Какие задачи выполняет АСУ
Предназначается для следующих задач:
— Информирование. Осуществляется сбор и обработка сведений для контроля процесса. Также проверяется соответствие технологических параметров, не достигнуты ли допустимые показатели. — Управление. После получения необходимых сведений АСУ принимает решение о корректировке и стабилизации технологического процесса. Также система выбирает оптимальный режим для функционирования. Все действия осуществляются строго по логической цепочке. — Реакция на возникновение аварийных ситуаций. Системе своевременно реагирует на превышение установленных значений, тем самым обеспечивается высокий уровень безопасности. — Контроль правильности работы агрегатов и сбора сведений. В данном процессе участвуют разнообразные контроллеры и диагностические средства.
При выполнении задач оператор находится за пультом на своем рабочем месте. Причем он все контролирует дистанционно на значительном удалении от технологического процесса. Система своевременно собирает данные и предоставляет их на монитор компьютера, регистрирует и контролирует заданные параметры.
Преимущества АСУ ТП
Создание и воплощение в жизнь системы автоматизации технологического процесса компанией «Энергопуск» обладает следующими достоинствами:
— увеличение производительности труда на предприятии;
— снижение трат на зарплаты специалистам и трудоемкости самого производственного процесса;
— экономия на энергопотреблении, сырье, расходниках, таре и т. ;
— повышение качества готовой продукции и ее стабильность, соблюдение заданных параметров изготавливаемых изделий;
— оптимальный уровень загрузки производственного оборудования;
— оптимизация режима функционирования агрегатов;
— обеспечение безопасности на производстве.
Автоматизированные системы управления ТП разрабатываются согласно ГОСТам 34. 601-90, 34. 602-90, 34. 201-90 и методическим указаниям РД 50-682-89 и РД 50-680-88. Для максимальной безопасности все составляющие АСУ проходят тщательную проверку. Доступ к ним осуществляется про помощи пароля. Причем код будет различным для оператора и его руководителя. Это обеспечивает двухуровневую систему защиты, предотвращает несанкционированное внедрение в производственный процесс.
Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)
Управление в режиме сбора данных
После этапа идентификации необходимо выбрать схему управления ТП, которая, как правило, строится с учетом применения принципов управления, определяющих режим функционирования АСУТП. Наиболее простой и исторически первой появилась схема управления ТП в режиме сбора данных. При этом АСУ подсоединяется к процессу способом, выбранным инженером-технологом (рисунок 14.
Интересующие инженера-технолога переменные преобразуются в цифровую форму, воспринимаемую системой ввода и помещается в памяти ППК (ЭВМ). Величины на этом этапе являются цифровыми представлениями напряжения, генерируемого датчиками. Эти величины по соответствующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычисления температуры, замеряемой с помощью термопары, может использоваться формула T = A*U2 + B*U + C, где U – напряжение с выхода термопары; A, B и C – коэффициенты.
Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего использования инженером-технологом. Главной целью сбора данных является изучение ТП в различных условиях. В результате инженер-технолог получает возможность построить и (или) уточнить математическую модель ТП, которым нужно управлять. Сбор данных не оказывает прямого воздействия на ТП, в нем нашел осторожный подход к внедрению методов управления, основанных на применении ЭВМ. Однако даже в самых сложных схемах управления ТП система сбора данных для целей анализа и уточнения модели ТП используется как одна из обязательных подсхем управления.
Рисунок 14. 5 — Система сбора данных
Управление в режиме советчика оператора
Этот режим предполагает, что ППК в составе АСУТП работает в ритме ТП в разомкнутом контуре (в реальном времени), т. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими ТП. Управляющие воздействия фактически осуществляются оператором-технологом, получающим указания от ППК ( рисунок 14.
Рисунок 14. 6 — АСУТП в режиме советчика оператора
Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ППК в соответствии с моделью ТП, результаты вычислений представляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов. Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления ТП, причем оператор играет роль следящего и управляющего звена. АСУТП играет роль устройства, безошибочно и непрерывно направляющего оператора в его усилиях оптимизировать ТП.
Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.
Способы организации функционирования информационно-советующей системы следующие:
— вычисление управляющих воздействий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые инициируются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму анализа состояния управляемого процесса;
— вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.
Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами.
Это связано с неопределенностью в математическом описании управляемого процесса:
— математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;
— математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;
— критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.
Неопределенность описания может быть связана с недостаточной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ППК.
При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ППК строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариантов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к определенной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ППК играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представлением в компактном виде, а функция принятия решений возлагается на оператора.
Основной недостаток этой схемы управления заключается в постоянном наличии человека в цепи управления. При большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления. Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей ТП; в качестве оператора может выступать инженер-технолог, «тонко чувствующий» процесс. Он наверняка обнаружит неправильную комбинацию уставок, которую может выдать не окончательно отлаженная программа АСУТП. Кроме того, АСУТП может следить за возникновением аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с уставками, при этом АСУТП следит за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.
Супервизорное управление.
В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т. установки регуляторам задаются непосредственно системой (Рисунок 14.
Рисунок 14. 7 — Схема супервизорного управления
Задача режима супервизорного управления – поддержание ТП вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом одно из главных преимуществ данного режима. Работа входной части системы, и вычисление управляющих воздействий мало отличается от работы системы управления в режиме советчика. Однако, после вычисленных значений уставок, последние преобразовываются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.
Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые с помощью цифро-аналогового преобразователя превращаются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация ТП в этом режиме выполняется периодически, напр. один раз в день. Должны быть введены новые коэффициенты в уравнения контуров управления. Это осуществляется оператором через клавиатуру, или считывая результаты новых расчетов, выполненные на ЭВМ более высокого уровня. После этого АСУТП способна работать без вмешательства извне в течение длительного времени.
Примеры АСУТП в супервизорном режиме:
Управление автоматизированной транспортно-складской системы. ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики кранов-штабелеров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.
Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок электрического режима, а локальная автоматика управляет переключателями трансформатора по командам ЭВМ.
Станки с ЧПУ управление через интерполятор.
Таким образом, супервизорные системы управления функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор — управляющая программа или комплекс программ, программа-диспетчер), предназначена для организации многопрограммного режима работы ППК и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ППК.
В супервизорной системе управления часть параметров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами (АР) и ППК, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Остальной частью параметров управляет ППК в режиме прямого цифрового управления.
Входной информацией являются значения некоторых управляемых параметров, измеряемых датчиками Ду локальных регуляторов; контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Дк. Нижний уровень, непосредственно связанный с технологическим процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических параметров. По данным, поступающим от датчиков Ду и Дк через устройство связи с объектом, ППК вырабатывает значения уставок в виде сигналов, поступающих непосредственно на входы систем автоматического регулирования.
Непосредственное цифровое управление.
В НЦУ сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают непосредственно из АСУТП, и регуляторы вообще исключаются из системы. Концепция НЦУ, при необходимости, позволяет заменить стандартные законы регулирования на т. оптимальные с задаваемой структурой и алгоритмом. Например, может реализоваться алгоритм оптимального быстродействия и др.
АСУТП рассчитывает реальные воздействия, и передает соответствующие сигналы непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке 14.
Рисунок 14. 8 — Схема непосредственного цифрового управления (НЦУ)
Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. При наличии системы НЦУ оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки и вообще должен иметь доступ к управляющей программе.
Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления для контуров простым внесением изменений в хранимую программу. Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе ЭВМ.
Таким образом, системы прямого цифрового управления (ПЦУ) или непосредственного цифрового управления (НЦУ, DDC). ППК непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управления на исполнительные механизмы.
Режим непосредственного цифрового управления позволяет:
— исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;
— применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант;
— реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;
— снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.
Этот принцип управления применяют в станках с ЧПУ. Оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать выходные параметры процесса, варьировать диапазоны допустимого изменения переменных, изменять параметры настройки, иметь доступ к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ППК, и при выходе из строя объект теряет управление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.
Состав АСУ ТП.
Выполнение функций АСУТП достигается путем взаимодействия ее следующих составных частей:
— технического обеспечения (ТО),
— программного обеспечения (ПО),
— информационного обеспечения (ИО),
— организационного обеспечения (ОО),
— оперативного персонала (ОП).
Эти пять компонентов и образуют состав АСУТП. Иногда рассматривают и другие виды обеспечения, например лингвистическое, математическое, алгоритмическое, но они рассматриваются как компоненты ПО и т.
Техническое обеспечение АСУТП представляет собой полную совокупность технических средств (в том числе средств вычислительной техники), достаточную для функционирования АСУТП и выполнения системой всех ее функций. Примечание. Регулирующие органы в состав ТО АСУТП не входят.
Комплекс выбранных технических средств должен обеспечить такую систему измерений в условиях функционирования АСУ ТП, которые, в свою очередь, обеспечивают необходимую точность, быстродействие, чувствительность и надежность в соответствии с заданными метрологическими, эксплуатационными и экономическими характеристиками. Технические средства можно группировать по эксплуатационным характеристикам, функциям управления, информационным характеристикам, конструктивному сходству. Наиболее удобной считается классификация технических средств по информационным характеристикам.
В связи со сказанным комплекс технических средств должен содержать:
1) средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода в систему (входные преобразователи, датчики), обеспечивающие преобразование входной информации в стандартные сигналы и коды;
2) средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устройствами с разными сигналами;
3) выходные преобразователи, средства вывода информации и управления, преобразующие машинную информацию в различные формы, необходимые для управления технологическим процессом;
4) средства формирования и передачи информации, обеспечивающие перемещение информации в пространстве;
5) средства фиксации информации, обеспечивающие перемещение информации во времени;
6) средства переработки информации;
7) средства локального регулирования и управления;
8) средства вычислительной техники;
9) средства представления информации оперативному персоналу;
10) исполнительные устройства;
11) средства передачи информации в смежные АСУ и АСУ других уровней;
12) приборы, устройства для наладки и проверки работоспособности системы;
13) документационная техника, включающая средства создания и уничтожения документов;
14) конторско-архивная техника;
15) вспомогательное оборудование;
16) материалы и инструмент.
Вспомогательные технические средства обеспечивают выполнение второстепенных процессов управления: копирование, печать, обработку корреспонденции, создание условий нормальной работы управленческого персонала, поддержание технических средств в исправном состоянии и их функционирование. Создание типовых АСУ ТП в настоящее время невозможно из-за значительного расхождения организационных систем управления предприятиями.
Технические средства АСУ ТП должны соответствовать требованиям ГОСТов, которые направлены на обеспечение различной совместимости объекта автоматизации.
Эти требования подразделяются на группы:
Информационные. Обеспечивают информационную совместимость технических средств между собой и с обслуживающим персоналом.
Организационные. Структура управления технологическим процессом, технология управления, технические средства должны соответствовать друг другу до и после внедрения АСУ ТП, для чего необходимо обеспечить:
— соответствие структур КТС — структуре управления объектом;
— автоматизированное выполнение основных функций, выделение информации, ее передачу, обработку, вывод данных;
— возможность модификации КТС;
— возможность создания организационных систем контроля работы КТС;
— возможность создания систем контроля персонала.
Математические. Сглаживание несоответствий работы технических средств с информацией может быть выполнено с помощью программ перекодирования, перевода, пересоставления макетов.
Это обуславливает следующие требования к математическому обеспечению:
— быстрое решение основных задач АСУ ТП;
— упрощение общения персонала с КТС;
— возможность информационной стыковки различных технических средств.
— необходимая производительность для своевременного решения задач АСУ ТП;
— приспособленность к условиям внешней среды предприятия;
— надежность и ремонтопригодность;
— использование унифицированных, серийно выпускаемых блоков;
— простота эксплуатации и обслуживания;
— техническая совместимость средств, основанная на общей элементной и конструкторской базе;
— требования эргономики, технической эстетики.
Экономические требования к техническим средствам:
— минимальные капиталовложения на создание КТС;
— минимальные производственные площади для размещения КТС;
— минимальные затраты на вспомогательное оборудование.
Надежность АСУ ТП. При рассмотрении технического обеспечения рассматривается и вопрос на-дежности АСУ ТП.
При этом необходимо провести исследования АСУ ТП, выделив следующие моменты:
1) сложность (большое число различных технических средств и персонала);
3) многонаправленность использования элементов в системе;
4) множественность видов отказов (причины возникновения, последствия);
5) взаимосвязь надежности и экономической эффективности;
6) зависимость надежности от технической эксплуатации;
7) зависимость надежности от КТС и структуры алгоритмов;
8) влияние персонала на надежность.
Уровень эксплуатационной надежности АСУ ТП определяется такими факторами как:
— составом и структурой используемых технических средств;
— режимами, параметрами обслуживания и восстановления;
— условиями эксплуатации системы и ее отдельных компонент;
— содержанием, организацией, структурой реализуемых алгоритмов управления;
— содержанием задач и организацией деятельности операторов.
Программное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимую для реализации функций автоматизированной системой управления технологическим процессом заданного режима функционирования комплекса технических средств АСУТП.
Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее программное обеспечение (ОПО) и специальное программное обеспечение (СПО).
К общему программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники или приобретается готовой в специализированных фондах алгоритмов и программ. В состав ОПО АСУТП входят программы, используемые для разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы (например, организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др. ОПО АСУТП изготавливается и поставляется в виде продукции производственно-технического назначения заводами-изготовителями средств ВТ (см.
К специальному программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая разрабатывается при создании конкретной системы (систем) и включает программы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС системы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т. ) функций АСУТП. Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается на базе и с использованием программного обеспечения. Отдельные программы или СПО АСУТП в целом могут изготавливаться и поставляться в виде программных средств как продукция производственно-технического назначения.
В состав программного обеспечения входят общее программное обеспечение, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе, организующие программы, программы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ, а также специальное программное обеспечение, которое реализует функции конкретной системы, обеспечивает функционирование КТС, в том числе аппаратным путем.
Математическое, алгоритмическое обеспечение. Как известно, модель — это образ объекта исследования, отображающая существенные свойства, характеристики, параметры, взаимосвязи объекта. Одним из методов исследования процессов или явлений в АСУ ТП является метод математического моделирования, т. путем построения их математических моделей и анализа этих моделей. Разновидностью математического моделирования является имитационное моделирование, при котором используется прямая подстановка чисел, имитирующих внешние воздействия, параметры и переменные процессов с помощью УВК. Для проведения имитационных исследований необходимо разработать алгоритм.
Алгоритмы, используемые в АСУ ТП, характеризуются следующими особенностями:
— временная связь алгоритма с управляемым процессом;
— хранение рабочих программ в оперативной памяти УВК для доступа к ним в любой момент времени;
— превышение удельного веса логических операций;
— разделение алгоритмов на функциональные части;
— реализация на УВК алгоритмов в режиме разделения времени.
Учет временного фактора в алгоритмах управления сводится к необходимости фиксации времени приема информации в систему, времени выдачи сообщений оператором для формирования управляющих воздействий, прогнозирования состояния объекта управления. Необходимо обеспечить своевременную обработку сигналов УВК, связанной с управляемым объектом. Это достигается составлением наиболее эффективных по быстродействию алгоритмов, реализуемых на быстродействующих УВК.
Из второй особенности алгоритмов АСУ ТП вытекают жесткие требования к объему памяти, необходимой для реализации алгоритма, к связанности алгоритма.
Третья особенность алгоритмов обусловлена тем, что технологические процессы управляются на основе решений, принимаемых по результатам сопоставления различных событий, сравнения значений параметров объекта, проверки выполнения различных условий и ограничений.
Использование четвертой особенности алгоритмов АСУ ТП дает возможность разработчику сформулировать несколько задач системы, а затем объединить разработанные алгоритмы этих задач в единую систему. Степень взаимосвязи задач АСУ ТП может быть различной и зависит от конкретного объекта управления.
Для учета пятой особенности алгоритмов управления необходимо разработать операционные системы реального времени и планировать очередность загрузки модулей, реализующих алгоритмы задач АСУ ТП, их выполнение в зависимости от приоритетов.
На этапе разработки АСУ ТП создаются измерительные информационные системы, которые обеспечивают полный и своевременный контроль режима работы агрегатов, позволяющих анализировать ход технологического процесса и ускорить решение задач оптимального управления.
Функции систем централизованного контроля сводятся к решению следующих задач:
— определение текущих и прогнозируемых значений величин;
— определение показателей, зависящих от ряда измеряемых величин;
— обнаружение событий, являющихся нарушениями и неисправностями на производстве.
Общая модель задачи при оценке текущих значений измеряемых величин и вычисляемым по ним ТЭП в системе централизованного контроля может быть представлена следующим образом: задается совокупность величин и показателей, которые необходимо определять в объекте контроля, указывается требуемая точность их оценки, имеется совокупность датчиков, которые установлены на автоматизируемом объекте. Тогда общая задача оценки значения отдельной величины формулируется следующим образом: для каждой отдельной величины требуется найти группу датчиков, частоту их опроса и алгоритм переработки получаемых от них сигналов, в результате которого значение этой величины определяется с заданной точностью.
Для решения задач в условиях АСУ ТП используются такие математические методы, как линейное программирование, динамическое программирование, методы оптимизации, выпуклое программирование, комбинаторное программирование, нелинейное программирование. Методами построения математического описания объекта являются метод Монте-Карло, математическая статистика, теория планирования эксперимента, теория массового обслуживания, теория графов, системы алгебраических и дифференциальных уравнений.
Информационное обеспечение АСУТП включает: перечень и характеристики сигналов, характеризующих состояние АТК:
— описание принципов (правил) классификации и кодирования информации и перечень классификационных группировок,
— описания массивов информации, формы документов к видеокадрам, используемых в системе,
— нормативно-справочную (условно-постоянную) информацию, используемую при работе системы.
В состав организационного обеспечения АСУТП входят описание АСУТП (функциональной, технической и организационной структуры системы) и инструкции для оперативного персонала, необходимые и достаточные для его функционирования в составе АТК.
Организационное обеспечение включает описание функциональной, технической, организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно содержит совокупность правил, предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала между собой и комплексом средств.
Таким образом, организационная структура управления — это связи между людьми, занятыми эксплуатацией объекта. Персонал, занятый оперативным управлением, поддерживает технологический процесс в заданных нормах, обеспечивает выполнение производственного плана, контролирует работу технологического оборудования, следит за условиями безопасного ведения процесса.
Эксплуатационный персонал АСУ ТП обеспечивает правильность функционирования КТС АСУ ТП, ведет учет и отчетность. АСУ ТП получает от вышестоящего уровня управления производственные задания, критерии реализации этих заданий, передает на вышестоящие уровни управления сведения о выполнении заданий, количественных и качественных показателях продукции и функционировании автоматизированного технологического комплекса.
Для анализа организационной структуры и определения оптимального построения внутренних взаимосвязей используют методы групповой динамики. При этом обычно применяют методику и приемы социальной психологии.
Проведенные исследования дали возможность сформулировать требования, необходимые для организации группы оперативного технологического персонала:
— вся производственная информация должна передаваться только через руководителя;
— у одного подчиненного должно быть не больше одного непосредственного руководителя;
— в производственном цикле информационно взаимодействуют друг с другом только подчиненные одного руководителя.
Подразделения технического обслуживания выполняют работы на всех стадиях создания АСУ ТП (проектирование, внедрение, эксплуатация), их основными функциями являются:
— обеспечение эксплуатации систем в соответствии с правилами и требованиями технической документации;
— обеспечение текущего и планового ремонта технических средств АСУ ТП;
— проведение совместно с разработчиками испытаний АСУ ТП;
— проведение исследований по определению экономической эффективности системы;
— разработка и реализация мероприятий по дальнейшему развитию системы;
— повышение квалификации работников службы АСУ ТП, изучение и обобщение опыта эксплуатации. Для выполнения функций технологу-оператору должны быть представлены технические и программные средства, обеспечивающие в зависимости от особенностей технологического процесса требуемые наборы из следующих информационных сообщений:
— индикация измеренных значений параметров по вызову;
— индикация и изменение заданных границ контроля параметров процесса;
— звуковая сигнализация и индикация отклонений параметров за регламентные границы;
— звуковая сигнализация и индикация отклонений скорости изменения параметров от заданных значений;
— отображение состояния технологического процесса и оборудования на схеме объекта управления;
— регистрация тенденций изменения параметров;
— оперативная регистрация нарушений технологического процесса и действий оператора.
Информационное обеспечение (ИО) включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию, содержит описание всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Применяемые коды должны включать минимальное число знаков, иметь логическую структуру и отвечать другим требованиям кодирования. Формы выходных документов и представлений информации не должны вызывать трудностей при их использовании.
При разработке и внедрении системы ИО АСУ ТП необходимо учитывать принципы организации управления технологическим процессом, которым соответствуют следующие этапы.
1) Определение подсистем АСУ ТП и типов управленческих решений, по которым необходимо обеспечение научно-технической информацией. Результаты этого этапа используются для определения оптимальной структуры массивов информации, для выявления характеристик ожидаемого потока запросов.
2) Определение основных групп потребителей информации. Потребители информации классифицируются в зависимости от их участия в подготовке и принятии управленческих решений, связанных с организацией технологического процесса. Накопление информации осуществляется с учетом видов задач, решаемых при управлении процессами. Потребитель может получить информацию по сопряженным технологическим участкам, также создаются условия для перераспределения информации при изменении потребностей.
3) Изучение информационных потребностей.
4) Изучение потоков научно-технической информации, необходимой при управлении процессами, базируется на результатах анализа управленческих задач. Наряду с потоками документальной информации анализируются факты, отражающие опыт данного и аналогичных предприятий.
5) Разработка информационно-поисковых систем для управления технологическим процессом.
Для автоматизированных систем характерны процессы переработки информации — преобразование, передача, хранение, восприятие. При управлении технологическим процессом происходит передача информации и переработка управляющей системой входной информации в выходную информацию. При этом необходимы контроль и регулирование, заключающиеся в сравнении информации о результатах предшествующего этапа деятельности с информацией, соответствующей условиям достижения цели, в оценке рассогласования между ними и выработке корректирующего выходного сигнала. Рассогласование вызывается внутренними и внешними возмущающими воздействиями случайного характера. Процесс передачи информации предполагает наличие источника информации и приемника.
Для обеспечения участия человека в управлении технологическим процессом необходимо документирование информации. Для последующих анализов требуется накопление статистических исходных данных посредством регистрации состояний и значений параметров процесса во времени. На основе этого проверяется соблюдение технологического процесса, качество продукции, контролируются действия персонала в аварийных ситуациях, осуществляется поиск направлений совершенствования процесса.
При разработке информационного обеспечения АСУ ТП, связанного с документированием и регистрацией, необходимо:
— определить вид регистрируемых параметров, место и форму регистрации;
— выбрать временной фактор регистрации;
— минимизировать количество регистрируемых параметров из соображений необходимости и достаточности для оперативных действий и анализа;
— унифицировать форматы документов, их структуру;
— ввести специальные реквизиты;
— решить вопросы классификации документов и маршрутов их движения;
— определить объемы информации в документах, установить место и сроки хранения документов.
Потоки информации в каналах связи АСУ ТП система должна передавать с необходимым качеством информации от места ее образования к месту ее приема и использования.
Для этого должны удовлетворяться следующие требования:
— своевременность доставки информации;
— верность передачи — отсутствие искажений, потерь;
— надежность функционирования;
— единство времени в системе;
— возможность технической реализации;
— обеспечение экономической приемлемости информационных требований. Кроме того, система должна предусматривать:
— регулирование информационных потоков;
— возможность осуществления внешних связей;
— возможность расширения АСУ ТП;
— удобство участия человека в анализе и управлении процессом.
К основным характеристикам потока информации относятся:
— цель информации;
— формат информации;
— объемно-временные характеристики потока;
— периодичность возникновения информации;
— объект, использующий информацию.
При необходимости характеристики потока детализируются указанием:
— вида информации;
— наименования контролируемого параметра;
— диапазона изменения параметра во времени;
— числа одноименных параметров на объекте;
— условий отображения информации;
— скорости генерации информации.
К основным информационным характеристикам канала связи относятся:
— местоположение начала и конца канала связи;
— форма передаваемой информации;
— структура канала передачи — датчик, кодер, модулятор, линия связи, демодулятор, декодер, устройство отображения;
— вид канала связи — телефонный, механический;
— скорость передачи и объем информации;
— способы преобразования информации;
— пропускная способность канала;
— объем сигнала и емкость канала связи;
— информационная и аппаратурная избыточность канала;
— надежность связи и передачи по каналу;
— уровень затухания сигнала в канале;
— информационное согласование звеньев канала;
— мобильность канала передачи.
В АСУ ТП может быть внесен временной признак информации, который предполагает единую систему времени с централизованной шкалой отсчета. Для информационных связей АСУ ТП характерной чертой является действие в реальном масштабе времени.
Применение единой системы отсчета времени обеспечивает выполнение следующих задач:
— документирование времени приема, передачи информации;
— протоколирование происходящих в АСУ ТП событий;
— анализ производственных ситуаций по временному признаку (очередность поступления, длительность);
— учет времени прохождения информации по каналам связи и времени обработки информации;
— управление очередностью приема, передачи, обработки информации;
— задание последовательности управляющих воздействий в пределах единой шкалы времени;
— отображение единого времени в пределах зоны действия АСУ ТП.
При создании АСУ ТП основное внимание уделяется сигналам, связанным с взаимодействием отдельных элементов. Изучению подлежат сигналы взаимодействия человека с техническими средствами и одних технических средств с другими техническими средствами. В связи с этим рассматриваются следующие группы сигналов и кодов:
Первая группа — представляет собой стилизованные языки, которые обеспечивают экономный ввод данных в технические средства и вывод их оператору. По характеру информации выделяют технические и экономические данные.
Вторая группа — решает задачи передачи данных и стыковки технических средств. Здесь основной проблемой является верность передачи сообщения, для чего используют помехоустойчивые коды. Информационная совместимость технических средств обеспечивается установкой дополнительной согласующей аппаратуры, использованием вспомогательных программ перекодировки данных.
Третья группа — представляет собой машинные языки. Обычно используют двоичные коды с элементами защиты данных по цифровому модулю, с дополнением кода проверочным разрядом.
Общие технические требования к АСУ ТП по информационному обеспечению:
1) максимальное упрощение кодирования информации за счет кодовых обозначений и кодов повторения;
2) обеспечение простоты декодирования выходных документов и форм;
3) информационная совместимость АСУ ТП со смежными системами по содержанию, кодированию, форме представления информации;
4) возможность внесения изменений в ранее переданную информацию;
5) обеспечение надежности выполнения системой своих функций за счет помехозащищенности информации.
Персонал АСУ ТП взаимодействует с КТС, воспринимая и вводя технологическую и экономическую информацию. Кроме этого оператор взаимодействует с другими операторами и вышестоящим персоналом. Для облегчения этих связей принимаются меры по формализации потоков информации, их сжатию и упорядочению. ЭВМ передает оператору информацию в виде световых сигналов, изображений, печатных документов, звуковых сигналов.
При взаимодействии оператора с УВК необходимо обеспечить:
— наглядное отображение функционально-технологической схемы объекта управления, информацию о его состоянии в объеме функций, возложенных на оператора;
— отображение связи и характера взаимодействия объекта управления с внешней средой;
— сигнализацию о нарушениях в работе объекта;
— быстрое выявление и ликвидацию неисправностей.
Отдельные группы элементов, наиболее существенные для контроля и управления объектом, обычно выделяют размерами, формой, цветом. Технические средства, используемые для автоматизации управления, позволяют вводить информацию только в определенной заранее обусловленной форме. Это приводит к необходимости кодирования информации. Обмен данными между функциональными блоками системы управления должен осуществляться законченными смысловыми сообщениями. Сообщения передаются двумя раздельными потоками данных: информационным и управляющим.
Сигналы информационного потока подразделяются на группы:
— измеряемого параметра;
— диапазона измерения;
— состояния функциональных блоков системы;
— адреса (принадлежность измеряемого параметра определенному блоку);
— служебный.
Для защиты от ошибок при обмене информацией через каналы связи на входе и выходе аппаратуры следует использовать избыточные коды с их проверкой на четность, цикличность, итеративность, повторяемость. Вопросы защиты информации связаны с обеспечением надежности работы системы управления, формами представления информации. Информацию необходимо защищать от искажения и от использования ее не по назначению. Методы защиты информации зависят от производимых операций, от используемого оборудования
Оперативный персонал АСУТП состоит из технологов-операторов АТК, осуществляющих контроль за работой, и управление ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рациональному управлению, выработанных комплексами средств автоматизации АСУТП, и эксплуатационного персонала АСУТП, обеспечивающего правильность функционирования комплекса технических и программных средств АСУТП. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит.
В ходе процесса проектирования АСУТП разрабатываются математическое и лингвистическое обеспечения, которые в явном виде не входят в состав функционирующей системы. Математическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность методов, моделей и алгоритмов, используемых в системе. Математическое обеспечение АСУТП реализуется в виде программ специального программного обеспечения.
Лингвистическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность языковых средств для общения оперативного персонала АСУТП со средствами ВТ системы. Описание языковых средств включается в состав эксплуатационной документации организационного и программного обеспечения системы. Метрологическое обеспечение АСУТП — это совокупность работ, проектных решений и технических и программных средств, направленная на обеспечение заданных точностных характеристик функций системы, реализованных на основе измерительной информация.
В состав оперативного персонала входят технологи-операторы автоматизированного технологического комплекса, осуществляющие управление технологическим объектом, и эксплуатационный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал может работать в контуре управления и вне него. В первом случае реализуются функции управления по рекомендациям, выдаваемым КТС. Во втором случае оперативный персонал задает системе режим работы, контролирует работу системы и при необходимости принимает на себя управление технологическим объектом. Службы ремонта в состав АСУТП не входят.
Диспетчерская служба в АСУ ТП находится на стыке управления технологическим процессом и управления производством. Операторские и диспетчерские пункты АСУ обеспечивают экономичное объединение способностей оперативного персонала и возможностей технических средств.