Получение информации о технологическом объекте управления

Лекции АСУ

ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Основы построения АСУ	4
2. Принцип преобразования информации	4
3. Информация и способы еѐ преобразования	4
4. Группы АСУТП	5
5. Получение информации о технологическом объекте управления	5
6. Элементная база автоматизированных систем управления	9
1. Цифровые ИМС	10
2. Аналоговые ИМС	13
3. Первичные измерительные преобразователи	14
4. Структуры измерительных систем	15
5. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)	15
6. Аналоговый цифровой преобразователь АЦП	16
1. Устройства хранения и переработки информации	19
2. Устройство переработки преобразования информации	20
3. Структура средств измерения	23
4. Командоконтролеры (КК)	25
5. Языки программирования	26
6. Автоматизация электротехнологических процессов	29
1. Автоматические и автоматизированные системы управления и	30
регулирования
2. Структура систем автоматического управления	32
3. Каналы связи (КС)	33
4. Проводные ЛС	34
5. Искусственные цепи для передачи информации	35
6. Схема с дифференциальным трансформатором	36
1. Схема совместной передачи на постоянном и переменном токе	37
2. Частотные каналы связи (ЧКС)	37
3. Виды каналов связи	38
4. Системы телеуправления (ТУ) телесигнализации (ТС)	39
5. Частотные системы ТУ и ТС	39
6. Системы телеизмерения	42
1. Частотно- импульсные системы (ЧИС)	44
2Принципиальная схема конденсаторного частотомера	44
Схемы защиты линий Устройство SPAC 801.01	46
Транзисторноконденсаторные частотомеры	47
Время-импульсные системы	48
Кодоимпульсные системы (КИС)	48
Частотные системы	49

 

3

Основы построения АСУ

 

При постановке какой-либо задачи из окружающего мира выделяется множество взаимосвязанных элементов, которые объединяются общим решением работы, и предназначаются для выполнения общих для всех элементов целей. При этом каждый элемент в отдельности или их частные комбинации выполняет свои частные цели. Это объединение элементов выполняет какие-либо преобразования тех или иных общих форм существования материи из одних видов в другие.

 

Система – совокупность элементов, связанных между собой общими режимами работ для достижения общих целей преобразования видов материи при некотором отличии целей и свойств всей системы от целей и свойств отдельных еѐ элементов или частичных комбинаций.

 

Управление – воздействие на объект для реализации заранее принятых целей, оно осуществляется на основании анализ в получаемой информации об объекте и окружающей его внешней среде.

 

Управляемая система – система, являющаяся объектом управления, управление осуществляется для того, чтобы обеспечить надлежащее функционирование управляемой системы.

 

Управляющая система – система, осуществляющая функции управления.

 

Система управления – это термин, употребляемый иногда взамен термина "управляющая система". Однако чаще всего более строго он трактуется как система, объединяющая две подчиненные системы: управляющую и управляемую. В дальнейшем этот термин будет использоваться именно в этом смысле (например, станок с ЧПУ, электронный блок).

 

Принцип преобразования информации

 

Преобразователи – устройства, использующиеся в преобразовании величин одной физической природы в другую и обратно.

 

Датчики – устройства, вырабатывающие дискретный сигнал в зависимости от кода технологического процесса или воздействия на них информации.

 

Информация и способы еѐ преобразования

 

Информация должна обладать следующими свойствами:

 

1. Информация должна быть понятной в соответствии с принятой системой кодирования или еѐ представлении.

 

2. Каналы передачи информации должны быть помехозащищенными и не допускать проникновение ложной информации.

 

3. Информация должна быть удобной для еѐ обработки.

4. Информация должна быть удобной для еѐ хранения.

 

Для передачи информации используются каналы связи, которые могут быть искусственными, естественными, смешанными.

 

АСУ – человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и переработку информации, необходимой оптимизации управления устройств технологических процессов или информационных потоков.

 

АСУ технологического процесса – АСУ для выработки и реализации управляемых воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления.

 

В таких системах обеспечивается реализация законов управления и как следствие эффективное ведение технологического процесса. При этом качество выпускаемой продукции не зависит от квалификации обслуживающего персонала, достигается высокий уровень качества, обеспечивается высокий уровень загрузки оборудования и должен обеспечиваться минимум приведенных затрат.

 

 

4

Группы АСУТП

 

1. АСУТП обеспечивающая стабилизацию заданного или оптимального технологического режима, т.е. таких технологических параметров, на которые действующие возмущения оказывают существенное влияние.

 

2. АСУТП обрабатывающие с установленной точностью заданные или непрерывно выдаваемые изменения технологических процессов. Системы следящего программного или следящего управления.

 

3. АСУТП самостоятельно вырабатывающие наилучший технологический режим и обеспечивающие его поддержание автоматически вырабатывающие наилучшую траекторию ведения процесса.

 

Комплексные АСУТП имеющие взаимные связи с узловыми АС, связанные информационными узлами и обеспеченные АС переработки информации, образующую систему управления предпр-ем.

 

Все системы АСУ имеют иерархическую структуру в которой можно проследить ход управляющего воздействия от центрального органа управления к управляемому органу.

 

Основный принцип, по которому строится АСУ это объектная ориентация, т.е. комплекс средств объединяется в один модуль или объект, который выполняет свои функции строго при определенном воздействии. Это воздействие может быть сигналом от управляющей системы более высокого уровня.

 

В последние годы при разработке АСУТП стремятся сократить количество связей с применением прямого цифрового управления.

 

Получение информации о технологическом объекте управления

 

Функционирование АС неразрывно связано с переработкой потока технологической информации. В процессе управления оператор передает управляющему устройству исходную информацию, а объект управления преобразовывает еѐ текущую информацию. Управляющее устройство информирует оператора о принятых решениях и передает управляющему объекту воздействие.

 

Структурная схема АСУТП:

 

				h1 h2 h3
х1	УУ				y1
х2
	1	2	3	4	y2
х3
					y3
	7	6		5

 

1 – блок внешней информации;

2 – процессор;

3 – устройство связи с объектом;

4 – объект управления;

5 – датчики технологических параметров;

6 – блок текущей информации;

7 – пульт управления;

x₁. x₂, x₃ – внешние параметры технологического процесса;

h₁, h₂, h₃; y₁. y₂, y₃ – информация о ходе технологического процесса.

 

Характерные особенности современных АСУТП является высокая производительность обработки информации при неограниченном объеме памяти. Эта особенность базируется на

применении средств вычислительной технологии, в данной схеме это процессор. Наиболее широко используются программные контроллеры, которые являются мини ЭВМ с объемом памяти, с набором входных устройств приема информации и набором выходных устройств, вырабатывающих управляющие воздействия. Применение этих устройств позволяет сделать автоматизированную систему гибкой, универсальной, т.е. вычислительная система не привязывается к конкретному технологическому процессу. Перестройка технологии производства сводится к очистке памяти управляющей программы и ввода с носителя новых данных. Даже для самых громоздких не превышает 10 сек. Информационная функция автоматизированных систем заключается в сборе технологической информации, преобразование этой информации и хранение информации в состоянии технологического объекта.

 

Управляющая функция АСУТП имеет своей целью выработку решений и осуществление управляющих воздействий. В исполнении задачи информационной и управляющей функции принимает участие процессор 2, совмещающий переработку, хранение и выработку управляющей информации, передаваемой в виде управляющего воздействия по каналам устройств связи. В блок внешней информации 1 управляющего устройства входит внешнее и оперативное запоминающее устройство. Для длительного хранения вводится априорная информация об объекте и технологические инструкции. Априорная информация вводится с пульта управления. Априорная информация является неизменной в процессе функционирования АСУТП в заданном режиме. Текущая информация о технологическом процессе принимается с помощью технологических датчиков 5 и вводится в блок текущей информации 6. Основным узлом управляющего устройства (УУ) является процессор, имеющий логические и арифметические блоки, в которых априорная, исходная и текущая информация преобразуются в управляющие команды. Эти команды передаются на реагирующие органы технологической установки. Это может быть магнитные пускатели, контакторы, электромагнитные задвижки и прочее. На выходе управляющего устройства могут устанавливаться устройства связи с объектом, предназначенные для преобразования управляющих команд в управляющие воздействия достаточной мощности для срабатывания реагирующих элементов.

 

Сложность элементов внутренне структуры АСУ находится в тесной связи с характером технологического процесса. Если процесс можно рассматривать детерминированным (неизменным во времени и пространстве), то модель этого процесса достаточного просто описывается с помощью простых алгоритмов, но если процессы являются совокупностью случайных факторов подлежащих учету тем сложнее математическая модель процесса и, соответственно, внутренняя структура АСУ. Во внешней структуре АСУ выделяют системы различных уровней или подсистем, отвечающих конкретным целям и задачам.

 

 

АСУТП К

 

 

АСУТПУ 1		АСУТПУ 2

 

АСУТП-1		АСУТП-2		АСУТП-3		АСУТП-5

 

ТОУ 1		ТОУ 2		ТОУ 3		ТОУ 5

 

Подсистемы АСУ разделяются по функциональному и структурному принципу. Если функции системы ограничены одним механизмом, то эта система называется локальной. Если механизмы, управляющие локальными системами тесно связаны между собой то их взаимная

 

 

6

координация осуществляется узловой АСУТП. Объединение локальных систем осуществляется по территориальным или функциональному признакам. Более высокий уровень автоматизированных

 

АСУ это комплексные АСУТП. Как правило, комплексные АСУТП дополняются узлами и автоматизированными система переработки информации. Такой принцип построения систем называется иерархический.

 

Иерархия автоматизированной системы определяет порядок подчинения взаимосвязанных подсистем с общей системой управления.

 

Каждым видом оборудования осуществляет управление автоматизированная система АСУТП 1-го уровня.

 

Автоматизированные системы 1-го уровня могут быть связаны между собой и

 

вырабатывают управляющее воздействие на оборудование в зависимости от взаимного взаимодействия оборудования.

 

АСУТП (комплексное) осуществляет управляющее воздействие только управление установкой по минимуму воздействующих факторов.

 

В последние годы при разработке АСУТП рамки иерархий сокращается, в связи с применением прямого цифрового управления. Происходит замена структурной иерархии арифметической.

 

Таким образом, АСУ представляет собой комплекс средств технического, информационного, математического и программного обеспечения.

 

Существует прямая связь, когда оператор вводит в управляющее устройство априорную или исходную информацию, содержащую информацию о цели и программе функционирования технологического агрегата. К этой информации относятся различные постоянные и числа определяющие режим. Исходная информация содержит сведения, касающиеся данного вида продукции и исходная информация физически может быть представлена только на каком-либо магнитном носителе. Эта информация с одного носителя на другой в виде импульсов тока и напряжения. Сам процесс переноса информации в пространстве называется передачей информаций по каналам связи.

 

Обратная связь – это та, которая служит для информирования оператора о ходе, механического процесса и о принятых управляющих решениях. Обратная связь может быть постоянной или периодической по запросу.

 

Большее значение имеет форма представления информации (способ кодирования). Большинство датчиков оперируют сигналами представляющих импульсы тока или потенциальные уровни напряжения. Для информации не переб. операт реакции используются приборы аналогового типа. Для информации, на основании которой принимается операторной воздействие целесообразно использовать еѐ цифровое преобразование, согласующееся с цифровым вычислительным устройством. При управлении от управляющих вычислительных машин необходимо согласовать выходы управляющего устройства и входы исполнительных органов.