Utveckling av ett strukturellt diagram över ASU MKT. Rita upp ett funktionsdiagram och beskrivning av de huvudsakliga funktionella enheterna i ACS -blockdiagrammet över automatiska övervaknings- och styrsystem

Föreläsning 9

När man utvecklar ett automatiseringsprojekt är det först och främst nödvändigt att avgöra från vilka platser vissa delar av objektet ska kontrolleras, var kommer kontrollpunkterna att placeras, operatörsrum, vad ska förhållandet vara mellan dem, d.v.s. det är nödvändigt att lösa problemen med att välja en ledningsstruktur. Kontrollstrukturen förstås som en uppsättning delar av ett automatiskt system, i vilket det kan delas in enligt ett visst kriterium, liksom sätten att överföra influenser mellan dem. En grafisk framställning av en ledningsstruktur kallas ett strukturdiagram. Även om de initiala uppgifterna för val av ledningsstruktur och dess hierarki med olika detaljer förhandlas av kunden vid utfärdandet av designuppdraget, bör den fullständiga ledningsstrukturen utvecklas av designorganisationen.

I själva verket allmän syn blockdiagrammet för automatiseringssystemet visas i figur 9.1. Automatiseringssystemet består av ett automatiseringsobjekt och ett styrsystem för detta objekt. På grund av en viss interaktion mellan automatiseringsobjektet och styrsystemet ger automatiseringssystemet som helhet det nödvändiga resultatet av objektets funktion, kännetecknat av parametrarna x 1 x 2 ... x n

Driften av ett komplext automatiseringsobjekt kännetecknas av ett antal hjälpparametrar y 1, y 2, ..., y j, som också måste övervakas och regleras.

Under drift mottar objektet störande påverkan f 1, f 2, ..., f i, vilket orsakar avvikelser från parametrarna x 1, x 2, x n från deras erforderliga värden. Information om aktuella värden x 1, x 2, xn, y 1, y 2, yn går in i styrsystemet och jämförs med de föreskrivna värden gj, g 2, ..., gk, som ett resultat av som styrsystemet genererar kontrollåtgärder E 1, E 2, ..., E m för att kompensera för avvikelser i utmatningsparametrarna.

Figur 9.1 - Blockdiagram över automationssystemet

Valet av kontrollstruktur för objektet för automatisering har en betydande inverkan på effektiviteten i dess arbete, vilket minskar den relativa kostnaden för styrsystemet, dess tillförlitlighet, underhållbarhet etc.

I allmänhet kan alla system representeras:

· Konstruktiv struktur;

· Funktionell struktur;

· Algoritmisk struktur.

I systemets konstruktiva struktur är var och en av dess delar en oberoende konstruktiv helhet (figur 9.1).

Det konstruktiva schemat innehåller:

· Objekt och automatiseringssystem;

· Informations- och kontrollflöden.

I den algoritmiska strukturen är varje del utformad för att utföra en specifik algoritm för att transformera insignalen, som är en del av hela algoritmen för systemets funktion.

Designern utvecklar ett algoritmiskt blockdiagram (ACC) för automatiseringsobjektet baserat på differentialekvationer eller grafiska egenskaper. Automatiseringsobjektet representeras i form av flera länkar med olika överföringsfunktioner sammankopplade. I ACC kanske enskilda länkar inte har fysisk integritet, men deras anslutning (schemat som helhet) när det gäller statiska och dynamiska egenskaper, enligt funktionsalgoritmen, bör motsvara automatiseringsobjektet. Figur 9.2 visar ett exempel på en ACS ACS.

Figur 9.2 - Algoritmiskt blockschema, presenterat i form av enkla länkar

I en funktionell struktur är varje del utformad för att utföra en specifik funktion.

I automationsprojekt avbildas strukturella strukturdiagram med element av funktionella tecken. Fullständig information om funktionsstrukturen med indikation på lokala styrslingor, kontrollkanaler och processstyrning ges i funktionsdiagram (föreläsning 10).

Strukturdiagrammet för APCS utvecklas i "Project" -stadiet i en tvåstegsdesign och motsvarar systemets sammansättning. Som ett exempel visar figur 9.3 ett blockschema över hantering av svavelsyra.

Figur 9.3 - Fragment av strukturdiagrammet för hantering och kontroll av svavelsyraproduktion:

1 - kommunikationslinje med verkstadens kemiska laboratorium; 2 - kommunikationslinje med kontrollpunkter och hantering av syradelen; 3 - kommunikationslinje med kontrollpunkten och hanteringen av tekniska linjer III och IV

Strukturdiagrammet visar i allmän form de viktigaste projektbesluten om de funktionella, organisatoriska och tekniska strukturerna för APCS i överensstämmelse med systemhierarkin och relationerna mellan kontroll- och ledningspunkter, operativ personal och det tekniska kontrollobjektet. Principerna för att organisera den operativa förvaltningen av ett tekniskt objekt, sammansättningen och beteckningen av enskilda element i konstruktionsdiagrammet, som antogs under implementeringen av strukturdiagrammet, bör behållas i alla projektdokument för APCS.

Tabell 9.1 - APCS: s funktioner och deras symboler i figur 9.3

Blockdiagrammet visar följande element:

1. tekniska underavdelningar (avdelningar, sektioner, verkstäder, produktion);

2. kontroll- och förvaltningspunkter (lokala styrelser, operatörs- och avsändningsställen, blockbrädor etc.);

3. teknisk personal (operativ) och ytterligare specialtjänster som tillhandahåller operativ ledning.

4. Huvudfunktioner och tekniska medel som säkerställer deras genomförande vid varje kontroll- och ledningspunkt.

5. förhållandet mellan avdelningar och med överlägsen ACS.

APCS: s funktioner är krypterade och betecknas i diagrammet som siffror. Symboler för APCS -funktionerna i figur 9.3 visas i tabell 9.1.

Strukturdiagrammet för automatiseringssystemet utförs av noder och inkluderar alla systemelement från sensorn till regleringsorganet med en indikation på platsen som visar deras inbördes samband.

Ett konstruktionsschema är avsett för allmän bekantskap med systemet (fig. 6.2). Strukturellt schema - det är ett diagram som definierar produktens huvudsakliga funktionella delar, deras syfte och relationer.

Struktur - det är en uppsättning delar av ett automatiserat system, i vilket det kan delas in enligt ett visst kriterium, liksom sätt att överföra inflytande mellan dem. I allmänhet kan alla system representeras av följande strukturer:

• ? konstruktiv - när varje del av systemet är en oberoende konstruktiv helhet;
• ? funktionell - när varje del av systemet är utformat för att utföra en specifik funktion (fullständig information om funktionsstrukturen, som indikerar styrslingorna, ges på automationsdiagrammet);

Ris. 6.2.

? algoritmisk - när varje del av systemet är utformat för att utföra en viss algoritm för att transformera ingångsvärdet, som är en del av operationsalgoritmen.

Det bör noteras att strukturella diagram kanske inte tillhandahålls för enkla automatiseringsobjekt.

Kraven för dessa system fastställs av RTM 252,40 ”Automatiserade styrsystem för tekniska processer. Strukturella system för förvaltning och kontroll ". Enligt detta dokument innehåller strukturella strukturdiagram: tekniska underavdelningar av automatiseringsobjektet; poäng

kontroll och ledning, inklusive de som inte ingår i det projekt som utvecklas, men har en koppling till det projicerade systemet; teknisk personal och tjänster som tillhandahåller operativ ledning och normal funktion av den tekniska anläggningen; huvudfunktioner och tekniska medel som säkerställer deras genomförande vid varje kontroll- och ledningspunkt; förhållandet mellan delarna av automatiseringsobjektet.

Elementen i konstruktionsdiagrammet avbildas som rektanglar. Separata funktionella tjänster och tjänstemän får avbildas i en cirkel. Strukturen i detta avsnitt avslöjas inuti rektanglarna. Funktionerna hos det automatiska processstyrsystemet indikeras med symboler, vars avkodning ges i tabellen ovanför huvudinskriptionen längs inskriptionens bredd. Förhållandet mellan elementen i konstruktionsdiagrammet avbildas med heldragna linjer, sammanslagningar och grenar - med brutna linjer. Tjockleken på linjerna är följande: konventionella bilder - 0,5 mm, kommunikationslinjer - 1 mm, resten - 0,2 ... 0,3 mm. Storleken på elementen i strukturdiagram regleras inte och väljs efter eget gottfinnande.

Exemplet (fig. 6.2) visar ett fragment av implementeringen av konstruktionsschemat för hantering och kontroll av ett vattenreningsverk. I den nedre delen avslöjas de tekniska avdelningarna för automatiseringsobjektet; i rektanglarna i den mellersta delen - huvudfunktionerna och tekniska medlen för enheternas lokala kontrollpunkter; i den övre delen - funktioner och tekniska medel för den centraliserade kontrollpunkten för stationen. Eftersom diagrammet upptar flera ark indikeras övergångarna av kommunikationslinjerna till de efterföljande arken och ett avbrott i rektangeln som avslöjar strukturen för automatiseringsobjektet visas.

Kommunikationslinjerna mellan de enskilda elementen i styrsystemet kan indikera riktningen för den överförda informationen eller kontrollåtgärderna; vid behov kan kommunikationslinjer markeras med bokstavsbeteckningar av typen av kommunikation, till exempel: K - kontroll, C - signalering, fjärrkontroll - fjärrkontroll, AR - automatisk reglering, DS - sändningskommunikation, PGS - industritelefon (högtalare) kommunikation, etc.

I allmänhet visas blockschemat för ett enkelslingans automatiskt styrsystem i figur 1.1. Det automatiska styrsystemet består av ett automatiseringsobjekt och ett styrsystem för detta objekt. På grund av en viss interaktion mellan automatiseringsobjektet och kontrollschemat ger automationssystemet som helhet det erforderliga resultatet av objektets funktion, som kännetecknar dess utmatningsparametrar och egenskaper.

Varje teknisk process kännetecknas av vissa fysiska mängder (parametrar). För den tekniska processens rationella förlopp måste några av dess parametrar hållas konstanta och vissa måste ändras enligt en viss lag. Under driften av ett objekt som styrs av ett automatiseringssystem är huvuduppgiften att upprätthålla rationella förhållanden för flödet av den tekniska processen.

Låt oss överväga de grundläggande principerna för att konstruera strukturer för lokala automatiska styrsystem. Som regel löses tre typer av problem med automatisk reglering.

Den första typen av uppgifter inkluderar att behålla en eller flera tekniska parametrar på en given nivå. Automatiska styrsystem, kritiska uppgifter av denna typ kallas stabiliseringssystem. Exempel på stabiliseringssystem är system för att reglera temperaturen och luftfuktigheten i luft i luftkonditioneringsanläggningar, trycket och temperaturen på överhettad ånga i pannor, antalet varv i ånga och gasturbiner, elmotorer etc.

Den andra typen av problem är upprätthållande av korrespondens mellan två beroende eller en beroende och andra oberoende storheter. System som reglerar förhållanden kallas spårningsautomatiska system, till exempel automatiska system för att reglera bränsle-luft-förhållandet vid bränsleförbränningsprocessen eller förhållandet ångförbrukning-vattenförbrukning vid matning av pannor med vatten, etc.

Den tredje typen av uppgifter inkluderar förändringen av det kontrollerade värdet över tid enligt en viss lag. System som löser denna typ av problem kallas mjukvarukontrollsystem. Ett typiskt exempel på denna typ av system är ett temperaturkontrollsystem för värmebehandling metall.

V senaste åren Extrema (sök) automatiska system används i stor utsträckning, vilket säkerställer maximal positiv effekt av att ett tekniskt objekt fungerar med minimal förbrukning av råvaror, energi etc.

Uppsättningen tekniska medel med hjälp av vilka ett eller flera justerbara värden utan medverkan av en mänsklig operatör anpassas till deras konstanta eller förändrade enligt en viss lag uppsatta värden genom att utveckla en effekt på de kontrollerade värdena Som ett resultat av att jämföra deras faktiska värden med de uppsatta, kallas automatiskt system reglering (ACP) eller automatiskt styrsystem. Det följer av definitionen att i det allmänna fallet bör följande element ingå i det enklaste AVS:

kontrollobjekt (OU), kännetecknat av ett justerbart värde x n. x (t);

en mätanordning (IU) som mäter det kontrollerade värdet och omvandlar det till en form som är lämplig för ytterligare konvertering eller för fjärröverföring;

en inställningsanordning (ZU), i vilken börvärdesignalen ställs in, som bestämmer börvärdet eller variationslagen för det kontrollerade värdet;

en jämförelsesanordning (CS), där det verkliga värdet för den kontrollerade variabeln x jämförs med det föreskrivna värdet g (t) och,

en avvikelse detekteras (g (t) - x (t));

en regleringsanordning (RU), som, när en avvikelse (ε) anländer till dess ingång, genererar en reglerande åtgärd som måste tillämpas på kontrollobjektet för att eliminera den existerande avvikelsen för den kontrollerade variabeln x från det föreskrivna värdet g ( t);

verkställande mekanism (MI). Vid reaktorverkets utlopp har kontrollåtgärden en liten effekt och utfärdas i en form som i allmänhet inte är lämplig för direktverkan på kontrollobjektet. Antingen krävs en ökning av regleringspåverkan eller omvandling till en lämplig form x p. För detta används speciella ställdon, som är regleringselementets utgångsenheter;

tillsynsorgan (RO). Ställdon kan inte direkt påverka den kontrollerade variabeln. Därför levereras regleringsobjekten med särskilda regleringsorgan för RO, genom vilka IM verkar på det reglerade värdet;

kommunikationslinjer genom vilka signaler överförs från element till element i ett automatiskt system.

Som ett exempel, betrakta det förstorade blockschemat för automatisk styrning (Figur 1.1). I diagrammet är utgångsparametrarna resultatet av driften av det kontrollerade objektet, de betecknas x 1, x 2, ……… x n. Förutom dessa grundparametrar kännetecknas driften av automatiseringsobjekt av ett antal hjälpparametrar (vid 1, vid 2, ……. Vid n), som måste övervakas och regleras, till exempel hållas konstanta.

Figur 1.1. Blockdiagram över automatisk styrning

I driftsprocessen mottar kontrollobjektet störande påverkan f1…. fn, vilket orsakar avvikelser av parametrarna х1 …… .хn från deras rationella värden. Information om de aktuella värdena för x tech och y tech kommer in i styrsystemet och jämförs med deras föreskrivna värden (börvärden) g1 …… gn, som ett resultat av vilket styrsystemet utövar kontrollåtgärder Е1… ..Еn på objektet som syftar till att kompensera för avvikelserna för de aktuella utmatningsparametrarna från de inställda värdena.

Enligt strukturen för det automatiska styrsystemet kan automatiseringsobjektet i särskilda fall vara centraliserad på en nivå, decentraliserad på en nivå och på flera nivåer. Samtidigt kallas styrsystem på en nivå för system där objektet styrs från en kontrollpunkt eller från flera oberoende. Enkelsystem där styrning utförs från en kontrollpunkt kallas centraliserad. Enkelsystem där enskilda delar av ett komplext objekt styrs från oberoende kontrollpunkter kallas decentraliserade.

2.2 Funktionella - tekniska system för automatisk kontroll

Funktionstekniskt schema är det huvudsakliga tekniska dokumentet som definierar funktionsblockstrukturen för enheterna i noder och element i det automatiska styrsystemet, reglering av den tekniska processen (operationer) och kontroll av dess parametrar, samt utrustning av kontrollobjektet med enheter och automationsutrustning. Diagram kallas också ofta helt enkelt som automatiseringsdiagram. Sammansättningen och genomförandebestämmelserna dikteras av kraven i standarderna (se kapitel 1).

Det funktionella och tekniska systemet för automatisering utförs på en ritning, där symbolerna visar teknisk utrustning, transportledningar och rörledningar, instrumentering och automationsutrustning med en indikation på kopplingarna mellan dem. Hjälpmedel (strömförsörjning, reläer, strömbrytare, strömbrytare, säkringar etc.) visas inte i diagrammen.

Funktionsdiagram för automatisering är associerade med produktionsteknik och teknisk utrustning, därför visar diagrammet platsen teknisk utrustning förenklad, inte att skala, men med hänsyn till den faktiska konfigurationen.

Förutom teknisk utrustning, på funktionella automationsdiagram i enlighet med standarder, visas förenklade (tvålinjiga) och villkorliga (enkellinjiga) transportlinjer för olika ändamål.

Både konstruktionen och studien av tekniska dokumentationssystem måste utföras i en viss sekvens.

Processparametrar som är föremål för automatisk kontroll och reglering;

Funktionell ledningsstruktur;

Kontrollöglor;

Tillgänglighet av skydd och larm och antagna blockeringsmekanismer;

Organisation av kontroll- och ledningspunkter;

Tekniska metoder för automatisering, med hjälp av vilka funktioner för övervakning, signalering, automatisk reglering och kontroll löses.

För detta är det nödvändigt att känna till principerna för att konstruera automatiska styrsystem för teknisk styrning och konventionella bilder av teknisk utrustning, rörledningar, instrument och automationsutrustning, funktionella länkar mellan enskilda enheter och automationsutrustning och ha en uppfattning om arten av den tekniska processen och samspelet mellan enskilda installationer och enheter med teknisk utrustning.

På ett funktionsdiagram visas ofta kommunikationslinjer och rörledningar i en enradig bild. Beteckningen på det transporterade mediet kan vara antingen digital eller alfanumerisk. (Till exempel: 1.1 eller B1). Det första numret eller bokstaven anger typen av det transporterade mediet och det efterföljande numret - dess syfte. Digitala eller alfanumeriska beteckningar presenteras på hyllorna på ledarlinjer eller över transportlinjen (rörledningen), och vid behov i transportlinjernas raster (medan de antagna beteckningarna förklaras på ritningar eller i textdokument (se tabell 1.1 .). tekniska objekt visar de styr- och avstängningsventiler, tekniska anordningar som är direkt involverade i kontroll och hantering av processen, samt selektiva (sensorer), avstängnings- och regleringsorgan som är nödvändiga för att bestämma den relativa platsen för provtagningspunkterna (sensorinstallationspunkter), samt mät- eller kontrollparametrar (se tabell 1.2).

Kompletta enheter (centraliserade styrmaskiner, styrmaskiner, halvuppsättningar av telemekanik, etc.) betecknas med en rektangel med godtyckliga dimensioner med en indikation på typen av enhet inuti rektangeln (enligt tillverkarens dokumentation).

V enskilda fall vissa delar av teknisk utrustning visas också i diagrammen i form av rektanglar, vilket anger namnen på dessa element. Samtidigt, nära sensorerna, markerar selektiva, mottagande och andra enheter av liknande syfte namnet på den tekniska utrustning som de tillhör.

Tabell 1.1. Beteckning på transportledningar för rörledningar enligt GOST 14.202 - 69

Tabell 1.2. Symboler för processventiler

namn	Beteckning enligt GOST 14.202 - 69
Avstängningsventil (grindventil)
Elmanövrerad ventil
Trevägsventil
säkerhetsventil
Roterande slutare (spjäll, grind)
Membranaktuator
Tabell 1.3. Mata ut elektriska kopplingselement
namn	Beteckning enligt GOST 2.755 - 87
Kontakt för omkoppling av en högströmskrets (kontaktorkontakt)
Avslutande kontakt
NC -kontakt

För att göra det lättare att läsa diagrammen på rörledningar och andra transportlinjer sätts pilar ner som anger ämnets rörelseriktning.

I det funktionella och tekniska schemat, liksom vid bilden av rörledningen genom vilken ämnet lämnar detta system, görs en motsvarande inskrift, till exempel: "Från absorptionsverkstaden", "Från pumpar", "Till polymerisationsschemat ".

Figur 1.2. Bild på sensorer och utvalda enheter (fragment)

Konventionella grafiska beteckningar för automationsverktyg ges i tabellerna 1.2., 1.3., 1.4 .. Konventionella grafiska beteckningar för elektrisk utrustning som används i funktionella automationsdiagram bör avbildas i enlighet med standarderna (tabell 1.3.). I avsaknad av standardsymboler för alla automatiska enheter bör du acceptera dina symboler och förklara dem med en inskription på diagrammet. Tjockleken på linjerna i dessa beteckningar bör vara 0,5 - 0,6 mm, med undantag för den horisontella skiljelinjen i den konventionella bilden av enheten installerad på skärmen, vars tjocklek är 0,2 - 0,3 mm.

Provtagningsanordningen för alla permanent anslutna enheter har ingen särskild beteckning, utan är en tunn, solid linje som förbinder processrörledningen eller apparaten med enheten (Fig. 1.2. Enheterna 2 och 3a). Om det är nödvändigt att ange den exakta platsen för provtagningsanordningen eller mätpunkten (inuti den tekniska enhetens grafiska beteckning) visas i slutet en cirkel med en diameter på 2 mm med fet stil (Fig. 1.2 enheter 1 och 4a).

Tabell 2.4. Konventionella grafiska symboler för automationsutrustning och enheter

namn	Beteckning enligt GOST 21.404 - 85
Primär mätomvandlare (sensor) eller enhet installerad på plats (på en teknisk linje, apparater, vägg, golv, pelare, metallkonstruktion). Grundläggande tillåtet
Panelmonterad enhet, fjärrkontroll Basic Tillåtet
Urvalsenhet utan permanent anslutning av enheten
Manövreringsmekanism
Reseknapp
Elektrisk klocka, siren, pip
Elvärmare: a) motstånd, c) induktion
Inspelningsutrustning
Glödlampa, gasurladdning (signal)
Trefas elektrisk maskin (M - motor, G - generator)
Elektrisk likströmsmaskin (motor M, generator G)

För att få en fullständig (fritt läsbar) beteckning på en enhet eller ett annat automatiseringsverktyg, införs en bokstavssymbol i den konventionella grafiska bilden i form av en cirkel eller oval, som bestämmer syftet, utförda funktioner, egenskaper och driftsparametrar. I detta fall avgör platsen för bokstaven dess betydelse. Således är bokstäverna i tabell 1.5 huvudparametrarna och funktionerna, och bokstäverna i tabell 1.6 anger funktionen, parametern.

Tabell 1.5. Beteckning av de viktigaste uppmätta parametrarna i automationsscheman

För att ange manuell kontroll, använd bokstaven H. För att ange värden som inte anges i standarden kan reservbokstäver användas: A, B, C, I, N, O, Y, Z (bokstaven X är rekommenderas inte). De använda reservbokstäverna måste dechiffreras med en inskription på systemets fria fält.

Nedan visas beteckningarna för de klargörande värdena för mätvärdena.

Tabell 1.6. Ytterligare bokstäver

Bokstaven som tjänar till att klargöra mätvärdet placeras efter bokstaven som anger det uppmätta värdet, till exempel P, D, - tryckskillnaden (differens).

Funktionerna som utförs av enheterna för visning av information betecknas med latinska bokstäver (se tabell 2.7).

Tabell 1.7. Funktionsbokstäver

Dessutom kan beteckningar med bokstäverna E, G, V användas.

Alla ovanstående bokstavsbeteckningar är fästa på den övre delen av cirkeln som anger enheten (enheten).

Om flera bokstäver används för att ange en enhet, bör ordningen på deras ordning efter den första, som anger det uppmätta värdet, till exempel vara: TIR - en enhet för mätning och registrering av temperatur, PR - en enhet för registrering av tryck.

När du anger enheter som är tillverkade i form av separata block och avsedda för manuell drift sätts bokstaven H i första hand.

Till exempel i fig. 1.2 visar ett automatiseringsdiagram med hjälp av registreringsenheter för temperatur- och tryckskillnad, där, för att bilda symbolen för enheten (uppsättningen), i den övre delen av cirkeln anger det funktionella syftet och i den nedre delen av cirkeln placerar dess referens beteckning (alfanumerisk eller digital - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Således är alla element i en uppsättning, dvs. en funktionell grupp av anordningar (primära, mellanliggande och sändande mätomvandlare, mätanordning, regleringsanordning, ställdon, reglerkropp) har samma nummer. I detta fall tilldelas siffran 1 till den första (vänstra) uppsättningen, siffran 2 till den andra, etc.

För att skilja elementen i en uppsättning placeras ett alfabetiskt index bredvid siffran (bokstäverna Z och O, vars kontur liknar konturerna för siffrorna, rekommenderas inte att användas): för primäromvandlaren ( avkänningselement) - index "a", för sändaromvandlaren - "b", vid mätanordningen - "in", etc. Således, för en uppsättning, kommer den fullständiga beteckningen av den primära mätomvandlaren att vara 1a, den sändande mätomvandlaren 1b, den mätande (sekundära) enheten 1c, etc. figurens höjd är 3,5 mm, bokstavens höjd är 2,5 mm.

Enligt kraven för funktionen växthusanläggningar med konvektionsvärmeväxling och ett bevattningssystem kan automatiseringsschemat för den tekniska processen att odla jordbruksprodukter i stationära block växthus representeras i form av ett funktionellt automatiseringsschema som visas i fig. 3.1.

På automationsdiagrammet (se bild 3.1) antas följande beteckningar:

• 1 - Ventilationsspjäll för elförsörjning;
• 2 - Cirkulationsfläkt;
• 3 - värmeelement;
• 4 - Elektrisk avgasventilationsdämpare;
• 5 - Magnetventil i bevattningskretsen;
• 6 - Munstycken i bevattningssystemet (vattning);
• 7 - Sensor för att öppna dörrar (eller fönster);
• 8, 9 - Jordfuktighetsgivare;
• 10 - Luftfuktighet och temperaturmätare.

På grundval av det utvecklade automatiseringsschemat är det lämpligt att utforma arkitekturen för styrsystemet enligt ett schema med tre nivåer. På den första (lägre) nivån tillhandahålls insamling av teknisk information från mätomvandlarna och kontrollen av manöverdon och reläautomater installerade på platsen. Signalerna från temperatur- och luftfuktighetsmätningsgivarna behandlas av en programmerbar logisk styrenhet (PLC).

På grundval av det utvecklade automatiseringsschemat är det lämpligt att utforma arkitekturen för styrsystemet enligt ett schema med tre nivåer. På den första (lägre) nivån tillhandahålls insamling av teknisk information från mätomvandlarna och kontrollen av manöverdon och reläautomater installerade på platsen. Signalerna från temperatur- och fuktmätningsgivarna behandlas av PLC. Enligt en given algoritm för att styra mikroklimatläget genererar den styrsignaler till manöverorganen i styrslingorna. Den andra nivån ger programkontroll för en given teknisk process för odling av jordbruksgrödor från operatörens station. Programvarusystemet kontrollerar och styr automatiskt temperaturen, luftfuktigheten i kammaren och på markytan med hjälp av sensorer och en värmerörsventil samt ett befuktningssystem. Utrustningen på denna nivå inkluderar kontrollpanelen och PLC installerad i kontrollrummet. Industridatorn är ansluten med ett Profibus DP -nätverk med distribuerad utrustning och är ansluten till det lokala segmentet av växthusekonomin via Ethernet på tredje nivå.

På den tredje (övre) nivån utförs centraliserad behandling av information om den tekniska processen på företaget via Ethernet -nätverket. Informationsbehandling inkluderar övervakning av den tekniska processens framsteg, kylvätskans flödeshastighet, loggning, arkivering och operativ kontroll.

Blockschemat för det automatiska styrsystemet för den tekniska processen för att reglera klimatet inuti växthusmiljön visas i fig. 3.2.

Figur 3.1 -Automatiserat växthusmikroklimasystem

Figur 3.2 - Blockdiagram över ACS MKT

Utvecklingen av automatiserade processstyrsystem i detta skede är förknippad med den utbredda användningen av mikroprocessorer och mikrodatorer för kontroll, vars kostnad blir lägre varje år i jämförelse med den totala kostnaden för att skapa styrsystem. Före tillkomsten av mikroprocessorer åtföljdes utvecklingen av processkontrollsystem av en ökning av centraliseringsgraden. Emellertid är möjligheterna för centraliserade system nu redan begränsade och uppfyller inte moderna krav på tillförlitlighet, flexibilitet, kostnad för kommunikationssystem och programvara.

Övergången från centraliserade styrsystem till decentraliserade är också orsakad av en ökning av kraften hos enskilda tekniska enheter, deras komplikation, ökade krav på hastighet och noggrannhet för deras drift. Centraliseringen av styrsystem är ekonomiskt motiverad med en relativt liten informationskapacitet (antalet kontroll- och regleringskanaler) för TOU och dess territoriella koncentration. Med ett stort antal kontroll-, reglerings- och kontrollkanaler, ett stort antal kommunikationslinjer i APCS blir decentraliseringen av styrsystemstrukturen en grundläggande metod för att öka överlevnadsförmågan hos APCS, minska kostnaderna och driftskostnaderna.

Den mest lovande riktningen för decentralisering av APCS bör erkännas automatiserad kontroll processer med en distribuerad arkitektur, baserad på funktionellt mål och topologisk decentralisering av kontrollobjektet.

Funktionell och riktad decentralisering- Detta är uppdelningen av en komplex process eller system i mindre delar - delprocesser eller delsystem enligt en funktionell funktion (till exempel omfördelning av en teknisk process, driftsätt för enheter, etc.), som har oberoende mål om fungerar.

Topologisk decentralisering betyder möjligheten till territoriell (rumslig) uppdelning av processen i funktionella målprocesser. Med optimal topologisk decentralisering väljs antalet distribuerade APCS -delsystem för att minimera den totala längden på kommunikationslinjer, som tillsammans med lokala styrdelsystem bildar en nätverksstruktur.

Den tekniska grunden för moderna distribuerade styrsystem, som gjorde det möjligt att implementera sådana system, är mikroprocessorer och mikroprocessorsystem.

Mikroprocessorsystemet utför funktionerna för datainsamling, reglering och kontroll, visualisering av all information i databasen, ändrade inställningar, parametrar för algoritmer och själva algoritmerna, optimering etc. Användningen av mikroprocessorer (inklusive mikrodatorer) för att lösa de listade uppgifterna gör det möjligt att uppnå följande mål:

a) ersätta analog teknik med digital där övergången till digitala medel förbättrar noggrannheten, utökar funktionaliteten och ökar flexibiliteten hos styrsystem;

b) ersätta hårdvara med hård logik med programmerbara (med möjlighet att ändra programmet) enheter, eller mikrokontroller;

c) ersätta en minidator med ett system med flera mikrodatorer när det är nödvändigt att tillhandahålla decentraliserad kontroll av produktionen eller den tekniska processen med ökad tillförlitlighet och överlevnadsförmåga, eller när minidatorns funktioner inte utnyttjas fullt ut.

Mikroprocessorsystem kan utföra alla typiska funktioner för övervakning, mätning, reglering, styrning och presentation av information i operatörens undersystem i en distribuerad APCS.

I distribuerade APCS finns det i allmänhet tre topologiska interaktionsstrukturer mellan delsystem: stjärnformad (radiell); ring (slinga); buss (bagagerum) eller kombinationer därav. Organisationen av kommunikation med sensorer och ställdon är individuell och övervägande radiell.

Figur 3.5 visar topologialternativen för distribuerade processstyrsystem.

Figur 3.5 - Typiska strukturer för distribuerade APCS:

a - radiell, b - huvudlinje, c - ringformig

Den radiella strukturen för delsystemens interaktion (figur 3.5, a) speglar den traditionellt använda metoden för att ansluta enheter med dedikerade kommunikationslinjer och kännetecknas av följande funktioner:

a) det finns separata, oanslutna linjer som förbinder det centrala delsystemet (CPU) med de lokala automatiseringssystemen för flygplanet i;

b) det är tekniskt enkelt att implementera gränssnittsenheter US 1-US m för lokal automatisering. Den centrala kommunikationsanordningen USC är en uppsättning moduler av typen US i enligt antalet rader eller en ganska komplex anordning för multiplexering av;

c) de maximala växelkurserna på enskilda linjer är försedda med tillräckligt hög prestanda för beräkningsenheter på CPU -nivå;

d) tillförlitligheten för kommunikationsdelsystemet beror till stor del på CPU -maskinvarans tillförlitlighet och överlevnad. Fel i CPU förstör praktiskt taget utbytesdelsystemet, eftersom alla informationsflöden stängs genom den övre nivån.

Ett distribuerat system med en radiell struktur är ett system på två nivåer, där på lägre nivå i delsystemen implementeras de nödvändiga kontroll-, reglerings- och kontrollfunktionerna och på den andra nivån i CPU: n en koordinerande mikrodator (eller minidator) ), förutom att samordna arbetet med mikrodatorer-satelliter, optimerar TOU: s kontrolluppgifter, energidistribution, styr den tekniska processen som helhet, beräknar tekniska och ekonomiska indikatorer, etc. Hela databasen i ett distribuerat system med radiell struktur måste vara tillgänglig för den koordinerande mikrodatorn för kontrollapplikationer på den övre nivån. Som en konsekvens fungerar den koordinerande mikrodatorn i realtid och måste styras med språk på hög nivå.

Figur 3.5 (b, c) visar ring- och busstopologierna för nivåinteraktion. Dessa strukturer har ett antal fördelar jämfört med radiella:

a) kommunikationsdelsystemets funktionsförmåga, som inkluderar kanalen och kommunikationsanordningarna, beror inte på de tekniska metodernas funktionsförmåga på automationsnivåer;

b) det är möjligt att ansluta ytterligare enheter och styra hela delsystemet med hjälp av specialverktyg;

c) betydligt lägre kostnader för kabelprodukter krävs.

På grund av informationsutbytet mellan flygplanet i via kommunikationskanalen och USA ("var och en med varje") finns det ytterligare en möjlighet till dynamisk omfördelning av samordningsfunktionerna för den gemensamma driften av luftfartygssubsystem på de lägre nivåerna i händelse av ett CPU -fel. Bussstrukturen (i mindre utsträckning, ring) ger ett sändningssätt för utbyte mellan delsystem, vilket är en viktig fördel vid implementering av gruppstyrkommandon. Samtidigt ställer buss- och ringarkitekturen betydligt högre krav på "intelligensen" för gränssnittsenheterna och följaktligen ökade engångskostnader för implementeringen av kärnnätverket.

När man jämför ring- och busstopologierna i kommunikationsdelsystemet bör det noteras att organisationen av ringstrukturen är billigare än bussens. Tillförlitligheten för hela delsystemet med ett ringkommunikationssystem bestäms emellertid av tillförlitligheten för varje gränssnittsenhet och varje sektion av kommunikationslinjer. För att öka överlevnaden är det nödvändigt att använda dubbla ringar eller ytterligare kommunikationslinjer med förbikopplingsvägar. Funktionsförmågan hos den fysiska överföringskanalen för en bussarkitektur med en transformatoravkoppling beror inte på användbarheten hos gränssnittsenheterna, men som för ringen leder fel i någon gränssnittsenhet i värsta fall till fullständigt autonomt arbete den misslyckade noden i delsystemet, dvs till förlusten av kontrollfunktionen från CPU -nivån genom automatisering av den misslyckade noden.

En uttrycklig metod för att öka överlevnadsförmågan för hela automationssystemet i händelse av att de matchande enheterna i kommunikationsdelsystemet misslyckas är att duplicera matchningsanordningarna i delsystemets noder. I en ringstruktur är detta tillvägagångssätt redan underförstått när du organiserar dubbla ringar och omvägar. Om tillförlitligheten för den kontinuerliga fysiska kanalen för den nedre topologin inte är i tvivel, kan bara gränssnittsenheterna kopieras utan användning av en redundant stamkabel.

Ett billigare sätt att förbättra tillförlitligheten för kommunikationsdelsystemet är att använda kombinerade strukturer som kombinerar fördelarna med radiella och ring (ryggrad) topologier. För en ring kan antalet radiella bindningar begränsas till två eller tre linjer, vars genomförande ger en enkel och billig lösning.

Bedömning av sådana indikatorer för distribuerade processstyrsystem, t.ex. ekonomisk(kostnader för kabelprodukter, kabelspårning, utveckling eller köp av nätverksanläggningar, inklusive kommunikationsanordningar, etc.), funktionell(användningen av gruppöverföringsoperationer, växelkursen, möjligheten att byta "var och en med var"), liksom indikatorer på enande och evolutionens möjligheter nätverk (möjlighet att enkelt inkludera ytterligare abonnentnoder, tendenser att använda i APCS) och indikatorer nätverkssäkerhet(misslyckande i kommunikationskanalen och kommunikations- eller gränssnittsenheter), gör att vi kan dra följande slutsatser:

a) det mest lovande när det gäller utveckling och användning är ryggraden i kommunikationsdelsystemet;

b) funktionaliteten hos ryggradstopologin inte är sämre än ringens och radialens kapacitet;

c) tillförlitlighetsindikatorerna för skelettstrukturen är ganska tillfredsställande;

d) ryggradstopologin för en distribuerad APCS kräver stora engångskostnader för skapande och implementering av en kommunikationskanal och gränssnittsenheter.

Till stor del på grund av dessa funktioner i ryggradstrukturen och modulär organisation av hårdvara och programvara i moderna processstyrsystem trunk-modulär princip konstruera teknisk support hittade förmånsfördelning.

Användningen av mikroprocessorer och mikrodatorer gör det möjligt att effektivt och ekonomiskt genomföra principen om funktionell och topologisk decentralisering av APCS. Således är det möjligt att avsevärt öka systemets tillförlitlighet och överlevnad, minska dyra kommunikationslinjer, säkerställa flexibiliteten i verksamheten och utöka tillämpningsområdet i den nationella ekonomin av komplex av tekniska medel, vars huvudelement är en mikrodator eller mikroprocessor. I sådana distribuerade styrsystem blir det mycket viktigt gränssnittsstandardisering, d.v.s. upprättande och tillämpning av enhetliga normer, krav och regler som garanterar informativ integration av tekniska medel i standardstrukturer för APCS.