 |
Назначение, цель и функции АСУ ТП. Подсистемы и виды обеспечения АСУ ТП
|
|
|
|
Назначение АСУ ТП заключается в целенаправленном ведении ТП и обеспечении информацией смежных и вышестоящих органов и систем управления.
Цель управления математически формулируется обычно в виде критерия управления и часто сводится к получению максимального экономического эффекта с учетом плановых, экономических и технических ограничений. В частном случае это может быть максимальная производительность, минимальная стоимость, минимальный расход дорогого сырья и т. д.
Практически цель управления реализуется путем стабилизации параметров процесса на входе и заданных параметров готовой продукции, оптимизации и согласования режимов работы агрегатов, обеспечения безопасности функционирования ТП.
Функции АСУ ТП направлены на выполнение поставленных частных целей управления и выполняются комплексом технических средств (КТС) и персоналом.
Информационные функции обеспечивают контроль основных параметров процесса и сигнализацию об отклонении от этих параметров; измерение и регистрацию по вызову; запросы оператора; вычисление ТЭП, показателей качества продукции и процесса; периодическую регистрацию и др. Совокупность информационных функций составляет информационную подсистему АСУ ТП.
Управляющие функции обеспечивают выработку и реализацию управляющих воздействий на объект управления, стабилизацию параметров, программное изменение режима, защиту, формирование и реализацию оптимальных управляющих воздействий, распределение нагрузок между агрегатами, управление пусками и остановами агрегатов и т. д. Совокупность управляющих функций составляет управляющую подсистему АСУ ТП (рис.1). Кроме вышеперечисленных основных (внешних) функций имеются служебные (внутренние) функции АСУ ТП: контроль за правильностью функционирования, связь с АСУ более высокого уровня, слежение за астрономическим временем и отсчет временных интервалов.
|
|
|
АСУ ТП выполняет свои функции в условиях непрерывного взаимодействия людей и комплекса технических средств. Это взаимодействие осуществляется при определенном организационном и программном обеспечении на базе математического обеспечения. Для обмена информацией в АСУ ТП принимаются определенные соглашения о формах массивов документов, шкалах приборов, кодах и правилах расшифровки, т. е. создается информационное обеспечение.
Техническое обеспечение состоит из комплекса технических средств (КТС) для выполнения перечисленных выше функций АСУ ТП. Технические средства для сбора, передачи, преобразования и отображения информации, вычислительные, управляющие и исполнительные устройства. Сюда же относят приборы для тестирования и наладки КТС. КТС имеет определенное территориальное размещение. Так, на технологических агрегатах могут быть установлены первичные измерительные преобразователи (датчики), регулирующие органы, запорная арматура исредства, информирующие о включении или выключении технологического оборудования.
В непосредственной близости от технологического оборудования устанавливают местные щиты управления, на которых монтируются регуляторы, показывающие и самопишущие вторичные приборы, а также другиеприборы и узлы локальной автоматики для постоянного персонала или обходчиков.
Операторы технологического процесса постоянно находятся в операторском пункте, который оборудован щитами, пультами, а также электрифицированной печатающей машинкой, предназначенной для регистрации технологических параметров процесса по вызову оператора.
На центральном щите управления (ЦЩУ) дежурного инженера или диспетчера расположены вторичные приборы, а также показывающие и самопишущие приборы; цифровые приборы, показывающие по вызову оператора значение измеряемого технологического параметра; дисплеи, осуществляющие визуальный вывод или буквенно-симсольной информации на экране электроннолучевых трубок; мнемосхема технологического процесса с сигнальными табло. При контроле и управлении отдаленными технологическими процессами в состав технических средств АСУ ТП входят системы телеконтроля и телеуправления.
|
|
|
Вычислительный комплекс (ВК) АСУ ТП размещается в специально оборудованном помещении на ЦЩУ и состоит из одной или нескольких специализированных управляющих ЭВМ типов М-6000, М-7000, М-1800 и др. ВК может работать в информационном режиме, режиме «Советчика оператора», «Непосредственного цифрового управления» и др.
В состав ВК АСУ ТП входят устройства информационной подсистемы, а именно: коммутаторы и концентраторы сигналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), устройства памяти предельных значений параметров, устройства масштабирования (для вычисления абсолютных значений параметров), опроса состояния двухпозиционных устройств и т. п.; устройства управляющей подсистемы — арифметическое устройство (АУ), оперативная и постоянная память (ОЗУ) и (ПЗУ) на магнитных дисках (МД) и магнитных лентах (МЛ), устройство связи с периферией ВК, цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), устройства цифрового управления исполнительными механизмами и сигнальными табло, устройства аналогового управления регуляторами, пульт оператора и т. п. Эти устройства кратко рассмотрены в четвертой главе. Комплекс технических средств называют иногда термином «твердый товар».
Информационное обеспечение определяет способы и формы отображения информации о состоянии объекта для ввода в ЭВМ идля представления оператору в виде документов, графиков, изображений на дисплее и в виде управляющих сигналов для АСР, системы сигнализации, защиты и т. д.
Математическое обеспечение (МО) является идеологическим содержанием АСУ ТП. В него включаются математические методы, модели и алгоритмы, позволяющие провести математическую формализацию функций АСУ ТП. Математическая модель объекта может уточняться во время эксплуатации на основании информации о состоянии объекта.
|
|
|
Алгоритмы представляют собой определенную последовательность элементарных операций сложения и вычитания и логических операций, доступных ЭВМ и позволяющих обрабатывать информацию о процессе а вычислять различную выходную информацию, в том числе и управляющие воздействия для регулирования иуправления процессом. В последнем случае вычисления производятся в темпе с процессом или даже в опережающем темпе.
Различают внутреннее и внешнее МО, которое иногда называют специальным математическим обеспечением (СМО). К внутреннему МО относятся алгоритмы функционирования собственно вычислительного комплекса: операционная система, обеспечивающая начальный пуск и оперативную координацию работы отдельных устройств; трансляторы с алгоритмических языков; вычисление типовых функций; тесты. Внешнее МО для каждой АСУ ТП специфично. Разработка внешнего МО включает в себя формализацию задач, выбор метода и определение алгоритма. Внешнее Мр получает отражение в алгоритмической структуре АСУ ТП, которая содержит перечень и порядок решения задач в зависимости от производственной ситуации.
Программное обеспечение (ПО) разрабатывается при проектировании АСУ ТП на базе математического обеспечения. ПО обеспечивает разработку и эксплуатацию программ на ЭВМ. На логическом уровне в ЭВМ можно выделить устройство для выполнения программ, сами программы и данные в виде чисел или текстов.
Программы как последовательность действий над данными и данные записываются в память ЭВМ, и устройство выполнения программ последовательно вызывает и выполняет команды программ по вводу данных с различных устройств ввода, преобразованию и выводу данных на разнообразные устройства вывода. ПО имеет в своем составе управляющие программы (часть операционной системы (ОС), программы управления данными (системы управления базой данных (СУБД), а также программы связи оператора с ОС и СУБД.
|
|
|
Программы могут быть записаны на языках Ассемблера, АЛМО, что экономит объем памяти ЭВМ, но усложняет труд программиста: на алгоритмических языках ФОРТРАН, АЛГОЛ,ПЛ/1, БЕЙСИК возможна упрощенная запись команд, но требуется большийобъем памяти.
Программы работают по своему регламенту, исполнение очереди программ производится в соответствии с приоритетами. Программы хранятся в ОЗУ и в ПЗУ (в регистрах, на магнитных лентах и дисках ). Все многообразие программ делится на общее программное обеспечение (ОПО), для создания которого используется внутреннее МО, и специальное программное обеспечение (СПО), для которого используется СМО. ОПО поставляется в комплекте с ЭВМ и включает в себя программу-диспетчер, программы управления отдельными устройствам, служебные истандартные подпрограммы (статистика, логарифмы, синусы и т. д.), трансляторы с алгоритмических языков в машинные, тесты для проверки технических средств. СПО разрабатывается для конкретной системы и должно обеспечивать выполнение всех функций АСУ ТП, а также допустить наращивание программы с учетом развития системы. СПО может компоноваться из отдельных модулей на ЭВМ организации-разработчика АСУ ТП, например ЕС-1022, ЕС-1033, M-i030, а созданные программы исполняются на ЭВМ М-6000, M-7G00, СМ, «Электроника-100» и др., используемых в АСУ ТП.
В настоящее время начинает применяться генерация СПО с помощью функционально законченных элементов с настраиваемыми входами и выходами — алгоритмических и программных модулей. Создаются библиотеки таких модулей для АСУ ТП в разных отраслях.
|
|
Рис.1. «Обобщенная функционально-информационная структурная схема АСУ ТП»
Перспективны для создания МО и ПО системы автоматизированного проектирования— САПР
Программное обеспечение иногда называют термином «мягкий товар». Относительная стоимость ПО непрерывно растет г: в настоящее время превышает стоимость КТС АСУ ТП.
АСУ ТП пара в котельной
Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.
|
|
|
Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.
Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.
Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора.
Соотношение газ-воздух примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.
Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4мм.вод.ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.
В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам - твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.
Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.
Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при впуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.
Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие на основе парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.
Согласно вышеперечисленного автоматизация работы парового котла должна осуществляться по следующим параметрам:
по поддержанию постоянного давления пара;
по поддержанию постоянного уровня воды в котле;
по поддержанию соотношения "газ - воздух";
по поддержанию разрежения в топочной камере.
|
|
|
