4. Вказівки до виконання курсового проекту
4.1. Огляд і аналіз стану питання
Для оцінки науково-технічного рівня в наочній області, пов'язаній з темою курсового проекту, проводяться бібліографічні і патентні дослідження. В процесі проведення цих досліджень вивчається література та інші джерела інформації, а також патентна інформація. Найбільш свіжі відомості слід шукати в періодичній літературі (науково-технічних журналах) та мережі Інтернет.
При виконанні досліджень вирішуються наступні завдання:
відбір аналогів об'єкту проектування;
виділення найбільш ефективних і перспективних технічних рішень поставленої задачі;
оцінка можливості використання наявних розробок в проекті, що розробляється;
загальна оцінка науково-технічного рівня в даній наочній області та оцінка перспективності виконуваної в курсовому проекті розробки.
4.2. Розроблення структури системи управління
Початкові вимоги для автоматизованої системи управління визначаються на основі функціональної схеми автоматизації. Перш за все, визначається потрібне число входів-виходів системи управління і їх характеристики. Для вирішення цього завдання доцільно скласти таблиці вхідних і вихідних сигналів, використовуючи функціональну схему автоматизації.
У таблицях вказують всі інформаційні (вхідні) сигнали від давачів, засобів вимірювання і всі керуючі (вихідні) сигнали від пристроїв управління. Сигнали слід розділити за видом (аналогові, дискретні), за типом (сигнали постійного струму, змінного струму), по рівню (0 – 10 В, 24 В, 220 В, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА тощо). На основі цих таблиць визначається потрібна кількість входів і виходів системи управління і вимоги до характеристик цих входів-виходів.
При визначенні числа входів-виходів слід передбачати резерв для подальшого розширення системи управління і для корекції її функцій в разі виявлення помилок в процесі впровадження системи.
Для оцінки вимог до обчислювальних можливостей комп'ютерного пристрою управління, по функціональній схемі автоматизації слід визначити спільне число функцій управління, що вимагають реалізації системою управління. Слід також враховувати складність цих функцій.
Після оцінки основних вимог до найважливіших характеристик системи управління формулюються інші вимоги: вимоги до умов експлуатації, вимоги до точності, вимоги до надійності, вимоги до вартості тощо.
На основі сформульованих вимог здійснюється вибір засобів управління, з використанням яких буде побудована система управління. У сучасних умовах цей вибір зводиться до вибору програмованих контролерів і комп'ютерів. Бажано використовувати однотипні контролери і комп'ютери, сумісність яких гарантується.
Вибір засобів управління відбувається в певній послідовності:
Вибір фірми-виробника засобів управління.
Вибір моделі і комплектації програмованих контролерів.
Вибір допоміжних засобів і засобів зв'язку з оперативним персоналом (засоби передачі і перетворення даних, панелі оператора тощо).
Вибір комп'ютерів для верхнього рівня управління.
Визначення складу необхідного програмного забезпечення і джерел його постачання.
При виборі фірми-виробника слід керуватися наступними міркуваннями:
відповідність номенклатури засобів управління, що поставляються фірмою, та їх технічних характеристик вимогам, що пред'являються до проектованої системи управління;
рівень сервісного обслуговування, пропонованого фірмою (гарантійний термін; можливість заміни і ремонту засобів; супровід фірмою своєї продукції, наприклад, модернізація програмного забезпечення; можливість консультацій фірми при виникненні складнощів при впровадженні системи та її налагодженні тощо);
гарантована надійність засобів управління;
простота модернізації і розширення системи управління, побудованої на засобах конкретної фірми;
наявність програмного забезпечення для комп'ютерних засобів управління і можливості його модернізації;
побажання замовника системи управління і накопичений ним досвід експлуатації засобів управління.
Після вибору фірми виробника по каталогах фірми здійснюється вибір моделей і комплектація програмованих логічних контролерів (а при необхідності і промислових комп'ютерів). Основні завдання оперативного управління в сучасній АСУ ТП вирішують програмовані контролери. Тому їх вибір є відповідальним етапом проектування системи управління.
Програмовані контролери бувають трьох видів:
Фіксовані контролери, що мають визначену конфігурацію з певним і обмеженим числом входів-виходів (зазвичай не більше 30).
Модульні контролери з об'єднаними в єдиний блок модулями, число і характеристики входів-виходів яких визначаються споживачем в процесі конфігурації контролера (число входів-виходів може перевищувати 1000).
Модульні контролери з розподіленим вводом-виводом, що складаються з центрального блоку і окремих модулів вводу-виводу, що встановлюються по місцю.
Найбільш простими і дешевими є фіксовані контролери. Проте можливості управління таких контролерів істотно обмежені і застосовують їх для управління простими об'єктами. Найбільш дорогими є модульні контролери з розподіленим вводом-виводом. Застосування таких контролерів дозволяє оптимізувати інформаційні зв'язки в системі управління, скоротити витрати на лінії зв'язку і підвищити надійність системи управління.
Структура системи управління розробляється на основі вибраної комплектації засобів управління. Сучасні АСУ ТП є ієрархічними системами, що мають, як правило, три рівні.
На нижньому рівні (польовому) знаходяться всі давачі, перетворювачі, модулі вводу-виводу і прилади, розташовані по місцю (пристрої зв’язку з об’єктом).
Середній рівень складають програмовані логічні контролери.
На верхньому рівні управління розташовуються промислові комп'ютери, персональні комп'ютери, панелі оператора. Для зв'язку верхнього рівня з середнім використовується або з'єднання «точка-точка» (P2P), або локальна мережа.
З'єднання «точка-точка» застосовуються в простих випадках, наприклад, для з'єднання одного програмованого контролера з комп'ютером. При використанні такого з'єднання необхідні відповідні порти в контролера і комп'ютера. Слід визначити стандартний інтерфейс і протокол зв'язку.
Основним способом зв'язку в сучасних системах управління є організація локальних обчислювальних мереж із засобів управління. У системах управління використовуються промислові стандарти локальних обчислювальних мереж. Локальна мережа дозволяє об'єднати всі засоби управління і організувати багатосторонній обмін інформацією.
При проектуванні системи управління необхідно вибрати конкретний стандарт мережі і додаткове устаткування для її реалізації (мережеві адаптери, концентратори зв'язку, комунікаційні процесори тощо).
Результат перерахованих дій оформляється у вигляді креслення структурної схеми системи управління. Структурна схема повинна наочно відображати:
ієрархію системи управління;
зв'язки засобів управління з об'єктом управління і між собою;
зв'язки засобів управління з оперативним персоналом;
апаратний склад системи управління.
До структурної схеми системи управління розробляється перелік елементів, в який включаються всі компоненти комплексу технічних засобів (КТС) системи управління.
Приклад структурної схеми системи управління технологічним процесом ректифікації продукту показаний на рис. 1. Дана АСУТП має 3 рівні. Безпосереднє управління устаткуванням процесу здійснюється від програмованого контролера, який виконує функції автоматичного регулювання температури і рівня продукту в колоні ректифікації, а також управління включенням і виключенням насоса в потрібні моменти часу.
На верхньому рівні управління використовується ЕОМ, що входить до складу автоматизованого робочого місця (АРМ) оператора. ЕОМ виконує функції індикації і реєстрації параметрів процесу, а також ручного управління виконавчими механізмами технологічного устаткування.
У нижній частині креслення прямокутниками показані джерела і приймачі сигналів, встановлені на об'єкті управління. Для їх ідентифікації використовуються позиційні позначення функціональної схеми автоматизації. Окрім цього дається додатковий опис джерела-приймача для підвищення інформативності схеми.
Вище у вигляді блоку зображений програмований контролер, що створює середній рівень управління. Програмований контролер використаний фіксованого типу з аналоговими і дискретними входами і виходами. Всі входи-виходи контролера позначені. Показані з'єднання входів-виходів з джерелами-приймачами інформації об'єкту управління.
Контролер має також послідовний порт стандартного послідовного інтерфейсу RS-232, який використовується для зв'язку з ЕОМ. Зв'язок здійснюється по схемі "точка-точка".
ЕОМ утворює верхній рівень системи управління. В якості ЕОМ може використовуватися персональний або промисловий комп’ютер. Для відображення операторського інтерфейсу (динамічної мнемосхеми та контролю параметрів процесу) ЕОМ має дисплей, а також можливості зберігання/зчитування та архівування даних як на жорсткому диску, так і на зовнішніх запам’ятовуючих пристроях (ЗЗП). На ЕОМ постачається необхідне програмне і методичне забезпечення, а також технічна документація для системи управління.
Контролер на структурній схемі системи управління може бути зображений у вигляді блоку, як це показано на рис. 1. Таке зображення зручне для фіксованих контролерів. Якщо контролер модульний, то його конфігурація визначається при проектуванні і її необхідно відображати на структурній схемі. В цьому випадку доцільно показувати структуру контролера.
Рис. 1. Структурна схема системи управління