в цифровой форме.

Решение задачи автоматизации и применение современных вычислительных технологий привело к понятию компьютерной автоматизации ТП.

Компьютерная автоматизация CIM (Computer Integrated Manufacture)

CIM реализуется в 5-ти уровневой пирамиде.

 

1.MRP (Manufacture Resource Planning)

2.MES (Manufacture Execution System)

3.SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) или PMOT (Персональное Место Оператора-технолога)

4.Control

5.I/O (сенсоры)

ВОПРОС №11

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ АСУ ТП

Предполагает и реализует следующий принцип обработки технологической информации, т. е. технологическая информация должна обрабатываться там, где она возникает, Þ появляется распараллеливание. Положительный момент – сокращение кабельной продукции

Появление дешевых процессоров вызвало возможность распараллеливания

Децентрализация привела к тому, что в 1975 г. фирма Hamihall и Иокогава вывели на рынок продукцию распределенного управления TDC-2000

В настоящее время компьютерная автоматизация решается с применение принципа распределенного управления (РСУ)

Система РСУ (DCS) предполагает сетевой обмен информацией в СУ ПП

Дальнейшее развитие принципа РУ привело к технологии Field Bus («Полевая шина»). При полевой шине, каждое отдельное устройство обменивается данными в цифровой форме. Field Bus – это технология сенсорно-актуаторных коммуникаций повышенной надежности.

HART (High Way Remote Transducer)

Технология FB предполагает открытый цифровой обмен между различными устройствами цифровой автоматизации, т. е. обмен между КН, датчиками, ИМ, УСО различных производителей

Появление технологии FB стало возможным в силу реализации 2-х направленной помехоустойчивой связи между различными устройствами СУ. Благодаря этой технологии резко снижаются затраты на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства

Устройства FB способны передать диагностическую информацию на верхний уровень СУ, тем самым позволяет операторам немедленно локализовать неисправность

Технология FB предполагает, что к промышленной сети может быть подключено любое, совместимое по протоколу, устройство независимо от фирмы производителя

Стандарт FB позволяет устройствам обмениваться информацией по принципу Point-To-Point (PTP) Þ возможно распределять управление ТП непосредственно на уровне датчиков и ИМ Þ более полно используются ресурсы МП устройств нижнего уровня АСУ ТП

В результате:

1. уменьшается время реакции на событие

2. улучшается управляемость АСУ ТП

3. улучшается диагностика

4. большая гибкость

В результате освобождаемые ресурсы системы можно применять для решения задач АСУ

Решение задачи автоматизации и применение современных вычислительных технологий привело к понятию компьютерной автоматизации ТП.

Компьютерная автоматизация CIM (Computer Integrated Manufacture)

CIM реализуется в 5-ти уровневой пирамиде

 

 

 

5)I/O (Input/Output), уровень ввода – вывода (сбор технологической информации посредством датчиков и управление исполнительными механизмами, сенсоры и актуаторы); 4) 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); 2).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; 1) MRP (Manufacture Resource Planning) система автоматизации бухгалтерского учета, планирования, управления финансами и материально-техническим снабжением, организация документооборота.

Ф-ии:

КТС АСУ

КТС – комплекс технических средств

1. Локальная система авто контроля и регулирования

 

2. система КТС

 

Если задача автоматизации решается в рамках АСУ ТП с центральной структурой, то КТС представляет собой следующую схему

1 – подсистема дистанционного управления

2 – подсистема логического управления

3 – подсистема авторегулирования

4 – индивидуальные вторичные измерительные приборы

5 – устройство отображения информации

6 – пульт оператора

7 – ЭВМ, вычислительный комплекс, компьютер

8 – вышестоящая АСУ

ТСА РСУ в своем составе содержит ТС, характерные для АСУ ТП, но имеют ряд новых устройств: магистраль передачи данных, операторская станция, локальная технологическая станция, координирующая технологическая станция

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