Функциональная структура АСУТП

Укрупненная функциональная структура АСУТП изображена на Рис. 8.

Исходная информация об автоматически контролируемых переменных технологического процесса и состоянии оборудования в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает от различного рода датчиков и измерительных систем (t, P,расход, т.д., концевые путевые выключатели, датчики положения и пр.)

Кроме того, часть информации может вводится вручную или из смежных АСУ по межмашинным связям (через вычислительную сеть).

Ввод аналоговых и дискретных сигналов осуществляется через специальные устройства аналогового и дискретного ввода.

Формируемые системой управляющие воздействия выдаются на исполнительные системы в виде аналоговых или дискретных сигналов через устройства аналогового и дискретного вывода. Конкретный вид сигнала определяется особенностями исполнительной системы – (тиристорный привод - аналоговый, исполнительный механизм с постоянной скоростью - дискретный и т.д.).

На функциональной схеме эти средства аналогового и дискретного ввода – вывода разделены условно, на самом деле, чаще всего они компонуются совместно в контроллерах. Т.е. каждый контроллер может содержать в себе все виды устройств ввода/вывода сигналов.

В качестве устройств ручного ввода используется клавиатура или манипулятор «мышь». В последнем случае используются специальные средства интерфейса ЭВМ с персоналом через монитор.

Обмен информацией между ЭВМ и периферийными системами аналогового и дискретного ввода/вывода, сложными системами, с персоналом, осуществляется через «Базу данных».

В базе данных хранятся текущие значения всех измеренных сигналов и данных, поступающих от внешних систем устройств, всех управляющих сигналов, а также данные, которые требуется передать на внешние устройства и системы. Кроме того, в базе данных хранятся все расчетные переменные и логические признаки, которые на внешние устройства (аналогового и дискретного вывода, в смежные системы) не передаются, но используются функциональными подсистемами АСУ для анализа, отображения информации, в качестве промежуточных переменных.

В современных средствах прикладного программирования (ППП) принята следующая классификация данных, хранимых в базе:

Аналоговые точки - для хранения данных о численных значениях величин (переменных), число конкретных состояний которых практически неограниченно.

1. Обработка данных о результатов измерения

датчики

3. Формирование расчет- ных переменных и показателей

датчики

ис

4. Контроль исходных и расчетных переменных и показателей

полнит.

системы

		5. Анализ и диагностика состояния оборудования

исполнит.

системы

персонал

			9. Программно- логическое управление

Смежные

10. Рекомендации технологическому персоналу

системы

Рис. 8

Статусные точки - для хранения информации о дискретных переменных (признаках) число конкретных состояний которых ограниченно (от 2 до 4).

В свою очередь аналоговые и статусные точки делятся на сканируемые и несканируемые.

Сканируемые аналоговые и статусные точки используются при обмене информацией с внешними устройствами:

- данные о текущих значениях измеряемых и контролируемых переменных поступающие как с устройств ввода аналоговых сигналов или устройств ручного ввода данных, по сети из смежных систем) записываются в соответствующие сканируемые аналоговые точки БД; данные о текущих значениях дискретных сигналов (с устройств дискретного ввода или из смежных систем) записываются в соответствующие сканируемые статусные точки;

- данные о текущих значениях аналоговых и дискретных выходных переменных записываются в БД соответствующими функциональными подсистемами в виде соответствующих сканируемых аналоговых и статусных точек.

- для каждой переменной в БД отводится определенная область (точка) и ее описание.

Система сканирования с определенной периодичностью "подключает" БД к каждому внешнему устройству и обеспечивает:

- запись новых значений сканируемых входных аналоговых и статусных точек;

- передачу на внешнее устройство из БД текущих значений выходных сканируемых аналоговых и статусных точек.

Несканируемые (часто называют фиктивные) статусные и аналоговые точки создаются для "внутреннего пользования" АСУ ТП.

Различие сканируемых и несканируемых (фиктивных) точек обеспечивается соответствующими индикаторами при описании информации. По мере обновления информации в БД, предшествующие данные по каждой точке (если это необходимо) переписываются файлы «истории», а данные - в архив.

Данные по любой сканируемой и несканируемой точке из БД и файлов истории доступны любой из функциональных подсистем и могут быть использованы ею при решении предписанных задач. Причем окончательные и промежуточные результаты этих решений в виде сканируемых или несканируемых точек записываются в БД.

Функциональные подсистемы представляют собой комплекс программ, реализующих информационные и управляющие функции АСУТП.

В укрупненной функциональной структуре Рис. 1 можно выделить следующие функциональные подсистемы и задачи:

1. Обработка исходных значений отдельных переменных (сканируемых входных аналоговых точек):

- проверка достоверности сигналов (данных) – на соответствие диапазонам допустимых значений;

- фильтрация измерительных помех и оценивание текущих значений переменных;

- экстраполяция (прогноз) значений переменных.

2. Совместный анализ исходных данных:

- контроль на наличие совместных тенденций изменения по группам переменных;

- совместный анализ переменных и их характеристик и дискретных сигналов (статусных точек).

Здесь осуществляется оценивание технологической ситуации и проверяется соответствие текущих значений переменных и дискретных сигналов, характеристик переменных технологической ситуации.

3. Расчет технологических и технико-экономических показателей:

- суммарные и средние значения переменных на заданных интервалах времени;

- удельные расходы материалов и энергоносителей;

- специальные технологические показатели (теоретическая температура горения, рудная нагрузка и т.д.);

- косвенное оценивание технологических переменных и параметров состояния ТОУ;

- прогнозирование выходных переменных ТОУ.

В результате функционирования подсистем 1-3 формируются расчетные аналоговые и статусные точки в базе данных, которые рассматриваются как сканированные или фиктивные в соответствии с присвоенными при описании информационного обеспечения идентификаторами.

4. Контроль аналоговых переменных (точек) на соответствие технологическим ограничениям абсолютных значений и скорости изменения

- на соответствие рабочим (номинальным) диапазонам;

- на попадание в зоны, соответствующие аварийным ситуациям.

По результатам проверки формируются специальные логические сигналы (признаки), используемые другими подсистемами и в СОИ.

5. Комплексный анализ аналоговых и статусных точек, диагностика состояния оборудования и технологического процесса. Например: “разогрев” или “похолодание” доменной печи, разгар кладки и лещади доменной печи, забивание горловины бункера, при разогревании сыпучих материалов и т.д.

6. Оптимизация технологических режимов - автоматические и человеко-машинные процедуры поиска (выборок) по определенным критериям оптимальных значений выходных переменных ТОУ и соответствующих и управляющих воздействий при фиксированных условиях (внешних воздействиях) протекания процесса.

7. Реализация оптимальных режимов путем распределения заданий на управляемые технологические переменные с учетом возмущений (изменений внешних воздействий), ограничений на ресурсы управления и прочих технологических ограничений. Например:

- коррекция заданий на рудную нагрузку при похолодании или разогреве доменной печи;

- коррекция задания на расход кокса при изменениях содержании Fe в агломерате с целью поддержания рудной нагрузки на заданном оптимальном уровне.

8. Регулирование технологических переменных - одноконтурное и многосвязное.

9. Программно-логическое управление – переключение механизмов, взаимные блокировки и т.д. (конвейерные системы).

10. Формирование рекомендаций технологическому персоналу с соответствующей оценкой эффективности рекомендаций и действий персонала.

11. Формирование информации для исследований и построения моделей ТОУ:

- структурный анализ данных и отбор с желаемыми свойствами;

- формирование тестовых воздействий;

- построение моделей ТОУ;

12. Моделирование и оптимизация параметров процедур (алгоритмов) управления и регулирования:

- имитационное математическое моделирование;

- комбинированное натурно-математическое моделирование (НММ).

13. Управление отражением информации технологическому и системному персоналу:

- протоколы;

- учетные и отчетные документы;

- видеокадры;

- управление динамическими элементами видеокадра – табло, тексты, подсветка, перемещение;

- результаты диагностики программно-технических средств системы;

- цифровая и графическая информация о параметрах системы, динамике их изменения (при адаптации) и весь комплекс данных.