АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Техническое задание на проектирование

Системы управления

 

Техническое задание на проектирование системы управления должно содержать исчерпывающую и однозначную информацию о требованиях, предъявляемых к системе управления. Требования многочисленны, разнообразны по характеру и группируются в следующие разделы.

Основание для разработки системы управления, назначение и область применения.

Основанием для разработки системы управления может быть:

1) разработка системы управления в рамках строящегося производства совместно с проектируемым технологическим или производственным процессом;

2) разработка системы управления в рамках модернизации существующего производства;

3) разработка нового класса систем управления с целью тиражирования на однотипных производствах или однотипном технологическом оборудовании.

В первых двух случаях речь идет о разработке одного экземпляра системы управления, а в последнем случае о нескольких.

2. Условия эксплуатации:

1) общий срок эксплуатации системы управления;

2) режимы эксплуатации и продолжительность непрерывной работы;

3) климатические условия (температура, влажность, давление и т. п.);

4) механические нагрузки (ускорения, вибрации, скорости и т. п.);

5) другие объективные условия эксплуатации (радиационные воздействия, биологические воздействия, условия транспортировки и хранения и т. п.).

3. Технические данные СУ:

1) требования к габаритам и массе, которые важны, в первую очередь, к встроенным системам управления, таким как системы числового программного управления, системы управления промышленными роботами и роботизированными технологическими комплексами, системы управления транспортными средствами, т. е. к мехатронным системам управления;

2) точность и стабильность выходных характеристик как системы управления, так и объекта управления;

3) надежность работы системы управления;

4) конструктивно-компоновочные требования и т. д.

Сроки проектирования.

Затраты на проектирование системы управления.

Условия и объемы производства системы управления.

Помимо изложенных требований техническое задание может содержать специфические требования, определяемые особенностями либо системы управления, либо ее использования в объекте управления, либо ее использования как составной части (подсистемы) системы управления более высокого уровня, либо особыми условиями производства и эксплуатации.

Техническое задание – это объемный документ, в котором на естественном языке описана словесная модель проектируемой системы управления. Несмотря на строгость и точность формулировок техническое задание не дает однозначного описания объекта проектирования и не позволяет непосредственно переходить от описания функционирования системы к ее техническому выполнению.

В первоначальном варианте техническое задание формирует заказчик и выдает его проектировщикам для рассмотрения и согласования. Техническое задание тщательно анализируется разработчиками системы управления, при этом основное внимание уделяется трем группам вопросов:

§ установление выполнимости заданных требований, возможности проектирования на основе имеющегося научно-техничес­кого задела;

§ уточнение и согласование требований на проектирование с учетом обеспечения совокупности заданных характеристик;

§ оценка трудоемкости, сроков проектирования и их увязка с условиями и возможностями выполнения проектных работ и изготовления системы управления.

После проведенного анализа техническое задание уточняется, окончательно редактируется, согласовывается с исполнителем и утверждается заказчиком.

Четкая и технически объективная формулировка технического задания во многом предопределяет успех проектирования системы управления. Технически невыполнимые требования заведомо обрекают проектирование на провал. Ориентировки же на отсталые технические характеристики, отсутствие элементов технического предвидения, игнорирование и незнание современного уровня неизбежно приводят к созданию несовершенной, неперспективной системы управления.

Этап формирования технического задания на проектирование системы управления является чрезвычайно ответственным. Техническое задание должно быть выполнено в соответствии с требованиями ГОСТ 15001–80.

 

 

Предварительное проектирование

Системы управления

 

На этом этапе решаются следующие задачи:

1) изыскание и разработка принципов построения системы управления, отвечающих заданным или предполагаемым требованиям;

2) разработка и оптимизация структуры системы управления по основным (определяющим) критериям или их совокупностям;

3) изыскание и разработка принципов построения технических средств, обеспечивающих создание системы с лучшими характеристиками;

4) изыскание (разработка) методов оптимизации системы управления и их составляющих;

5) изыскание (разработка) методов проектирования системы управления, обеспечивающих достижение заданных характеристик с наименьшими затратами времени и сил.

Решение перечисленных задач (за исключением второй) обычно относят к категории поисковых работ, целью которых является не только выполнение ближайших по срокам конкретных проектов, но и создание задела для перспективных разработок.

Предварительное проектирование системы управления начинается с выбора структуры системы управления и технических средств ее реализации, а также определения основных статических и динамических характеристик системы и составляющих ее звеньев с учетом основных требований технического задания по точности, надежности, массогабаритным показателям и энергопотреблению.

Для предварительной оценки основных характеристик и оптимизации системы управления по ним широко используются методы математического и имитационного моделирования на ЭВМ.

При проектировании системы управления производственными участками механообработки и сборки, а также отдельными технологическими процессами предпочтение отдается двухуровневой структуре системы управления, приведенной на рис. 5.1, где системы управления первого уровня представляют собой ТСУ, работающие в основном в автоматическом режиме, критериями эффективности функционирования которых, в первую очередь, являются технические или технологические показатели, такие как точность, надежность, массогабаритные характеристики, устойчивость, стабильность и энергопотребление. Система управления второго уровня решает задачи группового управления оборудованием и технологическим процессом, задачи разработки управляющих программ и их трансляции на первый уровень. В качестве критериев эффективности управления на втором уровне в основном используются технико-экономические, такие как производительность, себестоимость, энергопотребление и некоторые другие.

 

Рис. 5.1. Двухуровневая структура АСУ ТП

на уровне производственного участка

 

При проектировании системы управления цехом или производственным процессом предпочтение отдается трехуровневой системе управления, приведенной на рис. 5.2, где на третьем уровне решаются задачи оперативного управления, т. е. задачи координации, синхронизации, оптимизации и взаимодействия с другими системами управления аналогичного уровня. В качестве критериев эффективности управления здесь в основном используются экономические или технико-экономические показатели.

Чрезвычайно ответственный этап предварительного проектирования – выбор технических средств проектируемой системы управления и прежде всего элементной базы (системы элементов), т. е. той технической основы, на которой строится система управления.

 

 

Рис. 5.2. Трехуровневая структура АСУПП на уровне цеха

 

Если в процессе проектирования можно изменить структуру системы управления с относительно небольшими потерями времени и средств, но без конкретной перестройки производства, то изменение элементов системы на последующих этапах проектирования связано в большинстве случаев со значительной перестройкой производства и может сделать дальнейшее проектирование невозможным или бесперспективным.

Выбор системы элементов наряду со структурными методами в значительной степени предопределяют надежностные характеристики проектируемой системы управления. Обеспечение надежности проектируемой системы управления – одна из основных задач предварительного проектирования, так как в этом случае требуются минимальные затраты. На рис. 5.3 показана зависимость затрат С на проектирование от начала работ по обеспечению надежности системы, где С₀ – намеченные общие затраты на проектирование системы управления; t_п.п, t_э.п, t_{т. п}, t_с.п, t_э – соответственно время предварительного, эскизного и технического проектирования, а также серийного производства и эксплуатации.

Вопросы обеспечения требуемой надежности системы управления важны как для технических средств управления, т. е. системы управления нижнего уравнения, так и систем управления верхних уравнений.

 

 

Рис. 5.3. Затраты на проектирование системы управления

 

При выборе технических средств для проектируемой системы управления производственными участками или цехами решаются следующие задачи:

§ выбор УВМ (ЭВМ) верхних уравнений с учетом их стоимости, комплектности, т. е. интерфейсного оборудования и средств связи с объектом управления, а также общесистемного и специально математического, программного и информационного обеспечения;

§ выбор каналов связи и режимов их работы с учетом обеспечения требуемой помехозащищенности и достоверности передаваемых данных для систем управления, работающих в реальном времени;

§ выбор технических средств реализации ТСУ, а именно устройств ЧПУ, микропроцессоров и других средств.

Наиболее эффективно и перспективно использование при проектировании систем управления информационно-управляю­щих локальных вычислительных сетей.

На этапе предварительного проектирования:

§ оценивается рациональное распределение функций систем управления между ее технической частью и оператором;

§ анализируются в первом приближении методы обслуживания проектируемой системы управления в процессе эксплуатации;

§ исследуются математические и физические модели;

§ выбираются методы и точки контроля технологических параметров изделий, деталей, а также характеристик технологического оборудования (задачи контроля в основном решаются на нижнем уровне, т. е. на уровне управления технологическим оборудованием);

§ формируется структура и состав информационно-справочной системы, а также методы поддержки информационной базы в рабочем состоянии.

Итоги предварительного проектирования отражаются в технических предложениях на систему управления.