Сбор и первичная обработка информации АСУТП

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ
1 Сбор и первичная обработка   информации АСУТП
2 Комплекс технических  средств АСУТП
Заключение
Список используемых источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 Современная автоматизированная  система управления технологических  процессов (АСУ ТП) представляет  собой многоуровневую человеко-машинную  систему управления. Создание АСУ  сложными технологическими процессами  осуществляется с использованием  автоматических информационных  систем сбора данных и вычислительных  комплексов, которые постоянно совершенствуются  по мере развития технических  средств и программного обеспечения.

 Методы управления  производственным процессом на  основе компьютерных технологий  получили широкое распространение  на большинстве промышленных  предприятий. Все успешно работающие  системы обеспечивают контроль  и управление, включая графический  интерфейс оператора, обработку  сигналов тревог, построение графиков, отчетов и обмен данными. В  тщательно спроектированных системах  эти возможности способствуют  улучшению эффективности работы  предприятия и, следовательно,  увеличению прибыли. В настоящее  время это становится все более  актуальным, учитывая постоянное  увеличение конкуренции, борьбу  за снижение тарифов и издержек.

 Дистанционное управление  технологическим оборудованием  является актуальной задачей  для разработчика автоматизированных  систем управления технологическими  процессами, применяемыми в химической, нефтегазодобывающей, угольной и  других отраслях промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Сбор и первичная обработка информации АСУТП

 

     Первая  стадия сбора и первичной обработки входных аналоговых

сигналов,  полученных  от  соответствующих  датчиков, заключается  в опросе,

сглаживании  (фильтрации)  и  преобразовании  значений  сигналов в цифровую форму   представления   в   каждом   цикле   опроса  (Т ),  задаваемом  при проектировании.

    Примечания:

    1. Сглаживание  (фильтрация) аналоговых сигналов  выполняется аппаратными средствами модулей УСО и при необходимости программными средствами ПТК.

    2.  Фактический   цикл  опроса  (Т  )  датчиков  может быть существенно меньшим,  чем Т. Это позволяет получить результирующие значения параметров путем  обработки нескольких значений каждого из параметров, зафиксированных с  циклом  опроса  Т    (например,  путем  вычисления  среднего  значения). Точность  получаемых  результирующих  значений параметров в каждом заданном цикле  опроса Т , как правило, существенно выше мгновенных значений за счет нивелирования  погрешностей, вызванных влиянием меняющихся внешних факторов

(например, электрических  и магнитных полей).

 

    Вторая стадия заключается в проверке достоверности информации,

масштабировании  и  линеаризации  значений параметров в цикле опроса Т . На этой   же   стадии,   как   правило,  производится  формирование  признаков существенных  изменений значений  аналоговых  параметров  (например,  более +/- 1 - 5% по отношению к значению  параметра в предыдущем цикле опроса), вычисление   неизмеряемых   значений   параметров   (например,   извлечение квадратного  корня  и  коррекция расхода по температуре и давлению среды) иформирование массивов достоверной аналоговой информации.

 

      На третьей стадии (при необходимости) выполняется более сложная обработка информации. Например, проверка выхода достоверных значений параметров за технологические уставки и формирование признаков - логических сигналов (сигналов ТС) при выходе измеренных параметров за технологические уставки.

 

    На первой или второй стадии первичной обработки информации каждому из значений аналоговых параметров должна быть присвоена метка времени их фиксации. При формировании признаков существенного изменения, недостоверности и выхода значений параметров за технологические уставки им также должны быть присвоены метки времени, соответствующие меткам времени фиксации соответствующих параметров. Метки времени должны  обеспечить определение момента времени фиксации параметра с точностью не хуже значения цикла опроса параметра Т . Значения аналоговых параметров с метками времени и соответствующими признаками (существенного изменения, выхода за уставки и т.п.) в каждом цикле опроса должны помещаться в базу данных текущих значений параметров для возможности их использования задачами других подсистем АСУ ТП.

 

 

      Для обеспечения необходимой надежности измерения, как правило, подразделяются на три группы:

- измерения высшей группы  надежности, для которых используются  три датчика с последующим  выделением достоверного значения;

- измерения повышенной  группы надежности, для которых  используются два датчика с  последующим выделением достоверного  значения;

- прочие измерения, для  которых используется один датчик.

Для ввода в ПТК измерений  первой и второй групп датчики  должны подключаться одновременно к  двум контроллерам и (или) разным модулям  УСО.

 

 Контроль достоверности  аналоговой информации может  производиться по следующим критериям:

- снижению значения токового  сигнала ниже 4 мА - для унифицированных  токовых сигналов 4 - 20 мА;

- предельным значениям  измеряемых параметров (границам  шкалы датчика и канала);

- функциональной зависимости  между значениями аналоговых  параметров и логической связи  между аналоговыми и дискретными  параметрами;

- сопоставлению сигналов  от дублированных или троированных датчиков одного аналогового параметра;

- превышению заданных  значений скорости изменения  отдельных параметров.

    Контроль  достоверности   должен  проводиться  с циклом  ввода аналоговых сигналов  (Т ).  Для каждого из  дублированных или троированных датчиков должны   предусматриваться   процедуры  выявления  недостоверных  значений. Недостоверность  фиксируется  индивидуально  по  каждому  из  датчиков, что квалифицируется как событие и регистрируется функцией РС. В случае недостоверности по всем датчикам (одному, двум или трем) одного параметра должен быть сформирован обобщенный признак недостоверности параметра, который также квалифицируется как событие и регистрируется функцией РС. На основе достоверных значений одного параметра, полученных от двух или трех датчиков, в каждом цикле опроса формируется текущее результирующее значение параметра. Это результирующее значение должно вычисляться в соответствии с техническим заданием на АСУ ТП. Организация обработки аналоговых сигналов от датчиков технологических параметров, участвующих в подсистеме ТЗ, должна выполняться в соответствии с одним из двух способов.

Первый способ включает:

- диагностику исправности  датчика и канала связи;

- сравнение сигнала датчика  с уставками и получение дискретного сигнала по каждой уставке;

- формирование совместно  с дискретными сигналами других  датчиков того же параметра  общего сигнала по каждой уставке (по схеме "один из двух", "два из двух", "два из трех");

- формирование общего  сигнала как результата обработки  сигналов этих датчиков и передача  значения параметра в другие  подсистемы АСУ ТП.

Предпочтение следует  отдавать второму способу, который  включает:

- диагностику исправности  каждого из датчиков одного  параметра и каналов связи  от датчиков до контроллера;

- диагностику датчиков  путем сравнения их сигналов  с сигналами других датчиков  того же параметра и формирования  общего сигнала как результата  обработки сигналов этих датчиков;

- сравнение общего сигнала  с уставками срабатывания ТЗ и формирование логических сигналов, передачу значения параметра в другие подсистемы АСУ ТП.

При вводе одного, двух или  трех сигналов одного параметра одновременно в несколько взаимно резервированных  контроллеров значения параметра, сформированные в каждом из контроллеров, могут  быть переданы в базу данных текущих  значений параметров. В этом случае в этой базе данных по параметрам высшей и повышенной групп надежности будут  присутствовать два либо три текущих  значения каждого из этих параметров. Правила дальнейшего использования этих текущих значений одного параметра должны определяться разработчиками ПТК и АСУ ТП.

   

  Контроль   отклонения   достоверных   аналоговых  сигналов  за

технологические  уставки  должен  выполняться с циклом их ввода в ПТ (Т )

 Для  каждого  сигнала должна предусматриваться возможность задания не менее четырех  технологических  уставок  (на  повышение или понижение в любой комбинации).   Значения   аналоговых  параметров,  для  которых  существуют технологические  уставки, должны контролироваться на выход за установленные пределы  и  возвращение  к  норме.  Должны формироваться признаки выхода за уставку  и возвращения к норме с исключением "дребезга" за счет ввода зоны возврата,  которая задается при разработке системы и ее настройке. Признаки отклонения   за   уставку   фиксируются,   квалифицируются как события и регистрируются функцией РС.

       Вычисление   неизмеряемых   параметров  и коррекция значений

параметров  для  отдельных  сигналов, перечисляемых в задании  на конкретную АСУ ТП, выполняется с циклом ввода исходных сигналов в ПТК (Т ).

                                                            

       Для формирования признаков существенного изменения значений аналоговых параметров, которые могут использоваться различными функциями и задачами АСУ ТП, а также регистрируются функцией РС, должна быть предусмотрена возможность задания значений апертуры (одно либо два значения апертуры для каждого параметра):

- отдельно для каждого  параметра;

- отдельно для каждого  из типов параметров (ток, напряжение, частота, температура, расход, давление  и т.п.);

- общей для всех параметров.

 

       Информация, поступающая в ПТК по цифровым линиям связи и содержащая значения аналоговых параметров, непосредственно после поступления должна быть подвергнута соответствующей первичной обработке. Если поступившие значения параметров не имеют меток времени и (или) не сопровождаются признаками достоверности, выхода за уставки и т.п., то эти значения должны быть подвергнуты соответствующим процедурам первичной обработки. В любом случае поступающие в ПТК по цифровым линиям связи значения аналоговых параметров с метками времени и соответствующими признаками (полученными или присвоенными при обработке) должны быть помещены в базу данных текущих значений параметров для возможности их использования задачами других подсистем ПТК. Обновление этих значений должно производиться с циклом цифрового обмена либо по очередному спорадическому поступлению информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Комплекс технических средств АСУТП

 

 

 Состав комплекса технических  средств АСУТП.

 

Комплекс технических  средств (КТС) АСУТП представляет собой  управляемую вычислительную систему, структура которой представлена на рис.1.6.1.

 

 

Рис.16.1 общая структура  КТС АСУТП

 

 

 

КТС АСУТП отличается от КТС других АСУ блоком УСО (устройство сопряжения с объектом), который  обеспечивает связь ЭВМ с датчиками  и исполнительными устройствами, установленными на объекте управления ОБ. Другие компоненты, указанные на схеме Процессор (Проц.), Память (ЗУ), канал и устройства ввода/вывода (ВВ/ВЫВ), составляют ядро КТС, функционально идентичное ядру КТС любой другой АСУ. В качестве ЭВМ в современных АСУТП используются персональные ЭВМ или специальные микропроцессорные устройства.

 

ЭВМ обеспечивает выполнение следующих функций:

обработку информации,

контроль и управление состоянием ЭВМ,

ввод-вывод информации (клавиатура, дисплей, принтер).

 

Эти функции являются предметом  изучения специальных дисциплин, поэтому  их описание здесь опускается. Рассмотрим более подробно состав и функции УСО, которые во многом обеспечивают решение задач первичной и вторичной обработки информации.

 

Устройство сопряжения с  объектом (УСО).

 

УСО представляют собой наборы агрегатных модулей сбора, коммутации и преобразования сигналов контроля и выдачи сигналов управления на объектах, оснащенных датчиками, системами местной (локальной) автоматизации и исполнительными  механизмами. Агрегатность позволяет легко наращивать количество каналов и типов функций, благодаря чему УСО можно оптимально согласовывать с требованиями конкретных систем. По типу сигналов, вызываемых датчиками, УСО делят на подсистемы, состоящие из модулей ввода-вывода аналоговых сигналов и на подсистемы, состоящие из модулей ввода вывода дискретных сигналов.

 

Модули аналогового ввода-вывода могут выполнять следующие функции:

Подключения. Сигналы с  датчиков передаются на аналоговые входы  по одиночным или парам проводов. Сигнальные провода должны оканчиваться в точке сопряжения с аналоговой подсистемой. Устройствами подключения, предназначенными для этой цели, могут  служить клеммные колодки, кабельные разъемы и т.д.;

Нормализация сигнала, т.е. модификация сигнала (фильтрация, ослабление, смещение уровня, линейная или нелинейная компенсация, преобразование тока в  напряжение (усиление исключается)).

Усиление сигнала. Осуществляется с помощью усилителей трех типов: а) усилители сигналов низкого уровня, коэффициент усиления которых может быть 1001000; б) буферный усилитель, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивление, коэффициент усиления 1 или 2; в) усилитель слежения-запоминания, его выход пропорционален входу до тех пор, пока не последует команда запоминания, после чего выходной сигнал остается неизменным до конца действия команды.

Коммутации, коммутатор состоит  из электронного или электромеханического переключателя, последовательно подключающего  каждый отдельный вход или выход  к ТП. Коммутация осуществляется до или после усиления. Коммутаторы  различают по уровням сигналов, быстродействию и числу направлений коммутации.

Аналого-цифровое (или цифро-аналоговое) преобразование, которое осуществляется с помощью преобразователей АЦП. Основные характеристики АЦП: время преобразования и длина разрядной сетки. На рис.1.6.2 приведена схема УСО при вводе аналоговых сигналов.

 

 

Рис.1.6.2 блок-схема УСО  для аналоговых сигналов

 

Модули дискретного ввода  вывода также как и аналоговые выполняют функции подключения, нормализации, усиления и коммутации. Кроме того, они способны подсчитывать число импульсов, поступающих с  датчиков за определенный промежуток времени, или "расширять" импульсы до заданной величины.

 

На вход модулей ввода-вывода дискретных сигналов могут поступать:

инициативные, т.е. уровневые  сигналы, которые вырабатывает датчик, если его состояние изменяется из 0 в 1 (или из 1 в 0).

Дискретные сигналы, т.е. импульсные сигналы различной частоты  следования и различной длительности.

Сигналы с датчиков типа "сухой контакт".

На рис.1.6.3 приведена блок-схема  цифрового ввода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 Автоматизированная система  управления технологическим процессом  АСУ ТП является составной  частью производственного/технологического  объекта и компонентом автоматизированной  системы предприятия.

  Создание и внедрение АСУ ТП на предприятии по существу является исторической неизбежностью, обусловленной ходом развития технологии производства и развитием приборостроения, микроэлектроники, вычислительной техники и информационных технологий.

    В большинстве случаев АСУ ТП создается проектным путем, путем системной интеграции отдельных программных и аппаратных составляющих в единую законченную систему.

   АСУ ТП должна проектироваться с учетом опыта разработки подобных систем с обязательным объектно-ориентированным анализом конкретного технологического объекта управления в свете новейших системотехнических решений в методах управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1. Р.И.Фурунжиев ; Н.И.Бохан “Микропроцессорная техника в автоматике” Минск “Ураджай” 1991 г.

2. МикроЭВМ в 8 кн. :практическое пособие / под редакцией Л.Н.Преснухина.-М.:Высшая школа , 1988 . 172 с .

3. О.Н.Лебедев “Микросхемы памяти и их применение ” , М.:Радио и связь ,1990

4. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. "Цифровые интегральные микросхемы". - Справочник, - Мн. "Беларусь", 1991 г.

5. МикроЭВМ: в 8 кн. Практическое пособие. (Под ред. Л.Н. Треснухина. Кн. 1 "Семейство ЭВМ". "Электроника-60" - М.: Высшая школа" 1988 г.

6. "Микропроцессоры и  микропроцессорные комплекты интегральных  схем": Справочник в 2-х томах;  под ред. Шахнова В.А. - М.: Радио, связь, 1988 г.