3. Асу и диспетчеризация объектов теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения

Для технологических объектов теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения, как объектов автоматизации, характерными являются следующие особенности: наличие разнородных функциональных задач, возникающих при автоматизации; сравнительно высокий уровень автоматизации существующих технологических объектов управления; повышение актуальности задач оптимизации и др.

Управлять подобными объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

АСУ ТП представляют собой качественно новую ступень разви­тия средств и методов управления технологическими объектами, так как в них используются технологические и технико-экономические параметры и критерии, а не только технические (физические), как это имело место ранее. В АСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники.

Кроме того, АСУ ТП проводят общую централизованную обра­ботку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управ­ления этим процессом, но и преобразуется в форму, пригодную для использования на вышестоящих уровнях управления для решения опе­ративных и организационно-экономических задач. Таким образом, АСУ ТП является также источником объективной и своевременной информации для АСУ вышестоящих уровней как на металлургическом предприятие так и в отрасли в целом.

АСУ ТП 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.

Современный этап развития АСУ ТП характеризуется применением индустриальных технологий создания и внедрения АСУ ТП на базе серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с персональными компьютерами и мощных программно-техничесих комплексов (ПТК) поддержки программирования АСУ ТП – SCADA систем, а также развития и стандартизации сетевых технологий.

Построение АСУ ТП на основе концепции открытых систем позволяет аппаратно-программные средства различных производителей совмещать снизу доверху и обеспечивать проверку всей системы. При таком подходе значительно уменьшается общая стоимость системы в результате применения более дешевого оборудования (при аналогичных функциональных характеристиках), частичной и поэтапной замене имеющихся на предприятии аппаратно-программных средств или даже сохранении некоторого старого оборудования.

Важнейшими свойствами открытых систем являются: мобильность прикладных программ; мобильность персонала; четкие условия взаимодействия частей системы с использованием открытых спецификаций.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) 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 АСУ ТП 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 АСУ ТП 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 АСУ ТП, заключающуюся в оптимизации работы технологического объекта управления по принятому критерию (критериям) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Критерий управления АСУ ТП — 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 АСУ ТП 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.

АСУ ТП 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.

АСУ на предприятиях строятся по иерархическому принципу (рис. 67). Верхний уровень АСУП предприятия, следующий уровень АСУП цеха и низовой уровень составляют АСУ ТП основного и вспомогательного производства.

Рис. 67. Иерархический принцип построения АСУП

При наличии на предпри­ятии автоматизированной сис­темы управления производст­вом АСУ ТП подготавливает и направляет на вышестоящие уровни (например, в ИВЦ АСУП) первичную технико-экономическую информацию в виде до­кументов установленной формы. Если АСУП имеет развитые каналы передачи данных, то обмен информацией между АСУ ТП и ИВЦ АСУП происходит автоматически. В первом случае АСУ ТП назы­вают автономной, во втором - интегрированной.

С вышестоящих уровней управления АСУ ТП получает произ­водственные задания и критерии качества реализации этих заданий.

Таким образом, АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии.

При создании АСУ ТП 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 АСУ ТП — 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 АСУ ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.

Управляющая функция АСУ ТП — это функция, результатом которой являются выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления.

К управляющим функциям АСУ ТП 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 АСУ ТП — 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 АСУ ТП относятся:

• централизованный контроль и измерение технологических параметров;

• косвенное измерение (вычисление) параметров процесса (технико-экономических показателей, внутренних переменных);

• формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУ ТП 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 АСУ ТП их направленность на конкретного потребителя (объект управления, оперативный персонал, смежные системы управления).

Вспомогательные функции АСУ ТП - это функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач.

Вспомогательные функции не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУ ТП (функционирование технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.).

Процесс функционирования АСУ ТП по существу является процес­сом целенаправленного преобразования входной информации в вы­ходную- Это преобразование выполняется совместно двумя главными компонентами: оперативным персоналом и техническим обеспечени­ем (комплексом технических средств - КТС). Именно они собирают информацию от объекта управления, обрабатывают и анализируют ее, а затем принимают решения по управлению и реализуют их в виде выходной информации, формируя соответствующие воздействия на объект.

Схема взаимодействия основных компонентов АСУ ТП показана на рис. 68.

Рис. 68. Схема взаимодействия основных компонентов АСУ ТП

Для работы оперативного персонала необходимо органи­зационное обеспечение, представляющее собой совокупность доку­ментов, устанавливающих порядок и правила функционирования персонала (технологические инструкции, описание и инструкции по эксплуатации системы и пр.).

В свою очередь, для обеспечения работы основной части КТС - ЭВМ требуется программное обеспечение (ПО). Под программой принято понимать алгоритм, представленный в форме, воспринимае­мой вычислительной машиной.

Алгоритм - это инструкция по решению какой-либо задачи, оп­ределяющая последовательность этого решения и выполненная на формальном языке математических формул и логических операций. Алгоритм и программы создаются на основе математического обес­печения (МО), под которым понимается совокупность математиче­ских методов, моделей и алгоритмов, используемых при разработке и функционировании АСУ ТП. МО подразделяются на общее МО и специальное МО. На основе общего МО функционирует стандартное ПО (СПО); на базе специального МО разрабатывается прикладное ПО (ППО) или пакет прикладных программ. СПО является состав­ной частью технической документации вычислительных комплексов и включает организующие и диспетчерские программы, трансли­рующие программы, программы работы УСО, программы редакти­рования текстов, программы отладки и диагностики, библиотеки стандартных программ. ППО разрабатывается специально для дан­ной АСУ ТП и обеспечивает выполнение ее специфических функций.

Комплексом технических средств называют совокупность управ­ляющих устройств, устройств передачи сигналов и данных, датчиков сигналов и исполнительных устройств, обеспечивающих выполнение функций АСУ ТП. Схемы КТС (в зависимости от особенностей ОУ) могут быть с прямым или непрямым взаимодействием информацион­но-вычислительного (ИВК) или управляющего вычислительного комплекса (УВК) с ОУ (рис. 69).

Рис. 69. Структурные схемы КТС АСУ ТП

КТС непрямого взаимодействия предусматривает управление локальной автоматикой (установка заданий-уставок регуляторам локальных САР) или оператором на основании рекомендаций ЭВМ (ВК работает в режиме "советчика") или непосредственно УВК (супервизорное управление).

В КТС прямого цифрового управления локальные САР вообще отсутствуют (или используются как резервные), а УВМ вырабатывает управляющие сигналы, используемые непосредственно для приведе­ния в действие исполнительных механизмов.

КТС АСУ ТП включает:

• устройства получения информации о режимах технологи­ческого процесса, оборудования, собственно КТС (датчики сигналов физических величин, устройства ручного ввода сигналов);

• устройства формирования сигналов и обслуживания каналов передачи информации - преобразователи вида, формы и уровня сиг­налов, коммутаторы сигналов (мультиплексоры);

• устройства локальной автоматики - регуляторы, командоап-параты, интерполяторы, усилители-преобразователи командных сигналов, исполнительные устройства;

• средства вычислительной техники - устройства переработки информации (серийные ЭВМ, специализированные счетные и ре­шающие устройства), устройства ввода и вывода программ и инфор­мации, устройства передачи данных (организации каналов сопряже­ния вычислительных средств), запоминающие устройства;

• устройства связи с объектом (УСО) - преобразователи сиг­налов контроля и управления, коммутаторы сигналов, адаптеры раз­личного назначения, телемеханические устройства;

• устройства связи с оперативным персоналом - индикаторы, сигнализаторы, регистраторы, щиты комплексного контроля (мнемо­схемы), пульты управления.

Современные агрегатированные технические средства автомати­ки и вычислительной техники позволяют создавать КТС АСУ ТП преимущественно проектным путем и расширять возможности КТС, наращивая номенклатуру и число устройств без реконструкции структуры АСУ ТП.