Локальные системы управления

1.1. Классификация автоматизированных систем управления

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом, представляющая человеко-машинную систему, предназначенную для выработки и реализации управления технологическим объектом управления  в соответствии с  некоторым принятым критерием.

Технологический объект управления (ТОУ) –  это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по регламенту процесса производства.  В качестве технологического объекта  управления могут рассматриваться: отдельные установки и агрегаты; группы станков, выполняющих набор последовательных операций  и образующих единую технологическую линию; отдельные производственные структуры (участок, цех), выполняющие самостоятельные технологические процессы и некоторый процесс производства в целом.

В зависимости от решаемых задач АСУ ТП  может иметь различную структуру;  выделяют 3 класса АСУ ТП: локальные, централизованные и распределенные системы управления.

Локальная система управления используется для управления технологически независимым объектом с компактно расположенным оборудованием, и несложными задачами управления. Примеры локальных систем: системы стабилизации, следящие, программного управления. Основные элементы локальной системы: ТОЭ, датчики, исполнительное устройство и локальный регулятор. В системе обычно предусматриваются элементы ручного управления и связи с оператором. Рис.1

В зависимости от реализации регулятора локальные системы могут быть как  аналоговыми так и цифровыми.

 

 

Рис.1. Типовая структура локальной системы управления

 

Централизованная система управления используется для управления сосредоточенным объектом со сложными или разнообразными функциями управления или большим количеством сигналов «вход-выход». В системе есть два уровня: на нижнем уровне находятся объекты управления с датчиками и исполнительными устройствами на верхнем управляющая вычислительная машина (УВМ) и устройство сопряжения с объектом (УСО). УСО преобразует различные по виду сигналы от датчиков (входные сигналы), в цифровой код в формате, определяемом конкретной УВМ. Сформированные УВМ в виде цифрового кода сигналы управляющих воздействий для исполнительных устройств (выходные сигналы) УСО преобразует к одному из стандартных видов. Для контроля над процессом предусмотрен пульт связи с оператором. Все процессы обработки сигналов датчиков и формирование управляющих сигналов для всех контуров управления последовательно исполняет одна  и та же УВМ. Она также обеспечивает интерфейс с оператором.

 

 Централизованная система имеет два основных недостатка: малая надежность и низкое быстродействие. Система становиться неработоспособной при отказе УВМ или УСО. При большом количестве датчиков и контуров управления существенно увеличивается время основного цикла управляющей программы УВМ. Для устранения этих недостатков применяют следующие решения.

Для повышения надежности осуществляется: а) Дублирование основных элементов системы управления: УВМ и УСО; б) Применение супервизорной структуры.

Для повышения быстродействия передают часть функций управления на более низкий уровень: а) Применение супервизорной структуры. б) Переход к распределенной многоуровневой системе управления. Рис.2.

В супервизорной структуре с верхнего уровня на нижний передаются в цифровом виде значения уставок для регулятора и команды для локального контроллера, а с нижнего уровня на верхний параметры объекта, также в цифровом виде.  Непосредственное управление в контуре выполняет локальный контроллер.

 

Рис. 2. Типовая структура централизованной системы управления

 

Диспетчеризация (от английского слова dispatch – быстро выполнять) -  централизация оперативного контроля и управления в энергетических, промышленных предприятиях, объектах УЖХ и газового хозяйства, основанная на применении современных средств передачи и обработки информации. Диспетчеризация обеспечивает согласованную работу отдельных звеньев управляемого объекта в целях повышения технико-экономических показателей, ритмичности работы, лучшего использования производственных мощностей, контроль с целью предупреждения возникновения аварийных ситуаций. Система позволяет вести оперативный учет потребления энергоресурсов и контролировать параметры инженерного оборудования.

Когда оборудование расположено в котельной без постоянного обслуживающего персонала или другом удаленном месте, возникает необходимость удаленного контроля и управления с центрального диспетчерского пункта. Также необходимо ведение записей состояния оборудования, отклонение от нормы его параметров с возможностью дальнейшей архивации и просмотра данных за любой период времени.

Системы управления, позволяющие реализовать функции удаленного контроля и управления, называют системами управления зданием или системами диспетчеризации.

Диспетчеризации подлежат системы:

• электроснабжения и электроосвещения;

• противопожарного оборудования и устройства пожаротушения;

• вентиляции и кондиционирования воздуха;

• отопления и горячего водоснабжения;

• канализационных устройств и дренажа;

• газораспределительных пунктов и станций.

Необходимо отметить, что система диспетчеризации является надстройкой над локальной автоматикой, так как основные задачи управления инженерным оборудованием будут выполняться независимо от функционирования системы диспетчеризации.

Связи между элементами системы могут быть выполнены по самым разным технологиям, с применением различных типов коммуникационных интерфейсов – как проводных, так и беспроводных.

Существенным достоинством систем диспетчеризации является поддержка нескольких интерфейсов (протоколов) связи и в случаях совместного применения с оборудованием других производителей имеется возможность дальнейшего расширения системы без «привязки» к конкретному оборудованию.

Зачастую необходимо, чтобы информация о событиях, требующих внимания и быстрого реагирования обслуживающего персонала, доходила помимо диспетчерского пункта лицам, которые непосредственно обслуживают систему, у которых не всегда под рукою персональный компьютер. В этом случае помимо передачи данных на диспетчерский пункт, информация с помощью SMS может передаваться непосредственно на мобильный телефон.

В полноценную систему диспетчеризации обычно включается сразу сервер диспетчеризации – специально выделенный компьютер, на который устанавливается SCADA система.

SCADA – это аббревиатура  от слов Supervisory Control Data Acguistion (диспетчерское управление и сбор данных).

SCADA представляет собой  программное обеспечение, выполняющее  следующие функции:

• сбор данных о состоянии инженерного оборудования от контроллеров щитов локальной автоматики;

• хранение и отображение информации о функционировании оборудования за весь срок его работы;

• уведомление обслуживающего персонала о требующих внимания событиях с помощью  е-mail, SMS или факс;

• доступ к контролю и управлению оборудованием по локальной сети объекта, через Интернет и т.д.

Сервер диспетчеризации с установленной на нем SCADA системой часто называют «верхний уровень». SCADA система имеет возможность расширяться/сращиваться с другими системами управления.

 

 

1. ЛОКАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 

Локальная система – это совокупность оборудования, которое предназначено для местного (локального) управления, защиты, контроля, мониторинга, сбора и передачи технологических параметров инженерного оборудования. 

Локальные системы являются полностью независимыми системами и могут работать по своему циклу без взаимодействия с системами «верхнего уровня».

Система состоит из следующих компонентов:

• датчики;

• локальный контролер/контроллеры;

• исполнительные устройства.

Датчики предназначены для получения контроллерами необходимой информации о состоянии оборудования. Датчики бывают двух типов: дискретные (релейные), которые могут передавать только информацию вида «Норма», «Отклонение» и аналоговые – которые передают текущее значение параметра, например, значение температуры теплоносителя или давление в газопроводе в данный момент.

Локальный контроллер является универсальным инструментом для обработки и анализа информации с датчиков, и управления, контроля и хранения информации о состоянии оборудования. Применяемые контроллеры могут быть как свободно конфигурируемые, в которых уже прописаны конкретные схемы применения и работы с инженерным оборудованием, так и свободно программируемые, в которых возможно запрограммировать любой алгоритм работы устройства.

Основной задачей исполнительных устройств является управление/изменение параметров работы инженерного оборудования. По своему назначению исполнительные устройства могут быть как регулирующие (например, электрические приводы заслонок или диммера, которые регулируют степень освещенности), так и защитные (клапан-отсекатель на газопроводе, магнитный пускатель двигателя, и т.д.).