Федотов А.В. Вопросы разработки систем автоматизации технологических процессов и производств - файл n1.doc

приобрести
Федотов А.В. Вопросы разработки систем автоматизации технологических процессов и производств
скачать (3010.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3936kb.08.06.2007 22:30скачать

n1.doc

  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания к СРС по дисциплине

«Автоматизация технологических процессов и производств»

Омск 2007


Составитель Федотов А.В., к.т.н., доцент, проф. кафедры АРТ
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
Общие положения

В процессе изучения дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» студенты выполняют курсовую работу. Содержанием курсовой работы является проектирование автоматизированной системы (системы управления, технологической системы, или автоматизированной системы иного назначения). Курсовая работа состоит из чертежей и пояснительной записки. Трудоемкость курсовой работы составляет 30 час.

Целью выполнения курсовой работы является:

Общие требования к курсовой работе следующие.

  1. Курсовая работа выполняется в соответствие с темой, утвержденной заведующим кафедрой до начала проектирования. Для утверждения темы каждый студент должен согласовать её с куратором курсового проектирования (ведущий лектор по дисциплине).

  2. Тема курсовой работы может быть предложена студентом самостоятельно или выдана руководителем работы.

  3. При формулировании темы работы заполняется бланк задания на курсовую работу. Форма задания приведена в приложении. Задание должно быть подписано студентом и руководителем работы. Подписанный бланк задания предъявляется куратору курсового проектирования и утверждается заведующим кафедрой или лицом, ответственным за курсовое проектирование (куратором курсового проектирования).

  4. Руководство курсовой работой может быть как индивидуальным, так и групповым. Индивидуальное руководство предусмотрено для работ, выполняемых по индивидуальным темам, совпадающим с темами будущих дипломных проектов. Групповое руководство осуществляется курсовыми работами, выполняемыми по типовым учебным темам. Руководит курсовой работой студента преподаватель кафедры. Студент может выбрать руководителя при условии предварительной договоренности с ним, или руководитель назначается студенту заведующим кафедрой.

  5. В процессе курсового проектирования студент обязан соблюдать график проектирования, который утверждается до начала проектирования, и своевременно представлять результаты выполненной работы на проверку руководителю проекта и куратору проектирования.

  6. Законченная курсовая работа, подписанная руководителем работы, защищается студентом перед комиссией кафедры в установленные сроки. По результатам защиты студенту ставится оценка.


Типовая тематика курсовых работ

    1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: процессы механической обработки, химико-технологические процессы, технологические процессы нефтехимического производства, технологические процессы нефте- и газодобычи, технологические процессы легкой и пищевой промышленности и др.

    2. Автоматизированные системы управления непроизводственными объектами: автоматизированные охранные и противопожарные системы, автоматизированные системы климатизации зданий различного назначения, автоматизированные системы коммунального хозяйства, автоматизированные распределенные системы контроля и учета (например, для расхода энергетических ресурсов).

    3. Автоматизация технологических или производственных процессов: автоматизированный технологический участок, автоматическая линия, гибкий производственный модуль, гибкая производственная система, автоматизированная складская система, автоматизированная транспортная система и др.

    4. Разработка средств автоматизации управления: программируемые контроллеры нестандартного исполнения, процессорные регуляторы, логические контроллеры, нестандартные модули сопряжения с объектом и др.

    5. Разработка автоматизированных рабочих мест для технологов, операторов автоматизированных систем управления, разработчиков систем.

    6. Разработки для учебного процесса: учебно-лабораторные стенды, методическое и программное обеспечение лабораторных работ и практических занятий, электронные учебники, компьютерные тестовые системы, справочники-эмуляторы и т.п.

    7. Исследования средств и объектов автоматизации: проведение и оформление результатов экспериментальных исследований, имитационное моделирование, разработка математического и программного обеспечения для автоматизации научных исследований (АСНИ).


Состав курсовой работы

Курсовая работа включает графическую часть и пояснительную записку. Объем графической части работы составляет 3 чертежа формата А2. Чертежи могут выполняться с использованием САПР (КОМПАС, T-FLEX и др.) или ручным способом. Чертежи должны соответствовать требованиям ЕСКД.

Пояснительная записка представляется в печатном или рукописном виде на листах формата А4. Объем пояснительной записки 50 – 80 страниц. Записка должна отвечать требованиям ЕСКД к текстовым конструкторским документам. Однако выполнять рамки и штампы на листах записки не следует.

Графическая часть работы

Типовое содержание графической части курсовой работы, связанной с проектированием автоматизированной системы управления технологическим процессом, предусматривает следующие чертежи:

1. Функциональная схема автоматизации заданного объекта (технологического процесса, производственного участка и др.).

2. Структурная схема автоматизированной системы управления объектом автоматизации.

3. Схема алгоритма управления объектом автоматизации.

В общем случае при проектировании различных автоматизированных производственных систем в графической части работы на чертежах и плакатах могут быть представлены:

    1. Обзор средств и способов решения задачи, поставленной в задании на курсовую работу.

    2. Принципиальная, функциональная, кинематическая, пневматическая или гидравлическая схема объекта проектирования.

    3. Электрические схемы подключений и соединений.

    4. Конструкции устройств, механизмов и технологического оборудования, выполненные в виде сборочных чертежей и общих видов.

    5. Результаты расчета контуров автоматического регулирования выходных величин объекта: структурная схема САУ, частотные характеристики, переходные процессы, модели MATLAB и др.

    6. Результаты расчета систем логико-программного управления: конечный автомат, граф функционирования и др.

    7. Результаты расчета цикловых систем управления с жестким циклом: циклограмма, линейный граф, матрицы Карно и др.

    8. Принципиальные схемы, чертежи общих видов, сборочные чертежи для нестандартного оборудования и устройств, разработанных в проекте.

    9. Элементы математического и программного обеспечения АСУ, разработанные в проекте: структура программного обеспечения, примеры управляющих программ, элементы графического интерфейса оператора и др.

Чертежи курсовой работы должны быть детально проработаны на уровне требований к техническому проекту, и давать полное представление об объекте проектирования, достаточное для последующей разработки рабочей документации. К чертежам должны разрабатываться необходимые спецификации и перечни элементов, предусмотренные требованиями ЕСКД для конструкторской документации. Эти документы включаются в приложение к пояснительной записке.
Расчетно-пояснительная записка

В расчетно-пояснительной записке приводятся описания выполненных разработок, расчёты и обоснования использованных схемно-технических решений. Технические решения проекта должны соответствовать современному уровню науки и техники, что должно быть отражено в расчетно-пояснительной записке.

Работоспособность предлагаемых в проекте технических решений должна подтверждаться соответствующими расчетами, исследованиями, аналогиями и другими возможными средствами. Обязательны расчеты систем управления: расчет настроек и качества контуров автоматического регулирования; расчет конечного автомата и графа функционирования для систем логико-программного управления; расчет циклограммы и минимизация логических функций для циклового управления.

Расчетно-пояснительная записка имеет следующую структуру:

  1. Титульный лист.

  2. Подписанное и утвержденное задание на работу.

  3. Аннотация работы.

  4. Оглавление.

  5. Введение.

  6. Обзор и анализ состояния вопроса.

  7. Разработка функциональной схемы автоматизации.

  8. Выбор средств управления и разработка структурной схемы системы управления.

  9. Расчёты системы управления.

  10. Разработка алгоритмов управления.

  11. Заключение, содержащее техническую характеристику проекта и оценку его соответствия техническому заданию.

  12. Библиографический список.

  13. Приложение (Техническое задание, спецификации, перечни элементов и другие документы при необходимости).

Аннотация. Краткая характеристика содержания курсовой работы, дающая представления о выполненном объеме работы и полученных результатах. Объём аннотации не более одной страницы.

Оглавление. Перечень глав, разделов и параграфов пояснительной записки с указанием номера страницы, на которой помещен соответствующий заголовок. Оглавление отражает рубрикацию записки, которая осуществляется по следующей схеме:

1 НОМЕР ГЛАВЫ

1.1 Номер раздела

1.1.1 Номер параграфа

Главы, разделы и параграфы снабжаются содержательными (тематическими) заголовками. Допускается усложнение структуры записки, например, за счёт введения подразделов. Заголовки АННОТАЦИЯ, ОГЛАВЛЕНИЕ. ВВЕДЕНИЕ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. ПРИЛОЖЕНИЕ не нумеруются.

Введение. Введение должно быть конкретным и непосредственно связанным с выполняемой работой. Во введение дается обоснование актуальности разработки темы проекта, указываются цели и задачи проектирования, а также выбираются пути решения поставленных задач.

Обзор и анализ состояния вопроса. Поскольку любая техническая разработка базируется на имеющемся инженерном опыте подобных разработок, то начинать проектирование следует с изучения и обобщения этого опыта. Работа эта выполняется в виде библиографических и патентных исследований. Основные результаты этих исследований приводятся в записке. Необходим анализ результатов обзора с целью выделения наиболее эффективных и перспективных технических решений поставленной задачи, а также с целью определения возможности использования тех или иных решений в разрабатываемом проекте.

Основная часть пояснительной записки. В главах, разделах и параграфах этой части записки приводится описание, обоснование и необходимые расчёты для всех разработок, выполненных в курсовой работе. Здесь должны быть подробно описаны все чертежи курсовой работы со ссылкой на шифры чертежей. При описании чертежа необходимо ссылаться на позиции элементов, обозначенных на чертеже. По ходу изложения материала записки приводятся необходимые рисунки и таблицы. Содержание рисунков и таблиц должно восполнять недостающую информацию и служить лучшему пониманию излагаемого материала. Не следует приводить иллюстрации и таблицы, не содержащие новой информации для читателя записки.

Заключение. В заключении приводится краткая характеристика результатов курсовой работы. Необходимо привести развернутую техническую характеристику спроектированного объекта и оценить соответствие этой характеристики техническому заданию на проектирование. Разработку можно считать успешной в том случае, когда все требования технического задания выполнены.

Библиографический список. В библиографический список включается литература и другие библиографические и патентные источники, которые были использованы при выполнении работы и на которые есть ссылки в тексте записки. Библиографический список составляется по стандартной форме, предусмотренной требованиями ЕСКД к библиографическим спискам текстовых документов.

Приложение. В приложение к записке в обязательном порядке включается техническое задание (ТЗ) на проектирование, а также перечни элементов и спецификации к чертежам. Кроме того, по мере надобности в приложение могут включаться: разработанные в ходе проектирования программы; экспериментальные и статистические данные; документы САПР и АСНИ, созданные в ходе работы (например, Mathcad-документы, использованные при выполнении расчётов) и другие документы.

Пояснительная записка оформляется в соответствие с требованиями ЕСКД к текстовым конструкторским документам ГОСТ 2.105-95 - Общие требования к текстовым документам, а также в соответствие с требованиями к учебной документации студентов [1] (СТП-ОмПИ-01-82. Учебная документация студентов. Требования и рекомендации по оформлению).

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Разработка технического задания

После того, как студент получил утверждённое задание на курсовую работу, он должен уяснить поставленную задачу и разработать техническое задание на курсовую работу. Это задание согласовывается с руководителем курсового проектирования студента и утверждается им. Техническое задание является основным документом, в соответствии с которым оценивается выполненная студентом работа.

Для составления технического задания, прежде всего, необходимо собрать все имеющиеся материалы по теме курсовой работы, изучить современное состояние проблемы и наметить пути решения поставленной задачи. В процессе разработки ТЗ выполняются библиографические и патентные исследования. Содержанием патентных исследований, выполняемых при курсовом проектировании, является исследование технического уровня объектов хозяйственной деятельности, выявление тенденций, обоснование прогноза их развития

Основные требования к техническому заданию определяются стандартом ГОСТ 15.001-88. Система разработки и постановки продукции на производ­ство. Продукция производственно-технического назначения. В соответствии с этим стандартом:

Техническое задание составляется в соответствии с методическими указаниями [2] (Федотов А.В. Составление технического задания. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. – 23 с.). Те пункты ТЗ, которые в конкретном случае не оговариваются, могут опускаться. Техническое задание оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским документам по ГОСТ 2.105-95 на листах формата А4 без рамки, основной надписи и дополнительных граф к ней.
Обзор и анализ состояния вопроса

Для оценки научно-технического уровня в предметной области, связанной с темой курсовой работы, проводятся библиографические и патентные исследования. В процессе проведения этих исследований изучается литература и иные источники информации, а также патентная информация. Наиболее свежие сведения следует искать в периодической литературе (научно-технических журналах).

Профессионально значимые журналы, рекомендуемые к использованию при выполнении курсовой работы:

Известия вузов. Машиностроение;

Станки и инструмент (СТИН);

Вестник машиностроения;

Автоматика и телемеханика;

Автоматизация и управление в машиностроении;

Современные технологии автоматизации (СТА);

IEEE Control Systems.

Патентные исследования выполняются на основе патентных фондов ОмГТУ и публичных или корпоративных библиотек.

При выполнении исследований решаются следующие задачи:


Разработка функциональной схемы автоматизации

Функциональная схема автоматизации разрабатывается для конкретного технического объекта. Объектом автоматизации чаще всего является технологический процесс или производственный участок. Функциональные схемы являются основ­ным техническим документом, определяю­щим функционально-блочную структуру от­дельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологиче­ского процесса и оснащение объекта управ­ления приборами и средствами автоматиза­ции.

Объектом управления в системах автома­тизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования, оснащенного встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также потоки энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии. Создание эффективных систем автома­тизации предопределяет необходимость глу­бокого изучения технологического процесса.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующие вопросы:

Указанные задачи решаются на основа­нии анализа условий работы технологиче­ского оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности управления, контроля и регистрации техноло­гических параметров, к качеству регулиро­вания и надежности.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью техни­ческих средств, включающих в себя: отбор­ные устройства, средства получения первич­ной информации, средства преобразования и переработки информации, средства пред­ставления и выдачи информации обслужи­вающему персоналу комбинированные, ком­плектные и вспомогательные устройства. Результатом составления функциональных схем являются:

1) выбор методов и средств измерения и контроля технологи­ческих параметров;

  1. выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

  2. выбор приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования;

  3. размещение средств автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах, щитах, пультах, в пунктах управления и т. п. Определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

  4. Определение функций автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) и распределение этих функций по уровням управления.

  5. Определение требований к входам-выходам системы управления технологическим процессом.

  6. Формирование перечня средств автоматизации, необходимых для реализации проекта.

Разработка функциональной схемы автоматизации ответственный этап проектирования и от принятых на этом этапе решений во многом зависит конечный результат автоматизации процесса. На основе накопленного опыта разработки систем автоматизации можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми сле­дует руководствоваться при разработке функ­циональных схем автоматизации:

1) Уровень автоматизации технологиче­ского процесса в каждый период времени должен определяться не только целесообраз­ностью внедрения определенного комплекса технических средств и достигнутым уровнем научно-технических разработок, но и перс­пективой модернизации и развития техноло­гических процессов. Должна сохраняться воз­можность наращивания функций управления.

2) При разработке функциональных и других видов схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться: вид и характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрес­сивность и токсичность окружающей среды и т. д.; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, при­водов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие средств автоматизации.

3) Система автоматизации техноло­гических процессов должна строиться, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и управления. Необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации и унифицированных систем, характеризуемых совместимостью, взаимозаменяемостью и удобством компоновки. Использование однотипной аппаратуры дает значительные преи­мущества при монтаже, наладке, эксплуата­ции, обеспечении запасными частями и т. п.

4) В качестве локальных средств сбора и накопления первичной информации (измерительных устройств и датчиков), вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств следует использовать преимущественно приборы и средства автоматизации Государ­ственной системы промышленных приборов (ГСП).

  1. В случаях, когда функциональные схемы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются соответствующие технические задания на разработку новых средств автоматизации.

  2. Выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (элек­трическую, пневматическую или гидравлическую), определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, агрессивностью окружающей среды, требованиями к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления и т. д.;

  3. Количество приборов, средств управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки и сроки мон­тажных и наладочных работ.

  4. Основным средством управления техническими объектами в современных условиях являются специализированные средства вычислительной техники (промышленные компьютеры, программируемые контроллеры и др.). Именно на эти средства следует ориентироваться при разработке системы автоматизации.

  5. При построении современных сложных централизованно-распределённых систем управления используется принцип локальных вычислительных сетей, что позволяет оптимизировать информационные линии связи и процессы обмена информацией в системе управления.

Перечисленные принципы являются об­щими, но не исчерпывающими для всех случаев, которые могут встретиться в прак­тике проектирования систем автоматизации технологических процессов. Однако для каж­дого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации технического задания на автоматизацию проектируемого объекта.

На чертеже функциональной схемы автоматизации объекта, прежде всего, упрощенно отображается сам объект (технологический процесс, производственный участок и др.). Изображение объекта автоматизации занимает основное пространство чертежа. Объект автоматизации может изображаться в виде технологической схемы, в виде планировки, кинематической схемы, комбинированной схемы и др. При изображении объекта автоматизации следует использовать условные обозначения, предусмотренные стандартами ЕСКД.

Схема объекта автоматизации должна давать ясное представление о его устройстве и работе и о взаимодействии средств автоматизации с объектом автоматизации.

На схеме объекта автоматизации условными символами показываются контролируемые величины и места установки измерительных устройств и исполнительных механизмов, используемых для автоматизации объекта и управления им. Передача измерительных и управляющих сигналов изображается в виде линий связи, соединяющих датчики и исполнительные устройства с системой управления.

На функциональной схеме автоматизации определяются уровни и функции системы управления автоматизируемым объектом. Эта информация дается в виде таблицы, которая помещается в нижней части чертежа под схемой объекта автоматизации. Каждая строка таблицы привязана к определённому местоположению средства управления и к уровню системы управления: средства на оборудовании (приборы по месту); средства на щитах управления; программируемые контроллеры; автоматизированное рабочее место (АРМ) технолога и пр.

В строке таблицы с помощью графических символов и буквенных обозначений описывается каждая функция системы управления, выполняемая на определённом уровне управления. Входом функции управления является измерительная информация от средств измерения, а выходом – сигнал управления на исполнительный механизм. Отдельные функции могут не требовать входной информации или не создавать сигналы управления (например, функция регистрации измеряемой величины не предусматривает сигнал управления).

Функция может выполняться отдельным устройством управления. В том случае она привязана к этому устройству управления (например, сигнальное табло, обеспечивающее функцию сигнализации). В большинстве случаев для управления применяется программируемый контроллер или компьютер, которые являются многофункциональными устройствами и позволяют реализовать сотни и тысячи функций управления. Для многофункциональных средств каждая функция изображается отдельно.

Рассмотрим пример автоматизации технологического процесса ректификации жидкого продукта. Для осуществления процесса используется ректификационная колонна, через которую прокачивается подогретый продукт. Для стабилизации технологического процесса и обеспечения необходимого качества продукта требуется поддерживать постоянную температуру продукта и его уровень в колонне.

Функциональная схема автоматизации технологического процесса ректификации показана на рис. 1. В ректификационной колонне с помощью датчиков 1-1 и 2-1 контролируются температура и уровень продукта. Для изменения температуры изменяется подача горячего пара в теплообменник с помощью регулируемой заслонки с исполнительным механизмом 1-4. Для изменения уровня используется заслонка на подающем трубопроводе продукта, снабжённая исполнительным механизмом 2-4. Для подачи продукта в колонну используется насос с электроприводом. Электродвигатель насоса имеет электромагнитный пускатель с дистанционным управлением.

Функции системы управления показаны в таблице. Каждая функция обозначена кружком, внутри которого помещается условное буквенное обозначение функции. Система управления процессом ректификации двухуровневая. Непосредственное управление оборудованием процесса осуществляется от программируемого контроллера, который выполняет функции автоматического регулирования температуры и уровня продукта в ректификационной колонне, а также управление включением и выключением насоса в нужные моменты времени.

На верхнем уровне управления используется ЭВМ, входящая в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. ЭВМ выполняет функции индикации и регистрации параметров процесса, а также ручного управления исполнительными механизмами технологического оборудования.

Функциональная схема автоматизации оформляется в соответствие с требованиями стандарта ГОСТ 21.404-85 - Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. Рекомендации по разработке и оформлению схем автоматизации приведены в [3].Требования к чертежам функциональных схем автоматизации и рекомендации по их оформлению приведены в приложении.

Для функциональной схемы автоматизации составляется перечень средств автоматизации, необходимых при реализации системы.
Разработка структуры системы управления

Исходные требования для автоматизированной системы управления определяются на основе функциональной схемы автоматизации. Прежде всего, определяется потребное число входов-выходов системы управления и их характеристики. Для решения этой задачи целесообразно составить таблицы входных и выходных сигналов, используя функциональную схему автоматизации.

В таблицах указываются все информационные (входные) сигналы от датчиков и средств измерений и все управляющие (выходные) сигналы от устройств управления. Сигналы следует разделить по виду (аналоговые, дискретные), по типу (сигналы постоянного тока, переменного тока), по уровню (0 – 10 В, 24 В, 220 В, 0 – 20 мА и т.д.). На основе этих таблиц определяется потребное количество входов и выходов системы управления и требования к характеристикам этих входов-выходов.

При определении числа входов-выходов следует предусматривать резерв для последующего расширения системы управления и для коррекции её функций в случае обнаружения ошибок в процессе внедрения системы. Сказанное относится, в первую очередь, к компьютерным средствам управления, которые реализуют большое число функций управления.

Для оценки требований к вычислительным возможностям компьютерного устройства управления, по функциональной схеме автоматизации следует определить общее число функций управления, требующих реализации системой управления. Следует также учитывать сложность этих функций.

После оценки основных требований к важнейшим характеристикам системы управления формулируются прочие требования: требования к условиям эксплуатации, требования к точности, требования к надёжности, стоимостные требования и др.

На основе сформулированных требований осуществляется выбор средств управления, с использованием которых будет построена система управления. В современных условиях этот выбор сводится к выбору программируемых контроллеров и компьютеров. Следует использовать однотипные контроллеры и компьютеры, совместимость которых гарантируется.

Выбор средств управления происходит в определённой последовательности:

  1. Выбор фирмы-производителя средств управления.

  2. Выбор модели и комплектации программируемых контроллеров.

  3. Выбор вспомогательных средств и средств связи с оперативным персоналом (средства передачи и преобразования данных, панели оператора и др.).

  4. Выбор компьютеров для верхнего уровня управления.

  5. Определение состава необходимого программного обеспечения и источников его поставки.

При выборе фирмы-производителя следует руководствоваться следующими соображениями:

После выбора фирмы производителя по каталогам фирмы осуществляется выбор моделей и комплектация программируемых контроллеров (а при необходимости и промышленных компьютеров). Основные задачи оперативного управления в современной АСУ ТП решают программируемые контроллеры. Поэтому их выбор является ответственным этапом проектирования системы управления.

Программируемые контроллеры бывают трех видов:

  1. Фиксированные контроллеры, имеющие законченную конфигурацию с определенным и ограниченным числом входов-выходов (обычно не более 30).

  2. Модульные контроллеры с объединенными в единый блок модулями, число и характеристики входов-выходов которых определяются потребителем в процессе конфигурации контроллера (число входов-выходов может превышать 1000).

  3. Модульные контроллеры с распределённым вводом-выводом, состоящие из центрального блока и отдельных модулей ввода-вывода, устанавливаемых по месту.

Наиболее простыми и дешёвыми являются фиксированные контроллеры. Однако возможности управления таких контроллеров существенно ограничены и применяют их для управления простыми объектами. Наиболее дороги модульные контроллеры с распределённым вводом выводом. Применение таких контроллеров позволяет оптимизировать информационные связи в системе управления, сократить расходы на линии связи и повысить надежность системы управления.

Структура системы управления разрабатывается на основе выбранной комплектации средств управления. Современные АСУ ТП являются иерархическими системами, имеющими как минимум два уровня. На нижнем уровне используются программируемые контроллеры и другие локальные средства управления.

При разработке нижнего уровня управления решаются следующие задачи:

На верхнем уровне управления используются промышленные компьютеры, персональные компьютеры, панели оператора. Для связи верхнего уровня с нижним используется либо соединения «точка-точка» (P&P), либо локальная вычислительная сеть (ЛВС).

Соединения «точка-точка» применяются в простых случаях, например, для соединения одного программируемого контроллера с компьютером. При использовании такого соединения необходимы соответствующие порты у контроллера и компьютера. Следует определить стандартный интерфейс, используемый для связи.

Основным способом связи в современных системах управления является организация локальных вычислительных сетей (ЛВС) из средств управления. В системах управления используются промышленные стандарты локальных вычислительных сетей. ЛВС позволяет объединить все средства управления и организовать многосторонний обмен информацией.

При проектировании системы управления необходимо выбрать конкретный стандарт ЛВС и дополнительное оборудование для её реализации (сетевые адаптеры, концентраторы связи, коммуникационные процессоры и т.д.).

Результат перечисленных действий оформляется в виде чертежа структурной схемы системы управления. Структурная схема должна наглядно отражать:

К структурной схеме системы управления разрабатывается перечень элементов, в который включаются все компоненты комплекса технических средств (КТС) системы управления.

Пример структурной схемы системы управления технологическим процессом ректификации продукта показан на рис. 2. Этот процесс рассматривался в предыдущем примере (см. рис. 1). Система управления процессом ректификации двухуровневая. Непосредственное управление оборудованием процесса осуществляется от программируемого контроллера, который выполняет функции автоматического регулирования температуры и уровня продукта в ректификационной колонне, а также управление включением и выключением насоса в нужные моменты времени.

На верхнем уровне управления используется ЭВМ, входящая в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. ЭВМ выполняет функции индикации и регистрации параметров процесса, а также ручного управления исполнительными механизмами технологического оборудования.

В нижней части чертежа прямоугольниками показаны источники и приёмники сигналов, установленные на объекте управления. Для их идентификации используются позиционные обозначения функциональной схемы автоматизации (см. рис. 1). Кроме этого дается дополнительное описание источника-приёмника для повышения информативности схемы.

Выше в виде бока изображен программируемый контроллер, образующий первый (нижний) уровень управления. Программируемый контроллер использован фиксированного типа с аналоговыми и дискретными входами и выходами. Все входы-выходы контроллера обозначены. Показаны соединения входов-выходов с источниками-приемниками информации объекта управления.

Контроллер имеет также последовательный порт стандартного последовательного интерфейса RS-232, который используется для связи с ЭВМ. Связь осуществляется по схеме "точка-точка".

ЭВМ верхнего уровня изображена выше контроллера. Она образует второй (верхний) уровень системы управления и для связи с оператором имеет дисплей. В составе ЭВМ предусмотрено также устройство для работы с CD дисками, на которых поставляется необходимое программное и методическое обеспечение, а также техническая документация для системы управления.

В дополнительных средствах связи с программируемым контроллером ЭВМ не нуждается, поскольку последовательные порт стандартного интерфейса RS-232 входит в обычную комплектацию ЭВМ.

Контроллер на структурной схеме системы управления может быть изображен в виде блока, как это показано на рис.2. Такое изображение удобно для фиксированных контроллеров. Если контроллер модульный, то его конфигурация определяется при проектировании и её необходимо отобразить на структурной схеме. В этом случае целесообразно показывать структуру контроллера.

Пример изображения контроллера с указанием его структуры показан на рис. 3. Модульный программируемый контроллер в своем составе имеет модуль М1 центрального процессора ЦП, модуль М2 блока питания БП, модуль М3 коммуникационного процессора КП, модуль М4 ввода-вывода дискретных сигналов МВВД и модуль М5 ввода-вывода аналоговых сигналов МВВА. Связь между модулями осуществляется по системной магистрали СМ, формируемой центральным процессором ЦП и конструктивно оформленной в виде системных разъёмов.

При программировании компьютерных средств системы необходимо разработать управляющую программу для контроллера, программу диспетчерского управления процессом для ЭВМ и интерфейс оператора. Интерфейс оператора позволяет ему отслеживать технологический процесс, при необходимости изменять уставки регулирования и настройки регуляторов, осуществлять ручное управление, а также работать с архивными данными о ходе управляемого процесса.
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации