Автоматизированные системы управления технологическими процессами

В наиболее общем случае автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект. Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс [4,7].

Современные технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, становятся все более мощными. Например, в энергетике действуют энергоблоки мощностью 1000 1500 МВт, установки первичной переработки нефти пропускают до 6 млн т сырья в год, работают доменные печи объемом 3,5-5 тыс. м³, создаются гибко перестраиваемые производственные системы. Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов, и тогда на помощь ему приходит АСУ ТП. В АСУ ТП, которые дают наибольший социальный и экономический эффект, за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (например, температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций:

· измерение физических сигналов, параметров;

· контроль функционирования технических и программных средств;

· формирование заданий на управление;

· реализация управления и т. д.

Функции АСУ ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные. К управляющим функциям относятся регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами, адаптивное управление объектом в целом (например, управление участком станков с ЧПУ, оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.). Информационные функции – это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.

Каждый этап развития технических средств производства характеризуется определенным уровнем развития технологии. В свою очередь, каждый уровень развития технологии определяет соответствующий уровень автоматизации технологических и производственный процессов, реализуемых системой управления.

Автоматизированная система управления технологическими процессами как компонент общей системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной информацией. Такие системы, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень автоматизированной системы управления предприятием (АСУП).

5.4. Системы автоматизации проектирования

Одним из основных условий технического прогресса является постоянное расширение и обновление номенклатуры выпускаемой продукции, а одним из главных требований к современному производству – обеспечение возможности проектирования, создания и освоения новой высококачественной продукции в кратчайшие сроки при минимальных затратах. Выполнение этих требований невозможно без крупномасштабной автоматизации на основе ЭВМ, для реализации которой необходим коренной пересмотр организационно-экономических и технологических характеристик производственной деятельности в направлении создания динамичных и интенсивных форм производства. Главной особенностью решения проблемы интенсификации является то, что проводится не интенсификация физического труда, которая практически исчерпала себя, а интенсификация практически неограниченного интеллектуального труда человека, использующего широкие возможности современных ЭВМ.

Успехи, достигнутые в последние годы в области микроэлектроники, открыли принципиально новые возможности для осуществления высокоэффективной автоматизации производственных процессов, проектно– конструкторских и научно-исследовательских работ. Широкое внедрение мини– и микро-ЭВМ с разнообразным современным периферийным оборудованием позволило создать системы распределенной обработки информации, на основе которых строятся интегрированные системы управления. Автоматизация проектирования входит неотъемлемой составной частью в приоритетные направления научно-технического прогресса. От успехов в создании и развитии систем автоматизированного проектирования (САПР) во многом зависят возможности и сроки разработки образцов новой техники, внедрение интегрированных автоматизированных производств, рост производительности труда инженерно-технических работников, занятых проектированием.

При построении новых объектов по заданному описанию несуществующего объекта выполняется его материализация в работоспособную надежную конструкцию. Проектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта. Процесс создания описания нового объекта может выполняться разными способами. Если весь процесс проектирования осуществляет человек, то проектирование называют неавтоматизированным. Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ, называют автоматизированным. Автоматизированное проектирование, как правило, осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на основе применения специальных языков общения с ЭВМ.

При создании новых объектов выделяют следующие этапы [4]:

· этап научно-исследовательских работ (НИР). Объединяет следующие стадии: предпроектное исследование, техническое задание и часть технического предложения. Здесь проводят исследования по поиску новых принципов функционирования, новых структур, физических процессов, новой элементной базы, технических средств и т. п.;

· этап опытно-конструкторских работ (ОКР). Включает следующие стадии: часть технического предложения, эскизный проект, технический проект. Здесь отражаются вопросы детальной конструкторской проработки проекта;

· этап рабочего проектирования. Объединяет стадии рабочего проекта, изготовления, отладки и испытания, ввода в действие. Здесь прорабатываются схемные, конструкторские и технологические решения, проводятся испытания, изготовление.

Система автоматизации проектных работ (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (который взаимосвязан с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов – пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование. Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные. Подсистемой САПР называют выделенную по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающую получение законченных проектных решений.

По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции (например, подсистема логического проектирования, подсистема конструкторского проектирования, подсистема проектирования деталей и сборочных единиц и т. п.). К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем (например: подсистема информационного поиска, подсистема документирования и т. п.).

По отношению к объекту проектирования различают объектно– ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные) подсистемы. К объектным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования. К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции (например, функции отработки, не зависящие от особенностей проектируемого объекта). Подсистемы состоят из компонентов, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией и обеспечивающих функционирование этой подсистемы.

Основное назначение САПР – получение оптимальных проектных решений. Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации.

Поскольку невозможно для ряда задач полностью автоматизировать процесс проектирования, актуальным является эффективное интерактивное общение пользователя с ЭВМ. В процессе проектирования наиважнейшими остаются задачи оптимизации (например, задача оптимального выбора структуры процесса проектирования или оптимизации проектного решения). Оптимальные решения можно выбирать разными путями, используя метод имитационного моделирования, векторные кривые оценки качества и т. п.

В большинстве САПР проект создается на основе типовых проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов проекта. Этот подход полностью приемлем для систем управления, но при наличии хорошо организованной базы данных и интегрированной информационной основы. Таким образом, эффективность применения технологий САПР в системах управления определяется прежде всего степенью интеграции информационной основы.

Роль САПР в автоматизации производства не ограничивается функциями автоматизации конструирования и технологической подготовки производства. Не менее важная задача САПР – проектирование самих автоматизированных производств, включая проектирование робототехнических комплексов, технологического оборудования, их компоновку, размещение и т. п. Для этого в САПР должны быть мощные средства имитационного моделирования работы производственных линий, участков и цехов; средства синтеза и анализа объектов с физически разнородными элементами (роботами, манипуляторами, технологическими аппаратами); инструментальные средства проектирования программного обеспечения; средства разработки вычислительных сетей и др.