Типовые системы асу тп

Функции АСУ ТП

Современные системы АСУ ТП обеспечивают выполнение таких функций:

Информирование. Производится сбор и обработка данных для контроля за прохождением техпроцесса, происходит контроль технологических параметров на их соответствие, проверяется, не достигнуты ли предельные нормы.
Управление. На основании полученной информации система принимает решение о корректировке переменных, стабилизации всего процесса. Кроме того, подбирается оптимальный режим функционирования для каждого из участвующих в процессе агрегатов. Все управление оборудованием производится по связанной логической цепочке.
Распознавание аварийный ситуаций при превышении установленных значений или достижении других «граничных норм». Тем самым обеспечивается общее повышение безопасности предприятия.
Контроль за правильностью работы оборудования и сбора информации. Для этого используются всевозможные контроллеры и средства диагностики.

Описание функционирования систем АСУ ТП заключается в том, что оператор может управлять процессом дистанционного, со своего пульта, который может быть значительно удален от самого места проведения работ. При этом система будет своевременно предоставлять всю важную информацию и регистрировать контролируемые параметры и происходящие события.

Технические характеристики АСУ

Под технической базой АСУ принято понимать все технические средства, которые применяют для сбора, накопления и обработки информации, а также для её отображения и передачи. Сюда же можно отнести и исполнительные узлы системы, которые воздействуют на объект управления.

Основные технические элементы и оборудование АСУ – это электронно-вычислительная техника, которая обеспечивает накопление и обработку всех данных, циркулирующих внутри системы. Такая техника позволяет моделировать производственные процессы и строить предложения для управления.

Для построения и управления АСУ применяются два типа электронно-вычислительной техники — учётно-регулирующий и информационно-расчётный.

Информационно-расчётное оборудование находится на высшей иерархической ступени в управленческой системе. Их задачей является решение всех вопросов, связанных с централизованным управлением объектом. Для таких механизмов характерно высокое быстродействие, наличие системы прерываний, переменная длина слова, слоговая обработка вводных данных.

Нижний уровень системы управления, как правило, отдаётся учётно-регулирующим механизмам и оборудованию. Эти механизмы, как правило, размещаются непосредственно на участках или в производственных цехах. В их задачу входит сбор вводных данных от объектов управления и первичная обработка этой информации с последующей передачей её в информационно-расчётное отделение и получением плановой директивной информации. Кроме того, учётно-регулирующая часть оборудования занимается локальными расчётами и вырабатывает управляющие воздействия на объекты управления в случае возникновения отклонений от расчётных функций. Эта часть системы управления имеет хорошо развитую связь с большим количеством источников информации и устройств регулирования.

Информационная база АСУ

Информационной базой АСУ можно назвать всю совокупность информации, размещённой на машинных носителях и необходимых для нормального функционирования системы.

Как правило, вся информационная база подразделяется условно на три сектора – генеральный, производный и оперативный.

Генеральный сектор объединяет в себе все данные, которые являются общими для всех поставленных задач. Размещение таких данных не ориентируется на выполнение какой-либо одной управленческой функции. Если объект достаточно крупный, генеральный сектор может содержать значительные объёмы и занимать много места на запоминающих устройствах, что не всегда удобно. Особенную сложность в этом случае может вызвать мультипрограммная обработка наряду с недостаточно мощными техническими средствами. В генеральном секторе обязательно должны отражаться все устойчивые изменения в работе системы.
Производный сектор призван решить указанную выше задачу. Он отражает специфику конкретного объекта, особенности функций, которые выполняются в каждый конкретный отрезок времени и целый ряд других показателей системы. Любой производный сектор формируется из генерального сектора.
Для обработки текущей информации и фиксации промежуточных результатов предусмотрен оперативный сектор. Здесь же можно обнаружить первичная вводная информация об обслуживаемом объекте. Эти данные могут поступать по каналам связи или содержаться на съёмных носителях. Далее данные могут переноситься в производный и генеральный секторы.

Информационные связи между элементами Системы с внешней средой

В разделе приводится модель в нотации IDEF0, отражающая информационные связи между элементами (подсистемами) информационной системы и внешней средой.

На приведенной ниже диаграмме IDEF0 представлена модель, отражающая информационные связи между элементами (подсистемами) информационной системы и внешней средой. Назначением использования диаграммы IDEF0 служит визуальное отображение потоков данных между подсистемами и поток взаимодействия с внешними, относительно Системы, элементами.

В границы охвата модели входят все подсистемы информационной системы, представленные функциональными блоками.

Основными объектами модели являются:

Функциональные блоки . Отражают название функциональных подсистем.
Стрелки управления (сверху функционального блока). Отражают команды (запросы от пользователей или других подсистем) и инструкции, влияющие на работу подсистемы.
Стрелки входа (слева от функционального блока). Отражают входящие потоки данных из внешней среды или другой подсистемы.
Стрелки выхода (справа от функционального блока). Отражают исходящие потоки (результаты работы подсистемы) данных во внешнюю среду (пользователям и администраторам) или в другую подсистему.
Стрелки исполняющего механизма (снизу функционального блока). Отражают средства (программное обеспечение, людские ресурсы), которые используются при работе подсистемы.

Централизованные (сосредоточенные) АСУТП

Основная отличительная особенность централизованной АСУТП: отслеживание состояния системы и отправка управляющих воздействий производится с использованием одного ПЛК или компьютера.

Централизованная АСУТП может рассматриваться, как частный случай распределенной системы.

Характеристики

подключение устройств осуществляется по технологии «точка-точка»;
ограниченная надежность — центральный элемент системы — компьютер, в случае отказа которого система становится неуправляемой; дублирующих элементов, обычно не предусматривается;
проста в обслуживании — сравнительно небольшое количество элементов АСУТП;
защищенность — в системе может быть реализована защита от неквалифицированных пользователей;
экономичность — система, как правило, реализуется в минимально необходимом и достаточном виде и не содержит большого количества элементов;
ограниченная модифицируемость — количество элементов системы ограничено, для ее модификации могут потребоваться новые отсутствующие элементы;
ограниченная функциональная расширяемость и наращиваемость — количество элементов системы ограничивается количеством разъемов и разветвителей, которые может поддерживать компьютер;
минимальное время на монтаж и пусконаладку — простота системы обуславливается количеством ее элементов; в данном случае это количество минимально;
относительная простота алгоритмов управления.

Типовые сферы применения

домашняя автоматизация;
испытательный стенд для тестирования серийной продукции;
лабораторные работы в ВУЗах;
локальное управление технологическим процессом;
контроль температуры в теплице или элеваторе.

Структурная схема АСУ

В структуре любой автоматизированной системы управления можно выделить следующие компоненты:

Основная часть – включает в себя математическое и информационное обеспечение и техническую часть.
Функциональна часть – подразумевает конкретные управленческие функции и ряд взаимосвязанных программ.

Системы могут быть элементарными или масштабными и сложными.

Принято различать две структурные разновидности таких систем — автоматизированная система управления техническим процессом (АСУТП) и система организационного управления (АСОУ).

Различия среди этих систем заключаются в характеристиках объекта, которым система будет управлять. АСУТП выстраиваются для управления сложными техническими объектами, механизмами, аппаратами, машинами. АСОУ призваны контролировать функционирование коллективы людей. Соответственно применению АСУ, будут различаться и способы передачи информации – это могут быть документы или разнообразные физические сигналы.

Существует также аббревиатура САУ – система автоматического управления. Её особенность заключается в том, что она некоторое время может действовать без вмешательства человека. Применяются такие системы для управления отельными небольшими объектами.

Схемы электрические структурные

6.3.1 Схема электрическая структурная (код Э1) – схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.

Данные схемы разрабатывают при проектировании изделия на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и пользуются ими для общего ознакомления с изделием.

6.3.2 На схеме электрической структурной изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы) и основные взаимосвязи между ними.

Функциональные части изделия в соответствии с ГОСТ 2.721 изображают в виде прямоугольников, с размерами 10х10 или 10х15 мм или УГО, приведенных в соответствующих стандартах.

6.3.3 Графическое построение схемы должно давать наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей изделия. На линиях взаимосвязей рекомендуется стрелками обозначать направление хода процессов, происходящих в изделии.

6.3.4 На схеме должны быть указаны наименования каждой функциональной части изделия, если для ее обозначения применен прямоугольник. Наименования в этом случае вписывают внутрь прямоугольников в соответствии с рисунком 6.13.

Рисунок 6.13 – Пример выполнения схемы электрической структурной

При большом количестве функциональных частей допускается взамен наименования проставлять порядковые номера справа от изображения или над ним, как правило, сверху вниз в направлении слева направо, В этом случае наименования указывают в таблице произвольной формы, помещаемой на поле схемы в соответствии с рисунком 6.14.

Порядковый номер	Наименование
1	Антенна
2	Колебательный контур
3	Детектор
4	Усилитель
5	Источник питания
6	Телефон

Рисунок 6.14 – Схема электрическая структурная приемника прямого усиления Следует обратить внимание на то, что при использовании цифровых обозначений вместо наименований функциональных частей наглядность схемы существенно ухудшается, так как назначение каждой функциональной составной части выясняется не только по изображению, но и с помощью перечня, приведенного в таблице. ВНИМАНИЕ: В СТУДЕНЧЕСКИХ РАБОТАХ И ПРОЕКТАХ ПРИ ВЫПУСКЕ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ, НАИМЕНОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ВПИСЫВАТЬ ВНУТРЬ ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ

ВНИМАНИЕ: В СТУДЕНЧЕСКИХ РАБОТАХ И ПРОЕКТАХ ПРИ ВЫПУСКЕ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ, НАИМЕНОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ВПИСЫВАТЬ ВНУТРЬ ПРЯМОУГОЛЬНИКОВ. 6.3.5 На схеме допускается помещать технические характеристики функциональных частей, поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последовательность процессов во времени, а также указывать параметры в характерных точках (величины напряжений, токов, форсы импульсов и т.п.)

6.3.5 На схеме допускается помещать технические характеристики функциональных частей, поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последовательность процессов во времени, а также указывать параметры в характерных точках (величины напряжений, токов, форсы импульсов и т.п.).

6.3.6 На схемах несложных изделий функциональные части располагают в виде прямой цепочки в соответствии с направлением распространения сигнала слева направо.

Схемы изделий, содержащих несколько каналов распространения сигналов, рекомендуется выполнять в виде параллельных горизонтальных цепочек. Дополнительные и вспомогательные цепи при этом необходимо выводить из основных цепей.

Для повышения наглядности основные цепи рекомендуется располагать горизонтально, а дополнительные и вспомогательные – вертикально или горизонтально между основными цепями.

Пример выполнения схемы электрической структурной приведен в приложении М данного пособия.

Механические средства сбора и отображения информации

Если системой предусмотрен сбор и обработка информации с участием человека, в неё включаются различные регистраторы, которые позволяют получать исходные данные непосредственно с рабочих мест. Сюда же относятся всевозможные температурные датчики, таймеры, измерители количества произведённых деталей и прочее подобное оборудование. Монтируются также автоматические фиксаторы отклонений в производственном процессе, которые регистрируют и передают в систему сведения об отсутствии материалов, инструментария, транспортных средств для отправки изготовленных продуктов, а также неправильности в работе станков. Подобная аппаратура устанавливается не только в производственных помещениях, но и на складах для хранения сырья и готовой продукции.

К средствам отображения данных относятся все устройства, позволяющие вывести информацию в наиболее доступном для человека виде. Сюда относятся всевозможные мониторы, табло и экраны, печатающие устройства, терминалы, индикаторы и пр. Эти устройства связаны напрямую с центральным процессором вычислительной машины и могут выдавать информацию либо регламентировано, либо эпизодически – по запросу оператора или же в случае возникновения аварийной ситуации.

В состав технической базы автоматизированных систем управления входят также разнообразные виды оргтехники, контрольно-измерительные и учётные приборы, которые обеспечивают нормальное функционирование основных технических узлов.

2.2. Функциональные схемы автоматизации технологических процессов

Схема соединений панели станции управления называется схемой внутренних соединений, а соединения панели с двигателем и кнопочной станцией — схемой внешних соединений. В нижней части формата располагают внещитовые приборы, щиты и др. Основной экономический эффект для потребителя от применения этих систем состоит в уменьшении платежей за используемую энергию и мощность, а для энергокомпаний в снижении пиков потребления и уменьшении капиталовложений на наращивание пиковых генерирующих мощностей. При разнесенном способе составные части элементов и устройств или отдельные элементы устройств изображают на схеме в разных местах таким образом, чтобы отдельные цепи были изображены наиболее наглядно.
Данные об элементах должны быть записаны в перечень элементов см. Порядковые номера присваивают в соответствии с последовательностью расположения элементов или устройств на схеме сверху вниз в направлении слева направо.
Место обрыва линии связи заканчивается стрелкой, около которой указывают, куда эта линия подключается и или необходимые характеристики цепей, например обозначение цепи, полярность и др.
В ПЭС условные графические обозначения составных частей электрических аппаратов, приборов и ТСА, входящих в одну цепь, изображают последовательно друг за другом по прямой, а отдельные цепи — либо одну под другой при этом образуются параллельные строки , либо вертикально одну за другой. Допускается сохранять условные графические обозначения входных и выходных элементов — разъемов, плат и т.
Эта разность — сигнал рассогласования — по дается на усилитель W3.
Условные графические обозначения на принципиальных схемах выполняют, как правило, разнесенным способом, то есть отдельные части элемента например, катушки, контакты располагают в разных местах так, чтобы отдельные цепи изделия были изображены более наглядно одна над другой, образуя параллельные строки.
Автоматизация большинства объектов неразрывно связана с управлением технологическими механизмами с электроприводами. Элементы радиоэлектроники обозначаются следующим образом: R — резистор; С — конденсатор; V — диод, триод, тиристор; Н — сигнальная лампа.
19.3. Пример схемы цифровых связей

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ

Подвод линий связи к символу прибора изображается в любой точке окружности сверху, снизу, сбоку.
Для сложных объектов с большим количеством применяемых приборов и средств автоматизации, когда изображение непрерывных линий связи затрудняет чтение схемы, допускается их разрывать. На рис. Построение спирали Архимеда : Спираль Архимеда- плоская кривая линия, которую описывает точка, движущаяся равномерно вращающемуся радиусу
Рекомендуемые ссылки.
При изображении на схеме элемента или устройства разнесенным способом его позиционное обозначение проставляют около каждой составной части. При этом облегчаются условия труда рабочего и повышается надежность работы механизмов.
Однолинейное изображение силовой части протяжного станка дано на рис. Для обозначения дополнительных значений D, F, Q допускается применение d, f, q. Для этогооператор должен ввести новые коэффициенты в уравнения контуровуправления.

Структурная схема организационной структуры АСУ ТП

Для силовых цепей переменного тока приняты обозначения L1, L2, L3 и последовательные числа. Буквенные позиционные обозначения электроаппаратуры, изображаемой на функциональных схемах, приведены ниже: Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах электроаппаратуры одного вида, которым на схеме присвоено одинаковое буквенное обозначение, например, звонок электрический НА1, НА2, Однако в случае, когда это затрудняет чтение схемы, допускается обрывать линии связи. Чертежи общих видов должны выполняться в строгом соответствии со стандартом ЕСКД. Не рекомендуется применять буквы I и О.

Принципиальные схемы могут выполняться в многолинейном или однолинейном представлении. Поэтому подсистема АСУЭ в целом полностью зависит от технологических процессов. Для каждой внешней электрической проводки приводят ее техническую характеристику и длину: для проводов — марку, сечение и, при необходимости, расцветку, а также длину .

В первом случае номер указывают слева от цепи, во втором — сверху над цепью. Участки цепи, проходящие через разъемные, разборные или неразборные контактные соединения, должны иметь одинаковые обозначения. К таким средствам автоматизации относятся: термометры расширения, термометры термоэлектрические термопары , термометры сопротивления, первичные преобразователи параметров, сужающие измерительные устройства, ротаметры, газовые и жидкостные счетчики, первичные преобразователи индукционных расходомеров, первичные преобразователи уровнемеров, радиоактивности, плотности и др. Часто элементы записывают группами, соответственно местам их установки. Электрические схемы выполняют в соответствии со стандартами ГОСТ 2.
Производство шкафов управления. Промышленная автоматизация. Диспетчеризация инженерных систем.

Применение и основные функции АСУ

АСУ нашли широкое применение в разнообразных сферах промышленного производства. Основные функции систем сводятся к следующему:

Автоматизация управления технологическим процессом. Благодаря действию контроллера системы оптимизируется взаимодействие всех компонентов, происходит экономия топлива и энергии, улучшаются другие показатели процесса.
Сбор, регистрация, обработка и выдача информационных данных, касающихся оборудования и процесса в целом. Информация собирается с датчиков системы контроллером и отображается в форме мнемосхемы.
Распознавание и регистрация аварийных ситуаций и любых отклонений от процесса. При возникновении экстремальной ситуации система даёт сигнал оператору или производит устранение неполадок автоматически, чтобы предотвратить развитие аварии.
Предоставление необходимой информации оператору в виде графических и числовых данных. Информационные данные можно вывести на экран монитора в виде таблиц, графиков, схем. При необходимости эти данные можно распечатать с помощью соответствующих устройств.
Управление автоматически или с рабочего места оператора.
Регистрация всех действий оператора и сохранение их в заархивированном виде в базах данных. Все данные имеют строгую хронологическую привязку, что позволяет при необходимости установить причину возникновения аварийной ситуации и сделать соответствующие выводы.
Многоуровневая защита информации с помощью парольных систем. Доступ к данным такой автоматизированной системы обычно бывает строго ограничен и предоставляется только специально подготовленным сотрудникам с высшим техническим образованием. Кроме того, предоставляется доступ определённого уровня руководителю и действующим операторам. Для каждого сотрудника вводится индивидуальный пароль, который даёт ему полную ответственность за проведение технологического процесса. Руководитель получает доступ к информации в режиме просмотра.

Функции и задачи подсистем Системы

Для каждой подсистемы приводится перечень выполняемых ею функций и задач. Перечень функций и задач берется из раздела «Требования к функциям, выполняемым системой» технического задания.

Подсистема сбора, обработки и загрузки данных

Функция	Задача
Управляет процессами сбора, обработки и загрузки данных	Создание, редактирование и удаление процессов сбора, обработки и загрузки данных
Формирование последовательности выполнения процессов сбора, обработки и загрузки данных (регламентов загрузки данных)
Определение и изменение расписания процессов сбора, обработки и загрузки данных
Выполнение процессов сбора, обработки и загрузки данных из источников в ХД	Запуск процедур сбора данных из систем источников, загрузка данных в область временного, постоянного хранения
Обработка и преобразование извлечённых данных
Поддержка медленно меняющихся измерений
Протоколирует результаты сбора, обработки и загрузки данных	Ведение журналов результатов сбора, обработки и загрузки данных
Оперативное извещение пользователей о всех нештатных ситуациях в процессе работы подсистемы

Подсистема хранения данных

Функция	Задача
Создание и сопровождение структуры базы данных	Поддержка (разработка, модификация) модели ХД
Создание таблиц, представлений, материализованных представлений, последовательностей, табличных пространств, функций, пакетов, триггеров
Запись, хранения и модификация данных	Выполнение операций в терминах языка SQL (Insert, Update, Delete)
Сохранение значений ранее загруженных данных в случае их изменения
Архивирование малоиспользуемой информации
Резервное копирование данных	Осуществление полного холодного копирования
Осуществление логического копирования
Осуществление инкрементального резервного копирования
Предоставление данных	Выполнение операции предоставления данных в терминах языка SQL (Select)
Протоколирование результатов работы подсистемы	Ведение журналов событий СУБД
Оперативное извещение администратора СУБД о всех нештатных ситуациях

Подсистема формирования и визуализации отчетности

Функция	Задача
Создание и сопровождение логического представления информации	Создание логического представления информации в виде бизнес описания хранящихся данных
Модификация логического представления информации
Создание и сопровождение запросов и отчетности	Создание шаблонов запросов данных
Настройка табличных форм и графиков анализа данных
Предоставление отчетности и инструментов анализа данных	Предоставление возможности проведения математических операций над показателями
Предоставление возможности выполнения групповых операции над данными (SUM, MIN, MAX и др.) в режиме реального времени
Визуализация преднастроенной OLAP отчетности в табличном и графическом видах

Основные принципы АСУ

Впервые принципы действия автоматизированных систем управления, порядок их разработки и создания были сформулированы В.М. Глушковым.

Принцип новых задач. Назначение АСУ – решение новых управленческих задач, а не механизация системы управления как таковая. Конкретный состав таких задач зависит от конкретного объекта, который подлежит управлению. Если речь идёт о системе автоматизированного управления целой отраслью промышленности, на первый план выходит задача согласования синхронизации работы всех задействованных звеньев, перспективы и планирование.

Принцип системного подхода. Проектировка АСУ основывается на системном подходе как к анализу объекта, так и к процессам управления. В этом случае глубокому системному анализу подлежат не только технические вопросы, но и экономические, и организационные. Таким образом, внедрение АСУ предоставляет возможность оптимизировать экономические и производственные показатели.

Принцип первого руководителя. Вся разработка и утверждение требований к системе, а также процесс внедрения её на практике относятся к сфере компетенции основного руководителя объекта – например, министра или директора предприятия.

Принцип непрерывного развития. Математическое и программное обеспечение автоматизированной системы управления должно быть выстроено таким образом, чтобы при необходимости можно было легко внести изменения в системные процессы и критерии управления.

Принцип единства информационной базы. На автоматических носителях постоянно происходит накопление и обновление информации, которая необходима как для решения отдельных узких задач, так и для проведения управленческого процесса в целом. При этом нецелесообразное дублирование каких-либо данных в системе исключается. Обработка информации должна производиться таким образом, чтобы любая вновь поступающая информация о каких-либо изменениях в кратчайшие сроки вводилась в базу данных и обрабатывалась оптимальным образом.

Принцип комплексности задач и рабочих программ. Практически все технические и программные процессы взаимосвязаны между собой, поэтому не могут рассматриваться как отдельно существующие единицы. Попытка решать такие задачи по отдельности может привести к существенному снижению эффективности процесса в целом.

Принцип типовой разработки

При разработке конкретной автоматизированной системы очень важно, чтобы она оказалась подходящей для максимального количества целей и была востребована многими заказчиками. Каждая система должна быть до определённых пределов типизирована, но при этом не приводить к усложнению решений для потребителя.

Многоуровневые АСУТП

Многоуровневая архитектура применяется в случаях, когда контроль за функционированием производства должен осуществляться несколькими ответственными лицами. Система в этом случае обычно делится на три уровня:

уровень датчиков и исполнительных устройств (нулевой уровень);
уровень технологического оборудования (первый уровень);
диспетчерский уровень (второй уровень).

Уровень датчиков и исполнительных устройств

Устройства подключаются к первому уровню через интерфейсы ASI, 1-Wire, CAN, HART и др. Интерфейсы аналогового уровня (4-20 мА, 0-5 В) считаются морально устаревшими. В настоящее время многие датчики содержат в своем составе встроенный микроконтроллер, выполняющий автоматическую калибровку и компенсацию нелинейностей датчика и цифровой интерфейс. При проектировании датчики выбираются таким образом, чтобы в них использовался одинаковый протокол обмена и физический интерфейс связи.

Уровень технологического оборудования

Уровень представлен ПЛК и модулями ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети типа Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus и т.п.

Диспетчерский уровень

Уровень представлен рабочими станциями с человеко-машинным интерфейсом (HMI), предоставляемым SCADA-системами.