Функции и состав АСУТП

Системы управления, в т.ч. и АСУТП, являются системами переработки информации. Согласно ГОСТам АСУТП выполняет информационные и управляющие функции.

Информационная функция АСУТП заключается в получении информации, необходимой для управления технологическим объектом, предоставлении этой информации оперативному персоналу или передачи её для последующей обработки. Примерами информационных функций АСУТП служат следующие:

1. Централизованный контроль за состоянием ОУ для принятия решения

2. Измерение (непрерывное, периодическое, по вызову), отображение и регистрация технологических параметров и показателей оборудования

3. Обнаружение, отображение и сигнализация отклонений состояний параметров технологического оборудования

4. Логические и вычислительные операции информационного характера, их отображения

5. Косвенные измерения на ОУ

6. Вычисление и анализ комплексных показателей, характеризующих качество продукции, вычисление эксплуатационных и технико-экономических показателей работы оборудования.

7. Диагностика протекания тех процесса и состояния оборудования и обнаружение ненормальных (предаварийных) ситуаций

8. Анализ срабатывания блокировок и защит

9. Подготовка и обмен информацией со смежными и вышестоящими системами

10.Повышение достоверности информации, поступающей с ОУ. Прогнозирование хода тех процесса

Управляющая функция АСУТП заключается в выработке решений и/или осуществления управляющих воздействий на ТОУ.

Примеры управляющих функций АСУ ТП:

1. Стабилизация технологических параметров в условиях постоянно действующих возмущений по нагрузке, по составу сырья и т.д.

2. Программное регулирование режима работы ТОУ по замкнутому закону (управление скоростью вращения мешалки)

3. Логико-программное управление технологического управления (запуск/останов процесса)

4. Оптимизация установившегося режима ОУ в целом по заданному критерию или отдельных частей ОУ по заданным критериям, например, по ТЭП

5. Оптимальное управление в переходных режимах протекания ТП (запуск/останов, переход с одного режима на другой)

6. Распределение материальных и энергетических потоков и нагрузок между агрегатами ТП

7. Адаптивное управление ТОУ в условиях изменяющихся условий работы и нестационарности характеристик ОУ

8. Координация работы частей технологического оборудования особенно в условиях подключения резервного оборудования при отказах или остановок его для целей профилактического ремонта под наладки и т.д.

9. Управление в нестандартных или аварийных ситуациях

Большинство управляющих функция обычно выполняется автоматически, однако последние две пока чаще выполняются оперативным персоналом.

Помимо двух вышеуказанных функций (инф и упр) АСУ ТП выполняет вспомогательные функции, связанные с решением внутрисистемных задач. Например, диагностика ВК, программирование и включение новых задач управления.

Совокупность вышеуказанных функций вместе со связями, отражающими соподчиненность функций, при достижении цели управления в АСУ ТП образует функциональную структуру АСУТП.

Для реализации вышеуказанных функций АСУ ТП должно иметься соответствующее обеспечение, однако классификация обеспечения не совпадает с классификацией функций. Например, потому что для реализации упр функций требуются соответствующие техн средства (регулирующие органы, ИМ, каналы связи), программное обеспечение и определенное взаимодействие программного персонала. Реализация информационных функций также требует как технич устройств, так и соответствующих программ контроля и визуализации информации о состоянии и характеристиках ОУ.

Т.о. АСУ ТП включает:

· Оперативный персонал

· Организационное

· Информационно

· Программное

· Математическое

· Техническое обеспечение

Рассмотрим отдельные компоненты АСУ ТП:

1. Оперативный персонал АСУ ТП включает технологов-операторов и операторов ВК (ремонтный персонал). Структура взаимодействия оперативного персонала соответствует организационной структуре АСУ ТП

2. Организационное обеспечение АСУ ТП включает описание функциональной, технической и организационной структур системы. Инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Организационное обеспечение должно содержать совокупность правил и предписаний, обеспечивающих требуемое для правильной работы АСУ ТП взаимодействие оперативного персонала между собой и с комплексом технических средств.

3. Информационное обеспечение АСУ ТП включает в себя множество всех сигналов, массивов данных и документов, необходимых для выполнения всех функций системы. А также описание каждого такого носителя информации. В таком описании (спецификации) указывают источник сигнала и его местоположение (это может быть датчик на объекте, банк справочных данных, технолог-оператор). Класс носителя информации (текущее состояние, прогнозируемое возмущение, уставка). Способ кодирования информации. Скорость передачи информации. Форма представления документа. Структура связи между сигналами, массивом данных и документами соответствует информационной структуре АСУ ТП.

4. Программное обеспечение АСУ ТП включает совокупность программ, обеспечивающую реализацию функций АСУ ТП заданные функционированием комплекса технических средств и предполагаемое развитие системы. ПО содержит 2 части: общее ПО, поставляемое со средствами ВТ (ОС, трансляторы…), и функциональное, используемое для реализации функций АСУ ТП. В первое время ПО разрабатывалось применительно к каждой конкретной системе. В настоящее время такое ПО набирают из библиотек. Разработка АСУ ТП сводится к конструированию комплексной программы управления специфичной для каждой конкретной системы из указанных программных модулей. Такая комплексная программа управления (КПУ) образует структуру функционального ПО, элементами которой являются функциональные программы, а связи отражают информационное и временное взаимодействие таких программ с учетом реализации всей комплексной программы управления в реальном времени и с приоритетами отдельных функций АСУ ТП.

5. Математическое обеспечение АСУТП. Разработка функционального ПО базируется на мат. обеспечении, куда входят мат. модели задач контроля и управления, решаемые в рамках АСУТП, методы их решения и соответствующие алгоритмы. Формально мат. обеспечение не входит в состав АСУТП. Проектировщики АСУТП тратят основные усилия на разработку мат. обеспечения. Разработка мат. обеспечения пока является плохо формализуемой, а следовательно, трудно автоматизируемым процессом. В то время, как автоматизация программирования. Конечным результатом разработки мат. обеспечения является комплексный алгоритм управления (КАУ). КАУ с помощью средств управления дает КПУ. КАУ образует алгоритмическую структуру АСУТП.

6. Техническое обеспечение АСУТП. Оно включает в себя комплекс технических средств (КТС) вместе с документацией на эти технические средства. КТС предназначен для аппаратурно-программной реализации функций АСУТП. Состав и конфигурация КТС существенном меняются с развитием техники. Однако, наиболее характерные составные части этого комплекса могут быть классифицированы следующим образом.

· Средства получения инфы об ОУ (датчики состояния ОУ, двухпозиционные устройства, дающие инфу о включении/выкл оборудования; средства ввода данных в систему через клавиатуру, через ключи дистанционного управления или др.)

· Средства формирования и передачи информации (устройства связи с ОУ, куда входят промежуточные преобразователи, включая ЦАП, модуляторы/демодуляторы, аппаратура телефонной, телеграфной, высокочастотной связи)

· Средства представления информации оперативному персоналу (визуальные индикаторы; измерительные приборы показывающего и регистрирующего типа; сигнальные табло и мнемосхемы; печатающие устройства; дисплеи)

· Средства обработки и хранения информации (универсальные и управляющие вычислительные машины; микропроцессорные машины и микроконтроллеры, нередко устанавливаемые на технологическом оборудовании; запоминающие устройства различных типов)

· Исполнительные устройства и регулирующие органы

· Вспомогательные устройтсва (приборы и устройства, необходимые для наладки и проверки работоспособности всего комплекса)

Структура связи между техническими средствами называется технической структурой АСУТП. Связи между элементами технической структуры соответствуют реальным соединительным линиям.

7.

Проблемы математического, технического и информационного обеспечения

Анализ этих видов обеспечения АСУТП позволяет выявить ряд проблем, с которыми сталкиваются разработчики на различных стадиях создания СУ.

1. Среди проблем организационного обеспечения следует выделить проблему оптимального распределения функций между оперативным персоналом и ВК. Эта проблема связана с надежностью СУ и её экономической эффективностью и в настоящее время эта проблема решается методом последовательного приближения. Начинают с автоматизации ключевых участков ТП, где эффективность замены ручного управления автоматически является наивысшей, и постепенно охватывают автоматизацией другие участки, подкрепляя это технико-экономическими и социально-экономическими основаниями.

2. Проблема полноты информации необходимой и достаточной для управления в заданном смысле. Теория оптимального управления в этом случае дает четкую рекомендацию о составе информации для того, чтобы управление было оптимальным. Для этого необходимо иметь информацию о текущем состоянии объекта, иметь информацию о текущих и будущих значениях возмущений (прогноз) и иметь прогноз или временную экстраполяцию состояния объекта через какой-то промежуток времени. Т.е. это набор уравнений, связывающих оптимальное значение критерия со значениями параметров в настоящий момент и с прогнозом, а также с возмущения в настоящий момент и прогнозом возмущений. В связи с этим получение информации о состоянии ОУ и действующих на него возмущений является важнейшей задачей информационного обеспечения. Проблема состоит в том, что получить полную информацию указанного состава для большинства ТП практически невозможно по многим причинам: из-за высокой размерности моделей состояния ОУ, из-за отсутствия такой модели, а также из-за физического отсутствия ряда датчиков. Поэтому приходится довольствоваться заведомо неполной информацией и использовать упрощенные законы от входа. В настоящее время нет теории, позволяющей давать оценку потерь качества управления из-за неполноты информации, а также оценку самой неполноты информации.

3. В связи с этим возникает проблема выбора наиболее информативных переменных, использование которых достаточно для получения заданного качества управления. Её решение в значительной мере связана с проблемой датчиков. Поскольку многие важные в информационном плане переменные до сих пор не имеют датчиков, дающих информацию с достаточной точностью и без существенного запаздывания. Наибольшее число проблем при создании систем связано с математическим обеспечением АСУТП

4. Проблема формализации общей задачи управления ТП, т.е. представлением её в виде одной или нескольких математических задач. Сложность такой формализации связана с целым рядом факторов, которые необходимо учитывать при автоматизации производственных систем. К ним относятся:

· Многокритериальность. Наличие нескольких целей и критериев управления, которые должны достигаться в процессе функционирования системы (цели общего технологического характера – получение одного или нескольких видов продукции определенного качества и количества; цели частного технологического характера – обеспечение требуемого режима работы технологических аппаратов; экономического характера – обеспечение максимальной экономической эффективности производства; социального характера – обеспечение безопасности труда персонала и определенные удобства в работе)

· Многофакторность – это наличие с одной стороны большого количества переменных состояния ОУ, оценка которых позволяет судить о достижении тех или иных целей. С другой стороны большое количество управляющих воздействий, позволяющих влиять на состояние объекта.

5.