11. иерархия управления объектом автоматизации
1. Многоуровневые структуры управления. Достоинства. Область применения
Многоуровневые структуры, в которых управление в каждом многомерном контуре содержит компоненту, зависящую от корректирующих сигналов на этот контур со стороны вышестоящих управляющих подсистем. В системах этого типа необходимо анализировать устойчивость и качество - управления не только для каждого отдельного контура, но и для их сильно взаимодействующих совокупностей, охватывающих значительные части АСУ ТП или даже систему в целом. Многоуровневые структуры АСУ при прочих равных условиях располагают большим числом последовательно расположенных элементов, поэтому характеризуются менее высокой надежностью по сравнению с одноуровневыми системами, однако обладают повышенной технологической гибкостью и адаптируемостью в конкретных ситуациях
2. роль математического моделирования при проектировании
Под математической моделью (ММ) конструкции, технологического процесса и его элементов понимают систему математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект и его поведение в производственных условиях. При построении математических моделей используют различные математические средства описания объекта — теорию множеств, теорию графов, теорию вероятностей, математическую логику, математическое программирование, дифференциальные или интегральные уравнения и т. д.
К математическим моделям предъявляют требования высокой точности, экономичности и универсальности. Экономичность математических моделей определяется затратами машинного времени (работы ЭВМ). Степень универсальности математических моделей зависит от возможности их использования для анализа большого числа технологических процессов и их элементов. Требования к точности, экономичности и степени универсальности математических моделей противоречивы. Поэтому необходимо иметь удачное компромиссное решение. Основными требованиями, предъявляемыми к математическим моделям, являются требования адекватности, универсальности и экономичности
3. особенности составления схем внешних соединений
Схема внешних соединений-это схема соединения приборов и средств контроля соответствующими линиями связи, показывающими характер соединения, их длину, маркировку, наличие промежуточных коммутационных элементов, тип элемента контроля, находящегося непосредственно в технологии. Она чертится без масштабов с использованием условных обозначений. Все датчики на схеме внешних соединений показываются в соответствии с ГОСТ 21.404-85. Провода и кабели показывают сплошной линией толщиной до 1 мм, и в разрыве ставится окружность с позиционным номером. Позиционные номера для электрических проводок обозначаются 1,2,3,…, для трубных проводок-01,02,03,… Все проводки обычно показываются вертикально.
Для электрических и трубных проводок указываются маркировка проводов и кабелей, количество жил в кабеле, сечение и длина линии связи. Количество рабочих жил в кабеле показывается в прямоугольнике.
4. оформление задания не изготовление щитов и пультов
Документация на изготовление щитов и пультов оформляется в виде задания и содержит в качестве основных документов виды на фронтальную и внутренние плоскости щита и пульта, а также схемы соединений внутрищитовых проводок. Последние могут быть выполнены одним из трех методов: графическим, адресным или табличным. В соответствии с основными правилами оформления техническая документация на изготовление щитов, стативов и пультов (в дальнейшем для сокращения используется термин "щит") содержит общие виды щитов и заказную спецификацию щитов и пультов. Чертежи общих видов щитов разрабатывают на единичные и составные щиты. Под единичным щитом понимают щит, статив и пульт по номенклатуре, предусмотренной ОСТ 36.13-76 (кроме вспомогательных элементов). Проектная документация на щиты и пульты включает чертежи общего вида единичного и составного щитов, таблицы для монтажа электрических проводок, спецификации щитов и пультов.
5. организация проектных работ по созданию АСУ
Раздел " Организация работ по созданию АСУ" должен содержать перечень стадий и этапов выполнения работ; перечень работ по стадиям и этапам, сроки их выполнения и организации – исполнители работ; форму завершения стадий и этапов создания АСУ. Стадии, этапы и перечень выполняемых работ указывают в соответствии с нормативно-технической документацией на АСУ конкретного вида. Кроме того, в разделе необходимо приводить перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению АСУ с указанием сроков выполнения работ и исполнителей. Эти сведения могут быть представлены в виде планов-графиков. В разделе может быть указана последовательность внедрения частей или задач АСУ.
6. проектирование технического обеспечения АСУ
Техническое (аппаратное) обеспечение АСУ ТП — это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом.
В состав технического обеспечения АСУ ТП входят:
· средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);
· исполнительные устройства;
· программируемые логические контроллеры;
· устройства распределенного ввода/вывода;
· операторские станции;
· инженерные станции;
· серверы;
· панели оператора;
· программаторы;
· сетевые адаптеры;
· преобразователи частоты;
· пускатели;
· концевые выключатели;
· кабели связи;
· табло;
· устройства световой и звуковой сигнализации.
7.общие принципы разработки схем автоматизации
Автоматизацию технологического процесса следует внедрять поэтапно, начиная с разработки схем автоматизации процессов.
Автоматический контроль и управление технологическими процессами должны улучшать их технико-экономические показатели. Эффективность автоматизации в каждом отдельном случае определяется конкретно расчетами с учетом индивидуальных особенностей автоматизируемого процесса, но существует ряд общих требований, которым должна удовлетворять любая система автоматизации и которые следует учитывать при разработке схем автоматизации. К этим требованиям следует отнести:
· максимальная простота, т.е. минимальное в пределах технической и экономической целесообразности количество функций, выполняемых системой, и минимальное количество машин, приборов, устройств и соединительных проводов, входящих в систему;
· гибкость, т.е. простой и быстрый переход от автоматического управления к ручному и наоборот, возможность управления из нескольких мест;
· четкость действия, как при нормальных, так и аварийных режимах, любое повреждение в системе не должно сопровождаться дальнейшим развитием аварии;
· использование типовых средств сбора, передачи и переработки информации, типовых регуляторов, выпускаемых в достаточно широком ассортименте приборостроительной промышленностью.
Кроме того, исходя из требований работоспособности и качества регулирования, автоматические системы регулирования , входящие в схемы автоматизации, должны:
· обладать устойчивостью, т.е. способностью возвращаться в положение равновесия после прекращения действия причин, выведших систему из этого состояния;
· иметь ошибки воспроизведения управляющих воздействий или отклонение регулируемых величин из-за действия возмущений не больше допустимых значений;
· не иметь большую ошибку по регулируемой величине, когда это связано требованиями технологического процесса;
· иметь оптимальный переходный процесс в течение времени регулирования;
· обладать наибольшим отклонением регулируемой величины от заданной в ходе процесса не более некоторой допустимой, зависящей от технологических особенностей процесса.
Если переходный процесс в системе имеет колебательный характер, то могут предъявляться требования по ограничению амплитуды или частоты колебаний.
Схемы автоматизации технологических процессов являются основными техническими документами, определяющими структуру и объем автоматизации промышленных объектов и являющимися исходными данными для проектирования систем управления.
.Схемы автоматизации включают технологическую схему, содержащую основные технологические аппараты и машины, изображенную в упрощенном варианте и расположенную в верхней части листа, и средства автоматизации, входящие в состав систем контроля, регулирования, которые обозначаются с помощью условных графических обозначений и линий связи.
Проектируемые схемы автоматизации должны учитывать требования технологии и ее особенности, поэтому в разработке их обязательно должны принимать участие технологи-обогатители. Это подчеркивает важность данного раздела для студентов-обогатителей.
8. проектирование щитов, пультов. Размещение щитов и пультов в пунктах управления
В практике проектирования щитов и пультов существует несколько приемов размещения аппаратуры контроля и управления. Согласно функциональному принципу аппаратуру размещают по группам, исходя из общности выполняемых задач. Так, можно объединять в группы приборы, относящиеся к одному технологическому агрегату (процессу). Принцип значимости предполагает группирование приборов в зависимости от того, насколько существенны они для выполнения определенной части операций. При этом наиболее важные элементы даже при редком их использовании обычно располагают в центре панели. При соблюдении принципа частоты использования часто применяемые элементы располагают в центре панели, редко используемые - на периферии. Принцип последовательности предполагает размещение приборов на панели строго по схеме их последовательного использования. В соответствии с принципом совмещения стимула и реакции органы контроля и соответствующие им органы управления должны быть максимально сближены или пространственно соотнесены. На пищевых предприятиях щиты и пульты можно устанавливать в специальных -щитовых и непосредственно в производственных помещениях. Под щитовыми помещениями подразумеваются не только помещения пунктов управления - диспетчерские, операторские и т. д., но и вспомогательные, например аппаратные. Для наружной установки применяют щиты специальных конструкций, например обогреваемые щиты, рассчитанные на определенные условия эксплуатации.
Щиты (пульты) местных пунктов управления размещают вблизи управляемого объекта с таким расчетом, чтобы контроль за его работой выполнялся не только по показаниям приборов, но и путем визуального осмотра оборудования. Щиты операторских пунктов управления располагают таким образом, чтобы со стороны щита можно было обозревать все оборудование, относящееся к данному посту управления. Операторские пункты при необходимости могут также отделяться от производственного помещения стеклянной перегородкой. Для размещения щитов вне производственных помещений, а также в помещениях, где. возможно значительное выделение пыли, газов, влаги и т. д., предусматривается отдельное помещение. Щиты диспетчерских пунктов управления размещают в специальном щитовом помещении, расположенном, как правило, в главном корпусе предприятия.
9. применение принципа иерархичности при рассмотрении сложных схем
Принцип иерархичности заключается в структуризации (разбиении) представлений об объекте проектирования на уровни описания ( на верхнем уровне объект, как система; на следующем уровне выделяются обеспечивающие подсистемы; далее агрегаты, из них выделяются узлы и на последнем уровне - конструктивные элементы). В результате применения принципа иерархичности последовательно наращивается сложность описания объекта. При иерархическом описании сложных систем применяются различные способы. Во всех них используется родовое понятие – уровень иерархии, имеющее различный смысл в зависимости от способа описания. Существует три типа иерархии:
1) на основе выделения страт – уровней абстрагирования (аспектов) при описании системы;
2) на основе выделения слоев – уровней сложности принимаемых решений при достижении глобальной цели;
3) на основе выделения эшелонов или уровней в организационной структуре системы, имеющей четко выделенные семейства управляющих и подчиненных элементов.
10. принципиальные электрические схемы. Общие сведенияПринципиальная электрическая схема автоматизации – это проектный документ, определяющий полный состав электрической части и связей между ее элементами, а также дающий детальное представление о принципах работы системы.
Принципиальные схемы служат основанием для разработки других чертежей, а также используются при наладке и эксплуатации систем автоматизации. Они разрабатываются в соответствии с техническим заданием и на основании решений, принятых в функциональной схеме автоматизации. На чертежах принципиальных электрических схем должны изображаться элементные схемы управления, регулирования, блокировок, защит и сигнализации; схемы главных (силовых) цепей; диаграммы замыкания контактов ключей, приборов и аппаратов; контакты, занятые в других схемах; перечень аппаратуры и общие пояснения и примечания.
11. иерархия управления объектом автоматизации
1. Иерархический принцип управления заключается в многоступенчатой организации процесса, где каждая ступень управления имеет свои объекты и цели. Иерархичность системы обуславливается сложностью систем управления. Первый уровень - автоматический контроль, стабилизация основных параметров процесса, функционируют локальные системы контроля , регулирования температуры, расхода, уровня и др. Второй уровень - контроль комплексных параметров, которые получают в результате математических операций над поступающей информацией (фильтрации, усреднения, суммирования и пп.), функционируют устройства централизованного контроля и специализированные аналоговые и цифровые вычислительные устройства. Третий уровень - текущее управление технологическим процессом; разработка технологических рекомендаций, оптимизирующих процесс; коррекция заданий локальным АСР и математических выражений, которые используются на втором уровне, здесь используют универсальные управляющие ЭВМ. Четвертый уровень - диспетчеризация и оперативный анализ работы производственного участка, расчет технико-экономических показателей.
12. состав заказной спецификации щитов и пультов
Заказные спецификации выполняются на стадии "Рабочие чертежи". Заказные спецификации составляются по функциональной схеме (приборы и средства управления), принципиальным электрическим схемам (электроаппаратура), сборочных чертежей и монтажных схем (щиты и пульты), схем внешних электрических соединений и трубных проводок (трубопроводная арматура, кабелей и проводов, трубы, монтажные материалы). Заказные спецификации составляются в том же порядке, что и заявочные ведомости. При разработке проекта автоматизации определяются капитальные затраты на приобретение оборудования и монтаж приборов и средств автоматизации. Заказные спецификации входят в состав рабочих чертежей и являются документацией для заказа оборудования, представляемой комплектующим организациям и определяющей потребность в оборудовании, кабельных и других изделиях, необходимых для укомплектования строящихся или реконструируемых объектов. Заказные спецификации составляются пообъектно. Заказная документация на пусковой комплекс выполняется проектной организацией только по рабочим чертежам, один раз на весь период комплектования на все виды оборудования, материалы и кабельные изделия. Несерийное и находящееся в стадии разработки оборудование включается в заказную спецификацию только при наличии протокола или письма согласования с изготовителем на его поставку. Заявочные ведомости приборов и средств автоматизации и электроаппаратуры содержат информацию о наименовании прибора, общей характеристике, типе, количестве однотипных приборов, заводе- изготовителе (с реквизитами). Аналогично составляются заявочные ведомости щитов и пультов, трубопроводной арматуры (запорная аппаратура без приводов, запорная арматура с приводом, регулирующая арматура), основных монтажных материалов (силовые, контрольные, коаксиальные, экранированные кабели; трубы стальные, из нержавеющей стали, медные, алюминиевые, полихлорвиниловые; металл для прокладки и крепления кабельных трасс и трубных проводок; монтажные изделия заводского изготовления (соединительные коробки, муфты и т.п.); провода и трубы для коммутации внутри щитов и пультов и Т.Д.
13. Структурные схемы систем автоматизации. Их роль проектировании локальных систем контроля и автоматики.
Структурная схема является для каждого проектируемого объекта основным проектным документом, так как им устанавливаются оптимальные каналы административно-технического и оперативного управления технологическими процессами для достижения наивысших эксплуатационных показателей. В структурной схеме управления и контроля отражаются особенности технологического характера данного производства, а также технические средства, используемые при создании локальных систем контроля и автоматизации. В зависимости от уровня автоматизации выполняемых системой функций они подразделяются на следующие: системы децентрализованного (локального) управления и контроля (все функции контроля и управления осуществляет оператор); системы централизованного управления и контроля (функции контроля и управления осуществляет оператор и применяются средства централизованного сбора информации и ее частичной переработки); автоматизированные системы управления (функции управления остаются за оператором и применяются средства вычислительной техники для обработки информации и подготовки ее оператору для принятия решений); автоматические системы управления (оператор осуществляет функции контроля за исправностью системы). Назначение структурных схем – определение систем контроля и управления производственными процессами данного объекта, взаимных связей между щитами и пунктами управления (агрегатными, групповыми, центральными, диспетчерскими и т.п.), оперативными рабочими постами основных групп технологического оборудования; административно-технической сущности централизованного управления объектом.
14.Задание на проектирование локальных систем автоматизации.
Задание на проектирование локальных систем автоматизации содержит перечень цехов, агрегатов и установок, включенных в проект, с указанием характеристики помещений и технологической схемы; перечень функциональных задач автоматизации; перечень контролируемых и регулируемых величин, а также информацию, представляемую в систему управления предприятием; рекомендации по структуре управления и расположению щитов и пультов; план-график работ по созданию системы и оценку ее подготовленности. Вместе с заданием на проектирование представляются все необходимые для выполнения проекта данные и материалы, к которым относятся чертежи производственных помещений и технологического оборудования, сведения по источникам электроэнергии и сжатого воздуха, характеристика производственных помещений и т. п. Проектирование ведется в одну (рабочий проект) или две стадии (проект и рабочая документация). Локальные системы автоматизации проектируются, как правило, в одну стадию, причем для несложных объектов или при повторном проектировании уже существующих объектов одностадийное проектирование обязательно. Две стадии выполняются при проектировании локальных систем автоматизации крупных и сложных или новых объектов с неосвоенной технологией.
Состав и содержание проектной документации по автоматизации технологических процессов должны обеспечить заказ всего необходимого оборудования и материалов, изготовление нестандартизованного оборудования, выполнение монтажных, наладочных работ и эксплуатацию, оценку стоимости оборудования и его монтажа, определение экономического эффекта от внедрения системы автоматизации.
15.Табличный метод выполнения монтажных схем.
Схемы электрических соединений табличным способом выполняются в виде таблиц соединений (табл.12) и таблиц подключений (табл.13). Запись проводок в таблицу соединений производят на основании принципиальных электрических схем и схем внешних проводок
. 
Принят следующий порядок заполнения граф таблицы соединений: в графах «Откуда идет» и «Куда поступает» приводят адреса присоединения проводников, например К1:4, 18в – К2:5, где К1 – позиционное обозначение аппарата; 18в – позиция прибора; К2 – колодка прибора; 4, 5 – номера выводов;в графе «Данные проводника» для проводов указывают их марку, сечение;в графе «Примечание» указывают специальные требования по прокладке проводок, их напряжению и т.п. Таблицы подключения проводок следует выполнять в порядке, соответствующем расположению приборов и аппаратуры на щите. Запись начинают с соответствующих заголовков: «Левая стенка», «Дверь» и т.д. В графе «Вид контакта» проставляются позиция прибора по спецификации или позиционное обозначение аппарата, блока зажимов. В графах «Вывод» проставляют номера выводов из инструкции на прибор или аппарат. В графах «Проводник» против соответствующих номеров выводов указывают маркировку проводок, подключаемых к данному выводу.