Desarrollo de un diagrama estructural del ASU MKT. Elaboración de un diagrama funcional y descripción de las principales unidades funcionales del ACS Diagrama de bloques de los sistemas automatizados de monitorización y control.

Clase 9

Al desarrollar un proyecto de automatización, en primer lugar, es necesario decidir desde qué lugares se controlarán ciertas partes del objeto, dónde se ubicarán los puntos de control, las salas del operador, cuál debe ser la relación entre ellos, es decir, es necesario resolver los problemas de elegir una estructura de gestión. La estructura de control se entiende como un conjunto de partes de un sistema automático, en las que se puede dividir según un determinado criterio, así como las formas de transmisión de influencias entre ellas. Una representación gráfica de una estructura de gestión se denomina diagrama estructural. Aunque los datos iniciales para la elección de la estructura de gestión y su jerarquía con diversos grados de detalle son negociados por el cliente al emitir la asignación de diseño, la estructura de gestión completa debe ser desarrollada por la organización de diseño.

En el mismísimo vista general el diagrama estructural del sistema de automatización se muestra en la Figura 9.1. El sistema de automatización consta de un objeto de automatización y un sistema de control para este objeto. Debido a una cierta interacción entre el objeto de automatización y el sistema de control, el sistema de automatización en su conjunto proporciona el resultado requerido del funcionamiento del objeto, caracterizado por los parámetros x 1 x 2 ... x n

El funcionamiento de un objeto de automatización complejo se caracteriza por una serie de parámetros auxiliares y 1, y 2, ..., y j, que también deben ser supervisados ​​y regulados.

Durante el funcionamiento, el objeto recibe influencias perturbadoras f 1, f 2, ..., f i, provocando desviaciones de los parámetros x 1, x 2, x n de sus valores requeridos. La información sobre los valores actuales x 1, x 2, xn, y 1, y 2, yn ingresa al sistema de control y se compara con los valores prescritos gj, g 2, ..., gk, como resultado de que el sistema de control genera acciones de control E 1, E 2, ..., E m para compensar las desviaciones en los parámetros de salida.

Figura 9.1 - Diagrama de bloques del sistema de automatización

La elección de la estructura de control para el objeto de automatización tiene un impacto significativo en la eficiencia de su trabajo, reduciendo el costo relativo del sistema de control, su confiabilidad, mantenibilidad, etc.

En general, cualquier sistema se puede representar:

· Estructura constructiva;

· Estructura funcional;

· Estructura algorítmica.

En la estructura constructiva del sistema, cada una de sus partes es un todo constructivo independiente (Figura 9.1).

El esquema constructivo contiene:

· Objeto y sistema de automatización;

· Flujos de información y control.

En la estructura algorítmica, cada parte está diseñada para realizar un algoritmo específico para transformar la señal de entrada, que es parte de todo el algoritmo para el funcionamiento del sistema.

El diseñador desarrolla un diagrama de bloques algorítmico (ACC) del objeto de automatización basado en ecuaciones diferenciales o características gráficas. El objeto de automatización se representa en forma de varios enlaces con varias funciones de transferencia interconectadas. En ACC, los enlaces individuales pueden no tener integridad física, pero su conexión (el esquema en su conjunto) en términos de propiedades estáticas y dinámicas, según el algoritmo de funcionamiento, debe ser equivalente al objeto de automatización. La figura 9.2 muestra un ejemplo de un ACS ACS.

Figura 9.2 - Diagrama de bloques algorítmico, presentado en forma de enlaces simples

En una estructura funcional, cada parte está diseñada para realizar una función específica.

En proyectos de automatización, se representan diagramas estructurales estructurales con elementos de signos funcionales. La información completa sobre la estructura funcional con una indicación de los lazos de control local, los canales de control y el control del proceso se dan en los diagramas funcionales (lección 10).

El diagrama estructural del APCS se desarrolla en la etapa de "Proyecto" en un diseño de dos etapas y corresponde a la composición del sistema. Como ejemplo, la Figura 9.3 muestra un diagrama de bloques de la gestión de la producción de ácido sulfúrico.

Figura 9.3 - Fragmento del esquema estructural de la gestión y control de la producción de ácido sulfúrico:

1 - línea de comunicación con el laboratorio químico del taller; 2 - línea de comunicación con puntos de control y gestión del tramo ácido; 3 - línea de comunicación con el punto de control y gestión de las líneas tecnológicas III y IV

El diagrama estructural muestra de forma general las principales decisiones del proyecto sobre las estructuras funcionales, organizativas y técnicas del APCS en cumplimiento de la jerarquía del sistema y las relaciones entre los puntos de control y gestión, el personal operativo y el objeto de control tecnológico. Los principios de organización de la gestión operativa de un objeto tecnológico, la composición y designación de elementos individuales del diagrama estructural, adoptados durante la implementación del diagrama estructural, deben mantenerse en todos los documentos del proyecto para el APCS.

Tabla 9.1 - Funciones del APCS y sus símbolos en la Figura 9.3

El diagrama de bloques muestra los siguientes elementos:

1. divisiones tecnológicas (departamentos, secciones, talleres, producción);

2. puntos de control y gestión (tableros locales, puntos de operador y despacho, tableros de bloques, etc.);

3. personal tecnológico (operativo) y servicios especiales adicionales que brinden gestión operativa;

4. principales funciones y medios técnicos que aseguren su implementación en cada punto de control y gestión;

5. la relación entre subdivisiones y con el SCA superior.

Las funciones del APCS están cifradas y se indican en el diagrama como números. Los símbolos de las funciones APCS en la Figura 9.3 se muestran en la Tabla 9.1.

El esquema estructural del sistema de automatización se realiza por nodos e incluye todos los elementos del sistema desde el sensor hasta el cuerpo regulador con una indicación de la ubicación, mostrando sus interrelaciones.

Un diagrama estructural está destinado a un conocimiento general del sistema (Fig. 6.2). Esquema estructural - es un diagrama que define las principales partes funcionales del producto, su propósito y relaciones.

Estructura - es un conjunto de partes de un sistema automatizado, en las que se puede dividir según un determinado criterio, así como las formas de transferir influencia entre ellas. En general, cualquier sistema se puede representar mediante las siguientes estructuras:

• ? constructivo - cuando cada parte del sistema es un todo constructivo independiente;
• ? funcional - cuando cada parte del sistema está diseñada para realizar una función específica (la información completa sobre la estructura funcional, indicando los lazos de control, se da en el diagrama de automatización);

Arroz. 6.2.

? algorítmico - cuando cada parte del sistema está diseñada para realizar un cierto algoritmo para transformar el valor de entrada, que es parte del algoritmo de operación.

Cabe señalar que es posible que no se proporcionen diagramas estructurales para objetos de automatización simples.

Los requisitos para estos esquemas están establecidos por la RTM 252.40 “Sistemas de control automatizados para procesos tecnológicos. Esquemas estructurales de gestión y control ”. Según este documento, los diagramas estructurales estructurales contienen: subdivisiones tecnológicas del objeto de automatización; puntos

control y gestión, incluidos los que no forman parte del proyecto en desarrollo, pero tienen conexión con el sistema proyectado; Personal técnico y servicios que aseguren la gestión operativa y el normal funcionamiento de la instalación tecnológica; principales funciones y medios técnicos que aseguran su implementación en cada punto de control y gestión; la relación entre las partes del objeto de automatización.

Los elementos del diagrama estructural se representan como rectángulos. Servicios funcionales separados y funcionarios permitido ser representado en un círculo. La estructura de esta sección se revela dentro de los rectángulos. Las funciones del sistema de control de procesos automatizado se indican mediante símbolos, cuya decodificación se da en la tabla sobre la inscripción principal a lo largo del ancho de la inscripción. La relación entre los elementos del diagrama estructural se representa mediante líneas continuas, fusiones y ramificaciones, mediante líneas discontinuas. El grosor de las líneas es el siguiente: imágenes convencionales - 0,5 mm, líneas de comunicación - 1 mm, el resto - 0,2 ... 0,3 mm. Los tamaños de los elementos de los diagramas estructurales no están regulados y se eligen a discreción.

El ejemplo (Fig. 6.2) muestra un fragmento de la implementación del esquema de diseño para la gestión y control de una planta de tratamiento de agua. En la parte inferior se describen las divisiones tecnológicas del objeto de automatización; en los rectángulos de la parte central, las funciones principales y los medios técnicos de los puntos de control local de las unidades; en la parte superior, las funciones y medios técnicos del punto de control centralizado de la estación. Dado que el diagrama ocupa varias hojas, se indican las transiciones de las líneas de comunicación a las hojas siguientes y se muestra una ruptura en el rectángulo que revela la estructura del objeto de automatización.

Las líneas de comunicación entre los elementos individuales del sistema de control pueden indicar la dirección de la información transmitida o acciones de control; si es necesario, las líneas de comunicación se pueden marcar con designaciones de letras del tipo de comunicación, por ejemplo: K - control, C - señalización, control remoto - control remoto, AR - regulación automática, DS - comunicación de despacho, PGS - comunicación telefónica industrial (altavoz), etc.

En general, un diagrama de bloques de un sistema de bucle único Control automático se muestra en la Figura 1.1. El sistema de control automático consta de un objeto de automatización y un sistema de control para este objeto. Debido a una cierta interacción entre el objeto de automatización y el esquema de control, el sistema de automatización en su conjunto proporciona el resultado requerido del funcionamiento del objeto, caracterizando sus parámetros de salida y características.

Cualquier proceso tecnológico se caracteriza por determinadas cantidades físicas (parámetros). Para el curso racional del proceso tecnológico, algunos de sus parámetros deben mantenerse constantes y algunos deben cambiarse de acuerdo con una determinada ley. Durante la operación de un objeto controlado por un sistema de automatización, la tarea principal es mantener las condiciones racionales para el flujo del proceso tecnológico.

Consideremos los principios básicos de la construcción de las estructuras de los sistemas de control automático locales. Con control automático, por regla general, se resuelven tareas de tres tipos.

El primer tipo de tareas incluye mantener uno o más parámetros tecnológicos en un nivel dado. Sistemas de control automático, tareas críticas de este tipo se denominan sistemas de estabilización. Ejemplos de sistemas de estabilización son los sistemas para regular la temperatura y la humedad del aire en las instalaciones de aire acondicionado, la presión y temperatura del vapor sobrecalentado en las calderas, el número de revoluciones en las turbinas de vapor y gas, motores eléctricos, etc.

El segundo tipo de problema es el mantenimiento de la correspondencia entre dos cantidades dependientes o una dependiente y otras independientes. Los sistemas que regulan las relaciones se denominan sistemas automáticos de seguimiento, por ejemplo, los sistemas automáticos para regular la relación aire-combustible en el proceso de combustión del combustible o la relación consumo de vapor-consumo de agua al alimentar calderas con agua, etc.

El tercer tipo de tareas incluye el cambio en el valor controlado a lo largo del tiempo de acuerdo con una determinada ley. Los sistemas que resuelven este tipo de problemas se denominan sistemas de control de software. Un ejemplo típico de este tipo de sistema es un sistema de control de temperatura para tratamiento térmico metal.

V últimos años Los sistemas automáticos extremos (de búsqueda) son ampliamente utilizados, que aseguran el máximo efecto positivo del funcionamiento de un objeto tecnológico con un consumo mínimo de materias primas, energía, etc.

El conjunto de medios técnicos, con la ayuda de los cuales uno o varios valores controlados sin la participación de un operador humano, se alinean con sus valores constantes o cambiantes según una determinada ley, desarrollando un efecto sobre el valores controlados como resultado de comparar sus valores reales con los establecidos, se denomina sistema de control automático (ACP) o sistema de control automático. De la definición se desprende que, en el caso general, los siguientes elementos deben incluirse en el ACP más simple:

objeto de control (OU), caracterizado por un valor ajustable x n. x (t);

un dispositivo de medición (UI) que mide el valor controlado y lo convierte en una forma conveniente para su posterior conversión o transmisión remota;

un dispositivo de ajuste (ZU), en el que se configura la señal del punto de ajuste, que determina el punto de ajuste o la ley de variación del valor controlado;

un dispositivo de comparación (CS), en el que el valor real de la variable controlada x se compara con el valor prescrito g (t) y,

se detecta una desviación (g (t) - x (t));

un dispositivo regulador (RU), que, cuando llega una desviación (ε) a su entrada, genera una acción reguladora que debe aplicarse al objeto controlado para eliminar la desviación existente de la variable controlada x del valor prescrito g ( t);

mecanismo ejecutivo (MI). A la salida de la planta del reactor, la acción de control tiene poca potencia y se emite en una forma que generalmente no es adecuada para la acción directa sobre el objeto de control. Se requiere un aumento en el impacto regulatorio o una transformación a una forma conveniente x p. Para ello se utilizan actuadores especiales, que son los dispositivos de salida ejecutiva del elemento regulador;

organismo regulador (RO). Los actuadores no pueden afectar directamente la variable controlada. Por tanto, los objetos de regulación se abastecen de órganos reguladores especiales de RO, a través de los cuales el IM actúa sobre el valor regulado;

Líneas de comunicación a través de las cuales se transmiten señales de un elemento a otro en un sistema automático.

Como ejemplo, considere el diagrama de bloques ampliado del control automático (Figura 1.1). En el diagrama, los parámetros de salida son el resultado de la operación del objeto controlado, se designan x 1, x 2, ……… x n. Además de estos parámetros básicos, el funcionamiento de los objetos de automatización se caracteriza por una serie de parámetros auxiliares (en 1, en 2, ……. En n), que deben ser monitoreados y regulados, por ejemplo, mantenidos constantes.

Figura 1.1. Diagrama de bloques de control automático

Durante el funcionamiento, el objeto de control recibe influencias perturbadoras f1…. fn, provocando desviaciones de los parámetros х1 …… .хn de sus valores racionales. La información sobre los valores actuales de x tech y y tech ingresa al sistema de control y se compara con sus valores prescritos (puntos de ajuste) g1 …… gn, como resultado de lo cual el sistema de control ejerce acciones de control Е1… ..Еn en el objeto destinado a compensar las desviaciones de los parámetros de salida actuales de los valores establecidos.

Según la estructura del sistema de control automático, el objeto de automatización puede ser, en casos particulares, un nivel centralizado, un nivel descentralizado y multinivel. Al mismo tiempo, los sistemas de control de un solo nivel se denominan sistemas en los que el objeto se controla desde un punto de control o desde varios independientes. Los sistemas de un solo nivel en los que el control se realiza desde un punto de control se denominan centralizados. Los sistemas de un solo nivel en los que las partes individuales de un objeto complejo se controlan desde puntos de control independientes se denominan descentralizados.

2.2 Funcional - esquemas tecnológicos Control automático

El esquema funcional-tecnológico es el documento técnico principal que define la estructura del bloque funcional de los dispositivos de los nodos y elementos del sistema de control automático, la regulación del proceso tecnológico (operaciones) y el control de sus parámetros, así como el equipamiento del objeto de control. con dispositivos y equipos de automatización. Además, los diagramas a menudo se denominan simplemente diagramas de automatización. Las reglas de composición e implementación están dictadas por los requisitos de las normas (ver Capítulo 1).

El esquema funcional y tecnológico de la automatización se realiza en un dibujo, en el que los símbolos representan equipos tecnológicos, líneas de transporte y tuberías, equipos de instrumentación y automatización con una indicación de las conexiones entre ellos. Los dispositivos auxiliares (fuentes de alimentación, relés, disyuntores, interruptores, fusibles, etc.) no se muestran en los diagramas.

Los diagramas funcionales de automatización están asociados con la tecnología de producción y los equipos tecnológicos, por lo tanto, el diagrama muestra la ubicación Equipo tecnológico simplificado, no a escala, pero teniendo en cuenta la configuración real.

Además del equipo tecnológico, en los diagramas de automatización funcional de acuerdo con los estándares, se representan líneas de transporte simplificadas (dos líneas) y condicionalmente (una sola línea) para diversos fines.

Tanto la construcción como el estudio de los esquemas de documentación técnica deben realizarse en una secuencia determinada.

Parámetros de proceso que están sujetos a control y regulación automáticos;

Estructura de gestión funcional;

Bucles de control;

Disponibilidad de protección y alarma y mecanismos de bloqueo adoptados;

Organización de puntos de control y gestión;

Medios técnicos de automatización, con la ayuda de los cuales se resuelven las funciones de monitorización, señalización, regulación automática y control.

Para ello, es necesario conocer los principios de construcción de sistemas de control automático para control tecnológico e imágenes convencionales de equipos tecnológicos, tuberías, instrumentos y equipos de automatización, enlaces funcionales entre dispositivos individuales y equipos de automatización y tener una idea de la naturaleza de el proceso tecnológico y la interacción de instalaciones individuales y unidades de equipamiento tecnológico.

En un diagrama funcional, las líneas de comunicación y las tuberías a menudo se muestran en una imagen de una sola línea. La designación del medio transportado puede ser digital o alfanumérica. (Por ejemplo: 1.1 o B1). El primer número o letra indica el tipo de medio transportado y el número siguiente, su propósito. Las designaciones digitales o alfanuméricas se representan en los estantes de las líneas guía o por encima de la línea de transporte (tubería) y, si es necesario, en los cortes de las líneas de transporte (en este caso, las designaciones adoptadas se explican en dibujos o en documentos de texto ( Ver Tabla 1.1.). Los objetos tecnológicos muestran aquellas válvulas de control y cierre, dispositivos tecnológicos que están directamente involucrados en el control y gestión del proceso, así como los cuerpos selectivos (sensores), de cierre y regulación necesarios para determinar la ubicación relativa de los puntos de muestreo (puntos de instalación del sensor), así como parámetros de medición o control (ver Tabla 1.2).

Los dispositivos completos (máquinas de control centralizado, máquinas de control, telemecánica semi-completa, etc.) se designan mediante un rectángulo de dimensiones arbitrarias con una indicación del tipo de dispositivo dentro del rectángulo (según la documentación del fabricante).

V casos individuales algunos elementos del equipamiento tecnológico también se muestran en los diagramas en forma de rectángulos, indicando los nombres de estos elementos. Al mismo tiempo, junto a los sensores, selectivos, receptores y otros dispositivos de finalidad similar, indican el nombre del equipo tecnológico al que pertenecen.

Cuadro 1.1. Designación de líneas de transporte de tuberías según GOST 14.202 - 69

Cuadro 1.2. Símbolos de válvulas de proceso

Nombre	Designación según GOST 14.202 - 69
Válvula de cierre directo (válvula de compuerta)
Válvula operada eléctricamente
Válvula de tres vías
válvula de seguridad
Persiana giratoria (compuerta, puerta)
Actuador de diafragma
Cuadro 1.3. Elementos de conmutación eléctricos de salida
Nombre	Designación según GOST 2.755 - 87
Contacto para conmutar un circuito de alta corriente (contacto de contactor)
Contacto de cierre
Contacto NC

Para facilitar la lectura de los diagramas en las tuberías y otras líneas de transporte, se colocan flechas que indican la dirección del movimiento de la sustancia.

En el esquema funcional y tecnológico, así como en la imagen de la tubería a través de la cual la sustancia sale de este sistema, se realiza una inscripción correspondiente, por ejemplo: "Desde el taller de absorción", "Desde bombas", "Al esquema de polimerización". ".

Figura 1.2. Imagen de sensores y dispositivos seleccionados (fragmento)

Las designaciones gráficas convencionales de las herramientas de automatización se dan en las tablas 1.2., 1.3., 1.4 .. Las designaciones gráficas convencionales de los equipos eléctricos utilizados en los diagramas de automatización funcional deben representarse de acuerdo con las normas (Tabla 1.3.). En ausencia de símbolos estándar para cualquier dispositivo automático, debe aceptar sus símbolos y explicarlos con una inscripción en el diagrama. El grosor de las líneas de estas designaciones debe ser de 0,5 a 0,6 mm, a excepción de la línea divisoria horizontal en la imagen convencional del dispositivo instalado en el escudo, cuyo grosor es de 0,2 a 0,3 mm.

El dispositivo de muestreo para todos los dispositivos conectados permanentemente no tiene una designación especial, pero es una línea delgada y sólida que conecta la tubería de proceso o el aparato con el dispositivo (Fig. 1.2. Dispositivos 2 y 3a). Si es necesario indicar la ubicación exacta del dispositivo de muestreo o el punto de medición (dentro de la designación gráfica del dispositivo tecnológico), al final, se muestra en negrita un círculo con un diámetro de 2 mm (Fig. 1.2 dispositivos 1 y 4a).

Cuadro 2.4. Símbolos gráficos convencionales de equipos y dispositivos de automatización.

Nombre	Designación según GOST 21.404 - 85
Transductor de medida primario (sensor) o dispositivo instalado en el sitio (en una línea de proceso, aparato, pared, piso, columna, estructura metálica). Permitido básico
Dispositivo montado en panel, control remoto Básico Permitido
Dispositivo de selección sin conexión permanente del dispositivo
Mecanismo de actuación
Interruptor de viaje
Timbre eléctrico, sirena, bip
Calentador eléctrico: a) resistencia, c) inducción
Dispositivo de grabación
Lámpara incandescente, descarga de gas (señal)
Máquina eléctrica trifásica (M - motor, G - generador)
Máquina eléctrica de CC (motor M, generador G)

Para obtener una designación completa (de lectura libre) de un dispositivo u otra herramienta de automatización, se ingresa un símbolo de letra en su imagen gráfica convencional en forma de círculo u óvalo, que determina el propósito, las funciones realizadas, las características y los parámetros operativos. En este caso, la ubicación de la letra determina su significado. Así, las letras dadas en la Tabla 1.5 son los parámetros y funciones principales, y las letras dadas en la Tabla 1.6 especifican la función, el parámetro.

Cuadro 1.5. Designación de los principales parámetros medidos en esquemas de automatización.

Para designar el control manual, use la letra H. Para designar valores que no están previstos por el estándar, se pueden usar letras de reserva: A, B, C, I, N, O, Y, Z (la letra X es no recomendado). Las letras de repuesto utilizadas deben descifrarse mediante una inscripción en el campo libre del esquema.

A continuación se muestran las designaciones de los valores aclaratorios de los valores medidos.

Cuadro 1.6. Símbolos de letras adicionales

La letra que sirve para aclarar el valor medido se coloca después de la letra que indica el valor medido, por ejemplo, P, D, - la diferencia de presión (diferencial).

Las funciones que realizan los dispositivos para mostrar información se indican con letras latinas (ver tabla 2.7).

Cuadro 1.7. Letras de función

Además, se pueden utilizar designaciones con las letras E, G, V.

Todas las designaciones de letras anteriores se colocan en la parte superior del círculo que indica el dispositivo (dispositivo).

Si se utilizan varias letras para designar un dispositivo, entonces el orden de su disposición después de la primera, que denota el valor medido, debería ser, por ejemplo: TIR - un dispositivo para medir y registrar la temperatura, PR - un dispositivo para registrar la presión.

Al designar dispositivos fabricados en forma de bloques separados y destinados a la operación manual, la letra H se coloca en primer lugar.

Por ejemplo, en la Fig. 1.2 muestra un diagrama de automatización utilizando dispositivos de registro para diferencia de temperatura y presión, donde, para formar el símbolo del dispositivo (conjunto), el propósito funcional se indica en la parte superior del círculo y su designación de referencia se coloca en la parte inferior del círculo (alfanumérico o digital - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Por lo tanto, todos los elementos de un conjunto, es decir un grupo funcional de dispositivos (transductores de medición primarios, intermedios y transmisores, dispositivo de medición, dispositivo regulador, actuador, cuerpo regulador) se designa con el mismo número. En este caso, el número 1 se asigna al primer conjunto (izquierda), el número 2 al segundo, etc.

Para distinguir los elementos de un conjunto, se coloca un índice alfabético junto al número (no se recomiendan las letras Z y O, cuyo contorno es similar al contorno de los números): para el transductor primario (elemento sensor) - índice "a", para el transductor transmisor - "b", en el dispositivo de medición - "in", etc. Por lo tanto, para un conjunto, la designación completa del transductor de medición primario será 1a, el transductor de medición transmisor 1b, el dispositivo de medición (secundario) 1c, etc. la altura de la figura es de 3,5 mm, la altura de la letra es de 2,5 mm.

Según los requisitos para el funcionamiento instalaciones de invernadero con intercambio de calor por convección y un sistema de riego, el esquema de automatización para el proceso tecnológico de cultivo de productos agrícolas en invernaderos de bloques estacionarios se puede representar en forma de un esquema de automatización funcional que se muestra en la Fig. 3.1.

En el diagrama de automatización (ver Fig. 3.1), se adoptan las siguientes designaciones:

• 1 - Compuerta de ventilación de suministro eléctrico;
• 2 - Ventilador de circulación;
• 3 - elemento calefactor;
• 4 - Compuerta de ventilación de extracción eléctrica;
• 5 - Electroválvula del circuito de riego;
• 6 - Boquillas del sistema de riego (riego);
• 7 - Sensor de apertura de puertas (o ventanas);
• 8, 9 - Sensor de humedad del suelo;
• 10 - Medidor de humedad y temperatura del aire.

Sobre la base del esquema de automatización desarrollado, es aconsejable diseñar la arquitectura del sistema de control de acuerdo con un esquema de tres niveles. En el primer nivel (inferior) se proporciona la recogida de información tecnológica de los transductores de medida y el control de los actuadores y relés automáticos instalados en el lugar. Las señales de los transductores de medición de temperatura y humedad son procesadas por un controlador lógico programable (PLC).

Sobre la base del esquema de automatización desarrollado, es aconsejable diseñar la arquitectura del sistema de control de acuerdo con un esquema de tres niveles. En el primer nivel (inferior) se proporciona la recogida de información tecnológica de los transductores de medida y el control de los actuadores y relés automáticos instalados en el lugar. Las señales de los transductores de medición de temperatura y humedad son procesadas por el PLC. Según el algoritmo dado para controlar el modo microclima, genera señales de control a los actuadores de los lazos de control. El segundo nivel proporciona control de programa para un proceso tecnológico dado de cultivo de cultivos agrícolas desde la estación del operador. El sistema de software verifica y controla automáticamente la temperatura, el nivel de humedad en la cámara y en la superficie del suelo mediante sensores y una válvula de tubería de calefacción, así como un sistema de humidificación. El equipamiento de este nivel incluye el panel de control y PLC instalados en la sala de control. La computadora industrial está conectada por una red Profibus DP con equipos distribuidos y está conectada al segmento local de la economía de invernadero a través de Ethernet en el tercer nivel.

En el tercer nivel (superior), el procesamiento centralizado de información sobre el proceso tecnológico se lleva a cabo en la empresa a través de la red Ethernet. El procesamiento de la información incluye el seguimiento del progreso del proceso tecnológico, el caudal del refrigerante, el registro, el archivo y el control operativo.

El diagrama de bloques del sistema de control automatizado para el proceso tecnológico de regulación del clima dentro del ambiente del invernadero se muestra en la Fig. 3.2.

Figura 3.1 -Sistema de control de microclima de invernadero automatizado

Figura 3.2 - Diagrama de bloques del ACS MKT

El desarrollo de sistemas de control de procesos automatizados en la etapa actual está asociado con el uso generalizado de microprocesadores y microcomputadoras para el control, cuyo costo se reduce cada año en comparación con el costo total de crear sistemas de control. Antes de la llegada de los microprocesadores, la evolución de los sistemas de control de procesos estuvo acompañada de un aumento en el grado de centralización. Sin embargo, las capacidades de los sistemas centralizados ya son limitadas y no cumplen con los requisitos modernos de confiabilidad, flexibilidad, costo de los sistemas de comunicación y software.

La transición de los sistemas de control centralizados a los descentralizados también se debe a un aumento en el poder de las unidades tecnológicas individuales, su complicación, el aumento de los requisitos de velocidad y precisión para su operación. La centralización de los sistemas de control se justifica económicamente con una capacidad de información relativamente pequeña (el número de canales de control y regulación) del TOU y su concentración territorial. Con una gran cantidad de canales de control, regulación y control, una gran longitud de líneas de comunicación en el APCS, la descentralización de la estructura del sistema de control se convierte en un método fundamental para aumentar la capacidad de supervivencia del APCS, reduciendo el costo y los costos operativos.

Se debe reconocer la dirección más prometedora de descentralización de APCS control automatizado procesos con una arquitectura distribuida, basada en la descentralización funcional-objetivo y topológica del objeto de control.

Descentralización funcional y focalizada- Esta es la división de un proceso o sistema complejo en partes más pequeñas: subprocesos o subsistemas de acuerdo con una característica funcional (por ejemplo, redistribución de un proceso tecnológico, modos de operación de unidades, etc.), que tienen objetivos independientes de marcha.

Descentralización topológica significa la posibilidad de división territorial (espacial) del proceso en subprocesos funcionales-objetivo. Con una descentralización topológica óptima, el número de subsistemas APCS distribuidos se elige para minimizar la longitud total de las líneas de comunicación, que junto con los subsistemas de control local forman una estructura de red.

La base técnica de los sistemas de control distribuido modernos, que hicieron posible la implementación de tales sistemas, son los microprocesadores y los sistemas de microprocesadores.

El sistema de microprocesador realiza las funciones de recolección de datos, regulación y control, visualización de toda la información en la base de datos, cambio de configuraciones, parámetros de algoritmos y los propios algoritmos, optimización, etc. El uso de microprocesadores (incluidos microordenadores) para resolver las tareas enumeradas permite alcanzar los siguientes objetivos:

a) reemplazar la tecnología analógica por digital, donde la transición a medios digitales mejora la precisión, amplía la funcionalidad y aumenta la flexibilidad de los sistemas de control;

b) reemplazar el hardware con lógica rígida con dispositivos programables (con la capacidad de cambiar el programa), o microcontroladores;

c) reemplazar una mini computadora con un sistema de varias microcomputadoras cuando sea necesario para proporcionar un control descentralizado de producción o proceso tecnológico con mayor confiabilidad y capacidad de supervivencia, o cuando las capacidades de la mini computadora no se utilicen por completo.

Los sistemas de microprocesador pueden realizar en los subsistemas de un APCS distribuido todas las funciones típicas de monitoreo, medición, regulación, control y presentación de información al operador.

En APCS distribuidos, generalmente hay tres estructuras topológicas de interacción entre subsistemas: en forma de estrella (radial); anillo (bucle); bus (troncal) o combinaciones de los mismos. La organización de la comunicación con sensores y actuadores es individual y predominantemente radial.

La Figura 3.5 muestra las opciones de topología para los sistemas de control de procesos distribuidos.

Figura 3.5 - Estructuras típicas de APCS distribuidos:

a - radial, b - línea principal, c - anular

La estructura radial de la interacción de los subsistemas (Figura 3.5, a) refleja el método tradicionalmente utilizado para conectar dispositivos con líneas de comunicación dedicadas y se caracteriza por las siguientes características:

a) hay líneas separadas y desconectadas que conectan el subsistema central (CPU) con los sistemas de automatización locales de la aeronave i;

b) es técnicamente fácil implementar dispositivos de interfaz US 1-US m de automatización local. El dispositivo de comunicación central USC es un conjunto de módulos del tipo US i según el número de líneas o un dispositivo bastante complejo para multiplexar canales de transmisión de información;

c) los tipos de cambio máximos en líneas individuales se proporcionan con un rendimiento suficientemente alto de los dispositivos informáticos a nivel de CPU;

d) la fiabilidad del subsistema de comunicación depende en gran medida de la fiabilidad y supervivencia del hardware de la CPU. La falla de la CPU prácticamente destruye el subsistema de intercambio, ya que todos los flujos de información se cierran a través del nivel superior.

Un sistema distribuido con estructura radial es un sistema de dos niveles, donde en el nivel inferior en los subsistemas se implementan las funciones necesarias de control, regulación y control, y en el segundo nivel, en la CPU, un microordenador coordinador (o mini -ordenador), además de coordinar el trabajo de los microordenadores-satélites, optimiza las tareas de control del TOC, distribución de energía, controla el proceso tecnológico en su conjunto, calcula indicadores técnicos y económicos, etc. La base de datos completa en un sistema distribuido con una estructura radial debe ser accesible por el microordenador coordinador para aplicaciones de control en el nivel superior. Como consecuencia, la microcomputadora coordinadora opera en tiempo real y debe controlarse mediante lenguajes de alto nivel.

La Figura 3.5 (b, c) muestra las topologías de anillo y bus de interacción de nivel. Estas estructuras tienen una serie de ventajas sobre las radiales:

a) la operatividad del subsistema de comunicación, que incluye el canal y los dispositivos de comunicación, no depende de la operatividad de los medios técnicos en los niveles de automatización;

b) existen posibilidades de conectar dispositivos adicionales y monitorear todo el subsistema usando herramientas especiales;

c) se requieren costos significativamente más bajos de los productos de cable.

Debido al intercambio de información entre la aeronave i a través del canal de comunicación y los EE. UU. ("Cada uno con cada uno"), existe una posibilidad adicional de redistribución dinámica de funciones de coordinación para la operación conjunta de subsistemas de aeronaves en los niveles inferiores en el evento. de una falla de la CPU. La estructura de bus (en menor medida, en anillo) proporciona un modo de transmisión de intercambio entre subsistemas, lo cual es una ventaja importante al implementar comandos de control de grupo. Al mismo tiempo, la arquitectura de bus y anillo impone exigencias significativamente mayores a la "inteligencia" de los dispositivos de interfaz y, en consecuencia, aumenta los costos únicos para la implementación de la red central.

Al comparar las topologías de anillo y bus del subsistema de comunicación, debe tenerse en cuenta que la organización de la estructura del anillo es menos costosa que la del bus. Sin embargo, la fiabilidad de todo el subsistema con un sistema de comunicación en anillo está determinada por la fiabilidad de cada dispositivo de interfaz y cada sección de las líneas de comunicación. Para aumentar la capacidad de supervivencia, es necesario utilizar anillos dobles o líneas de comunicación adicionales con rutas de derivación. El rendimiento del canal de transmisión físico para una arquitectura de bus desacoplado por transformador no depende de la capacidad de servicio de los dispositivos de interfaz, sin embargo, como para el anillo, la falla de cualquier dispositivo de interfaz en el peor de los casos conduce a una completa trabajo autónomo el nodo fallido del subsistema, es decir, a la pérdida de la función de control del nivel de CPU por la automatización del nodo fallido.

Un método explícito para aumentar la capacidad de supervivencia de todo el sistema de automatización en el caso de una falla de los dispositivos de emparejamiento en el subsistema de comunicación es duplicar los dispositivos de emparejamiento en los nodos del subsistema. En una estructura de anillo, este enfoque ya está implícito al organizar anillos dobles y desvíos. Si la confiabilidad del canal físico continuo para la topología inferior no está en duda, entonces solo los dispositivos de interfaz se pueden duplicar sin el uso de un cable troncal de respaldo.

Una forma más económica de mejorar la confiabilidad del subsistema de comunicación es utilizar estructuras combinadas que combinen las ventajas de las topologías radial y de anillo (backbone). Para un anillo, el número de enlaces radiales se puede limitar a dos o tres líneas, cuya implementación proporciona una solución simple y económica.

Evaluación de tales indicadores de sistemas de control de procesos distribuidos, tales como económico(costos de productos de cable, rastreo de cables, desarrollo o compra de instalaciones de red, incluidos dispositivos de comunicación, etc.), funcional(el uso de operaciones de transferencia grupal, el tipo de cambio, la capacidad de intercambiar "cada uno con cada uno"), así como indicadores de unificación y posibilidades de evolución redes (posibilidad de inclusión simple de nodos de abonado adicionales, tendencias de uso en APCS) e indicadores confiabilidad de la red(fallo del canal de comunicación y de los dispositivos de comunicación o interfaz), nos permite sacar las siguientes conclusiones:

a) el más prometedor en términos de desarrollo y uso es la organización principal del subsistema de comunicaciones;

b) la funcionalidad de la topología de la red troncal no es inferior a las capacidades del anillo y del radial;

c) los indicadores de confiabilidad de la estructura troncal son bastante satisfactorios;

d) la topología de la red troncal de un APCS distribuido requiere grandes costos únicos para la creación e implementación de un canal de comunicación y dispositivos de interfaz.

En gran parte debido a estas características de la estructura principal y la organización modular de hardware y software en los sistemas de control de procesos modernos. principio de tronco-modular construyendo apoyo técnico encontró distribución preferencial.

El uso de microprocesadores y microcomputadoras permite implementar de manera efectiva y económica el principio de descentralización funcional y topológica del APCS. Por lo tanto, es posible aumentar significativamente la confiabilidad y la capacidad de supervivencia del sistema, reducir las costosas líneas de comunicación, garantizar la flexibilidad de operación y expandir el campo de aplicación en la economía nacional de complejos de medios técnicos, cuyo elemento principal es un microordenador. o microprocesador. En tales sistemas de control distribuido, se vuelve muy importante estandarización de la interfaz, es decir. el establecimiento y aplicación de normas, requisitos y reglas uniformes que garanticen la integración de la información de los medios técnicos en las estructuras estándar del APCS.