Transcript Классификация АСУ ТП - "Web-программирование", "Системное

Классификация АСУ
ТП
Способы классификации





С
точки
зрения
участия
человека.
По типу ТП.
По сложности ТП.
По количеству уровней.
Рассмотрим эти классификации
более подробно.
С точки зрения участия
человека





С точки зрения участия человека
АСУ ТП можно классифицировать
на:
Информационно-управляющие
системы;
Автоматизированные
системы
управления;
Супервизорные
системы
управления;
Автоматические
(системы
автоматического управления.
С точки зрения участия
человека

В этом перечне участие человека убывает от
100 (ИУС) до 0% (САУ). Это основная
тенденция развития АСУ ТП, направленная в
сторону
исключения
человека
и
человеческого
фактора
из
процесса
управления. Идет постоянное усложнение ТП
с увеличением количества режимов работы и
особенностей работы в каждом конкретном
режиме,
с
увеличением
различных
технологических параметров, следовательно,
человек
не
способен
оценить
такое
количество информации и принять быстрое
решение.
Информационно-управляющие
системы



Информационно-управляющие
системы.
В ИУС все (или основные) функции,
связанные
с
управлением
ТП
выполняет человек (оператор). Задача
системы
состоит
в
обеспечении
операторов
всей
необходимой
информацией о состоянии ТП и
значениях
технологических
параметров.
Рассмотрим структуру ИУС:
Информационно-управляющие
системы
Информационно-управляющие
системы



Здесь:
СОИ
–
средства
отображения
информации
(мгновенные
измеряющие
приборы, графопостроительные приборы,
мнемонические
схемы,
ЛПР
–
лицо,
принимающее решение (человек-оператор),
который контролирует ТП через средства
сбора информации (ССИ) и воздействует на
него через пульт управления (ПУ).
Недостатки:
малая
скорость
реакции,
качество управления сильно зависит от
квалификации персонала.
Достоинства: Человек может эффективно
принимать решения в нештатных ситуациях.
Человек имеет способность к обучению,
накапливает опыт.
Автоматизированные
системы управления
Автоматизированные
системы управления

Здесь СКО – система контроля и отображения,
зачастую
реализуемая
SCADA-системами.
SCADA (supervisory control and data acquisition
system, система диспетчерского контроля и
сбора данных) – набор программных средств,
которые организуют связь с управляющими
устройствами и отображают информацию в
виде разветвленных структур изображений ТП
и отдельных его частей с различной степенью
детализации,
включая
такие
формы
представления информации, как графики и
таблицы, и предоставляющие возможность
оператору вводить информацию с целью
изменения параметров или состояния органов
управления.
Автоматизированные
системы управления

УВМ (управляющая вычислительная машина) –
выполняет
арифметические
задачи
управления, функции управления в режиме
реального
времени,
требующие
быстрой
реакции
или
сложных
вычислений
для
выработки
управляющих
значений
(воздействий). Быстрота реакции, как правило,
связана с выполнением логических операций.
Таким образом, скорость реакции (доли
секунды) реализуется функциями логического
управления,
а
сложные
вычисления
реализуются с помощью автоматического
регулирования.
Автоматизированные
системы управления






Автоматизированная система – это система, в
которой функции управления поделены между
автоматическими устройствами и операторомтехнологом. Это наиболее распространенный
вид систем управления.
Функции
человека-оператора
состоят
в
выполнении достаточно медленных операций:
Контроль и изменение уставок;
Изменение режимов работы технологического
оборудования;
Остановка и запуск ТП;
Дополнительных действий (подготовка отчетов
и прочее).
Автоматизированные
системы управления


Достоинства: повышение гибкости системы,
так как большинство функций управляются
программно.
Изменения
программы
не
составляет большого труда – можно развивать
и дорабатывать систему.
Недостатки:
сложность
программирования,
отладки
программы.
Нужен
высококвалифицированный
программист.
Низкая производительность
УВМ и,
как
следствие, ограничение сложности алгоритма.
Супервизорные системы
управления
Супервизорные системы
управления


Супервизорная система – это программномашинный комплекс, содержащий в себе базу
данных, базу знаний и базу правил, на основе
которых супервизорная система принимает
управляющие решения.
Здесь управляющие воздействия операторатехнолога (ОТ) контролируются системой.
Различают мягкий режим контроля, когда
человек-оператор
действует
на
основе
сценариев, выводимых системой управления в
виде подсказок или инструкций, и жесткий
режим – когда действия оператора могут
подвергаться
критике
или
блокироваться
системой.
Супервизорные системы
управления


ЛСУ – локальная система управления. Как
правило,
автономная
система
на
базе
отдельного
вычислительного
устройства,
выполняет задачу управления отдельным
технологическим
агрегатом
(установкой,
станком,
транспортным
устройством),
снабженная
собственным
набором
периферийных устройств и связанная с
другими
частями
системы
при
помощи
специализированных каналов связи.
Важным элементом в системах супервизорного
управления является экспертная система,
которая имеет возможность накапливать опыт
управления ТП и менять свои инструкции
оператору в соответствии с этими знаниями.
Супервизорные системы
управления





Достоинства:
Программная гибкость – использования языков
программирования PLC.
Аппаратная гибкость - модульный принцип
построения с богатым набором периферийных
устройств. Вычислитель + УСО= единый
аппаратный комплекс.
Средства управления (ЛСУ) приближены к ТП –
сокращение протяженности линий.
Нет лица принимающего решения (человека),
ОТ вмешивается только в случае нештатной
ситуации
Системы автоматического
управления
Системы автоматического
управления





Системы автоматического управления все
функции
управления
ТП
выполняют
самостоятельно, без
какого-либо участия
человека-оператора в процессе управления.
Роль
человека
сводится
к
выполнению
функций
обслуживания
(диагностика
состояния,
ремонт,
модификация,
сопровождение системы).
Достоинства:
Полностью автоматизированное производство, в котором
люди выполняют роль обслуживающего персонала и
вмешиваются в случае нештатных ситуаций.
Система
высокой
производительности,
способна
работать с большим числом периферийных устройств с
помощью каналов связи.
Недостатки: сложность создания.
По типу ТП

По своему типу ТП делятся на:
• Непрерывные ТП;
• Дискретные ТП;
• Полунепрерывные ТП;
• Циклические ТП
• Непрерывно-дискретные ТП.
По типу ТП
Непрерывные ТП

Это
процессы,
в
которых
подача
материального потока и получение готовой
продукции происходят длительное время
(от суток до нескольких лет), причем все
технологические агрегаты (ТА) связаны
между собой так, что выход предыдущего
является входом последующего и остановка
любого агрегата приводит к остановке
всего
ТП.
Наиболее
яркими
представителями такого вида процессов
являются химические и нефтехимические
производства.
Непрерывные ТП

В
таких
системах
управления
непрерывными
ТП,
как
правило,
требуется повышенная надежность. Их
основной режим работы – поддержание
заданных
значений
контролируемых
параметров в режиме автоматического
регулирования. Вид сигналов, которые
обрабатывает
такая
система,
как
правило, аналоговые.
Дискретные ТП

Это процессы, в которых преобразование
материального потока осуществляется с
помощью технологического оборудования,
отдельные единицы которого не связаны
между
собой
при
выполнении
технологических
операций.
Передача
материального потока от одной единицы к
другой происходит в дискретные моменты
времени считанными порциями продукции.
Дискретные процессы – это те ТП, в
которых готовая продукция может быть
посчитана в виде отдельных единиц (штук).
Наиболее
характерны
сборочные
производства
(машинои
автомобилестроение).
Дискретные ТП


Основными задачами АСУ таких ТП является
управление
отдельными
технологическими
модулями
(участками,
единицами
оборудования). Передача продукции от одного
модуля к другому – транспортировка. Для
передачи
материалов
используется
транспортная система (конвейер). Существуют
общие склады материалов, инструментов,
готовой продукции.
Основная особенность таких ТП в том, что в
системе
постоянно
реализуется
режим
переключений, а он осуществляется на основе
анализа
дискретных
величин,
то
есть
выполнения сложных логических операций.
Дискретные ТП



Основной вид деятельности – выполнение
логических
операций
при
наличии
большого количества дискретных величин.
Существует
диспетчерский
пункт
управления,
который
управляет
всей
системой
в
целом,
в
частности
транспортной системой.
Дискретное производство делится на:
• единичное производство – для уникальных
изделий (есть агрегаты, но не будет
централизованной транспортной системы,
складских помещений и т.д.);
Дискретные ТП
• мелкосерийное производство – производится
продукт небольшими партиями в течение
небольшого
периода
времени,
далее
происходит перенастройка системы;
• крупносерийное производство – выпуск
какого-либо
продукта
осуществляется
долгое время.
Полунепрерывные ТП



Это
ТП,
в
которых
основные
стадии
осуществляются непрерывно, но отдельными
ТА, слабосвязанными друг с другом. В
процессе выполнения операций, а переход от
одной
стадии
к
другой
происходит
в
дискретные моменты времени.
Основная цель управления – управление
каждым
технологическим
агрегатом,
а
основная
особенность
работы
–
многорежимность.
Для
каждого
ТА
необходимы
режимы:
загрузка; запуск; выполнение; остановка;
выгрузка.
Полунепрерывные ТП

Особенность АСУ таких ТП в том, что
длительность непрерывных процессов
ненамного превышает или соизмерима с
временем
переходных
процессов,
поэтому к функциям автоматического
регулирования
(АР)
предъявляются
повышенные требования, связанные с
поддержанием
качества
переходных
процессов.
Циклические и непрерывнодискретные ТП



Циклические ТП
Отличия АСУ таких ТП от предыдущих в том,
что ТП выполняется циклически по заранее
определенной
программе
переходов
от
одного режима к другому. Представителями
таких ТП является процессы изготовления
пищевых
продуктов
(маргарин),
фармацевтическое
производство,
парфюмерия.
Непрерывно-дискретные
ТП.
В
них
сочетаются
виды
непрерывного
и
дискретного производства. Например, на
входе ТП имеем непрерывный поток, а на
выходе – счетное количество продукции.
Пример
–
производство
строительных
материалов.
По сложности ТП


Сложность ТП – это параметры, которые
определяют
разновидность
и
количество
аппаратных
средств,
используемых
для
построения
АСУ,
набор
и
количество
выполняемых системой функций, а также
требований,
предъявляемых
к
выбору
аппаратных средств и качеству выполняемых
функций управления.
К этим параметрам относятся:
• количество измеряемых параметров, их
типы;
• количество сигналов управления, их типы;
• количество технологических режимов;
• требования к безопасности.
По сложности ТП
По сложности ТП



По количеству измеряемых параметров.
• Простые (количество параметров от единиц
до десятков);
• Малой сложности (количество параметров
от десятков до сотен);
• Большой сложности (количество параметров
свыше сотни).
По количеству сигналов управления.
Чем
больше
количество
управляющих
сигналов, тем сложнее система управления.
Каждому сигналу управления (выходному)
соответствует от 5 до 10 входных сигналов.
По сложности ТП



Также
имеет
значение
соотношение
дискретных
и
аналоговых
сигналов.
Обработка аналоговых сигналов – сложнее.
По количеству технологических режимов.
Чем больше режимов – тем сложнее система,
так как каждый переход от одного режима к
другому требует применения специальных
алгоритмов, обеспечивающих качество и
непрерывность переходов, а также затрат на
координацию работы отдельных ТА.
По сложности ТП

Требования к безопасности.
• надежность – свойство выполнять заданные
функции в соответствии с заданными
требованиями по точности, быстродействию,
качеству и т.д.;
• живучесть системы – способность системы
выполнять заданные функции с потерей
качества работы;
• гибкость – способность перестраивать свои
функциональные
возможности
в
зависимости от ситуации, но также это
способность
воспринимать
изменения,
которые могут вноситься извне;
По сложности ТП
• масштабируемость – возможность подбора к
данной
задаче
устройства,
которое
наиболее адекватно отвечает требованию
цена/качество;
• совместимость
–
по
возможности
технические элементы должны позволять
работу
с
техническими
компонентами
других производителей;
• удобство в эксплуатации – система должна
быть ремонтопригодной, необходима вся
техническая документация, также система
должна
быть
диагностируемой
(т.е.
показывать неисправные блоки);
По сложности ТП
• безопасность
–
система
должна
обеспечивать
безопасность
персонала,
предотвращать возникновение аварийных
режимов или отключаться в случае их
возникновения, обеспечивая безопасность
окружающей
среды,
соответствующую
нормам. По пожаро-взрывобезопасности
системы делятся на:
• обычные системы;
• системы с Ex-зоной – в таких системах
имеется барьер, который обеспечивает
ограничение тока в Ex-зоне и отсутствие
режимов возникновения искры.
По количеству уровней


По количеству уровней системы бывают:
• Одноуровневые;
• Двухуровневые;
• Многоуровневые;
Одноуровневые
системы
–
это
системы,
построенные на базе одного единого целого
комплекса
технических
средств,
предназначенные для управления несложными
технологическими агрегатами, работающими, как
правило, автономно
(различные станки в
обувной
промышленности,
пищевой
промышленности, приборостроении и т д.).
Одноуровневые системы строятся на базе
специализированных
станций
контроля
и
управления.
Одноуровневые системы
Одноуровневые системы


Здесь: СО – средства отображения; УУ –
устройство
управления
(вычислительное
устройство, работающее по программе); ТА –
технологический агрегат; УСО – набор
периферийных технических средств для
преобразования информации и ее ввода в УУ;
ПУ – пульт управления (набор командных
средств).
Специализация станции заключается в том,
что УСО, конфигурация СО и ЛУ, а иногда и
набор программных средств ориентированы
на
управление
конкретным
видом
технологического
оборудования.
Пример:
системы
ЧПУ
(числового
программного
управления).
Одноуровневые системы





Существуют два направления при построении
одноуровневых систем:
с
использованием
программируемого
логического контроллера (ПЛК);
- с использованием компьютеров.
ПЛК
–
это
модульные
устройства,
содержащие центральный процессор, модули
связи с датчиками и исполнительными
устройствами.
Система
с
использованием
компьютера
должна
содержать
интерфейс
для
подключения периферийных модулей. В
сложных
системах
зачастую
требуется
распараллеливание управления.
Двухуровневые системы

Двухуровневые системы (получили
наибольшее
распространение)
включают
развитую
систему
коммуникации
средств
связи,
обеспечивающих
обмен
информацией
как
между
подсистемами одного уровня, так и
между ЛСУ(локальными системами
управления) и СКО (станциями
контроля и отображения).
Двухуровневые системы
Многоуровневые системы


Многоуровневые системы – предназначены для
управления
объектами
с
существенной
пространственно распределенной структурой
ТП. В основном это системы, в которых
происходит
транспортировка
сырья,
промежуточных продуктов или конечного
продукта
на
значительные
расстояния
(нефтепереработка, газопереработка, электро, тепло-, водоснабжение).
Как правило, в таких системах сложность
отдельных
систем
управления
невысокая
(особенно на низких уровнях), но имеется
большее количество узлов, между которыми
требуется передавать информацию на большие
расстояний.
Многоуровневые системы

Типичная структура системы нефтепереработки
выглядит так:
Многоуровневые системы


Нефть, добытая из скважин (Ск), на которых
стоят «качалки», направляется на станции
промежуточного сбора (СПрСб), а далее – на
станции
группового
сбора
(СГрСб),
содержащие
набор
технологического
оборудования
для
сепарации
(отделения
примесей),
и
лишь
потом
–
на
перерабатывающие предприятия.
В таких системах самая актуальная задача –
связь распределенных узлов и обеспечение
передачи информации.