Schéma structurel du système de contrôle automatisé. La structure d'un APCS distribué. Structure hiérarchique à trois niveaux des systèmes de contrôle de processus

Le schéma est le document principal expliquant le principe de fonctionnement et d'interaction divers éléments, des dispositifs ou en général des systèmes de contrôle automatique. Les plus couramment utilisés sont les types de circuits fondamentaux, structurels fonctionnels (fonctionnels) et structurels algorithmiques (structurels). En plus d'eux, lors de la conception, de l'installation, de la mise en service et de l'exploitation de l'ACS, des schémas de connexion et de connexion (montage) sont utilisés.

SCHÉMA PRINCIPAL, FONCTIONNEL ET STRUCTUREL

Sur le schéma de principe, tous les éléments du système sont représentés conformément aux symboles en interconnexion les uns avec les autres. D'après le schéma de circuit, le principe de son fonctionnement et la nature physique des processus qui s'y produisent doivent être clairs. Les diagrammes schématiques peuvent être électriques, hydrauliques, pneumatiques, cinématiques et combinés. Dans la figure 1.19, à titre d'exemple, des fragments des circuits électriques principaux et hydrauliques principaux sont présentés.

Les éléments d'automatisation sur les schémas de circuit doivent être désignés conformément à la norme. L'image des éléments doit correspondre à l'état bloqué (hors tension, en l'absence de surpression, etc.) de tous les circuits du circuit et à l'absence influences externes. Le circuit doit être logique

Riz. 1.19.

un- électrique, b- hydraulique

chessically séquentiel et lu de gauche à droite ou de haut en bas. Chaque élément du schéma de circuit se voit attribuer une désignation de référence alphanumérique. La désignation par lettre est généralement un nom abrégé de l'élément, et la désignation numérique dans l'ordre croissant et dans une certaine séquence indique conditionnellement la numérotation de l'élément, en comptant de gauche à droite ou de haut en bas. Pour les schémas complexes, en règle générale, les désignations alphabétiques et numériques abrégées sont déchiffrées.

Les schémas fonctionnels reflètent l'interaction des appareils, des blocs, des nœuds et des éléments d'automatisation au cours de leur fonctionnement. Graphiquement, les dispositifs d'automatisation individuels sont représentés par des rectangles correspondant à la direction du signal. Le contenu interne de chaque bloc n'est pas spécifié. Le but fonctionnel des blocs est indiqué par des caractères alphabétiques. Dans la Figure 1.20, à titre d'exemple, un diagramme fonctionnel de l'ACS avec la température de l'air dans la serre est présenté, où OU- objet témoin (serre), VE- élément sensible (capteur de température), PE- transformer

Riz. 1.20. Schéma fonctionnel du système de contrôle automatique de la température de l'air dans l'élément de serre (amplificateur avec un relais en sortie), RO- corps de régulation (réchauffeur électrique), y - valeur contrôlée (température), g - action de réglage (température requise); / - action perturbatrice (influence facteurs externes sur la température de l'air dans la serre).

Les schémas fonctionnels algorithmiques montrent la relation parties constitutives système automatique et caractériser leurs propriétés dynamiques. Ces schémas sont développés sur la base de schémas fonctionnels ou de circuits d'automatisation. Le schéma fonctionnel algorithmique est la forme graphique la plus pratique de représentation ACS dans le processus d'étude de ses propriétés dynamiques. Ce schéma ne prend pas en compte la nature physique des impacts et les caractéristiques des équipements spécifiques, mais affiche uniquement modèle mathématique processus de gestion.

Sur le schéma structurel, comme sur le schéma fonctionnel, les éléments euh et UO représentées sous forme de rectangles. Dans ce cas, tout appareil peut être représenté par plusieurs liens (rectangles) et, inversement, plusieurs appareils du même type peuvent être représentés par un seul lien.

La division de l'ACS en liens élémentaires d'action directionnelle est effectuée en fonction du type d'équation mathématique qui relie la valeur de sortie à l'entrée pour chaque lien. À l'intérieur du lien (rectangle), indiquez la relation mathématique entre les valeurs d'entrée et de sortie. Cette dépendance peut être représentée soit par une formule, soit par un graphique, soit par un tableau. Comme dans le schéma fonctionnel, les connexions entre les liens sont représentées par des flèches indiquant la direction et les points d'application des grandeurs d'influence.

Le schéma fonctionnel de l'ACS avec la température de l'air dans la serre est illustré à la figure 1.21. La vue générale de ce diagramme coïncide avec le diagramme fonctionnel (voir Fig. 1.20), cependant, à l'intérieur des rectangles, il y a des fonctions ou des graphiques qui relient les valeurs de sortie de chaque élément à celles d'entrée.

A titre d'exemple, considérons le principe de fonctionnement du schéma de circuit du système de contrôle automatique avec la température du liquide de refroidissement dans

Riz. 1.21.

Riz. 1.22.

/-obturateur; 2- LEUR; 3 ~amplificateur

extraire le séchoir à grains (Fig. 1.22) et en dresser le schéma fonctionnel. La température requise du caloporteur dans le séchoir à grains est maintenue au moyen du registre 7 qui, en tournant, modifie le rapport des entrées d'air chaud Q r , venant de la fournaise, et froid Qx, tiré de l'atmosphère. La température à l'intérieur du séchoir à grains est mesurée par un capteur thermique R, inclus dans l'un des bras du pont de mesure. Consigne variable régulée g(températures) sont réglés en déplaçant le curseur de la résistance - setter R1.Étant donné que le signal de sortie du pont de mesure est de faible puissance, alors pour contrôler le moteur réversible 2 (LEUR) utiliser un amplificateur 3.

Lorsque la température du caloporteur à l'intérieur du séchoir à grains s'écarte de celle définie, un signal de déséquilibre apparaît à la sortie du pont, qui à travers l'amplificateur 3 et relais K1 ou K2 pénètre dans le moteur électrique 2, y compris celui-ci. L'amortisseur 7 est actionné depuis le moteur, se déplaçant dans un sens ou dans l'autre selon le signe du signal.

En raison de l'inertie du capteur de température R, et sa distance par rapport au registre 7, le processus de commande peut continuer indéfiniment, c'est-à-dire qu'un nouveau mode d'équilibre dans le système ne sera pas établi. En effet, lorsque le registre prend une nouvelle position d'équilibre, la température du capteur thermique reste la même pendant un certain temps, de sorte que l'actionneur continue à déplacer le registre. De plus, la température sur le lieu d'installation du capteur de température deviendra d'abord égale à celle définie, puis s'en écartera dans la direction opposée, c'est-à-dire qu'elle prendra une valeur de signe opposé. En d'autres termes, des oscillations périodiques, appelées auto-oscillations, apparaîtront dans le système. Les auto-oscillations de la valeur contrôlée (température) dans ce système sont dues au fait que le moteur ne s'arrête pas au moment où l'amortisseur atteint la position requise, mais avec un certain retard.

La rétroaction est utilisée pour éliminer les auto-oscillations ou réduire leur amplitude. (SE) ce qui vous permet d'arrêter le moteur avant que la température du liquide de refroidissement n'atteigne la valeur définie, car après l'arrêt de l'amortisseur, la température de l'objet et du capteur de température se rapproche de la valeur définie.

La rétroaction est effectuée à l'aide d'une résistance variable Lo. s dont le coulisseau est relié mécaniquement au rotor du moteur électrique 2 et se déplace avec lui. Il est évident que l'équilibre dans le système viendra au moment où l'incrément de résistance R os, résultant du mouvement du curseur, et l'incrément de résistance R „ provoqué par un changement de température du liquide de refroidissement, deviendront égaux les uns aux autres (BP, c \u003d DL,). Ainsi, le moteur électrique 2 dans ce système, il s'arrête et le processus transitoire s'arrête complètement au moment où l'écart de température devient inférieur à la zone morte du régulateur.

Sur le schéma fonctionnel (Fig. 1.23), le séchoir à grains est un objet de contrôle (030, un capteur de température - un organe de détection (50), un pont de mesure - un élément comparateur (CO), un amplificateur - un élément amplificateur ( UE), moteur électrique - actionneur (LEUR), registre - corps de régulation (RO), entre l'arbre LEUR et curseur de potentiomètre - Retour d'information(OS). Ici / est l'effet perturbateur (température de l'air extérieur, humidité et température initiale du grain), g- influence du réglage (température de séchage souhaitée), à- valeur contrôlée (température réelle du caloporteur), et - action de contrôle (chaleur entrant dans le séchoir à grains avec un caloporteur).

Riz. 1.23.

SCHÉMA DE CONNEXION DES CARTES, BUREAU DE COMMANDE, CONNEXIONS EXTERNES ET RACCORDEMENTS

Les schémas de câblage sont des schémas qui montrent les connexions des composants de l'appareil ou les connexions externes entre les appareils individuels. Les schémas des appareils installés dans les tableaux ou les tableaux de commande sont élaborés sur la base de schémas fonctionnels, principaux circuits électriques, les schémas d'alimentation, ainsi que les types généraux de cartes et de consoles.

Les règles générales d'exécution des schémas de câblage sont les suivantes :

des schémas de connexion sont développés pour un bouclier, une console, une station de contrôle ;

tous les types d'appareils, d'instruments et de raccords prévus par le schéma du circuit électrique doivent être entièrement reflétés dans le schéma de connexion ;

la désignation de position des appareils et des équipements d'automatisation et le marquage des sections de circuit, adoptés sur le schéma de circuit, doivent être stockés dans le schéma de raccordement.

Trois méthodes d'élaboration des schémas de connexion sont utilisées : graphique, adresse et tabulaire. Pour l'adresse et la méthode tabulaire, en plus des règles énumérées, quelques règles supplémentaires doivent être respectées :

les appareils et les appareils sur les schémas de connexion sont représentés de manière simplifiée sans respecter l'échelle sous la forme de rectangles, sur lesquels un cercle est placé, séparés par une ligne horizontale. Les chiffres au-dessus de la ligne indiquent le numéro de série de l'appareil (Fig. 1.24, numéro 8) ; les numéros sont attribués panneau par panneau de gauche à droite et de haut en bas), et sous la ligne - la désignation de référence de ce produit (par exemple, KTZ)

si nécessaire, montrer le schéma interne de l'appareil (Fig. 1.24);

Riz. 1.24.

pour plusieurs relais situés dans la même rangée, le circuit interne n'est affiché qu'une seule fois s'ils ont le même ;

les bornes de sortie des appareils sont classiquement représentées par des cercles, à l'intérieur desquels leurs marquages ​​​​d'usine sont indiqués (par exemple, 1 ... 8 sur la Fig. 1.24). Si les bornes de sortie des appareils n'ont pas de marquage d'usine, elles sont alors marquées conditionnellement avec des chiffres arabes et indiquées dans l'entrée explicative;

les cartes sur lesquelles sont placées les diodes, triodes, résistances, etc., ne reçoivent qu'un numéro de série (il est mis dans un cercle sous la ligne);

la désignation positionnelle des éléments est placée à proximité immédiate de leur image graphique conditionnelle (Fig. 1.25);

Riz. 1.2

si des appareils et des équipements d'automatisation sont situés sur plusieurs éléments structurels du tableau ou du panneau de commande (couvercle, panneau arrière, porte), il est nécessaire de déplier ces structures dans un même plan, en observant le placement mutuel des appareils et des équipements d'automatisation.

La méthode graphique réside dans le fait que sur le dessin, les lignes conditionnelles montrent toutes les connexions entre les éléments de l'appareil (Fig. 1.26). Cette méthode n'est utilisée que pour les panneaux et les consoles, relativement peu saturés d'équipements. Les schémas de câblage des tuyaux ne sont exécutés que de manière graphique. Si les tuyaux de matériau différent(acier, cuivre, plastique), alors les symboles utilisent des symboles différents : traits pleins, traits pointillés, traits pointillés avec deux points, etc.

La méthode d'adresse («compteur») consiste dans le fait que les lignes de communication entre les éléments individuels des appareils installés sur le bouclier ou la console ne sont pas représentées. Au lieu de cela, au point de connexion du fil sur chaque appareil ou élément, une adresse numérique ou alphanumérique de l'appareil ou de l'élément avec lequel il doit être électriquement connecté est apposée (la désignation de référence correspond au schéma électrique ou au numéro de série du produit ). Avec une telle image

Riz. 1.26.

Riz. 1.27.

schémas, le dessin n'est pas encombré de lignes de communication et est facile à lire (Fig. 1.27). La méthode d'adressage pour réaliser les schémas de câblage est la principale et la plus courante.

La méthode tabulaire est utilisée dans deux versions. Pour le premier, un tableau de câblage est compilé, où les numéros de chaque circuit électrique sont indiqués. À leur tour, pour chaque circuit, les désignations alphanumériques conventionnelles de tous les appareils, appareils et leurs contacts, par lesquels ces circuits sont connectés, sont répertoriées séquentiellement (tableau 1.1). Ainsi, pour la chaîne 7, l'entrée signifie que la pince 6 instrument KM1 se connecte à la pince 4 instrument KM2, qui, à son tour, doit être connecté à la pince 3 dispositifs CT4.

1.1. Exemple de table de connexion

Numéro de chaîne	Composé
	KM 1 KM2 KT 4 6 4 3
	KM 4XT 1 2 293
	XTI HL1 KH2 XT 2 328 1 12 307

La deuxième option pour remplir le tableau de connexion diffère de la première en ce que les conducteurs sont entrés dans le tableau dans l'ordre croissant des numéros de marquage des circuits de circuits électriques forcés (tableau 1.2). Le sens de pose des fils, comme pour la première option, est écrit sous forme de fraction. Pour une reconnaissance plus claire des conducteurs, il est d'usage d'utiliser des désignations supplémentaires. Par exemple, un cavalier réalisé dans l'appareil est désigné par la lettre "p".

1.2. Exemple de tableau de connexion des fils

Les schémas de connexion servent de dessins d'exécution, selon lesquels l'installation d'équipements d'automatisation est effectuée, ils sont donc également appelés dessins d'installation. Diagrammes montrant connexion externe les appareils, installations, panneaux, consoles, etc., sont réalisés sur la base de schémas fonctionnels et de circuits d'alimentation, de spécifications d'instruments et d'équipements, ainsi que de dessins de locaux industriels avec l'emplacement des équipements de traitement et des canalisations.

Les schémas de connexion sont utilisés lors de l'installation de câbles, à l'aide desquels l'installation, l'appareil, l'appareil est connecté à des sources d'alimentation, des tableaux de distribution, des consoles, etc.

En pratique, deux méthodes d'élaboration des schémas de raccordement sont utilisées : graphique et tabulaire. Les graphiques les plus courants.

Sur les schémas de raccordement, à l'aide de symboles graphiques classiques, sont représentés : les dispositifs sélectifs et les convertisseurs primaires ; tableaux, pupitres et points locaux de contrôle, de surveillance, de signalisation et de mesure ; dispositifs hors panneau et équipement d'automatisation ; boîtes de connexion, d'attente et gratuites ; fils et câbles électriques posés à l'extérieur des blindages ; nœuds pour connecter des fils électriques à des dispositifs, appareils, boîtiers; équipements et éléments de verrouillage pour connexions et branchements; bornes de commutation situées à l'extérieur des blindages, mise à la terre de protection. Les armoires, les consoles, les appareils individuels et les appareils sont classiquement représentés sous la forme de rectangles ou de cercles, à l'intérieur desquels sont placées les signatures correspondantes.

Les connexions ayant le même objectif sur les schémas de connexion sont représentées par une ligne continue, et uniquement aux points de connexion aux appareils, actionneurs et autres appareils, les fils sont séparés à des fins de marquage. Sur les lignes de communication indiquant des fils ou des câbles, indiquez le numéro du fil (connexion), la marque, la section et la longueur des fils et des câbles (si le câblage est effectué dans un tuyau, la caractéristique du tuyau doit également être indiquée). Les fils et câbles de connexion sont représentés par des lignes de 0,4 ... 0,1 mm d'épaisseur.

Les schémas de connexion sont réalisés sans respect d'échelle sous une forme commode pour l'utilisateur. Parfois, les schémas de connexion sont présentés sous forme de tableaux, qui sont réalisés séparément pour chaque section (ou panneau) du panneau de commande (tableau 1.3).

1.3. Exemple de table de connexion

Câble, fil		Sens de câblage

Pour une connaissance générale du système, un schéma fonctionnel est fourni (Fig. 6.2). Schéma structurel - il s'agit d'un schéma qui définit les principales parties fonctionnelles du produit, leur objectif et leurs relations.

Structure - c'est un ensemble de pièces Système automatisé, dans lesquels il peut être divisé selon un certain attribut, ainsi que les moyens de transférer l'impact entre eux. À cas général tout système peut être représenté par les structures suivantes :

• ? constructif - lorsque chaque partie du système est un tout indépendant et constructif ;
• ? fonctionnel - lorsque chaque partie du système est conçue pour remplir une fonction spécifique (détails complets de structure fonctionnelle avec indication des boucles d'asservissement sont données sur le schéma d'automatisation) ;

Riz. 6.2.

? algorithmique - lorsque chaque partie du système est conçue pour exécuter un certain algorithme de conversion de la valeur d'entrée, qui fait partie de l'algorithme de fonctionnement.

Il est à noter que les schémas blocs peuvent ne pas être donnés pour des objets d'automatisme simples.

Les exigences de ces schémas sont fixées par la RTM 252.40 « Systèmes de contrôle de processus automatisés. Schémas structurels de gestion et de contrôle ». Selon ce document, les schémas fonctionnels constructifs contiennent : les subdivisions technologiques de l'objet d'automatisme ; points

contrôle et gestion, y compris ceux qui ne sont pas inclus dans le projet en cours de développement, mais ayant un lien avec le système en cours de conception ; le personnel technique et les services qui assurent la gestion opérationnelle et le fonctionnement normal de l'installation technologique ; les principales fonctions et moyens techniques qui assurent leur mise en œuvre à chaque point de contrôle et de gestion ; relations entre les parties de l'objet d'automatisation.

Les éléments du schéma fonctionnel sont représentés par des rectangles. Services fonctionnels séparés et fonctionnaires peut être représenté par un cercle. À l'intérieur des rectangles, la structure de cette section est révélée. Fonctions du système de contrôle automatisé processus technologique sont indiqués par des symboles dont le décodage est donné dans le tableau au-dessus de l'inscription principale en fonction de la largeur de l'inscription. La relation entre les éléments du diagramme structurel est représentée par des lignes pleines, fusionnant et se ramifiant - par des lignes avec une pause. L'épaisseur du trait est la suivante : images conditionnelles- 0,5 mm, lignes de communication - 1 mm, le reste - 0,2 ... 0,3 mm. Les tailles des éléments des schémas fonctionnels ne sont pas réglementées et sont choisies à discrétion.

L'exemple (Fig. 6.2) montre un fragment de la mise en œuvre d'un schéma de contrôle et de surveillance constructif pour une station d'épuration. Dans la partie inférieure, les divisions technologiques de l'objet d'automatisation sont divulguées ; dans les rectangles de la partie centrale - les fonctions principales et les moyens techniques des points gouvernement local agrégats ; dans la partie supérieure - les fonctions et les moyens techniques de l'article contrôle centralisé station. Comme le schéma occupe plusieurs feuilles, les transitions des lignes de communication vers les feuilles suivantes sont indiquées et un rectangle brisé est affiché, révélant la structure de l'objet d'automatisation.

Sur les lignes de communication entre les éléments individuels du système de contrôle, la direction des informations transmises ou des actions de contrôle peut être indiquée ; si nécessaire, les lignes de communication peuvent être marquées avec des lettres du type de communication, par exemple: K - contrôle, C - signalisation, télécommande, AR - contrôle automatique, DS - communication de répartition, PGS - communication téléphonique industrielle (haut-parleur) , etc.P.

Selon les exigences de performance culture en serre avec un échange de chaleur par convection et un système d'irrigation, le schéma d'automatisation du processus technologique de culture de produits agricoles dans des serres fixes en blocs peut être représenté par un schéma fonctionnel d'automatisation illustré à la Fig. 3.1.

Sur le schéma d'automatisation (voir Fig. 3.1), les désignations suivantes sont acceptées :

• 1 - Clapet d'air pour ventilation de soufflage avec entraînement électrique ;
• 2 - Ventilateur de circulation ;
• 3 - élément chauffant;
• 4 - Registre électrique d'extraction d'air ;
• 5 - Électrovanne du circuit d'irrigation ;
• 6 - Buses du système d'irrigation (arrosage);
• 7 - Capteur d'ouverture de portes (ou fenêtres) ;
• 8, 9 - Capteur d'humidité du sol ;
• 10 - Compteur d'humidité et de température de l'air.

Sur la base du schéma d'automatisation développé, il est conseillé de concevoir l'architecture du système de contrôle selon un schéma à trois niveaux. Au premier niveau (inférieur), la collecte des informations de processus à partir des transducteurs de mesure et le contrôle des actionneurs installés localement et de l'automatisation des relais sont fournis. Les signaux des transducteurs de mesure de température et d'humidité sont traités par un contrôleur logique programmable (PLC).

Sur la base du schéma d'automatisation développé, il est conseillé de concevoir l'architecture du système de contrôle selon un schéma à trois niveaux. Au premier niveau (inférieur), la collecte des informations de processus à partir des transducteurs de mesure et le contrôle des actionneurs installés localement et de l'automatisation des relais sont fournis. Les signaux des transducteurs de mesure de température et d'humidité sont traités par l'API. Selon l'algorithme de contrôle du mode microclimat spécifié, il génère des signaux de contrôle vers les actionneurs des boucles de contrôle. Le deuxième niveau propose contrôle du programme selon un procédé technologique donné de culture depuis le poste de l'opérateur. Le système logiciel vérifie et contrôle automatiquement la température, le niveau d'humidité dans la chambre et à la surface du sol à l'aide de capteurs et d'une vanne de canalisation de chauffage, ainsi que d'un système d'humidification. L'équipement de ce niveau comprend le panneau de contrôle et l'automate installé dans la salle de contrôle. L'ordinateur industriel est connecté par un réseau Profibus DP avec des équipements distribués et est connecté au segment de serre local via un réseau Ethernet au troisième niveau.

Au troisième niveau (supérieur), le traitement centralisé des informations sur le processus technologique est effectué dans les entreprises via un réseau Ethernet. Le traitement de l'information comprend le contrôle du déroulement du processus technologique, le flux de liquide de refroidissement, la journalisation, l'archivage et le contrôle opérationnel.

Le schéma fonctionnel du système de contrôle automatisé du processus technologique de contrôle du climat à l'intérieur de la serre est illustré à la fig. 3.2.

Figure 3.1 - Système automatisé de contrôle du microclimat de la serre

Figure 3.2 - Schéma structurel de l'ACS MKT

Conférence 9

Lors du développement d'un projet d'automatisation, tout d'abord, il est nécessaire de décider à partir de quels endroits certaines sections de l'objet seront contrôlées, où seront situés les points de contrôle, les locaux de l'opérateur, quelle devrait être la relation entre eux, c'est-à-dire il est nécessaire de résoudre les problèmes de choix d'une structure de gestion. La structure de contrôle est comprise comme un ensemble de parties d'un système automatique dans lequel il peut être divisé en fonction d'un certain attribut, ainsi que des moyens de transférer des influences entre eux. Une représentation graphique de la structure de contrôle est appelée un schéma fonctionnel. Bien que les données initiales pour sélectionner la structure de gestion et sa hiérarchie soient spécifiées par le client avec plus ou moins de détails lors de l'émission d'une mission de conception, structure complète la gestion doit être développée par l'organisme de conception.

Dans le très vue générale schéma fonctionnel du système d'automatisation est illustré à la figure 9.1. Le système d'automatisation se compose d'un objet d'automatisation et d'un système de commande pour cet objet. En raison d'une certaine interaction entre l'objet d'automatisation et le système de contrôle, le système d'automatisation dans son ensemble fournit le résultat requis du fonctionnement de l'objet, caractérisé par les paramètres x 1 x 2 ... x n

Le fonctionnement d'un objet d'automatisation complexe est caractérisé par un certain nombre de paramètres auxiliaires y 1 , y 2 , ..., y j , qui doivent également être contrôlés et régulés.

Au cours du travail, l'objet reçoit des influences perturbatrices f 1 , f 2 , ..., f i , provoquant des écarts des paramètres x 1 , x 2 , x n par rapport à leurs valeurs requises. Des informations sur valeurs actuelles x 1 , x 2 , x n , y 1 , y 2 , y n entrent dans le système de commande et sont comparés aux valeurs prescrites g j , g 2 ,..., g k , ce qui fait que le système de commande génère des actions de commande E 1 , E 2 , ..., E m pour compenser les écarts des paramètres de sortie.

Figure 9.1 - Schéma structurel du système d'automatisation

Le choix de la structure de contrôle de l'objet d'automatisation a un impact significatif sur l'efficacité de son travail, réduisant le coût relatif du système de contrôle, sa fiabilité, sa maintenabilité, etc.

En général, tout système peut être représenté par :

structure constructive;

La structure fonctionnelle

structure algorithmique.

Dans la structure structurelle du système, chaque partie de celui-ci est un tout constructif indépendant (Figure 9.1).

Le schéma de conception contient:

objet et système d'automatisation ;

flux d'information et de contrôle.

Dans la structure algorithmique, chaque partie est conçue pour exécuter un algorithme de conversion de signal d'entrée spécifique, qui fait partie de l'ensemble de l'algorithme de fonctionnement du système.

Le concepteur élabore un schéma bloc algorithmique (ACS) de l'objet d'automatisme selon des équations différentielles ou des caractéristiques graphiques. L'objet d'automatisation est représenté par plusieurs liens avec différentes fonctions de transfert interconnectées. Dans l'ACC, les liaisons individuelles peuvent ne pas avoir d'intégrité physique, mais leur connexion (le circuit dans son ensemble) en termes de propriétés statiques et dynamiques, selon l'algorithme de fonctionnement, doit être équivalente à l'objet d'automatisation. La figure 9.2 donne un exemple d'ACC ACS.

Figure 9.2 - Schéma bloc algorithmique, présenté sous forme de liens simples

Dans une structure fonctionnelle, chaque partie est conçue pour remplir une fonction spécifique.

Dans les projets d'automatisation, les schémas fonctionnels constructifs sont représentés avec des éléments de caractéristiques fonctionnelles. Des informations complètes sur la structure fonctionnelle, indiquant les boucles de contrôle locales, les canaux de contrôle et le contrôle technologique, sont données dans les schémas fonctionnels (leçon 10).

Le schéma bloc de l'APCS est développé au stade « Projet » dans une conception en deux étapes et correspond à la composition du système. A titre d'exemple, la figure 9.3 montre un schéma synoptique de la gestion de la production d'acide sulfurique.

Figure 9.3 - Un fragment du schéma fonctionnel de la gestion et du contrôle de la production d'acide sulfurique :

1 - ligne de communication avec le laboratoire chimique de l'atelier ; 2 - ligne de communication avec les points de contrôle et de gestion du site acide ; 3 - ligne de communication avec le point de contrôle et de gestion des lignes technologiques III et IV

Le schéma fonctionnel présente dans une vue générale les principales décisions du projet sur les structures fonctionnelles, organisationnelles et techniques du système de contrôle de processus automatisé dans le respect de la hiérarchie du système et de la relation entre les points de contrôle et de gestion, le personnel opérationnel et les technologies objet de contrôle. Les principes d'organisation de la gestion opérationnelle d'un objet technologique adoptés lors de la mise en œuvre du schéma fonctionnel, la composition et les désignations des éléments individuels du schéma fonctionnel doivent être conservés dans tous les documents de conception du système de contrôle de processus.

Tableau 9.1 - Fonctions APCS et leurs symboles dans la Figure 9.3

Symbole

Nom

Contrôle des paramètres Télécommande équipement technologique et dispositifs d'actionnement Transformation de mesure Surveillance et signalisation de l'état des équipements et des écarts de paramètres Commande stabilisatrice Sélection du mode de fonctionnement des régulateurs et commande manuelle des régleurs Saisie manuelle données Enregistrement des paramètres Calcul des indicateurs techniques et économiques Comptabilisation de la production et compilation des données par équipe Diagnostic des lignes technologiques (agrégats) Répartition des charges des lignes technologiques (agrégats) Optimisation des processus technologiques individuels Analyse de l'état du processus technologique Prévision des les principaux indicateurs de production Évaluation du travail posté Contrôle de la réalisation des objectifs planifiés Contrôle des réparations Préparation et émission d'informations opérationnelles dans le système de contrôle automatisé Réception des restrictions de production et des tâches du système de contrôle automatisé

Le schéma fonctionnel montre les éléments suivants :

1. divisions technologiques (départements, sections, ateliers, production);

2. points de contrôle et de gestion (tableaux locaux, salles d'opérateurs et de contrôle, tableaux de blocs, etc.);

3. personnel technologique (opérationnel) et services spéciaux supplémentaires assurant la gestion opérationnelle;

4. les principales fonctions et moyens techniques qui assurent leur mise en œuvre à chaque point de contrôle et de gestion ;

5. les relations entre départements et avec l'ACS supérieur.

Les fonctions du système de contrôle de processus automatisé sont cryptées et indiquées dans le diagramme sous forme de nombres. Conventions Les fonctions APCS de la Figure 9.3 sont données dans le Tableau 9.1.

Le schéma fonctionnel du système d'automatisation est réalisé par nœuds et comprend tous les éléments du système, du capteur à l'organisme de réglementation, indiquant l'emplacement, montrant leur interconnexion.

Le développement de systèmes de contrôle de processus automatisés au stade actuel est associé à l'utilisation généralisée de microprocesseurs et de micro-ordinateurs pour le contrôle, dont le coût diminue chaque année par rapport aux coûts totaux de création de systèmes de contrôle. Avant l'avènement des microprocesseurs, l'évolution des systèmes de contrôle de processus s'est accompagnée d'une augmentation du degré de centralisation. Cependant, les capacités des systèmes centralisés sont désormais déjà limitées et ne répondent pas aux exigences modernes de fiabilité, de flexibilité, de coût des systèmes de communication et des logiciels.

La transition des systèmes de contrôle centralisés aux systèmes décentralisés est également causée par une augmentation de la puissance des unités technologiques individuelles, leur complication et une augmentation des exigences de rapidité et de précision de leur travail. La centralisation des systèmes de contrôle se justifie économiquement avec une capacité d'information relativement faible (le nombre de canaux de contrôle et de régulation) des TOU et sa concentration territoriale. Avec un grand nombre de canaux de contrôle, de régulation et de contrôle, une grande longueur de lignes de communication dans le système de contrôle de processus, la décentralisation de la structure du système de contrôle devient une méthode fondamentale pour augmenter la capacité de survie du système de contrôle de processus, réduire les coûts et les coûts d'exploitation.

La direction la plus prometteuse de la décentralisation de l'APCS devrait être reconnue contrôle automatisé processus avec une architecture distribuée, basée sur la cible fonctionnelle et la décentralisation topologique de l'objet de contrôle.

Décentralisation fonctionnellement ciblée est une séparation procédure complexe ou systèmes en parties plus petites - sous-processus ou sous-systèmes sur une base fonctionnelle (par exemple, redistribution du processus technologique, modes de fonctionnement des unités, etc.) qui ont des objectifs de fonctionnement indépendants.

Décentralisation topologique signifie la possibilité d'une division territoriale (spatiale) du processus en sous-processus fonctionnels cibles. Avec une décentralisation topologique optimale, le nombre de sous-systèmes d'un système de contrôle de processus automatisé distribué est choisi de manière à minimiser la longueur totale des lignes de communication qui, avec les sous-systèmes de contrôle locaux, forment une structure de réseau.

La base technique des systèmes de contrôle distribués modernes, qui a permis de mettre en œuvre de tels systèmes, sont les microprocesseurs et les systèmes de microprocesseurs.

Le système à microprocesseur remplit les fonctions de collecte de données, de régulation et de contrôle, de visualisation de toutes les informations de la base de données, de modification des paramètres, des paramètres des algorithmes et des algorithmes eux-mêmes, d'optimisation, etc. L'utilisation de microprocesseurs (y compris les micro-ordinateurs) pour résoudre les tâches ci-dessus permet d'atteindre les objectifs suivants :

a) remplacer les moyens techniques analogiques par des moyens numériques, où la transition vers des moyens numériques améliore la précision, étend la fonctionnalité et augmente la flexibilité des systèmes de contrôle ;

b) remplacer le matériel par une logique matérielle par des dispositifs programmables (avec la possibilité de modifier le programme), ou microcontrôleurs;

c) remplacer un mini-ordinateur par un système de plusieurs micro-ordinateurs lorsqu'il est nécessaire d'assurer un contrôle décentralisé de la production ou un processus technologique avec une fiabilité et une capacité de survie accrues, ou lorsque les capacités d'un mini-ordinateur ne sont pas pleinement utilisées.

Les systèmes à microprocesseur peuvent exécuter toutes les fonctions typiques de contrôle, de mesure, de régulation, de contrôle, de présentation d'informations à l'opérateur dans les sous-systèmes d'un système de contrôle de processus distribué.

Dans les systèmes de contrôle de processus automatisés distribués, trois structures topologiques d'interaction des sous-systèmes sont généralement acceptées : en forme d'étoile (radiale) ; anneau (boucle); bus (principal) ou leurs combinaisons. L'organisation de la communication avec les capteurs et actionneurs est individuelle et majoritairement radiale.

La figure 3.5 montre les topologies des APCS distribués.

Figure 3.5 - Structures typiques d'APCS distribué :

a - radial, b - principal, c - anneau

La structure radiale de l'interaction des sous-systèmes (Fig. 3.5, a) reflète la méthode traditionnellement utilisée pour connecter des appareils avec des lignes de communication dédiées et se caractérise par les caractéristiques suivantes:

a) il existe des lignes distinctes et non liées qui combinent le sous-système central (CPU) avec les systèmes d'automatisation locaux de l'aéronef i ;

b) des dispositifs d'interface techniquement simples US 1 - US m d'automatisation locale sont mis en œuvre. Le dispositif central de communication du NSC est un ensemble de modules de type CS i selon le nombre de lignes ou un dispositif assez complexe de multiplexage des canaux de transmission d'informations ;

c) fourni vitesses maximaleséchanger sur des lignes séparées avec suffisamment haute performance dispositifs informatiques au niveau du processeur ;

d) la fiabilité du sous-système de communication dépend en grande partie de la fiabilité et de la capacité de survie des moyens techniques de la CPU. La défaillance de la CPU détruit pratiquement le sous-système d'échange, puisque tous les flux d'informations sont fermés à travers le niveau supérieur.

Un système distribué à structure radiale est un système à deux niveaux, où au niveau inférieur les fonctions nécessaires de contrôle, de régulation, de contrôle sont implémentées dans les sous-systèmes, et au deuxième niveau, dans la CPU, le micro-ordinateur de coordination (ou mini-ordinateur ), en plus de coordonner le travail des satellites micro-ordinateurs, optimise les tâches de contrôle de la TOU, de distribution d'énergie, gère le processus technologique dans son ensemble, calcule les indicateurs techniques et économiques, etc. L'ensemble de la base de données d'un système distribué à structure radiale doit être accessible par un micro-ordinateur de coordination pour les applications de contrôle de niveau supérieur. De ce fait, le micro-ordinateur coordinateur fonctionne en temps réel et doit être piloté à l'aide de langages de haut niveau.

La figure 3.5 (b, c) montre les topologies en anneau et en bus de l'interaction de niveau. Ces structures présentent de nombreux avantages par rapport à la radiale :

a) l'opérabilité du sous-système de communication, qui comprend le canal et les dispositifs de communication, ne dépend pas de la santé moyens techniques aux niveaux de l'automatisation ;

b) il est possible de connecter des appareils supplémentaires et de contrôler l'ensemble du sous-système à l'aide d'outils spéciaux ;

c) des coûts nettement inférieurs des produits de câble sont nécessaires.

En raison de l'échange d'informations entre LA i via le canal de communication et le RS ("chacun avec chacun"), il existe une possibilité supplémentaire de redistribution dynamique des fonctions de coordination du fonctionnement conjoint des sous-systèmes LA sur des niveaux inférieurs en cas d'une panne de CPU. La structure en bus (dans une moindre mesure en anneau) offre un mode d'échange en diffusion entre les sous-systèmes, ce qui est un avantage important dans la mise en oeuvre des commandes de contrôle de groupe. Dans le même temps, l'architecture en bus et en anneau impose déjà des exigences nettement plus élevées sur «l'intelligence» des dispositifs d'interface et, par conséquent, des coûts ponctuels accrus pour la mise en œuvre du réseau central.

En comparant les topologies en anneau et en bus d'un sous-système de communication, il convient de noter que l'organisation d'une structure en anneau est moins coûteuse qu'une structure en bus. Cependant, la fiabilité de l'ensemble du sous-système avec un système de communication en anneau est déterminée par la fiabilité de chaque dispositif d'interface et de chaque segment des lignes de communication. Pour augmenter la capacité de survie, il est nécessaire d'utiliser des anneaux doubles ou des lignes de communication supplémentaires avec des solutions de contournement. L'opérabilité d'un canal de transmission physique pour une architecture de bus avec isolation par transformateur ne dépend pas de l'état de fonctionnement des dispositifs d'interface, cependant, comme pour un anneau, la défaillance de tout dispositif d'interface dans le pire des cas conduit à un fonctionnement complètement autonome du sous-système défaillant nœud, c'est-à-dire à la perte de la fonction de contrôle du niveau CPU par l'automatisation du nœud défaillant.

Une méthode explicite pour augmenter la capacité de survie de l'ensemble du système d'automatisation en cas de défaillance des dispositifs correspondants dans le sous-système de communication est la duplication des dispositifs correspondants dans les nœuds du sous-système. Dans une structure en anneau, cette approche est déjà impliquée dans l'organisation des doubles anneaux et des détours. Si la fiabilité d'un canal physique continu pour la topologie inférieure ne fait aucun doute, il est alors possible de dupliquer uniquement les périphériques d'interface sans utiliser de câble principal de secours.

Un moyen moins coûteux d'augmenter la fiabilité du sous-système de communication consiste à utiliser des structures combinées qui combinent les avantages des topologies radiales et en anneau (backbone). Pour un anneau, le nombre de liaisons radiales peut être limité à deux ou trois lignes dont la mise en oeuvre apporte une solution simple et peu coûteuse.

Évaluation d'indicateurs de systèmes de contrôle industriels distribués tels que économique(coûts des produits de câblage, routage des câbles, développement ou acquisition d'installations de réseau, y compris les appareils de communication, etc.), fonctionnel(l'utilisation d'opérations de transferts groupés, l'intensité de l'échange, la possibilité d'échanger "chacun avec chacun"), ainsi que indicateurs d'unification et possibilité d'évolution réseaux (possibilité d'activer facilement des nœuds d'abonnés supplémentaires, tendances d'utilisation dans les systèmes de contrôle de processus automatisés) et indicateurs fiabilité du réseau(défaillance du canal de communication et des dispositifs de communication ou d'interface), nous permet de tirer les conclusions suivantes :

a) la plus prometteuse en termes de développement et d'utilisation est l'organisation dorsale du sous-système de communication ;

b) la fonctionnalité de la topologie dorsale n'est pas inférieure aux capacités de l'anneau et du radial ;

c) les indicateurs de fiabilité de l'ouvrage principal sont tout à fait satisfaisants ;

d) la topologie dorsale d'un système APCS réparti nécessite des coûts ponctuels importants pour la création et la mise en œuvre d'un canal de communication et de dispositifs d'interface.

En grande partie en raison de ces caractéristiques de la structure dorsale et de l'organisation modulaire du matériel et des logiciels dans systèmes de contrôle automatisés modernes TP principe tronc-modulaire construction de support technique a trouvé une distribution prédominante.

L'utilisation de microprocesseurs et de micro-ordinateurs permet de mettre en œuvre de manière efficace et économique le principe de décentralisation fonctionnelle et topologique des systèmes de contrôle de processus automatisés. Ainsi, il est possible d'augmenter considérablement la fiabilité et la capacité de survie du système, de réduire les lignes de communication coûteuses, d'assurer la flexibilité de fonctionnement et d'élargir la portée dans l'économie nationale des complexes de moyens techniques, dont l'élément principal est un micro-ordinateur ou un microprocesseur . Dans de tels systèmes de contrôle distribués, il est d'une grande importance normalisation des interfaces, c'est à dire. l'établissement et l'application de normes, d'exigences et de règles uniformes qui garantissent l'intégration de l'information des moyens techniques dans structures typiques APCS.