Системы управления дисперсными процессами, проектирование систем автоматизации производства

1. Системы управления дисперсными  процессами, проектирование систем автоматизации  производства.

  Развитие  экономико-математических методов  управления с широким использованием современной вычислительной техники  позволило существенно облегчить  работу оператора при управлении сложными технологическими объектами. В результате появились человеко-машинные системы управления технологическими процессами, в которых обработка  информации и формирование оптимальных управлений осуществляются человеком с помощью управляющей вычислительной машины (УВМ). УВМ в этом случае является многоканальным информационно-управляющим устройством в системе автоматизированного управления технологическим процессом.

  Рисунок 1 —  Типовая структура централизованной АСУ ТП

  В зависимости от распределения информационных и управляющих функций между  человеком и УВМ, между УВМ  и средствами контроля и регулирования  возможны различные принципы построения АСУ ТП. Наибольшее распространение в промышленной практике нашли три принципа построения АСУ ТП: централизованные АСУ ТП, АСУ ТП с супервизорным управлением и децентрализованные распределенные АСУ ТП.

  Типовая структура централизованной АСУ ТП (рис.1) включает в себя устройство связи с объектом (УСО) и УВМ, осуществляющую централизованное управление одним или несколькими технологическими процессами. Надежность всего комплекса определяется в этом случае надежностью УСО и УВМ, и при выходе их из строя нормальное функционирование технологического оборудования невозможно.

  Характерным примером централизованной АСУ ТП является система, УВМ которой непосредственно  вырабатывает оптимальные регулирующие воздействия и с помощью соответствующих  преобразователей передает команды управления на исполнительные устройства (механизмы). Централизованные АСУ ТП, УВМ которых работают в таком режиме, называются системами с непосредственным или прямым цифровым управлением (ПЦУ).

  В АСУ ТП с ПЦУ оператор должен иметь  возможность изменять установки, контролировать избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения переменных, изменять параметры настройки и иметь доступ к управляющей программе. Для обеспечения этих функций необходимо иметь сопряжение (человек — машина) в виде пульта оператора и средств отображения информации.

  Применение  УВМ в режиме ПЦУ позволяет  строить программным путем системы регулирования по возмущению, комбинированные системы каскадного и многосвязного регулирования, учитывающие связи между отдельными частями объекта управления. ПЦУ позволяет реализовать не только оптимизирующие функции, но и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта. В системах с ПЦУ упрощается реализация режимов пуска и остановки процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов.

  Главный недостаток систем с ПЦУ заключается  в том, что при отказе в работе УВМ объект теряет управление. Несмотря на высокую надежность всех средств  системы, отказы в УВМ возможны, и  это обстоятельство необходимо особо  учитывать при построении АСУ  ТП с ПЦУ.

  Более широкими возможностями и лучшей надежностью обладают АСУ ТП, в  которых непосредственное регулирование  объектами ТП осуществляют ЛР, а  УВМ выполняет функции «советчика»  в так называемом супервизорном режиме. Типовая структура супервизорной АСУ ТП изображена на рис.2. По данным, поступающим от датчиков (Д) локальных подсистем через УСО, УВМ вырабатывает значение установок в виде сигналов, поступающих непосредственно на входы систем автоматического регулирования. Основная задача супервизорного управления — автоматическое поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки. Кроме того, супервизорное управление позволяет оператору-технологу использовать плохо формализуемую информацию о ходе технологического процесса, вводя через УВМ коррекцию установок, параметров алгоритмов регулирования в локальные контуры. Например, оператор вводит необходимые изменения в управление процессом при изменении сырья и состава вырабатываемой продукции. Это требует определения новых значений коэффициентов уравнений математической модели объекта управления, что может выполняться любой другой внешней ЭВМ или самой УВМ, если она не загружена.

  Рисунок 2. —  Типовая структура АСУ ТП с супервизорным режимом работы УВМ

  Работа  информационно-измерительной части  системы супервизорного управления практически не отличается от рассмотренной выше системы. Функции оператора в этом случае сводятся лишь к наблюдению, а его вмешательство необходимо только в аварийных ситуациях. Достоинство системы супервизорного управления состоит в том, что УВМ в ней не только автоматически контролирует процесс, но и автоматически управляет им вблизи оптимальной рабочей точки. Рассматриваемая система управления технологическим процессом является многоканальной как в информационной части, так и на уровне оптимизации.

    Проектирование систем автоматизации

  Автоматизация производства - механизация производства с полным или частичным устранением физического труда, когда труд людей замещается работой оборудования, действующего по принципу саморегуляции.

  Системы автоматизации позволяют осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Системы автоматизации производственных процессов позволяют увеличить выпуск, снизить себестоимость и улучшить качество продукции. Промавтоматика позволяет меньше времени тратить на контроль производственного процесса.

  Системы автоматизации уменьшают численность  обслуживающего оборудование персонала, повышают надежность и долговечность  машин, дают экономию материалов, улучшают условия труда и повышают безопасность производства. Система безопасности промавтоматики может отслеживать как рабочий процесс, так и доступ к промышленным площадкам. Делать свою работу настолько хорошо, как промавтоматика, человек вряд ли смог бы физически. Высокая производительность достигается благодаря тому, что в производстве сегодня используются системы автоматизации. Они обеспечивают автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и использование информации для контроля и управления производственными процессами. Особо стоит отметить системы безопасности, позволяющие значительно снизить риск возникновения различных неприятных ситуаций.

  Одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда  является оперативный удаленный доступ к технологическим процессам. В наше время все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной мере оснащены средствами автоматизации.

  Автоматизация производства является сложной задачей, имеющей цель комплексной автоматизации ключевых технологических процессов, что позволяет сократить время на прохождение информации о состоянии этих процессов к высшим управленческим звеньям. В результате грамотного проектирования систем автоматизации и их интеграции в технологические процессы, достигается целый ряд результатов, в числе которых можно отметить:

• синхронизацию работы различных подразделений и участков;
• сокращение производственных циклов;
• более рациональное использование ресурсов;
• сокращение переработок и времени простоев;
• существенное сокращение времени переналадки производственных линий;
• обеспечение мгновенного удаленного доступа к ключевой информации;
• обеспечение обратной связи между различными управленческими звеньями.

  Иными словами, проектирование и монтаж систем автоматизации позволяет повысить конкурентоспособность предприятия посредством снижения себестоимости производимой продукции, благодаря сокращению временных и финансовых издержек, вызванному снижением роли человеческого фактора и уменьшением потребности в обслуживающем персонале.

  Проектирование  включает в себя разработку аппаратной части (щит силовой и щит управления, а также удаленный доступ к  управлению) и программной части (включающей программирование контроллеров). На современных производствах управление технологическими процессами завязано на щите управления. Он позволяет получить удаленный доступ к сотням и тысячам  приборов, датчиков, регуляторов. Посредством  своего интерфейса, щит управления передает всю эту информацию оператору, позволяя принимать оперативные решения и управлять технологическими процессами. В то же время, щит силовой служит для распределения электроэнергии и защиты потребителей тока.

  Проектирование  удаленного доступа к управлению технологическими процессами решает задачу подбора оборудования для контроля и управления (такого как щит силовой, щит управления и другое оборудование обеспечения удаленного доступа), а также подбор контроллеров и их программирование.

  Автоматизация производства – это использование технических средств, направленное на полное или частичное освобождение человека от участия в технологическом процессе. Таким образом, автоматизация производства позволяет исключить влияние человеческого фактора на особо важных и ответственных этапах эксплуатации технологического оборудования, а значит, повысить качество изготовляемой продукции.

  Кроме того, грамотная автоматизация производства помогает увеличить производительность труда, существенно снизить издержки на производство, уменьшить количество обслуживающего персонала. Как следствие, автоматизация производства способна снизить себестоимость продукции  и сделать ее более конкурентоспособной.

  Автоматизация производства позволяет одному человеку контролировать десятки процессов, для визуального осмотра которых при отсутствии автоматизации производства потребовалось бы несколько сотрудников. Помимо сокращения фонда заработной платы, автоматизация производства в этом случае помогает сократить налоги, отчисления в пенсионный фонд и т.д.

  Не  менее важным является то, что автоматизация  производства помогает повысить безопасность технологических процессов.

Литература

1. Благовещенская  М.М., Злобин Л.А. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. М.: «Высшая школа»,2005.
2. Благовещенская М.М. и др. Автоматика и автоматизация пищевых производств. М.: Агропромиздат,1989.
3. Краснов А.Е., Красуля О.Н., Большаков О.В., Шленская Т.В. Информационные технологии пищевых производств в условиях неопределенности. М.: 2001.