Системи автоматизації технологічних процесів основні принципи побудови систем автоматизації

Основні інженерні завдання, які виникають при розробці систем автоматизації (СА), розв'язують під час проектування схем автоматизації. Можна виділити таку послідовність їх вирішення.

Аналіз технологічного процесу. Розробка ефективної СА можлива тільки на засадах глибоких знань технології виробництва, що автоматизується, його технологічного регламенту, конструктивних особливостей технологічного устаткування та режимів його роботи. Особливу увагу при цьому звертають на можливість стабілізації технологічних потоків виробництва та узгодження продуктивності суміжних дільниць, що дає можливість зменшити вплив одного з основних збурень - збурення за навантаженням. Таке узгодження реалізується, наприклад, системою управління соковим потоком цукрового заводу.

Важливе значення для вирішення зазначеного завдання має тип структури технологічної дільниці або технологічного комплексу (ТК). К з паралельно працюючими апаратами має складніші внутрішні зв'язки порівняно з послідовною структурою, але дає можливість узгоджувати навантаження агрегатів різної продуктивності шляхом послідовного з'єднання ТК з різною кількістю апаратів, підвищує надійність роботи устаткування за рахунок перерозподілу навантажень, дозволяє нарощувати потужність ТК з допомогою під'єднаний нових апаратів. Якщо неможливо узгодити продуктивність і ритм окремих дільниць, то змінюють їх буферність за рахунок проміжних накопичувачів продуктів та встановлення гнучких чи нанівгнучких зв'язків між ними. При цьому враховують, що збільшення об'єму цих накопичувачів, як правило, призводить до збільшення втрат корисних складових кінцевого продукту. Визначення Інформації, необхідної для оцінки стану об'єкта. Аналіз технологічного процесу дозволяє вибрати ті величини, Інформація про які необхідна для оцінки стану об'єкта. Цей вибір має велике значення для подальшої побудови СА, тому що надлишкова інформація суттєво збільшує вартість системи, а недостатнє інформаційне забезпечення процесу управління може привести до помилок в реалізації технологічного регламенту. Останній є визначальним при розв'язанні цього завдання.

Аналіз існуючих систем автоматизації. Остаточне рішення про автоматизацію виробництва приймають після: аналізу існуючих вітчизняних та закордонних систем автоматизації. Створюваний варіант СА повинен забезпечити досягнення найбільших техніко-економічних показників серед існуючих СА подібних об'єктів і не тільки відповідати прийнятим технологічним вимогам, але й враховувати перспективи удосконалення технологічних процесів та особливості розвитку технічних засобів автоматизації. Останнє дозволяє провадити реконструкцію ТОУ та СА без суттєвих витрат. Оптимальний рівень автоматизації визначається поставленими завданнями з урахуванням техніко-економічного обгрунтування доцільності автоматизації.

 

Вибір каналів управляючих (регулюючих) дій починають з вибору вихідних величин каналів, керуючись при цьому технологічним регламентом та сформованою метою управління об'єктом. Далі, аналізуючи статичні і динамічні характеристики можливих канатів регулювальних (управляючих) дій, вибирають ті з них, що найкраще реалізують мету управління та відповідають технологічному регламенту. Перевагу мають канали з невеликими інерційностями та запізненнями такими коефіцієнтами передачі, що дозволяють компенсувати вплив на відповідну вихідну величину найбільшого із збурень. Такий підхід застосовують при автоматизації діючих об'єктів. А при автоматизації нових об'єктів доцільно одночасно створювати технологічний процес та систему управління ним.

У цьому випадку вони найбільш повно будуть відповідати вимогам до автоматизованих процесів, тому що на стадії проектування спеціалісти з автоматизації будуть задавати, а спеціалісти-технологи реалізовувати необхідні статичні та динамічні властивості об'єкта, що дозволяє отримати необхідну якість процесу управління. При цьому також широко використовують системи автоматизації типових технологічних процесів, що розглянуті нижче.

 

Вибір на технологічній схемі інформаційних точок. Багато об'єктів, що автоматизуються, є об'єктами з розподіленими параметрами, тому від правильного вибору точок для отримання інформації залежить не тільки статична та динамічна точність оцінки відповідних величин, але й якість сигналу.

В системах автоматичного регулювання місцезнаходження точки отримання інформації впливає на динамічні та статичні характеристики об'єкта, а, значить, і на структуру системи, параметри настроювання регулятора та показники функціонування системи.

У загальному випадку технологічна величина, інформація про яку необхідна для функціонування СА, розподілена по довжині агрегату і безперервно змінюється в часі. Завдання, яке виникає при цьому, зводиться до вибору кількості та місцезнаходження інформаційних точок. Оцінку необхідної відстані між ними знаходять за допомогою обраного алгоритму інтерполяції, задаючи середню квадратичну похибку функції розподілу відповідної величини.

 

Лекція № 9

Вибір технічних засобів

Це одне з найважливіших і найскладніших завдань розробки системи автоматизації. При побудові таких систем за допомогою мікропроцесорної техніки можна виділити такі п'ять підзавдань: вибір типу мікропроцесорного контролера (МІЖ) та їх кількості, розрахунок апаратурного складу МГІК, вибір засобів отримання інформації, вибір засобів подання інформації, "вибір засобів реалізації регулювальних дій. У ралі застосування дисплею як засобу подання інформації забезпечення функціонування об'єкта на основі даних, одержаних при реалізації інформаційних функцій.

Функції реалізації дій управління перетворюють сигнали від функцій формування дій управління у фізичні дії на об'єкт.

Функції програмування (вибору) режимів управління формують значення сукупності технологічних змінних(технологічні режими) за сигналами, одержаними ззовні, наприклад, від системи вищого рівня або від розв'язання завдань оптимізації підсистем ТК і координації їх роботи. Наведені функції є типовими для всіх видів управління (координатного, параметричного, структурного), а обсяг операцій та їх зміст повністю визначається властивостями і структурою об'єкта. Сукупність названих функцій утворює контур управління (регулювання).

Для структурного управління першочергового значення набувають й інші функції. Функція технологічного діагностування -це інформаційна функція контурів структурного управління, яка з'Ієднує такі операції: контроль змін технічного стану; пошук місця цих змін, оцінка глибини (обсягу) змін стану об'єкта діагностування. Для компенсації збурень у контурах структурного управління використовуються такі функції:

· реконфігурації структури об'єкта, що в результаті забезпечує вибір найкращого варіанта структури об'єкта, встановлення необхідних Зв'язків і режимів функціонування окремих елементів;

· аварійного захисту, до якого входять операції оцінки відмов (простих їй аварійних) та локалізація їх впливу на працюючі елементи, а також переведення об'єкта за допомогою реконфігурації його структури в Один із необхідних станів - працюючий або з простими відмовами;

· управління резервами, тобто підключення при необхідності резервних елементів і контроль результатів цих підключень:

· технологічного обслуговування та ремонту: для визначення обсягу змісту відновних робіт, встановлення" нових режимів функціонування За цей період, виконання самого обслуговування та ремонту, а також ібнтролю якості

· відновних робіт.

У системах програмного управління "близькість" поточного значення оцінюється при зміні завдання (програми). В системах стабілізації й програмного управління задані значення координат відомі, але у першому випадку вони постійні на тривалих інтервшіах часу, в другому - змінюються за програмою.

У системах слідкуючого управління задані (потрібні) значення координат є випадковими величинами, а саме завдання - функцією довільного виду, яка наперед відома.

Системи екстремального управління повинні забезпечувати пошук та утримання такого режиму роботи об єкта, який відповідає екстремуму його статичної характеристики, наприклад, максимальному тепловиділенню для теплогенераторів.

Системи оптимального управління забезпечують найкращий режим роботи об'єкта в існуючих умовах (при певних ресурсах і обмеженнях), що оцінюється кількісно за допомогою комплексного показника якості (критерію огітимальності). У реальних системах виникає потреба в компенсації всіх трьох видів збурень: координатних, параметричних, структурних. У багатьох випадках компенсація одного із збурень зумовлює повну чи часткову компенсацію інших. Для компенсації збурень використовуються різні функціональні структури. При безпосередньому вимірюванні збурень можна так організувати додатковий контур у системі, що її вихідна величина не буде взагалі відчувати дію збурень (інваріантні системи), В системах управління найчастіше організовують контур ао відхиленню, коли сигнал управління формується згідно з величиною відхилення регульованих координат від їх заданих значень. При необхідності поліпшенім якості управління І відповідно до конкретних властивостей об'єкта застосовуються комбіновані" системи; Детально їх розглядають у третьому розділі, а тут" наводяться лише дані для загального уявлення про класи систем, види та завдання управління. Окремий клас становлять "адаптивні системи, які для об'єктів харчової промисловості мають першочергове значення. Як уже згадувалося вище, в процесі експлуатації значно виникає додаткове підзавдання - вибору персональної ЕОМ (ПЕОМ). Деякі з названих підзавдань розглянуті в попередніх розділах підручника, інші більш докладно розглянуті нижче.

Зазначимо також, що у всіх випадках вибрані технічні засоби повинні бути серійними, однорідними за" своїми технічними характеристиками і належати до державної системи приладів.

Певне місце розташування в будь-якій СА мають дві групи технічних засобів (ТЗс). Це, насамперед, ТЗс, за допомогою яких безпосередньо отримують інформацію або формують управляючі дії і які розташовані на технологічному устаткуванні та труоопроводах: чутливі елементи, відбірні пристрої, регулювальні органи, виконавчі пристрої тощо. Інша група ТЗс, до якої входять, в основному, проміжну перетворювачі та підсилювачі, розміщується і!на місці", тобто між технологічним обладнанням та пунктами управління. Розташування інших ТЗс залежить від обраної структури системи автоматизації. Вони, як правило, знаходяться у щитових конструкціях на локальних або центральному пунктах управління.

Будь-яка система автоматизації має в своєму складі схеми управління, сигналізації та захисту, їх розробку починають вже при проектуванні СА, складаючи з урахуванням визначених функцій СА алгоритми роботи цих схем. Необхідність вирішення такого завдання обумовлена тим, що приймальні (командоапарати, технологічні контакти і т.д.) та виконавчі (світлові та звукові сигналізатори, магнітні пускачі і т.д.) елементи, робота яких регламентована вказаними алгоритмами, зображуються на СА.

 

 

Лекція №10