Классификация АСУ ТП

 

Общеотраслевые руководящие материалы по созданию и применению АСУ ТП в отраслях промышленности для классификации АСУ ТП устанавливают следующие признаки:

- уровень, занимаемый системой в организационно-производственной иерархии (табл.1):

- нижнего уровня – АСУ ТП технологических агрегатов, установок, участков;

- верхнего уровня – АСУ группой установок, цехом, не включая АСУ ТП нижнего уровня;

- многоуровневые – то же, включая АСУТП нижнего уровня.

 

Таблица 1

Класс АСУ ТП	Кодовый индекс	ТОУ
АСУ ТП нижнего уровня		Технологические агрегаты, установки, участки
АСУ ТП верхнего уровня		Группы установок, цеха, производства; не включают АСУ ТП нижнего уровня
АСУ ТП многоуровневые		Группы установок, цеха, производства и включают АСУ ТП нижнего уровня

 

- характер протекания управляемого технологического процесса во времени (табл.2), определяемый непрерывностью или дискретностью поступления исходных материалов, сырья и реагентов, наличием или отсутствием длительных установившихся и переходных режимов функционирования ТОУ, наличием и длительностью дискретных операций по переработке входных потоков (табл. 2).

Таблица 2

Класс АСУ ТП	Кодовый индекс	Характер технологического процесса
АСУ непрерывным ТП	Н	Непрерывный с длительным поддержанием режимов, близких к установившимся, и практически безостановочной подачей сырья и реагентов
АСУ непрерывно-дискрет-ным ТП	П	Сочетание непрерывных и прерывистых режимов функционирования различных технологических агрегатов или на различных стадиях процесса (в том числе периодические процессы)
АСУ дискретным ТП	Д	Прерывистый, с несущественной для управления длительностью технологических операций

- информационная мощность (табл.3), характеризуемая числом технологических переменных, измеряемых или контролируемых в данной АСУ ТП;

 

Таблица 3

Условная информационная мощность	Кодовый индекс	Число измеряемых и контролируемых технологических переменных
Минимум	Максимум
Наименьшая
Малая
Средняя
Повышенная
Большая			Не ограничено

 

 

- уровень функциональной надежности АСУ ТП (табл.4), влияющий на показатели ее эффективности;

Таблица 4

Уровень функциональной надежности	Код	Краткая характеристика уровня надежности
Минимальный		Не регламентируется, не требуется специальных мер
Средний		Регламентируются, но отказы в АСУ ТП не приводят к остановам ТОУ
Высокий		Жестко регламентируется, так как отказы в АСУ ТП могут привести к останову ТОУ или аварии

 

- уровень функционирования АСУ ТП (табл.5), характеризуемый совокупностью информационных и управляющих функций системы

Таблица 5

Условное наименование типа функционирования АСУ ТП	Код	Краткая характеристика особенностей функционирования системы
Информационный	И	Автоматически выполняются только информационные функции, решения по управлению принимает и реализует оператор
Локально-автоматический	Л	Автоматически выполняются информационные функции и функции локального управления. Решения по управлению процессом в целом принимает и реализует оператор
Советующий	С	Автоматически выполняются функции информационные, локального управления и с помощью модели процесса формируются советы по выбору управляющих воздействий с учетом критерия
Автоматический	А	Все функции АСУ ТП, включая управление процессом по критерию, выполняется автоматически

 

- принцип распределения функций реализации управляющих воздействий между компьютерными устройствами, входящими в состав КТС АСУТП.

Распределенные АСУТП включают в свой состав несколько устройств обработки информации (компьютеров или специализированных устройств типа регулирующих микроконтроллеров, установленных на различных участках агрегата или вдоль технологической линии), причем функции управления реализуют одновременно несколько из них. При этом все компьютеры системы могут быть объединены в сеть, и специальные сетевые ОС поддерживают распределение основных задач (процессов) программного обеспечения АСУТП по процессорным устройствам ЭВМ.

В нераспределенных системах функции реализации управляющих воздействии выполняются одной ЭВМ, обычно центральной в АСУТП.

 

Устаревшие классификации.

- по критерию сложности объектов управления (1970г.) применительно к предприятиям с непрерывным и непрерывно-дискретным характером производства, за критерий которой взято число контролируемых параметров и управляющих воздействий в соответствии с ростом сложности объекта управления (табл.6).

Таблица 6

Основная характеристика класса АСУТП	Основные функциональные признаки	Типовые примеры объектов управления
1-0. Автоматизированная система программного управления	Управление по жесткой программе с предварительно запрограммированными воздействиями	Станки, смесеприготовители, полиграфические машины
1-1. АСУ технологическими установками с малым числом контролируемых и регулируемых параметров (до 20)	Измерение, индикация, регистрация и одноконтурное регулирование параметров	Топки паровых котлов, весовые дозаторы, установки автоматического пожаротушения
1-2. АСУ технологическими установками или агрегатами с малым числом контролируемых и регулируемых параметров (около 40)	То же, что для класса 1-1, и логические опе- рации	Технологические котельные, печи, нагревательные колодцы и фурмы доменных печей, ректификационные колонки
1-3. АСУ технологическими установками, агрегатами или процессами со средним числом контролируемых, регулируемых и оптимизируемых параметров (около 100)	То же, что для класса 1-2, и многоконтурное регулирование	Конверторы, секционные печи, химические реакторы, установки первичной переработки нефти, комплексы шихтоподготовки обогатительных и агломерационных фабрик
1-4. АСУ технологическими агрегатами или процессами с большим числом регулируемых и оптимизируемых параметров (около 800)	То же, что для класса 1-3, и вычисление технико - экономических показателей	Энергоблоки, прокатные станы, доменные печи, атомные реакторы, производство этиленбензола, производство печной сажи
1-5. АСУ технологическими переделами и производствами с агрегатами и установками, для местного управления которыми средства вычислительной техники не используют	То же, что для класса 1-4, и диспетчеризация при одноступенчатом уровне	Электролизные цеха производства серной кислоты, искусственного волокна, агломерационные фабрики, обогатительные фабрики
1-6. АСУ технологическими переделами и производствами с агрегатами и установками, оснащенными средствами вычислительной техники	То же, что для класса 1-5, но при двухступенчатом управлении	Конверторные цеха, доменные печи, цементные заводы, сернокислотные производства, обогатительные комбинаты

 

- по функционально-алгоритмическому признаку. Представляется целесообразным разделить по функционально-алгоритмическому признаку системы управления технологическими процессами на базе управляющих ЭВМ на три класса (табл.7). Такая классификация в определенной мере условна, поскольку функции, выполняемые системами указанных классов, могут в ряде случаев перекрываться.

Таблица 7

Основная характеристика класса АСУТП	Основные функциональные признаки	Типовые примеры объектов управления
1. Системы логико-программного управления (группой однотипных технологических установок)	Прямое цифровое управление по жесткой или полужесткой программе в режиме разделения времени между управляемыми установками	Группы автоматизированных постов контроля или испытаний изделий электронной техники, прецизионных механообрабатывающих станков, термического оборудования
2. Системы оптимального управления (технологическим процессом или режимами технологической установки)	Решение задач оптимизации на основании получаемой от управляемого объекта информации и принятых математических моделей, выработка регулирующих воздействий или советов оператору в реальном времени	Химические реакторы, трубопрокатные станы, группа диффузионных печей, установки первичной переработки нефти
3. Системы комплексного управления (технологической линией, участком, цехом) - АСУОТП	Автоматический или полуавтоматический сбор, обработка, наглядное отображение технологической и организационно-производственной информации, управление через оперативный персонал ходом технологических процессов	Технологические линии производства интегральных схем, кинескопов, энергоблок атомной электростанции, сернокислотное производство, доменная печь, тепловая электростанция

 

Осуществляя управление технологическим процессом, ЭВМ получает информацию о ходе процесса и выдает регулирующие воздействия (в частном случае - советы оператору) в соответствии с алгоритмом управления, заложенным в виде программ в запоминающие устройства.

К 1-му классу АСУТП относятся системы с наиболее простой формой алгоритма управления - полностью запрограммированным ходом процесса (ранее его вел оператор). Основная функция центрального процесса АСУТП – логические операции по выполнению нескольких программ (в частном случае - одной) с автоматическим распределением времени. Типовым алгоритмом управления служит заранее установленная последовательность логических операций с условным или безусловным переходом от одной позиции к другой.

К системам 1-го класса относятся, в частности, системы прямого многоканального цифрового регулирования (стабилизация параметров) или системы прямого цифрового управления металлорежущими станками.

В общем случае при управлении с помощью ЭВМ рядом технологических установок в запоминающем устройстве хранится число программ, реализующих типовой алгоритм, соответствующее числу объектов управления. При этом с помощью специальной программы - диспетчера организуется мультипрограммный режим работы машины.

АСУТП 2-го класса достаточно широко применяются в непрерывных и непрерывно-дискрет-ных производственных процессах. Главной функцией центрального процессора в таких системах являются выполнение на основании входных данных, получаемых от объекта управления, математических операций и выработка по результатам вычислений регулирующих воздействий.

Алгоритм управления процессом (объектом), как правило, разрабатывается на основе его детерминированной или статистической модели, что позволяет оптимизировать, т.е. управлять процессом с целью удовлетворить некоторый критерий.

К системам 2-го класса относятся, в частности, системы прямого многосвязного цифрового управления с оптимизацией, системы управления последовательными технологическими операциями, связанными по качеству, системы адаптивного управления технологическими комплексами.

АСУТП 3-го класса в основном охватывают среднюю ступень иерархических систем управления производством. Это класс организационно-технологических АСУ-АСУОТП.

Главной функцией технологического характера является управление через оперативный персонал (операторов, технологов и т.д.) ходом технологических процессов на основании статистической обработки технологической информации и текущего планового задания.

Поскольку 3-й класс систем охватывает группу технологических процессов, а следовательно, и ряд различных технологических установок и целые производственные подразделения, то в функции этих систем включают также обработку планово-производственной информации и управление (по результатам этой обработки) оперативным персоналом, работой участка, цеха. Из вышесказанного следует, что алгоритмы отдельных задач, решаемых АСУТП 3-го класса, весьма разнообразны, носят в первую очередь информационно-вычислительный характер и каждый алгоритм в отдельности прост для программирования. Однако в целом задача анализа и прогноза хода производственного процесса (например, реализация алгоритма управления технологическим процессом в целях оптимального номенклатурного распределения выпускаемых изделий в зависимости от планового задания) может быть весьма сложной.

Следует отметить, что системы 3-го класса могут вырастать из систем 1-го и 2-го классов, когда ЭВМ осуществляет централизованное управление (логико-программное или оптимальное) группой технологических установок на уровне производственного участка, линии, цеха и на нее возлагаются дополнительные функции оперативно-диспетчерского управления с анализом работы производственного подразделения и прогнозом его дальнейшего хода.