Технические средства автоматизации в системах управления

Общие сведения о технических средствах автоматизации.

Необходимость изучения общих вопросов, касающихся технических средств автоматизации и государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), диктуется тем, что технические средства автоматизации являются неотъемлемой частью ГСП. Технические средства автоматизации представляют собой основу при реализации информационно-управляющих систем в промышленной и непромышленной сферах производства. Принципы организации ГСП в значительной мере определяют содержание этапа проектирования технического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). В свою очередь, основу ГСП составляют проблемно-ориентированные агрегатные комплексы технических средств.

Типовые средства автоматизации могут быть техническими, аппаратными, программно-техническими и общесистемными [1].

К техническим средствам автоматизации (ТСА) относят:

· датчики;

· исполнительные механизмы;

· регулирующие органы (РО);

· линии связи;

· вторичные приборы (показывающие и регистрирующие);

· устройства аналогового и цифрового регулирования;

· программно-задающие блоки;

· устройства логико-командного управления;

· модули сбора и первичной обработки данных и контроля состояния технологического объекта управления (ТОУ);

· модули гальванической развязки и нормализации сигналов;

· преобразователи сигналов из одной формы в другую;

· модули представления данных, индикации, регистрации и выработки сигналов управления;

· буферные запоминающие устройства;

· программируемые таймеры;

· специализированные вычислительные устройства, устройства допроцессорной подготовки.

К программно-техническим средствам автоматизации относят:

· аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

· управляющие средства;

· блоки многоконтурного аналогового и аналого-цифрового регулирования;

· устройства многосвязного программного логического управления;

· программируемые микроконтроллеры;

· локально-вычислительные сети.

К общесистемным средствам автоматизации относят:

· устройства сопряжения и адаптеры связи;

· блоки общей памяти;

· магистрали (шины);

· устройства общесистемной диагностики;

· процессоры прямого доступа для накопления информации;

· пульты оператора.

 

Технические средства автоматизации в системах управления

 

Любая система управления должна выполнять следующие функции:

· сбор информации о текущем состоянии технологического объекта управления (ТОУ);

· определение критериев качества работы ТОУ;

· нахождение оптимального режима функционирования ТОУ и оптимальных управляющих воздействий, обеспечивающих экстремум критериев качества;

· реализация найденного оптимального режима на ТОУ.

Эти функции могут выполняться обслуживающим персоналом или ТСА. Различают четыре типа систем управления (СУ):

1) информационные;

2) автоматического управления;

3) централизованного контроля и регулирования;

4) автоматизированные системы управления технологическими процессами.

 

Информационные (неавтоматизированные) системы управления (рис. 1.1) применяются редко, только для надежно функционирующих, простых технологических объектов управления ТОУ.

Рис. 1.1. Структура информационной системы управления:

Д - датчик (первичный измерительный преобразователь);

НП – нормирующий преобразователь;

ВП - вторичный показывающий прибор;

ОПУ- операторский пункт управления (щиты, пульты, мнемосхемы, устройства сигнализации);

УДУ – устройства дистанционного управления (кнопки, ключи, байпасные панели управления и др.);

ИМ – исполнительный механизм;

РО - регулирующий орган;

С - устройства сигнализации;

МС – мнемосхемы.

 

В некоторых случаях в состав информационной СУ входят регуляторы прямого действия и встроенные в технологическое оборудование регуляторы.

В системах автоматического управления (рис. 1.2) все функции выполняются автоматически при помощи соответствующих технических средств.

Функции оператора включают в себя:

· техническую диагностику состояния САУ и восстановление отказавших элементов системы;

· коррекцию законов регулирования;

· изменение задания;

· переход на ручное управление;

· техническое обслуживание оборудования.

 

Рис. 1.2. Структура системы автоматического управления (САУ):

КП - кодирующий преобразователь;

ЛС - линии связи (провода, импульсные трубки);

ВУ - вычислительные устройства

Системы централизованного контроля и регулирования (СЦКР) (рис. 1.3). САУ применяются для простых ТОУ, режимы функционирования которых характеризуются небольшим числом координат, а качество работы одним легко вычисляемым критерием. Частным случаем САУ является автоматическая система регулирования (АСР).

Система управления, автоматически поддерживающая экстремальное значение ТОУ, относится к классу систем экстремального регулирования.

Рис. 1.3. Структура системы централизованного контроля и регулирования:

ОПУ - операторский пункт управления;

Д - датчик;

НП – нормирующий преобразователь;

КП - кодирующие и декодирующие преобразователи;

ЦР - центральные регуляторы;

МР – многоканальное средство регистрации (печать);

С - устройство сигнализации предаварийного режима;

МПП - многоканальные показывающие приборы (дисплеи);

МС - мнемосхема;

ИМ - исполнительный механизм;

РО - регулирующий орган;

К – контроллер

АСР, поддерживающие заданное значение выходной регулируемой координаты ТОУ, подразделяются на:

· стабилизирующие;

· программные;

· следящие;

· адаптивные.

Экстремальные регуляторы применяются крайне редко.

Технические структуры СЦКР могут быть двух типов:

1) с индивидуальными ТСА;

2) с коллективными ТСА.

В системе первого типа каждый канал конструируют из ТСА индивидуального пользования. К ним относятся датчики, нормирующие преобразователи, регуляторы, вторичные приборы, исполнительные механизмы, регулирующие органы.

Выход из строя одного канала регулирования не приводит к остановке технологического объекта.

Такое построение увеличивает стоимость системы, но повышает ее надежность.

Система второго типа состоит из ТСА индивидуального и коллективного пользования. К ТСА коллективного пользования относят: коммутатор, КП (кодирующие и декодирующие преобразователи), ЦР (центральные регуляторы), МР (многоканальное средство регистрации (печать)), МПП (многоканальные показывающие приборы (дисплеи)).

Стоимость коллективной системы несколько ниже, но надежность в сильной степени зависит от надежности коллективных ТСА.

При значительной длине линии связи применяют индивидуальные кодирующие и декодирующие преобразователи, размещенные около датчиков и исполнительных механизмов. Это повышает стоимость системы, но улучшает помехозащищенность линии связи.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) (рис. 1.4) - это машинная система, в которой ТСА осуществляют получение информации о состоянии объектов, вычисляют критерии качества, находят оптимальные настройки управления. Функции оператора сводятся к анализу полученной информации и реализации с помощью локальных АСР или дистанционного управления РО.

Различают следующие типы АСУТП:

· централизованная АСУ ТП (все функции обработки информации и управления выполняет одна управляющая вычислительная машина УВМ) (рис.1.4);

 

Рис. 1.4. Структура централизованной АСУ ТП:

УСО - устройство связи с объектом;

ДУ - дистанционное управление;

СОИ - средство отображения информации

 

· супервизорная АСУТП (имеет ряд локальных АСР, построенных на базе ТСА индивидуального пользования и центральной УВМ (ЦУВМ), имеющей информационную линию связи с локальными системами) (рис. 1.5);

·

Рис. 1.5. Структура супервизорной АСУТП: ЛР - локальные регуляторы

 

· распределенная АСУТП - характеризуется разделением функций контроля обработки информации и управления между несколькими территориально распределенными объектами и вычислительными машинами (рис. 1.6).

 

Рис. 1.6. Иерархическая структура технических средств ГСП