На головну

Структура АСУ ТП на основі цифрових технологій

  1. A. Рекламна кампанія з незмінним рівнем витрат (повідомлення виходить на регулярній основі протягом певного часу).
  2. I-d діаграма вологого повітря, її структура. Характерні випадки зміни стану повітря і їх зображення на I-d діаграмі.
  3. I. Конституційний лад РФ: поняття, структура і базові характеристики.
  4. I. Структура.
  5. I.1. Структура грошової системи
  6. II. Психологічна структура і розподіл функцій в системах "людина - техніка". Ролі та основні функції людини
  7. II. Соціальна структура і правове становище основних груп населення.

Характерною особливістю розвитку сучасної електронної промисловості є бурхливе зростання, що супроводжується настільки ж бурхливим зниженням вартості засобів автоматизації, обчислювальної техніки, комунікацій, пристроїв високоточних вимірювань параметрів. Цифрові технології швидко витісняють аналогові, що переважали в системах управління в недалекому минулому. Це пов'язано з тим, що можливості цифрових засобів вимірювання та управління на порядок вище, ніж у аналогових. До числа їхніх достоїнств відносяться:

- Більш точне уявлення вимірюваних величин;

- Велика перешкодозахищеність;

- Можливості побудови обчислювальних мереж;

- Велика гнучкість і ефективність в управлінні процесом і т.д.

Всі ці можливості пов'язані з конкретними вигодами для користувачів:

- Прискорення роботи операторів системи управління;

- Економія фінансових ресурсів;

- Підвищення якості та коректності рішень, прийнятих операторами;

- Зменшення втрат продукції та ін.

Будь-яку автоматичну систему управління технологічним процесом (АСУ ТП) можна в кінцевому підсумку розділити на 3 основних рівня ієрархії (рис. 20).

Самим нижнім рівнем є рівень датчиків і виконавчих механізмів, які встановлюються безпосередньо на технологічних об'єктах. Їх діяльність полягає в отриманні параметрів процесу, перетворення їх у відповідний вигляд для подальшої передачі на вищий щабель (функції датчиків), а також в прийомі сигналів і у виконанні відповідних дій (функції виконавчих механізмів).

Середній рівень-рівень виробничої дільниці. Його функції:

-збір інформації, що надходить з нижнього рівня, її обробка та зберігання;

- Вироблення керуючих сигналів на основі аналізу інформації;

- Передача інформації про виробничій ділянці на більш високий рівень.

Верхній рівень в системі автоматизації займає т.зв. рівень управління. На цьому рівні здійснюється контроль за виробництвом продукції. Цей процес включає в себе збір надходять з виробничих ділянок даних, їх накопичення, обробку та видачу керівних директив нижнім східцях. Атрибутом цього рівня є центр управління виробництвом, який може складатися з трьох взаимопроникающих частин:

-операторской частини,

- Системи підготовки звітів,

- Системи аналізу тенденцій.

Операторська частина відповідає за зв'язок між оператором і процесом на рівні управління. Вона видає інформацію про процес і дозволяє в разі необхідності втручання хід автоматичного управління. Забезпечує діалог між систем і операторами.

Система підготовки звітів виводить на екрани, принтери, в архіви і т.д. інформацію про технологічні параметри з зазначенням точного часу вимірювання, видає дані про матеріальне і енергетичному балансі та ін.

Система аналізу тенденцій дає оператору можливість спостереження за технологічним параметрами і робити відповідні висновки.

На верхньому рівні АСУ ТП розміщені потужні комп'ютери, які виконують функції серверів баз даних і робочих станцій і забезпечують аналіз і зберігання всієї інформації, що надійшла за будь-який заданий інтервал часу. а також візуалізацію інформації та взаємодія з оператором.

Основою програмного забезпечення верхнього рівня є пакети SCADA (Supervisory Control And Data Ac-quisition - системи управління і доступу до даних).

55) Аналіз і моделювання систем. моделлю називають відображення певних характеристик об'єкта з метою його вивчення. Будь-яка дослідницька і проектна діяльність так чи інакше пов'язана з побудовою моделей. Проект машини, заводу, креслення деталі, макет нової будівлі або літака ? все це моделі майбутніх реальних об'єктів. Вивчення явищ, що відбуваються в природі, в сфері діяльності людей (економічної, політичної, громадської) також пов'язано з їх моделюванням.

Модель дозволяє виділити з усього різноманіття проявів досліджуваного об'єкта лише ті, які необхідні з точки зору розв'язуваної проблеми, т. Е. Модель - не точна копія об'єкта, а відображення лише певної частини його властивостей. Тому центральною проблемою моделювання є розумне спрощення моделі, т. Е. Вибір ступеня подібності моделі і об'єкта [3].

У зв'язку з цим розглянемо поняття ізоморфізму і гомоморфізму. Якщо елементи, зв'язку і перетворення системи А і системи В знаходяться у взаємно однозначній відповідності, то ці системи ізоморфні. Якщо між двома об'єктами встановлений ізоморфізм щодо виділеної сукупності елементів, зв'язків і перетворень, то кожен з цих об'єктів може служити моделлю іншого. Отже, з точки зору результатів дослідження, не має значення, який із цих об'єктів буде вивчатися. Вибір одного з них в якості моделі визначається зручностями дослідження.

система В називається гомоморфной щодо системи А, Якщо кожного зв'язку, елементу і перетворенню системи А відповідають певний елемент, зв'язок і перетворення в системі В.

На відміну від ізоморфізму при гомоморфізм відповідність між системами направлено в одну сторону, т. Е. Кількох елементів, зв'язків і перетворенням системи А можуть відповідати один елемент, одна зв'язок і одне перетворення в системі В. Отже, гомоморфний образ в загальному випадку є спрощеною моделлю, приватним описом відображається системи. Зазвичай модель конструюється як гомоморфний образ об'єкта і як ізоморфний образ досліджуваних властивостей і характеристик. Таким чином, модель є система, властивості якої досить близькі до властивостей досліджуваної системи.

Моделі можуть бути реалізовані як фізичними, так і абстрактними системами. Відповідно розрізняють фізичні та абстрактні моделі. фізичними моделями яв-ляють, наприклад макети приладів, машин. До фізичних відносяться також електричні моделі об'єктів і процесів або їх графічна інтерпретація.

В абстрактних моделях опис об'єктів або явищ робиться на будь-якій мові. Як мов моделювання можуть використовуватися, наприклад, природна мова, мова креслень, схем, математичну мову. Опис об'єкта або явища, зроблене на математичній мові, називають математичною моделлю.

Прикладом математичної моделі може служити диференціальне рівняння виду md2y (t) / dt2 =-у (t), Опсивающее процес вільних коливань пружинного елемента. тут т - маса вантажу; у (f) - відхилення центру мас вантажу від положення рівноваги в момент часу t; у - жорсткість пружини. Графік вільних коливань пружинного маятника також є його абстрактною моделлю, в якій використано графічний мова опису.

Як відомо, одним і тим же диференціальним рівнянням часто можна описати явища, що мають різну фізичну природу. Так, наведене вище рівняння описує також вільні коливання в електричному контурі LC (Наприклад в генераторі для електроерозійної або магнітоїмпульсной обробки. Це означає, що властивості коливань в пружині і в контурі LC однакові і останній може розглядатися як електрична модель коливань для пружинного елемента.

Подання реального об'єкта як системи, використання системних понять при його моделюванні послужили методологічною основою для ряду принципів дослідження, об'єднаних загальною назвою системний аналіз. Розглянемо деякі з цих принципів, важливі з точки зору подальшого викладу. Кожну систему в ієрархії систем можна досліджувати в двох аспектах ? як елемент більш широкої системи і як сукупність взаємопов'язаних елементів. Два аспекти обумовлюють два принципово різних підходи до аналізу систем: микроанализ (мікропідхід) і макроанализ (макропідхід).

мікроаналіз системи ведеться в напрямку вивчення і .моделірованія її структури і властивостей елементів. При цьому, природно, передбачається, що елементи і зв'язку доступні для спостереження. Часто микроанализ зводиться до дослідження функцій елементів і процесу функціонування системи.

макроаналіз концентрує увагу дослідника на системі в цілому її властивості, поведінці, взаємодії з навколишнім середовищем. Лише з цієї точки зору дослідника цікавлять властивості елементів системи і її внутрішня структура.

Результатом макроаналізу є макроскопічний опис (макромодель) системи. Часто для побудови макромоделі система розглядається у вигляді «чорного ящика». Це образне поняття означає, що внутрішній устрій системи внаслідок будь-яких причин приховано від дослідника. Наблюдаеми лише зв'язку системи із зовнішнім середовищем. Вивчаючи зміна виходів системи в залежності від варіації вхідних впливів, дослідник отримує уявлення про властивості системи, а в тих випадках, коли це потрібно, будує гіпотези про її внутрішню будову. Такий метод дослідження і моделювання називають методом чорного ящика.

56) Обмін інформацією та виконання команд з вищих рівнів управління.Це завдання виникає при взаємодії АСУ ТП з системою оперативного управління АСУП, яка є вищим рівнем ієрархії в системі управління виробництвом. Запити можуть стосуватися параметрів статичних або динамічних моделей, необхідних при розрахунку техніко-економічних показників (ТЕП) технологічного процесу, а команди управління можуть зажадати перерозподілу навантаження між технологічними агрегатами і т. П. Специфічним для адаптивних АСУ ТП є передача ряду завдань адаптивного управління, що не вимагають обробки в реальному часі, на верхній рівень управління, як правило, володіє великими обчислювальними ресурсами. Мета адаптивного управління полягає у вирішенні двох основних завдань, до яких відноситься забезпечення умов Q = Qзад або Q ? Qзад (9) а також Q = Qmin (10)

Перше завдання (9) - це завдання стабілізації динамічних характеристик системи управління технологічним об'єктом. Друге завдання (10) -завдання оптимального адаптивного управління у вузькому сенсі.

Класифікація адаптивних АСУ ТП, наведена на рис. 19, відображає розподіл всіх систем на три основні класи: пошукові, безпошукове і комбіновані. Підставою для такої класифікації є два режими обробки даних, властивих АСУ ТП: обробка даних в реальному масштабі часу, якій відповідають безпошукове алгоритми адаптації та адаптивної ідентифікації, і обробка даних в режимі поділу часу, якій відповідають пошукові алгоритми. Комбіновані адаптивні АСУ ТП об'єднують обидва режими обробки даних.

В екстремальних АСУ ТП, які відносяться до пошукових систем, здійснюється підтримка режиму технологічного агрегату поблизу точки екстремуму критерію якості в статичному режимі. У таких системах присутні пробні сигнали, що обмежує область їх застосування.

Адаптивні системи з ідентифікатором (АСД) реалізують ефективне в АСУ ТП управління по обуренню за допомогою настроюваної моделі об'єкта. В ієрархічних АСИ кожен рівень ієрархії системи управління технологічними лініями і ділянками безперервного виробництва має відповідну АСИ з ідентифікатором в колі зворотного зв'язку. Дворівневі АСУ ТП з прогнозуючої моделлю, використовують настраиваемую модель для швидкого в порівнянні з перехідним процесом в об'єкті регулювання розрахунку програмного управління і його реалізації в реальному масштабі часу.

Рис.19. Класифікація адаптивних АСУ ТП

Пошукові оптимальні адаптивні АСУ ТП вирішують також завдання динамічної оптимізації на основі пошукових процедур мінімізації критерію якості керованих динамічних технологічних об'єктів управління. У класі безпошукове адаптивних АСУ ТП окремий підклас складають адаптивні системи з еталонною моделлю (АСЕМ) різних типів. Інваріантні АСЕМ реалізують принцип безпошукове адаптивного управління з обуренню.

У дворівневої АСЕМ еталонна модель ідентифікується в реальному масштабі часу і використовується для синтезу програмного управління в «швидкому» масштабі часу, яке потім в супервизорного режимі управляє реальним технологічним об'єктом. Важливим і порівняно новим в адаптивних АСУ ТП є АСЕМ зі спостерігачами стану, в якості яких використовується фільтр Калмана-Бюсі.

Адаптація або адаптивна ідентифікація в фільтрі здійснюється на основі настраиваемой моделі об'єкта і методів безпошукове адаптації. Інваріантні АСЕМ реалізують налаштування параметрів регулятора по розімкненому циклу. На відміну від них безпошукове АСИ здійснюють за допомогою безпошукове алгоритмів ідентифікації адаптацію контуру управління з обуренню.

Безпошукове адаптивні АСУ ТП на базі систем зі змінною структурою відносяться до класу адаптивних АСУ ТП, які дозволяють реалізувати адаптивне логічне управління методами пасивної і активної адаптації. Безпошукове оптимальні адаптивні АСУ ТП вирішують задачу динамічної оптимізації методами безпошукове адаптації. Вони відрізняються від аналогічних пошукових систем тим, що адаптація нестаціонарної системи управління здійснюється під оптимальну еталонну модель. При цьому параметри зазначеної моделі обчислюються за допомогою пошукових процедур динамічної оптимізації заздалегідь, на етапі проектування. Таким чином, в цих системах завдання пошуку оптимального управління замінюється більш простий в обчислювальному відношенні завданням підстроювання під оптимальну модель системи. Комбіновані адаптивні АСУ ТП об'єднують в різних рівнях ієрархії управління як пошукові, так і безпошукове адаптивні АСУ ТП.

57) архія систем.Відносність точки зору на систему проявляється і в тому, що одну і ту ж сукупність елементів допустимо розглядати або як систему, або як частина деякої, більшої системи, т. Е. Безліч елементів системи можна розділити на ряд підмножин. Частина системи, утворена з елементів підмножини, називають підсистемою. нехай система S утворена з елементів 1?12 {х1, х2, ..., х12}, пов'язаних між собою певним чином.

Один з можливих варіантів розбиття системи S на три підсистеми А, В и С показаний на рис. 2, а. Очевидно, підмножина елементів (Х1, х2, х3, х4) утворюють підсистему А, Можна розглядати як систему, тоді В и С будуть елементами зовнішнього середовища. Припустимо, що дослідника не цікавлять властивості елементів і структура підсистем А, В и З, так як можна вирішити завдання допускає розгляд властивостей і зв'язків систем А, В и С. В цьому випадку система спроститься, як показано на рис. 2, б, т. Е. Підсистеми А, В и С будуть розглядатися як елементи системи S. Таким чином, кожна система може розглядатися або як підсистема або елемент деякої, більшої системи, або як сукупність елементів, кожен з яких допустимо визначити як систему. Існує ієрархія систем, в якій елементами системи t-го рівня є системи (T + 1)-го рівня (рис. 3). Наприклад, промислове підприємство можна представити як систему, елементами якої є цехи. Цех може бути представлений як сукупність виробничих ділянок і робочих місць.

Рис.2. Поділ системи на підсистеми

Очевидно, вибравши в якості вихідного рівня розгляду підприємство, дослідник може розширювати уявлення про систему не тільки «вниз», як показано, але і «вгору», т. Е. Перевизначаючи виділену систему (в даному випадку підприємство) як підсистему або елемент більшої системи (наприклад, об'єднання, корпорації або галузі промисловості).

Рис.3. ієрархія підсистем

58). Адаптивна обробка інформації та отримання інформації про параметри моделі об'єкта.Інформаційні завдання в адаптивних АСУ ТП включають в себе ряд різнорідних завдань. Завдання адаптивної обробки інформації в залежності від змінних характеристик каналів зв'язку або залежності динамічних характеристик датчиків від властивостей перешкоди або об'єкта управління близькі до завдань описаного типу. Найбільш характерним представником адаптивних інформаційних пристроїв в адаптивних АСУ ТП є адаптивні перешкодозахищеність фільтри, як, наприклад, адаптивний фільтр Калма-на-Бьюси. Іншим завданням цієї групи опитаних є адаптивна ідентифікація параметрів технологічного процесу для видачі довідкової інформації оператору, її ре-єстрації або функціональної діагностики технологічного процесу.

59)У загальному випадку САУ (рис. 2.5) включають:

- об'єкт управлінняОУ;

- ізмерітельние пристрої (ВП) або первинні перетворювачі (датчики) - вимірюють керовані величини ТП і перетворять їх з однієї фізичної форми в іншу (наприклад, термоелектричний термометр перетворює різницю температур в термоЕРС);

Малюнок 2.5. Узагальнена структурна схема САУ

- Задають пристрої(ЗУ) - служать для завдання необхідного значення регульованої величини g (х), яке може мати постійну задану величину при необхідності підтримки постійного заданого значення керованої величини або ж змінюватися за певним законом;

- Порівнюють пристрої - Зіставляють задане значення керованої величини ХО з дійсним значенням Х. Одержуваний на виході пристрою, що порівнює сигнал неузгодженості  передається або через підсилювач, або безпосередньо на виконавчий механізм;

- Підсилювачі або перетворюють пристрої - Здійснюють необхідні перетворення сигналу і його посилення в магнітних, електронних, напівпровідникових і інших підсилювачах, коли потужність сигналів недостатня для подальшого використання;

- Виконавчі механізми створюють керуючі впливу на об'єкт управління. Вони змінюють кількість енергії або речовини, що підводиться до об'єкта управління або відводиться від нього, для того щоб керована величина відповідала заданому значенню.

станом ОУ: принцип розімкнутого керування, принцип компенсації, принцип зворотного зв'язку.

Принцип розімкнутого управління полягає в тому, що програма управління жорстко задана в ЗУ або зовнішнім впливом G (t), і управління не враховує вплив збурень на параметри процесу. Приклади систем - годинник, магнітофон, і т.п.

принцип компенсації застосовується для нейтралізації відомих обурюють воздей-наслідком, якщо вони можуть спотворювати стан об'єкта управління до неприпустимих меж. При апріорно відомої зв'язку стану об'єкта з возмущающим впливом значення сигналу u (t) коригуються обернено пропорційно обурює x (t). Приклади систем компенсації: біметалічний маятник в годинах, компенсаційна обмотка машини постійного струму і т.п. Гідність принципу компенсації - швидкість реакції на обурення. Недолік - неможливість обліку подібним чином всіх можливих збурень.

Принцип зворотного зв'язку набув найбільшого поширення в технічних системах управління, при цьому керуючий вплив коригується залежно від вихідної величини y (t). Якщо значення y (t) відхиляється від необхідного, то відбувається коригування сигналу u (t) з метою зменшення даного відхилення. Зв'язок виходу ОУ з входом керуючого пристрою, що виконує корекцію сигналу u (t), називається головною зворотним зв'язком (ОС).

Недоліком принципу зворотного зв'язку є інерційність системи. Тому часто застосовують комбінацію даного принципу з принципом компенсації, що дозволяє об'єднати переваги обох принципів - швидкість реакції на обурення принципу компенсації і точність регулювання незалежно від природи збурень принципу зворотного зв'язку.

60) Принципи управління. Розрізняють три фундаментальних принципи управління станом ОУ: принцип розімкнутого керування, принцип компенсації, принцип зворотного зв'язку.

Принцип розімкнутого управління полягає в тому, що програма управління жорстко задана в ЗУ або зовнішнім впливом G (t), і управління не враховує вплив збурень на параметри процесу. Приклади систем - годинник, магнітофон, і т.п.

принцип компенсації застосовується для нейтралізації відомих обурюють воздей-наслідком, якщо вони можуть спотворювати стан об'єкта управління до неприпустимих меж. При апріорно відомої зв'язку стану об'єкта з возмущающим впливом значення сигналу u (t) коригуються обернено пропорційно обурює x (t). Приклади систем компенсації: біметалічний маятник в годинах, компенсаційна обмотка машини постійного струму і т.п. Гідність принципу компенсації - швидкість реакції на обурення. Недолік - неможливість обліку подібним чином всіх можливих збурень.

Принцип зворотного зв'язку набув найбільшого поширення в технічних системах управління, при цьому керуючий вплив коригується залежно від вихідної величини y (t). Якщо значення y (t) відхиляється від необхідного, то відбувається коригування сигналу u (t) з метою зменшення даного відхилення. Зв'язок виходу ОУ з входом керуючого пристрою, що виконує корекцію сигналу u (t), називається головною зворотним зв'язком (ОС).

Недоліком принципу зворотного зв'язку є інерційність системи. Тому часто застосовують комбінацію даного принципу з принципом компенсації, що дозволяє об'єднати переваги обох принципів - швидкість реакції на обурення принципу компенсації і точність регулювання незалежно від природи збурень принципу зворотного зв'язку.

61) Чим відрізняється динамічна система від статичної?

За ознакою врахування залежності об'єкта моделювання від часу розрізняють статичні і динамічні характеристики систем, що відображаються у відповідних моделях.
 Статичні моделі (моделі статики) відображають функцію системи - конкретний стан реальної або проектованої системи.
 Приклади. Закон Ома, опис показників ефективності організацією в певний момент часу.
 Динамічні моделі (моделі динаміки) відображають функціонування системи - процес зміни станів реальної або проектованої системи. Вони показують відмінності між станами, послідовність зміни станів і розвиток подій з плином часу.
 Приклади. зміна температури електроплити при її включенні, опис процесу зміни показників ефективності за деякий період часу.
 Відмінність статичних і динамічних моделей укладено в обліку часу: в статиці його як би не існує, а в динаміці це основний елемент.



Постановка завдань управління і регулювання. | Перерахуйте типові завдання управління у виробничому процесі

Основні завдання управління і обробки інформації при управлінні технологією. | Критерії розбиття систем на прості і складні, детерміновані і імовірнісні. | Наведіть схему системи екстремального керування технолог процесом. | Виробниче підприємство як система управління. | Класифікація структур виробничого процесу | Функціональна схема системи управління. Склад значення. | Мат мод об'єкта управління. Наведіть основні рівняння. | Принципи побудови і структури адаптивних сист упр | Узагальнена структура сист упр. | Класифікація адаптивних САУ ТП. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати