Общие вопросы автоматизации технологических процессов
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 7
1.1 Общие вопросы автоматизации технологических процессов 7
1.2 Основы автоматизации типовых технологических процессов 22
1.3 Локальные системы автоматизации 41
1.3.2 Выбор типа регулятора 48
1.3.3 Метод РЧХ 52
1.3.4 Метод незатухающих колебаний 55
1.3.5 Определение настроек регулятора по эмпирическим формулам 56
1.4 Расчет настроек регуляторов в многоконтурных АСР 56
1.4.1Комбинированные многоконтурные АСР 57
1.4.2 Каскадные АСР 61
1.4.3 АСР с дополнительным импульсом по производству с промежуточной точки 65
1.4.4 Взаимосвязанные системы регулирования 66
1.5 Системы двухпозиционного регулирования 69
1.6 Типовые схемы автоматизации 73
1.7 Схемы автоматизации типовых технологических процессов 91
1.8 Элементы электропривода в системах автоматизации 110
2.1 Системный подход к управлению сложными системами 122
2.2 Распределенные системы управления 140
2.3 Алгоритмы оптимального управления 159
2.4 Моделирование объектов и систем 181
2.4.1 Расчет и моделирование одноконтурной АСР с помощью программы MATLAB (пакет SIMULINK) 203
2.4.2 Расчет и моделирование комбинированной АСР с помощью MATLAB (пакет SIMULINK) 211
2.4.3 Расчет и моделирование каскадной АСР с помощью программы MATLAB (пакет SIMULINK) 213
ГЛАВА 3 ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 216
3.1 Схемы автоматизации периодических и дискретных процессов 216
3.2Методы описания задач дискретного логического управления 218
3.3 Структура цифровых систем управления 225
3.4 Анализ переходных процессов в цифровых ЛСУ. 246
ГЛАВА 4. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ 250
4.1 Технологическая информация в системах управления 250
4.2 Технические средства сбора и передачи информации 263
4.3 Технические средства использования командной информации 282
ГЛАВА 5 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 297
5.1 Опыт разработки, внедрения и эксплуатации АСУ ТП 297
5.2 АСУТП: структура, функции, информационное обеспечение 317
5.3 Технические средства АСУТП. SCADA-системы 348
5.4 Промышленные сети для поддержки АСУ 378
5.4.1 Семейство PROFIBUS 380
5.4.2 Основные характеристики PROFIBUS-FMS и PROFIBUS-DP 381
5.4.3 Сервисные функции FMS 389
5.4.4 Преимущества Ethernet-технологий 392
5.5 Система управления технологическими объектами 399
Список литературы 432
ВВЕДЕНИЕ
Задачи автоматизации всегда связаны с управлением отдельными объектами или устройствами объекта управления. А поскольку различных видов процессов много, то разработка для каждого случая управления процессом отдельной системы управления или автоматизации не только усложнит сам процесс разработки, но и приведет к появлению большого числа разнообразных систем автоматизации и управления. Выходом является разделение сложных процессов на составляющие и их унификация. В таком случае появляется возможность разработки типовых унифицированных средств и систем управления.
Поэтому таким важным вопросом является изучение типовых технологических процессов, их составляющих и способов автоматического или автоматизированного управления ими.
В теоретическом курсе рассмотрены вопросы классификации объектов управления, получения, хранения, передачи и обработки технологической и управляющей информации, технического и информационного обеспечения различных видов систем управления.
Практические работы направлены на изучение состава технических средств, обеспечивающих управление различными типовыми объектами с использованием современных технических средств управления.
Основной задачей выполнения практических работ является получение обучающимися навыков практической работы с современным цифровым оборудованием систем управления.
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
1.1 Общие вопросы автоматизации технологических процессов
Задачи автоматизации всегда связаны с управлением отдельными объектами или устройствами объекта управления. А поскольку различных видов процессов много, то разработка для каждого случая управления процессом отдельной системы управления или автоматизации не только усложнит сам процесс разработки, но и приведет к появлению большого числа разнообразных систем автоматизации и управления. Выходом является разделение сложных процессов на составляющие и их унификация. В таком случае появляется возможность разработки типовых унифицированных средств и систем управления.
Поэтому таким важным вопросом является изучение типовых технологических процессов, их составляющих и способов автоматического или автоматизированного управления ими. Рассмотрим основные определения, характеризующие технологический процесс и его составляющие.
Процесс - это последовательная смена состояний какого-либо объекта или системы, в ходе которой происходит изменение, перемещение или запас материи, энергии и информации. Примеры объектов: промышленное производство, система климата в помещении, получение химического продукта, транспортные системы, выработка и распределение электроэнергии, обработка информации и т.д.
Информация является неотъемлемой составляющей процесса, так как позволяет лучше использовать материалы и энергию, организовать ход процесса. В ходе процесса надо знать значения параметров, по которым оценивается правильность хода процесса, собирать информацию об исходных материалах и конечном продукте, организационных процедурах, обеспечить чёткий документооборот и др.
Промышленное производство- это сложный процесс превращения сырья, материалов, полуфабрикатов и других предметов труда в готовую продукцию, удовлетворяющую потребностям человека с использованием специального оборудования, энергии и обработкой информации, которая обеспечивает правильную организацию хода и осуществление процесса (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Модель производственного процесса
Технологический процесс - это последовательность операций, которые необходимо выполнить, чтобы из исходного сырья получить готовый продукт. Является частью производственного процесса, который может иметь несколько различных технологических процессов.
Пример технологического процесса показан на рисунке 1.1.
Технологический процесс составляет основу любого производственного процесса, является важнейшей его частью, связанной с переработкой сырья и превращением его в готовую продукцию. Технологический процесс включает в себя ряд стадий (стадия - по-гречески ступень). Итоговая скорость процесса зависит от скорости каждой стадии. В свою очередь, стадии расчленяются на операции. Операция - это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством предмета труда, орудий труда и характером воздействия на предмет труда.
Практически любой конкретный технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных технологических процессов. В соответствии с этим технологическая операция может служить элементарным технологическим процессом. Элементарный технологический процесс - это простейший процесс, дальнейшее упрощение которого приводит к потере характерных признаков технологического процесса. Поэтому наиболее наглядную структуру технологического процесса можно представить на примере простой операции, обладающей одним рабочим ходом и комплексом вспомогательных ходов и переходов, обеспечивающих ее протекание.
Операция - это часть технологического процесса, выполняемая в определенной фазе процесса и состоящая из ряда действий над каждым предметом труда или группой совместно обрабатываемых предметов.
Операции различаются также в зависимости от применяемых средств труда:
- ручные, выполняемые без применения машин, механизмов и механизированного инструмента;
- машинно-ручные - выполняются с помощью машин или ручного инструмента при непрерывном участии рабочего;
- машинные - выполняемые на станках, установках, агрегатах при ограниченном участии рабочего (например, установка, закрепление, пуск и остановка станка, раскрепление и снятие детали). Остальное выполняет станок;
- автоматизированные - выполняются на автоматизированном оборудовании или автоматических линиях.
Производственный процесс- это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Структура производственных процессов
Производственный процесс состоит из следующих составляющих процессов:
- основные- это технологические процессы, в ходе которых происходят изменения геометрических форм, размеров и физико-химических свойств продукции;
- вспомогательные- это процессы, которые обеспечивают бесперебойное протекание основных процессов (изготовление и ремонт инструментов и оснастки; ремонт оборудования; обеспечение всеми видами энергий (электроэнергией, теплом, паром, водой, сжатым воздухом и т.д.);
- обслуживающие- это процессы, связанные с обслуживанием как основных, так и вспомогательных процессов и не создающие продукцию (хранение, транспортировка, тех. контроль и т.д.);
- информационные- это процессы связанные с информационным обеспечением производственного процесса(учет расхода материалов, энергии, материальных средств, готовой продукции, информация о ходе протекания процесса, износа, ремонта и замены оборудования, учет рыночной конъюнктуры, необходимой рабочей силы и т.д. ).
По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные. Рассмотрим что представляют из себя виды производств с позиции автоматизации.
Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия, катализаторы, управляющие воздействия. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти.
Непрерывное производство- это совокупность непрерывных технологических процессов, организованных в виде производственной линии, участка, цеха или предприятия в целом. К этому типу производства относятся металлургия, химические процессы, изготовление бумаги и пленок, нефтепереработка и т.д. Также процессы непрерывного обслуживания населения (электростанции, отопление, системы непрерывной очистки, и пр.).
На рисунке 1.3 показан пример непрерывного производства стального листа.
Рисунок 1.3 - Схема непрерывного производства стального листа
Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла в доменной печи.
Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий и т.п.
Дискретное производство - это такой тип производства, в котором исходный материал (сырье) при переработке в конечный продукт, проходит через конечное число технологических и сборочных операций.
Обычно начало и окончание операций определяется сигналами двухпозиционных датчиков. Дискретный тип производства преобладает в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок, в фармацевтике и пр.
На рисунке 1.4 показан пример дискретного производства.
Рисунок 1.4 - Участок по сортировке и формированию партий комплектующих изделий
Автоматизированная система, показанная на рисунке 1.4, обеспечивает контроль, сортировку, учет, формированиe отгрузочных партий и создание базы данных комплектующих изделий, поступающих на предприятие с помощью RFID меток. Radio Frequency IDentification (RFID) - радиочастотная идентификация - способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах (transmitter-responde - передатчик-ответчик), т.е. RFID -метках.
Большинство технологических процессов требуют четкого управления ими. В общем случае, необходимость управления технологическими процессами диктуется следующими факторами:
- необходимостью поддержания состава и количества входных компонентов на заданном уровне для обеспечения необходимого качества готового продукта;
- необходимостью непрерывного изменения (подстройкой) параметров технологического процесса, что связано с постоянным износом орудий труда и переменным составом сырья;
- пуск и остановка некоторых технологических процессов требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.
Основные производства и составляющие их технологические процессы обычно рассматриваются с позиций их автоматизации как объекты управления (ТОУ - технологические объекты управления).
Определение ТОУ формулируется следующим образом: ТОУ - это совокупность совместно функционирующих технологического оборудования и реализованного на нем технологического процесса.
К ТОУ относят как отдельные технологические агрегаты и установки, реализующие локальный технологический процесс, так и целые производства (участки, цехи). Существуют супер - ТОУ - установки, включающие сотни технологических аппаратов (на нефтеперерабатывающих заводах).
К ТОУ предъявляются следующие требования:
- оборудование ТОУ должно быть полностью механизировано и должно безотказно работать в межремонтный период;
- ТОУ должен быть управляем, т.е. разделен на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них изменением материальных и энергетических потоков;
- ТОУ должен предоставлять возможность воздействия на характеристики оборудования;
- в ТОУ должна быть возможность доступа обслуживающего персонала к местам установки датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих органов;
- число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму, что возможно в результате установки: ресиверов; емкостей с мешалками; теплообменников, уменьшающих амплитуду и частоту изменения таких параметров, как давление, состав, температура.
Объектами автоматизации могут быть:
- производственные процессы;
- процессы проектирования;
- процессы организации, планирования и управления;
- научные исследования;
- бизнес-процессы и многое другое.
Рассмотрим некоторые существующие определения автоматизации.
Автоматизация - это закономерный процесс развития общественного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства на предприятии представляет собой самостоятельную комплексную проблему.
Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций.
Автоматизация требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека.
Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе.
Задачи автоматизации:
- увеличение производительности и оптимизации загрузки оборудования;
- повышение качества продукции за счет точного соблюдения технологических процессов;
- обеспечение безопасности и улучшение условий труда;
- увеличение коэффициента использования материала;
- сокращения потребности в рабочей силе и систематическом повышении прибыли.
Для осуществления этих задач требуются современные оборудование и программное обеспечение, а также высококвалифицированные специалисты.
Цели автоматизации:
- повышение производительности труда;
- улучшение качества продукции;
- оптимизация управления;
- устранение человека от производств, опасных для здоровья.
Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи, поэтому решения стоящих перед автоматизацией задач обычно называются системами, например:
- система автоматического управления (регулирования) (САУ или АСР));
- система автоматизации проектных работ (САПР);
- автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) и др.
Автоматизация технологического процесса - совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Как правило, в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП. Основа автоматизации технологических процессов - это перераспределение потоков вещества и энергии в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности). Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:
- улучшение качества регулирования;
- повышение коэффициента готовности оборудования;
- улучшение эргономики труда операторов процесса;
- хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.
Решение задач автоматизации технологического процесса осуществляется при помощи:
- внедрения современных методов автоматизации;
- внедрения современных средств автоматизации.
Автоматизация технологических процессов в рамках одного производственного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием. В связи с различностью подходов различают автоматизацию следующих технологических процессов:
- автоматизация непрерывных технологических процессов (Process Automation);
- автоматизация дискретных технологических процессов (Factory Automation);
- автоматизация гибридных технологических процессов (Hybrid Automation) и др.
Частичная (начальная) автоматизация - обеспечивает автоматизацию рабочего цикла машин или использование автомата в автономном режиме, автоматизируется работа отдельных машин и механизмов (в первую очередь автоматизируются основные технологические операции).
Комплексная автоматизация- это уровень автоматизации производства, при кoтoром весь комплекс операций производственного процесса, включая транспортирование и контроль продукции, осуществляется системой автоматических машин и технологических агрегатов по заранее заданным программам и режимам с помощью различных автоматических устройств, объединённых общей системой управления. Это может быть единый взаимосвязанный комплекс (участок, цех, завод, комбинат, электростанция, птицефабрика и т. п.), в котором предусмотрена комплексная автоматизация операций производственного процесса.
Полная автоматизация - это высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Широко используются компьютерно - интегрированные автоматизированные системы, такие как CIM-Computer Integrated Manufacturing, TIA- Totally Integrated Automation, позволяющие унифицировать получение, передачу, использование информации о производстве на всех уровнях с целью получения максимальных эффективности производства.
Создаются автоматические участки, цеха, заводы с широким использованием микропроцессорной техники и компьютеров, которые объединены информационными сетями.
С позиций автоматизации важны такие характеристики ТОУ, как:
- временной режим функционирования;
- степень важности в производстве;
- информационная емкость;
- характер параметров управления;
- по типу технологического процесса.
По параметру временной режим функционирования ТОУ делятся на:
- ТОУ периодического действия - ТОУ, в которых аппараты (ТО) работают в циклическом режиме, а технологические процессы (ТП) представляют собой последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность;
- ТОУ непрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты работают непрерывно, на вход аппарата непрерывно подаются исходные реагенты, на выходе аппарата непрерывно отводятся выходные продукты а технологический процесс ведется в установившемся режиме;
- ТОУ полунепрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты функционируют непрерывно только в пределах интервала времени, необходимого для переработки конечной порции сырья или промежуточного продукта;
По степени важности ТОУ в производстве ТОУ делятся на:
- основные ТОУ - ТОУ для реализации основных технологических процессов производства, к которым относят процессы и оборудование для реализации стадий подготовки сырья, химического синтеза, разделения и очистки целевых продуктов;
- вспомогательные ТОУ - к которым относят процессы и оборудование для временного хранения исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, осуществления транспортных операций.
Информационная емкость ТОУ характеризуется информационной сложностью объекта, т.е. числом технологических параметров, участвующих в управлении (таблицу 1.1).
Таблица 1.1 - Классификация ТОУ по информационной емкости
Информацион-ная
емкость объекта
Число параметров, участвующих в управлении
Пример ТОУ
Минимальная
10 - 40
Насосная станция, резиносмеситель
Малая
41 - 160
Массообменная колонна
Средняя
161 - 650
Установка первичной перегонки нефти
Повышенная
651 - 2500
Производство этилена
Высокая
2500 и выше
Производство технического углерода
Для различных объектов информационная емкость может отличаться.
По характеру параметров управления ТОУ делятся на:
- ТОУ с сосредоточенными параметрами - ТОУ, в которых регулируемые параметры (в данный момент времени, в разных точках аппарата), имеют одно значение соответствующего параметра:
- ТОУ с распределенными параметрами - ТОУ, в которых значения параметров неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени.
По типу технологического процесса ТОУ делятся на:
- гидромеханические процессы - процессы, осуществляющие перенос количества движения;
- тепловые процессы - процессы переноса энергии в форме теплоты (теплопроводностью, конвекцией, излучением);
- массообменные процессы - процессы перемещения вещества в пространстве за счет разности концентраций;
- механические процессы - процессы переработки твердых материалов под действием механических сил (их измельчение и разделение по фракциям);
- химические процессы - процессы, характеризующие образование новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению, веществ при сохранении общего числа атомов и изотопного состава.
Разновидности автоматизированных систем управления
1. АСУП (Автоматизированная Система Управления Предприятием), включающая систему решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции (MES - Manufacturing Execution System) и систему планирования ресурсов предприятия (MRP - Manufacturing Resources Planning) или (ERP - Enterprise Resources Planning).
2. АСУ ТП (Автоматизированная Система Управления Технологическими Процессами), включающая оборудование с программируемыми контроллерами (РLС - Programable Logic Controllers), распределенные системы управления (DCS - Distributed Control Systems), системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition), системы обеспечения человеко-машинного интерфейса т.е. двусторонней связи оператор - технологическое оборудование, MMI (Man-Machine Interface) или HMI (Human-Machine Interface).
3. Локальные системы автоматизации.
На рисунке 1.5 наглядно представлены уровни автоматизации производств и соответствующие им разновидности автоматизированных систем.
Рисунок 1.5 - Уровни автоматизации
При решении задач реализации (построения) АСУТП обычно используются специализированные программные пакеты, которые достаточно условно можно разбить на два подмножества:
- CASE - средства (Computer Aided Software Engineering), предназначенные для программирования задач, реализуемых подсистемами нижнего уровня АСУТП на промышленных микроконтроллерах (PLC);
- SCADA - системы, которые предназначены для автоматизированного конфигурирования АСУТП из таких элементов как микроконтроллеры, компьютеры, технологические станции и т. д. и программирования задач отнесённых к SCADA - уровню.
SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром. Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах.
Это обычно:
- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;
- средства исполнения прикладных программ;
- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
- обработка первичной информации;
- регистрация алармов и исторических данных;
- хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
- визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;
- возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как единое целое.
Главной особенностью современного этапа развития техники, в частности, средств производства, является широкое использование вычислительной техники для автоматизации процессов умственного и физического труда. При этом коренным образом изменяется характер средств производства, по существу, создается новая материально-техническая база общества.
Появление микропроцессоров в 70-х годах привело к принципиальному изменению систем промышленной автоматизации. Создаются программируемые микропроцессорные устройства. Произошел переход от аппаратных жестко запрограммированных управляющих устройств (алгоритм действия задан монтажной схемой - HWC- Hard Wired Controllers) к гибко программируемым устройствам автоматики и программируемым контроллерам (РLC - Programable Logic Controllers).
Один тип программируемого контроллера можно применять для автоматизации разных объектов, нужно только переписать программу. Появилась возможность высокоскоростного обмена информацией и управления десятками распределенных устройств автоматики, подключенных к информационной линии (шине) связи - параллельная интеграция.
Созданы возможности вертикальной интеграции - уровень управления оборудованием и уровень формирования производственной программы соединили друг с другом и подключили к сети Интернет. Появилась возможность получить информацию об объекте управления из другой точки земли и, при необходимости, оказать воздействие на объект. Вместо централизованного управления перешли к распределенным в пространстве устройствам автоматизации, соединенным информационными шинами.
Таким образом, современная автоматизация производства объединяет множество самых разных задач - от технических до управленческих. Попытка систематизировать эти задачи привела к появлению так называемой пирамиды автоматизации (Computer Integrated Manufacturing pyramid). Это модель, объединяющая все сферы деятельности современного предприятия в единую информационную среду (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Пирамида единой информационной среды
Объединение всех уровней в единую систему позволяет:
- оптимизировать используемую информацию за счет централизации и упорядочивания потоков данных;
- интегрировать бизнес процессы, процессы управления материалами, разработками и производством в единую систему
- получить доступ ко всем данным, существующим на предприятии для анализа с целью оптимизации управленческих процессов.
В структуре пирамиды компьютерной автоматизации различают 5 уровней, связанных между собой как по горизонтали, так и по вертикали информационными каналами (рисунок 1.7):
- 1-ый нижний уровень оборудования(IO), на котором расположены датчики, исполнительные механизмы и регулирующие органы, относящиеся к управляемым объектам;
- на 2-ом уровне управления (CONTROL), расположены программируемые контроллеры, регуляторы, промышленные управляющие компьютеры, осуществляющие управление объектом по информации получаемой от датчиков;
- на 3-ем уровнедиспетчерского - операторского управления (SCADA), ведущие контроллеры, управляющие компьютеры, человеко-машинные интерфейсы позволяющие следить за ходом управляемого процесса, получать и накапливать необходимую информацию о нем и при необходимости корректировать его;
Рисунок 1.7 - Пирамида информационной структуры управления предприятием
- на 4-том уровне управления технологическим процессом (MES- Manufacturing Execution System), расположены программно объединённые компьютеры, позволяющие управлять производственными и людскими ресурсами в ходе технологического процесса, управлять качеством продукции, следить за обслуживанием оборудования, др. Этот уровень возник позже по мере развития систем в связи с необходимостью обеспечивать связи между 3- им и 5- м уровнями.
- на 5 - том уровне офисного управления предприятием (ERP,MRP), расположены системы оснащённые компьютерным оборудованием с программным обеспечением, позволяющим иметь полную информацию о всем производстве и осуществлять планирование ресурсов - ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия или MRP (Manufacturing Resource Planning) - планирование ресурсов производства. Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, а MRP -на его производственные подразделения. Разделение функций зависит от программного обеспечения.
Первый уровень образует локальные системы автоматизации, второй и третий уровень - АСУ ТП - Автоматизированную Систему Управления Технологическим Процессом, а четвертый и пятыйАСУП - Автоматизированную Систему Управления Предприятием.
Количество уровней может варьироваться в зависимости от сложности системы автоматизации. Простые системы могут содержать в себе один или несколько нижних уровней пирамиды.
Пример интегрированной автоматизированной системы управления предприятием с информационными шинами, обеспечивающими связь между уровнями по вертикали и на уровне, по горизонтали показан на рисунке 1.8.
- АРМ - Автоматизированное Рабочее Место оператора-диспетчера;
- БД - Базы Данных.
Рисунок 1.8 - Интегрированная система автоматизации
На рисунке 1.9 приведен пример управления частью операций ТП при помощи ПЛК, т.е. его возможное место в системе управления.
Рисунок 1.9 - Место ПЛК в АСУ ТП
При выборе системы автоматизации для конкретного объекта большое значение имеет использование методики анализа ТОУ как объекта автоматизации.
1. Производится определение критерия эффективности ТОУ, а именно:
- критериями для производств, как правило, являются экономические критерии максимизации прибыли или минимизации себестоимости продукции;
- критериями для технологических процессов являются технологические критерии максимизации качества или максимизации выхода целевого продукта;
- разрабатывается математическое описание процесса как объекта управления в статике и динамике; при разработке математического описания сложных ТОУ стремятся к созданию наиболее простых моделей, при этом строятся не полные и исчерпывающие математические модели, а достаточные для решения задач управления.
2. Производится математическое моделирование и исследование статических режимов ТОУ.
Основными методами создания математических описания для целей управления являются:
- аналитические;
- статистические (регрессионные, методы группового учета аргументов);
- модели на основе нечетких методов.
3. Производится исследование статических характеристик ТОУ, на основании которого определяют:
- возможные диапазоны варьирования параметров при управлении;
- возможное число стационарных состояний процесса;
- анализ устойчивости стационарных состояний процесса;
- влияние основных режимных параметров на рабочие области ТОУ;
4. Производится исследование нелинейности коэффициентов усиления и возможности линеаризации статических характеристик и т.д.
5. Производится построение информационной схемы ТОУ.
Информационная схема ТОУ - это схема, показывающая входные и выходные переменные ТОУ и их связи. Построение информационной схемы возможно на основе математического описания (при разработке новых технологий) или на основе информации по эксплуатации объекта (при модернизации системы управления).
6. Производится анализ информационной системы ТОУ на предмет разделения входных и выходных воздействий на следующие группы:
- возможные возмущающие воздействия;
- возможные управляющие воздействия;
- наиболее целесообразные управляемые переменные.
На основе анализа осуществляется выбор возможных каналов управления.
7. Производится математическое описание динамики ТОУ, при котором:
- составляется математическое описание динамики объекта по возможным каналам управления;
- выполняется исследование динамики возможных каналов управления;
- выполняется выбор наиболее целесообразных каналов управления;
- составляется структурная схема системы управления.
8. Производится выбор параметров контроля, сигнализации и защиты.
Таким образом, при разработке систем управления простыми и сложными технологическими объектами и процессами необходим анализ, позволяющий оценить технологический процесс или объект, технологическое оборудование, их состояние, возможности управления (управляемости), состав аппаратного и программного обеспечения системы управления, т.е. применение методологического подхода к анализу управления системой.
1.2 Основы автоматизации типовых технологических процессов
Современный уровень автоматизации технологических процессов в отраслях промышленности достиг современного уровня пройдя несколько этапов развития, а именно:
- произошло внедрение контрольно-измерительных приборов, что позволило объективно оценивать состояние и ход технологического процесса (ТП);
- стало применяться дистанционное управление (ДУ) регулирующими органами, (РО) что освободило персонал от физической работы в условиях высокой температуры и загазованности;
- произошла централизация приборов контроля и ДУ, их размещение на общем щите в специальном помещении, что повышает эффективность управления;
- стали внедряться разомкнутые системы управления (СУ) с блокировками для безопасности персонала и технологического оборудования; СУ стали выполнять операции в заданной последовательности по программе;
- стали внедряться замкнутые системы автоматического регулирования (АСР) отдельных параметров ТП, при этом персонал лишь устанавливает задание автоматическому регулятору, поддерживающему заданный режим;
- стали разрабатываться комплексные системы контроля и управления, учитывающие связи между параметрами ТП и работу технологических агрегатов в комплексе, что повысило технико-экономические показатели процессов (ТЭП);
- произошло внедрение оптимальных СУ с применением управляющих ЭВМ (УВМ), что объединило локальные СУ в единую, взаимоувязанную систему и обеспечило управление на основе ТЭП; АСУ ТП такого типа совершенствуются в направлении адаптивного управления, игровых систем и т.д.;
- были созданы интегрированные СУ, согласующие действия АСУ ТП с АСУ производством (АСУ П), в которых действий АСУ ТП были подчинены стратегии и тактике управления производства в целом;
- были созданы СУ с использованием регуляторов с нечеткой логикой, нейроконтроллеров и нейрокомпьютеров.
Понятие управления является одним из наиболее фундаментальных и всеобъемлющих в повседневной практике всех ячеек общества и различных организаций, общественно-государственной деятельности и особенно в современных системно-кибернетических науках, приближаясь в своей значимости к философским категориям.
Понятие управления связано с такими понятиями как объект управления, воздействие, и цель. Задача всякого управления - организация и реализация целенаправленного взаимодействия на объект управления. Таким образом, управление представляет собой процесс изыскания и реализации мер по переводу объекта в желаемое состояние.
Объект управления - та часть окружающего мира, состояние которой представляет интерес для субъекта в данной ситуации и на которую он может воздействовать целенаправленно (рисунок 1.10). Для объекта управления должны выполняться, по крайней мере, 2 условия:
- на объект можно воздействовать;
- это воздействие в принципе может приблизить нас к осуществлению поставленных целей в объекте, т.е. изменить его состояние в желательном для нас направлении.
Первым этапом всякого управления является выделение объекта и выявление каналов воздействий X,Y,U.
Понятие воздействие при решении задач управления рассматриваются только в информационном смысле. Выделение объекта управления и выделение каналов воздействия должно производиться только с точки зрения заданной цели управления.
Рисунок 1.10 - Объект управления и его взаимодействие со средой и устройством управления
На рисунке 1.10 приведены следующие обозначения:
- X - канал воздействия среды на объект;
- Y - канал воздействия объекта на среду;
- U - канал воздействия управления на объект.
Цель управления - это совокупность условий, свойств и требований, которым должен удовлетворять объект управления.
Алгоритм управления - это совокупность правил, методов и способов, позволяющих образовать (синтезировать) целенаправленное воздействие (управление), если известно действительное состояние объекта управления. Другими словами, алгоритм управления это инструкция о том, как добиваться целей управления в разных ситуациях. Наличие алгоритма управления является необходимым условием существования всякой системы управления.
При объединении объекта управления и управляющего устройства, реализующего алгоритм управления, получаем систему управления. Системой управления называют такую совокупность объекта управления и управляющего устройства, процесс взаимодействия которых приводит к выполнению поставленной цели управления (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11 - Система управления
На рисунке 1.11 каналы получения информации об объекте управления обозначены как и .
Цель и алгоритм управления по отношению к системе управления имеют внешний характер. Это связано с тем, что цель управления и алгоритм определяются не данной системой управления, а другой более высокого уровня.
Таким образом, всякое управление характеризуется четырьмя аспектами:
- наличием каналов управляющего воздействия U на объект;
- наличием каналов, по которым получается необходимая для синтеза правляющего воздействия (, )информация об объекте;
- наличием целей управления;
- наличием алгоритмов управления.
В автоматизации важным является такое понятие, как субъект управления - конкретные лица, управляющие системой коллективов, организаций, предприятий, ведомств, государств. Для того чтобы объекты достигли поставленных целей, субъект должен осуществлять управляющие воздействия, приводящие к желаемым изменениям управляемых параметров в объектах, обусловленные целями или заданной программой.
Таким образом, управление - это процесс, направленный на достижение определенных целей на основе имеющейся информации.
Формально управление можно представить как результат работы алгоритма в зависимости от целей Z* и полноты информации I:
,
(1.1)
где: I - информация;
Z* - цели управления.
Возможны и другие определения управления.
Управление - это воздействия, направленные на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с управляемой программой или целью управления.
Управление - это целенаправленный процесс переработки информации, основой которого является целеполагание как завершающий этап формирования целей действий.
Для производственно - технологических систем (ПТС) управление - это процесс такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние. Организация, способ и вид воздействия Ua на объект связаны с определенной структурой управляющей системы Sy. Тогда формальное определение управления имеет вид:
,
(1.2)
где: I - информация;
Z* - цели управления;
Sy - структура управляющей системы,
Ua - способ и вид воздействия на объект.
Рассмотрим классификацию систем управления по следующим признакам:
- степени автоматизации функций управления;
- степени сложности;
- степени определенности;
- типу объекта управления.
В зависимости от степени автоматизации функций управления различают следующие виды управления:
- ручное;
- автоматизированное;
- автоматическое управление.
Соответственно принято различать автоматизированные и автоматические системы управления.
По степени сложности системы делятся на простые и сложные.
Сложные системы имеют следующие важные особенности, а именно:
- число параметров, которыми описывается сложная система велико; многие из этих параметров не поддаются количественному описанию и измерению;
- цели управления не поддаются формальному описанию без существенных упрощений;
- трудно или даже невозможно дать строгое формальное описание сложной системы управления.
По степени определенности системы разделяются на:
- детерминированные;
- вероятностные (стохастические).
В детерминированной системе по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать ее последующее состояние.
В вероятностной системе на основе ее предыдущего состояния и дополнительной информации можно предсказать лишь множество будущих состояний и определить вероятность каждого из них.
Примеры:
1. Простая детерминированная система - автопилот.
2. Сложная детерминированная система - ЭВМ.
3. Простая вероятностная система - система контроля качества продукции.
4. Сложная вероятностная система - производственное предприятие.
По виду объекта управления АСУ делят на следующие виды:
- АСУТП (технологический процесс);
- АСУП (предприятие);
- САПР (процесс проектирования);
- АСНИ (процесс научного исследования);
- ГИС (системы, в которых для описания объекта, или его элементов, используется географическая информация).
Автоматизированная система управления или АСУ - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая, подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.
АСУ - это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимый для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. Различают АСУ производственного и организационного типа.
К АСУ производственного типа относят: автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП, MES - systems), автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и интегрированные АСУ (ИАСУ).
Особенности АСУП:
- доминирующее значение в АСУП имеют экономические задачи управления задачи снабжения, реализации, управления финансовыми средствами, трудовыми ресурсами, бухгалтерский учет и статическая отчетность;
- в АСУП используются специфические формы хранения и движения информации - документооборот; в качестве управляющих воздействий в АСУП выступают документы в виде приказов, распоряжений, графиков, отчетов и т.д.;
- реализация управляющих воздействий возлагается на рабочих ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 7
1.1 Общие вопросы автоматизации технологических процессов 7
1.2 Основы автоматизации типовых технологических процессов 22
1.3 Локальные системы автоматизации 41
1.3.2 Выбор типа регулятора 48
1.3.3 Метод РЧХ 52
1.3.4 Метод незатухающих колебаний 55
1.3.5 Определение настроек регулятора по эмпирическим формулам 56
1.4 Расчет настроек регуляторов в многоконтурных АСР 56
1.4.1Комбинированные многоконтурные АСР 57
1.4.2 Каскадные АСР 61
1.4.3 АСР с дополнительным импульсом по производству с промежуточной точки 65
1.4.4 Взаимосвязанные системы регулирования 66
1.5 Системы двухпозиционного регулирования 69
1.6 Типовые схемы автоматизации 73
1.7 Схемы автоматизации типовых технологических процессов 91
1.8 Элементы электропривода в системах автоматизации 110
2.1 Системный подход к управлению сложными системами 122
2.2 Распределенные системы управления 140
2.3 Алгоритмы оптимального управления 159
2.4 Моделирование объектов и систем 181
2.4.1 Расчет и моделирование одноконтурной АСР с помощью программы MATLAB (пакет SIMULINK) 203
2.4.2 Расчет и моделирование комбинированной АСР с помощью MATLAB (пакет SIMULINK) 211
2.4.3 Расчет и моделирование каскадной АСР с помощью программы MATLAB (пакет SIMULINK) 213
ГЛАВА 3 ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 216
3.1 Схемы автоматизации периодических и дискретных процессов 216
3.2Методы описания задач дискретного логического управления 218
3.3 Структура цифровых систем управления 225
3.4 Анализ переходных процессов в цифровых ЛСУ. 246
ГЛАВА 4. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ 250
4.1 Технологическая информация в системах управления 250
4.2 Технические средства сбора и передачи информации 263
4.3 Технические средства использования командной информации 282
ГЛАВА 5 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 297
5.1 Опыт разработки, внедрения и эксплуатации АСУ ТП 297
5.2 АСУТП: структура, функции, информационное обеспечение 317
5.3 Технические средства АСУТП. SCADA-системы 348
5.4 Промышленные сети для поддержки АСУ 378
5.4.1 Семейство PROFIBUS 380
5.4.2 Основные характеристики PROFIBUS-FMS и PROFIBUS-DP 381
5.4.3 Сервисные функции FMS 389
5.4.4 Преимущества Ethernet-технологий 392
5.5 Система управления технологическими объектами 399
Список литературы 432
ВВЕДЕНИЕ
Задачи автоматизации всегда связаны с управлением отдельными объектами или устройствами объекта управления. А поскольку различных видов процессов много, то разработка для каждого случая управления процессом отдельной системы управления или автоматизации не только усложнит сам процесс разработки, но и приведет к появлению большого числа разнообразных систем автоматизации и управления. Выходом является разделение сложных процессов на составляющие и их унификация. В таком случае появляется возможность разработки типовых унифицированных средств и систем управления.
Поэтому таким важным вопросом является изучение типовых технологических процессов, их составляющих и способов автоматического или автоматизированного управления ими.
В теоретическом курсе рассмотрены вопросы классификации объектов управления, получения, хранения, передачи и обработки технологической и управляющей информации, технического и информационного обеспечения различных видов систем управления.
Практические работы направлены на изучение состава технических средств, обеспечивающих управление различными типовыми объектами с использованием современных технических средств управления.
Основной задачей выполнения практических работ является получение обучающимися навыков практической работы с современным цифровым оборудованием систем управления.
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
1.1 Общие вопросы автоматизации технологических процессов
Задачи автоматизации всегда связаны с управлением отдельными объектами или устройствами объекта управления. А поскольку различных видов процессов много, то разработка для каждого случая управления процессом отдельной системы управления или автоматизации не только усложнит сам процесс разработки, но и приведет к появлению большого числа разнообразных систем автоматизации и управления. Выходом является разделение сложных процессов на составляющие и их унификация. В таком случае появляется возможность разработки типовых унифицированных средств и систем управления.
Поэтому таким важным вопросом является изучение типовых технологических процессов, их составляющих и способов автоматического или автоматизированного управления ими. Рассмотрим основные определения, характеризующие технологический процесс и его составляющие.
Процесс - это последовательная смена состояний какого-либо объекта или системы, в ходе которой происходит изменение, перемещение или запас материи, энергии и информации. Примеры объектов: промышленное производство, система климата в помещении, получение химического продукта, транспортные системы, выработка и распределение электроэнергии, обработка информации и т.д.
Информация является неотъемлемой составляющей процесса, так как позволяет лучше использовать материалы и энергию, организовать ход процесса. В ходе процесса надо знать значения параметров, по которым оценивается правильность хода процесса, собирать информацию об исходных материалах и конечном продукте, организационных процедурах, обеспечить чёткий документооборот и др.
Промышленное производство- это сложный процесс превращения сырья, материалов, полуфабрикатов и других предметов труда в готовую продукцию, удовлетворяющую потребностям человека с использованием специального оборудования, энергии и обработкой информации, которая обеспечивает правильную организацию хода и осуществление процесса (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Модель производственного процесса
Технологический процесс - это последовательность операций, которые необходимо выполнить, чтобы из исходного сырья получить готовый продукт. Является частью производственного процесса, который может иметь несколько различных технологических процессов.
Пример технологического процесса показан на рисунке 1.1.
Технологический процесс составляет основу любого производственного процесса, является важнейшей его частью, связанной с переработкой сырья и превращением его в готовую продукцию. Технологический процесс включает в себя ряд стадий (стадия - по-гречески ступень). Итоговая скорость процесса зависит от скорости каждой стадии. В свою очередь, стадии расчленяются на операции. Операция - это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством предмета труда, орудий труда и характером воздействия на предмет труда.
Практически любой конкретный технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных технологических процессов. В соответствии с этим технологическая операция может служить элементарным технологическим процессом. Элементарный технологический процесс - это простейший процесс, дальнейшее упрощение которого приводит к потере характерных признаков технологического процесса. Поэтому наиболее наглядную структуру технологического процесса можно представить на примере простой операции, обладающей одним рабочим ходом и комплексом вспомогательных ходов и переходов, обеспечивающих ее протекание.
Операция - это часть технологического процесса, выполняемая в определенной фазе процесса и состоящая из ряда действий над каждым предметом труда или группой совместно обрабатываемых предметов.
Операции различаются также в зависимости от применяемых средств труда:
- ручные, выполняемые без применения машин, механизмов и механизированного инструмента;
- машинно-ручные - выполняются с помощью машин или ручного инструмента при непрерывном участии рабочего;
- машинные - выполняемые на станках, установках, агрегатах при ограниченном участии рабочего (например, установка, закрепление, пуск и остановка станка, раскрепление и снятие детали). Остальное выполняет станок;
- автоматизированные - выполняются на автоматизированном оборудовании или автоматических линиях.
Производственный процесс- это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Структура производственных процессов
Производственный процесс состоит из следующих составляющих процессов:
- основные- это технологические процессы, в ходе которых происходят изменения геометрических форм, размеров и физико-химических свойств продукции;
- вспомогательные- это процессы, которые обеспечивают бесперебойное протекание основных процессов (изготовление и ремонт инструментов и оснастки; ремонт оборудования; обеспечение всеми видами энергий (электроэнергией, теплом, паром, водой, сжатым воздухом и т.д.);
- обслуживающие- это процессы, связанные с обслуживанием как основных, так и вспомогательных процессов и не создающие продукцию (хранение, транспортировка, тех. контроль и т.д.);
- информационные- это процессы связанные с информационным обеспечением производственного процесса(учет расхода материалов, энергии, материальных средств, готовой продукции, информация о ходе протекания процесса, износа, ремонта и замены оборудования, учет рыночной конъюнктуры, необходимой рабочей силы и т.д. ).
По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные. Рассмотрим что представляют из себя виды производств с позиции автоматизации.
Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия, катализаторы, управляющие воздействия. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти.
Непрерывное производство- это совокупность непрерывных технологических процессов, организованных в виде производственной линии, участка, цеха или предприятия в целом. К этому типу производства относятся металлургия, химические процессы, изготовление бумаги и пленок, нефтепереработка и т.д. Также процессы непрерывного обслуживания населения (электростанции, отопление, системы непрерывной очистки, и пр.).
На рисунке 1.3 показан пример непрерывного производства стального листа.
Рисунок 1.3 - Схема непрерывного производства стального листа
Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла в доменной печи.
Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий и т.п.
Дискретное производство - это такой тип производства, в котором исходный материал (сырье) при переработке в конечный продукт, проходит через конечное число технологических и сборочных операций.
Обычно начало и окончание операций определяется сигналами двухпозиционных датчиков. Дискретный тип производства преобладает в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок, в фармацевтике и пр.
На рисунке 1.4 показан пример дискретного производства.
Рисунок 1.4 - Участок по сортировке и формированию партий комплектующих изделий
Автоматизированная система, показанная на рисунке 1.4, обеспечивает контроль, сортировку, учет, формированиe отгрузочных партий и создание базы данных комплектующих изделий, поступающих на предприятие с помощью RFID меток. Radio Frequency IDentification (RFID) - радиочастотная идентификация - способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах (transmitter-responde - передатчик-ответчик), т.е. RFID -метках.
Большинство технологических процессов требуют четкого управления ими. В общем случае, необходимость управления технологическими процессами диктуется следующими факторами:
- необходимостью поддержания состава и количества входных компонентов на заданном уровне для обеспечения необходимого качества готового продукта;
- необходимостью непрерывного изменения (подстройкой) параметров технологического процесса, что связано с постоянным износом орудий труда и переменным составом сырья;
- пуск и остановка некоторых технологических процессов требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.
Основные производства и составляющие их технологические процессы обычно рассматриваются с позиций их автоматизации как объекты управления (ТОУ - технологические объекты управления).
Определение ТОУ формулируется следующим образом: ТОУ - это совокупность совместно функционирующих технологического оборудования и реализованного на нем технологического процесса.
К ТОУ относят как отдельные технологические агрегаты и установки, реализующие локальный технологический процесс, так и целые производства (участки, цехи). Существуют супер - ТОУ - установки, включающие сотни технологических аппаратов (на нефтеперерабатывающих заводах).
К ТОУ предъявляются следующие требования:
- оборудование ТОУ должно быть полностью механизировано и должно безотказно работать в межремонтный период;
- ТОУ должен быть управляем, т.е. разделен на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них изменением материальных и энергетических потоков;
- ТОУ должен предоставлять возможность воздействия на характеристики оборудования;
- в ТОУ должна быть возможность доступа обслуживающего персонала к местам установки датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих органов;
- число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму, что возможно в результате установки: ресиверов; емкостей с мешалками; теплообменников, уменьшающих амплитуду и частоту изменения таких параметров, как давление, состав, температура.
Объектами автоматизации могут быть:
- производственные процессы;
- процессы проектирования;
- процессы организации, планирования и управления;
- научные исследования;
- бизнес-процессы и многое другое.
Рассмотрим некоторые существующие определения автоматизации.
Автоматизация - это закономерный процесс развития общественного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства на предприятии представляет собой самостоятельную комплексную проблему.
Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций.
Автоматизация требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека.
Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе.
Задачи автоматизации:
- увеличение производительности и оптимизации загрузки оборудования;
- повышение качества продукции за счет точного соблюдения технологических процессов;
- обеспечение безопасности и улучшение условий труда;
- увеличение коэффициента использования материала;
- сокращения потребности в рабочей силе и систематическом повышении прибыли.
Для осуществления этих задач требуются современные оборудование и программное обеспечение, а также высококвалифицированные специалисты.
Цели автоматизации:
- повышение производительности труда;
- улучшение качества продукции;
- оптимизация управления;
- устранение человека от производств, опасных для здоровья.
Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи, поэтому решения стоящих перед автоматизацией задач обычно называются системами, например:
- система автоматического управления (регулирования) (САУ или АСР));
- система автоматизации проектных работ (САПР);
- автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) и др.
Автоматизация технологического процесса - совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Как правило, в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП. Основа автоматизации технологических процессов - это перераспределение потоков вещества и энергии в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности). Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:
- улучшение качества регулирования;
- повышение коэффициента готовности оборудования;
- улучшение эргономики труда операторов процесса;
- хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.
Решение задач автоматизации технологического процесса осуществляется при помощи:
- внедрения современных методов автоматизации;
- внедрения современных средств автоматизации.
Автоматизация технологических процессов в рамках одного производственного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием. В связи с различностью подходов различают автоматизацию следующих технологических процессов:
- автоматизация непрерывных технологических процессов (Process Automation);
- автоматизация дискретных технологических процессов (Factory Automation);
- автоматизация гибридных технологических процессов (Hybrid Automation) и др.
Частичная (начальная) автоматизация - обеспечивает автоматизацию рабочего цикла машин или использование автомата в автономном режиме, автоматизируется работа отдельных машин и механизмов (в первую очередь автоматизируются основные технологические операции).
Комплексная автоматизация- это уровень автоматизации производства, при кoтoром весь комплекс операций производственного процесса, включая транспортирование и контроль продукции, осуществляется системой автоматических машин и технологических агрегатов по заранее заданным программам и режимам с помощью различных автоматических устройств, объединённых общей системой управления. Это может быть единый взаимосвязанный комплекс (участок, цех, завод, комбинат, электростанция, птицефабрика и т. п.), в котором предусмотрена комплексная автоматизация операций производственного процесса.
Полная автоматизация - это высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Широко используются компьютерно - интегрированные автоматизированные системы, такие как CIM-Computer Integrated Manufacturing, TIA- Totally Integrated Automation, позволяющие унифицировать получение, передачу, использование информации о производстве на всех уровнях с целью получения максимальных эффективности производства.
Создаются автоматические участки, цеха, заводы с широким использованием микропроцессорной техники и компьютеров, которые объединены информационными сетями.
С позиций автоматизации важны такие характеристики ТОУ, как:
- временной режим функционирования;
- степень важности в производстве;
- информационная емкость;
- характер параметров управления;
- по типу технологического процесса.
По параметру временной режим функционирования ТОУ делятся на:
- ТОУ периодического действия - ТОУ, в которых аппараты (ТО) работают в циклическом режиме, а технологические процессы (ТП) представляют собой последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность;
- ТОУ непрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты работают непрерывно, на вход аппарата непрерывно подаются исходные реагенты, на выходе аппарата непрерывно отводятся выходные продукты а технологический процесс ведется в установившемся режиме;
- ТОУ полунепрерывного действия - ТОУ, в которых аппараты функционируют непрерывно только в пределах интервала времени, необходимого для переработки конечной порции сырья или промежуточного продукта;
По степени важности ТОУ в производстве ТОУ делятся на:
- основные ТОУ - ТОУ для реализации основных технологических процессов производства, к которым относят процессы и оборудование для реализации стадий подготовки сырья, химического синтеза, разделения и очистки целевых продуктов;
- вспомогательные ТОУ - к которым относят процессы и оборудование для временного хранения исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, осуществления транспортных операций.
Информационная емкость ТОУ характеризуется информационной сложностью объекта, т.е. числом технологических параметров, участвующих в управлении (таблицу 1.1).
Таблица 1.1 - Классификация ТОУ по информационной емкости
Информацион-ная
емкость объекта
Число параметров, участвующих в управлении
Пример ТОУ
Минимальная
10 - 40
Насосная станция, резиносмеситель
Малая
41 - 160
Массообменная колонна
Средняя
161 - 650
Установка первичной перегонки нефти
Повышенная
651 - 2500
Производство этилена
Высокая
2500 и выше
Производство технического углерода
Для различных объектов информационная емкость может отличаться.
По характеру параметров управления ТОУ делятся на:
- ТОУ с сосредоточенными параметрами - ТОУ, в которых регулируемые параметры (в данный момент времени, в разных точках аппарата), имеют одно значение соответствующего параметра:
- ТОУ с распределенными параметрами - ТОУ, в которых значения параметров неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени.
По типу технологического процесса ТОУ делятся на:
- гидромеханические процессы - процессы, осуществляющие перенос количества движения;
- тепловые процессы - процессы переноса энергии в форме теплоты (теплопроводностью, конвекцией, излучением);
- массообменные процессы - процессы перемещения вещества в пространстве за счет разности концентраций;
- механические процессы - процессы переработки твердых материалов под действием механических сил (их измельчение и разделение по фракциям);
- химические процессы - процессы, характеризующие образование новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению, веществ при сохранении общего числа атомов и изотопного состава.
Разновидности автоматизированных систем управления
1. АСУП (Автоматизированная Система Управления Предприятием), включающая систему решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции (MES - Manufacturing Execution System) и систему планирования ресурсов предприятия (MRP - Manufacturing Resources Planning) или (ERP - Enterprise Resources Planning).
2. АСУ ТП (Автоматизированная Система Управления Технологическими Процессами), включающая оборудование с программируемыми контроллерами (РLС - Programable Logic Controllers), распределенные системы управления (DCS - Distributed Control Systems), системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition), системы обеспечения человеко-машинного интерфейса т.е. двусторонней связи оператор - технологическое оборудование, MMI (Man-Machine Interface) или HMI (Human-Machine Interface).
3. Локальные системы автоматизации.
На рисунке 1.5 наглядно представлены уровни автоматизации производств и соответствующие им разновидности автоматизированных систем.
Рисунок 1.5 - Уровни автоматизации
При решении задач реализации (построения) АСУТП обычно используются специализированные программные пакеты, которые достаточно условно можно разбить на два подмножества:
- CASE - средства (Computer Aided Software Engineering), предназначенные для программирования задач, реализуемых подсистемами нижнего уровня АСУТП на промышленных микроконтроллерах (PLC);
- SCADA - системы, которые предназначены для автоматизированного конфигурирования АСУТП из таких элементов как микроконтроллеры, компьютеры, технологические станции и т. д. и программирования задач отнесённых к SCADA - уровню.
SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром. Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах.
Это обычно:
- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;
- средства исполнения прикладных программ;
- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
- обработка первичной информации;
- регистрация алармов и исторических данных;
- хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
- визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;
- возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как единое целое.
Главной особенностью современного этапа развития техники, в частности, средств производства, является широкое использование вычислительной техники для автоматизации процессов умственного и физического труда. При этом коренным образом изменяется характер средств производства, по существу, создается новая материально-техническая база общества.
Появление микропроцессоров в 70-х годах привело к принципиальному изменению систем промышленной автоматизации. Создаются программируемые микропроцессорные устройства. Произошел переход от аппаратных жестко запрограммированных управляющих устройств (алгоритм действия задан монтажной схемой - HWC- Hard Wired Controllers) к гибко программируемым устройствам автоматики и программируемым контроллерам (РLC - Programable Logic Controllers).
Один тип программируемого контроллера можно применять для автоматизации разных объектов, нужно только переписать программу. Появилась возможность высокоскоростного обмена информацией и управления десятками распределенных устройств автоматики, подключенных к информационной линии (шине) связи - параллельная интеграция.
Созданы возможности вертикальной интеграции - уровень управления оборудованием и уровень формирования производственной программы соединили друг с другом и подключили к сети Интернет. Появилась возможность получить информацию об объекте управления из другой точки земли и, при необходимости, оказать воздействие на объект. Вместо централизованного управления перешли к распределенным в пространстве устройствам автоматизации, соединенным информационными шинами.
Таким образом, современная автоматизация производства объединяет множество самых разных задач - от технических до управленческих. Попытка систематизировать эти задачи привела к появлению так называемой пирамиды автоматизации (Computer Integrated Manufacturing pyramid). Это модель, объединяющая все сферы деятельности современного предприятия в единую информационную среду (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Пирамида единой информационной среды
Объединение всех уровней в единую систему позволяет:
- оптимизировать используемую информацию за счет централизации и упорядочивания потоков данных;
- интегрировать бизнес процессы, процессы управления материалами, разработками и производством в единую систему
- получить доступ ко всем данным, существующим на предприятии для анализа с целью оптимизации управленческих процессов.
В структуре пирамиды компьютерной автоматизации различают 5 уровней, связанных между собой как по горизонтали, так и по вертикали информационными каналами (рисунок 1.7):
- 1-ый нижний уровень оборудования(IO), на котором расположены датчики, исполнительные механизмы и регулирующие органы, относящиеся к управляемым объектам;
- на 2-ом уровне управления (CONTROL), расположены программируемые контроллеры, регуляторы, промышленные управляющие компьютеры, осуществляющие управление объектом по информации получаемой от датчиков;
- на 3-ем уровнедиспетчерского - операторского управления (SCADA), ведущие контроллеры, управляющие компьютеры, человеко-машинные интерфейсы позволяющие следить за ходом управляемого процесса, получать и накапливать необходимую информацию о нем и при необходимости корректировать его;
Рисунок 1.7 - Пирамида информационной структуры управления предприятием
- на 4-том уровне управления технологическим процессом (MES- Manufacturing Execution System), расположены программно объединённые компьютеры, позволяющие управлять производственными и людскими ресурсами в ходе технологического процесса, управлять качеством продукции, следить за обслуживанием оборудования, др. Этот уровень возник позже по мере развития систем в связи с необходимостью обеспечивать связи между 3- им и 5- м уровнями.
- на 5 - том уровне офисного управления предприятием (ERP,MRP), расположены системы оснащённые компьютерным оборудованием с программным обеспечением, позволяющим иметь полную информацию о всем производстве и осуществлять планирование ресурсов - ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия или MRP (Manufacturing Resource Planning) - планирование ресурсов производства. Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, а MRP -на его производственные подразделения. Разделение функций зависит от программного обеспечения.
Первый уровень образует локальные системы автоматизации, второй и третий уровень - АСУ ТП - Автоматизированную Систему Управления Технологическим Процессом, а четвертый и пятыйАСУП - Автоматизированную Систему Управления Предприятием.
Количество уровней может варьироваться в зависимости от сложности системы автоматизации. Простые системы могут содержать в себе один или несколько нижних уровней пирамиды.
Пример интегрированной автоматизированной системы управления предприятием с информационными шинами, обеспечивающими связь между уровнями по вертикали и на уровне, по горизонтали показан на рисунке 1.8.
- АРМ - Автоматизированное Рабочее Место оператора-диспетчера;
- БД - Базы Данных.
Рисунок 1.8 - Интегрированная система автоматизации
На рисунке 1.9 приведен пример управления частью операций ТП при помощи ПЛК, т.е. его возможное место в системе управления.
Рисунок 1.9 - Место ПЛК в АСУ ТП
При выборе системы автоматизации для конкретного объекта большое значение имеет использование методики анализа ТОУ как объекта автоматизации.
1. Производится определение критерия эффективности ТОУ, а именно:
- критериями для производств, как правило, являются экономические критерии максимизации прибыли или минимизации себестоимости продукции;
- критериями для технологических процессов являются технологические критерии максимизации качества или максимизации выхода целевого продукта;
- разрабатывается математическое описание процесса как объекта управления в статике и динамике; при разработке математического описания сложных ТОУ стремятся к созданию наиболее простых моделей, при этом строятся не полные и исчерпывающие математические модели, а достаточные для решения задач управления.
2. Производится математическое моделирование и исследование статических режимов ТОУ.
Основными методами создания математических описания для целей управления являются:
- аналитические;
- статистические (регрессионные, методы группового учета аргументов);
- модели на основе нечетких методов.
3. Производится исследование статических характеристик ТОУ, на основании которого определяют:
- возможные диапазоны варьирования параметров при управлении;
- возможное число стационарных состояний процесса;
- анализ устойчивости стационарных состояний процесса;
- влияние основных режимных параметров на рабочие области ТОУ;
4. Производится исследование нелинейности коэффициентов усиления и возможности линеаризации статических характеристик и т.д.
5. Производится построение информационной схемы ТОУ.
Информационная схема ТОУ - это схема, показывающая входные и выходные переменные ТОУ и их связи. Построение информационной схемы возможно на основе математического описания (при разработке новых технологий) или на основе информации по эксплуатации объекта (при модернизации системы управления).
6. Производится анализ информационной системы ТОУ на предмет разделения входных и выходных воздействий на следующие группы:
- возможные возмущающие воздействия;
- возможные управляющие воздействия;
- наиболее целесообразные управляемые переменные.
На основе анализа осуществляется выбор возможных каналов управления.
7. Производится математическое описание динамики ТОУ, при котором:
- составляется математическое описание динамики объекта по возможным каналам управления;
- выполняется исследование динамики возможных каналов управления;
- выполняется выбор наиболее целесообразных каналов управления;
- составляется структурная схема системы управления.
8. Производится выбор параметров контроля, сигнализации и защиты.
Таким образом, при разработке систем управления простыми и сложными технологическими объектами и процессами необходим анализ, позволяющий оценить технологический процесс или объект, технологическое оборудование, их состояние, возможности управления (управляемости), состав аппаратного и программного обеспечения системы управления, т.е. применение методологического подхода к анализу управления системой.
1.2 Основы автоматизации типовых технологических процессов
Современный уровень автоматизации технологических процессов в отраслях промышленности достиг современного уровня пройдя несколько этапов развития, а именно:
- произошло внедрение контрольно-измерительных приборов, что позволило объективно оценивать состояние и ход технологического процесса (ТП);
- стало применяться дистанционное управление (ДУ) регулирующими органами, (РО) что освободило персонал от физической работы в условиях высокой температуры и загазованности;
- произошла централизация приборов контроля и ДУ, их размещение на общем щите в специальном помещении, что повышает эффективность управления;
- стали внедряться разомкнутые системы управления (СУ) с блокировками для безопасности персонала и технологического оборудования; СУ стали выполнять операции в заданной последовательности по программе;
- стали внедряться замкнутые системы автоматического регулирования (АСР) отдельных параметров ТП, при этом персонал лишь устанавливает задание автоматическому регулятору, поддерживающему заданный режим;
- стали разрабатываться комплексные системы контроля и управления, учитывающие связи между параметрами ТП и работу технологических агрегатов в комплексе, что повысило технико-экономические показатели процессов (ТЭП);
- произошло внедрение оптимальных СУ с применением управляющих ЭВМ (УВМ), что объединило локальные СУ в единую, взаимоувязанную систему и обеспечило управление на основе ТЭП; АСУ ТП такого типа совершенствуются в направлении адаптивного управления, игровых систем и т.д.;
- были созданы интегрированные СУ, согласующие действия АСУ ТП с АСУ производством (АСУ П), в которых действий АСУ ТП были подчинены стратегии и тактике управления производства в целом;
- были созданы СУ с использованием регуляторов с нечеткой логикой, нейроконтроллеров и нейрокомпьютеров.
Понятие управления является одним из наиболее фундаментальных и всеобъемлющих в повседневной практике всех ячеек общества и различных организаций, общественно-государственной деятельности и особенно в современных системно-кибернетических науках, приближаясь в своей значимости к философским категориям.
Понятие управления связано с такими понятиями как объект управления, воздействие, и цель. Задача всякого управления - организация и реализация целенаправленного взаимодействия на объект управления. Таким образом, управление представляет собой процесс изыскания и реализации мер по переводу объекта в желаемое состояние.
Объект управления - та часть окружающего мира, состояние которой представляет интерес для субъекта в данной ситуации и на которую он может воздействовать целенаправленно (рисунок 1.10). Для объекта управления должны выполняться, по крайней мере, 2 условия:
- на объект можно воздействовать;
- это воздействие в принципе может приблизить нас к осуществлению поставленных целей в объекте, т.е. изменить его состояние в желательном для нас направлении.
Первым этапом всякого управления является выделение объекта и выявление каналов воздействий X,Y,U.
Понятие воздействие при решении задач управления рассматриваются только в информационном смысле. Выделение объекта управления и выделение каналов воздействия должно производиться только с точки зрения заданной цели управления.
Рисунок 1.10 - Объект управления и его взаимодействие со средой и устройством управления
На рисунке 1.10 приведены следующие обозначения:
- X - канал воздействия среды на объект;
- Y - канал воздействия объекта на среду;
- U - канал воздействия управления на объект.
Цель управления - это совокупность условий, свойств и требований, которым должен удовлетворять объект управления.
Алгоритм управления - это совокупность правил, методов и способов, позволяющих образовать (синтезировать) целенаправленное воздействие (управление), если известно действительное состояние объекта управления. Другими словами, алгоритм управления это инструкция о том, как добиваться целей управления в разных ситуациях. Наличие алгоритма управления является необходимым условием существования всякой системы управления.
При объединении объекта управления и управляющего устройства, реализующего алгоритм управления, получаем систему управления. Системой управления называют такую совокупность объекта управления и управляющего устройства, процесс взаимодействия которых приводит к выполнению поставленной цели управления (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11 - Система управления
На рисунке 1.11 каналы получения информации об объекте управления обозначены как и .
Цель и алгоритм управления по отношению к системе управления имеют внешний характер. Это связано с тем, что цель управления и алгоритм определяются не данной системой управления, а другой более высокого уровня.
Таким образом, всякое управление характеризуется четырьмя аспектами:
- наличием каналов управляющего воздействия U на объект;
- наличием каналов, по которым получается необходимая для синтеза правляющего воздействия (, )информация об объекте;
- наличием целей управления;
- наличием алгоритмов управления.
В автоматизации важным является такое понятие, как субъект управления - конкретные лица, управляющие системой коллективов, организаций, предприятий, ведомств, государств. Для того чтобы объекты достигли поставленных целей, субъект должен осуществлять управляющие воздействия, приводящие к желаемым изменениям управляемых параметров в объектах, обусловленные целями или заданной программой.
Таким образом, управление - это процесс, направленный на достижение определенных целей на основе имеющейся информации.
Формально управление можно представить как результат работы алгоритма в зависимости от целей Z* и полноты информации I:
,
(1.1)
где: I - информация;
Z* - цели управления.
Возможны и другие определения управления.
Управление - это воздействия, направленные на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с управляемой программой или целью управления.
Управление - это целенаправленный процесс переработки информации, основой которого является целеполагание как завершающий этап формирования целей действий.
Для производственно - технологических систем (ПТС) управление - это процесс такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние. Организация, способ и вид воздействия Ua на объект связаны с определенной структурой управляющей системы Sy. Тогда формальное определение управления имеет вид:
,
(1.2)
где: I - информация;
Z* - цели управления;
Sy - структура управляющей системы,
Ua - способ и вид воздействия на объект.
Рассмотрим классификацию систем управления по следующим признакам:
- степени автоматизации функций управления;
- степени сложности;
- степени определенности;
- типу объекта управления.
В зависимости от степени автоматизации функций управления различают следующие виды управления:
- ручное;
- автоматизированное;
- автоматическое управление.
Соответственно принято различать автоматизированные и автоматические системы управления.
По степени сложности системы делятся на простые и сложные.
Сложные системы имеют следующие важные особенности, а именно:
- число параметров, которыми описывается сложная система велико; многие из этих параметров не поддаются количественному описанию и измерению;
- цели управления не поддаются формальному описанию без существенных упрощений;
- трудно или даже невозможно дать строгое формальное описание сложной системы управления.
По степени определенности системы разделяются на:
- детерминированные;
- вероятностные (стохастические).
В детерминированной системе по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать ее последующее состояние.
В вероятностной системе на основе ее предыдущего состояния и дополнительной информации можно предсказать лишь множество будущих состояний и определить вероятность каждого из них.
Примеры:
1. Простая детерминированная система - автопилот.
2. Сложная детерминированная система - ЭВМ.
3. Простая вероятностная система - система контроля качества продукции.
4. Сложная вероятностная система - производственное предприятие.
По виду объекта управления АСУ делят на следующие виды:
- АСУТП (технологический процесс);
- АСУП (предприятие);
- САПР (процесс проектирования);
- АСНИ (процесс научного исследования);
- ГИС (системы, в которых для описания объекта, или его элементов, используется географическая информация).
Автоматизированная система управления или АСУ - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая, подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.
АСУ - это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимый для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. Различают АСУ производственного и организационного типа.
К АСУ производственного типа относят: автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП, MES - systems), автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и интегрированные АСУ (ИАСУ).
Особенности АСУП:
- доминирующее значение в АСУП имеют экономические задачи управления задачи снабжения, реализации, управления финансовыми средствами, трудовыми ресурсами, бухгалтерский учет и статическая отчетность;
- в АСУП используются специфические формы хранения и движения информации - документооборот; в качестве управляющих воздействий в АСУП выступают документы в виде приказов, распоряжений, графиков, отчетов и т.д.;
- реализация управляющих воздействий возлагается на рабочих ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
