Основные задачи и принципы проектирования

АСУТП и управляемый ею технологический комплекс образуют единую производственную автоматизированную систему в составе ГПС (см. §7.1). При проектировании учитываются, прежде всего, многочисленные связи АСУТП с управляемым объектом, а также с верхним уровнем управления, представляющим собой то или иное сочетание САПР с системой планирования сменно-суточных заданий. Основные задачи, решаемые при проектировании АСУТП, – это техническое, программное и информационное обеспечение управления технологическим комплексом.

Техническое обеспечение включает в себя выбор комплекса типовых технических средств, необходимых для реализации заданных функций АСУТП, и проектирование необходимого специального оборудования. Виды технических средств, употребляемых при проектировании АСУТП, нетрудно проследить по структуре УВМ, представленной на рис.1.2. Это, прежде всего, комплектные управляющие устройства: промышленные компьютеры и др. Они обеспечивают прием управляющей и технологической информации, ее переработку в соответствии с заданной программой и формировании управляющих сигналов. Комплектование указанных управляющих устройств производится выпускаемыми серийно модулями и узлами микропроцессорной техники, как то:

- модули обработки технологической информации, обеспечивающей получение информации о технологических параметрах и состоянии технологического оборудования;

- типовые устройства связи с объектом, обеспечивающие передачу управляющей информации нижнему уровню управления, локальным УВМ, или непосредственно исполнительным устройствам;

- типовые запоминающие устройства, жесткие и гибкие магнитные диски с дисководами, обеспечивающие нужный объем памяти для информационных систем АСУТП;

- модули цифрового управления от УВМ исполнительными устройствами, входящие в состав систем управления исполнительными устройствами;

- типовые устройства связи с обслуживающим персоналом: клавиатура, дисплеи, принтеры и пр.

Выбор технических средств состоит в сравнении различных вариантов технического обеспечения разрабатываемой АСУТП в зависимости от технических, экологических, производственных, эксплуатационных и иных требований. АСУТП являются сложными техническими объектами, для которых непросто найти наиболее предпочтительный вариант технических средств. Поскольку общепринятые количественные критерии сравнения и общие формализованные процедуры выбора технических средств отсутствуют, то их выбор производится по преимуществу эвристическими методами и основан на опыте и инженерной интуиции разработчиков.

Процедура выбора технических средств состоит из двух этапов. Первым этапом является выбор наиболее подходящего комплекса технических средств из предлагаемых отечественными и зарубежными производителями. На втором этапе производят формирование конкретного набора технических средств для проектируемой АСУТП на базе ранее выбранного комплекта. Выбор базового комплекта технических средств определяется основными характеристиками управляемого технологического комплекса, из которых важнейшими являются:

1) тип технологического процесса (формообразования, изменения агрегатного состояния или химического состава продукции, транспортировки сырья и фабрикатов);

2) характер протекания процесса во времени (непрерывный или дискретный);

3) протяженность ТО (станок, технологическая линия, прокатный стан и пр.);

4) особенности исполнительных устройств (электропривод, нагревательные, электрохимические и пр. устройства);

5) степень пожаро- и взрывоопасности;

6) особенности окружающей среды (температура, влажность, агрессивность и пр.);

7) перспективы развития и модернизации техпроцесса.

Что касается выбора конкретного набора технических средств, то он более определяется специфическими требованиями к АСУТП:

1) уровень иерархии, зависящий от взаимодействия ЦУВМ с локальными УВМ и от развитости функций последних;

2) количество и характер измеряемых и регулируемых параметров, а также требования к точности измерений и качеству регулирования;

3) выполняемые функции (управление технологическим циклом, стабилизация параметров на заданном уровне, многосвязное автоматическое регулирование, автоматическая оптимизация и пр.);

4) связь с другими автоматизированными системами (ГПС, АСУП);

5) перспективы развития АСУТП данного типа.

Выбор технических средств не является одноразовым действием. Состав технических средств АСУТП многократно уточняется в процессе проектирования. Соответственно выясняется необходимость проектирования недостающей аппаратуры.

Программное обеспечение АСУТП подразделяется на системное, инструментальное и прикладное. Системное программное обеспечение составляют операционные системы и системы управления базами данных, поставляемые производителями аппаратной части УВМ. Инструментальное программное обеспечение является основным объектом усилий разработчиков АСУТП, так как оно служит основным инструментом создания управляющих программ (УП). Оно включает в себя ассемблеры, трансляторы, интерпретаторы, редакторы и другие программные средства, облегчающие создание УП. Эти средства в своем наиболее развитом виде объединяются в рамках систем автоматизированного программирования (САП) и входят в состав АСТПП. Прикладное программное обеспечение – это совокупность УП. Оно создается преимущественно на этапе эксплуатации АСУТП в порядке решения текущих производственных задач.

Информационное обеспечение – это единая система технологической, технико-экономической, справочной и оперативной информации, обеспечивающая нормальное функционирование АСУТП. Информационное обеспечение АСУТП реализуется, прежде всего, в электронном виде в памяти УВМ: базы данных, массивы УП, технические описания и инструкции и пр. Кроме того, часть информационного обеспечения подготавливается на бумажных носителях. Это технические описания и спецификации, инструкции по эксплуатации и другая эксплуатационная документация, призванная облегчить обучение ремонтно-эксплуатационного персонала, наладку, внедрение и нормальную эксплуатацию АСУТП.

При проектировании АСУТП обязательно применение комплексного системного подхода. В соответствии с ним АСУТП должна рассматриваться как сложная система, состоящая их взаимосвязанных частей, взаимодействие которых должно быть правильно и достаточно точно учтено. Общие свойства АСУТП реализуются через закономерное взаимодействие всех ее узлов, блоков и модулей. Рассмотрим основные положения системного подхода при проектировании АСУТП.

1) Должна быть четко сформулирована целевая функция АСУТП, определены основное назначение и задачи, которые должна решать проектируемая АСУТП в общей структуре управления данным производством. В результате выявляется место АСУТП в иерархической структуре управления производством. Определяется совокупность управляющих воздействий, поступающих на вход АСУТП, и основные свойства управляемого технологического комплекса как объекта управления.

2) Прорабатывается иерархическая структура АСУТП, выделяются подсистемы, реализуемые на базе ЛУВМ, определяется их взаимодействие с ЦУВМ и с подчиненными им системами управления исполнительных устройств. Определяются взаимные связи между отдельными элементами управляемого техпроцесса и соответственно – между системами управления исполнительных устройств, управляющих ходом техпроцесса. Определяются возможности декомпозиции общей задачи реализации целевой функции АСУТП на частные задачи управления взаимосвязанными комплексами исполнительных устройств. Это приводит к иерархическому принципу построения АСУТП (см. §1.2) как неотъемлемому признаку системного подхода.

3) Прорабатываются возможности построения АСУТП на базе комплектного, выпускаемого серийно оборудования. Разработка оригинальных устройств, узлов и модулей специального назначения целесообразно лишь в тех случаях, когда их применение в составе АСУТП значительно повышает экономическую эффективность или другие существенные показатели эффективности эксплуатации автоматизируемого комплекса.

4) Проектирование АСУТП должно производиться поэтапно, пройдя ряд стадий от составления технического задания до создания рабочего проекта, со все большей детализацией.