Иерархия управления. Назначение систем управления химическим предприятием и химико-технологическим процессом

Примечание

В простейшем случае управляющим устройством является автоматический регулятор. В более широком смысле под управляющим устройством можно понимать совокупность персонала и автоматических устройств, связанных общей задачей управления, которую называют управляющей системой. Автоматические устройства, входящие в управляющую систему, по своим функциональным признакам можно подразделить на устройства контроля и диагностики, сигнализации, блокировки и защиты, регулирования, управления. Сюда же можно отнести и вычислительную технику.

В любой момент времени состояние детерминированного объекта является функцией начального состояния объекта и входных воздействий (возмущающих и управляющих):

Используя введенные термины, можно сказать, что управление — это определение состояния , обеспечивающего достижение цели, и управляющего воздействия , которое приведет объект в это состояние, удовлетворяя при этом ограничениям, которые накладываются на и

Регулирование отличается от управления тем, что желаемое состояние объекта известно (задано) и для достижения этого состояния необходимо определять только

Значение управляемого параметра, соответствующее желаемому в данный момент состоянию ОУ, будем называть заданным значением и обозначать .

Системой автоматического управления (САУ) называется система, представляющая собой совокупность объекта управления и управляющего устройства, взаимодействие которых между собой обеспечивает процесс управления без участия человека.

Для системы управления входными величинами являются:

• возмущающие воздействия;

• цель управления.

Системой автоматического регулирования (САР) называется совокупность объекта управления и управляющего устройства (называемых в этом случае объектом регулирования и регулятором), которые без участия человека обеспечивают процесс регулирования.

Для системы регулирования входными величинами являются:

• возмущающие воздействия;

• задающее воздействие.

Человеко-машинную систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимального управления в различных сферах человеческой деятельности, называют автоматизированной системой управления (АСУ). То есть АСУ — это система управления, часть функций которой, главным образом функцию принятия решений, выполняет человек.

Степень участия человека (оператора) в управлении может быть различной и определяется задачами, стоящими перед системой управления, наличием разработанных методов управления и технических средств управления. Возьмем в качестве примера управление химическим реактором непрерывного действия. Вывод реактора на режим, определяемый технологическим регламентом (например, после капитального ремонта), или останов реактора являются довольно сложными задачами управления и решаются с помощью АСУ, т. е. при участии человека. После вывода реактора на технологический режим управление реактором, а также контроль, сигнализация, блокировка и защита реактора осуществляются системой управления без участия человека. Тогда можно считать, что на этапе работы реактора в технологическом режиме система управления является автоматической.

В зависимости от объектов управления различают:

• АСУП — автоматизированная система управления предприятием;

• АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим процессом;

• САР — локальные системы автоматического регулирования.

В АСУП объектом управления является предприятие; в АСУ ТП — технологический процесс; в локальных САР — механизм, машина, технологический аппарат.

Управление химическим предприятием осуществляется по многоуровневому иерархическому принципу.

На нижнем уровне иерархии находятся локальные САР, которые регулируют отдельные технологические параметры. Локальные САР входят в состав АСУ ТП и играют роль своеобразных усилителей управляющих сигналов, формируемых на более высоких уровнях управления.

Локальная САР состоит из объекта управления (ОУ) и управляющего устройства (УУ), которые взаимодействуют между собой. ОУ является динамической системой, состояние которой изменяется под действием возмущающих и управляющих воздействий.

При нормальном протекании процесса технологические параметры имеют номинальные значения. Возмущающие воздействия могут изменять технологические параметры, выводя ОУ из установленного регламентом режима. При регулировании непрерывных ХТП цель регулирования на нижней ступени иерархии заключается в поддержании определенных технологических параметров на заданном уровне с помощью УУ.

Условно к управляющему устройству на нижнем уровне иерархии можно отнести средства автоматического контроля (преобразователи и измерительные устройства), логические устройства (автоматический регулятор или программируемый логический контроллер), технические средства изменения энергетических и материальных потоков (регулирующие клапаны и исполнительные механизмы). АСУ ТП находятся на более высоком уровне иерархии. На этом уровне управления решаются задачи отыскания оптимальных режимов совместно работающих технологических аппаратов, распределения нагрузки между отдельными технологическими аппаратами с применением управляющих ЭВМ. Системы управления обеспечивают:

• необходимый объем дистанционного контроля, управления и автоматизации объектов управления;

• сигнализацию о состоянии технологического оборудования и отклонении технологических параметров объектов от их номинальных значений (последние характеризуют нормальный технологический режим ведения процесса), что позволяет своевременно предупредить персонал о возможности возникновения аварийного режима работы;

• защиту окружающей среды от вредных воздействий (газовые выбросы, жидкие стоки и т. д.);

• сбор, обработку (включая фильтрацию измеряемых величин — выделение полезных сигналов), хранение полной достоверной и своевременной информации, представление ее на верхний уровень управления (АСУП) для просмотра и анализа состояния ХТП;

• улучшение диагностики технологического оборудования и протекания ХТП;

• повышение надежности и экономичности работы объектов управления, что сокращает время простоев технологического оборудования.

Следующий уровень иерархии представляют АСУП. На этом уровне решаются не только задачи управления ХТП, но и экономические задачи (управление финансово-хозяйственной деятельностью, планирование ресурсов и т. п.). Управление осуществляется с применением управляющих ЭВМ. Наиболее значимым в современных условиях ресурсом производства, в том числе химического и нефтехимического, становится информация. Знания о потребностях рынка и заказчиках, о ценах на сырье, товарные продукты и энергоносители, о ресурсах производства и управлении качеством вырабатываемой продукции, о материально-техническом снабжении, об экологических требованиях и реальной обстановке, о предаварийной или аварийной ситуации на объектах производства входят составной частью в АСУП. В мировой практике такой уровень управления называется Enterprise Resource Planning (ERP) — планирование заводских ресурсов.