Розробка структурної схеми асу МКТ. Складання функціональної схеми і опис основних функціональних вузлів асу Структурна схема автоматизованих систем контролю і управління

лекція 9

При розробці проекту автоматизації в першу чергу необхідно вирішити, з яких місць ті чи інші ділянки об'єкта будуть управлятися, де будуть розміщуватися пункти управління, операторські приміщення, яка повинна бути взаємозв'язок між ними, тобто необхідно вирішити питання вибору структури управління. Під структурою управління розуміється сукупність частин автоматичної системи, на які вона може бути розділена за певною ознакою, а також шляхи передачі впливів між ними. Графічне зображення структури управління називається структурною схемою. Хоча початкові дані для вибору структури управління і її ієрархії з тим або іншим ступенем деталізації обумовлюються замовником при видачі завдання на проектування, повна структура управління повинна розроблятися проектною організацією.

В самому Загалом виглядіструктурна схема системи автоматизації представлена ​​на малюнку 9.1. Система автоматизації складається з об'єкта автоматизації і системи управління цим об'єктом. Завдяки певному взаємодії між об'єктом автоматизації та системою управління система автоматизації в цілому забезпечує необхідний результат функціонування об'єкта, що характеризується параметрами х 1 х 2 ... х n

Робота комплексного об'єкта автоматизації характеризується рядом допоміжних параметрів у 1, у 2, ..., y j, які також повинні контролюватися і регулюватися.

В процесі роботи на об'єкт надходять впливи f 1, f 2, ..., f i, викликають відхилення параметрів х 1, х 2, х n від їх необхідних значень. Інформація про поточні значення х 1, х 2, х n, y 1, y 2, yn надходить в систему управління і порівнюється з запропонованими їм значеннями gj, g 2, ..., gk, в результаті чого система управління виробляє керуючі впливи Е 1, E 2, ..., Е m для компенсації відхилень вихідних параметрів.

Рисунок 9.1 - Структурна схема системи автоматизації

Вибір структури управління об'єктом автоматизації має суттєвий вплив на ефективність його роботи, зниження відносної вартості системи управління, її надійності, ремонтоспособность і т.д.

У загальному випадку будь-яка система може бути представлена:

· Конструктивної структурою;

· Функціональною структурою;

· Алгоритмічної структурою.

У конструктивній структурі системи кожна її частина являє собою самостійне конструктивне ціле (рисунок 9.1).

У конструктивній схемі присутні:

· Об'єкт і система автоматизації;

· Інформаційні та керуючі потоки.

У алгоритмічної структурі кожна частина призначена для виконання певного алгоритму перетворення вхідного сигналу, що є частиною всього алгоритму функціонування системи.

Проектувальник розробляє алгоритмічну структурну схему (АСС) об'єкта автоматизації з диференціальних рівнянь або графічним характеристикам. Об'єкт автоматизації представляється у вигляді декількох ланок з різними передавальними функціями, з'єднаними між собою. В АСС окремі ланки можуть не мати фізичної цілісності, але з'єднання їх (схема в цілому) по статичним і динамічним властивостям, за алгоритмом функціонування повинно бути еквівалентно об'єкту автоматизації. На малюнку 9.2 дано приклад АСС АСУ.

Малюнок 9.2 - Алгоритмічна структурна схема, представлена ​​у вигляді простих ланок

У функціональній структурі кожна частина призначена для виконання певної функції.

У проектах автоматизації зображують конструктивні структурні схеми з елементами функціональних ознак. Повні відомості про функціональну структуру із зазначенням локальних контурів регулювання, каналів управління і технологічного контролю наводяться в функціональних схемах (лекція 10).

Структурна схема АСУ ТП розробляється на стадії "Проект" при двохстадійному проектуванні і відповідає складу системи. Як приклад на малюнку 9.3 приведена структурна схема управління сірчано-кислотним виробництвом.

Малюнок 9.3 - Фрагмент структурної схеми управління і контролю сірчано-кислотним виробництвом:

1 - лінія зв'язку з цехової хімічною лабораторією; 2 - лінія зв'язку з пунктами контролю та управління кислотним ділянкою; 3 - лінія зв'язку з пунктом контролю і управління III і IV технологічними лініями

На структурній схемі відображаються в загальному вигляді основні рішення проекту по функціональної, організаційної та технічної структурам АСУ ТП з дотриманням ієрархії системи і взаємозв'язків між пунктами контролю та управління, оперативним персоналом і технологічним об'єктом управління. Прийняті при виконанні структурної схеми принципи організації оперативного управління технологічним об'єктом, склад і позначення окремих елементів структурної схеми повинні зберігатися у всіх проектних документах на АСУ ТП.

Таблиця 9.1 - Функції АСУ ТП і їх умовні позначення на малюнку 9.3

На структурній схемі показують наступні елементи:

1. технологічні підрозділи (відділення, дільниці, цеху, виробництва);

2. пункти контролю і управління (місцеві щити, операторські та диспетчерські пункти, блочні щити і т.д.);

3. технологічний персонал (експлуатаційний) і додаткові спеціальні служби для забезпечення оперативне управління;

4. основні функції та технічні засоби, що забезпечують їх реалізацію в кожному пункті контролю і управління;

5. взаємозв'язок між підрозділами і з вищестоящою АСУ.

Функції АСУ ТП шифрують і на схемі позначають у вигляді чисел. Умовні позначення функцій АСУТП на малюнку 9.3 наведені в таблиці 9.1.

Структурна схема системи автоматизації виконується по вузлам і включає всі елементи системи від датчика до регулюючого органу із зазначенням місця розташування, показуючи їх взаємозв'язку між собою.

Для загального ознайомлення з системою призначена структурна схема (рис. 6.2). Структурна схема -це схема, яка визначає основні функціональні частини виробу, їх призначення і взаємозв'язки.

структура -це сукупність частин автоматизованої системи, на які вона може бути розділена за певною ознакою, а також шляхи передачі впливу між ними. У загальному випадку будь-яка система може бути представлена ​​наступними структурами:

• ? конструктивної -коли кожна частина системи являє собою самостійне конструктивне ціле;
• ? функціональної -коли кожна частина системи призначена для виконання певної функції (повні відомості про функціональну структуру із зазначенням контурів регулювання даються на схемі автоматизації);

Мал. 6.2.

? алгоритмічної -коли кожна частина системи призначена для виконання певного алгоритму перетворення вхідної величини, що є частиною алгоритму функціонування.

Треба відзначити, що для простих об'єктів автоматизації структурні схеми можуть не наводитися.

Вимоги до даних схем встановлює РТМ 252.40 «Автоматизовані системи управління технологічними процесами. Структурні схеми управління і контролю ». Згідно з цим документом конструктивні структурні схеми містять: технологічні підрозділи об'єкта автоматизації; пункти

контролю та управління, в тому числі не входять до складу розроблюваного проекту, але мають зв'язок з проектованої системою; технічний персонал і служби, що забезпечують оперативне управління і нормальне функціонування технологічного об'єкта; основні функції і технічні засоби, що забезпечують їх реалізацію в кожному пункті контролю і управління; взаємозв'язку між частинами об'єкта автоматизації.

Елементи структурної схеми зображують у вигляді прямокутників. Окремі функціональні служби і посадові особидопускається зображати гуртком. Усередині прямокутників розкривається структура даної ділянки. Функції автоматизованої системи управління технологічним процесом вказуються умовними позначеннями, розшифровка яких дається в таблиці над основним написом по ширині напису. Взаємозв'язок між елементами структурної схеми зображують суцільними лініями, злиття і розгалуження - лініями зі зламом. Товщина ліній наступна: умовних зображень - 0,5 мм, ліній зв'язку - 1 мм, інших - 0,2 ... 0,3 мм. Розміри елементів структурних схем не регламентуються і вибираються на розсуд.

У прикладі (рис. 6.2) наведено фрагмент виконання конструктивної схеми управління і контролю станції водоочистки. У нижній частині розкриті технологічні підрозділи об'єкта автоматизації; в прямокутниках середній частині - основні функції і технічні засоби пунктів місцевого управління агрегатами; у верхній частині - функції і технічні засоби пункту централізованого управління станцією. Оскільки схема займає кілька аркушів, позначені переходи ліній зв'язку па наступні листи і показаний обрив прямокутника, який розкриває структуру об'єкта автоматизації.

На лініях зв'язку між окремими елементами системи управління може бути позначений напрямок переданої інформації або керуючих впливів; при необхідності лінії зв'язку можуть бути позначені літерними позначеннями виду зв'язку, па- приклад: К - контроль, С - сигналізація, ДУ - дистанційне керування, АР - автоматичне регулювання, ДС - диспетчерський зв'язок, ПГС - виробнича телефонна (гучномовний) зв'язок і т.п.

У загальному вигляді структурна схема одноконтурною системи автоматичного управління представлена ​​на малюнку 1.1. Система автоматичного управління складається з об'єкта автоматизації і системи управління цим об'єктом. Завдяки певному взаємодії між об'єктом автоматизації та схемою управління система автоматизації в цілому забезпечує необхідний результат функціонування об'єкта, що характеризує його вихідними параметрами і характеристиками.

Всякий технологічний процес характеризується певними фізичними величинами (параметрами). Для раціонального ходу технологічного процесу деякі його параметри потрібно підтримувати постійними, а деякі змінювати за певним законом. При роботі об'єкта, керованого системою автоматизації, в основному ставиться завдання підтримки раціональних умов протікання технологічного процесу.

Розглянемо основні принципи побудови структур локальних автоматичних систем регулювання. При автоматичному регулюванні вирішуються, як правило, завдання трьох типів.

До першого типу завдань відноситься підтримання на заданому рівні одного або декількох технологічних параметрів. Автоматичні системи регулювання, вирішують завданнятакого типу, називають системами стабілізації. Прикладами систем стабілізації можуть служити системи регулювання температури і вологості повітря в установках кондиціонування повітря, тиску і температури перегрітої пари в котлоагрегатах, числа оборотів в парових і газових турбінах, електродвигунах і т.п ..

До другого типу задач відноситься підтримання відповідності між двома залежними або однієї залежної й іншими незалежними величинами. Системи, що регулюють співвідношення, отримали назву стежать автоматичних систем, наприклад автоматичні системи регулювання співвідношення «паливо - повітря» в процесі спалювання палива або співвідношення «витрата пара - витрата води» при харчуванні котлів водою і ін.

До третього типу завдань відноситься зміна регульованої величини в часі за певним законом. Системи, вирішальні цей тип завдань, називають системами програмного регулювання. Характерним прикладом такого типу систем є система управління температурним режимом при термічній обробціметалу.

В останні рокишироко застосовують екстремальні (пошукові) автоматичні системи, що забезпечують максимальний позитивний ефект функціонування технологічного об'єкта при мінімальних витратах сировини, енергії і т.п.

Сукупність технічних засобів, за допомогою яких одну або кілька регульованих величин без участі людини-оператора приводять у відповідність з їх постійними або змінюються за певним законом заданими значеннями шляхом вироблення впливу на регульовані величини в результаті порівняння їх дійсних значень із заданими, називають автоматичною системоюрегулювання (АСР) або автоматичною системою управління. З визначення випливає, що в загальному випадку до складу найпростішої АСР повинні входити такі елементи:

об'єкт управління (ОУ), що характеризується регульованою величиною х n. x (t);

вимірювальний пристрій (ВП), що вимірює регульовану величину і перетворює її в форму, зручну для подальшого перетворення або для дистанційної передачі;

задає пристрій (ЗУ), в якому встановлюється сигнал уставки, що визначає заданий значення або закон зміни регульованої величини;

порівнює пристрій (СУ), в якому дійсне значення регульованої величини х порівнюється запропонованим значенням g (t) і,

виявляється відхилення (g (t) - x (t));

регулюючий пристрій (РУ), що виробляє при надходженні на його вхід відхилення (ε) регулюючий вплив, яке необхідно подати на об'єкт регулювання, щоб усунути наявне відхилення регульованої величини х від запропонованого значення g (t);

виконавчий механізм (ІМ). На виході РУ регулюючий вплив має невелику потужність і, видається у формі, не придатною в загальному випадку для безпосереднього впливу на об'єкт регулювання. Потрібно або посилення регулюючого впливу, або перетворення в зручну форму х р. Для цього застосовують спеціальні виконавчі механізми, які є виконавчими вихідними пристроями регулюючого елемента;

регулюючий орган (РО). Виконавчі механізми не можуть безпосередньо впливати на регульовану величину. Тому об'єкти регулювання постачають спеціальними регулюючими органами РВ, через які ІМ впливає на регульовану величину;

лінії зв'язку, через які сигнали передаються від елемента до елементу в автоматичній системі.

Як приклад розглянемо укрупнену структурну схему автоматичного управління (рисунок 1.1). На схемі вихідні параметри-результат роботи керованого об'єкта, позначені х 1, х 2, ......... х n. Крім цих основних параметрів, робота об'єктів автоматизації характеризується рядом допоміжними параметрами (у 1, у 2, ...... .У n), які повинні контролюватися і регулюватися, наприклад, підтримуватися постійними.

Малюнок 1.1. Структурна схема автоматичного управління

В процесі роботи на об'єкт управління надходять впливи f1 .... fn, що викликають відхилення параметрів х1 ...... .хn від їх раціональних значень. Інформація про поточні значення х тек і у тек надходить в систему управління і порівнюється з їх запропонованими значеннями (уставками) g1 ...... gn, в результаті чого система управління надає управляючі дії Е1 ... ..Еn на об'єкт, спрямовані на компенсацію відхилень поточних вихідних параметрів від заданих значень.

За структурою системи автоматичного управління об'єктом автоматизації можуть бути в окремих випадках однорівневими централізованими, однорівневими децентралізованими і багаторівневими. При цьому однорівневими системами управління називають системи, в яких управління об'єктом здійснюється з одного пункту управління або з декількох самостійних. Однорівневі системи, в яких управління здійснюється з одного пункту управління, називають централізованими. Однорівневі системи, в яких окремі частини складного об'єкта управляються з самостійних пунктів управління, називають децентралізованими.

2.2 Функціонально - технологічні схеми автоматичного управління

Функціонально-технологічна схема - основний технічний документ, що визначає функціонально-блокову структуру приладів вузлів і елементів системи автоматичного управління, регулювання технологічного процесу (операцій) і контролю його параметрів, а також оснащення об'єкта управління приладами і засобами автоматизації. Також схеми часто називають просто схемами автоматизації. Склад і правила виконання диктуються вимогами стандартів (див. Гл.1).

Функціонально-технологічну схему автоматизації виконують на одному кресленні, на якому умовними позначеннями зображені технологічне обладнання, транспортні лінії і трубопроводи, контрольно-вимірювальні прилади і засоби автоматизації із зазначенням зв'язків між ними. Допоміжні пристрої (джерела живлення, реле, автомати, вимикачі, запобіжники і т.п.) на схемах не показують.

Функціональні схеми автоматизації пов'язані з технологією виробництва та технологічним обладнанням, тому на схемі показують розміщення технологічного обладнанняспрощено, без дотримання масштабу, але з урахуванням дійсної конфігурації.

Крім технологічного обладнання на функціональних схемах автоматизації відповідно до стандартів спрощено (двохлінійні) і умовно (однолінійне) зображують транспортні лінії різного призначення.

Як побудова так і вивчення схем технічної документації треба вести в певній послідовності.

Параметри технологічного процесу, які підлягають автоматичному контролю і регулювання;

Функціональну структуру управління;

Контури регулювання;

Наявність захисту і аварійної сигналізації і прийняту блокування механізмів;

Організацію пунктів контролю і управління;

Технічні засоби автоматизації, за допомогою яких вирішуються функції контролю, сигналізації, автоматичного регулювання та керування.

Для цього, необхідно знати принципи побудови систем автоматичного управління технологічного контролю і умовні зображення технологічного обладнання, трубопроводів, приладів і засобів автоматизації, функціональних зв'язків між окремими приладами і засобами автоматизації і мати уявлення про характер технологічного процесу та взаємодії окремих установок і агрегатів технологічного обладнання.

На функціональній схемі лінії комунікації і трубопроводи частіше показують в однолінійному зображенні. Позначення середовища, що може бути як цифровим, так і буквено-цифровим. (Наприклад: 1.1 або В1). Перша цифра або буква вказує вид середовища, що транспортується, а подальша цифра - її призначення. Цифрові або буквено-цифрові позначення представляють на полицях ліній-виносок або над транспортною лінією (трубопроводу), а в необхідних випадках - в розривах транспортної ліній (при цьому прийняті позначення пояснюють на кресленнях або в текстових документах (табл 1.1.). На технологічних об'єктах показують ту регулюючу та запірну арматуру, технологічні апарати, які безпосередньо беруть участь в контролі і управлінні процесом, а також добірні (датчики), запірні і регулюючі органи, необхідні для визначення відносного розташування місць відбору (місць установки датчиків), також вимірювання або контролю параметрів (див. табл.1.2).

Комплектні пристрої (машини централізованого контролю, керуючі машини, Полукомплект телемеханіки і т.п.) позначають прямокутником довільних розмірів з зазначенням всередині прямокутника типу пристрою (по документації заводу - виробника).

В окремих випадкахдеякі елементи технологічного обладнання також зображують на схемах у вигляді прямокутників із зазначенням найменування цих елементів. При цьому близько датчиків, добірних, прийомних та інших, подібних за призначенням пристроїв вказують найменування того технологічного обладнання, до якого вони належать.

Таблиця 1.1. Позначення транспортних ліній трубопроводів по ГОСТ 14.202 - 69

Таблиця 1.2. Умовні позначення технологічної арматури

Найменування	Позначення по ГОСТ 14.202 - 69
Вентиль запірний прохідний (засувка)
Вентиль з електричним приводом
вентиль триходовий
клапан запобіжний
Затвор поворотний (заслінка, шибер)
Привід виконавчий мембранний
Таблиця 1.3. Вихідні електричні комутуючі елементи
Найменування	Позначення по ГОСТ 2.755 - 87
Контакт для комутації потужнострумової ланцюга (контакт контактора)
Контакт замикає
Контакт розмикаючими

Для полегшення читання схем на трубопроводах та інших транспортних лініях проставляють стрілки, що вказують напрямок руху речовини.

У функціонально-технологічною схемою, а також у зображення трубопроводу, по якому речовина йде з даної системи, робиться відповідний напис, наприклад: «З цеху абсорбції», «Від насосів», «В схему полімеризації».

Малюнок 1.2. Зображення датчиків і добірних пристроїв (фрагмент)

Умовні графічні позначення засобів автоматизації наведені в таблицях 1.2., 1.3., 1.4 .. Умовні графічні позначення електроапаратури, що застосовуються в функціональних схемах автоматизації, слід зображати відповідно до стандартів (табл. 1.3.). При відсутності стандартних умовних позначень будь - яких автоматичних пристроїв слід прийняти свої позначення і пояснити їх написом на схемі. Товщина ліній цих позначень повинна бути 0,5 - 0,6 мм, крім горизонтальної розділової лінії в умовному зображенні приладу, що встановлюється на щиті, товщина, якої 0,2 - 0,3 мм.

Добірне пристрій для всіх постійно підключених приладів не має спеціального позначення, а являє собою тонку суцільну лінію, що сполучає технологічний трубопровід або апарат з приладом (рис. 1.2. Прибори 2 і 3а). При необхідності вказівки точного місця розташування пристрою або точки вимірювання (всередині графічного зображення технологічного апарату) в кінці жирно зображують коло діаметром 2 мм (рис. 1.2 прибори 1 і 4а).

Таблиця 2.4. Умовні графічні позначення засобів автоматизації та приладів

Найменування	Умовне позначення по ГОСТ 21.404 - 85
Первинний вимірювальний перетворювач (датчик) або прилад, який встановлюється за місцем (на технологічній лінії, апараті, стіни, підлоги, колони, металоконструкції). базове Допустиме
Прилад, що встановлюється на щиті, пульті Базове Допустиме
Добірне пристрій без постійного підключення приладу
Виконуючий механізм
вимикач шляховий
Дзвінок електричний, сирена, гудок
Електронагрівач: а) опору, в) індукційний
прилад реєструючий
Лампа розжарювання, газорозрядна (сигнальна)
Машина електрична трифазна (М - двигун, G - генератор)
Машина електрична постійного струму (двигун М, генератор G)

Для отримання повного (вільно читається) позначення приладу або іншого засобу автоматизації в його умовно-графічне зображення у вигляді кола або овалу вписують буквене умовне позначення, яке і визначає призначення, виконувані функції, характеристики та параметри роботи. При цьому місце розташування літери визначає її значення. Таким чином, букви, наведені в таблиці 1.5 - це основні параметри і функції, а букви, наведені в таблиці 1.6 - уточнюють функцію, параметр.

Таблиця 1.5. Позначення основних параметрів, що вимірюються в схемах автоматизації

Для позначення ручного управління використовують букву H. Для позначення величин, не передбачених стандартом, можуть бути використані резервні літери: A, B, C, I, N, O, Y, Z (буква X - не рекомендується). Використані резервні літери повинні бути розшифровані написом на вільному полі схеми.

Нижче наведені позначення уточнюючих значень вимірюваних величин.

Таблиця 1.6. Додаткові літерні позначення

Букву, що служить для уточнення вимірюваної величини, ставлять після букви, що позначає вимірювану величину, наприклад P, D, - різниця (перепад) тиску.

Функції, що виконуються приладами по відображенню інформації, позначають латинськими буквами (див. Таблицю 2.7).

Таблиця 1.7. Літерні позначення функції

Додатково можуть бути використані позначення буквами E, G, V.

Всі перераховані буквені позначення проставляють у верхній частині кола, що позначає прилад (пристрій).

Якщо для позначення одного приладу використовується кілька букв, то порядок їх розташування після першої, що позначає вимірювану величину, повинен бути, наприклад: TIR - прилад вимірювання та реєстрації температури, PR - прилад для реєстрації тиску.

При позначенні пристроїв, виконаних у вигляді окремих блоків і призначених для ручних операції, на першому місці ставлять букву H.

Для прикладу на рис. 1.2 приведена схема автоматизації з використанням реєструючих приладів для температури і перепаду тисків, де для формування умовного позначення приладу (комплекту), у верхній частині кола вказують функціональне призначення, а в нижній частині кола мають у своєму розпорядженні позиційне позначення його (буквено - цифрове або цифрове - 1, 2, 4а, 4б, 3а, 3б). Таким чином, всі елементи одного комплекту, тобто однієї функціональної групи приладів (первинний, проміжний і передає вимірювальні перетворювачі, вимірювальний прилад, який регулює прилад, виконавчий механізм, регулюючий орган), позначають однією і тією ж цифрою. При цьому цифру 1 привласнюють першому (зліва) комплекту, цифру 2 - другого і т.д.

Щоб розрізнити елементи одного комплекту, поруч з цифрою поміщають буквений індекс (букви З і О, накреслення яких схоже на зображення цифр, застосовувати не рекомендується): у первинного перетворювача (чутливого елемента) - індекс «а», у передавального перетворювача - «б» , у вимірювального приладу - «в», і т.д. Таким чином, для одного комплекту повне позначення первинного вимірювального перетворювача буде 1а, передає вимірювального перетворювача 1б, вимірювального (вторинного) приладу 1в, і т.д. при цьому висота цифри дорівнює 3,5 мм, висота літери 2,5 мм.

Відповідно до вимог до функціонування тепличного господарстваз конвекційним теплообміном і системою зрошення схему автоматизації технологічного процесу вирощування сільгосппродукції в блокових стаціонарних теплицях можна представити у вигляді функціональної схеми автоматизації представленої на рис. 3.1.

На схемі автоматизації (див. Рис. 3.1) прийняті наступні позначення:

• 1 - Повітряна заслонка припливної вентиляції з електроприводом;
• 2 - Циркуляційний вентилятор;
• 3 - ТЕН;
• 4 - Повітряна заслонка витяжної вентиляції з електроприводом;
• 5 - Електромагнітний клапан контуру зрошення;
• 6 - Форсунки системи зрошення (поливу);
• 7 - Датчик відкривання дверей (або вікон);
• 8, 9 - Датчик вологості грунту;
• 10 - Вимірювач вологості і температури повітря.

На підставі розробленої схеми автоматизації архітектуру системи управління доцільно проектувати за трирівневою схемою. На першому (нижньому) рівні забезпечується збір технологічної інформації з вимірювальних перетворювачів і управління встановленими за місцем виконавчими механізмами і релейного автоматикою. Сигнали з вимірювальних перетворювачів температури і вологості обробляються програмованим логічним контролером (ПЛК).

На підставі розробленої схеми автоматизації архітектуру системи управління доцільно проектувати за трирівневою схемою. На першому (нижньому) рівні забезпечується збір технологічної інформації з вимірювальних перетворювачів і управління встановленими за місцем виконавчими механізмами і релейного автоматикою. Сигнали з вимірювальних перетворювачів температури і вологості обробляються ПЛК. За заданим алгоритмом управління режимом мікроклімату формує керуючі сигнали на виконавчі механізми контурів управління. Другий рівень забезпечує програмне керування по заданому технологічному процесу вирощування сільськогосподарської культури з поста оператора. Програмна система автоматично перевіряє і контролює температуру, рівень вологості в камері і на поверхні грунту за допомогою сенсорів і клапана нагрівального трубопроводу, а також системи зволоження. До обладнання даного рівня відноситься пульт управління і ПЛК, встановлені в пультової. Промисловий комп'ютер об'єднаний мережею Profibus DP з розподіленим обладнанням і підключений до локального сегменту тепличного господарства по мережі Ethernet на третьому рівні.

На третьому (верхньому) рівні здійснюється централізована обробка інформації про технологічний процес на підприємства по мережі Ethernet. Обробка інформації включає контроль за ходом технологічного процесу, витратою теплоносія, протоколювання, архівування та оперативний контроль.

Структурна схема автоматизованої системи управління технологічним процесом регулювання кліматом всередині тепличної середовища зображена на рис. 3.2.

Малюнок 3.1 Автоматизовані системи управління мікрокліматом теплиці

Рисунок 3.2 - Структурна схема АСУ МКТ

Розвиток АСУ ТП на сучасному етапі пов'язане з широким використанням для управління мікропроцесорів і мікроЕОМ, вартість яких з кожним роком стає все нижчою в порівнянні з загальними витратами на створення систем управління. До появи мікропроцесорів еволюція систем управління технологічними процесами супроводжувалася збільшенням ступеня централізації. Однак можливості централізованих систем тепер уже виявляються обмеженими і не відповідають сучасним вимогам по надійності, гнучкості, вартості систем зв'язку і програмного забезпечення.

Перехід від централізованих систем управління до децентралізованих викликаний також зростанням потужності окремих технологічних агрегатів, їх ускладненням, підвищенням вимог по швидкодії і точності до їхньої роботи. Централізація систем управління економічно виправдана при порівняно невеликій інформаційній потужності (число каналів контролю і регулювання) ТОУ і його територіальної зосередженості. При великому числі каналів контролю, регулювання та управління, великій довжині ліній зв'язку в АСУ ТП децентралізація структури системи управління стає принциповим методом підвищення живучості АСУ ТП, зниження вартості і експлуатаційних витрат.

Найбільш перспективним напрямком децентралізації АСУ ТП слід визнати автоматизоване управлінняпроцесами з розподіленою архітектурою, що базується на функціонально-цільової та топологічної децентралізації об'єкта управління.

Функціонально-цільова децентралізація- це поділ складного процесу або системи на менші частини - підпроцеси або підсистеми за функціональною ознакою (наприклад, переділи технологічного процесу, режими роботи агрегатів і т. Д.), Що мають свої власні цілі функціонування.

топологічна децентралізаціяозначає можливість територіального (просторового) поділу процесу на функціонально-цільові підпроцеси. При оптимальної топологічної децентралізації число підсистем розподіленої АСУ ТП вибирається так, щоб мінімізувати сумарну довжину ліній зв'язку, що утворюють разом з локальними підсистемами управління мережеву структуру.

Технічною основою сучасних розподілених систем управління, що обумовило можливість реалізації таких систем, є мікропроцесори і мікропроцесорні системи.

Мікропроцесорна система виконує функції збору даних, регулювання та управління, візуалізації всієї інформації бази даних, зміни уставок, параметрів алгоритмів і самих алгоритмів, оптимізації і т.д. Використання мікропроцесорів (в тому числі мікро-ЕОМ) для вирішення перерахованих завдань дає можливість досягти наступних цілей:

а) замінити аналогові технічні засоби на цифрові там, де перехід до цифрових засобів підвищує точність, розширює функціональні можливості і збільшує гнучкість систем управління;

б) замінити технічні засоби з жорсткою логікою на програмовані (з можливістю зміни програми) пристрої, або мікроконтролери;

в) замінити одну міні-ЕОМ системою з декількох мікроЕОМ, коли необхідно забезпечити децентралізоване управління виробництвом або технологічним процесом з підвищеною надійністю і живучістю або коли можливості міні-ЕОМ повністю не використовуються.

Мікропроцесорні системи можуть виконувати в підсистемах розподіленої АСУ ТП всі типові функції контролю, вимірювання, регулювання, управління, подання інформації оператору.

У розподілених АСУ ТП прийняті в основному три топологічні структури взаємодії підсистем: зіркоподібна (радіальна); кільцева (петлевая); шинна (магістральна) або їх комбінації. Організація зв'язку з датчиками і виконавчими пристроями носить індивідуальний і переважно радіальний характер.

На рис.3.5 зображені варіанти топологій розподілених АСУ ТП.

Малюнок 3.5 - Типові структури розподілених АСУ ТП:

а - радіальна, б - магістральна, в - кільцева

Радіальна структура взаємодії підсистем (рис.3.5, а) відображає традиційно застосовувався спосіб з'єднання пристроїв з виділеними лініями зв'язку і характеризується такими особливостями:

а) існують окремі, не пов'язані між собою лінії, що поєднують центральну підсистему (ЦП) з локальними системами автоматики ЛА i;

б) технічно просто реалізуються пристрою сполучення УС 1 -УС m локальної автоматики. Центральний пристрій зв'язку УСЦ являє собою набір модулів типу УС i за кількістю ліній або досить складний пристрій мультиплексування каналів передачі інформації;

в) забезпечуються максимальні швидкості обміну по окремих лініях при досить високій продуктивності обчислювальних пристроїв на рівні ЦП;

г) надійність підсистеми зв'язку в значній мірі залежить від надійності і живучості технічних засобів ЦП. Вихід з ладу ЦП практично руйнує підсистему обміну, так як всі потоки інформації замикаються через верхній рівень.

Розподілена система з радіальної структурою є дворівневою системою, де на нижньому рівні в підсистемах реалізуються необхідні функції контролю, регулювання, управління, а на другому - в ЦП координує мікроЕОМ (або міні-ЕОМ) крім координації роботи мікроЕОМ-сателітів здійснює оптимізацію завдань управління ТОУ, розподіл енергії, управляє технологічним процесом в цілому, обчислює техніко-економічні показники і т.п. Вся база даних в розподіленої системі з радіальної структурою повинна бути доступною координуючої мікроЕОМ для прикладних програм управління на верхньому рівні. Внаслідок цього координує мікроЕОМ працює в режимі реального часу і повинна управлятися за допомогою мов високого рівня.

На рис.3.5 (б, в) зображені кільцева і шинна топології взаємодії рівнів. Ці структури мають ряд переваг в порівнянні з радіальної:

а) працездатність підсистеми зв'язку, що включає в себе канал і пристрої зв'язку, не залежить від справності технічних засобів на рівнях автоматизації;

б) є ​​можливості підключення додаткових пристроїв і контролю всієї підсистеми за допомогою спеціальних засобів;

в) необхідні значно менші витрати кабельної продукції.

За рахунок обміну інформацією між ЛА i через канал зв'язку і УС ( «кожен з кожним») з'являється додаткова можливість динамічного перерозподілу функцій координації спільної роботи підсистем ЛА по нижнім рівнями в разі виходу з ладу ЦП. Шинна (в меншій мірі кільцева) структура забезпечує широкомовний режим обміну між підсистемами, що є важливою перевагою при реалізації групових команд управління. Разом з тим шинна і кільцева архітектура пред'являє вже значно вищі вимоги до «інтелекту» пристроїв сполучення, а отже, підвищені одноразові витрати на реалізацію базової мережі.

Порівнюючи кільцеву і шинну топологію підсистеми зв'язку, слід зазначити, що організація кільцевої структури менш дорога, ніж шинна. Однак надійність всієї підсистеми з кільцевої системою зв'язку визначається надійністю кожного пристрою сполучення і кожного відрізка ліній зв'язку. Для підвищення живучості необхідне застосування подвійних кілець або додаткових ліній зв'язку з обхідними шляхами. Працездатність фізичного каналу передачі для шинної архітектури з трансформаторної розв'язкою не залежить від справності пристроїв сполучення, однак, як і для кільця, вихід з ладу будь-якого пристрою сполучення в найгіршому випадку призводить до повністю автономної роботиякий відмовив вузла підсистеми, т. е. до втрати функції управління від рівня ЦП автоматикою відмовив вузла.

Явним методом підвищення живучості всієї системи автоматики в разі відмови пристроїв узгодження в підсистемі зв'язку є дублювання пристроїв узгодження в вузлах підсистеми. У кільцевій структурі такий підхід вже мається на увазі при організації подвійних кілець і обхідних шляхів. Якщо надійність безперервного фізичного каналу для нижньої топології не викликає сумнівів, то можливо дублювання тільки пристроїв сполучення без застосування резервного магістрального кабелю.

Більш дешевим способом підвищення надійності підсистеми зв'язку є використання комбінованих структур, що поєднують в собі переваги радіальних і кільцевих (магістральних) топологій. Для кільця число радіальних зв'язків може бути обмежена двома-трьома лініями, реалізація яких дає просте і недороге рішення.

Оцінка таких показників розподілених АСУ ТП, як економічні(Витрати на кабельну продукцію, трасування кабелю, на розробку або придбання мережевих засобів, в тому числі пристрої зв'язку і т. П.), функціональні(Використання групових операцій передачі, інтенсивність обміну, можливість обміну «кожен з кожним»), а також показники уніфікації та можливості еволюціїмережі (можливість простого включення додаткових вузлів-абонентів, тенденції до застосування в АСУ ТП) і показники надійності мережі(Відмова каналу зв'язку і пристроїв зв'язку або сполучення), дозволяє зробити наступні висновки:

а) найбільш перспективною в сенсі розвитку і використання є магістральна організація підсистеми зв'язку;

б) функціональні можливості магістральної топології не поступаються можливостям кільцевої і радіальної;

в) надежностние показники магістральної структури досить задовільні;

г) магістральна топологія розподіленої АСУ ТП вимагає великих одноразових витрат на створення і впровадження каналу зв'язку і пристроїв сполучення.

Багато в чому завдяки цим особливостям магістральної структури і модульної організації апаратних і програмних засобів в сучасних АСУ ТП магістральної-модульний принциппобудови технічного забезпеченнязнайшов переважне поширення.

Застосування мікропроцесорів і мікроЕОМ дозволяє ефективно і економно реалізувати принцип функціональної і топологічної децентралізації АСУ ТП. Тим самим можна значно підвищити надійність і живучість системи, скоротити дорогі лінії зв'язку, забезпечити гнучкість функціонування і розширити сферу застосування в народному господарстві комплексів технічних засобів, основним елементом яких є мікроЕОМ або мікропроцесор. У таких розподілених системах управління велике значення набуває стандартизація інтерфейсів, Тобто встановлення і застосування єдиних норм, вимог і правил, що гарантують інформаційне об'єднання технічних засобів в типових структурах АСУ ТП.