Типовые структуры систем управления

При чтении проекта автоматизации в первую очередь необходимо выяснить, с каких мест те или иные участки объекта управляются, где размещены пункты управления, операторские помещения и какова взаимосвязь между ними, т. е. необходимо установить, какова структура управления объектом.

В самом общем виде структурная схема системы автоматизации представлена на рис. 2.4. 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,..., х _n.

К этим параметрам можно отнести как величины, определяющие, например, целесообразный конечный продукт технологического процесса, так и отдельные параметры, определяющие ход технологического процесса, его экономичность, безаварийную работу и т. д.

Кроме этих основных параметров, работа объектов автоматизации характеризуется рядом вспомогательных параметров (y ₁, y ₂,.. y_j), которые также должны контролироваться и регулироваться, например поддерживаться постоянными. К такого рода параметрам можно отнести, в частности, величины, определяющие работу установок подготовки технологического воздуха, технологического пара, насосных станций оборотного водоснабжения и т. д.

От этих установок требуется только подача на вход технологической установки исходного 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 f ₁, f ₂,… f_i, вызывающие отклонение параметров х₁, х₂,..., х _n от их оптимальных значений. Информация о текущих значениях х₁, х₂,..., х _n, y ₁, y ₂,.. y_j, поступает в систему управления и сравнивается с их предписанными значе­ниями g ₁, g ₂, … g_k, результате чего система управления оказывает управляющие воздействия ε₁, ε₂, … ε _m   на объект, направленные на компенсацию отклонений выходных параметров от их оптимальных значений.

 

 

Рис. 2.4. Структурная система автоматизации

 

Таким образом, объект автоматизации в общем случае состоит из нескольких в большей или меньшей степени связанных друг с другом участков управления. Последние 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 интересов эксплуатационного персонала, которому важно знать их значения для осуществления оптимального управления объектом, в общем случае должна обеспечивать разные уровни управления объектом автоматизации, т. е. должна включать в себя несколько пунктов управления, в той или иной сте­пени взаимосвязанных друг с другом.

С учетом изложенного структуры систем управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми централизованными и одноуровневыми, децентрализованными и многоуровневыми. Одноуровневыми системами управления называют системы, в которых управление объектом осуществляется из одного пункта управле­ния или из нескольких самостоятельных. Одноуровневые системы, в которых управления осуществляются из одного пункта управления, называют централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называют децентрализованными.

Структурные схемы одноуровневых централизованных (о) и децентрализованных (б) систем приведены на рис. 2.5. Стрелками показаны только основные потоки передачи информации от объекта управления к системе управления и управляющие воздействия системы на объект управления. На рис. 2.5 отдельные части сложного объекта управления ПУ1-ПУЗ разделены штриховыми линиями.

Одноуровневые централизованные системы применяются в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории. Большинство же промышленных объектов в настоящее время представляет собой сложные комплексы, отдельные части которых расположены на значительном удалении друг от друга. Кроме собственно технологических объекты имеют большое число вспомогательных установок, назначение которых состоит в обеспечении технологических установок всеми видами энергии (промышленные котельные, компрессорные, насосные станции оборотного водоснабжения), а также в утилизации или нейтрализации отходов технологического процесса (котлы-утилизаторы, очистные сооружения и т. п.).

Удаленность пункта управления от того или иного вспомогательного объекта затрудняет принятие оперативных мер по устранению неполадок. В этом случае более прием­лемой становится одноуровневая децентрализованная система управления.

 

Ц

 

Рис. 2.5. Схемы одноуровневых (а, б) и многоуровневой (в) систем управления

Если управление такого комплексного объекта построить по одноуровневой централизованной системе, то при этом намного усложнятся коммуникации системы управле­ния, резко возрастут затраты на ее сооружение и эксплуатацию, центральный пункт управления получится громоздким. Переработка большого количества информации, значительная часть которой является ненужной для непосредственного ведения технологического процесса, вызывает большие затруднения.

Однако с помощью одноуровневых систем не всегда возможно оптимально решить вопросы управления технологическими процессами. Это в первую очередь относится к сложным технологическим процессам, состоящим из нескольких технологически связанных комплексов и установок. В этом случае целесообразно переходить к многоуровневым системам управления.

На рис. 2.5, в представлена трехуровневая система управления сложным объектом с разветвленными технологическими связями между установками. Отдельные технологические установки управляются децентрализовано из пунктов управления 1- 7. Это уровень I управления. Из пунктов управления 1 и 2, 3-5, 6 и 7 соответственно управ­ляются объекты, имеющие существенную технологическую взаимозависимость. В связи с этим наиболее ответственные регулируемые параметры этих установок передаются на пункты управления 8—10 уровня II управления. Основные параметры, определяющие технологический процесс объекта в целом, могут контролироваться из пункта управления 11уровня III.

При проектировании целесообразно предусматривать три режима управления:

1) команды поступают от уровня более высокого ранга;

2) команды формируются непосредственно на первом eровне управления;

3) часть команд поступает с уровня более высокого ранга, а часть команд формируется непосредственно на первом уровне.

Для второго уровня и выше возможны четыре режима работы:

1) аппаратура данного 1-го ранга принимает и реализует в управляющие воздействия команды (i+1)-го ранга;

2) команды формируются непосредственно на аппаратуре i-то ранга;

3) все функции управления с 1-го ранга передаются на аппаратуру (i-1)-го ранга;

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

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

 

Глава 3