Схемы управления в АСУТП

Управление в режиме сбора данных.

Наиболее  простой  схемой управления технологическим процессом является схема управления в режиме сбора данных . При этом АСУ подсоединяется к технологическому процессу способом, выбранным инженером-технологом.

Подсоединение осуществляется посредством устройства сопряжения с объектом (УСО). Измеря-емые величины преобразуются в цифровую форму. Эти величины по соответст-вующим формулам преобразуются в технические единицы. Например, для вычис-ления температуры, замеряемой с помощью  термопары,  может  использоваться  формула   T = A * U2 + B * U + C ,  где  U  –  напряжение  на  выходе  термопары;  A, B и C – коэффициенты. Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего изучения технологического процесса в различных условиях его прохождения. На основе этого можно построить или уточнить математическую модель управляемого процесса.

Данный режим не  оказывает прямого воздействия на технологический процесс. Здесь нашел осторожный подход к внедрению методов управления в АСУТП. Однако данная схема используется как одна из обязательных подсхем управления в других более сложных схемах управления технологическими  процессами.

Управление в режиме советчика оператора.

В данной схеме АСУТП работает в темпе выполнения технологического процесса. Контур управления разомкнут, т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими технологическими процессами. Управляющие воздействия осуществляются оператором-технологом,  получающим  рекомендации  от  ЭВМ.

Все необходимые  управляющие воздействия вычисляются ЭВМ в соответствии с моделью технологического процесса, результаты вычислений предоставляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя установки регуляторов.

Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления технологическим процессом. Оператор выполняет роль следящего и управляющего звена, усилия которого АСУТП непрерывно и безошибочно направляет  на  оптимизацию выполнения   технологического  процесса.
Основной недостаток этой схемы управления заключается в присутствии  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 технологических процессов. АСУТП может отслеживать  возникновение аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с установками, при этом АСУТП может следить за  большим  числом  аварийных  ситуаций,  чем  оператор.

Супервизорное управление.

В этой схеме АСУТП используется в замкнутом контуре, т.е.  установки  регуляторам  задаются  непосредственно  системой.

Задачей  режима супервизорного управления является поддержание технологического процесса вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него. В этом  одно  из  главных  преимуществ данного режима. Данная схема отличается от схемы режима советчика оператора тем, что после вычисления значений уставок, последние преобразуются в величины, которые можно использовать для изменения настроек регуляторов.

Если регуляторы воспринимают напряжения, то величины вырабатываемые ЭВМ, должны быть преобразованы в двоичные коды, которые далее с помощью цифро-аналоговых преобразователей преобразуются в напряжения соответствующего уровня и знака. Оптимизация технологического процесса в этом режиме выполняется периодически, например, один раз в день. Для этого  оператор должен ввести новые коэффициенты в уравнения контуров управления.

Приведем примеры АСУТП, работающие  в  супервизорном  режиме.

1. Управление автоматизированной транспортно-складской системой. В такой системе ЭВМ выдает адреса стеллажных ячеек, а система локальной автоматики кранов-штабелёров отрабатывает перемещение их в соответствии с этими адресами.
2. Управление плавильными печами. ЭВМ вырабатывает значения уставок для управления режимами работы электрических печей, а локальная автоматика по командам ЭВМ управляет переключателями трансформаторов.
3. Станки с числовым программным управлением.

Непосредственное цифровое управление.

В режиме непосредственного цифрового управления (НЦУ) сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают из АСУТП, а регуляторы вообще исключаются из системы управления. Регуляторы – это  аналоговые вычислители, которые решают одно уравнение в реальном масштабе времени, например такого вида:

где y может обозначать положение клапана; k0, k1, k2, k3 – параметры настройки, благодаря которым регулятор можно настроить на работу в различных режимах;  X - разность между измеряемой величиной и уставкой. Если X не =0, то для выведения процесса на заданный режим требуется перемещение управляющего органа.

Если регулятор использует для своей работы два первых члена уравнения, то он называется пропорциональным. Если используются три первых члена, то регулятор - пропорционально-интегральный, и если - все члены уравнения, то регулятор - пропорционально-интегрально-дифференциальный.

Концепция НЦУ позволяет заменить регуляторы с задаваемой уставкой. Рассчитываются реальные воздействия, которые в виде соответствующих сигналов передаются непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке:

Введены обозначения:
УО – управляемый объект
Д – датчик.

Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. Оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, изменять диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки, а также должен иметь доступ к управляющей программе. Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления путем внесения  изменений в управляющую программу. Основной недостаток схемы непосредственного цифрового управления – возможность отказа всей системы при отказе ЭВМ.