Материал темы лекции содержит содержание следующих вопросов: структура АСУТП; назначение, цели и функции АСУТП; примеры информационных и управляющих АСУТП; основные разновидности АСУ ТП; состав АСУ ТП.
При построении средств современной промышленной автоматики (обычно в виде АСУ ТП) используется иерархическая информационная структура с применением на разных уровнях вычислительных средств различной мощности. Примерная общая современная структура АСУ ТП показана на рисунке 14.1:
ИП – измерительные преобразователи (датчики),
ИМ – исполнительные механизмы,
ПЛК – программируемый логический контроллер,
ПрК – программируемый (настраиваемый) контроллер,
ИнП- интеллектуальные измерительные преобразователи,
ИнИМ – интеллектуальные исполнительные устройства,
Модем – модулятор/демодулятор сигналов,
ТО – техническое обеспечение (аппаратная часть, «железо»),
ИО – информационное обеспечение (базы данных),
ПО – программное обеспечение,
КО – коммуникационное обеспечение (последовательный порт и ПО).
ПОпл – программное обеспечение пользователя,
ПОпр – программное обеспечение производителя,
Инд – индикатор.
Рисунок 14.1 – Типовая функциональная схема современной АСУ ТП.
В настоящее АСУ ТП обычно реализуются по схемам:
1. 1-уровневой (локальная система), содержащей ПЛК, или моноблочный настраиваемый контроллер (МНК) обеспечивающие индикацию и сигнализацию состояния контролируемого или регулируемого ТП на передней панели,
2. 2-уровневой (централизованная система), включающих:
1. На нижнем уровне несколько ПЛК с подключенными к ним датчиками и исполнительными устройствами,
2. На верхнем уровне – одна (возможно несколько) операторских (рабочих) станций (автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора).
Обычно рабочая станция или АРМ – это ЭВМ в специальном промышленном исполнении, со специальным программным обеспечением, – системой сбора и визуализации данных (SCADA-системы).
Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП показана на рисунке 14.2
Рисунок 14.2 – Типовая функциональная схема одноуровневой системы автоматического управления САУ.
Основные функции элементов:
1. Прием дискретных сигналов от преобразователей технологического оборудования,
2. Аналого-цифровое преобразование (АЦП) аналоговых сигналов, поступающих на входы из преобразователей,
3. Масштабирование и цифровая фильтрация данных после АЦП,
4. Обработка принятых данных по программе функционирования,
5. Генерация (в соответствии с программой) управляющих дискретных сигналов и подача их на исполнительные устройства,
6. Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) выходных информационных данных в выходные аналоговые сигналы,
7. Подача управляющих сигналов на соответствующие исполнительные устройства,
8. Защита от потери работоспособности из-за зависания процессора с помощью сторожевого таймера,
9. Сохранение работоспособности при временном отключении электропитания (за счет источника бесперебойного питания с аккумулятором достаточной емкости),
10. Контроль за работоспособностью датчиков и достоверностью измеренных величин,
11. Индикация текущих и интегральных значений измеряемых величин,
12. Контрольная сигнализация состояния управляемого процесса,
13. Контрольная световая и символьная сигнализация состояния контроллера,
14. Возможность конфигурации (настройки параметров) через ПК подключаемый, к специальному порту.
1. Преобразование значения измеряемой величины (температуры, давления, перемещения и т.д.) в непрерывный или импульсный (для счетных входов ПЛК) электрический сигнал.
Исполнительные устройства (ИУ):
1. Преобразование управляющих электрических непрерывных или импульсных сигналов в механическое перемещение исполнительных механизмов, электронное управление током в силовых цепях и т.д.
Устройство согласования (при необходимости):
1. Гальваническая или другие виды развязки между ПЛК и исполнительными устройствами (ИУ),
2. Согласование допустимых значений выходного тока управляющих каналов ПЛК и тока, необходимого для нормальной работы ИУ.
При недостаточном числе каналов одного ПЛК используется схема распределенного ввода/вывода с использованием других (управляемых, ведомых ПЛК) или дополнительных контроллеров (модулей) ввода/вывода.
Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом показана на рисунке 14.3:
Рисунок 14.3 – Типовая функциональная схема одноуровневой АСУ ТП с распределенным вводом/выводом
Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП показана на рисунке 14.4.
Рисунок 14.4 – Типовая функциональная схема 2-уровневой АСУТП
Все ПЛК и АРМы объединены промышленной информационной сетью, обеспечивающей непрерывный обмен данными. Преимущества: позволяет распределить задачи, между узлами системы, повысив надежность ее функционирования.
Основные функции нижнего уровня:
1. Сбор, электрическая фильтрация и АЦП сигналов с преобразователей (датчиков);
2. Реализация локальных АСУ технологического процесса в объеме функций ПЛК одноуровневой системы;
3. Реализация аварийной и предупредительной сигнализации;
4. Организация системы защит и блокировок;
5. Обмен текущими данными с ПК верхнего уровня через промышленную сеть по запросам ПК.
Основные функции верхнего уровня:
1. Визуализация состояния технологического процесса;
2. Текущая регистрация характеристик технологического процесса;
3. Оперативный анализ состояния оборудования и технологического процесса;
4. Регистрация действий оператора, в том числе при аварийных сообщениях;
5. Архивация и длительное хранение значений протоколов технологического процесса;
6. Реализация алгоритмов «системы советчика»;
7. Супервизорное управление;
8. Хранение и ведение баз данных:
– параметров техпроцессов,
– критических параметров оборудования,
– признаков аварийных состояний технологического процесса,
– состава допускаемых к работе с системой операторов (их паролей).
Таким образом, нижний уровень реализует алгоритмы управления оборудованием, верхний – решение стратегических вопросов функционирования. Например, решение включить или выключить насос принимается на верхнем уровне, а подача всех необходимых управляющих сигналов, проверка состояния насоса, реализация механизма блокировок выполняется на нижнем уровне.
Иерархическая структура АСУ технологического процесса подразумевает:
1. Поток команд направлен от верхнего уровня к нижнему,
2. Нижний отвечает верхнему по его запросам.
Это обеспечивает предсказуемое поведение ПЛК при выходе из строя верхнего уровня или промышленной сети, поскольку такие неисправности воспринимаются нижним уровнем как отсутствие новых команд и запросов.
При конфигурации ПЛК устанавливается: до какого времени после получения последнего запроса ПЛК продолжает функционировать, поддерживая последний заданный режим, после чего переходит в нужный при данной аварийной ситуации режим работы.
Например, структура организации АСУТП некоторого производства бетона на бетоносмесительных установках по логике построения можно разделить на два основных уровня:
– нижний уровень – уровень реализации задачи на базе промышленных контроллеров (PLC);
– верхний уровень – уровень реализации задачи визуализации процессов, происходящих при производстве бетона на БСУ (SCADA).
На нижнем уровне система решает следующие основные задачи:
– сбор первичной информации с исполнительных узлов БСУ;
– анализ собранной информации;
– отработка логики технологического процесса при производстве бетона с учетом всех современных требований;
– выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.
На верхнем уровне система решает другие задачи:
– визуализация основных технологических параметров с БСУ (состояние исполнительных органов, ток потребления миксера, вес дозируемых материалов и т.д.);
– архивирование всех параметров процесса производства бетона;
– выдача команд на воздействие исполнительными органами БСУ;
– выдача команд на изменение параметров внешних воздействий;
– разработка и хранение рецептур бетонных смесей.
Назначение АСУТП. АСУТП предназначена для выработки к реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.
Технологический объект управления (АСУТП) представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства продуктов, полупродуктов, изделий или энергии,
К технологическим объектам управления относятся:
– технологические агрегаты и установки (группы станков), реализующие самостоятельный технологический процесс;
– отдельные производства (цехи, участки), если управление этим производством носит, в основном, технологический характер, то есть заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанного технологического оборудования (агрегатов, участков).
Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК). В машиностроении и других дискретных производствах в качестве АТК выступают гибкие производственные системы (ГПС).
Термины АСУТП, ТОУ и АТК должно употребляться только в приведенных сочетаниях. Совокупность других систем управления с управлением ими технологическим оборудованием не является АТК. Система управления в других случаях (не в АТК) не является АСУТП и т.д. АСУТП – это организационно-техническая система управления объектом в целом в соответствии с принятым критерием (критериями) управления, в которой сбор и обработка необходимой информации осуществляется с применением средств вычислительной техники.
Приведенная формулировка подчеркивает:
– во-первых, использование в АСУТП современных средств вычислительной техники;
– во-вторых, роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению;
– в-третьих, что АСУТП – это система, осуществляющая обработку технологической и технико-экономической информации;
– в-четвертых, что цель функционирования АСУТП заключается в оптимизации работы технологического объекта управления в соответствии с принятым критерием (критериями) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.
Критерий управления в АСУТП – это соотношение, характеризующее степень достижения целей управления (качество функционирования технологического объекта управления в целом) и принимающее различные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздействий. Отсюда следует, что критерий обычно является технико-экономическим (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качества выходного продукта и т.п.) или техническим показателем (параметра процесса, характеристики выходного продукта).
В случае, если ТОУ управляется АСУТП, весь участвующий в управлении оперативный персонал ТОУ и все средства управления, предусмотренные документацией на АСУТП и взаимодействующие при управлении ТОУ, входят в состав системы, независимо от того, каким путем (нового строительства или модернизации системы управления) создавался АТК.
АСУТП создается путем капитального строительства, т.к. независимо от объёма поставки для её ввода в действие, необходимо проведение строительно-монтажных и наладочных работ на объекте.
АСУТП как компонент общей системы управления промышленным предприятии предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информации. АСУТП созданные для объектов основного и (или) вспомогательного производства, представляют собой низовой уровень автоматизированных систем управления на предприятии.
АСУТП могут использоваться для управления отдельными производствами, включающими в свой состав взаимосвязанные ТОУ, в том числе управляемые собственными АСУТП низового уровня.
Для объектов с дискретным характером производства в состав гибких производственных систем могут включаться автоматизированные системы технологической подготовки производства (или их соответствующие подсистемы) и системы автоматизированного проектирования технология (САПР-технология).
Организация взаимодействия АСУТП с вышестоящими уровнями управления определяется наличием на промышленном предприятии автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) и автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ).
При их наличии АСУТП в совокупности с ними образуют интегрированную автоматизированную систему управления (ИАСУ). В этом случае АСУТП получает от соответствующих подсистем АСУП или служб управления предприятием непосредственно или через ОСОДУ задания и ограничения (номенклатуру подлежащих выпуску продуктов или изделий, объем производства, технико-экономические показатели, характеризуете качество функционирования АТК, сведения о наличии ресурсов) и обеспечивает подготовку и передачу этим системам необходимой для их работы технико-экономической информации, в частности о результатах работы АТК, основных показателях выпускаемой продукции, оперативной потребности в ресурсах, состоянии АТК (состоянии оборудования, ходе технологического процесса, его технико-экономических показателях и т.п.),
При наличии на предприятии автоматизированных систем технической и технологической подготовки производства должно быть обеспечено необходимое взаимодействие АСУТП с этими системами. При этом АСУТП получат от них техническую, технологическую и другую информацию, необходимую для обеспечения заданного проведения технологических процессов, и направляют в названные системы фактическую оперативную информацию, необходимую для их функционирования.
При создании на предприятия комплексной системы управления качеством продукции автоматизированные системы управления технологическими процессами выступают в роли ее исполнительных подсистем, обеспечивающих заданное качество продукции ТОУ и подготовку оперативной фактической информации о ходе технологических процессов (статистический контроль и т.д.)
Цели и функции АСУТП.
При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятия.
Примерами таких целей могут служить:
– экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;
– обеспечение безопасности функционирования объекта;
– повышение качества выходного продукта или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделия);
– снижение затрат живого труда;
– достижение оптимальной загрузки (использования) оборудования;
– оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе маршрутов обработки в дискретных производствах) и т.д.
Достижение поставленных целей осуществляется системой посредством выполнения совокупности ее функций.
Функция АСУТП представляет собой совокупность действий системы, обеспечивающих достижение частной цели управления.
При этом под совокупностью действий системы понимают описанную в эксплуатационной документации последовательность операций и процедур, выполняемых элементами системы для ее реализации.
Частная цель функционирования АСУТП – цель функционирования или результат ее декомпозиции, для которой удается определить полную совокупность действий элементов системы, достаточную для достижения этой цели.
Функции АСУТП по направленности действий (назначение функции) делятся на основные и вспомогательные, а по содержанию этих действий – на управляющие и информационные.
К основным (потребительским) функциям АСУТП относятся функции, направленные на достижение целей функционирования системы, осуществляющие управляющие воздействия на ТОУ и (или) обмен информацией со смежными системами управления. Обычно к ним относят также информационные функции, обеспечивающие оперативный персонал АТК информацией, необходимой ему для управления технологическим процессом производства.
К вспомогательным функциям АСУТП относятся функции, направленные на достижение необходимого качества функционирования (надежности, точности и т.п.) системы, реализующие контроль и управление ее работой.
К управляющим функциям АСУТП относятся функции, содержанием каждой из которых является выработка и реализация управляющих воздействий на соответствующем объекте управления – ТОУ или его часть для основных функций и на АСУТП или ее часть для вспомогательных.
– основные управляющие функции;
– регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных;
– однотактное логическое управление операциями или аппаратами (защиты);
– программное логическое управление технологическими аппаратами;
– оптимальное управление ТОУ;
– адаптивное управление ТОУ и т.п.;
– вспомогательные управляющие функции;
– реконфигурация вычислительного комплекса (сети) АСУТП;
– аварийное отключение оборудования АСУТП;
– переключение технических средств АСУТП на аварийный источник питания и т.п.
К информационным функциям АСУТП относятся функции, содержанием каждой из которых является получение и преобразования информации о состоянии ТОУ или АСУТП и ее представление в смежные системы или оперативному персоналу АТК.
Например, основные информационные функции:
– контроль и измерение технологических параметров;
– косвенное измерение параметров процесса (внутренних переменных, технико-экономических показателей);
– подготовка и передача информации в снежные системы управления и т.п.;
– вспомогательные информационные функции:
– контроль состояния оборудования АСУТП;
– определение показателей, характеризующих качество функционирования АСУТП или её частей (в частности оперативного персонала АСУТП) и т.п.
Основные разновидности АСУ ТП Различает два режима реализации функций системы: автоматизированный и автоматический – в зависимости от степени участия людей в выполнении этих функций. Для управлявших функций автоматизированный режим характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и их реализации.
При этом различают следующие варианты:
– «ручной» режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно-измерительную информации о состоянии ТОУ, а выбор и осуществление управляющих воздействий дистанционно или по месту производит человек-оператор;
– режим «советчика», при котором комплекс технических, средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании реализуется оперативный персоналом;
– «диалоговый режим», когда оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом;
– «автоматический режим», при котором функция управления осуществляется автоматически (без участия человека).
При этом различают:
– режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники изменяют уставки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования) (супервизорное или каскадное управление);
– режим прямого (непосредственного) цифрового управления (НЦУ), когда управляющее вычислительное устройство непосредственно воздействует на исполнительные механизмы.
Дня информационных функций автоматизированный режим реализации предусматривает участие людей в операциях по получению и обработке информации. В автоматическом режиме все необходимые процедуры обработки информации реализуется без участия человека.
Рассмотрим несколько подробнее схемы управления в АСУТП.
Управление в режиме сбора данных
После этапа идентификации необходимо выбрать схему управления ТП, которая, как правило, строится с учетом применения принципов управления, определяющих режим функционирования АСУТП. Наиболее простой и исторически первой появилась схема управления ТП в режиме сбора данных. При этом АСУ подсоединяется к процессу способом, выбранным инженером-технологом (рисунок 14.5).
Интересующие инженера-технолога переменные преобразуются в цифровую форму, воспринимаемую системой ввода и помещается в памяти ППК (ЭВМ). Величины на этом этапе являются цифровыми представлениями напряжения, генерируемого датчиками. Эти величины по соответствующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычисления температуры, замеряемой с помощью термопары, может использоваться формула T = A*U2 + B*U + C, где U – напряжение с выхода термопары; A, B и C – коэффициенты.
Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего использования инженером-технологом. Главной целью сбора данных является изучение ТП в различных условиях. В результате инженер-технолог получает возможность построить и (или) уточнить математическую модель ТП, которым нужно управлять. Сбор данных не оказывает прямого воздействия на ТП, в нем нашел осторожный подход к внедрению методов управления, основанных на применении ЭВМ. Однако даже в самых сложных схемах управления ТП система сбора данных для целей анализа и уточнения модели ТП используется как одна из обязательных подсхем управления.
Рисунок 14.5 – Система сбора данных
Управление в режиме советчика оператора
Этот режим предполагает, что ППК в составе АСУТП работает в ритме ТП в разомкнутом контуре (в реальном времени), т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими ТП. Управляющие воздействия фактически осуществляются оператором-технологом, получающим указания от ППК (рисунок 14.6).
Рисунок 14.6 – АСУТП в режиме советчика оператора
Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ППК в соответствии с моделью ТП, результаты вычислений представляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов. Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления ТП, причем оператор играет роль следящего и управляющего звена. АСУТП играет роль устройства, безошибочно и непрерывно направляющего оператора в его усилиях оптимизировать ТП.
Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.
Способы организации функционирования информационно-советующей системы следующие:
– вычисление управляющих воздействий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые инициируются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму анализа состояния управляемого процесса;
– вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.
Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами.
Это связано с неопределенностью в математическом описании управляемого процесса:
– математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;
– математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;
– критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.
Неопределенность описания может быть связана с недостаточной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ППК.
При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ППК строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариантов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к определенной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ППК играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представлением в компактном виде, а функция принятия решений возлагается на оператора.
Основной недостаток этой схемы управления заключается в постоянном наличии человека в цепи управления. При большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления. Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей ТП; в качестве оператора может выступать инженер-технолог, “тонко чувствующий” процесс. Он наверняка обнаружит неправильную комбинацию уставок, которую может выдать не окончательно отлаженная программа АСУТП. Кроме того, АСУТП может следить за возникновением аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с уставками, при этом АСУТП следит за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.
Супервизорное управление.
В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т.е. установки регуляторам задаются непосредственно системой (Рисунок 14.7).
Рисунок 14.7 – Схема супервизорного управления
Задача режима супервизорного управления – поддержание ТП вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом одно из главных преимуществ данного режима. Работа входной части системы, и вычисление управляющих воздействий мало отличается от работы системы управления в режиме советчика. Однако, после вычисленных значений уставок, последние преобразовываются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.
Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые с помощью цифро-аналогового преобразователя превращаются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация ТП в этом режиме выполняется периодически, напр. один раз в день. Должны быть введены новые коэффициенты в уравнения контуров управления. Это осуществляется оператором через клавиатуру, или считывая результаты новых расчетов, выполненные на ЭВМ более высокого уровня. После этого АСУТП способна работать без вмешательства извне в течение длительного времени.
Примеры АСУТП в супервизорном режиме:
1. Управление автоматизированной транспортно-складской системы. ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики кранов-штабелеров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.
2. Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок электрического режима, а локальная автоматика управляет переключателями трансформатора по командам ЭВМ.
3. Станки с ЧПУ управление через интерполятор.
Таким образом, супервизорные системы управления функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор — управляющая программа или комплекс программ, программа-диспетчер), предназначена для организации многопрограммного режима работы ППК и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ППК.
В супервизорной системе управления часть параметров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами (АР) и ППК, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Остальной частью параметров управляет ППК в режиме прямого цифрового управления.
Входной информацией являются значения некоторых управляемых параметров, измеряемых датчиками Ду локальных регуляторов; контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Дк. Нижний уровень, непосредственно связанный с технологическим процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических параметров. По данным, поступающим от датчиков Ду и Дк через устройство связи с объектом, ППК вырабатывает значения уставок в виде сигналов, поступающих непосредственно на входы систем автоматического регулирования.
Непосредственное цифровое управление.
В НЦУ сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают непосредственно из АСУТП, и регуляторы вообще исключаются из системы. Концепция НЦУ, при необходимости, позволяет заменить стандартные законы регулирования на т.н. оптимальные с задаваемой структурой и алгоритмом. Например, может реализоваться алгоритм оптимального быстродействия и др.
АСУТП рассчитывает реальные воздействия, и передает соответствующие сигналы непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке 14.8.
Рисунок 14.8 – Схема непосредственного цифрового управления (НЦУ)
Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. При наличии системы НЦУ оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки и вообще должен иметь доступ к управляющей программе.
Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления для контуров простым внесением изменений в хранимую программу. Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе ЭВМ.
Таким образом, системы прямого цифрового управления (ПЦУ) или непосредственного цифрового управления (НЦУ, DDC). ППК непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управления на исполнительные механизмы.
Режим непосредственного цифрового управления позволяет:
– исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;
– применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант;
– реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;
– снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.
Этот принцип управления применяют в станках с ЧПУ. Оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать выходные параметры процесса, варьировать диапазоны допустимого изменения переменных, изменять параметры настройки, иметь доступ к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ППК, и при выходе из строя объект теряет управление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.
