и систем автоматического регулирования

Неважно какая система, в том числе и САР, состоит из частей (звеньев).

Для получения модели системы нужно найти модели ее

частей. Элементы и сама система характеризуются входом (вхо-

дами) x(t) и выходом (выходами) y(t). Входы независимы, они «при-

ходят» из наружной среды. При изменении инфы на входе

изменяется внутреннее состояние объекта и систем автоматического регулирования (так именуют его изменяю-

щиеся характеристики) и, как следствие, выходы. Выстроить модель — это

означает отыскать оператор, связывающий входы и выходы. С его помо-

щью можно предсказать реакцию объекта на хоть какой входной сигнал.

Для упрощения моделей делают последующие допущения: 1) система и

ее элементы владеют свойством стационарности; 2) элементы си-

стемы являются линейными и систем автоматического регулирования; 3) протекающие процессы являются

непрерывными функциями времени при выполнении нулевых на-

чальных критерий.

Математические модели могут быть получены на теоретическом уровне из

законов физики (законы сохранения массы, энергии, импульса). Эти

модели обрисовывают внутренние связи в объекте и, обычно, наи-

более точны. В общем случае физическая модель линейной системы

описывается дифференциальным уравнением последующего вида:

где а и систем автоматического регулирования„ bj — неизменные коэффициенты, зависящие от характеристик

системы.

Применим к левой и правой части преобразование Лапласа, счи-

тая, что все исходные условия нулевые:

Таким макаром, передаточная функция равна отношению изо-

бражений по Лапласу выходного и входного сигналов при нулевых

исходных критериях.

Передаточная функция является основной математической моде-

лью, стопроцентно описывающей динамические и систем автоматического регулирования характеристики элемента либо

системы. На базе передаточной функции можно получить ряд

личных черт системы, изучить на устойчивость и т.д.

В реальных критериях очень нередко на вход системы поступают гар-

монические сигналы. Для определения реакции системы на воздей-

ствие гармонических входных сигналов пользуются амплитудно-

фазовой чертой (АФХ), которую получают и систем автоматического регулирования методом подмены в

передаточной функции оператора р на jω

.

АФХ представляет собой всеохватывающее выражение, имеющее со-

трепетно амплитуду и фазу:

где Р и Q — вещественная и надуманная части АФХ (при условии

Функция A(iо) именуется амплитудно-частотной характери-

стикой (АЧХ), а φ(ω) — фазочастотной чертой (ФЧХ).

Чтоб узнать физический смысл АЧХ и ФЧХ, преобразуем

выражение и систем автоматического регулирования для АФХ в показательную форму:

Таким макаром, АЧХ — это отношение амплитуд выходного сиг-

нала к входному зависимо от частоты, а ФЧХ — разность фаз

выходного и входного сигналов зависимо от частоты.

В качестве примера разглядим моделирование звена в виде элек-

трической ЛС-цепи (рис. 13.2).

Как следует, дифференциальное уравнение этого звена и систем автоматического регулирования запи-

шется в виде

Многие звенья САР независимо от их физической природы описы-

ваются схожими дифференциальными уравнениями, как следует,

владеют схожими динамическими качествами. Простые звенья

САР, моделируемые дифференциальными уравнениями не выше второ-

го порядка, именуются типовыми. Модели типовых звеньев во времен-

ной области и их передаточные функции приведены в приложении 3.

Определение и систем автоматического регулирования передаточной функции сложной системы, в том

числе САР, делается последующим образом. Структура системы

разбивается на элементы (звенья), передаточные функции которых

или известны, или просто определяются. Потом поочередно

объединяют звенья и определяют передаточные функции объединен-

ных звеньев зависимо от типа их соединения — последователь-

ного, параллельного и с оборотной связью.

Последовательное соединение звеньев — это соединение и систем автоматического регулирования, при

котором выходной сигнал предшествующего звена является входным сиг-

налом для следующего. При таком соединении п звеньев переда-

четкая функция объединенного звена равна произведению переда-

четких функций начальных звеньев:

Параллельное соединение звеньев — это соединение, при котором

входной сигнал всех звеньев схож, а выходной сигнал представ-

ляет собой сумму выходных сигналов всех звеньев и систем автоматического регулирования. В данном случае

общая передаточная функция равна сумме передаточных функций

начальных звеньев:

К примеру, передаточная функция при параллельном соединении

2-ух звеньев (рис. 13.3, б) равна

Под оборотной связью понимают передачу сигнала с выхода звена

на его вход (рис. 13.3, в). Звено Wx(p) именуется прямой цепью, а

W2(p) — оборотной цепью. Различают положительную и отрицатель-

ную оборотные связи и систем автоматического регулирования. Если Х{(р) - Х(р) - Хос(р), оборотная связь от-

рицательная, а при Хх(р) = Х(р) + Хос(р) — положительная. Для

определения общей передаточной функции запишем передаточные

функции начальных звеньев:

Исключая из этих выражений Хос(р) к Хх{р), находим передаточную

функцию звена, окутанного оборотной связью:

Символ «+» соответствует отрицательной оборотной связи и систем автоматического регулирования, а символ «-» —

положительной. Положительная оборотная связь наращивает коэф-

фициент передачи и уменьшает полосу пропускания прямой цепи, а

отрицательная оборотная связь уменьшает коэффициент передачи

прямой цепи и наращивает полосу пропускания. Не считая того, отри-

цательная оборотная связь содействует увеличению стабильности

коэффициента передачи прямой цепи.

13.3. Устойчивость систем автоматического

регулирования

Устойчивость является одним из нужных критерий и систем автоматического регулирования, обеспе-

чивающих обычное функционирование автоматических систем.

В линейных САР при отклонении регулируемого параметра от

данной величины (к примеру, под действием возмущения либо из-

менения задания) регулятор повлияет на систему таким макаром,

чтоб устранить это отклонение. Если система в итоге

этого воздействия ворачивается в начальное состояние либо перебегает

в другое сбалансированное состояние, то такая система и систем автоматического регулирования именуется устой-

чивой. Если же появляются колебания со все растущей амплиту-

дой либо происходит однообразное повышение ошибки регулирования,

то система именуется неуравновешенной.

Разглядим вопросы исследования стойкости линейной си-

стемы на примере некой САР, описываемой линейным диффе-

ренциальным уравнением с неизменными коэффициентами:

Требуется изучить устойчивость CAP, другими словами, требу-

ется изучить и систем автоматического регулирования устойчивость данного дифференциального уравне-

ния. Самый обычный метод — это решить данное уравнение, пред-

ставив решение в виде суммы y(t) = yn(t) +yCB(t), где y(t) — личное

решение дифференциального уравнения с правой частью, характе-

ризующее установившиеся состояние САР, а усв(0 — общее решение

уравнения с нулевой правой частью, определяющее и систем автоматического регулирования переходные про-

цессы в САР. Как следует, устойчивость системы будет опреде-

ляться общим решением усв (t) однородного уравнения

Общее решение этого уравнения можно записать в виде

где рi= α,±jβ, — корешки характеристического уравнения.

Общее решение yCB(t) будет ограниченным в этом случае, если дей-

ствительные части корней характеристического уравнения отрица-

тельны. Таким макаром и систем автоматического регулирования, для стойкости системы нужно и

довольно, чтоб все корешки характеристического уравнения

имели отрицательные действительные части.

Если известна передаточная функция линейной САР

то полином знаменателя совпадает с характеристическим уравнени-

ем однородного дифференциального уравнения. Как следует, для

стойкости системы нужно и довольно, чтоб все

корешки полинома знаменателя (так именуемые полюса передаточной

функции) имели отрицательные действительные и систем автоматического регулирования части.

Для того чтоб найти, устойчива ли данная система, впол-

не довольно располагать только сведениями о знаке действитель-

ных частей этих корней. Существует целый ряд обычных критери-

ев, которые по виду характеристического уравнения либо знамена-

теля передаточной функции позволяют судить об стойкости

системы.

Так, положительность всех коэффициентов а, характеристиче-

ского уравнения является и систем автоматического регулирования нужным условием стойкости

системы. Если хотя бы один коэффициент будет отрицательным либо

равным нулю, то можно сходу сказать, что система неустойчива.

Таким макаром, неположительность хотя бы 1-го коэффициента

характеристического уравнения гарантирует неустойчивость систе-

мы, но оборотное, вообщем говоря, ошибочно, т.е. положительность

всех коэффициентов уравнения есть нужное и достаточное

условие только для систем и систем автоматического регулирования первого и второго порядка.

Уже для систем третьего порядка положительность коэффици-

ентов характеристического уравнения недостаточна для устойчи-

вости системы.

Одним из действенных способов анализа является аспект Гур-

вица, который определяет нужные и достаточные условия

стойкости системы хоть какого порядка. Составляется матрица пхп

Гурвица по последующим правилам.

1-ая строчка заполняется коэффициентами характеристическо-

го уравнения и систем автоматического регулирования с нечетными индексами, а 2-ая — коэффициентами

с четными индексами. Последующие строчки отличаются от первой

пары смещением на право на один, два, три и т.д. столбца. Все

коэффициенты с индексами, большенными п, заменяются нулями. На-

пример, для полинома пятой степени а0+ахрх + а2р2+ аъръ+ аАрЛ + a5ps

матрица Гурвица имеет и систем автоматического регулирования вид

Аспект Гурвица формулируется последующим образом. Все корешки

полинома имеют отрицательные вещественные части и тогда только

тогда, когда все п основных миноров матрицы (определителей Гурвица)

положительны. Так как для стойкости полинома нужно,

чтоб все его коэффициенты были положительными, довольно

проверить только (n-1) первых определителей Гурвица. К примеру,

для n = 5 идет речь об и систем автоматического регулирования определителях

Частотный аспект Найквиста позволяет по амплитудно-

фазовой частотной характеристике (АФЧХ) разомкнутой системы

оценить устойчивость замкнутой системы. АФЧХ может быть полу-

чена экспериментально либо аналитически. Аналитическое построение

АФЧХ делается обыкновенными способами.

Для стойкости замкнутой системы нужно и довольно,

чтоб АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от 0 до ж>

не обхватывала точку с координатами -1,/0. Если и систем автоматического регулирования АФЧХ разомкнутой

системы проходит через точку с координатами -1,j0, то система будет

нейтральной.

Аспект Найквиста позволяет наглядно проследить воздействие изме-

нения характеристик передаточной функции на устойчивость системы.

13.4. Характеристики свойства систем автоматического

регулирования

Система автоматического регулирования оценивается устойчивостью,

точностью в установившихся режимах и качеством переходных процес-

сов. Нужно также, чтоб переходные процессы затухали достаточ-

но и систем автоматического регулирования стремительно с допустимыми отклонениями регулируемой величины.

Оценки свойства регулирования могут быть прямыми и косвен-

ными, также статическими и динамическими. Динамические

оценки охарактеризовывают переходной процесс, а статические — устано-

вившийся режим.

При конкретном определении свойства регулирования на

вход системы подают тестовый сигнал. В качестве тестового сигнала

обычно употребляют так именуемый «единичный и систем автоматического регулирования скачок» (единичную

функцию), т. е. секундное изменение входного сигнала с 0 до 1 в

момент времени t = 0 (рис. 13.4, а). Единичная функция определяет-

ся как

Реакция (выходной сигнал) системы на единичный скачок назы-

вается переходной чертой (рис. 13.4, 6) и обозначается

h(t). По переходной характеристике определяются главные показа-

тели свойства:

1) время регулирования tp — интервал времени, по истечении

которого отклонение переходной и систем автоматического регулирования свойства от установившего-

ся значения не превосходит некой данной величины q. Значение

q выбирают обычно равным 5 либо 2 % от установившегося значения

2) перерегулирование — разность меж наибольшим значени-

ем hmm переходной свойства и ее установившимся значением,

выраженная в процентах от установившегося значения:

Почти всегда требуется, чтоб перерегулирование не

превышало 10...30%;

3) колебательность — число колебаний за время регулирования и систем автоматического регулирования;

допускается менее 2...3 колебаний;

4) статическая ошибка

где х — задание; hуС| — установившееся значение регулируемого па-

раметра.

Если принять, что х = 1, статическая ошибка равна ∆ = 1 — hуст.

Не считая этих характеристик по графику переходной свойства

определяют время нарастания переходного процесса tH и время до-

стижения первого максимума /тах.

Существует две разновидности интегральной оценки свойства САР.

Интегральная и систем автоматического регулирования абсолютная ошибка регулирования определяется

последующим выражением:

Эта оценка может быть использована только при однообразных пере-

ходных процессах при отсутствии колебаний. Интегральная квадра-

тичная оценка применяется как при однообразных, так и при коле-

бательных переходных процессах и определяется последующим соот-

ношением:

Недочет квадратичной интегральной оценки состоит в том,

что разные и систем автоматического регулирования по нраву переходные процессы могут иметь одну

и ту же величину оценки.

Вместе с прямыми показателями свойства, определяемыми по

переходной характеристике, употребляются косвенные характеристики, в

частности корневые оценки свойства.

Многие характеристики системы можно предсказать, посмотрев на рас-

положение корней характеристического полинома на всеохватывающей

плоскости. Сначала все корешки для устойчивой системы должны

находиться в левой полуплоскости и систем автоматического регулирования, т. е. слева от надуманной оси.

Быстродействие системы определяется степенью устойчиво-

сти η — так именуется расстояние от надуманной оси до наиблежайшего

корня (либо пары комплексно-сопряженных корней). Этот корень

именуется доминирующим, он определяет самые неспешные движе-

ния в системе и время переходного процесса, которое может быть

приблизительно рассчитано по формуле

Степень стойкости, невзирая и систем автоматического регулирования на заглавие, ничего не гласит

о близости системы к границе стойкости, она только характери-

зует быстродействие.

Параметр, определяющий скорость затухания колебаний в систе-

ме, именуется колебательностью. Колебательность ц для пары

комплексно-сопряженных корней α ± jβ рассчитывается как отношение

надуманной и вещественной части корня (по модулю):

Чем больше данная величина, тем слабее затухают и систем автоматического регулирования колебания, вы-

званные этими корнями, за один период колебаний.

При проектировании систем обычно требуется обеспечить бы-

стродействие не ниже данного (степень стойкости не меньше

данной η mjn) и колебательность не выше данной μтах.

1. Назовите главные принципы управления.

2. Какой принцип управления употребляется в САР?

3. Как классифицируются САР?

4. Назовите главные законы регулирования.

5. Охарактеризуйте понятие «передаточная функция и систем автоматического регулирования».

6. Как определяются амплитудно- и фазочастотная свойства?

7. Назовите главные типовые звенья динамических систем.

8. Какая оборотная связь является отрицательной, а какая — положитель-

ной?

9. Растолкуйте аспект Гурвица.

10. Как определяется переходная черта?

11. Назовите главные характеристики свойства САР.

Гл а в а 14

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

14.1. Структура и виды современных АСУ ТП

Автоматическая система управления технологическим

процессом и систем автоматического регулирования (АСУ ТП) — это комплекс программных и технических

средств, созданный для автоматизации управления техноло-

гическим оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно

понимается всеохватывающее решение, обеспечивающее автоматизацию

главных технологических операций на производстве в целом либо

каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный про-

дукт. Слово «автоматизированная» значит, что система управления

не вполне автономна (самостоятельна) и просит и систем автоматического регулирования роли челове-

ка (оператора) для реализации определенных задач. Напротив, си-

стемы автоматического управления, рассмотренные во внедрении,

созданы для работы без какого-нибудь контроля со стороны

человека и вполне автономны. В этом заключается принципиаль-

ная разница меж АСУ и САУ.

Все АСУ ТП делятся на три огромных класса. Во и систем автоматического регулирования-1-х, PLC-систе-

мы (Programmable Logic Controller). На российский язык это перево-

дится как «программируемый логический контроллер» (либо сокра-

щенно ПЛК). Под термином ПЛК нередко предполагается аппаратный

модуль для реализации алгоритмов автоматического управления,

хотя этот термин имеет также более общее значение и нередко исполь-

зуется для обозначения целого класса систем. Во-2-х и систем автоматического регулирования, SCADA-

системы (Supervisory Control and Data Acquisition). На российский язык

этот термин переводится как «система телемеханики», «система теле-

метрии» либо «система диспетчерского управления и сбора данных».

Последнее определение поточнее всего отражает суть и предназначение

системы — контроль и мониторинг объектов с ролью диспетчера.

В Рф термин SCADA нередко употребляется в более узеньком и систем автоматического регулирования смысле:

программный пакет визуализации технологического процесса. Одна-

ко в данном учебном пособии под словом SCADA понимается целый

класс систем управления. В-3-х, распределенные системы управ-

ления (РСУ), либо в британском варианте DCS (Distributed Control

System). Естественно, такая систематизация является довольно

условной, потому что в последние годы внедряются гибридные системы,

которые и систем автоматического регулирования по ряду соответствующих признаков можно отнести как к одно-

му, так и к другому классу

PLC-системы

Главным компонентом этих систем является программируемый

логический контроллер. Системы класса PLC более подходят для

управления последовательностью технологических операций в про-

цессе производства какого-нибудь изделия. Обычно, эти операции

носят дискретный нрав и требуют очень резвой реакции со

стороны автоматики. Типовые и систем автоматического регулирования задачки систем PLC: управление кон-

вейерными производствами; управление робототехникой; высоко-

высокоскоростное управление приводами; управление позиционирующими

устройствами; сигнализация; оповещение. Для систем PLC характер-

но то, что они не требуют непрерывного контроля со стороны дис-

петчера (в отличие от других систем), довольно повторяющейся

проверки статуса. Уровень диспетчерского (операторского) управле-

ния сводится, обычно и систем автоматического регулирования, к установке кнопочного пульта управле-

ния для пуска/останова того либо другого технологического участка

и отображения аварийных сигнализаций. Огромную часть времени

система PLC работает без надзора со стороны человека, в автомати-

ческом (автономном) режиме, т.е. на самом деле PLC приближается к

САУ.

Структура системы PLC достаточно ординарна: один либо несколько

программируемых логических контроллеров и систем автоматического регулирования, объединенных в единую

сеть (к примеру, эталона Industrial Ethernet) при помощи цифровой

шины. Обмениваясь по шине данными, контроллеры могут взаимо-

действовать вместе, что нужно для их согласованной

работы. По мере надобности к системе можно также подключить пульт

локального управления (кнопочный либо с ЖК-панелью для простей-

шего локального управления и и систем автоматического регулирования отображения аварийных сигнализа-

ций). Обычно, система структурирована так, что любая техно-

логическая установка управляется своим контроллером.

Контроллеры имеют электронные входы/ выходы для подключе-

ния к ним полевых датчиков, детекторов, исполнительных устройств

(клапанов, позиционирующих устройств, разных приводов),

устройств оповещения и сигнализации. Количество входов/выходов

может быть как фиксированным, так и расширяемым при помощи

дополнительно подключаемых модулей и систем автоматического регулирования. Электронный сигнал, по-

ступающий с датчика, в подсистеме ввода/ вывода контроллера ин-

терпретируется как измерение определенной физической величины

(температуры, давления и т.п.), позже сигнал оцифровывается (пере-

водится из аналоговой формы в цифровую, двоичную). В цифровой

форме сигнал обрабатывается в контроллере. Подсистема ввода/вы-

вода работает и в другом и систем автоматического регулирования направлении. Получив от контроллера

управляющую команду, подсистема ввода/вывода переводит ее из

цифровой формы в электронную аналоговую. Сформированный

электронный сигнал по кабелю подается на соответственный ис-

полнительный механизм. Модули делятся по типу электриче-

ского сигнала, при помощи которого они ведут взаимодействие с полевы-

ми устройствами, и по направлению передачи сигнала. Если к модулю

подключается и систем автоматического регулирования датчик, то модуль производит ввод сигнала в систему

и именуется модулем ввода', если подключается исполнительный

механизм, то модуль выводит управляющее воздействие из системы

и именуется модулем вывода.

Контроллер безпрерывно делает заложенную в него програм-

му управления по последующему циклу: считывание сигналов с датчи-

ков, математическая обработка данных в согласовании с определен и систем автоматического регулирования-

ным методом, формирование управляющего воздействия и его

передача на исполнительные механизмы. При всем этом требуется высочайшее

быстродействие — время выполнения всего цикла составляет не бо-

лее 10...20 мс.

Для систем класса PLC свойственны последующие особенности:

1) скоростное управление дискретными операциями; 2) прак-

тическое отсутствие операторского уровня (высочайшая степень автоном-

ности); 3) стремительная реакция на дискретные действия; 4) жесткая и систем автоматического регулирования вре-

менная синхронизация работы нескольких узлов.

Также для систем PLC свойственна работа в реальном времени.

Понятие реального времени в системах автоматизации включает

жесткое задание времени реакции системы на разные действия

на объекте управления (замыкание/размыкание контактов, повы-

шение/снижение технологических характеристик). При всем этом превы-

шение времени реакции системы управления может рассматривать и систем автоматического регулирования-

ся как ее неисправность, потому что потенциально может привести к

аварийной ситуации на объекте управления.

Разработка, отладка и выполнение программ управления для

PLC осуществляются при помощи спец программ-

ного обеспечения, обширно представленного на рынке. К этому

классу инструментального ПО относятся пакеты ISaGRAF (CJ

International) — Франция/США, Conrol (Wonderware) — США,

Paradym 31 (Intellution) — США и систем автоматического регулирования и другие.

SCADA-системы

Предшественниками SCADA-систем были так именуемые теле-

метрические системы для дистанционного мониторинга небольшо-

го числа характеристик. По мере усложнения задач автоматизации и

развития вычислительных технологий количество контролируемых

характеристик росло. Сразу росло количество оши-

бок диспетчера на потенциально небезопасных объектах, приводящих

при появлении аварий к человечьим жертвам, также к и систем автоматического регулирования зна-

чительному вещественному и экологическому вреду. Предпосылкой

этого была ориентация сначала на применение новейших

технических (технологических) достижений, рвение повысить

степень автоматизации и многофункциональные способности системы и

в то же время недооценка необходимости построения эффективно-

го человекомашинного интерфейса (HMI, Human — Machine

Interface), т.е. интерфейса, нацеленного на юзера

(оператора). Но, как показала практика, для построения эф и систем автоматического регулирования-

фективных и надежных систем диспетчерского управления необхо-

димо применение нового подхода при разработке таких систем:

human-centered design (либо top — down, сверху вниз), т.е. ориента-

ция сначала на человека-оператора (диспетчера) и его

задачки, заместо обычного и везде применявшегося под-

хода hardware-centered (либо bottom — up, снизу ввысь), в каком

при и систем автоматического регулирования построении системы основное внимание уделялось выбору и

разработке технических средств (оборудования и программного обе-

спечения).

Концепция SCADA позволяет строить действенный человеко-

машинный интерфейс. Дружественность этого интерфейса в SCADA-

системах, полнота и наглядность представляемой на дисплее инфор-

мации, простота управления, удобство использования подсказками и

справочной системой и т.д. увеличивает эффективность взаимодей и систем автоматического регулирования-

ствия диспетчера с системой и сводит к минимуму его критичные

ошибки при управлении.

Традиционными объектами управления с применением SCADA-

систем являются нефтепроводы^ газопроводы, водопроводы, удален-

ные электрораспределительные подстанции и т.д. SCADA-системы

исходя из убеждений процесса управления имеют некие соответствующие

особенности: 1) в их непременно наличие человека (оператора, дис-

петчера и систем автоматического регулирования); 2) хоть какое неверное воздействие может привести к от-

казу (потере) объекта управления либо даже чертовским по-

следствиям; 3) диспетчер несет, обычно, общую ответственность

за управление системой, которая при обычных критериях только

время от времени просит подстройки характеристик для заслуги оптималь-

ного функционирования; 4) огромную часть времени диспетчер пас-

сивно следит за отображаемой информацией, его активное и систем автоматического регулирования уча-

стие в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае

пришествия критичных событий — отказов, аварийных и нештат-

ных ситуаций и пр.; 5) деяния диспетчера в критичных ситуациях

могут быть агрессивно ограничены по времени (несколькими минутками

либо даже секундами).

Применение SCADA-системы добавляет дополнительный верхний

уровень автоматизации над уровнем PLC. Таким макаром, эти АСУ

ТП — двухуровневые системы и систем автоматического регулирования, потому что конкретно на этих уровнях реа-

лизуется конкретное управление технологическими процес-

сами.

Специфичность каждой определенной системы управления определяет-

ся применяемой на каждом уровне программно-аппаратной плат-

формой.

Нижний уровень — уровень объекта (контроллерный) — включа-

ет разные датчики для сбора инфы о ходе технологическо-

го процесса, электроприводы и систем автоматического регулирования и исполнительные механизмы для реа-

лизации регулирующих и управляющих воздействий. Потому что инфор-

мация в контроллерах за ранее обрабатывается и отчасти

употребляется на месте, значительно понижаются требования к про-

пускной возможности каналов связи. Информация с локальных кон-

троллеров может направляться в сеть диспетчерского пт непо-

средственно, также через контроллеры верхнего уровня.

Верхний уровень и систем автоматического регулирования — диспетчерский пункт (ЦП) — включает до этого

всего одну либо несколько станций управления, представляющих со-

бой автоматическое рабочее место (АРМ) диспетчера/операто-

ра. Нередко в качестве рабочих станций употребляются ПЭВМ типа IBM

PC разных конфигураций. К главным задачкам, решаемым

SCADA-системами на верхнем уровне управления, относятся: 1) сбор

первичной инфы от устройств и систем автоматического регулирования нижнего уровня, при этом этими

устройствами могут быть как промышленный контроллер, так и

плата ввода/вывода; 2) ведение базы данных реального времени с

технологической информацией с возможностью ее следующей об-

работки; 3) отображение (визуализация) инфы на дисплее

монитора в понятной для человека форме в виде мнемосхем, графи-

ков и отчетов с возможностью ограниченного управления техноло и систем автоматического регулирования-

гическим процессом.

Дополнительные задачки, решаемые SCADA-системами: 1) аварий-

ная сигнализация и управление тревожными сообщениями; 2) под-

готовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;

3) архивирование технологической инфы (сбор истории);

4) обеспечение связи с наружными приложениями (СУБД, электрон-

ными таблицами, текстовыми микропроцессорами и т.д.).

Для решения этих и неких других задач и систем автоматического регулирования у всех современных

SCADA-систем имеются последующие главные составляющие:

1) сервер ввода/вывода, обеспечивающий передачу данных меж

физическими устройствами ввода/вывода и остальными модулями

SCADA-системы;

2) база данных реального времени, которая собирает, хранит и

дает информацию по просьбе других компонент;

3) клиент визуализации, обеспечивающий операторский интер-

фейс: показывает данные, поступающие от других модулей SCADA-

системы, и управляет выполнением и систем автоматического регулирования команд оператора;

4) сервер тревог (алармов), который выслеживает данные, сравни-

вает их с допустимыми пределами, инспектирует выполнение данных

критерий и показывает алармы на соответственном узле визуализа-

ции;

5) сервер трендов, который собирает и регистрирует трендовую

информацию, позволяя показывать развитие процесса в реальном

масштабе времени либо в ретроспективе в виде графиков;

6) сервер отчетов, генерирующий и систем автоматического регулирования отчеты по истечению опреде-

ленного времени, при появлении определенного действия либо

по запросу оператора.

Обычно, программный пакет SCADA состоит из 2-ух частей:

среды разработки, где инженер отрисовывают и программирует технологи-

ческие мнемосхемы, и среды выполнения, нужной для выпол-

нения сконфигурированных мнемосхем в режиме ежедневной

эксплуатации.

Управляющие системы SCADA строятся и систем автоматического регулирования с внедрением аппа-

ратной и программной технологий различных производителей и COTS-

технологий, нормативная база которых развивается и поддерживается

как в рамках интернациональных (IEC/МЭК, ISO), так и государственных

(ANSI, DIN, IEEE, ГОСТ) организаций по стандартизации. Про-

граммные продукты класса SCADA обширно представлены на мировом

рынке. Это несколько 10-ов SCADA-систем, многие из которых

разрабатываются и и систем автоматического регулирования в Рф. Более пользующиеся популярностью из их: InTouch

(Wonderware) — США; Citect (CI Technology) — Австралия; Genesis

(Iconics Co) — США; Factory Link (United States Data Co) — США;

TraceMode (AdAstrA) — Наша родина.

14.1.3. Распределенные системы управления

Концепция PLC/ SCADA-систем была выработана в поисках спо-

собов организации управления на распределенных предприятиях,

занимающихся добычей, транспортировкой нефти и и систем автоматического регулирования газа, доставкой

электроэнергии и т. п., и отличалась доминированием дискретного

управления. Распределенные системы управления (РСУ) вначале

были нацелены на задачки обрабатывающей индустрии,

в каких преобладали задачки непрерывного управления, что требо-

вало огромных вычислительных ресурсов и поболее сложных и дорогих

компонент систем автоматизации. Но с ростом вычислитель-

ной мощности процессоров способности PLC и систем автоматического регулирования существенно

выросли и области внедрения обеих систем пересеклись. Управ-

ляющие системы на базе PLC/SCADA по функциональности при-

ближаются к РСУ, к примеру, включают локальное управление с

оборотной связью, оптимизацию технологических процессов и анализ

данных. В свою очередь, предлагаемые РСУ трудноотличимы от их

SCADA-аналогов.

Для большинства РСУ свойственна трехуровневая модель построе-

ния.

На нижнем уровне и систем автоматического регулирования, уровне ввода/вывода, размещаются полевые

приборы (датчики, детекторы, исполнительные механизмы), которые

при помощи электронных кабелей подключаются к подсистеме по-

левого ввода/вывода (IO), которая состоит из аппаратных модулей

ввода/ вывода.

На среднем уровне находятся контроллеры (CPU). На этом уров-

не решаются задачки, совпадающие с задачками PLC по обработке

поступающей из подсистемы и систем автоматического регулирования ввода/вывода инфы, и выдача

назад управляющих воздействий. Для решения сложных задач

контроллеры могут обмениваться меж собой данными, используя

цифровые коммуникационные сети, к примеру Industrial Ethernet.

В РСУ применяется полное резервирование модулей, в том числе и

питания. Пара контроллеров, синхронно выполняющих одну и ту же

программку управления и страхующих друг дружку, именуется «резер-

вированной парой».

Верхний и систем автоматического регулирования уровень — это уровень операторского управления, объ-

единяющий серверы и операторские рабочие станции, и выполняю-

щий функции, схожие со SCADA-системами. Нередко в системе вы-

деляют инженерную станцию ES {engineering station). На ней уста-

навливаются программные средства разработки, при помощи которых

технический спец может централизованно заносить конфигурации

и дополнения в конфигурацию системы и систем автоматического регулирования. Нередко ES дополняют рас-

ширенными средствами диагностики состояния системы.

В отличие от PLC/SCADA в РСУ все три уровня обычно выпол-

няются на оборудовании 1-го производителя и программируются

в одной единой системе. РСУ-система управления отличается высочайшей

децентрализацией обработки данных, при всем этом часть задач управле-

ния может быть вынесена и систем автоматического регулирования даже на уровень датчиков и исполнительных

устройств и оставаться работоспособной в отрыве от контроллер-

ного уровня.

Сферы внедрения РСУ многочисленны: нефте- и газоперера-

ботка, химия, нефтехимия, энергоснабжение, металлургия и т.п.

Программные продукты класса РСУ обширно представлены на

мировом рынке. Более пользующиеся популярностью из их: DeltaV {Emerson

Process Managment); I/A Series и систем автоматического регулирования {Foxboro); CENTUM CS 3 000

{Yokogawa).

14.2. Промышленные сети передачи данных

14.2.1. Понятие промышленной сети, ее главные


i-revizij-finansovoj-hozyajstvennoj-deyatelnosti-prinosyashej-dohod.html
i-rol-i-mesto-funkcionalnoj-strategii-upravleniya-kachestvom-v-sisteme-strategicheskogo-upravleniya-oao-rzhd.html
i-rossiya.html