Обеспечение АСУТП
Функцией АСУТП называют действия системы, направленные на достижение одной из частных целей управления. Частные цели управления, как и реализующие их функции, находятся в определенном соподчинении, образуя функциональную структуру АСУТП. Элементами этой структуры являются отдельные функции, связи между которыми указывают порядок их выполнения. Функции АСУТП делятся на информационные, управляющие и вспомогательные.
Функции АСУТП
К информационным функциям относятся те, цель которых – сбор, преобразование и хранение информации о состоянии ТОУ, представление этой информации оперативному персоналу или передача ее для последующей обработки.
Основными информационными функциями являются:
- первичная обработка информации о текущем значении ТОУ;
- обнаружение отклонений технологических параметров и показателей состояния оборудования от установленных значений;
- расчет значений неизменяемых величин и показателей (косвенные измерения, расчет ТЭП, прогнозирование и т.д.);
- оперативное отображение и регистрация информации, обмен информацией с оперативным персоналом;
- обмен информацией со смежными и вышестоящими АСУ.
 |
Рис.1. Блок – схема автоматизированного технологического комплекса: 0 – отчет; 3 – задание; И – информация; РУ – ручное управление; ЛРУ – управление при помощи локальных регуляторов; НЦУ – непосредственное цифровое управление.
Управляющие функции обеспечивают поддержание экстремального значения критерия управления в условиях изменяющейся производственной ситуации. Они делятся на две группы:
- первые служат для определения оптимальных управляющих воздействий, при которых поддерживается оптимальный (или близкий к нему, т.е. рациональный) режим технологического процесса;
- ко второй группе относятся функции, обеспечивающие реализацию этого режима путем формирования управляющих воздействий на ТОУ.
Управляющие функции второй группы соответствуют традиционным функциям локальных систем автоматизации – регулированию (стабилизации или программному регулированию) и программно – логическому управлению технологическими процессами.
Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач.
Для реализации функций АСУТП необходимы ее техническое, программное, информационное, организационное обеспечение, а также оперативный персонал.
Техническое обеспечение АСУТП составляет комплекс технических средств (КТС), содержащий следующие основные элементы:
- средства получения информации о текущем состоянии ТОУ (источники информации);
- управляющий вычислительный комплекс (УВК), основу которого составляют средства вычислительной техники;
- технические средства для реализации функций локальных систем автоматизации;
- исполнительные устройства, непосредственно реализующие управляющие воздействия на ТОУ.
Выбор КТС определяется специфическими требованиями, предъявляемыми к АСУТП. Основным из них является обеспечение малого времени реакции системы на изменение состояния ТОУ. Это отличает АСУТП от организационно – экономических АСУ, в частности от АСУТП.
Для обеспечения высокого быстродействия АСУТП основной объем информации о текущем состоянии ТОУ передается электрическими сигналами, которые поступают в УВК от источников информации – первичных измерительных преобразователей и позиционных датчиков – сигнализаторов по кабельным линиям связи.
В АСУТП применяют в основном первичные измерительные преобразователи ГСП. В комплекс технических средств многих АСУТП входят технические средства автоматизации преимущественно из состава электрической ветви ГСП, служащие для реализации функций локальных систем автоматизации (регулирования, программно – логического и дистанционного управления).
Специфическим компонентом КТС является УВК, в состав которого входят собственно вычислительный комплекс (ВК), устройства связи ВК с объектом (УСО) и с оперативным персоналом. В первых АСУТП использовали специализированные УВМ; из них наиболее известными были машины УМ – 1. первые УВМ представляли собой изделия с фиксированными составом и техническими возможностями. В дальнейшем были созданы агрегатные комплекты управляющей вычислительной техники, из которых можно компоновать УВК различного состава и вычислительной мощности, в соответствии с особенностями конкретной АСУТП.
Первым и до сих пор наиболее распространенным типом технических структур АСУТП является централизованная. В системах с централизованной структурой вся информация, необходимая для управления АТК, поступает в единый центр – операторский пульт, где установлены практически все технический средства АСУТП, за исключением источников информации и исполнительных устройств, и где находится оперативный персонал. Такая техническая структура наиболее проста и имеет ряд очевидных эксплуатационных достоинств. Недостатками ее является необходимость избыточного числа элементов для обеспечения высокой надежности функционирования АСУТП и большие затраты дефицитного кабеля. Она целесообразна для сравнительно небольших по мощности и компактных АТК с умеренными требованиями к надежности.
В связи с внедрением микропроцессорной техники все большее распространение получает распределенная техническая структура АСУТП, т.е. расчлененная на ряд автономных подсистем – локальных технологических станций, территориально распределенных по технологическим участка объекта управления. Каждая локальная подсистема представляет собой однотипно выполненную централизованную структуру, ядром которой является управляющая микро – ЭВМ. Локальные подсистемы через свои микро – ЭВМ объединены в единую систему сетью передачи данных с высокой пропускной способностью. К сети подключается необходимое для управления АТК число терминалов для оперативного персонала; программное обеспечение АСУТП связывает все элементы распределенной технической структуры в единое целое, обладающее рядом достоинств:
- возможностью получения высоких показателей надежности за счет расщепления АСУТП на семейство сравнительно небольших и менее сложных автономных подсистем и дополнительного коллективного резервирования каждой из этих подсистем через сеть; применение более надежных средств микроэлектронной вычислительной техники;
- большой гибкостью при композиции и модернизации технического и программного обеспечения, возможностью легкого наращивания вычислительных возможностей АСУТП;
- экономией дефицитного кабеля.
Ряд функций АСУТП, связанных в основном с локальным регулированием и управлением, реализуется аппаратурно. Большинство же функций реализуется программно, т.е. путем соответствующей обработки информации в УВК. Поэтому важнейшим компонентом АСУТП является ее программное обеспечение (ПО), т.е. совокупность программ, обеспечивающих реализацию функции АСУТП и заданное функционирование КТС.
Программное обеспечение делится на общее и специальное. Общее ПО поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники и обеспечивает организацию функционирования КТС. Специальное ПО разрабатывается при создании АСУТП и включает программы, реализует ее информационные и управляющие функции.
Программное обеспечение создается на базе математического обеспечения (МО), под которым подразумевают совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для решения задач и обработки информации с применением вычислительной техники. Для реализации информационных и управляющих функций АСУТП создают специальное МО, в состав которого, в частности, входят алгоритмы сбора, обработки и представления информации; алгоритмы управления с математическими моделями соответствующих объектов управления; алгоритмы локальной автоматизации.
Создание специальных МО и ПО требует больших затрат труда и средств; доля их в общей стоимости АСУТП непрерывно возрастает. Если доля первых АСУТП соотношение затрат на КТС и МО с ПО равнялась примерно 15:1, то в современных системах оно приближается к 1:2.
Все взаимодействие как внутри АСУТП, так и с внешней средой представляют собой различные формы информационного обмена (т. е. передачу и прием информации в виде различных сигналов, данных, сообщений, тестов и т. д.). Для того, чтобы рационально осуществлять такой обмен, необходимо детальная регламентация этого процесса, например, система классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, принятых форм массивов данных и документов и т.д. Кроме этого, необходимы сами массивы данных и документов (в т.ч. нормативно – справочная информация), в совокупности обеспечивающие при эксплуатации АСУТП возможность выполнения всех ее функций.
Правила обмена информацией и сама информация, циркулирующая в АСУТП, образуют информационное обеспечение АСУТП, которое в переведенном на машинный язык виде составляет содержание базы данных системы.
Организационное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур системы, инструкций и регламентов для оперативного персонала, обеспечивающую заданное функционирование АСУТП. Последнее характеризуется активным взаимодействием между людьми и программными и техническими средствами АСУТП. Поэтому организация оптимальных форм этого взаимодействия является одной из основных проблем разработки и эксплуатации АСУТП.
Оперативный персонал АСУТП состоит из технологов-операторов, осуществляющих управление ТОУ, и эксплуатационного персонала, обеспечивающего функционирование АСУТП (операторы ЭВМ, программисты, эксплуатационный персонал по обслуживанию других видов аппаратуры КТС). Состав оперативного персонала конкретной АСУТП и взаимодействия между отдельными работниками определяются организационной структурой системы.