Automatizuotos valdymo sistemos struktūrinė schema. Paskirstytos APCS struktūra. Hierarchinė trijų lygių procesų valdymo sistemų struktūra

Schema yra pagrindinis dokumentas, paaiškinantis veikimo ir sąveikos principą įvairių elementų, prietaisai arba apskritai automatinės valdymo sistemos. Dažniausiai naudojami fundamentalūs, funkciniai struktūriniai (funkciniai) ir algoritminiai struktūriniai (struktūriniai) grandinių tipai. Be jų, projektuojant, montuojant, paleidžiant ir eksploatuojant ACS, naudojamos prijungimo ir pajungimo schemos (montavimas).

PAGRINDINĖ, FUNKCINĖ IR STRUKTŪRINĖ SCHEMA

Scheminėje diagramoje visi sistemos elementai pavaizduoti pagal simbolius, sujungtus vienas su kitu. Iš grandinės schemos turėtų būti aiškus jos veikimo principas ir fizinis joje vykstančių procesų pobūdis. Scheminės diagramos gali būti elektrinės, hidraulinės, pneumatinės, kinematinės ir kombinuotos. 1.19 paveiksle kaip pavyzdys pateikiami pagrindinių elektrinių ir pagrindinių hidraulinių grandinių fragmentai.

Automatikos elementai grandinės schemose turi būti pažymėti pagal standartą. Elementų vaizdas turi atitikti visų grandinės grandinių išjungimo būseną (išjungta, nesant perteklinio slėgio ir pan.) išorinių poveikių. Grandinė turi būti logiška

Ryžiai. 1.19.

a- elektrinis, b- hidraulinis

nuosekliai ir skaitoma iš kairės į dešinę arba iš viršaus į apačią. Kiekvienam grandinės schemos elementui priskiriamas raidinis ir skaitmeninis nuorodos žymėjimas. Raidinis žymėjimas dažniausiai yra sutrumpintas elemento pavadinimas, o skaitmeninis žymėjimas didėjančia tvarka ir tam tikra seka sąlyginai parodo elemento numeraciją, skaičiuojant iš kairės į dešinę arba iš viršaus į apačią. Sudėtingoms schemoms paprastai iššifruojami sutrumpinti abėcėlės ir skaitiniai pavadinimai.

Funkcinės blokinės diagramos atspindi įrenginių, blokų, mazgų ir automatikos elementų sąveiką jų veikimo metu. Grafiškai atskiri automatikos įrenginiai vaizduojami stačiakampiais, atitinkančiais signalo kryptį. Kiekvieno bloko vidinis turinys nenurodytas. Funkcinė blokų paskirtis nurodoma abėcėlės ženklais. 1.20 paveiksle kaip pavyzdys pateikta ACS funkcinė diagrama su oro temperatūra šiltnamyje, kur OU- kontrolinis objektas (šiltnamis), VE- jutimo elementas (temperatūros jutiklis), PE- transformuojantis

Ryžiai. 1.20. Šiltnamio elemento oro temperatūros automatinės valdymo sistemos funkcinė schema (stiprintuvas su rele išėjime), RO- reguliuojantis korpusas (elektrinis šildytuvas), y - valdoma vertė (temperatūra), g - reguliavimo įtaka (reikalinga temperatūra); / - trikdantis poveikis (įtaka) išoriniai veiksniai apie oro temperatūrą šiltnamyje).

Algoritminės blokinės diagramos rodo ryšį sudedamosios dalys automatine sistema ir apibūdinti jų dinamines savybes. Šios schemos yra sukurtos remiantis funkcinėmis arba automatizavimo grandinėmis. Algoritminė blokinė diagrama yra patogiausia grafinė ACS vaizdavimo forma tiriant jos dinamines savybes. Šioje schemoje neatsižvelgiama į fizinį poveikių pobūdį ir konkrečios įrangos charakteristikas, o tik į ekranus matematinis modelis valdymo procesas.

Struktūrinėje schemoje, taip pat ir funkcinėje, elementai uu ir OU rodomi kaip stačiakampiai. Tokiu atveju bet kurį įrenginį galima pavaizduoti keliomis nuorodomis (stačiakampiais) ir, atvirkščiai, keli to paties tipo įrenginiai gali būti rodomi kaip viena nuoroda.

ACS skirstymas į elementarias kryptinio veiksmo nuorodas atliekamas priklausomai nuo matematinės lygties, jungiančios išvesties reikšmę su kiekvienos nuorodos įvesties, tipo. Nuorodos viduje (stačiakampyje) nurodykite matematinį ryšį tarp įvesties ir išvesties verčių. Šią priklausomybę galima pavaizduoti arba formule, arba grafiku, arba lentele. Panašiai kaip ir funkcinėje schemoje, jungtys tarp grandžių pavaizduotos kaip rodyklės, nurodančios įtaką darančių dydžių taikymo kryptį ir taškus.

ACS blokinė schema su oro temperatūra šiltnamyje parodyta 1.21 pav. Bendras šios diagramos vaizdas yra toks pat kaip funkcinės diagramos (žr. 1.20 pav.), tačiau stačiakampių viduje yra funkcijos arba grafikai, susiejantys kiekvieno elemento išvesties reikšmes su įvesties reikšmėmis.

Kaip pavyzdį apsvarstykite automatinės valdymo sistemos schemos veikimo principą su aušinimo skysčio temperatūra

Ryžiai. 1.21.

Ryžiai. 1.22.

/-langinė; 2- JUOS; 3 ~ stiprintuvas

kasyklų grūdų džiovykla (1.22 pav.) ir sudaryti jos funkcinę schemą. Grūdų džiovykloje reikalinga šilumnešio temperatūra palaikoma sklendės 7 pagalba, kuri besisukdama keičia karšto oro pritekėjimo santykį. Q r , ateina iš krosnies ir šalta Q x , paimtas iš atmosferos. Temperatūra grūdų džiovyklos viduje matuojama terminiu jutikliu R,įtrauktas į vieną iš matavimo tiltelio atšakų. Valdoma kintama kontrolinė vertė g(temperatūros) nustatomos perkeliant rezistoriaus - setterio slankiklį R1. Kadangi matavimo tiltelio išėjimo signalas yra mažos galios, tuomet reikia valdyti reversinį variklį 2 (JUOS) naudoti stiprintuvą 3.

Kai šilumnešio temperatūra grūdų džiovyklos viduje nukrypsta nuo nustatytos, tiltelio išėjime atsiranda disbalanso signalas, kuris per stiprintuvą 3 ir estafetė K1 arba K2 patenka į elektros variklį 2, įskaitant jį. Sklendė 7 įjungiama iš variklio, judant viena ar kita kryptimi, priklausomai nuo signalo ženklo.

Dėl temperatūros jutiklio inercijos R, ir jo atstumą nuo sklendės 7, valdymo procesas gali tęstis neribotą laiką, t.y., sistemoje nebus nustatytas naujas pusiausvyros režimas. Iš tiesų, kai sklendė užima naują pusiausvyros padėtį, šilumos jutiklio temperatūra kurį laiką išlieka ta pati, dėl to pavara toliau judina sklendę. Be to, temperatūra temperatūros jutiklio įrengimo vietoje pirmiausia taps lygi nustatytai, o tada nukryps nuo jos priešinga kryptimi, ty įgaus reikšmę su priešingu ženklu. Kitaip tariant, sistemoje atsiras periodiniai svyravimai, vadinami savaiminiais svyravimais. Reguliuojamos vertės (temperatūros) savaiminiai virpesiai šioje sistemoje atsiranda dėl to, kad variklis sustoja ne tuo metu, kai amortizatorius pasiekia reikiamą padėtį, o su tam tikru vėlavimu.

Atsiliepimai naudojami savaiminiams virpesiams pašalinti arba jų amplitudei sumažinti. (OS) kuri leidžia išjungti variklį, kol aušinimo skysčio temperatūra nepasiekia nustatytos vertės, nes nustojus judėti sklendei objekto ir temperatūros jutiklio temperatūra artėja prie nustatytos vertės.

Grįžtamasis ryšys atliekamas naudojant kintamąjį rezistorių Lo. s, kurio slankiklis yra mechaniškai sujungtas su elektros variklio rotoriumi 2 ir juda kartu su juo. Akivaizdu, kad pusiausvyra sistemoje ateis tuo momentu, kai padidės pasipriešinimas R os, atsirandantis dėl slankiklio judėjimo, ir pasipriešinimo prieaugis. R " dėl aušinimo skysčio temperatūros pasikeitimo, jie taps lygūs vienas kitam (BP, c \u003d DL,). Taigi, elektros variklis 2 šioje sistemoje jis sustoja ir pereinamasis procesas visiškai sustoja tuo momentu, kai temperatūros nuokrypis tampa mažesnis už reguliatoriaus negyvąją zoną.

Funkcinėje diagramoje (1.23 pav.) grūdų džiovykla yra valdymo objektas (030, temperatūros jutiklis - jutimo organas (50), matavimo tiltelis - lyginamasis elementas (CO), stiprintuvas - stiprintuvas ( UE), elektros variklis – pavara (JUOS), amortizatorius – reguliuojantis korpusas (RO), tarp veleno JUOS ir potenciometro slankiklis - Atsiliepimas(OS). Čia / yra trikdantis poveikis (lauko oro temperatūra, drėgmė ir pradinė grūdų temperatūra), g- nustatymo įtaka (norima džiovinimo temperatūra), adresu- kontroliuojama vertė (faktinė šilumnešio temperatūra), ir - valdymo veiksmas (šiluma patenka į grūdų džiovyklą su šilumnešiu).

Ryžiai. 1.23.

PLOKŠTŲ, VALDYMO STALO, IŠORINIŲ JUNGČIŲ IR JUNGČIŲ PRIJUNGIMO SCHEMA

Sujungimo schemos yra diagramos, kuriose pavaizduotos įrenginio sudedamųjų dalių jungtys arba išorinės jungtys tarp atskirų įrenginių. Skirstomuosiuose skyduose ar valdymo pultuose įrengiamų įrenginių schemos parengtos remiantis funkcinėmis schemomis, principinė elektros grandinės, maitinimo schemos, taip pat bendrieji plokščių ir konsolių tipai.

Bendrosios laidų schemų vykdymo taisyklės yra šios:

kuriamos jungčių schemos vienam skydui, pultui, valdymo pultui;

visų tipų aparatai, prietaisai ir jungiamosios detalės, numatytos elektros grandinės schemoje, turi visiškai atsispindėti sujungimo schemoje;

įtaisų ir automatikos įrenginių padėties žymėjimas ir grandinės sekcijų žymėjimas, priimtas jungimo schemoje, turi būti įrašytas prijungimo schemoje.

Ryšių schemų sudarymui naudojami trys būdai: grafinis, adresinis ir lentelinis. Adreso ir lentelės metodo atveju, be išvardytų taisyklių, reikėtų laikytis dar kelių:

įtaisai ir įtaisai jungčių schemose pavaizduoti supaprastintai, neatsižvelgiant į mastelį stačiakampiais, virš kurių uždedamas apskritimas, atskirtas horizontalia linija. Virš eilutės esantys skaičiai nurodo įrenginio serijos numerį (1.24 pav., numeris 8); numeriai priskiriami skydeliui iš kairės į dešinę ir iš viršaus į apačią), o po linija – šio gaminio nuorodos pavadinimas (pvz., KTZ)

jei reikia, parodykite vidinę aparato schemą (1.24 pav.);

Ryžiai. 1.24.

kelių relių, esančių toje pačioje eilėje, vidinė grandinė rodoma tik vieną kartą, jei jos turi tą pačią;

įrenginių išvesties gnybtai sutartinai vaizduojami kaip apskritimai, kurių viduje nurodomi jų gamykliniai žymėjimai (pvz., 1 ... 8 1.24 pav.). Jei įrenginių išvesties gnybtai neturi gamyklinių ženklų, tada jie sąlyginai žymimi arabiškais skaitmenimis ir nurodomi aiškinamajame įraše;

plokštėms, ant kurių dedami diodai, triodai, rezistoriai ir kt., priskiriamas tik eilės numeris (dedamas ratu po linija);

elementų padėties žymėjimas dedamas prie pat jų sąlyginio grafinio vaizdo (1.25 pav.);

Ryžiai. 1.2

jei prietaisai ir automatikos įrenginiai yra ant kelių skirstomojo skydo ar valdymo pulto konstrukcinių elementų (dangčio, galinio skydo, durų), tuomet šias konstrukcijas būtina išskleisti vienoje plokštumoje, stebint abipusį įrenginių ir automatikos įrangos išdėstymą.

Grafinis metodas slypi tame, kad brėžinyje sąlyginės linijos rodo visus ryšius tarp aparato elementų (1.26 pav.). Šis metodas naudojamas tik plokštėms ir konsolėms, palyginti mažai prisotintoms įrangos. Vamzdžių laidų schemos atliekamos tik grafiniu būdu. Jei vamzdžiai iš skirtinga medžiaga(plienas, varis, plastikas), tada simboliuose naudojami skirtingi: ištisinės linijos, punktyrinės linijos, punktyrinės linijos su dviem taškais ir kt.

Adreso („skaitiklio“) metodas susideda iš to, kad nevaizduojamos ryšio linijos tarp atskirų prietaisų elementų, sumontuotų ant skydo ar konsolės. Vietoj to, kiekvieno įrenginio ar elemento laido prijungimo vietoje yra pritvirtinamas skaitinis arba raidinis ir skaitmeninis įrenginio arba elemento, su kuriuo jis turi būti elektra sujungtas, adresas (nuorodos žymėjimas atitinka gaminio schemą arba serijos numerį ). Su tokiu vaizdu

Ryžiai. 1.26.

Ryžiai. 1.27.

diagramas, brėžinys nėra užgriozdintas ryšio linijomis ir yra lengvai skaitomas (1.27 pav.). Adreso metodas laidų schemų atlikimui yra pagrindinis ir labiausiai paplitęs.

Lentelės metodas naudojamas dviem versijomis. Pirmajam sudaroma laidų lentelė, kurioje nurodomi kiekvienos elektros grandinės numeriai. Savo ruožtu kiekvienai grandinei paeiliui pateikiami įprasti raidiniai skaitmeniniai visų įrenginių, prietaisų ir jų kontaktų, per kuriuos šios grandinės yra prijungtos, žymėjimai (1.1 lentelė). Taigi 7 grandinėje įrašas reiškia, kad spaustukas 6 instrumentas KM1 jungiasi prie spaustuko 4 instrumentas KM2, kuris, savo ruožtu, turi būti prijungtas prie spaustuko 3 įrenginiai CT4.

1.1. Sujungimo lentelės pavyzdys

Grandinės numeris	Junginys
	KM 1 KM2 KT 4 6 4 3
	KM 4XT 1 2 293
	XTI HL1 KH2 XT 2 328 1 12 307

Antrasis jungčių lentelės pildymo variantas skiriasi nuo pirmojo tuo, kad laidininkai į lentelę įrašomi priverstinių elektros grandinių grandinių žymėjimo numerių didėjimo tvarka (1.2 lentelė). Laidų klojimo kryptis, kaip ir pirmojo varianto atveju, rašoma trupmena. Siekiant aiškesnio laidininkų atpažinimo, įprasta naudoti papildomus pavadinimus. Pavyzdžiui, įrenginyje pagamintas trumpiklis žymimas raide "p".

1.2. Laido sujungimo lentelės pavyzdys

Sujungimų schemos tarnauja kaip darbo brėžiniai, pagal kuriuos atliekamas automatikos įrangos montavimas, todėl jos dar vadinamos montavimo brėžiniais. Rodomos diagramos išorinis ryšys prietaisai, instaliacijos, skydai, pultai ir kt., atliekami remiantis funkcinėmis ir elektros grandinės schemomis, prietaisų ir įrangos specifikacijomis, taip pat pramoninių patalpų brėžiniais su proceso įrangos ir vamzdynų vieta.

Montuojant laidus naudojamos pajungimo schemos, kurių pagalba instaliacija, įrenginys, įrenginys prijungiamas prie maitinimo šaltinių, skirstomųjų skydų, pultų ir kt.

Praktikoje naudojami du ryšio schemų sudarymo būdai: grafinis ir lentelinis. Labiausiai paplitusi grafika.

Sujungimo schemose, naudojant įprastinius grafinius simbolius, pavaizduoti: atrankiniai įrenginiai ir pirminiai keitikliai; plokštės, pultai ir vietiniai valdymo, stebėjimo, signalizacijos ir matavimo taškai; išoriniai įrenginiai ir automatikos įranga; jungiamosios, uždelsiančios ir laisvos dėžės; elektros laidai ir kabeliai, nutiesti už skydų; mazgai elektros laidams prijungti prie prietaisų, aparatų, dėžučių; jungčių ir atšakų užrakinimo įranga ir elementai; perjungimo gnybtai, esantys už skydų, apsauginis įžeminimas. Spintelės, pultai, atskiri įrenginiai ir įrenginiai paprastai vaizduojami stačiakampiais arba apskritimais, kurių viduje dedami atitinkami parašai.

Tos pačios paskirties jungtys jungčių schemose pavaizduotos ištisine linija, o tik prijungimo prie įrenginių, pavarų ir kitų įrenginių vietose laidai atskiriami žymėjimo tikslais. Ryšio linijose, žyminčiose laidus ar kabelius, nurodykite laido (sujungimo) numerį, markę, laidų ir kabelių skerspjūvį ir ilgį (jei laidai vedami vamzdyje, tuomet reikia nurodyti ir vamzdžio charakteristikas). Prijungimo laidai ir kabeliai rodomi kaip 0,4 ... .1 mm storio linijos.

Sujungimo schemos padarytos neatsižvelgiant į mastelį vartotojui patogia forma. Kartais prijungimo schemos pateikiamos lentelių pavidalu, kurios atliekamos atskirai kiekvienai valdymo pulto sekcijai (ar pultui) (1.3 lentelė).

1.3. Sujungimo lentelės pavyzdys

Kabelis, laidas		Laidų kryptis

Bendram susipažinimui su sistema pateikiama blokinė schema (6.2 pav.). Struktūrinė schema - tai diagrama, nusakanti pagrindines funkcines gaminio dalis, jų paskirtį ir ryšius.

Struktūra - tai dalių rinkinys automatizuota sistema, į kurį galima suskirstyti pagal tam tikrą požymį, taip pat poveikio perkėlimo tarp jų būdus. AT bendras atvejis bet kuri sistema gali būti pavaizduota tokiomis struktūromis:

• ? konstruktyvus - kai kiekviena sistemos dalis yra savarankiška konstruktyvi visuma;
• ? funkcinis - kai kiekviena sistemos dalis skirta atlikti tam tikrą funkciją (visa informacija apie funkcinė struktūra su valdymo kilpų nuoroda pateikiamos automatikos schemoje);

Ryžiai. 6.2.

? algoritminis - kai kiekviena sistemos dalis skirta atlikti tam tikrą įvesties reikšmės konvertavimo algoritmą, kuris yra veikimo algoritmo dalis.

Reikėtų pažymėti, kad paprastų automatikos objektų blokinės diagramos gali būti nepateiktos.

Reikalavimai šioms schemoms nustatyti RTM 252.40 „Automatizuotų procesų valdymo sistemos. Valdymo ir kontrolės struktūrinės schemos“. Pagal šį dokumentą konstruktyviose blokinėse schemose yra: automatikos objekto technologiniai poskyriai; taškų

kontrolę ir valdymą, įskaitant tuos, kurie neįtraukti į kuriamą projektą, tačiau turinčius ryšį su kuriama sistema; techninis personalas ir paslaugos, užtikrinančios operatyvų valdymą ir normalų technologinio objekto funkcionavimą; pagrindinės funkcijos ir techninės priemonės, užtikrinančios jų įgyvendinimą kiekviename kontrolės ir valdymo taške; ryšiai tarp automatizavimo objekto dalių.

Blokinės schemos elementai rodomi kaip stačiakampiai. Atskiros funkcinės paslaugos ir pareigūnai gali būti rodomas kaip apskritimas. Stačiakampių viduje atskleidžiama šios sekcijos struktūra. Automatizuotos valdymo sistemos funkcijos technologinis procesasžymimos simboliais, kurių dekodavimas pateiktas lentelėje virš pagrindinio užrašo pagal užrašo plotį. Santykis tarp struktūrinės schemos elementų vaizduojamas ištisinėmis linijomis, susiliejimas ir išsišakojimas – linijomis su pertrauka. Linijos storis yra toks: sąlyginiai vaizdai- 0,5 mm, ryšio linijos - 1 mm, likusios - 0,2 ... 0,3 mm. Blokinių schemų elementų dydžiai nereglamentuojami ir parenkami savo nuožiūra.

Pavyzdyje (6.2 pav.) parodytas vandens gerinimo įrenginio konstruktyvios kontrolės ir stebėjimo schemos įgyvendinimo fragmentas. Apatinėje dalyje atskleidžiami automatikos objekto technologiniai padaliniai; vidurinės dalies stačiakampiuose - pagrindinės taškų funkcijos ir techninės priemonės Vietinė valdžia užpildai; viršutinėje dalyje - daikto funkcijos ir techninės priemonės centralizuotas valdymas stotis. Kadangi diagrama užima kelis lapus, nurodomi ryšio linijų perėjimai į vėlesnius lapus ir rodomas nulaužtas stačiakampis, atskleidžiantis automatikos objekto struktūrą.

Ryšio linijose tarp atskirų valdymo sistemos elementų gali būti nurodyta perduodamos informacijos ar valdymo veiksmų kryptis; jei reikia, ryšio linijos gali būti pažymėtos ryšio tipo raidėmis, pvz.: K - valdymas, C - signalizacija, nuotolinis valdymas, AR - automatinis valdymas, DS - dispečerinis ryšys, PGS - pramoninis telefono (garsinis) ryšys. ir tt P.

Pagal veikimo reikalavimus šiltnamio ūkis su konvekciniais šilumos mainais ir laistymo sistema žemės ūkio produktų auginimo blokiniuose stacionariuose šiltnamiuose technologinio proceso automatizavimo schemą galima pavaizduoti kaip automatizavimo funkcinę diagramą, parodytą Fig. 3.1.

Automatizavimo schemoje (žr. 3.1 pav.) priimami šie žymėjimai:

• 1 - Oro sklendė tiekiamajai ventiliacijai su elektrine pavara;
• 2 - Cirkuliacinis ventiliatorius;
• 3 - šildymo elementas;
• 4 - Elektrinė ištraukiamo oro sklendė;
• 5 - drėkinimo grandinės solenoidinis vožtuvas;
• 6 - Laistymo sistemos purkštukai (laistymas);
• 7 - Durų (arba langų) atidarymo jutiklis;
• 8, 9 - dirvožemio drėgmės jutiklis;
• 10 - Drėgmės ir oro temperatūros matuoklis.

Remiantis sukurta automatizavimo schema, patartina suprojektuoti valdymo sistemos architektūrą pagal trijų lygių schemą. Pirmajame (žemesniame) lygyje numatytas procesų informacijos rinkimas iš matavimo keitiklių ir lokaliai sumontuotų pavarų bei relinės automatikos valdymas. Temperatūros ir drėgmės matavimo keitiklių signalai apdorojami programuojamu loginiu valdikliu (PLC).

Remiantis sukurta automatizavimo schema, patartina suprojektuoti valdymo sistemos architektūrą pagal trijų lygių schemą. Pirmajame (žemesniame) lygyje numatytas procesų informacijos rinkimas iš matavimo keitiklių ir lokaliai sumontuotų pavarų bei relinės automatikos valdymas. Temperatūros ir drėgmės matavimo keitiklių signalus apdoroja PLC. Pagal nurodytą mikroklimato režimo valdymo algoritmą generuoja valdymo signalus į valdymo kilpų pavaras. Antrasis lygis suteikia programos valdymas pagal duotą technologinį pasėlių auginimo iš operatoriaus posto procesą. Programinė įranga automatiškai tikrina ir kontroliuoja temperatūrą, drėgmės lygį kameroje ir dirvos paviršiuje, naudodama jutiklius ir šildymo vamzdyno vožtuvą bei drėkinimo sistemą. Šio lygio įrangą sudaro valdymo pultas ir valdymo patalpoje sumontuotas PLC. Pramoninis kompiuteris jungiamas Profibus DP tinklu su paskirstyta įranga ir trečiame lygyje Ethernet tinklu yra prijungtas prie vietinio šiltnamio segmento.

Trečiajame (viršutiniame) lygyje įmonėse per Ethernet tinklą atliekamas centralizuotas informacijos apie technologinį procesą apdorojimas. Informacijos apdorojimas apima technologinio proceso eigos kontrolę, aušinimo skysčio srautą, registravimą, archyvavimą ir veikimo kontrolę.

Šiltnamio aplinkos klimato kontrolės technologinio proceso automatizuotos valdymo sistemos blokinė schema parodyta fig. 3.2.

3.1 pav. – Automatizuota šiltnamio mikroklimato kontrolės sistema

3.2 pav. – ACS MKT struktūrinė schema

9 paskaita

Rengiant automatikos projektą, visų pirma reikia apsispręsti, iš kokių vietų bus valdomos tam tikros objekto sekcijos, kur bus valdymo taškai, operatoriaus patalpos, koks turėtų būti jų santykis, t.y. būtina išspręsti valdymo struktūros pasirinkimo klausimus. Valdymo struktūra suprantama kaip automatinės sistemos dalių rinkinys, į kurį ji gali būti suskirstyta pagal tam tikrą požymį, taip pat įtakų perdavimo tarp jų būdai. Grafinis valdymo struktūros vaizdas vadinamas blokine schema. Nors pradinius valdymo struktūros ir jos hierarchijos pasirinkimo duomenis užsakovas, suteikdamas projektavimo užduotį, nurodo nevienodu detalumu, pilna struktūra valdymą turėtų sukurti projektavimo organizacija.

Pačioje bendras vaizdas automatikos sistemos blokinė schema parodyta 9.1 pav. Automatikos sistema susideda iš automatikos objekto ir šio objekto valdymo sistemos. Dėl tam tikros automatikos objekto ir valdymo sistemos sąveikos automatikos sistema kaip visuma suteikia reikiamą objekto funkcionavimo rezultatą, apibūdinamą parametrais x 1 x 2 ... x n.

Sudėtingo automatikos objekto veikimui būdinga daugybė pagalbinių parametrų y 1 , y 2 , ..., y j , kurie taip pat turi būti valdomi ir reguliuojami.

Darbo procese objektas gauna trikdančių poveikių f 1 , f 2 , ..., f i , sukeliančius parametrų x 1 , x 2 , x n nukrypimus nuo jiems reikalingų reikšmių. Informacija apie dabartinės vertės x 1 , x 2 , x n , y 1 , y 2 , y n patenka į valdymo sistemą ir yra lyginamas su nustatytomis reikšmėmis g j , g 2 ,..., g k , todėl valdymo sistema generuoja valdymo veiksmus E 1 , E 2 , ..., E m išvesties parametrų nuokrypiams kompensuoti.

9.1 pav. – Automatikos sistemos struktūrinė schema

Automatikos objekto valdymo struktūros pasirinkimas turi didelę įtaką jo darbo efektyvumui, sumažina santykinę valdymo sistemos kainą, jos patikimumą, prižiūrimumą ir kt.

Apskritai bet kuri sistema gali būti pavaizduota taip:

konstruktyvi struktūra;

Funkcinė struktūra

algoritminė struktūra.

Sistemos struktūrinėje struktūroje kiekviena jos dalis yra savarankiška konstruktyvi visuma (9.1 pav.).

Projektavimo schemoje yra:

objektas ir automatikos sistema;

informacijos ir kontrolės srautus.

Algoritminėje struktūroje kiekviena dalis skirta atlikti tam tikrą įvesties signalo konvertavimo algoritmą, kuris yra viso sistemos veikimo algoritmo dalis.

Projektuotojas pagal diferencialines lygtis arba grafines charakteristikas parengia automatizavimo objekto algoritminę blokinę schemą (ACS). Automatikos objektas vaizduojamas kaip kelios nuorodos su tarpusavyje sujungtomis skirtingomis perdavimo funkcijomis. ACC atskiros nuorodos gali neturėti fizinio vientisumo, tačiau jų jungtis (visa grandinė) pagal statines ir dinamines savybes pagal veikimo algoritmą turėtų būti lygiavertis automatizavimo objektui. 9.2 paveiksle pateiktas ACC ACS pavyzdys.

9.2 pav. – Algoritminė blokinė schema, pateikta paprastų nuorodų pavidalu

Funkcinėje struktūroje kiekviena dalis yra skirta tam tikrai funkcijai atlikti.

Automatizavimo projektuose struktūrinės blokinės schemos vaizduojamos su funkcinių savybių elementais. Išsami informacija apie funkcinę struktūrą, nurodant vietines valdymo kilpas, valdymo kanalus ir technologinį valdymą, pateikta funkcinėse diagramose (10 paskaita).

APCS blokinė schema yra sukurta „Projekto“ etape dviejų pakopų projekte ir atitinka sistemos sudėtį. Pavyzdžiui, 9.3 pav. parodyta sieros rūgšties gamybos valdymo blokinė schema.

9.3 pav. Sieros rūgšties gamybos valdymo ir kontrolės blokinės schemos fragmentas:

1 - ryšio linija su parduotuvės chemijos laboratorija; 2 - ryšio linija su rūgščių vietos kontrolės ir valdymo taškais; 3 - ryšio linija su III ir IV technologinių linijų valdymo ir valdymo tašku

Blokinėje schemoje bendru vaizdu atvaizduojami pagrindiniai projekto sprendimai dėl automatizuotos procesų valdymo sistemos funkcinių, organizacinių ir techninių struktūrų, atitinkančių sistemos hierarchiją bei valdymo ir valdymo taškų, operatyvinio personalo ir technologinio valdymo taškų ryšį. valdymo objektas. Visuose proceso valdymo sistemos projektavimo dokumentuose turi būti išsaugoti technologinio objekto operatyvinio valdymo organizavimo principai, priimti įgyvendinant blokinę schemą, atskirų blokinės schemos elementų sudėtis ir žymėjimai.

9.1 lentelė – APCS funkcijos ir jų simboliai 9.3 pav

Simbolis

vardas

Parametrų valdymas Nuotolinio valdymo pultas technologinė įranga ir valdymo įtaisai Matavimo transformacija Įrangos būklės ir parametrų nuokrypių stebėjimas ir signalizavimas Stabilizavimo valdymas Reguliatorių darbo režimo parinkimas ir nustatymų rankinis valdymas Rankinis įvedimas duomenys Parametrų registravimas Techninių ir ekonominių rodiklių skaičiavimas Duomenų per pamainą gamybos apskaita ir suvedimas Technologinių linijų (agregatų) diagnostika Technologinių linijų (agregatų) apkrovų paskirstymas Atskirų technologinių procesų optimizavimas Technologinio proceso būklės analizė Technologinio proceso būklės prognozavimas pagrindiniai gamybos rodikliai Pamaininio darbo įvertinimas Numatytų tikslų vykdymo kontrolė Remonto kontrolė Operatyvinės informacijos parengimas ir išdavimas automatizuotoje valdymo sistemoje Gamybos apribojimų ir užduočių gavimas iš automatizuotos valdymo sistemos

Blokinėje diagramoje rodomi šie elementai:

1. technologiniai padaliniai (departamentai, sekcijos, cechai, gamyba);

2. valdymo ir valdymo taškai (vietinės lentos, operatorių ir valdymo patalpos, blokinės lentos ir kt.);

3. technologinis personalas (operatyvinis) ir papildomos specialiosios tarnybos, teikiančios operatyvų valdymą;

4. pagrindinės funkcijos ir techninės priemonės, užtikrinančios jų įgyvendinimą kiekviename kontrolės ir valdymo taške;

5. santykiai tarp skyrių ir su aukštesne ACS.

Automatizuotos procesų valdymo sistemos funkcijos yra užšifruotos ir diagramoje žymimos skaičiais. konvencijos APCS funkcijos 9.3 pav. pateiktos 9.1 lentelėje.

Automatikos sistemos blokinė schema atliekama mazgais ir apima visus sistemos elementus nuo jutiklio iki reguliavimo institucijos, nurodant vietą, parodant jų tarpusavio ryšį.

Automatizuotų procesų valdymo sistemų kūrimas dabartiniame etape siejamas su plačiu valdymui naudojamų mikroprocesorių ir mikrokompiuterių, kurių savikaina kasmet mažėja lyginant su bendromis valdymo sistemų sukūrimo sąnaudomis. Prieš atsirandant mikroprocesoriams, procesų valdymo sistemų raidą lydėjo centralizacijos laipsnio didėjimas. Tačiau centralizuotų sistemų galimybės šiuo metu jau yra ribotos ir neatitinka šiuolaikinių patikimumo, lankstumo, ryšių sistemų ir programinės įrangos kainos reikalavimų.

Perėjimą nuo centralizuotų valdymo sistemų prie decentralizuotų lemia ir atskirų technologinių mazgų galios padidėjimas, jų komplikacija, didėjantys jų darbo greičio ir tikslumo reikalavimai. Valdymo sistemų centralizavimas ekonomiškai pagrįstas santykinai nedideliu TOU informaciniu pajėgumu (valdymo ir reguliavimo kanalų skaičiumi) ir jo teritorine koncentracija. Esant dideliam valdymo, reguliavimo ir valdymo kanalų skaičiui, dideliam ryšio linijų ilgiui procesų valdymo sistemoje, valdymo sistemos struktūros decentralizavimas tampa esminiu metodu siekiant padidinti proceso valdymo sistemos patvarumą, sumažinti sąnaudas ir veiklos sąnaudas.

Reikėtų pripažinti perspektyviausią APCS decentralizacijos kryptį automatizuotas valdymas paskirstytos architektūros procesai, pagrįsti valdymo objekto funkciniu-taikiniu ir topologine decentralizacija.

Funkciškai tikslinga decentralizacija yra išsiskyrimas sudėtingas procesas arba sistemos į smulkesnes dalis – poprocesus ar posistemes funkciniu pagrindu (pavyzdžiui, technologinio proceso perskirstymas, mazgų veikimo režimai ir pan.), turinčius savarankiškus veikimo tikslus.

Topologinė decentralizacija reiškia teritorinio (erdvinio) proceso suskirstymo į funkcinius-tikslinius subprocesus galimybę. Esant optimaliam topologiniam decentralizavimui, paskirstytos automatizuotos procesų valdymo sistemos posistemių skaičius parenkamas taip, kad būtų sumažintas bendras ryšio linijų, kurios kartu su vietinio valdymo posistemiais sudaro tinklo struktūrą, ilgis.

Šiuolaikinių paskirstytų valdymo sistemų techninė bazė, kuri leido įdiegti tokias sistemas, yra mikroprocesoriai ir mikroprocesorinės sistemos.

Mikroprocesorinė sistema atlieka duomenų rinkimo, reguliavimo ir valdymo, visos duomenų bazės informacijos vizualizavimo, nustatymų, algoritmų ir pačių algoritmų parametrų keitimo, optimizavimo ir kt. Mikroprocesorių (įskaitant mikrokompiuterius) naudojimas sprendžiant aukščiau nurodytas užduotis leidžia pasiekti šiuos tikslus:

a) pakeisti analogines technines priemones skaitmeninėmis, kai perėjimas prie skaitmeninių priemonių pagerina valdymo sistemų tikslumą, išplečia funkcionalumą ir padidina jų lankstumą;

b) pakeisti techninę įrangą kietąja logika programuojamais (su galimybe keisti programą) įrenginiais, arba mikrovaldikliai;

c) pakeisti vieną mini kompiuterį kelių mikrokompiuterių sistema, kai būtina užtikrinti decentralizuotą gamybos ar technologinio proceso kontrolę, padidintą patikimumą ir ilgaamžiškumą, arba kai nėra pilnai išnaudojamos mini kompiuterio galimybės.

Mikroprocesorinės sistemos gali atlikti visas tipines valdymo, matavimo, reguliavimo, valdymo, informacijos pateikimo operatoriui funkcijas paskirstytos procesų valdymo sistemos posistemiuose.

Paskirstytose automatizuotose procesų valdymo sistemose visuotinai priimtos trys topologinės posistemių sąveikos struktūros: žvaigždės formos (radialinė); žiedas (kilpa); autobusas (pagrindinis) arba jų deriniai. Ryšio su jutikliais ir pavaromis organizavimas yra individualus ir dažniausiai radialinis.

3.5 paveiksle parodytos paskirstytų APCS topologijos.

3.5 pav. Tipinės paskirstytų APCS struktūros:

a - radialinis, b - pagrindinis, c - žiedas

Radialinė posistemių sąveikos struktūra (3.5 pav., a) atspindi tradiciškai naudojamą įrenginių sujungimo su tam skirtomis ryšio linijomis būdą ir pasižymi šiomis savybėmis:

a) yra atskiros, nesusijusios linijos, jungiančios centrinį posistemį (CPU) su vietinėmis orlaivio automatizavimo sistemomis i ;

b) įdiegta techniškai nesudėtinga sąsajos įrenginiai US 1 - US m lokali automatika. NSC centrinis ryšio įrenginys yra CS i tipo modulių rinkinys pagal linijų skaičių arba gana sudėtingas informacijos perdavimo kanalų tankinimo įrenginys;

c) numatyta didžiausi greičiai keistis atskiromis eilutėmis su pakankamai didelio našumo procesoriaus lygio skaičiavimo įrenginiai;

d) ryšio posistemio patikimumas labai priklauso nuo procesoriaus techninių priemonių patikimumo ir patvarumo. CPU gedimas praktiškai sunaikina mainų posistemį, nes visi informacijos srautai yra uždaromi per viršutinį lygį.

Paskirstytoji sistema su radialine struktūra yra dviejų lygių sistema, kai žemesniame lygmenyje posistemiuose įgyvendinamos būtinos valdymo, reguliavimo, valdymo funkcijos, o antrajame lygyje, CPU, koordinuojantis mikrokompiuteris (arba minikompiuteris). ), be mikrokompiuterinių palydovų darbo koordinavimo, optimizuoja TOU valdymo, energijos paskirstymo užduotis, valdo technologinį procesą kaip visumą, skaičiuoja techninius ir ekonominius rodiklius ir kt. Visa duomenų bazė paskirstytoje sistemoje su radialine struktūra turi būti pasiekiama koordinuojančiu mikrokompiuteriu aukščiausio lygio valdymo programoms. Dėl to koordinuojantis mikrokompiuteris veikia realiu laiku ir turi būti valdomas naudojant aukšto lygio kalbas.

3.5 (b, c) paveiksle pavaizduotos lygių sąveikos žiedo ir magistralės topologijos. Šios konstrukcijos turi daug privalumų, palyginti su radialinėmis:

a) ryšio posistemio, apimančio kanalą ir ryšio įrenginius, veikimas nepriklauso nuo sveikatos techninėmis priemonėmis automatizavimo lygiuose;

b) galima prijungti papildomus įrenginius ir valdyti visą posistemį naudojant specialius įrankius;

c) reikalingos žymiai mažesnės kabelių gaminių sąnaudos.

Dėl informacijos mainų tarp LA i per ryšio kanalą ir RS („kiekvienas su kiekvienu“) atsiranda papildoma galimybė dinamiškai perskirstyti bendro LA posistemių veikimo koordinavimo funkcijas žemesniais lygiais tuo atveju. dėl procesoriaus gedimo. Magistralės (mažesniu mastu žiedo) struktūra suteikia transliavimo mainų tarp posistemių režimą, o tai yra svarbus privalumas įgyvendinant grupės valdymo komandas. Tuo pačiu metu magistralės ir žiedo architektūra jau kelia žymiai aukštesnius reikalavimus sąsajos įrenginių „intelektui“, taigi ir išauga vienkartinės pagrindinio tinklo diegimo sąnaudos.

Lyginant ryšio posistemio žiedo ir magistralės topologijas, reikia pažymėti, kad žiedinės struktūros organizavimas yra pigesnis nei magistralės. Tačiau viso posistemio su žiedine ryšio sistema patikimumą lemia kiekvieno sąsajos įrenginio ir kiekvieno ryšio linijų segmento patikimumas. Norint padidinti išgyvenamumą, būtina naudoti dvigubus žiedus arba papildomas ryšio linijas su problemomis. Fizinio perdavimo kanalo veikimas magistralės architektūrai su transformatoriaus izoliacija nepriklauso nuo sąsajos įrenginių tinkamumo naudoti, tačiau, kaip ir žiedo atveju, bet kurio sąsajos įrenginio gedimas blogiausiu atveju sukelia visiškai autonomišką sugedusio posistemio veikimą. mazgas, ty valdymo funkcijos praradimas iš procesoriaus lygio dėl sugedusio mazgo automatizavimo.

Aiškus būdas padidinti visos automatikos sistemos išgyvenamumą, jei sugenda ryšio posistemio suderinimo įrenginiai, yra suderinimo įrenginių dubliavimas posistemio mazguose. Žiedinėje struktūroje šis metodas jau numanomas organizuojant dvigubus žiedus ir aplinkkelius. Jei nenutrūkstamo fizinio kanalo patikimumas žemesnei topologijai nekelia abejonių, tada galima kopijuoti tik sąsajos įrenginius nenaudojant atsarginio magistralinio kabelio.

Pigesnis būdas padidinti ryšio posistemės patikimumą yra kombinuotų struktūrų naudojimas, sujungiantis radialinės ir žiedinės (stuburo) topologijos pranašumus. Žiedui radialinių jungčių skaičius gali būti apribotas iki dviejų ar trijų linijų, kurių įgyvendinimas suteikia paprastą ir nebrangų sprendimą.

Tokių paskirstytų pramonės valdymo sistemų rodiklių įvertinimas kaip ekonominis(laidų gaminių, kabelių nukreipimo, tinklo įrangos, įskaitant ryšio įrenginius, kūrimo arba įsigijimo išlaidos ir kt.), funkcinis(grupinių perkėlimo operacijų naudojimas, mainų intensyvumas, galimybė keistis „kiekvienu su kiekvienu“), taip pat vienijimosi ir evoliucijos galimybės rodikliai tinklai (galimybė lengvai įjungti papildomus abonentinius mazgus, tendencijos naudoti automatizuotose procesų valdymo sistemose) ir indikatoriai tinklo patikimumas(ryšio kanalo ir ryšio ar sąsajos įrenginių gedimas), leidžia daryti tokias išvadas:

a) kūrimo ir naudojimo požiūriu perspektyviausia yra ryšių posistemio stuburinė organizacija;

b) stuburo topologijos funkcionalumas nėra prastesnis už žiedo ir radialinės galimybes;

c) pagrindinės konstrukcijos patikimumo rodikliai yra gana patenkinami;

d) paskirstytojo APCS stuburinė topologija reikalauja didelių vienkartinių ryšių kanalo ir sąsajos įrenginių sukūrimo ir įdiegimo sąnaudų.

Daugiausia dėl šių stuburo struktūros ypatybių ir modulinės aparatinės bei programinės įrangos organizavimo modernios automatizuotos valdymo sistemos TP bagažinės-modulinis principas techninės paramos statyba rado vyraujantį pasiskirstymą.

Mikroprocesorių ir mikrokompiuterių panaudojimas leidžia efektyviai ir ekonomiškai įgyvendinti automatizuotų procesų valdymo sistemų funkcinės ir topologinės decentralizacijos principą. Taigi galima žymiai padidinti sistemos patikimumą ir ilgaamžiškumą, sumažinti brangias ryšio linijas, užtikrinti veikimo lankstumą ir išplėsti techninių priemonių kompleksų, kurių pagrindinis elementas yra mikrokompiuteris arba mikroprocesorius, apimtį šalies ūkyje. . Tokiose paskirstytose valdymo sistemose tai labai svarbu sąsajos standartizavimas, t.y. vienodų normų, reikalavimų ir taisyklių, garantuojančių techninių priemonių informacinę integraciją, nustatymas ir taikymas tipiškos struktūros APCS.