Введение. ?втоматизированные системы управления технологическими процессами
РЕФЕРАТ Автоматизированные системы управления технологическими процессами Руководитель ____________________ Щудро "____”_______________2012г.
Исполнитель студент _____________ Татаринова М.В. "____"_______________2012г.
Содержание
Введение Не существует отрасли промышленности, в которой не было бы потребности применения автоматизации технологических процессов. Одними из главных преимуществ АСУ ТП является снижение, вплоть до полного исключения, влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, повышение качества исходного продукта, и в конечном итоге существенное повышение эффективности производства. Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.
Именно поэтому изучение автоматизированных систем управления технологическими процессами является важной составной частью подготовки инженера. Актуальность знаний и практических навыков в этой сфере являются неоспоримыми для IT - специалиста.
Целью данного реферата является изучение Автоматизированных Систем Управления Технологическими Процессами (АСУТП).
Для достижения этой цели будут решаться следующие задачи: o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу; o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП; o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП; o Сделать выводы. Раздел 1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
Автоматизированная система управления технологическими процессами - совокупность аппаратно - программных средств, осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса. [6.]
1.1Основные понятия и определения. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления. Технологический объект управления (ТОУ) — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства. К технологическим объектам управления относятся: • технологические агрегаты и установки (группы станков),реализующие самостоятельный технологический процесс; • отдельные производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление этим производством носит в основном технологический характер, т. е. заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов (участков, производств). Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (ATК). Автоматизированная система управления технологическим процессом человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием. Такое определение АСУТП подчеркивает наличие в ее составе современных автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники; роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению; реализацию в системе процесса обработки технологической и технико-экономической информации; цель функционирования АСУТП, заключающуюся в оптимизации работы технологического объекта управления по принятому критерию (критериям) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий. Критерий управления АСУТП — это соотношение, характеризующее качество функционирования технологического объекта управления в целом и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздействий. Таким образом, критерием управления обычно является технико-экономический показатель (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качестве выходного продукта и т. п.) или технический показатель (например, параметры процесса, характеристики выходного продукта). Система управления ТОУ является АСУТП в том случае, если она осуществляет управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению, участвуют средства вычислительной техники и другие технические средства и человек-оператор. АСУТП в системе управления промышленным предприятием. АСУТП как компоненты общей системы управления промышленным предприятием предназначены для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информацией. АСУТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии. [1.]
1.2Функции АСУТП. При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятием. Такими целями, например, могут быть: • экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов; • обеспечение безопасности функционирования объекта; • повышение качества выходного продукта (изделия) или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделий); • снижение затрат живого труда; достижение оптимальной загрузки (использования) оборудования; • оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе, маршрутов обработки в дискретных производствах) и т. д. Функция АСУТП — это совокупность действий системы, направленных на достижение частной цели управления. Совокупность действий системы представляет собой определенную и описанную в эксплуатационной документации последовательность операций и процедур, выполняемых частями системы. Следует отличать функции АСУТП в целом от функций, выполняемых всем комплексом технических средств системы или его отдельными устройствами. Функции АСУТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные. Управляющая функция АСУТП — это функция, результатом которой являются выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления. К управляющим функциям АСУТП относятся: • регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных; • однотактное логическое управление операциями или аппаратами; • программное логическое управление группой оборудования; • оптимальное управление установившимися или переходными технологическими режимами или отдельными участками процесса; • адаптивное управление объектом в целом (например, самонастраивающимся комплексно автоматизированным участком станков с числовым программным управлением). Информационная функция АСУТП — это функция системы, содержанием которой являются сбор, обработка и представление информация о состоянии АТК оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУТП относятся: • централизованный контроль и измерение технологических параметров; • косвенное измерение (вычисление) параметров процесса (технико-экономических показателей, внутренних переменных); • формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУТП или (АТК); • подготовка и передача информации в смежные системы управления; • обобщенная оценка и прогноз состояния АТК и его оборудования. Отличительная особенность управляющих и информационных функций АСУТП их направленность на конкретного потребителя (объект управления, оперативный персонал, смежные системы управления). Вспомогательные функции АСУТП - это функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач. Вспомогательные функции не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУТП (функционирование технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.). В зависимости от степени участия людей в выполнении функций системы различаются два режима реализации функций: автоматизированный и автоматический. Автоматизированный режим реализации управляющих функций характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и (или) их реализации. При этом возможны следующие варианты: • ручной режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно-измерительную информацию о состоянии ТОУ, а выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек-оператор; • режим «советчика», при котором комплекс технических средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом; • диалоговый режим, при котором оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом. Автоматический режим реализации управляющих функций предусматривает автоматическую выработку и реализацию управляющих воздействий. При этом различаются: • режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники автоматически изменяют установки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования); • режим прямого (непосредственного) цифрового (или аналого-цифрового) управления, когда управляющее вычислительное устройство формирует воздействие на исполнительные механизмы. АСУТП: · Обеспечивает автоматизацию работы главного оборудования на предприятии, а также его своевременную остановку в случае возникновения опасности в результате произошедшей аварии. · Создает автоматизацию вспомогательного оборудования на предприятии. · Дает возможность при необходимости изменять параметры автоматического режима работы хозяйствующего объекта диспетчером посредством дистанционного пульта управления. · Обеспечивает надежную блокировку системы в случае ее взлома. · Информирование оператора или диспетчера о состоянии всех технологических операций предприятия с помощью предоставления информационных данных в реальном времени. Информация поступает не только в виде таблиц, но и различных графических изображений: графиков, трендов. · Возможность регулирования параметров работы предприятия в автоматическом режиме на основе регуляторов, задающихся программой. · Работа архивных данных в круглосуточном режиме. · Высокая степень защиты информационных данных предприятия от несанкционированных взломов. · Постоянная диагностика производственного оборудования, включающая и самодиагностику. · Создание оптимизационной работы всего предприятия в целом. · Разработка автоматизированной системы управления. [1.]
1.3 Состав АСУТП. Для выполнения функций АСУТП необходимо взаимодействие следующих ее составных частей: • технического обеспечения (ТО); • программного обеспечения (ПО); • информационного обеспечения (ИО); • организационного обеспечения (ОО); • оперативного персонала (ОП). Техническое обеспечение АСУТП представляет собой полную совокупность технических средств, достаточную для функционирования АСУТП и реализации системой всех ее функций. [3.] В состав комплекса технических средств (КТС АСУТП) входят вычислительные и управляющие устройства; средства получения (датчики), преобразования, хранения, отображения и регистрации информации (сигналов); устройства передачи сигналов и исполнительные устройства. [2.] Программное обеспечение АСУТП — совокупность программ, необходимая для реализации функций АСУТП, заданного функционирования комплекса технических средств АСУТП и предполагаемого развития системы. [1.] Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее ПО и специальное программное обеспечение. Общее программное обеспечение АСУТ П поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники. К общему программному обеспечению АСУТП относятся необходимые в процессе функционирования и развития системы программы, программы для автоматизации разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы (организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.). Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается или заимствуется из соответствующих фондов присоздании конкретной системы и включает программы реализацииосновных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС системы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т. п.) функций АСУТП. Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается на базе и с использованием программ общего программного обеспечения. Программы специального программного обеспечения, имеющие перспективу многократного использования, после промышленной проверки могут передаваться в соответствующие фонды или заводам-изготовителям вычислительной техники для включения их в состав общего программного обеспечения. [3] Информационное обеспечение АСУТП включает: • информацию, характеризующую состояние автоматизированного технологического комплекса; • системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации; • массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию. Организационное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала АСУТП, обеспечивающее заданное функционирование оперативного персонала в составе АТК. [1.] В состав оперативного персонала АСУТП входят: • технологи - операторы, осуществляющие контроль за работой и управление ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рациональному управлению, выработанных комплексом технических средств АСУТП; • эксплуатационный персонал АСУТП, обеспечивающий правильность функционирования комплекса технических средств АСУТП. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит. [1.]
1.4.Цель создания АСУТП системы АСУ ТП была создана для того, чтобы контролировать, управлять всеми технологическими процессами, режимами, которые существуют на отдельном промышленном предприятии. Также ее главной задачей является обеспечение бесперебойной работы завода без аварий и простоев. Разделяют стандартную АСУ ТП, которая представлена микропроцессорными структурами, и двухуровневую АСУ ТП. Последняя имеет нижний уровень контроля, анализа и управления предприятием, который реализован с помощью промышленных контролеров. Что касается верхнего уровня, то он представлен комплексом автоматизированных рабочих мест диспетчеров производства, которые подчиняются одному центральному пульту управления. Эти два уровня непосредственно связаны между собой. Связь осуществляется за счет передачи информационных данных через существующую сеть. [2.]
1.5. Виды автоматизированных систем управления: 1. АСУ ТП предназначенная для отельных видов технологических процессов предприятия. Это может быть какой-то цех, отделение и т.д. 2. АСУ ТП всем предприятием в целом. 3. Интегрированная автоматизированная система управления. Обычно она состоит из нескольких отдельных АСУ, взаимосвязанных между собой.. Интегрированная АСУ очень часто применяется на современных предприятиях. Однако некоторые производственные процессы только на словах управляются с помощью нее, а на деле представлены совокупностью АСУ ТП и АСУП. Также к ним иногда добавляется автоматизированная система проектирования деятельности предприятия (САПР) и система управления качеством (АСУК). В данном случае под интегрированной системой управления понимается совокупность функций, которые она выполняет. [4.]
Вывод: Для технологических объектов отрасли, как объектов автоматизации, характерными являются следующие особенности: наличие разнородных функциональных задач, возникающих при автоматизации; сравнительно высокий уровень автоматизации существующих ТОУ; повышение актуальности задач оптимизации и др. Управлять подобными объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП относятся к классу сложных систем, которым присущи следующие черты: наличие у всех элементов общей цели; системный характер реализуемых алгоритмов обмена и обработки информации; большое число входящих в систему функциональных подсистем.
Раздел 2. Автоматизация процессов управления производством
Внедрение АСУ ТП получает широкое распространение в различных секторах отечественной экономики, таких как нефтяная и газовая промышленность, химия и нефтехимия, металлургия, энергетика. В последнее время АСУ ТП начинают проникать в такие сферы, как управление дорожным движением, медицина, машиностроение, ЖКХ. Отдельное направление их применения составляет военная и космическая техника, где системы автоматизации используются в качестве встроенных средств контроля и управления. [4]
Системы промышленной автоматизации получили широкое распространение на западном рынке в середине 70 - х годов, когда компьютерные технологии вышли на уровень, сделавший оправданным их массовое использование в производстве.
Формирование сектора АСУ ТП в нашей стране началось в конце 80 - х - начале 90 - х годов, когда специализированные проектные институты, занимающиеся вопросами автоматизации технологических процессов в рамках одной отрасли, не смогли оперативно и эффективно интегрироваться в условия новой экономики. Их место стали занимать коммерческие организации, специализирующиеся в области автоматизации технологических процессов в широком спектре задач. В настоящий момент рынок российский рынок АСУ ТП можно считать вполне сложившейся структурой. Лидерами являются около десятка достаточно крупных компаний, выполняющих комплексные проекты "под ключ", независимо от отраслевой принадлежности автоматизируемого предприятия. Несколько десятков более мелких компаний занимаются, в основном, поставками комплектующих и выполнением небольших проектов. [5.]
1.1.Техническое описание АСУ ТП предприятия: При разработке АСУ ТП необходимо правильно выделить из общей производственно-технологической структуры предприятия технологический объект управления (ТОУ). Для этого учитывают назначение и роль отдельных аппаратов, агрегатов и установок, степень зависимости их работы от других соседних производственных участков, наличие разделительных (буферных) емкостей между ними, принятую (или желательную) на данном производстве степень централизации управления.(рис1) [5.]
1.2. Трехуровневая пирамида управления промышленным предприятием. В последние два - три года наметилась выраженная тенденция к интеграции систем категорий АСУ ТП и АСУП ("автоматизированная система управления производством"). При этом комплексная система автоматизации представляет собой трехуровневую пирамиду (рис 2.) управления промышленным предприятием:
- Верхний уровень управления предприятием - (административно - хозяйственный) решает стратегические задачи, обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в годовом, квартальном, месячном масштабе).
- Интеграционный уровень управления (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырье, энергоносители, производственные средства, персонал) и оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне цеха, участка, станка.
- Нижний уровень решает классические задачи управления технологическими процессами. [1.]
1.3.Общие принципы построения АСУТП Основополагающие принципы создания автоматизированных систем управления, в равной степени применимые для всех отраслей народного хозяйства, сформулированы академиком В. М. Глушковым. Практический опыт создания автоматизированных систем управления показал, что отступление от этих принципов усложняет процесс разработки АСУ, снижает их эффективность, а зачастую просто дискредитирует идею создания АСУ. Поэтому кратко рассмотрим основное существо этих принципов.
Иерархический принцип управления заключается в многоступенчатой организации процесса, где каждая ступень управления имеет свои объекты и цели. Иерархичность системы, ее многоуровневость обуславливается сложностью систем управления.
Блочно – модульный принцип построения АСУ (включая и программное обеспечение).
Принцип новых задач состоит в том, чтобы не просто перекладывать на ЭВМ существующие сложившиеся процессы управления, а выявлять и включать в состав АСУ новые задачи, которые принципиально не могут решаться при отсутствии ЭВМ. Например оптимизация температурного и гидравлического режимов агрегатов.
Принцип системного подхода к проектированию АСУ заключается во всестороннем изучении и анализе автоматизируемого объекта, включающих вопросы технического, технологического, организационного, экономического, социального и правового характера.
Принцип первого руководителя состоит в том, что заказ, разработка и внедрение АСУ должны осуществляться под непосредственным руководством руководителя автоматизируемого объекта.
Принцип максимально разумной типизации проектных решений предполагает возможность широкого тиражирования проектных решений, что особенно применительно к однотипным объектам (мельницы, флотационные машины, алюминиевые электролизеры, печи кипящего слоя и т.п.). Вместе с тем, не смотря на множественность этих объектов, они имеют различия в организации технологического процесса поэтому типовые проектные решения должны предусматривать несколько типовых рабочих программ на одну и ту же задачу.
Принцип непрерывного развития системы заключается в обеспечении возможности развития автоматизированной системы, вызванном увеличением производительности технологической линии, увеличением размеров предприятия и т.п.
Принцип единой информационной базы предполагает однократный ввод информации, необходимой для решения всех автоматизируемых задач, т.е. должно быть исключено дублирование вводимой в систему информации.
Принцип комплексности автоматизируемых задач состоит в том, чтобы при определении состава автоматизируемых задач учитывать информационные связи между ними. Дело в том, что большинство задач управления органически связано и автоматизироваться должен весь комплекс задач, ориентированных на достижение какой-либо цели. Этим обеспечивается минимизация ввода и вывода информации. Раздельное решение задач существенно снижает эффективность АСУ. Зачастую нарушения именно этого принципа является основной причиной недостаточной эффективности создаваемых систем.
Эти особенности выдвигают в число первоочередных проблем методические вопросы совершенствования организации управления, формирования организационной и функциональной структуры АСУ, определения состава автоматизируемых задач и комплекса технических средств, а также оценку эффективности создаваемых АСУТП. [4.]
Вывод: Интеграция АСУП с системами реального времени АСУ ТП обеспечивает оперативность и достоверность информации, на основе которой принимаются управленческие решения на всех уровнях управленческой вертикали.
Заключение Целью настоящей работы являлось изучение Автоматизированных Систем Управления Техническими Процессами (АСУТП). Автоматизация процессов управления предприятием является чрезвычайно сложной задачей. Автоматизация управления предприятиями на основе экономико-математических методов, средств вычислительной техники и информационных технологий является неотъемлемой частью процесса совершенствования деятельности практически всех предприятий. В последнее время наметился качественно новый этап, который характеризуется стремлением к созданию интегрированных автоматизированных систем, объединяющих все задачи управления. Этому способствуют распределенные вычислительные системы и сети, средства ведения баз данных, средства проектирования и внедрения функциональных подсистем. Многие из новых информационных технологий, разработанные крупнейшими зарубежными фирмами, представлены сегодня на российском рынке. Для достижения этой цели были решены следующие задачи: o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу; o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП; o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП; o Собрать и проанализировать имеющуюся литературы по данному вопросу; o Ознакомиться с основными понятиями АСУТП; o Рассмотреть состав, функции и основные принципы построения АСУТП;
В данном реферате отражены современное представление об Автоматизированных Систем Управления Техническими Процессами (АСУТП) и систематезированы основные знания о понятиях, механизме функционирования.
Список использованной литературы 1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУТП: Учеб. пособие для вузов / Под ред. КТН В.А. Втюрина. Санкт-Петербург, 2006. 2. Информационные технологии управления: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Проф. Г.А.Титоренко. – 2-е изд., доп.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. 3. «Теория автоматического управления»: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000. 4. http://datasolution.ru/avtomatizirovannye-sistemy-upravleniya-tehnologicheskimi-protsessami/ - сайт компании «Datasolution» 5. http://www.zaoetr.ru/page/asutp - сайт группы компаний "ЕТР" 6. http://ru.wikipedia.org/wiki/АСУ_ТП - энциклопедия Википедея
|
Оренбург 2012
