Студопедия — ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЙ АСУТП
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЙ АСУТП

Валентность - это способность атома образовывать химические связи с другим атомом за счет неспаренных электронов в основном или в возбужденном состоянии.

Ими могут быть неспаренные электроны внешних оболочек у sр - элементов, внешних и предвнешних оболочек у d - элементов, внешних, предвнешних и предпредвнешних оболочек у f - элементов.

При образовании химической связи атом может переходить в возбужденное состояние, разъединяя пары электронов и переводя их на свободные (вакантные) атомные орбитали того же уровня.

Так, элемент 7 группы фтор имеет одну валентность, равную 1, а хлор - 1, 3, 5, 7. Это объясняется тем, что у фтора нет на 2-ом энергетическом уровне свободных АО, тогда как у хлора на 3-м энергетическом уровне имеется 9 АО, из которых электронами заняты 4. При возбуждении атома хлора происходит распаривание электронов и постепенный переход их на свободные d - орбитали.

У атомов d - и f - элементов на внешних уровнях в основном состоянии нет неспаренных электронов, поэтому их валентность равна 0, несмотря на то, что на предвнешних d - и f - подуровнях имеются неспаренные электроны. Но они не могут образовать электронные пары с другими атомами, т.к. закрыты электронами внешнего уровня. При возбуждении атома распаренные электроны внешнего уровня вступают в химическую связь и открывают внутренние электронные уровни. Например, валентность железа в основном состоянии равна 0:

  3 d   4 s   4 p  
Fe ↓↑   ↓↑         B = 0
                         

В возбужденном состоянии происходит разъединение 4 s - пары электронов:

  3 d   4 s   4 p  
Fe* ↓↑         B* = 2, 3, 4, 5, 6
                         

Валентность железа в возбужденном состоянии определяется не только 4 s -, 4 p -, но и 3 d - неспаренными электронами. Пара 3 d -электронов не может разъединиться, потому что на 3 уровне нет вакантных орбиталей, поэтому максимальная валентность железа равна 6.

У осмия при возбуждении могут разъединяться не только внешние 6 s - электроны, но и предвнешние 5 d - электроны, т.к. на 5 уровне есть еще 5 f -подуровень со свободными орбиталями. Поэтому максимальная валентность осмия равна 8:

  5 d   5 f   6 s   6 p  
Os ↓↑                   ↓↑         B = 0
                                           

 

  5 d   5 f   6 s   6 p  
Os*                       B* = 2, 3, 4, 5, 6, 8
                                         

 

Лекция 21

Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Назначение, структура и функции. Обеспечения АСУТП. Принципы построения. Стадии и этапы развития. Технико-экономические показатели, перспективы развития.

АСУТП – это человеко-машинная система, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ). Эти воздействия формируются на основе полученной информации о состоянии процесса и в соответствии с принятым критерием управления.

Совокупность совместно функционирующих АСУТП и ТОУ называется автоматизированным технологическим комплексом (АТК).

 

 
 

СИ температуры, давления, расхода, качества и т. д., а также датчики состояния оборудования («включено», «выключено») служат для получения информации о текущем состоянии объекта в реальном масштабе времени.

Выходные сигналы датчиков преобразуются в унифицированные стандартные сигналы и поступают на средства отображения информации, а также через устройства связи с объектом (УСО) – на управляющий вычислительный комплекс (УВК). Ряд датчиков (анализаторы показателей качества, счетчики) имеют стандартный выход и могут работать без преобразователей.

На щитах и пультах управления операторской размещены:

· средства отображения информации: мнемосхема со световой аварийной и технологической сигнализациями, индикаторы, мониторы, регистрирующие и показывающие вторичные приборы,

· органы управления (станции управления регуляторами, выключатели, переключатели), с помощью которых человек может непосредственно вмешаться в процесс.

Управление технологическим процессом с помощью АСУТП осуществляется следующим образом. Устройства регулирования и управления автоматически поддерживают оптимальный технологический режим процесса. Оперативный технологический персонал получает текущие оперативные данные от информационной подсистемы АСУТП через устройства отображения. На основании получаемой информации технологический персонал анализирует ход процесса и выясняет, достигается ли цель управления.

Если цель не достигается, то управляющая подсистема определяет каковы должны быть управляющие воздействия. В зависимости от режимов работы АСУТП рассчитанные значения могут реализовываться в виде рекомендаций оператору, путем изменения уставок регуляторам, непосредственно через исполнительные механизмы.

Функции АСУТП. Цель, поставленная перед АТК, достигается при выполнении системой управления ряда функций, по назначению объединенных в подсистемы.

Информационная подсистема. Она предназначена для представления технологическому персоналу оперативной, достоверной, подробной, обработанной соответствующим образом информации о настоящем, прошлом и будущем ТОУ, и выполняет следующие функции.

Сбор и первичную обработку информации, которая состоит из ряда операций:

· опроса чувствительных элементов с заданной частотой. Частота опроса определяется особенностями ТОУ (его инерционностью, взрыво- и пожаро-опасностыо) и ресурсами ЭВМ и может колебаться от нескольких секунд до часа.

· фильтрации и прогнозирования технологических параметров. При фильтрации отбрасывают явно ошибочные значения параметров, возникающие при сбое измерительной системы, и на это время присваивают расчетное значение параметра. Для реализации этого необходима соответствующая система уравнений расчета параметров. По этим же уравнениям можно рассчитывать прогнозируемые значения параметров. Необходимость в получении прогнозируемых значений возникает в случае критических аварийных ситуаций.

· усреднения параметров за заданные промежутки времени (час, смену, сутки),

· расчета действительных значений параметров по информации от чувствительных элементов с учетом их характеристик и введением поправок на состояние контролируемых сред,

· интегрирования параметров – вычисление суммарного количества вещества, например расхода сырья, топлива, выработанной продукции за некоторый промежуток времени.

Расчет технико-экономических показателей (ТЭП).К ТЭП процесса относятся величины, комплексно характеризующие ТОУ в данный момент или за определенный интервал времени:

· расходы всех видов сырья, топлива, электроэнергии, пара, воздуха, воды, вспомогательных материалов и т. п.;

· удельные расходы этих же потоков на 1т вырабатываемого основного товарного продукта;

· производительность ТОУ по сырью и основному продукту;

· себестоимость 1 т основного товарного продукта.

ТЭП процесса необходимы как для управления ТОУ, так и для учета и отчетности. Периодичность их расчетов определяется особенностями ТОУ. Как правило, их считают за час, смену, сутки, месяц.

Контроль за состоянием ТОУ. Учет его пробега и определение срока ремонта. Эта задача охватывает оборудование, имеющее электрические приводы – насосы, компрессоры, вентиляторы и т.п. Сигнал о включении двигателя в работу автоматически поступает в ЭВМ одновременно с нажатием пусковой кнопки двигателя. Далее подсчитывается длительность работы (пробега) оборудования. Расчет сроков ремонтов осуществляется путем сравнения действительного пробега оборудования после последнего ремонта (текущего, среднего, капитального) с нормативными данными о величине пробега. На основании этого сравнения составляется график ремонтов на определенный период с указанием даты ремонта.

Управляющая подсистема. Предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на ТОУ. Под выработкой понимают определение на основании имеющейся информации рациональных управляющих воздействий, а под реализацией – действия, обеспечивающие их. Эта подсистема выполняет следующие функции:

· Регулирование отдельных технологических параметров. Такое регулирование обычно производится традиционными средствами – локальными регуляторами. При этом технологический персонал установки не всегда может правильно выбрать настроечные коэффициенты, что приводит к некачественному регулированию – большим статической и динамической ошибкам, а также значительной продолжительности регулирования.

· Программно-логическое управление состоит в том, что по командам УВК осуществляется открытие и закрытие трубопроводов, включение и отключение аппаратов, насосов и компрессоров. При пуске и останове ТОУ такое управление может осуществляться по жесткой временной программе, а при переводе ТОУ с одного режима на другой или при возникновении какого-либо нежелательного события в ТОУ – по достижении характерным параметром заданного критического значения.

· Оптимальное управление, т. е. поиск и выдача оптимальных управляющих воздействий, обеспечивающих наилучшее достижение цели управления, – одна из самых сложных и ответственных функции, выполняемая путем решения уравнений математической модели процесса.

Вспомогательная подсистема. Кроме информационной и управляющей подсистем, функции которых имеют конкретного потребителя – оперативный технологический персонал или ТОУ, АСУТП выполняет еще функции, обеспечивающие ее нормальную эксплуатацию. Они объединены во вспомогательную подсистему. К ее функциям можно отнести, например, организацию всего комплекса технических средств (КТС) как единого целого, диагностику состояния КТС, контроль функционирования всей системы, организацию совместной работы с другими АСУ и т. д.

Режимы работы АСУТП. В зависимости от степени участия человека в выполнении функций АСУТП различают два режима работы: автоматизированный и автоматический.

Автоматизированный режим. В этом режиме оперативный технологический персонал принимает активное участие в управлении. Возможны следующие варианты реализации этого режима:

· ручное управление – технологический персонал по информации, получаемой о состоянии ТОУ, принимает решения об изменении технологического режима и воздействует на процесс дистанционно из операторской с помощью ручных задатчиков или же непосредственно, закрывая или открывая запорную арматуру. Недостаток – ограниченные физиологические возможности персонала.

· режим советчика – УВК рекомендует технологическому персоналу оптимальные значения наиболее важных режимных параметров (температуры и расхода рабочей среды т.п.), обеспечивающих достижение цели управления. Технологический персонал на основании своего опыта и знаний анализирует полученные рекомендации, а также информацию о процессе и принимает решение о целесообразности изменения режима. В случае принятия «совета» он вмешивается в работу ТОУ. Недостатком этого режима является то, что оператору зачастую трудно проверить правильность выработанной УВК рекомендации.

· диалоговый режим – технологический персонал имеет возможность получать по запросу дополнительную информацию о настоящем, прошлом и будущем процесса (например, о наличии сырья, о прогнозируемых показателях качества), и лишь после этого принимать решение о целесообразности изменения технологического режима.

Автоматический режим. Этот режим работы АСУТП предусматривает выработку и реализацию управляющих воздействий' без участия человека. Реализуются следующие варианты данного режима:

· супервизорное (косвенное) управление (СУ) – когда УВК автоматически изменяет уставки и (или) коэффициенты настройки локальных регуляторов. При этом на программном уровне решаются вопросы защиты ТОУ от опасных и неприемлемых изменений технологических параметров;

· непосредственное (прямое) цифровое управление (НЦУ), при котором ЭВМ реализует результаты расчетов по поиску оптимальных режимов путем воздействия на исполнительные механизмы. Естественно, требования к надежности управляющей подсистемы в этом режиме резко возрастают. Она должна учитывать все возможные варианты работы ТОУ и не допустить выход его в неустойчивую зону, в которой возможны аварийные ситуации.

Из всех перечисленных режимов наиболее распространен режим «советчика» – при его реализации уменьшается возможность неправильных решений, основанных на неполной информации или принятых в непредвиденных алгоритмами обстоятельствах.

Наиболее перспективен режим НЦУ. Он позволяет резко повысить эффективность ТОУ и исключить из КТС регистрирующие приборы и регуляторы, а значит, и громоздкие щиты управления. Однако его внедрение возможно лишь при надежной вычислительной технике, использовании сложных оптимизационных методов поиска наилучших вариантов поведения ТОУ, адекватных математических моделях технологических процессов, автоматизации всех смежных технологических процессов на уровне АСУТП, реализации систем регулирования с самонастройкой.

ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЙ АСУТП

Выполнение перечисленных функций и режимов работ реализуется комплексом взаимодействующих обеспечений АСУТП; техническим, программным, математическим, информационным, метрологическим, лингвистическим, организационным.

Техническое обеспечение включает весь комплекс технических средств (КТС): чувствительные элементы, преобразователи, средства вычислительной техники, вторичные приборы и регуляторы, исполнительные механизмы и т. д. (в КТС АСУТП не входят лишь регулирующие органы), достаточный для функционирования АСУТП. Состав и структура КТС определяется функциями и режимами работы АСУТП, а также спецификой ТОУ. Основой КТС современных АСУТП служат микропроцессорные средства и микро-ЭВМ. Условно их можно разделить на аппаратные, программно-аппаратные и программируемые.

К аппаратным средствам относятся микропроцессорные устройства с жесткой логикой, которая реализуется программами, записанными в постоянном запоминающем устройстве. Их применяют в тех случаях, когда система выполняет простые типовые функции (сбор данных, одноконтурное цифровое регулирование, индикация, сигнализация, и т.п.), число обслуживаемых входов и выходов невелико (до 50), изменение системы не ожидается, емкость запоминающих устройств невелика, а заданное быстродействие высокое. На их базе создаются отдельные преобразователи, приборы, регуляторы, программно-логические контроллеры и т. п.

При разработке таких средств используют однокристальные и многокристальные МП. При переходе от традиционных аналоговых средств автоматизации к микропроцессорам, повышается точность, расширяются функциональные возможности и увеличивается гибкость систем управления. Например, микропроцессорные приборы не только регистрируют текущие значения параметров, но и отклонение их от нормы, рассчитывают среднее значение за заданный промежуток времени.

Программно-аппаратные средства строятся на базе микропроцессорных комплексов и микроЭВМ. Они предназначены для реализации функций средней сложности (многоконтурное цифровое регулирование, многосвязанное программно-логическое управление) со средним быстродействием и с большим числом входов и выходов (до 1000).

Преимущества программно-аппаратных средств: высокая надежность, компактность, универсальность, экономичность, простота ввода управляющей программы, устойчивость к внешним воздействиям.

Программно-аппаратные средства построены по модульному принципу, и создание на их базе АСУТП сводится к набору из модулей различного функционального назначения такой технической и функциональной структуры, которая обеспечивала бы достижение цели управления. Кроме того, требуется корректировка программного обеспечения под конкретный ТОУ.

Программируемые средства целесообразно применять для выполнения сложных функций, а также для управления ТОУ большой информационной мощности, что свойственно многим химическим производствам. С помощью программируемых средств создают централизованные АСУТП и многомашинные комплексы микро- и мини-ЭВМ, образующие распределенные локальные управляющие вычислительные сети (ЛУВС)

Централизованные АСУТП, базирующиеся на одной УВМ, обладают рядом серьезных недостатков:

· низкая надежность – с выходом из строя УВМ теряется большая часть функций системы; возникает необходимость резервирования ЭВМ;

· сложность программного обеспечения – современный технологический процесс представляет собой систему взаимосвязанных, одновременно протекающих процессов, а УВМ работает последовательно, поочередно обслуживая технологическое оборудование. Это несоответствие режимов работы порождает проблему увязки прикладных программ по отдельным функциям управления;

· высокая стоимость коммуникаций – центральное положение УВМ предполагает наличие большого числа связей объекта с УВМ. Часть из них имеют большую протяженность. (Известны централизованные АСУТП, в которых стоимость средств передачи данных составляет до 75% стоимости всей системы);

· ограниченная гибкость – наращивание функций в процессе развития системы затруднительно и имеет предел, определяемый производительностью и объемом памяти УВМ.

Распределенная система управления (РСУ) устраняет многие из перечисленных недостатков за счет вынесения части вычислительных ресурсов непосредственно к объектам управления и распределения функций управления по отдельным микроЭВМ. Такая структура систем управления позволяет сочетать преимущества систем управления, базирующихся на вычислительной технике, с достоинством децентрализованных систем, основанных на локальных средствах автоматики, – высокой живучестью.

Еще одна причина перехода к децентрализованным РСУ – появление микропроцессоров и микроЭВМ, которые обладают рядом преимуществ:

· функциональной гибкостью, высокими быстродействием и надежностью,

· устойчивостью к неблагоприятным воздействиям окружающей среды,

· простотой технического обслуживания,

· возможностью расширения системы за счет ее наращивания,

· малой массой, небольшими габаритами и незначительным энергопотреблением.

При создании РСУ соблюдается иерархический принцип управления: управление отдельными установками или выполнение отдельных функций осуществляется микроЭВМ (нижний уровень управления), а общее управление всей системой осуществляется УВМ (верхний уровень управления). Она осуществляет взаимоувязку отдельных частей ТОУ, оптимальное управление ТОУ в целом, вмешивается в управление при возникновении предаварийных и аварийных ситуаций. Кроме того, при отказе микроЭВМ центральная УВМ может взять на себя часть ее функций. Это повышает живучесть системы в целом. С другой стороны, выход из строя УВМ не должен привести к катастрофическим последствиям в связи с достаточно высокой автономностью микроЭВМ.

 
 

Структура многомашинных комплексов может быть нескольких типов.

В радиальной центральная ЭВМ соединяется с локальными микроЭВМ отдельными, не связанными между собой каналами связи.

К достоинствам этих структур относятся простота реализации сопряжения машин, высокая скорость обмена по отдельным линиям. Недостатки: центральная УВМ перегружена задачами обеспечения связи с локальными микроЭВМ и связью их друг с другом; при отказе центральном машины связь между микроЭВМ теряется, и они становятся автономными, что резко уменьшает эффективность системы. Необходимо учитывать и повышенный расход кабельной продукции.

В шинной структуре машины связаны между собой общим каналом передачи данных. Связь между машинами осуществляется благодаря их конкретным адресам. Управление шиной может осуществляться машинами, входящими в многомашинный комплекс (т.е. быть децентрализованным), или может быть передано специально выделенной для этого машине. Первый вариант более предпочтителен, так как при централизации управления выход из строя специальной ЭВМ приводит к отказу РСУ в целом.

Кольцевая структура имеет высокоскоростной замкнутый канал связи. Отдельные машины подсоединяются к этому каналу с помощью специальных устройств связи. Для организации кольцевой структуры требуются более дешевые средства связи, чем для шинной. Однако надежность кольцевой структуры ниже, так как отказ любого устройства связи может привести к отказу системы в целом, хотя отдельные машины могут продолжать работать автономно.

Программное обеспечение (ПО) – совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимых для реализации функций АСУТП и заданного режима функционирования КТС. Его разделяют на общее и специальное ПО.

Общее ПО поставляется в комплекте с вычислительной техникой и представляет собой совокупность операционной системы, системы управления базой данных, организующих, служебных и транслирующих программ, программ отладки и диагностики, библиотеки стандартных программ.

Специальное ПО – это совокупность программ, реализующих информационные и управляющие функции конкретной АСУТП. Оно разрабатывается на базе и с использованием общего ПО.

Несмотря на существенные различия ТОУ, в программах управления ими имеется много общего. Это позволяет разрабатывать для большей части функций управления типовые пакеты прикладных программ (ППП), которые сравнительно просто адаптируются под конкретные ТОУ. Так, разработаны ППП первичной обработки информации, расчета ТЭП, пуска и останова установки, регулирования и т. д.

Как правило, перед АСУТП ставятся задачи одновременного решения нескольких прикладных задач, т.е. встает вопрос о мультипрограммном режиме, при котором на УВК параллельно выполняется несколько программ путем совмещения времени работы периферийных устройств и процессора.

Наиболее сложной задачей при разработке ПО является создание программ оптимального управления технологическим объектом. Успешное решение ее возможно лишь при наличии адекватной математической модели.

Математическое обеспечение (МО) представляет собой комплекс математических методов, моделей и алгоритмов. МО и ПО должны охватить все функции управления, реализуемые УВК. Они должны быть составлены таким образом, чтобы исключалось дублирование программ, минимизировались необходимые вычислительные ресурсы. Структурой и характеристиками ПО и МО определяется следующий вид обеспечения АСУТП.

Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений о потоках и массивах информации, характеризующих состояние АТК. Оно включает перечень и характеристики сигналов о ТОУ и системе управления; описание систем классификации и кодирования технической и технико-экономической информации; описание массивов информации, форм документов и видеокадров, используемых в системе; описание нормативно-справочной информации, используемой в системе. ИО должно обеспечивать полноту, непротиворечивость, отсутствие избыточности и дублирования информации, необходимой для реализации функций управления.

Метрологическое обеспечение – совокупность работ, проектных решений, технических и программных средств, также организационных мероприятий, направленных на обеспечение заданной точности измерений.

Метрологическое обеспечение проводится для АСУТП и линий связи (в совокупности они дают информационно-измерительные системы – ИИС) на всех стадиях создания и функционирования АСУТП. На стадии разработки АСУТП должны обеспечиваться единство измерений и их точность для заданных условий эксплуатации за счет выбора определенных технических средств, а также их резервирования.

На стадии эксплуатации АСУТП метрологические службы предприятий проводят анализ состояния метрологического обеспечения ИИС и разработку мероприятий по повышению уровня и совершенствованию средств измерений, контроля и испытаний; осуществляют метрологическую аттестацию заданных средств измерений; организуют поверку средств автоматизации; проводят метрологическую экспертизу конструкторской и технологической документации на ИИС.

Организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функций и режимов работ АСУТП, а также ее технической и организационной структур. В него также входит план мероприятий по подготовке предприятия к внедрению АСУТП. Основными документами организационного обеспечения являются инструкции по действию, как технологического персонала, так и персонала, обслуживающего вычислительную технику в условиях функционирования АСУТП.

Структура АСУТП включает также оперативный технологический персонал - сменных технологов, работников служб гл. механика, КИпА и др.

Перспективы развития. В основном, связаны с совершенствованием технической и организационной структур АСУТП. Используемые микропроцессоры становятся все более мощными и компактными. Это позволяет применять более сложные и точные алгоритмы управления.

Автоматизация функций управления ТОУ создает предпосылки для изменения организационной структуры управления; объединения цехов, установок, участков с организацией единого пункта управления; сокращения числа уровней управления и т.д.

 




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Виды ковалентной связи | Морфофункциональная организация таламуса

Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 578. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Уравнение волны. Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение. Уравнение сферической волны Уравнением упругой волны называют функцию , которая определяет смещение любой частицы среды с координатами относительно своего положения равновесия в произвольный момент времени t...

Медицинская документация родильного дома Учетные формы родильного дома № 111/у Индивидуальная карта беременной и родильницы № 113/у Обменная карта родильного дома...

Основные разделы работы участкового врача-педиатра Ведущей фигурой в организации внебольничной помощи детям является участковый врач-педиатр детской городской поликлиники...

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Философские школы эпохи эллинизма (неоплатонизм, эпикуреизм, стоицизм, скептицизм). Эпоха эллинизма со времени походов Александра Македонского, в результате которых была образована гигантская империя от Индии на востоке до Греции и Македонии на западе...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия