Укрупненная функциональная структура АСУТП изображена на Рис. 8.
Исходная информация об автоматически контролируемых переменных технологического процесса и состоянии оборудования в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает от различного рода датчиков и измерительных систем (t, P,расход, т.д., концевые путевые выключатели, датчики положения и пр.)
Кроме того, часть информации может вводится вручную или из смежных АСУ по межмашинным связям (через вычислительную сеть).
Ввод аналоговых и дискретных сигналов осуществляется через специальные устройства аналогового и дискретного ввода.
Формируемые системой управляющие воздействия выдаются на исполнительные системы в виде аналоговых или дискретных сигналов через устройства аналогового и дискретного вывода. Конкретный вид сигнала определяется особенностями исполнительной системы – (тиристорный привод - аналоговый, исполнительный механизм с постоянной скоростью - дискретный и т.д.).
На функциональной схеме эти средства аналогового и дискретного ввода – вывода разделены условно, на самом деле, чаще всего они компонуются совместно в контроллерах. Т.е. каждый контроллер может содержать в себе все виды устройств ввода/вывода сигналов.
|
|
В качестве устройств ручного ввода используется клавиатура или манипулятор «мышь». В последнем случае используются специальные средства интерфейса ЭВМ с персоналом через монитор.
Обмен информацией между ЭВМ и периферийными системами аналогового и дискретного ввода/вывода, сложными системами, с персоналом, осуществляется через «Базу данных».
В базе данных хранятся текущие значения всех измеренных сигналов и данных, поступающих от внешних систем устройств, всех управляющих сигналов, а также данные, которые требуется передать на внешние устройства и системы. Кроме того, в базе данных хранятся все расчетные переменные и логические признаки, которые на внешние устройства (аналогового и дискретного вывода, в смежные системы) не передаются, но используются функциональными подсистемами АСУ для анализа, отображения информации, в качестве промежуточных переменных.
В современных средствах прикладного программирования (ППП) принята следующая классификация данных, хранимых в базе:
Аналоговые точки - для хранения данных о численных значениях величин (переменных), число конкретных состояний которых практически неограниченно.
|
датчики
|
|
|
ис
|
| |||||
исполнит.
системы
персонал
| ||||||||
Смежные
|
Рис. 8
Статусные точки - для хранения информации о дискретных переменных (признаках) число конкретных состояний которых ограниченно (от 2 до 4).
В свою очередь аналоговые и статусные точки делятся на сканируемые и несканируемые.
Сканируемые аналоговые и статусные точки используются при обмене информацией с внешними устройствами:
- данные о текущих значениях измеряемых и контролируемых переменных поступающие как с устройств ввода аналоговых сигналов или устройств ручного ввода данных, по сети из смежных систем) записываются в соответствующие сканируемые аналоговые точки БД; данные о текущих значениях дискретных сигналов (с устройств дискретного ввода или из смежных систем) записываются в соответствующие сканируемые статусные точки;
- данные о текущих значениях аналоговых и дискретных выходных переменных записываются в БД соответствующими функциональными подсистемами в виде соответствующих сканируемых аналоговых и статусных точек.
- для каждой переменной в БД отводится определенная область (точка) и ее описание.
Система сканирования с определенной периодичностью "подключает" БД к каждому внешнему устройству и обеспечивает:
- запись новых значений сканируемых входных аналоговых и статусных точек;
- передачу на внешнее устройство из БД текущих значений выходных сканируемых аналоговых и статусных точек.
Несканируемые (часто называют фиктивные) статусные и аналоговые точки создаются для "внутреннего пользования" АСУ ТП.
Различие сканируемых и несканируемых (фиктивных) точек обеспечивается соответствующими индикаторами при описании информации. По мере обновления информации в БД, предшествующие данные по каждой точке (если это необходимо) переписываются файлы «истории», а данные - в архив.
Данные по любой сканируемой и несканируемой точке из БД и файлов истории доступны любой из функциональных подсистем и могут быть использованы ею при решении предписанных задач. Причем окончательные и промежуточные результаты этих решений в виде сканируемых или несканируемых точек записываются в БД.
Функциональные подсистемы представляют собой комплекс программ, реализующих информационные и управляющие функции АСУТП.
В укрупненной функциональной структуре Рис. 1 можно выделить следующие функциональные подсистемы и задачи:
1. Обработка исходных значений отдельных переменных (сканируемых входных аналоговых точек):
- проверка достоверности сигналов (данных) – на соответствие диапазонам допустимых значений;
- фильтрация измерительных помех и оценивание текущих значений переменных;
- экстраполяция (прогноз) значений переменных.
2. Совместный анализ исходных данных:
- контроль на наличие совместных тенденций изменения по группам переменных;
- совместный анализ переменных и их характеристик и дискретных сигналов (статусных точек).
Здесь осуществляется оценивание технологической ситуации и проверяется соответствие текущих значений переменных и дискретных сигналов, характеристик переменных технологической ситуации.
3. Расчет технологических и технико-экономических показателей:
- суммарные и средние значения переменных на заданных интервалах времени;
- удельные расходы материалов и энергоносителей;
- специальные технологические показатели (теоретическая температура горения, рудная нагрузка и т.д.);
- косвенное оценивание технологических переменных и параметров состояния ТОУ;
- прогнозирование выходных переменных ТОУ.
В результате функционирования подсистем 1-3 формируются расчетные аналоговые и статусные точки в базе данных, которые рассматриваются как сканированные или фиктивные в соответствии с присвоенными при описании информационного обеспечения идентификаторами.
4. Контроль аналоговых переменных (точек) на соответствие технологическим ограничениям абсолютных значений и скорости изменения
- на соответствие рабочим (номинальным) диапазонам;
- на попадание в зоны, соответствующие аварийным ситуациям.
По результатам проверки формируются специальные логические сигналы (признаки), используемые другими подсистемами и в СОИ.
5. Комплексный анализ аналоговых и статусных точек, диагностика состояния оборудования и технологического процесса. Например: “разогрев” или “похолодание” доменной печи, разгар кладки и лещади доменной печи, забивание горловины бункера, при разогревании сыпучих материалов и т.д.
6. Оптимизация технологических режимов - автоматические и человеко-машинные процедуры поиска (выборок) по определенным критериям оптимальных значений выходных переменных ТОУ и соответствующих и управляющих воздействий при фиксированных условиях (внешних воздействиях) протекания процесса.
7. Реализация оптимальных режимов путем распределения заданий на управляемые технологические переменные с учетом возмущений (изменений внешних воздействий), ограничений на ресурсы управления и прочих технологических ограничений. Например:
- коррекция заданий на рудную нагрузку при похолодании или разогреве доменной печи;
- коррекция задания на расход кокса при изменениях содержании Fe в агломерате с целью поддержания рудной нагрузки на заданном оптимальном уровне.
8. Регулирование технологических переменных - одноконтурное и многосвязное.
9. Программно-логическое управление – переключение механизмов, взаимные блокировки и т.д. (конвейерные системы).
10. Формирование рекомендаций технологическому персоналу с соответствующей оценкой эффективности рекомендаций и действий персонала.
11. Формирование информации для исследований и построения моделей ТОУ:
- структурный анализ данных и отбор с желаемыми свойствами;
- формирование тестовых воздействий;
- построение моделей ТОУ;
12. Моделирование и оптимизация параметров процедур (алгоритмов) управления и регулирования:
- имитационное математическое моделирование;
- комбинированное натурно-математическое моделирование (НММ).
13. Управление отражением информации технологическому и системному персоналу:
- протоколы;
- учетные и отчетные документы;
- видеокадры;
- управление динамическими элементами видеокадра – табло, тексты, подсветка, перемещение;
- результаты диагностики программно-технических средств системы;
- цифровая и графическая информация о параметрах системы, динамике их изменения (при адаптации) и весь комплекс данных.