Общие замечания асутп
Современное промышленное предприятие не может обойтись без решения таких задач, как технико-экономическое планирование, календарное планирование и оперативное управление. При решении задач технико-экономического планирования, исходя из имеющихся ресурсов и годовых планов, должны устанавливаться плановые показатели производства на продолжительные отрезки времени (месяц, квартал). Решение задачи календарного планирования позволяет детализировать во времени и по продукции показатели технико-экономического плана, т.е. получить конкретные планы текущей работы производства. В процессе решения задачи оперативного управления реализуется управление группой агрегатов (комплексом) или всем производством с целью ликвидации возникших внешних и внутренних возмущений, т.е. осуществляется увязка первых двух задач с конкретными условиями производства.
Перечисленные задачи, как было отмечено ранее, по масштабности и важности располагаются в некоторой иерархии. На верхней ступени стоят задачи технико-экономического планирования, решаемые автоматизированными системами управления производством (АСУП), на нижней – задачи, решаемые в АСУТП. Взаимное влияние задач разных уровней очевидно. Верхний уровень определяет задание (план) и технико-экономические показатели для нижнего уровня. В свою очередь, в зависимости от состояния нижнего уровня план может корректироваться.
На основании вышесказанного можно дать следующее определение автоматизированной системы управления технологическим процессом [56]:
АСУТП - это система, которая на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники обеспечивает автоматизированное (автоматическое) управление технологическим комплексом с использованием централизованно обработанной информации по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты выработки продукта, и подготавливает информацию для решения организационно-экономических задач. От управляющей части системы требуется с помощью управляющих воздействий добиться оптимального или экстремального значения критерия управления в условиях неизмеряемых помех, с которыми работают промышленные установки, и с учетом ограничений, накладываемых на пределы изменения некоторых координат системы (температуры, давления, расхода топлива, качества выходного продукта и т.п.).
Характеристики большинства ТП таковы, что требуют четкого управления ими, хотя бы с точки зрения безопасности. В общем случае, необходимость управления ТП диктуется следующими факторами:
для обеспечения качества готового продукта состав и количество входных компонентов должны поддерживаться на заданном уровне;
износ орудий труда и переменный состав сырья требует непрерывного изменения (подстройки) параметров ТП;
пуск и остановка некоторых ТП требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.
Характеристики технологического процесса как объекта контроля и управления
По своему характеру ТП может быть непрерывным, периодическим (непрерывно-дискретным) и дискретным.
Непрерывный процесс – процесс, в котором конечный продукт вырабатывается, лишь пока подводятся сырьё, энергия, катализаторы, управляющие воздействия и пр. (например, процесс нефтепереработки).
Периодический процесс – процесс, в котором в течение относительно короткого промежутка времени производится определенное, ограниченное количество конечного продукта.
Дискретный процесс – процесс изготовления и испытания деталей, узлов и готовых изделий. Конечный продукт состоит из набора компонент, качество которых нужно контролировать так, чтобы конечный продукт – результат сборки отвечал заданным стандартам (сборка телевизора, автомобиля и пр.).
В соответствии с характером производства различают АСУТП для непрерывных производств, для производств с дискретным технологическим циклом и для производств со смешанными, непрерывно-дискретными технологическими процессами.
АСУТП первого типа создаются на предприятиях химической, энергетической, нефтеперерабатывающей и ряда других отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами.
АСУТП второго типа внедряются на предприятиях машиностроительной, приборостроительной, радиотехнической, электротехнической и других отраслей промышленности, где производство имеет дискретный характер. К производствам непрерывно-дискретного типа относятся предприятия металлургической, цементной, пищевой и других отраслей промышленности.
При изучении ОУ вся снимаемая с объекта информация разделяется на аналоговую и дискретную в зависимости от типов используемых датчиков. По аналоговым сигналам заносится наименование переменной с указанием функции, которую эта переменная должна выполнять. Далее – единица измерения, диапазон изменения, требуемая точность контроля или управления (регулирования), период опроса указанной переменной. После выбора датчика таблицу следует дополнить уровнем и типом сигнала на его выходе. Пример заполнения информации по аналоговым сигналам показан в таблице 3.
К дискретным сигналам относятся сигналы от двухпозиционных объектов контроля, характеризуемых двумя состояниями: «Включено - выключено», «В пределах – вне пределов», сигналы прерывания от инициативных датчиков, числоимпульсные сигналы, используемые при вводе информации от счетчиков электроэнергии, интеграторов- расходомеров, дозаторов и т.п. По перечисленным сигналам обычно указывается уровень дискретного сигнала и частота следования [57].
Общая характеристика автоматизированных систем управления технологическим процессом.
Объектом управления АСУТП является технологический процесс. Под технологическим процессом как объектом управления [24] может пониматься или последовательность целенаправленных (с использованием орудий труда) действий по получению из определенных исходных материалов конечного продукта с требуемыми свойствами, или комплекс технологического оборудования, реализующего процесс с использованием соответствующих энергоносителей и поддержанием необходимых технологических режимов.
АСУТП - это система, которая при участии операторского персонала обеспечивает в реальном времени автоматизированное управление процессом изготовления (переработки) продукта по заданным технологическим и технико-экономическим критериям [24]. Такая система предусматривает участие в управлении процессом на подготовительных, вспомогательных, контрольных и других операциях человека. Таким образом, автоматическая система является предельным случаем автоматизированной информационно- управляющей системы.
Применение современных средств автоматической обработки информации в технологии позволяет решать следующие задачи:
а) вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменения в окружающей среде, ошибки операторов;
б) управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для выпускаемой номенклатуры продукции (сортамент, номинал, классы, группы точности и качества), путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.);
в) реализовать статистическое управление процессами в реальном времени по экстремальному или адаптивному алгоритму;
г) осуществлять автоматическое управление процессами в условиях, вредных или опасных для человека.
АСУТП является фундаментом системы управления промышленным предприятием.
Системы управления технологическими процессами, решая самостоятельно задачу повышения эффективности отдельных производственных процессов, одновременно создают информационную и техническую базу для автоматизированной системы управления производством и предприятием в целом. Конкретные функции, которые выполняют АСУТП, зависят от характера и сложности управляемого процесса, а также от технических возможностей самой АСУТП.
Пирамида управления современным производством.
К таким функциям относятся:
а) сбор и обработка информации о состоянии технологического процесса и выпускаемых изделий;
б) контроль и индентификация процесса;
в) стабилизация и регулирование процесса;
г) логико-программное (в том числе мультипрограммное) управление;
д) поиск оптимальных решений и оптимальное (в том числе адаптивное) управление;
е) комплексное координационное управление;
ж) расчет технико-экономических показателей технологического процесса;
з) анализ и предотвращение аварийных ситуаций;
и) техническая диагностика отдельных частей и системы в целом.
К настоящему времени сформулирован ряд направлений в разработках АСУТП, и поэтому можно выделить ряд классификационных признаков АСУТП [24]:
по характеру управляемого технологического процесса;
по степени сложности управляемого процесса;
по степени охвата управляемого процесса;
по степени автоматизации задач управления;
по функционально-алгоритмическому признаку;
по архитектурному признаку.
По характеру управляемого технологического процесса АСУТП можно разделить на следующие большие классы:
АСУ основными непрерывными технологическими процессами;
АСУ основными непрерывно-дискретными процессами;
АСУ основными дискретными процессами;
АСУ сборочными процессами в дискретном производстве;
АСУ контрольными операциями и процессами;
АСУ процессами изготовления оснастки и инструментов для основного производства.