Курс АСУ ТП непрерывных производств. Конспект лекций

Станислав Львович Горобченко, 2021

Этот курс о том, что такое АСУ ТП, как профессионально строятся системы АСУ ТП, как работают системы, и что нужно знать, чтобы работать с ними, включая выбор и применение технических средств автоматизации в непрерывных производствах, в особенности целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике.Курс предназначен для начинающих специалистов и студентов дистанционных курсов "Автоматизированные системы управления технологическими процессами". Задачей модуля является предоставление Вам цельного видения материала на основе конспекта лекций, прочитанных автором по дисциплине "Автоматизированные системы управления технологическими процессами". В пособии Вы увидите системно сжатые материалы, которые помогут в освоении знаний. Это особенно важно, когда Вы уже прошли обучение и теперь Вам нужно подняться над простым знанием того или иного предмета до его полноценного обобщения. Модуль построен на основе технологии сжатия данных, знаниевых материалов и системных (когнитивных) карт памяти.

5. Функциональные задачи АСУ ТП

5.1. Функциональные задачи АСУ ТП

АСУ ТП как система функциональных задач

Функциональные возможности практически любой системы управления (СУ) определяются особенностями объекта, для которого создается эта система. Для АСУ ТП объектом является технологический объект управления (ТОУ)

Назначение АСУ ТП

Анализ особенностей ТОУ, как объектов автоматизации, позволяет сформулировать положения, определяющие состав функциональных задач, которые должна решать АСУ ТП:

1. основные задачи управления ТОУ всегда формулируются как оптимизационные;

2. среди задач контроля и управления имеется определеннаяиерархичность.

Система функциональных задач

Рис.5.1. Наиболее важные и часто встречающиеся задачи АСУ ТП

Классы АСУ ТП

Особенности ТОУ как основа разработки функциональных задач АСУ ТП

Функциональные возможности практически любой системы управления (СУ) определяются особенностями объекта, для которого создается эта система. Для АСУ ТП объектом является технологический объект управления (ТОУ).

С точки зрения материально-технической и организационной структур производства, а также характера протекания ТП, все многообразие ТОУ можно разделить на три составные группы:

— Непрерывные;

— Дискретные;

— Непрерывно-дискретные.

С точки зрения управления по виду уравнений связи между входными и выходными переменными ТОУ обычно классифицируют на:

— Одномерные (простейшее ТОУ) и многомерные (сложное ТОУ);

— Линейные (простейшее) и нелинейные (сложное);

— Стационарные (простейшее) и нестационарные (сложное);

— С голономными (простейшее) и неголономными связями (сложное);

— Сосредоточенными параметрами (простейшее).

Анализ особенностей ТОУ, как объектов автоматизации, позволяет сформулировать положения, определяющие состав функциональных задач, которые должна решать АСУ ТП:

1. основные задачи управления ТОУ всегда формулируются как

оптимизационные;

2. среди задач контроля и управления имеется определенная иерархичность.

Под оптимизационной задачей управления ТОУ подразумевается проектирование системы таким образом, чтобы получить лучший результат, уменьшая затраты ресурсов.

а)

б)

в)

Рис.5.2. Карта памяти Функциональные задачи АСУ ТП

а — содержательная картинка; б, в — схемы

5.2. Архитектура и схемы АСУ ТП

Архитектура и схемы АСУ ТП. Задачи проектирования*

*прим. Некоторое повторение тем носит не смысловой, а когнитивный характер (цельности тем как самостоятельных единиц)

Централизованная архитектура

В начале 80-х г.г. централизованная архитектура приобрела популярность в силу того, что главный ПК мог полностью управлять производственным процессом и хранить данные в единой базе данных (БД).

Все операторы в централизованной архитектуре имеют одинаковый доступ к данным, так как они хранятся в одном месте, и только один ПК при изменении требований технологического процесса было необходимо обновлять.

Рис.5.3. Централизованная архитектура

Распределенная архитектура

Полностью распределенная архитектура, которая была популярна в конце 80-х г.г., характеризовалась тем, что несколько небольших ПК выполняли задачи управления и сбора данных. Каждый ПК использовался для решения собственной задачи и работал со своей базой данных (БД).

Распределенная архитектура считается гибкой при малой величине начальных инвестиций. Невысокие требования квалификации сотрудников (операторов), а также требуется небольшой объем специального обучения.

Рис.5.4. Распределенная архитектура

Архитектура клиент-сервер

Архитектура клиент-сервер — c распределенными задачами как клиентами и общими задачами как серверами — оптимизирует распределение информации между БД. Citect для Windows поддерживает высокое значение производительности даже при распределении задач по большому количеству компьютеров.

Рис. 5.5. Системная архитектура Citect

Масштабируемая архитектура

Лучшим способом определения большого потенциала масштабируемой архитектуры для любого приложения является ее применение в серии небольших практических примеров. В небольших приложениях один ПК управляет всеми функциями, а именно графиками, тревогами, задачами ввода/вывода и отчетами. Системы делятся на независимую или же интегрированную в существующую структуру.

Рис. 5.6. Масштабируемая архитектура

По мере расширения приложения (к примеру, добавления двух узлов) дополнительный ПК используется для управления каждого узла — и на каждом из них устанавливается ПО Citect для Windows.

Рис.5.7. ПО Citect на каждом узле

Для улучшения данной схемы можно использовать ЛВС, а также выделяется сервер ввода/вывода. Такая централизация необходима для устранения ненужных вычислений. Задачи отображения распределены по небольшим ПК, так что каждый оператор может получать необходимые данные.

Рис.5.8. Схема с добавлением локальной сети

Данная схема отличается высокой производительностью и гибкостью, так как задачи отображения обрабатываются локально и лишь запросы к данным поступают на центральный сервер. Еще одним достоинством такой системы является необходимость наличия только одного принтера, который доступен из любого ПК в сети. Так же к системе легко могут быть подключены дополнительные операторы. Доступ к данным производительного процесса может быть доступен как менеджерам, так и группе качества.

Многоуровневая система по паролю

Многоуровневая система по паролю ограничивает доступ к данным и защищает оборудование предприятия от несанкционированных обращений.

Рис. 5.9. Многоуровневая система по паролю

Система с отдельными серверами

То, что начиналось как небольшое приложение, превратилось в среднюю по размерам систему, не потребовав обновления ни оборудования, ни ПО. Инвестиции сохранялись на каждой стадии развития. Для приложений большого размера, как правило, необходим отдельный сервер для задач отчетов, тревог и графиков. В качестве дополнения может быть использован файловый сервер для хранения конфигурации БД и общего ПО.

Конец ознакомительного фрагмента.