Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)

Автоматизация технологических  процессов

Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная  для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом  без непосредственного участия  человека, либо оставления за человеком  права принятия наиболее ответственных  решений.

Основа автоматизации  технологических процессов —  это перераспределение материальных, энергетических и информационных потоков  в соответствии с принятым критерием  управления (оптимальности).

АСУ ТП строится как единая сквозная система, обеспечивающая контроль технологического процесса в  реальном времени для всех уровней  управления от операторов технологических  установок до верхнего звена управления. Удовлетворяя всем требованиям по надежности и функциональности, АСУ ТП обеспечивает увеличение срока службы технологического оборудования за счет поддержания оптимальных  режимов работы.

Под  АСУ  ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций технологического процесса на производстве, в целом  или каком-то его участке, выпускающем  относительно завершенный продукт.

Термин «автоматизированный» в отличие от термина «автоматический» подчеркивает возможность участия  человека в отдельных операциях, как в целях сохранения человеческого  контроля над процессом, так и  в связи со сложностью или нецелесообразностью  автоматизации отдельных операций.

Составными  частями АСУ ТП могут быть отдельные  системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Как  правило АСУ ТП имеет единую систему  операторского управления технологическим  процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки  и архивирования информации о  ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи  всех подсистем используются промышленные сети.

В связи с  различностью подходов различают автоматизацию  следующих технологических процессов:

1. Автоматизация непрерывных технологических процессов (Process Automation)
2. Автоматизация дискретных технологических процессов (Factory Automation)
3. Автоматизация гибридных технологических процессов (Hybrid Automation)

 

 

Основные цели автоматизации  технологических процессов:

1. Повышение эффективности технологических процессов;
2. Повышение безопасности технологических процессов;
3. обеспечение автоматического управления технологическими процессами производства;
4. обеспечение персонала необходимой, достаточной и наглядной информацией о режимах работы, протекании технологических процессов, состоянии оборудования и технических средств управления;
5. повышение производительности, оптимизация технико-экономических показателей;
6. повышение надежности работы оборудования;
7. улучшение условий труда персонала;
8. Повышение экологичности;
9. Повышение экономичности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи решаемые автоматизацией технологических процессов

1. Повышение надёжности получения и достоверности информации о работе механизмов участвующих в технологическом процессе
2. Повышение качества регулирования параметров технологических процессов
3. Уменьшение времени реакции на аварийные ситуации
4. Улучшение технико-экономических показателей работы оборудования (увеличение срока наработки на отказ, сокращение расхода энергии и материалов, увеличение качества продукции и т.п.)
5. Повышение культуры производства и эффективности труда обслуживающего персонала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автоматизированные системы  управления технологическими процессами (АСУ ТП)

В наиболее общем случае автоматизированная система  управления технологическими процессами (АСУ ТП) представляет собой замкнутую  систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой  для оптимизации управления технологическим  объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих  воздействий на технологический  объект. Технологический объект управления — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и  регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные  производства (цехи, участки), реализующие  самостоятельный технологический  процесс.

Современные технологические процессы постоянно  усложняются, а агрегаты, реализующие  их, становятся все более мощными. Например, в энергетике действуют  энергоблоки мощностью 1000-1500 МВт, установки  первичной переработки нефти  пропускают до 6 млн. т сырья в  год, работают доменные печи объемом 3,5-5 тыс. м 3 , создаются гибко перестраиваемые  производственные системы. Человек  не может уследить за работой таких  агрегатов и технологических  комплексов, и тогда на помощь ему  приходит АСУ ТП. В АСУ ТП, которые  дают наибольший социальный и экономический  эффект, за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и  толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (например, температуру подшипников  турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких  приборов в одной системе может  быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно  выдают сигналы, меняющиеся в соответствии с измеряемым параметром (аналоговые сигналы), в устройство связи с  объектом (УСО) компьютера. В УСО  сигналы преобразуются в цифровую форму и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной. Компьютер сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными  результатами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которые через  другую часть УСО поступают на регулирующие органы агрегата. Например, если датчики подали сигнал, что  лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки  на требуемое расстояние.

Реализация  целей в конкретных АСУ ТП достигается  выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени  типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых  функций:

1. измерение физических сигналов, параметров;
2. контроль функционирования технических и программных средств;
3. формирование заданий на управление;
4. реализация управления и т. д.

Функции АСУ  ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные. К управляющим  функциям относятся регулирование (стабилизация) отдельных технологических  переменных, логическое управление операциями или аппаратами, адаптивное управление объектом в целом (например, управление участком станков с ЧПУ, оперативная  коррекция суточных и сменных  плановых заданий и др.). Информационные функции — это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. Вспомогательные  функции, состоят в обеспечении  контроля за состоянием функционирования технических и программных средств  системы.

Каждый этап развития технических средств производства характеризуется определенным уровнем  развития технологии. В свою очередь, каждый уровень развития технологии определяет соответствующий уровень  автоматизации технологических  и производственных процессов, реализуемых  системой управления.

Автоматизированная  система управления технологическими процессами как компонент общей  системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного  ведения технологических процессов  и обеспечения смежных и вышестоящих  систем управления оперативной и  достоверной информацией. Такие  системы, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень автоматизированной системы управления предприятием (АСУП).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автоматизация обладает рядом  преимуществ и недостатков в  сравнении с предыдущим этапом технического развития.

К основным преимуществам  можно отнести:

1. Замена человека в задачах, включающих тяжелый физический или монотонный труд.
2. Замена человека при выполнении задач в опасных условиях (а именно: пожар, космос, извержения вулканов, ядерные объекты, под водой и т.д.)
3. Выполнение задач, которые выходят за рамки человеческих возможностей по весу, скорости, выносливости и т.д.
4. Экономика улучшения. Автоматизация может вносить улучшения в экономику предприятия, общества или большей части человечества.

Основными недостатками автоматизации  являются:

1. Рост уровня безработицы из-за высвобождения людей в результате замены их труда машинным.
2. Технические ограничения.
3. Угрозы безопасности / Уязвимость.
4. Непредсказуемые затраты на разработку.
5. Высокая начальная стоимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Упрощенно структуру АСУТП можно  представить в следующем виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первый (нижний) уровень АСУТП является уровнем датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).

Задачами  уровня являются:

- сбор  информации об измеряемых технологических  параметрах процесса;

- выработка  управляющих воздействий на технологический  процесс с целью поддержания  технологических параметров на  заданных значениях или изменения  их по определенным законам;

- сигнализация  о выходе их за заданные  пределы;

- блокировка  ошибочных действий персонала   и управляющих устройств;

- противоаварийная  защита (ПАЗ) процесса по факту  аварийных событий.

Подсистемы  этого уровня поддерживают параметры  технологического процесса на заданных значениях и могут быть реализованы  с использованием «традиционных» методов  регулирования динамическими объектами.

Второй (средний) уровень - уровень производственного участка (цеха). Его функции:

- сбор  информации, поступающей с нижнего  уровня, ее обработка и хранение;

- выработка  управляющих сигналов на основе  анализа информации;

- передача  информации о производственном  участке на более высокий уровень;

- вычисление  неизмеряемых параметров, в частности,  показателей качества  (ПК) продуктов,  технико-экономических показателей;

- сведение  материальных балансов;

- архивирование  информации;

- генерация  отчетов;

- диагностика  и защита от сбоев в элементах  подсистем нижнего уровня;

- определение  настроек управляющих устройств  (УУ) и уставок локальных регуляторов  подсистем I уровня;

- изменение  структуры локальных подсистем  (переконфигурирование, включение/выключение, переход в ручное управление  и т.д.).

На данном уровне производится оптимизация технологических  процессов по технологическим показателям.

Третий (верхний) уровень в системе автоматизации занимает т.н. уровень управления и относится к системе управления предприятием (АСУП). На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции и оптимизация по технико-экономическим и экономическим показателям. Этот процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням. Задачи управления данного уровня:

- оптимизация экономических показателей  производства;

- управление по экономическим  и технико-экономическим показателям;