Разработване на структурна диаграма на asu mkt. Съставяне на функционална диаграма и описание на основните функционални единици на блоковата схема на ACS на автоматизирани системи за мониторинг и управление

Лекция 9

При разработването на проект за автоматизация на първо място е необходимо да се реши от кои места ще се контролират определени части от обекта, къде ще бъдат разположени контролни точки, операторски помещения, каква трябва да бъде връзката между тях, т.е. необходимо е да се решат въпросите за избор на управленска структура. Структурата за управление се разбира като съвкупност от части от автоматична система, на които тя може да бъде разделена според определен критерий, както и начините за предаване на влияния между тях. Графичното представяне на управленска структура се нарича структурна диаграма. Въпреки че първоначалните данни за избора на управленска структура и нейната йерархия с различна степен на детайлност се договарят от клиента при издаването на проектно задание, пълната структура на управление трябва да бъде разработена от проектантската организация.

В самата общ изгледструктурната схема на системата за автоматизация е показана на фигура 9.1. Системата за автоматизация се състои от обект за автоматизация и система за управление на този обект. Поради известно взаимодействие между обекта за автоматизация и системата за управление, системата за автоматизация като цяло осигурява необходимия резултат от функционирането на обекта, характеризиращ се с параметрите x 1 x 2 ... x n

Работата на сложен обект за автоматизация се характеризира с редица спомагателни параметри y 1, y 2, ..., y j, които също трябва да се наблюдават и регулират.

По време на работа обектът получава смущаващи влияния f 1, f 2, ..., f i, причинявайки отклонения на параметрите x 1, x 2, x n от необходимите им стойности. Информация за текущите стойности x 1, x 2, xn, y 1, y 2, yn влиза в системата за управление и се сравнява с предписаните стойности gj, g 2, ..., gk, в резултат на които системата за управление генерира управляващи действия E 1, E 2, ..., E m за компенсиране на отклоненията в изходните параметри.

Фигура 9.1 - Блокова диаграма на системата за автоматизация

Изборът на структура за управление на обекта за автоматизация оказва значително влияние върху ефективността на нейната работа, намалявайки относителните разходи за системата за управление, нейната надеждност, поддръжка и др.

По принцип всяка система може да бъде представена:

· Конструктивна структура;

· Функционална структура;

· Алгоритмична структура.

В конструктивната структура на системата всяка от нейните части представлява независимо конструктивно цяло (Фигура 9.1).

Конструктивната схема съдържа:

· Обект и система за автоматизация;

· Информационни и контролни потоци.

В алгоритмичната структура всяка част е проектирана да изпълнява определен алгоритъм за трансформиране на входния сигнал, който е част от целия алгоритъм за функционирането на системата.

Проектантът разработва алгоритмична блокова диаграма (ACC) на обекта за автоматизация въз основа на диференциални уравнения или графични характеристики. Обектът за автоматизация е представен под формата на няколко връзки с различни трансферни функции, свързани помежду си. В ACC отделните връзки може да нямат физическа цялост, но тяхната връзка (схемата като цяло) по отношение на статични и динамични свойства, според алгоритъма на функциониране, трябва да бъде еквивалентна на обекта за автоматизация. Фигура 9.2 показва пример за ACS ACS.

Фигура 9.2 - Алгоритмична блокова диаграма, представена под формата на прости връзки

Във функционална структура всяка част е проектирана да изпълнява определена функция.

В проектите за автоматизация са изобразени структурни структурни диаграми с елементи на функционални знаци. Пълна информация за функционалната структура с указание за локални контролни контури, канали за управление и управление на процеса са дадени във функционални схеми (лекция 10).

Структурната схема на APCS е разработена на етап „Проект“ в двустепенен проект и съответства на състава на системата. Като пример, Фигура 9.3 показва блокова диаграма за управление на производството на сярна киселина.

Фигура 9.3 - Фрагмент от структурната диаграма за управление и контрол на производството на сярна киселина:

1 - комуникационна линия с цеха химическа лаборатория; 2 - комуникационна линия с точки за контрол и управление на киселинния участък; 3 - комуникационна линия с точката за контрол и управление на III и IV технологични линии

Структурната диаграма показва в общ вид основните проектни решения относно функционалните, организационните и техническите структури на APCS в съответствие с йерархията на системата и взаимоотношенията между пунктовете за управление и управление, оперативния персонал и обекта на технологичния контрол. Принципите за организиране на оперативното управление на технологичен обект, състава и обозначението на отделни елементи от структурната диаграма, възприети по време на изпълнението на структурната диаграма, следва да бъдат запазени във всички проектни документи за APCS.

Таблица 9.1 - Функции на APCS и техните символи на Фигура 9.3

Блоковата диаграма показва следните елементи:

1. технологични подразделения (отдели, секции, цехове, производство);

2. пунктове за контрол и управление (местни съвети, операторски и диспечерски пунктове, блокови табла и др.);

3. технологичен персонал (оперативен) и допълнителни специални услуги, осигуряващи оперативно управление;

4. основни функции и технически средства, осигуряващи тяхното изпълнение във всеки контролно -управленски пункт;

5. връзката между отделите и с висшето ОКС.

Функциите на APCS са криптирани и посочени в диаграмата като числа. Символите на функциите на APCS на Фигура 9.3 са показани в Таблица 9.1.

Структурната схема на системата за автоматизация се осъществява от възли и включва всички елементи на системата от сензора до регулиращото тяло с указание за местоположението, показващо техните взаимовръзки.

Структурна диаграма е предназначена за общо запознаване със системата (фиг. 6.2). Структурна схема -това е диаграма, която определя основните функционални части на продукта, тяхното предназначение и взаимоотношения.

Структура -това е съвкупност от части от автоматизирана система, на които може да бъде разделена според определен критерий, както и начини за прехвърляне на влияние между тях. По принцип всяка система може да бъде представена от следните структури:

• ? конструктивен -когато всяка част от системата е независимо конструктивно цяло;
• ? функционален -когато всяка част от системата е проектирана да изпълнява определена функция (пълна информация за функционалната структура, посочваща контролните контури, е дадена на схемата за автоматизация);

Ориз. 6.2.

? алгоритмично -когато всяка част от системата е проектирана да изпълнява определен алгоритъм за трансформиране на входната стойност, която е част от алгоритъма на операцията.

Трябва да се отбележи, че структурните схеми може да не се предоставят за прости обекти за автоматизация.

Изискванията за тези схеми са установени от RTM 252.40 „Автоматизирани системи за управление на технологични процеси. Структурни схеми на управление и контрол “. Съгласно този документ структурните структурни диаграми съдържат: технологични подразделения на обекта за автоматизация; точки

контрол и управление, включително тези, които не са част от проекта, който се разработва, но имат връзка с проектираната система; технически персонал и услуги, осигуряващи оперативно управление и нормално функциониране на технологичното съоръжение; основни функции и технически средства, осигуряващи тяхното изпълнение във всеки пункт за контрол и управление; връзката между частите на обекта за автоматизация.

Елементите на структурната диаграма са изобразени като правоъгълници. Отделни функционални услуги и длъжностни лицаразрешено да бъде изобразено в кръг. Структурата на този раздел е разкрита вътре в правоъгълниците. Функциите на автоматизираната система за управление на процеси са обозначени със символи, чието декодиране е дадено в таблицата над основния надпис по ширината на надписа. Връзката между елементите на структурната диаграма се изобразява с плътни линии, сливания и разклонения - с прекъснати линии. Дебелината на линиите е следната: конвенционални изображения - 0,5 мм, комуникационни линии - 1 мм, останалите - 0,2 ... 0,3 мм. Размерите на елементите на структурните схеми не се регулират и се избират по преценка.

Примерът (фиг. 6.2) показва фрагмент от изпълнението на проектната схема за управление и контрол на пречиствателна станция за вода. В долната част са разкрити технологичните раздели на обекта за автоматизация; в правоъгълниците в средната част - основните функции и техническите средства на локалните контролни точки на блоковете; в горната част - функциите и техническите средства на централизирания контролен пункт на станцията. Тъй като диаграмата заема няколко листа, се посочват преходите на комуникационните линии към следващите листове и се показва пробив в правоъгълника, разкриващ структурата на обекта за автоматизация.

Комуникационните линии между отделните елементи на системата за управление могат да показват посоката на предаваната информация или контролните действия; ако е необходимо, комуникационните линии могат да бъдат маркирани с буквени обозначения на типа комуникация, например: K - управление, C - сигнализация, дистанционно управление - дистанционно, AR - автоматично регулиране, DS - диспечерска комуникация, PGS - индустриална телефонна (високоговорител) комуникация и др.

По принцип блоковата диаграма на едноконтурна система за автоматично управление е показана на фигура 1.1. Системата за автоматично управление се състои от обект за автоматизация и система за управление за този обект. Поради определено взаимодействие между обекта за автоматизация и схемата за управление, системата за автоматизация като цяло осигурява необходимия резултат от функционирането на обекта, характеризиращ неговите изходни параметри и характеристики.

Всеки технологичен процес се характеризира с определени физически величини (параметри). За рационалното протичане на технологичния процес някои от параметрите му трябва да се поддържат постоянни, а някои трябва да се променят съгласно определен закон. По време на експлоатацията на обект, контролиран от система за автоматизация, основната задача е да се поддържат рационални условия за протичане на технологичния процес.

Нека разгледаме основните принципи за изграждане на структурите на локални автоматични системи за управление. С автоматично управление, като правило, се решават задачи от три типа.

Първият тип задачи включва поддържане на един или повече технологични параметри на дадено ниво. Автоматични системи за управление, критични задачиот този тип се наричат ​​стабилизационни системи. Примери за стабилизационни системи са системи за регулиране на температурата и влажността на въздуха в климатични инсталации, налягането и температурата на прегрятата пара в котлите, броя на оборотите в парни и газови турбини, електрически двигатели и др.

Вторият тип проблем е поддържането на съответствие между две зависими или една зависима и други независими величини. Системите, които регулират съотношенията, се наричат ​​автоматични системи за проследяване, например автоматични системи за регулиране на съотношението "гориво -въздух" в процеса на изгаряне на гориво или съотношението "разход на пара - разход на вода" при захранване на котлите с вода и т.н.

Третият вид задачи включва промяната на контролираната стойност във времето според определен закон. Системите, които решават този тип проблеми, се наричат ​​софтуерни системи за управление. Типичен пример за този тип система е система за контрол на температурата за топлинна обработкаметал.

V последните годиниШироко се използват екстремни (търсещи) автоматични системи, които осигуряват максимален положителен ефект от функционирането на технологичен обект с минимален разход на суровини, енергия и др.

Наборът от технически средства, чрез които една или повече регулируеми стойности без участието на човешки оператор се привеждат в съответствие с техните постоянни или се променят съгласно определен закон, зададени стойности чрез развиване на ефект върху контролираните стойности като се извиква резултат от сравняване на действителните им стойности с зададените автоматична системарегулация (ACP) или система за автоматично управление. От дефиницията следва, че в общия случай следните елементи трябва да бъдат включени в най -простата АКТБ:

обект за управление (OU), характеризиращ се с регулируема стойност x n. x (t);

измервателно устройство (IU), което измерва контролираната стойност и я преобразува във форма, удобна за по -нататъшно преобразуване или за дистанционно предаване;

устройство за настройка (ZU), в което е зададен сигнал за зададена стойност, което определя зададената стойност или закона за изменение на контролираната стойност;

устройство за сравнение (CS), в което действителната стойност на контролираната променлива x се сравнява с предписаната стойност g (t) и,

се открива отклонение (g (t) - x (t));

регулиращо устройство (RU), което, когато отклонение (ε) пристигне на входа му, генерира регулиращо действие, което трябва да се приложи към управляващия обект, за да се елиминира съществуващото отклонение на контролираната променлива x от предписаната стойност g ( T);

изпълнителен механизъм (MI). На изхода на реакторната инсталация контролното действие има малка мощност и се издава под форма, която по принцип не е подходяща за директно въздействие върху обекта за управление. Изисква се или увеличаване на регулаторното въздействие, или трансформиране в удобна форма x p. За това се използват специални задвижващи механизми, които са изпълнителните изходни устройства на регулиращия елемент;

регулаторен орган (RO). Задвижванията не могат директно да повлияят на управляемата променлива. Следователно обектите на регулиране се снабдяват със специални регулиращи органи на RO, чрез които IM действа върху регулираната стойност;

комуникационни линии, по които се предават сигнали от елемент на елемент в автоматична система.

Като пример, помислете за увеличената блокова схема на автоматичното управление (Фигура 1.1). В диаграмата изходните параметри са резултат от работата на управлявания обект, обозначен x 1, x 2, ……… x n. В допълнение към тези основни параметри, работата на обектите за автоматизация се характеризира с редица спомагателни параметри (при 1, при 2, ……. При n), които трябва да се наблюдават и регулират, например, да се поддържат постоянни.

Фигура 1.1. Блокова схема на автоматично управление

В процеса на работа обектът за управление получава смущаващи влияния f1…. fn, причинявайки отклонения на параметрите х1 …… .хn от техните рационални стойности. Информация за текущите стойности на x tech и y tech влиза в системата за управление и се сравнява с предписаните им стойности (зададени стойности) g1 …… gn, в резултат на което системата за управление упражнява контролни действия Е1… ..Еn върху обекта, насочен към компенсиране на отклоненията на текущите изходни параметри от зададените стойности.

Според структурата на системата за автоматично управление обектът на автоматизация може да бъде, в частни случаи, едностепенни централизирани, едностепенни децентрализирани и многостепенни. В същото време едностепенни системи за управление се наричат ​​системи, в които обектът се управлява от една контролна точка или от няколко независими. Едностепенните системи, в които управлението се осъществява от една контролна точка, се наричат ​​централизирани. Едностепенни системи, при които отделни части от сложен обект се управляват от независими контролни точки, се наричат ​​децентрализирани.

2.2 Функционално - технологични схеми на автоматично управление

Функционално-технологичната схема е основният технически документ, който определя функционално-блоковата структура на устройствата на възли и елементи на автоматичната система за управление, регулиране на технологичния процес (операции) и контрол на неговите параметри, както и оборудване на обекта за управление с устройства и оборудване за автоматизация. Също така диаграмите често се наричат ​​просто диаграми за автоматизация. Съставът и правилата за прилагане са продиктувани от изискванията на стандартите (виж глава 1).

Функционалната и технологична схема на автоматизацията се изпълнява на един чертеж, в който технологичното оборудване, транспортните линии и тръбопроводи, измервателните уреди и оборудването за автоматизация са показани със символи, показващи връзките между тях. Допълнителните устройства (захранвания, релета, прекъсвачи, превключватели, предпазители и т.н.) не са показани на диаграмите.

Функционалните диаграми за автоматизация са свързани с производствената технология и технологичното оборудване, следователно диаграмата показва местоположението технологично оборудванеопростен, не за мащабиране, но като се вземе предвид действителната конфигурация.

В допълнение към технологичното оборудване, на схеми за функционална автоматизация в съответствие със стандартите, опростени (двуредови) и условно (еднолинейни) изобразяват транспортни линии за различни цели.

Както изграждането, така и изучаването на схемите на техническата документация трябва да се извършват в определена последователност.

Параметри на процеса, които подлежат на автоматичен контрол и регулиране;

Функционална структура на управление;

Контролни контури;

Наличие на защита и аларма и приети блокиращи механизми;

Организиране на пунктове за контрол и управление;

Технически средства за автоматизация, с помощта на които се решават функциите за наблюдение, сигнализация, автоматично регулиране и управление.

За това е необходимо да се познават принципите на изграждане на автоматични системи за управление за технологичен контрол и конвенционални изображения на технологично оборудване, тръбопроводи, инструменти и оборудване за автоматизация, функционални връзки между отделни устройства и оборудване за автоматизация и да има представа за естеството на технологичния процес и взаимодействието на отделни инсталации и възли на технологично оборудване.

На функционална диаграма комуникационните линии и тръбопроводи често се показват в едноредово изображение. Обозначението на транспортирания носител може да бъде цифрово или буквено -цифрово. (Например: 1.1 или B1). Първата цифра или буква показва вида на транспортирания носител, а последващият номер - нейното предназначение. Цифрови или буквено -цифрови обозначения са представени на рафтовете на водещи линии или над транспортната линия (тръбопровод) и, ако е необходимо, в прекъсванията на транспортните линии (в този случай приетите обозначения са обяснени на чертежи или в текстови документи ( виж Таблица 1.1.). технологичните обекти показват онези управляващи и спирателни вентили, технологични устройства, които са пряко ангажирани с контрола и управлението на процеса, както и избирателни (сензори), спирателни и регулиращи органи, необходими за определяне на относителното разположение на точките за вземане на проби (точки за инсталиране на сензора), както и параметрите за измерване или контрол (виж Таблица 1.2).

Цялостните устройства (машини за централизирано управление, машини за управление, полукомплектована телемеханика и др.) Са обозначени с правоъгълник с произволни размери с указание за типа устройство вътре в правоъгълника (съгласно документацията на производителя).

V отделни случаинякои елементи от технологичното оборудване също са показани на диаграмите под формата на правоъгълници, посочвайки имената на тези елементи. В същото време близо до сензорите, селективни, приемащи и други подобни по предназначение устройства, се посочва името на технологичното оборудване, към което принадлежат.

Таблица 1.1. Определяне на транспортни линии на тръбопроводи съгласно ГОСТ 14.202 - 69

Таблица 1.2. Символи на технологичните клапани

Име	Обозначение съгласно GOST 14.202 - 69
Спиращ директен вентил (вентил)
Електрически вентил
Трипътен вентил
предпазен клапан
Ротационен затвор (амортисьор, порта)
Диафрагмен задвижващ механизъм
Таблица 1.3. Изходни електрически превключващи елементи
Име	Обозначение съгласно GOST 2.755 - 87
Контакт за превключване на високотокова верига (контактор на контактора)
Затварящ контакт
NC контакт

За да се улесни четенето на диаграмите, стрелките, показващи посоката на движение на веществото, се поставят върху тръбопроводи и други транспортни линии.

Във функционалната и технологичната схема, както и при изображението на тръбопровода, през който веществото напуска тази система, се прави съответния надпис, например: „От абсорбционния цех“, „От помпи“, „Към схемата за полимеризация ".

Фигура 1.2. Изображение на сензори и избрани устройства (фрагмент)

Конвенционалните графични обозначения на инструментите за автоматизация са дадени в таблици 1.2., 1.3., 1.4 .. Конвенционалните графични обозначения на електрическото оборудване, използвано в схемите за функционална автоматизация, трябва да бъдат изобразени в съответствие със стандартите (таблица 1.3.). При липса на стандартни символи за каквито и да е автоматични устройства, трябва да приемете вашите символи и да ги обясните с надпис на диаграмата. Дебелината на линиите на тези обозначения трябва да бъде 0,5 - 0,6 мм, с изключение на хоризонталната разделителна линия в конвенционалното изображение на устройството, инсталирано върху щита, чиято дебелина е 0,2 - 0,3 мм.

Устройството за вземане на проби за всички постоянно свързани устройства няма специално обозначение, а представлява тънка плътна линия, свързваща технологичния тръбопровод или апарат с устройството (фиг. 1.2. Устройства 2 и 3а). Ако е необходимо да се посочи точното местоположение на устройството за вземане на проби или точката на измерване (вътре в графичното обозначение на технологичното устройство), в края кръгът с диаметър 2 mm е показан с удебелен шрифт (фиг. 1.2 устройства 1 и 4а).

Таблица 2.4. Конвенционални графични символи на оборудване и устройства за автоматизация

Име	Обозначение съгласно GOST 21.404 - 85
Първичен измервателен преобразувател (сензор) или устройство, инсталирано на място (на технологична линия, апарат, стена, под, колона, метална конструкция). Основно Разрешено
Устройство, монтирано на панел, дистанционно управление Основно Допустимо
Устройство за избор без постоянна връзка на устройството
Задействащ механизъм
Превключвател за пътуване
Електрическа камбана, сирена, звуков сигнал
Електрически нагревател: а) съпротивление, в) индукция
Записващо устройство
Лампа с нажежаема жичка, разряд на газ (сигнал)
Трифазна електрическа машина (M - двигател, G - генератор)
Електрическа DC машина (двигател M, генератор G)

За да се получи пълно (свободно четимо) обозначение на устройство или друг инструмент за автоматизация, в неговото конвенционално графично изображение се въвежда буквен символ под формата на кръг или овал, който определя целта, изпълняваните функции, характеристиките и работните параметри. В този случай местоположението на писмото определя неговото значение. По този начин буквите, показани в Таблица 1.5, са основните параметри и функции, а буквите, показани в Таблица 1.6, определят функцията, параметъра.

Таблица 1.5. Определяне на основните измерени параметри в схемите за автоматизация

За да посочите ръчно управление, използвайте буквата H. За да обозначите стойности, които не са предвидени в стандарта, могат да се използват резервни букви: A, B, C, I, N, O, Y, Z (буквата X е не се препоръчва). Използваните резервни букви трябва да бъдат дешифрирани с надпис върху свободното поле на схемата.

По -долу са обозначенията на уточняващите стойности на измерените стойности.

Таблица 1.6. Допълнителни буквени символи

Буквата, която служи за изясняване на измерената стойност, се поставя след буквата, обозначаваща измерената стойност, например P, D, - разликата в налягането (диференциал).

Функциите, изпълнявани от устройствата за показване на информация, се обозначават с латински букви (виж таблица 2.7).

Таблица 1.7. Функционални букви

Освен това могат да се използват обозначения с букви E, G, V.

Всички горни буквени обозначения са прикрепени към горната част на кръга, обозначавайки устройството (устройството).

Ако за обозначаване на едно устройство се използват няколко букви, тогава редът на подреждането им след първия, обозначаващ измерената стойност, трябва да бъде например: TIR - устройство за измерване и записване на температурата, PR - устройство за запис на налягане.

Когато се обозначават устройства, направени под формата на отделни блокове и предназначени за ръчно управление, буквата Н се поставя на първо място.

Например, на фиг. 1.2 показва диаграма за автоматизация, използваща регистриращи устройства за разлика в температурата и налягането, където, за да оформите символа на устройството (комплект), в горната част на кръга посочете функционалното предназначение, а в долната част на кръга поставете препратката му обозначение (буквено -цифрово или цифрово - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Така всички елементи от един набор, т.е. една функционална група устройства (първични, междинни и предавателни измервателни преобразуватели, измервателно устройство, регулиращо устройство, задвижващ механизъм, регулиращ орган) са обозначени със същия номер. В този случай номер 1 се присвоява на първия (ляв) набор, номер 2 на втория и т.н.

За да се разграничат елементите на един набор, до номера се поставя азбучен индекс (буквите Z и O, чийто контур е подобен на очертанията на числата, не се препоръчва да се използват): за първичния преобразувател ( чувствителен елемент) - индекс "a", за предавателния преобразувател - "b", при измервателното устройство - "in" и т.н. Така за един комплект пълното обозначение на първичния измервателен преобразувател ще бъде 1а, предавателния измервателен преобразувател 1b, измервателното (вторично) устройство 1с и т.н. височината на фигурата е 3,5 мм, височината на буквата е 2,5 мм.

Според изискванията за функционирането оранжерийни съоръженияс конвекционен топлообмен и напоителна система, схемата за автоматизация за технологичния процес на отглеждане на селскостопанска продукция в стационарни блокови оранжерии може да бъде представена под формата на функционална схема за автоматизация, показана на фиг. 3.1.

На диаграмата за автоматизация (виж фиг. 3.1) са приети следните обозначения:

• 1 - Електрозахранващ вентилационен клапан;
• 2 - Циркулационен вентилатор;
• 3 - нагревателен елемент;
• 4 - Електрически вентил за изпускателна вентилация;
• 5 - Соленоиден клапан на поливната верига;
• 6 - Дюзи на напоителната система (поливане);
• 7 - Сензор за отваряне на врати (или прозорци);
• 8, 9 - Датчик за влажност на почвата;
• 10 - Измервател на влажност и температура на въздуха.

Въз основа на разработената схема за автоматизация е препоръчително да се проектира архитектурата на системата за управление съгласно тристепенна схема. На първо (по -ниско) ниво се осигурява събирането на технологична информация от измервателните преобразуватели и управлението на задвижващите механизми и релейната автоматика, инсталирани на мястото. Сигналите от преобразувателите за измерване на температура и влажност се обработват от програмируем логически контролер (PLC).

Въз основа на разработената схема за автоматизация е препоръчително да се проектира архитектурата на системата за управление съгласно тристепенна схема. На първо (по -ниско) ниво се осигурява събирането на технологична информация от измервателните преобразуватели и управлението на задвижващите механизми и релейната автоматика, инсталирани на мястото. Сигналите от преобразувателите за измерване на температура и влажност се обработват от PLC. Съгласно даден алгоритъм за управление на режима на микроклимат, той генерира управляващи сигнали към задвижванията на управляващите контури. Второто ниво осигурява програмен контрол за даден технологичен процес на отглеждане на култури от станцията на оператора. Софтуерната система автоматично проверява и контролира температурата, нивото на влажност в камерата и на повърхността на земята с помощта на сензори и вентил за отоплителна тръба, както и система за овлажняване. Оборудването на това ниво включва контролния панел и PLC, инсталирани в контролната зала. Индустриалният компютър е свързан чрез мрежа Profibus DP с разпределено оборудване и е свързан към локалния сегмент на парниковата икономика чрез Ethernet на трето ниво.

На трето (горно) ниво в предприятието се извършва централизирана обработка на информация за технологичния процес чрез Ethernet мрежата. Обработката на информация включва наблюдение на хода на технологичния процес, дебита на охлаждащата течност, регистриране, архивиране и оперативен контрол.

Блоковата схема на автоматизираната система за управление на технологичния процес на регулиране на климата вътре в оранжерийната среда е показана на фиг. 3.2.

Фигура 3.1 -Автоматизирана система за контрол на микроклимата в оранжерия

Фигура 3.2 - Блокова диаграма на ACS MKT

Развитието на автоматизирани системи за управление на процеси на настоящия етап е свързано с широкото използване на микропроцесори и микрокомпютри за управление, чиято цена всяка година става все по -ниска в сравнение с общите разходи за създаване на системи за управление. Преди появата на микропроцесорите еволюцията на системите за управление на процеси беше придружена от увеличаване на степента на централизация. Възможностите на централизираните системи обаче вече са ограничени и не отговарят на съвременните изисквания за надеждност, гъвкавост, цена на комуникационните системи и софтуера.

Преходът от централизирани системи за управление към децентрализирани също е причинен от увеличаване на мощността на отделните технологични единици, тяхното усложняване, повишени изисквания за скорост и точност за тяхната работа. Централизирането на системите за управление е икономически оправдано със сравнително малък информационен капацитет (броя на каналите за контрол и регулиране) на ОО и неговата териториална концентрация. С голям брой канали за управление, регулиране и управление, голяма дължина на комуникационни линии в APCS, децентрализацията на структурата на системата за управление се превръща в основен метод за увеличаване на устойчивостта на APCS, намаляване на разходите и експлоатационните разходи.

Трябва да се признае най -обещаващото направление за децентрализация на APCS автоматизиран контролпроцеси с разпределена архитектура, базирани на функционално-целевата и топологична децентрализация на обекта за управление.

Функционална и целенасочена децентрализация- Това е разделяне на сложен процес или система на по -малки части - подпроцеси или подсистеми според функционална характеристика (например преразпределение на технологичен процес, режими на работа на блокове и др.), Които имат независими цели функционираща.

Топологична децентрализацияозначава възможността за териториално (пространствено) разделяне на процеса на функционално-целеви подпроцеси. При оптимална топологична децентрализация броят на разпределените APCS подсистеми се избира така, че да се сведе до минимум общата дължина на комуникационните линии, които заедно с локалните подсистеми за управление образуват мрежова структура.

Техническата основа на съвременните разпределени системи за управление, които направиха възможно внедряването на такива системи, са микропроцесори и микропроцесорни системи.

Микропроцесорната система изпълнява функциите за събиране, регулиране и управление на данни, визуализация на цялата информация в базата данни, промяна на настройките, параметрите на алгоритмите и самите алгоритми, оптимизация и др. Използването на микропроцесори (включително микрокомпютри) за решаване на изброените задачи дава възможност за постигане на следните цели:

а) да замени аналоговата технология с цифрова, когато преходът към цифрови средства подобрява точността, разширява функционалността и увеличава гъвкавостта на системите за управление;

б) заменете хардуера с твърда логика с програмируеми (с възможност за промяна на програмата) устройства, или микроконтролери;

в) да замени един миникомпютър със система от няколко микрокомпютъра, когато е необходимо да се осигури децентрализиран контрол на производствения или технологичния процес с повишена надеждност и оцеляване, или когато възможностите на миникомпютъра не се използват напълно.

Микропроцесорните системи могат да изпълняват в подсистемите на разпределена APCS всички типични функции за наблюдение, измерване, регулиране, управление и представяне на информация на оператора.

В разпределените APCS обикновено има три топологични структури на взаимодействие между подсистемите: звездообразни (радиални); пръстен (контур); автобус (магистрала) или комбинации от тях. Организацията на комуникацията със сензори и задвижвания е индивидуална и предимно радиална.

Фигура 3.5 показва опциите на топологията за разпределени системи за управление на процеси.

Фигура 3.5 - Типични структури на разпределени APCS:

a - радиална, b - основна линия, c - пръстеновидна

Радиалната структура на взаимодействието на подсистемите (Фигура 3.5, а) отразява традиционно използвания метод за свързване на устройства със специални комуникационни линии и се характеризира със следните характеристики:

а) има отделни, несвързани линии, свързващи централната подсистема (CPU) с локалните системи за автоматизация на самолета i;

б) технически е лесно да се внедрят интерфейсните устройства САЩ 1 -US m локална автоматизация. Централното комуникационно устройство USC е набор от модули от типа i i според броя на линиите или доста сложно устройство за мултиплексиране на канали за предаване на информация;

в) максималните обменни курсове на отделни линии са осигурени с достатъчно висока производителност на изчислителните устройства на ниво процесор;

г) надеждността на комуникационната подсистема до голяма степен зависи от надеждността и устойчивостта на хардуера на процесора. Неизправността на процесора на практика унищожава обменната подсистема, тъй като всички информационни потоци се затварят през горното ниво.

Разпределената система с радиална структура е система на две нива, където на по-ниското ниво в подсистемите се изпълняват необходимите функции за управление, регулиране и управление, а на второ ниво, в централния процесор, координиращ микрокомпютър (или мини-компютър), освен че координира работата на микрокомпютри-спътници, оптимизира контролните задачи на TOC, разпределението на енергия, контролира технологичния процес като цяло, изчислява технико-икономическите показатели и др. Цялата база данни в разпределена система с радиална структура трябва да бъде достъпна от координиращия микрокомпютър за приложения за управление на горното ниво. В резултат на това координиращият микрокомпютър работи в реално време и трябва да се контролира с помощта на езици на високо ниво.

Фигура 3.5 (b, c) показва топологията на пръстена и шината на взаимодействие на ниво. Тези конструкции имат редица предимства пред радиалните:

а) работоспособността на комуникационната подсистема, която включва канала и комуникационните устройства, не зависи от работоспособността на техническите средства на нивата на автоматизация;

б) възможно е да се свържат допълнителни устройства и да се контролира цялата подсистема с помощта на специални инструменти;

в) са необходими значително по -ниски разходи за кабелни продукти.

Поради обмена на информация между въздухоплавателното средство i през комуникационния канал и САЩ („всеки с всеки“), съществува допълнителна възможност за динамично преразпределение на координационните функции на съвместната експлоатация на подсистеми на самолети на по -ниските нива в случай на повреда на процесора. Структурата на шината (в по -малка степен, пръстен) осигурява излъчващ режим на обмен между подсистеми, което е важно предимство при изпълнението на командите за групово управление. В същото време архитектурата на шината и пръстена вече поставя значително по-високи изисквания към "интелигентността" на интерфейсните устройства и следователно увеличава еднократните разходи за внедряването на основната мрежа.

Сравнявайки топологиите на пръстена и шината на комуникационната подсистема, трябва да се отбележи, че организацията на пръстенната структура е по -евтина от тази на шината. Надеждността на цялата подсистема с пръстенна комуникационна система се определя от надеждността на всяко интерфейсно устройство и всяка секция от комуникационни линии. За да се увеличи оцеляването, е необходимо да се използват двойни пръстени или допълнителни комуникационни линии с обходни маршрути. Работоспособността на физическия канал за предаване за архитектура на шина с изолация на трансформатора не зависи от изправността на интерфейсните устройства, но както при пръстена, повредата на всяко интерфейсно устройство в най -лошия случай води до пълно автономна работанеуспешния възел на подсистемата, т.е. до загубата на контролната функция от нивото на процесора чрез автоматизация на неуспешния възел.

Явен метод за увеличаване на оцеляването на цялата система за автоматизация в случай на повреда на съвпадащите устройства в комуникационната подсистема е да се дублират съвпадащите устройства във възлите на подсистемата. В пръстенова структура този подход вече се подразбира при организиране на двойни пръстени и заобикалки. Ако надеждността на непрекъснатия физически канал за долната топология не се съмнява, тогава само интерфейсните устройства могат да бъдат дублирани без използването на резервен магистрален кабел.

По -евтин начин за подобряване на надеждността на комуникационната подсистема е използването на комбинирани структури, които комбинират предимствата на радиална и пръстенна (магистрална) топология. За пръстен броят на радиалните връзки може да бъде ограничен до две или три линии, чието изпълнение осигурява просто и евтино решение.

Оценка на такива показатели на разпределени APCS, като например икономически(разходи за кабелни продукти, проследяване на кабели, разработване или закупуване на мрежови съоръжения, включително комуникационни устройства и др.), функционален(използването на групови операции за предаване, валутния курс, възможността за размяна „всеки с всеки“), както и показатели за обединение и възможности за еволюциямрежи (възможност за просто включване на допълнителни абонатни възли, тенденции за използване в APCS) и индикатори надеждност на мрежата(повреда на комуникационния канал и комуникационните или интерфейсните устройства), ни позволява да направим следните изводи:

а) най -обещаващата от гледна точка на развитие и използване е гръбначната организация на комуникационната подсистема;

б) функционалността на гръбначната топология не отстъпва на възможностите на пръстена и радиалната;

в) показателите за надеждност на гръбначната структура са напълно задоволителни;

г) гръбначната топология на разпределена APCS изисква големи еднократни разходи за създаването и внедряването на комуникационен канал и интерфейсни устройства.

До голяма степен поради тези характеристики на гръбначната структура и модулната организация на хардуера и софтуера в съвременните системи за управление на процеси багажник-модулен принципконструиране техническа поддръжкаустановено преференциално разпределение.

Използването на микропроцесори и микрокомпютри дава възможност за ефективно и икономично прилагане на принципа на функционална и топологична децентрализация на APCS. По този начин е възможно значително да се увеличи надеждността и устойчивостта на системата, да се намалят скъпите комуникационни линии, да се осигури гъвкавостта на работа и да се разшири областта на приложение в националната икономика на комплекси от технически средства, чийто основен елемент е микрокомпютър или микропроцесор. В такива разпределени системи за управление става много важно стандартизация на интерфейса, т.е. установяване и прилагане на единни норми, изисквания и правила, които гарантират информационна интеграция на техническите средства в стандартни структури на APCS.