Автоматизация производственных процессов.
Лекция №1
Литература:
1. Андреев А.П. «Автоматизация процессов добычи и подготовки нефти и газа», 2008 г.
УДК 658.52.011-56
2. Андреев А.П. «Технологические средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности».
3. Андреев А.П. «Программные средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности».
Иерархия уровней АСУ ТП.
Под технологическим объектом управления (ТОУ) можно понимать какой-то технологический аппарат какой-то технологический объект.
Управление – целенаправленное воздействие на ТОУ, котороеобеспечивает его функционирование в нужном режиме и оценивается величиной критерия управления. Может иметь экономическую или технологическую природу.
Регулирование –частный случай управления, стабилизация технологического параметра (поддержание параметра на заданном оперативном значении).
Первое, что нужно сделать для оптимизации производства – получить информацию о технологических параметрах. В качестве технологических параметров может выступать температура (t), давление (P), расход (F), уровень (L), какой-либо показатель качества (Q).
|
|
Необходимо вычислить управляющее воздействие и оптимальный технологический процесс. Затем все это необходимо реализовать на специальных технических устройствах. Для автоматизации используется три уровня управления.
АСУТП |
ОПС – 2 уровень (АРМ, ПО) |
Локальные системы - 1 уровень (САУ, ПЛК, ПО) |
ТОУ (ИП, ИУ) |
↑- информационные потоки
↓ - управляющие потоки (говорят о том, как вести технологический процесс)
ОПС – оперативные производственные службы;
ЛС – локальные системы (человека нет);
ТОУ - технологический объект регулирования;
Сокращения:
АРМ – автоматизированное рабочее место.
ПО – программное обеспечение.
САУ – системы автоматического регулирования.
ПЛК – программируемый логический контроллер.
ИУ – исполнительное устройство.
ИП – измерительные преобразователи.
Уровень 1. Локальные системы управления.
Локальные системы решают задачу стабилизации технологического параметра или поддержания параметра на заданном значении, которое задается технологом-оператором (например, Т = Т0, где Т – текущее значение параметра, Т0 – заданное значение). Средствами стабилизации являются программируемые логические контроллеры (ПЛК) и автоматические регуляторы. В локальных системах работают автоматические системы управления.
Уровень 2. Автоматизированные системы управления технологическими параметрами (АСУТП).
|
|
На этом уровне решаются оптимизационные задачи, при решении которых широко используется математический аппарат и вычислительная техника.
Автоматизированная система – присутствие человека обязательно.
Автоматическая система – все решает контроллер.
Автоматизированная система управления предприятием (АСУП)
Здесь решаются чисто экономические задачи, используется вычислительная техника.
В настоящее время строятся системы с использованием АСУТП и основная система – это система SCADA. SCADA система – это система сбора данных и супервизорного управления. Система SCADA – многоуровневая система.
На верхнем уровне есть главный центр управления. Он получает информацию об удаленных технологических объектах управления и обеспечивает оператору графический материал, выдает данные об изменениях в технологическом процессе, а так же сохраняет информацию обо всех изменениях технологического процесса. В сложных системах используется региональный центр управления. Он получает информацию из локальной системы и передает в главный центр управления.
Локальные системы.
В локальных системах работают системы автоматического регулирования, а, кроме того, системы логического управления
Структурная схема объекта регулирования.
|
X – вход объекта;
Y– регулируемый параметр (параметр, который необходимо стабилизировать);
Z – внешнее воздействие, влияющее на Y;
Y |
X |
Yо |
АУ |
ОР |
Y |
Z |
X |
Yо |
АУ |
ОР |
Yсравнивается с заданным значением Yо.
Лекция №2.
Классификация систем регулирования.
Системы автоматического регулирования могут работать по нескольким принципам регулирования:
· по принципу регулирования по отклонению;
· принцип регулирования по возмущению;
· комбинированный принцип.
1.
Z |
ОР |
ПЛК |
Y |
X |
Yо |
Для того, чтобы система работала, нужно, чтобы было отклонение Yот Yо. ПЛК вырабатывает X независимо от количества отклонений.
2.
Z1 |
Zn |
Z2 |
ПЛК |
ОР |
X |
Zр |
Y |
ПЛК снимает основное возмущение Z1. Более быстрое устройство.
3.
ПЛК |
ПЛК |
ОР |
Yо |
∑ |
Z1 |
Z2 |
Zn |
Z10 |
Y |
- |
+ |
сумматор |
Классификация систем регулирования:
1. По числу контуров:
· одноконтурные;
· многоконтурные.
2. По количеству параметров регулирования:
· одномерные системы регулирования
· многомерные
3. По назначениюY0:
· система стабилизации (Y0 = const);
· программное управление (Y0 = f(t));
· следящие системы (Y0 = f(Y1)).
4.
Y |
ПЛК |
Xр |
Y0 |
· непрерывные (аналоговые);
· релейные;
· импульсные.
В аналоговых непрерывное изменение входной величины Yнепрерывно меняется выходная Xр.
Релейные системы – имеется релейный элемент, он непрерывную величину преобразует в дискретную величину. Релейные системы быстрее.
В импульсных системах имеется элемент, который вырабатывает импульсы определенной длительности.
Структурная схема САР:
1. Измерительный преобразователь (ИП);
2. Нормированный преобразователь;
3. Датчик;
4. Контроллер или автоматический регулятор;
5. Исполнительное устройство.
Исполнительный преобразователь – для измерения регулируемого параметра и преобразование его в сигнал.
ИУ |
Y |
Yсигн |
Нормированный преобразователь –предназначен для преобразования какого-то сигнала в стандартный сигнал.
ИУ |
Yсигн |
Yстанд |
Датчик – прибор, 2 функции:
· Измеряет параметр
· Преобразует его в стандартный сигнал
Д = ИП + ИПр
|
|
Д |
Y |
Yстанд |
∑ |
ПЛК |
X |
+ |
+ |
Y |
Yо |
Y –текущее значение параметра;
Yо – заданное значение параметра;
∑ - сумматор (сравнивает Yи Yо)
Автоматический регулятор работает аналогично ПЛК, но у него меньше возможностей (1 или 2 параметра).
Xр |
ИУ |
X |
ИУ = Привод + Регулирующий Орган.
Электрический преобразователь – преобразует один стандартный (электрический) в другой стандартный (пневмо) сигнал.