Schema structurală a sistemului de control automatizat. Structura unui APCS distribuit. Structura ierarhică pe trei niveluri a sistemelor de control al procesului

Schema este documentul principal care explică principiul de funcționare și interacțiune diverse elemente, dispozitive sau în general sisteme automate de control. Cele mai frecvent utilizate sunt tipurile de circuite fundamentale, funcționale structurale (funcționale) și algoritmice structurale (structurale). În plus față de acestea, la proiectarea, instalarea, punerea în funcțiune și operarea ACS, se folosesc scheme de conectare și conexiuni (montare).

SCHEMA PRINCIPALĂ, FUNCȚIONALĂ ȘI STRUCTURALĂ

Pe diagrama schematică, toate elementele sistemului sunt reprezentate în conformitate cu simbolurile interconectate între ele. Din schema circuitului, principiul funcționării sale și natura fizică a proceselor care au loc în ea ar trebui să fie clare. Schemele pot fi electrice, hidraulice, pneumatice, cinematice și combinate. În Figura 1.19, ca exemplu, sunt prezentate fragmente din principalele circuite electrice și hidraulice principale.

Elementele de automatizare de pe schemele de circuit trebuie desemnate în conformitate cu standardul. Imaginea elementelor trebuie să corespundă stării oprite (dezenergizate, în absența suprapresiunii etc.) a tuturor circuitelor circuitului și absenței. influente externe. Circuitul trebuie să fie logic

Orez. 1.19.

A- electric, b- hidraulice

secvenţial secvenţial şi citit de la stânga la dreapta sau de sus în jos. Fiecărui element al schemei de circuit i se atribuie o denumire de referință alfanumerică. Desemnarea literei este de obicei un nume prescurtat al elementului, iar desemnarea digitală în ordine crescătoare și într-o anumită secvență arată condiționat numerotarea elementului, numărând de la stânga la dreapta sau de sus în jos. Pentru schemele complexe, de regulă, sunt descifrate denumiri alfabetice și numerice abreviate.

Diagramele bloc funcționale reflectă interacțiunea dispozitivelor, blocurilor, nodurilor și elementelor de automatizare în cursul funcționării lor. Grafic, dispozitivele de automatizare individuale sunt reprezentate prin dreptunghiuri corespunzătoare direcției semnalului. Conținutul intern al fiecărui bloc nu este specificat. Scopul funcțional al blocurilor este indicat prin caractere alfabetice. În Figura 1.20, ca exemplu, este prezentată o diagramă funcțională a ACS cu temperatura aerului din seră, unde OU- obiect de control (sera), VE- element senzor (senzor de temperatură), PE- transformatoare

Orez. 1.20. Schema funcțională a sistemului de control automat pentru temperatura aerului din elementul de seră (amplificator cu releu la ieșire), RO- corp de reglare (încălzitor electric), y - valoare controlată (temperatura), g - acțiune de reglare (temperatura necesară); / - acțiune perturbatoare (influență) factori externi asupra temperaturii aerului din sera).

Diagramele bloc algoritmice arată relația părțile constitutive sistem automatși caracterizează proprietățile lor dinamice. Aceste scheme sunt dezvoltate pe baza schemelor funcționale sau a circuitelor de automatizare. Diagrama bloc algoritmică este cea mai convenabilă formă grafică de reprezentare ACS în procesul de studiere a proprietăților sale dinamice. Această schemă nu ține cont de natura fizică a impacturilor și de caracteristicile echipamentelor specifice, ci doar afișează model matematic proces de management.

Pe schema structurală, precum și pe cea funcțională, elementele uuși OU prezentate ca dreptunghiuri. În acest caz, orice dispozitiv poate fi reprezentat prin mai multe legături (dreptunghiuri) și, invers, mai multe dispozitive de același tip pot fi afișate ca o singură legătură.

Împărțirea ACS în legături elementare de acțiune direcțională se realizează în funcție de tipul de ecuație matematică care conectează valoarea de ieșire cu intrarea pentru fiecare legătură. În interiorul legăturii (dreptunghi) indicați relația matematică dintre valorile de intrare și de ieșire. Această dependență poate fi reprezentată fie printr-o formulă, fie printr-un grafic, fie printr-un tabel. Similar diagramei funcționale, conexiunile dintre legături sunt reprezentate ca săgeți care indică direcția și punctele de aplicare a cantităților de influență.

Schema bloc a ACS cu temperatura aerului din seră este prezentată în Figura 1.21. Vederea generală a acestei diagrame este aceeași cu diagrama funcțională (vezi Fig. 1.20), totuși, în interiorul dreptunghiurilor există funcții sau grafice care relaționează valorile de ieșire ale fiecărui element cu cele de intrare.

Ca exemplu, luați în considerare principiul de funcționare a schemei de circuit a sistemului de control automat cu temperatura lichidului de răcire înăuntru

Orez. 1.21.

Orez. 1.22.

/-obturator; 2- LOR; 3 ~amplificator

uscătorul de cereale pentru mine (Fig. 1.22) și întocmește o diagramă funcțională pentru acesta. Temperatura necesară a transportorului de căldură din uscătorul de cereale este menținută prin intermediul amortizorului 7, care, rotindu-se, modifică raportul fluxurilor de aer cald. Q r , venind din cuptor, și frig Q x , luate din atmosferă. Temperatura din interiorul uscătorului de cereale este măsurată de un senzor termic R, inclusă într-unul din brațele punții de măsurare. Setare variabilă controlată g(temperaturile) sunt stabilite prin deplasarea cursorului rezistorului - setter R1. Deoarece semnalul de ieșire de la puntea de măsurare este de putere scăzută, atunci pentru a controla motorul reversibil 2 (LOR) utilizați amplificatorul 3.

Când temperatura purtătorului de căldură din interiorul uscătorului de cereale se abate de la cea setată, la ieșirea podului apare un semnal de dezechilibru, care prin amplificator 3 și releu K1 sau K2 intră în motorul electric 2, inclusiv în acesta. Amortizorul 7 este acţionat de la motor, mişcându-se într-o direcţie sau alta în funcţie de semnul semnalului.

Datorita inertiei senzorului de temperatura R,și distanța sa de amortizorul 7, procesul de control poate continua la nesfârșit, adică nu va fi stabilit un nou mod de echilibru în sistem. Într-adevăr, atunci când amortizorul ia o nouă poziție de echilibru, temperatura senzorului termic rămâne aceeași pentru o perioadă de timp, drept urmare actuatorul continuă să miște amortizorul. În plus, temperatura la locul de instalare a senzorului de temperatură va deveni mai întâi egală cu cea setată, apoi se va abate de la aceasta în direcția opusă, adică va lua o valoare cu semnul opus. Cu alte cuvinte, în sistem vor apărea oscilații periodice, numite auto-oscilații. Auto-oscilațiile valorii controlate (temperatura) în acest sistem apar din cauza faptului că motorul se oprește nu în momentul în care amortizorul ajunge în poziția dorită, ci cu o oarecare întârziere.

Feedback-ul este folosit pentru a elimina auto-oscilațiile sau pentru a reduce amplitudinea acestora. (OS) care vă permite să opriți motorul înainte ca temperatura lichidului de răcire să atingă valoarea setată, deoarece după ce amortizorul încetează să se miște, temperatura obiectului și senzorul de temperatură se apropie de valoarea setată.

Feedback-ul se realizează folosind un rezistor variabil Lo. s, al cărui cursor este conectat mecanic la rotorul motorului electric 2 și se mișcă odată cu el. Este evident că echilibrul în sistem va veni în momentul în care creșterea rezistenței R os, care apare ca urmare a mișcării cursorului, și creșterea rezistenței. R „ cauzate de o schimbare a temperaturii lichidului de răcire, vor deveni egale între ele (BP, c \u003d DL,). Astfel, motorul electric 2 în acest sistem, se oprește și procesul tranzitoriu se oprește complet în momentul în care abaterea temperaturii devine mai mică decât zona moartă a controlerului.

Pe diagrama funcțională (Fig. 1.23), uscătorul de cereale este un obiect de control (030, un senzor de temperatură - un organ de detectare (50), o punte de măsurare - un element comparator (CO), un amplificator - un element de amplificare ( UE), motor electric - actuator (LOR), amortizor - corp de reglare (RO),între arbore LORși cursorul potențiometrului - Părere(OS). Iată / este efectul deranjant (temperatura aerului exterior, umiditatea și temperatura inițială a boabelor), g- influența de setare (temperatura de uscare dorită), la- valoare controlată (temperatura reală a agentului termic), și - acțiune de control (căldura care intră în uscătorul de cereale cu un purtător de căldură).

Orez. 1.23.

SCHEMA DE CONECTARE A PLACILOR, BIROUL DE COMANDĂ, CONEXIUNI EXTERNE ȘI CONEXIUNI

Schemele de cablare sunt diagrame care arată conexiunile componentelor dispozitivului sau conexiunile externe între dispozitive individuale. Schemele pentru dispozitivele instalate în tablouri sau panouri de comandă sunt elaborate pe baza schemelor funcționale, principale circuite electrice, scheme de alimentare, precum și tipuri generale de plăci și console.

Regulile generale pentru executarea schemelor de conexiuni sunt următoarele:

diagramele de conectare sunt dezvoltate pentru un scut, consolă, stație de control;

toate tipurile de aparate, instrumente și fitinguri prevăzute de schema circuitului electric trebuie să fie reflectate integral în schema de conectare;

desemnarea de pozitie a dispozitivelor si echipamentelor de automatizare si marcarea sectiunilor de circuit, adoptate pe schema de circuit, trebuie sa fie memorate in schema de conectare.

Se folosesc trei metode de întocmire a schemelor de conexiune: grafică, adresă și tabelară. Pentru adresa și metoda tabelară, pe lângă regulile enumerate, mai trebuie respectate câteva:

dispozitivele și dispozitivele de pe schemele de conexiune sunt reprezentate într-un mod simplificat fără a respecta scara sub formă de dreptunghiuri, peste care este plasat un cerc, despărțit de o linie orizontală. Numerele de deasupra liniei indică numărul de serie al dispozitivului (Fig. 1.24, numărul 8); numerele sunt atribuite panou cu panou de la stânga la dreapta și de sus în jos), iar sub linie - denumirea de referință a acestui produs (de exemplu, KTZ)

dacă este necesar, arătați schema internă a aparatului (Fig. 1.24);

Orez. 1.24.

pentru mai multe relee situate pe același rând, circuitul intern este afișat o singură dată dacă au același;

bornele de ieșire ale dispozitivelor sunt descrise în mod convențional ca cercuri, în interiorul cărora sunt indicate marcajele lor din fabrică (de exemplu, 1 ... 8 în Fig. 1.24). Dacă bornele de ieșire ale dispozitivelor nu au marcaje din fabrică, atunci acestea sunt marcate condiționat cu cifre arabe și indicate în intrarea explicativă;

plăcile pe care sunt amplasate diode, triode, rezistențe etc., li se atribuie doar un număr de serie (este pus în cerc sub linie);

desemnarea pozițională a elementelor este plasată în imediata apropiere a imaginii lor grafice condiționate (Fig. 1.25);

Orez. 1.2

dacă dispozitivele și echipamentele de automatizare sunt amplasate pe mai multe elemente structurale ale tabloului de distribuție sau panoului de comandă (capac, panou din spate, ușă), atunci este necesară desfășurarea acestor structuri într-un singur plan, observând amplasarea reciprocă a dispozitivelor și echipamentelor de automatizare.

Metoda grafică constă în faptul că în desen, liniile condiționate arată toate conexiunile dintre elementele aparatului (Fig. 1.26). Această metodă este folosită doar pentru panouri și console, relativ puțin saturate de echipamente. Schemele de cablare a conductelor sunt realizate numai într-un mod grafic. Dacă conductele din material diferit(oțel, cupru, plastic), apoi simbolurile folosesc altele diferite: linii continue, linii punctate, linii punctate cu două puncte etc.

Metoda adresei („contor”) constă în faptul că liniile de comunicare între elementele individuale ale dispozitivelor instalate pe scut sau consolă nu sunt reprezentate. În schimb, în ​​punctul de conectare a firului de pe fiecare dispozitiv sau element, se aplică o adresă digitală sau alfanumerică a dispozitivului sau elementului cu care acesta trebuie conectat electric (denumirea de referință corespunde schemei de circuit sau numărului de serie al produsului). ). Cu o asemenea imagine

Orez. 1.26.

Orez. 1.27.

diagrame, desenul nu este aglomerat cu linii de comunicație și este ușor de citit (Fig. 1.27). Metoda de adresă pentru realizarea diagramelor de cablare este principala și cea mai comună.

Metoda tabelară este utilizată în două versiuni. Pentru primul, este alcătuit un tabel de cablare, unde sunt indicate numerele fiecărui circuit electric. La rândul său, pentru fiecare circuit, desemnările alfanumerice convenționale ale tuturor dispozitivelor, dispozitivelor și contactelor acestora, prin care sunt conectate aceste circuite, sunt enumerate secvenţial (Tabelul 1.1). Deci, pentru lanțul 7, intrarea înseamnă că clema 6 instrument KM1 se conectează la clemă 4 instrument KM2, care, la rândul său, trebuie conectat la clemă 3 dispozitive CT4.

1.1. Exemplu de tabel de conexiuni

Numărul lanțului	Compus
	KM 1 KM2 KT 4 6 4 3
	KM 4XT 1 2 293
	XTI HL1 KH2 XT 2 328 1 12 307

A doua opțiune de completare a tabelului de conectare diferă de prima prin faptul că conductoarele sunt introduse în tabel în ordinea crescătoare a numerelor de marcare ale circuitelor circuitelor electrice forțate (Tabelul 1.2). Direcția de așezare a firelor, ca și pentru prima opțiune, este scrisă ca o fracție. Pentru o recunoaștere mai clară a conductorilor, se obișnuiește să se utilizeze denumiri suplimentare. De exemplu, un jumper realizat în aparat este notat cu litera „p”.

1.2. Exemplu de tabel de conectare a firelor

Schemele de conectare servesc ca desene de lucru, conform cărora se realizează instalarea echipamentelor de automatizare, prin urmare se mai numesc și desene de instalare. Afișează diagrame conexiune externă dispozitivele, instalațiile, panourile, consolele etc., se realizează pe baza schemelor funcționale și de circuite ale alimentării cu energie, specificațiile instrumentelor și echipamentelor, precum și a desenelor spațiilor industriale cu amplasarea echipamentelor de proces și a conductelor.

Schemele de conectare sunt folosite la instalarea firelor, cu ajutorul cărora instalația, dispozitivul, dispozitivul este conectat la surse de alimentare, tablouri, console etc.

În practică, se folosesc două metode de întocmire a schemelor de conexiune: grafică și tabelară. Cea mai comună grafică.

Pe schemele de conexiune, folosind simboluri grafice convenționale, acestea arată: dispozitive selective și convertoare primare; plăci, console și puncte locale de control, monitorizare, semnalizare și măsurare; dispozitive off-panel și echipamente de automatizare; cutii de conectare, persistente și libere; fire și cabluri electrice așezate în afara ecranelor; Noduri pentru conectarea cablurilor electrice la dispozitive, aparate, cutii; echipamente si elemente de inchidere pentru racorduri si ramificatii; bornele de comutare situate în afara ecranelor, împământare de protecție. Dulapurile, consolele, dispozitivele individuale și dispozitivele sunt descrise în mod convențional sub formă de dreptunghiuri sau cercuri, în interiorul cărora sunt plasate semnăturile corespunzătoare.

Conexiunile cu același scop pe diagramele de conectare sunt afișate cu o linie continuă și numai în punctele de conectare la dispozitive, actuatoare și alte dispozitive, firele sunt separate în scopul marcajului. Pe liniile de comunicație care desemnează fire sau cabluri, indicați numărul firului (conexiunii), marca, secțiunea transversală și lungimea firelor și cablurilor (dacă cablarea se face într-o țeavă, atunci trebuie dată și caracteristica țevii). Firele și cablurile de conectare sunt prezentate ca linii cu grosimea de 0,4 ... .1 mm.

Diagramele de conectare sunt realizate fără a respecta scara într-o formă convenabilă pentru utilizator. Uneori, schemele de conectare sunt prezentate sub formă de tabele, care se realizează separat pentru fiecare secțiune (sau panou) a panoului de comandă (Tabelul 1.3).

1.3. Exemplu de tabel de conexiuni

Cablu		Direcția cablajului

Pentru familiarizarea generală cu sistemul, este furnizată o diagramă bloc (Fig. 6.2). Schema structurala - aceasta este o diagramă care definește principalele părți funcționale ale produsului, scopul și relațiile acestora.

Structura - este o colecție de piese sistem automatizat, în care poate fi împărțit după un anumit atribut, precum și modalitățile de transfer a impactului între ele. LA caz general orice sistem poate fi reprezentat prin următoarele structuri:

• ? constructiv - când fiecare parte a sistemului este un întreg constructiv independent;
• ? functional - atunci când fiecare parte a sistemului este proiectată pentru a îndeplini o funcție specifică (detalii complete despre structură funcțională cu indicarea buclelor de control sunt date pe schema de automatizare);

Orez. 6.2.

? algoritmic - atunci când fiecare parte a sistemului este proiectată pentru a efectua un anumit algoritm de conversie a valorii de intrare, care face parte din algoritmul de funcționare.

Trebuie remarcat faptul că diagramele bloc nu pot fi date pentru obiecte de automatizare simple.

Cerințele pentru aceste scheme sunt stabilite prin RTM 252.40 „Sisteme automate de control al proceselor. Scheme structurale de management și control”. Conform acestui document, schemele bloc constructive cuprind: subdiviziuni tehnologice ale obiectului de automatizare; puncte

control și management, inclusiv cele care nu sunt incluse în proiectul în curs de dezvoltare, dar care au legătură cu sistemul proiectat; personal tehnic și servicii care asigură conducerea operațională și funcționarea normală a unității tehnologice; principalele funcții și mijloace tehnice care asigură implementarea acestora la fiecare punct de control și management; relațiile dintre părțile obiectului de automatizare.

Elementele diagramei bloc sunt prezentate ca dreptunghiuri. Servicii funcționale separate și oficiali poate fi prezentat ca un cerc. În interiorul dreptunghiurilor se dezvăluie structura acestei secțiuni. Funcțiile sistemului de control automatizat proces tehnologic sunt indicate prin simboluri, a căror decodare este dată în tabelul de deasupra inscripției principale în funcție de lățimea inscripției. Relația dintre elementele diagramei structurale este descrisă prin linii solide, îmbinare și ramificare - prin linii cu o întrerupere. Grosimea liniei este următoarea: imagini condiționale- 0,5 mm, linii de comunicare - 1 mm, restul - 0,2 ... 0,3 mm. Dimensiunile elementelor diagramelor bloc nu sunt reglementate și sunt alese la discreție.

Exemplul (Fig. 6.2) prezintă un fragment din implementarea unei scheme constructive de control și monitorizare pentru o stație de tratare a apei. În partea inferioară sunt dezvăluite diviziunile tehnologice ale obiectului de automatizare; în dreptunghiurile părții din mijloc - principalele funcții și mijloace tehnice ale punctelor administrația locală agregate; în partea superioară - funcțiile și mijloacele tehnice ale articolului management centralizat statie. Deoarece diagrama ocupă mai multe foi, sunt indicate tranzițiile liniilor de comunicație către foile ulterioare și este afișat un dreptunghi rupt, dezvăluind structura obiectului de automatizare.

Pe liniile de comunicare dintre elementele individuale ale sistemului de control se poate indica direcția informațiilor transmise sau acțiunilor de control; dacă este necesar, liniile de comunicație pot fi marcate cu litere ale tipului de comunicare, de exemplu: K - control, C - semnalizare, telecomandă, AR - control automat, DS - comunicare dispecerată, PGS - comunicare telefonică industrială (cu voce tare) , etc. P.

Conform cerințelor de performanță agricultura cu efect de seră cu schimb de căldură prin convecție și un sistem de irigare, schema de automatizare a procesului tehnologic de cultivare a produselor agricole în sere staționare bloc poate fi reprezentată ca o diagramă funcțională a automatizării prezentată în Fig. 3.1.

Pe schema de automatizare (vezi Fig. 3.1), sunt acceptate următoarele denumiri:

• 1 - Clapeta de aer pentru alimentare ventilatie cu actionare electrica;
• 2 - Ventilator de circulatie;
• 3 - element de încălzire;
• 4 - Clapeta electrică de evacuare a aerului;
• 5 - Electrovalva a circuitului de irigare;
• 6 - Duze ale sistemului de irigare (udare);
• 7 - Senzor pentru deschiderea ușilor (sau ferestrelor);
• 8, 9 - Senzor de umiditate a solului;
• 10 - Contor de umiditate și temperatura aerului.

Pe baza schemei de automatizare dezvoltate, se recomandă proiectarea arhitecturii sistemului de control conform unei scheme pe trei niveluri. La primul nivel (inferior), sunt furnizate colectarea de informații de proces de la traductoarele de măsurare și controlul actuatoarelor instalate local și automatizările releului. Semnalele de la traductoarele de măsurare a temperaturii și umidității sunt procesate de un controler logic programabil (PLC).

Pe baza schemei de automatizare dezvoltate, se recomandă proiectarea arhitecturii sistemului de control conform unei scheme pe trei niveluri. La primul nivel (inferior), sunt furnizate colectarea de informații de proces de la traductoarele de măsurare și controlul actuatoarelor instalate local și automatizările releului. Semnalele de la traductoarele de măsurare a temperaturii și umidității sunt procesate de PLC. Conform algoritmului de control al modului de microclimat specificat, acesta generează semnale de control către actuatoarele buclelor de control. Al doilea nivel prevede controlul programului conform unui proces tehnologic dat de cultivare a culturilor din postul de operator. Sistemul software verifică și controlează automat temperatura, nivelul de umiditate în cameră și pe suprafața solului folosind senzori și o supapă de conductă de încălzire, precum și un sistem de umidificare. Echipamentul acestui nivel include panoul de control și PLC-ul instalat în camera de control. Calculatorul industrial este conectat printr-o rețea Profibus DP cu echipamente distribuite și este conectat la segmentul local de seră printr-o rețea Ethernet la nivelul al treilea.

La al treilea nivel (superior), procesarea centralizată a informațiilor despre procesul tehnologic se realizează la întreprinderi prin intermediul unei rețele Ethernet. Procesarea informațiilor include controlul asupra cursului procesului tehnologic, fluxul de lichid de răcire, înregistrarea în jurnal, arhivarea și controlul operațional.

Schema bloc a sistemului de control automatizat pentru procesul tehnologic de control al climatului din interiorul mediului de seră este prezentată în fig. 3.2.

Figura 3.1 - Sistem automat de control al microclimatului în seră

Figura 3.2 - Diagrama structurală a ACS MKT

Cursul 9

La elaborarea unui proiect de automatizare, în primul rând, este necesar să se decidă din ce locuri vor fi controlate anumite secțiuni ale obiectului, unde vor fi amplasate punctele de control, sediul operatorului, care ar trebui să fie relația dintre ele, adică. este necesar să se rezolve problemele alegerii unei structuri de conducere. Structura de control este înțeleasă ca un set de părți ale unui sistem automat în care poate fi împărțită în funcție de un anumit atribut, precum și modalități de transfer de influențe între ele. O reprezentare grafică a structurii de control se numește diagramă bloc. Deși datele inițiale pentru alegerea structurii de management și a ierarhiei acesteia sunt specificate de client cu diferite grade de detaliu la emiterea unei sarcini de proiectare, structura completă managementul trebuie dezvoltat de către organizația de proiectare.

În chiar vedere generala schema bloc a sistemului de automatizare este prezentată în Figura 9.1. Sistemul de automatizare este format dintr-un obiect de automatizare și un sistem de control pentru acest obiect. Datorită unei anumite interacțiuni între obiectul de automatizare și sistemul de control, sistemul de automatizare în ansamblu asigură rezultatul necesar funcționării obiectului, caracterizat prin parametrii x 1 x 2 ... x n

Funcționarea unui obiect de automatizare complex este caracterizată printr-un număr de parametri auxiliari y 1 , y 2 , ..., y j , care trebuie de asemenea controlați și reglați.

În procesul de lucru, obiectul primește influențe perturbatoare f 1 , f 2 , ..., f i , provocând abateri ale parametrilor x 1 , x 2 , x n de la valorile lor cerute. Informatii despre valorile curente x 1 , x 2 , x n , y 1 , y 2 , y n intră în sistemul de control și este comparat cu valorile prescrise g j , g 2 ,..., g k , rezultând ca sistemul de control să genereze acțiuni de control E 1 , E 2 , ..., E m pentru a compensa abaterile parametrilor de ieșire.

Figura 9.1 - Schema structurală a sistemului de automatizare

Alegerea structurii de control a obiectului de automatizare are un impact semnificativ asupra eficienței muncii sale, reducând costul relativ al sistemului de control, fiabilitatea, mentenabilitatea, etc.

În general, orice sistem poate fi reprezentat prin:

structura constructiva;

Structura funcțională

structura algoritmică.

În structura structurală a sistemului, fiecare parte a acestuia este un întreg constructiv independent (Figura 9.1).

Schema de proiectare conține:

obiect și sistem de automatizare;

fluxuri de informații și control.

În structura algoritmică, fiecare parte este proiectată pentru a realiza un algoritm specific de conversie a semnalului de intrare, care este parte a întregului algoritm de funcționare a sistemului.

Proiectantul dezvoltă o diagramă bloc algoritmică (ACS) a obiectului de automatizare în funcție de ecuații diferențiale sau caracteristici grafice. Obiectul de automatizare este reprezentat ca mai multe legături cu diferite funcții de transfer interconectate. În ACC, legăturile individuale pot să nu aibă integritate fizică, dar conexiunea lor (circuitul în ansamblu) în ceea ce privește proprietățile statice și dinamice, conform algoritmului de funcționare, ar trebui să fie echivalentă cu obiectul de automatizare. Figura 9.2 oferă un exemplu de ACC ACS.

Figura 9.2 - Diagrama bloc algoritmică, prezentată sub formă de legături simple

Într-o structură funcțională, fiecare parte este proiectată pentru a îndeplini o funcție specifică.

În proiectele de automatizare, diagramele bloc constructive sunt reprezentate cu elemente de caracteristici funcționale. Informații complete despre structura funcțională, indicând buclele de control locale, canalele de control și controlul tehnologic, sunt date în diagrame funcționale (cursul 10).

Schema bloc a APCS este dezvoltată la etapa „Proiect” într-un proiect în două etape și corespunde compoziției sistemului. Ca exemplu, figura 9.3 prezintă o diagramă bloc a managementului producției de acid sulfuric.

Figura 9.3 - Un fragment din schema bloc a managementului și controlului producției de acid sulfuric:

1 - linie de comunicare cu magazinul de laborator chimic; 2 - linie de comunicare cu punctele de control și management ale sitului acid; 3 - linie de comunicare cu punctul de control și management al liniilor tehnologice III și IV

Schema bloc prezintă într-o vedere generală principalele decizii ale proiectului privind structurile funcționale, organizatorice și tehnice ale sistemului automat de control al proceselor în conformitate cu ierarhia sistemului și relația dintre punctele de control și management, personalul operațional și cel tehnologic. obiect de control. Principiile de organizare a managementului operațional al unui obiect tehnologic adoptate în timpul implementării diagramei bloc, compoziția și denumirile elementelor individuale ale diagramei bloc trebuie păstrate în toate documentele de proiectare pentru sistemul de control al procesului.

Tabelul 9.1 - Funcțiile APCS și simbolurile acestora din Figura 9.3

Simbol

Nume

Controlul parametrilor Telecomandă echipamente tehnologice si dispozitive de actionare Masurarea transformarii Monitorizarea si semnalizarea starii echipamentelor si a abaterilor parametrilor Controlul stabilizarii Selectarea modului de functionare a regulatoarelor si comanda manuala a setarii Introducere manuală date Înregistrarea parametrilor Calculul indicatorilor tehnici și economici Contabilitatea producției și întocmirea datelor pentru o tură Diagnosticarea liniilor tehnologice (agregate) Distribuția sarcinilor liniilor tehnologice (agregate) Optimizarea proceselor tehnologice individuale Analiza stării procesului tehnologic Prognoza principalii indicatori ai producției Evaluarea muncii în schimburi Monitorizarea implementării obiectivelor planificate Controlul reparațiilor Pregătirea și emiterea informațiilor operaționale în sistemul de control automatizat Primirea restricțiilor de producție și sarcinilor din sistemul de control automatizat

Diagrama bloc prezintă următoarele elemente:

1. divizii tehnologice (departamente, sectii, ateliere, productie);

2. puncte de control și management (consilii locale, săli de operator și control, panouri de bloc etc.);

3. personal tehnologic (operațional) și servicii speciale suplimentare care asigură management operațional;

4. principalele funcții și mijloace tehnice care asigură implementarea acestora la fiecare punct de control și management;

5. relaţia dintre departamente şi cu SCA superior.

Funcțiile sistemului automat de control al procesului sunt criptate și notate în diagramă ca numere. Convenții Funcțiile APCS din Figura 9.3 sunt prezentate în Tabelul 9.1.

Schema bloc a sistemului de automatizare este realizată pe noduri și include toate elementele sistemului de la senzor la organismul de reglementare, indicând locația, arătând interconectarea acestora.

Dezvoltarea sistemelor automate de control al proceselor în stadiul actual este asociată cu utilizarea pe scară largă a microprocesoarelor și microcalculatoarelor pentru control, al căror cost devine în fiecare an mai mic în comparație cu costurile totale ale creării sistemelor de control. Înainte de apariția microprocesoarelor, evoluția sistemelor de control al proceselor a fost însoțită de o creștere a gradului de centralizare. Cu toate acestea, capacitățile sistemelor centralizate sunt deja limitate și nu îndeplinesc cerințele moderne de fiabilitate, flexibilitate, costul sistemelor de comunicații și al software-ului.

Trecerea de la sistemele de control centralizate la cele descentralizate este cauzată și de o creștere a puterii unităților tehnologice individuale, de complicarea acestora și de o creștere a cerințelor de viteză și acuratețe a muncii lor. Centralizarea sistemelor de control este justificată din punct de vedere economic cu o capacitate de informare relativ mică (numărul de canale de control și reglare) a UAT și concentrarea teritorială a acesteia. Cu un număr mare de canale de control, reglare și control, o lungime mare de linii de comunicație în sistemul de control al procesului, descentralizarea structurii sistemului de control devine o metodă fundamentală pentru creșterea capacității de supraviețuire a sistemului de control al procesului, reducerea costurilor și a costurilor de operare.

Ar trebui recunoscută cea mai promițătoare direcție de descentralizare a APCS control automatizat procese cu arhitectură distribuită, bazate pe descentralizarea funcțional-țintă și topologică a obiectului de control.

Descentralizare direcționată funcțional este o diviziune proces complex sau sisteme în părți mai mici - subprocese sau subsisteme pe bază funcțională (de exemplu, redistribuirea procesului tehnologic, moduri de operare a unităților etc.) care au scopuri independente de funcționare.

Descentralizarea topologicăînseamnă posibilitatea divizării teritoriale (spațiale) a procesului în subprocese funcțional-țintă. Cu o descentralizare topologică optimă, numărul de subsisteme ale unui sistem de control al procesului automat distribuit este ales astfel încât să se minimizeze lungimea totală a liniilor de comunicație care, împreună cu subsistemele de control local, formează o structură de rețea.

Baza tehnică a sistemelor moderne de control distribuit, care a făcut posibilă implementarea unor astfel de sisteme, sunt microprocesoarele și sistemele cu microprocesoare.

Sistemul cu microprocesor îndeplinește funcțiile de colectare a datelor, reglare și control, vizualizarea tuturor informațiilor bazei de date, modificarea setărilor, parametrii algoritmilor și ai algoritmilor înșiși, optimizarea etc. Utilizarea microprocesoarelor (inclusiv microcalculatoarelor) pentru rezolvarea sarcinilor de mai sus face posibilă atingerea următoarelor obiective:

a) să înlocuiască mijloacele tehnice analogice cu cele digitale, unde trecerea la mijloacele digitale îmbunătățește acuratețea, extinde funcționalitatea și crește flexibilitatea sistemelor de control;

b) înlocuiți hardware-ul cu hard logic cu dispozitive programabile (cu posibilitate de schimbare a programului), sau microcontrolere;

c) înlocuirea unui minicalculator cu un sistem de mai multe microcalculatoare atunci când este necesar să se asigure controlul descentralizat al producției sau un proces tehnologic cu fiabilitate și supraviețuire sporite, sau când capacitățile unui minicalculator nu sunt pe deplin utilizate.

Sistemele cu microprocesoare pot îndeplini toate funcțiile tipice de control, măsurare, reglare, control, prezentare a informațiilor către operator în subsistemele unui sistem de control al procesului distribuit.

În sistemele de control al proceselor automate distribuite sunt acceptate în general trei structuri topologice de interacțiune a subsistemelor: în formă de stea (radială); inel (bucla); autobuz (principal) sau combinațiile acestora. Organizarea comunicării cu senzorii și actuatorii este individuală și mai ales radială.

Figura 3.5 prezintă topologiile APCS distribuite.

Figura 3.5 - Structuri tipice ale APCS distribuite:

a - radial, b - principal, c - inel

Structura radială a interacțiunii subsistemelor (Fig. 3.5, a) reflectă metoda utilizată în mod tradițional de conectare a dispozitivelor cu linii de comunicație dedicate și se caracterizează prin următoarele caracteristici:

a) există linii separate, neînrudite, care leagă subsistemul central (CPU) cu sistemele locale de automatizare ale aeronavei i ;

b) sunt implementate dispozitive de interfață simple din punct de vedere tehnic US 1 - US m automatizare locală. Dispozitivul central de comunicație al NSC este un set de module de tip CS i în funcție de numărul de linii sau un dispozitiv destul de complex de multiplexare a canalelor de transmisie a informațiilor;

c) prevăzute viteze maxime schimb pe linii separate cu suficient performanta ridicata dispozitive de calcul la nivel de CPU;

d) fiabilitatea subsistemului de comunicații depinde în mare măsură de fiabilitatea și supraviețuirea mijloacelor tehnice ale CPU. Defecțiunea CPU practic distruge subsistemul de schimb, deoarece toate fluxurile de informații sunt închise prin nivelul superior.

Un sistem distribuit cu structură radială este un sistem pe două niveluri, unde la nivelul inferior sunt implementate funcțiile necesare de control, reglare, control în subsisteme, iar la al doilea nivel, în CPU, microcalculatorul coordonator (sau minicalculatorul). ), pe lângă coordonarea lucrărilor microcalculatoarelor prin satelit, optimizează sarcinile de control al TOU, distribuția energiei, gestionează procesul tehnologic în ansamblu, calculează indicatori tehnici și economici etc. Întreaga bază de date dintr-un sistem distribuit cu structură radială trebuie să fie accesibilă de către un microcalculator coordonator pentru aplicații de control de nivel superior. În consecință, microcalculatorul de coordonare funcționează în timp real și trebuie controlat folosind limbaje de nivel înalt.

Figura 3.5 (b, c) prezintă topologiile inel și magistrală ale interacțiunii de nivel. Aceste structuri au o serie de avantaje în comparație cu cea radială:

a) operabilitatea subsistemului de comunicații, care include canalul și dispozitivele de comunicație, nu depinde de starea de sănătate mijloace tehnice la niveluri de automatizare;

b) este posibilă conectarea dispozitivelor suplimentare și controlul întregului subsistem folosind instrumente speciale;

c) sunt necesare costuri semnificativ mai mici ale produselor prin cablu.

Datorită schimbului de informații între LA i prin canalul de comunicație și RS („fiecare cu fiecare”), există o posibilitate suplimentară de redistribuire dinamică a funcțiilor de coordonare a funcționării în comun a subsistemelor LA pe niveluri inferioare în cazul a unei defecțiuni CPU. Structura magistrală (într-o măsură mai mică de inel) oferă un mod de difuzare de schimb între subsisteme, ceea ce reprezintă un avantaj important în implementarea comenzilor de control de grup. În același timp, arhitectura magistrală și inel impune deja cerințe semnificativ mai mari asupra „inteligenței” dispozitivelor de interfață și, în consecință, costuri unice crescute pentru implementarea rețelei de bază.

Comparând topologiile de inel și magistrală ale unui subsistem de comunicații, trebuie remarcat faptul că organizarea unei structuri de inel este mai puțin costisitoare decât una de magistrală. Cu toate acestea, fiabilitatea întregului subsistem cu un sistem de comunicație inel este determinată de fiabilitatea fiecărui dispozitiv de interfață și a fiecărui segment al liniilor de comunicație. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire, este necesar să utilizați inele duble sau linii de comunicare suplimentare cu soluții alternative. Operabilitatea unui canal de transmisie fizic pentru o arhitectură de magistrală cu izolarea transformatorului nu depinde de funcționalitatea dispozitivelor de interfață, cu toate acestea, ca și pentru un inel, defecțiunea oricărui dispozitiv de interfață în cel mai rău caz duce la funcționarea complet autonomă a subsistemului eșuat. nod, adică la pierderea funcției de control de la nivelul CPU prin automatizarea nodului eșuat.

O metodă explicită de creștere a capacității de supraviețuire a întregului sistem de automatizare în cazul unei defecțiuni a dispozitivelor de potrivire din subsistemul de comunicații este duplicarea dispozitivelor de potrivire în nodurile subsistemului. Într-o structură inelară, această abordare este deja implicată în organizarea inelelor duble și a ocolurilor. Dacă fiabilitatea unui canal fizic continuu pentru topologia inferioară este fără îndoială, atunci este posibil să se dubleze numai dispozitivele de interfață fără a utiliza un cablu trunchi de rezervă.

O modalitate mai ieftină de a crește fiabilitatea subsistemului de comunicații este utilizarea structurilor combinate care combină avantajele topologiilor radiale și inelare (coloana vertebrală). Pentru un inel, numărul de legături radiale poate fi limitat la două sau trei linii, a căror implementare oferă o soluție simplă și ieftină.

Evaluarea unor astfel de indicatori ai sistemelor de control industrial distribuit ca economic(costuri pentru produse prin cablu, rutarea cablurilor, pentru dezvoltarea sau achiziționarea de facilități de rețea, inclusiv dispozitive de comunicație etc.), funcţional(folosirea operațiunilor de transfer de grup, intensitatea schimbului, posibilitatea de a schimba „fiecare cu fiecare”), precum și indicatori de unificare şi posibilitatea de evoluţie rețele (capacitatea de a activa cu ușurință noduri suplimentare de abonat, tendințe de utilizare în sistemele automate de control al proceselor) și indicatori fiabilitatea rețelei(eșecul canalului de comunicație și al dispozitivelor de comunicare sau de interfață), ne permite să tragem următoarele concluzii:

a) cea mai promițătoare din punct de vedere al dezvoltării și utilizării este organizarea coloană a subsistemului de comunicații;

b) funcționalitatea topologiei backbone nu este inferioară capacităților inelului și radialului;

c) indicatorii de fiabilitate ai structurii principale sunt destul de satisfăcători;

d) topologia principală a unui APCS distribuit necesită costuri mari, unice, pentru crearea și implementarea unui canal de comunicație și a dispozitivelor de interfață.

În mare parte datorită acestor caracteristici ale structurii coloana vertebrală și organizării modulare a hardware-ului și software-ului în sisteme moderne de control automate TP principiul trunchi-modular construirea suportului tehnic a găsit distribuţie predominantă.

Utilizarea microprocesoarelor și microcalculatoarelor face posibilă implementarea eficientă și economică a principiului descentralizării funcționale și topologice a sistemelor automate de control al proceselor. Astfel, este posibil să se mărească semnificativ fiabilitatea și supraviețuirea sistemului, să se reducă liniile de comunicații costisitoare, să se asigure flexibilitatea de funcționare și să se extindă domeniul de aplicare în economia națională a complexelor de mijloace tehnice, al căror element principal este un microcalculator sau microprocesor. . În astfel de sisteme de control distribuit, este de mare importanță standardizarea interfeței, adică stabilirea și aplicarea unor norme, cerințe și reguli uniforme care să garanteze integrarea informațională a mijloacelor tehnice în structuri tipice APCS.