Управление процессами. Автоматические и автоматизированные системы управления

Управляющая функция АСУТП включает получение информации о состоянии ТОУ, её оценку, выбор управляющих воздействий и их реализацию.

Возможны 7 степеней развитости управления функций АСУТП:

1. Одноконтурное автоматическое регулирование или автоматическое одноактное логическое управление (переключения, блокировка и т. д.).
2. Каскадное и программное автоматическое регулирование или автоматическое программное управление по «жёсткому» циклу.
3. Многосвязное автоматическое регулирование или автоматическое программное управление по циклу с разветвлениями.
4. Оптимальное управление Установившимися режимами (в статике).
5. Оптимальное управление переходными процессами или процессом в целом (оптимизация в динамике).
6. Оптимальное управление быстропротекающими переходными процессами в аварийных условиях.
7. Оптимальное управление с адаптацией (самообучением и изменением алгоритмов и параметров системы).

Выбор степеней информационных и управляющих  функций – сложный и дискуссионный  процесс анализа исходных материалов для создания АСУТП.

Требования к информационным и  управляющим функциям АСУТП следует  определить на предпроектных стадиях  создания АСУТП и конкретно зафиксировать  в исходных материалах, согласованных  заказчиком и исполнителем, и служащих основой для подготовки контракта  выполнения работ по созданию АСУТП.

Теперь перейдём к составным частям обеспечения АСУТП.

Функциональные АСУТП достигаются  путём взаимодействия составных  частей АСУТП:

1. Технического обеспечения (ТО).
2. Информационного обеспечения (ИО).
3. Математическое обеспечение (МО).
4. Программного обеспечения (ПО).
5. Организационного обеспечения (ОО).
6. Оперативного персонала.

ТО АСУТП – совокупность технических средств системы (технических средств автоматизации, средств управляющей вычислительной техники, сетей передачи данных) и эксплуатационной документации, способных обеспечить функциональные системы в полном объёме.

ИО АСУТП – набор документов и данных, содержащих:

1. Перечень и характеристики переменных, которые отражают фактическое состояние ТОУ и АСУТП.
2. Описание правил классификации и кодирования информации и её групп.
3. Описание массивов входной и выходной информации.
4. Формы документов, видеокадров, которые используются в системе.
5. Нормативно-справочные сведения, которые используются в системе.

МО – совокупность методов, моделей и алгоритмов, которые используются в системе.

МО реализуется в виде программ специального программного обеспечения (СПО).

ПО АСУТП – совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимых для реализации АСУТП при использовании технологического обеспечения системы.

Программное обеспечение АСУТП  подразделяется на общее или базовое  программное обеспечение (ОПО) и  специальное программное обеспечение (СПО).

ОПО АСУТП – часть программного обеспечения, которая:

1. Поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники.
2. Приобретается на рынке программных продуктов.

В состав ОПО входят программы, используемые при разработке СПО, компоновке программ, организации функционирования средств  вычислительной техники, для служебных  целей.

СПО АСУТП – часть программного обеспечения, которая разрабатывается специально при создании данной системы для реализации основных и вспомогательных функций АСУТП. СПО разрабатывается с использованием программ ОПО и на базе ОПО.

ОО АСУТП – описание структур АСУТП, инструкции оперативному персоналу, на основании которых персонал обязан функционировать в составе АТК.

При создании АСУТП разрабатываются  другие части обеспечения, которые  в явном виде не входят в состав системы:

1. Лингвистическое обеспечение.
2. Метрологическое обеспечение.
3. Эргономическое обеспечение.
4. Правовое обеспечение.

Лингвистическое обеспечение АСУТП – совокупность языковых средств для общения оперативного персонала со средствами управляющей вычислительной техники системы.

Языковые средства используются в  эксплуатационной документации ОО, ТО и ПО.

Метрологическое обеспечение  АСУТП – совокупность проектных решений, алгоритмов, технических и программных средств, направленная на обеспечение требований точных характеристик функций системы.

Перечень требований по метрологическому обеспечению системы должен быть согласован заказчиком и исполнителем.

Пред проведением приёмочных испытаний  и сдачей системы в эксплуатацию должна проводиться метрологическая  аттестация измерительных каналов  и подсистем с привлечением органов  ГОССТАНДАРТА.

Эргономическое обеспечение  АСУТП – совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование психологических, психофизиологических, физиологических характеристик и возможностей человека-оператора, технических характеристик комплекса автоматизации и управляющей вычислительной техники, параметров рабочей среды на рабочем месте.

Правовое обеспечение  АСУТП – совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании АСУТП, и юридический статус результатов её функционирования.

Оперативный персонал АСУТП – совокупный контингент специалистов, который обеспечивает нормальное функционирование всего АТК и состоит из:

1. Технологов-операторов АТК, в функции которых входит: контроль за состоянием и работой, управление технологическим объектом управления ТОУ с использованием информации и «советов» (рекомендаций) со стороны средств вычислительной техники по рациональному управлению объектом.
2. Эксплуатационного персонала АСУТП, обеспечивающего нормальное регламентное функционирование комплекса технических и программных средств АСУТП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Пример АСУ

В качестве примера возьмем АСУ электроснабжения железных дорог.

Хозяйство электроснабжения железных дорог можно рассматривать как  совокупность различных технологических  процессов, объединённых решением задачи бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией соответствующего качества. При этом должно быть экономичное  расходование электроэнергии и уменьшение потерь, возникающих в процессе передачи и преобразования.

Основной целью создания автоматизированной системы управления электроснабжения (АСУЭ) является совершенствование  управления устройствами электроснабжения оптимальных режимов в системе  тягового электроснабжения. Народу с  задачами оптимального управления технологическими процессами в АСУЭ решается также  задачи, связанные со сбором, обработкой информации, планированием и прогнозированием технологического прочеса и состояния  оборудования.

Как любая сложная система АСУЭ имеет иерархическую структуру, состоящую из отдельных подсистем (рис. 1 - 4), имеющих самостоятельные цели управления и общую для всей автоматизированной системы цель. Эти подсистемы находятся на разных уровнях иерархии, взаимодействуют между собой и имеют внешние связи с питающими районными энергосистемами и другими подсистемами АСУЖТ.

Подсистема является частью автоматизированной системы, выделенной по определенному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам управления. В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как самостоятельная система.

Определение структуры системы управления является одной из важнейших задач, возникающих при разработке системы в каждом конкретном случае. Правильно составленная структура АСУЭ позволяет, во-первых, наиболее точно определить требуемый объем, содержание и потоки информации, во-вторых, обеспечить последовательное решение очередных задач на базе предыдущих, в-третьих, исключить необходимость переделок в процессе развития АСУЭ.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - 4. Структурная схема АСУЭ дистанции электроснабжения

На рис. 1 - 4 представлена структурная схема АСУЭ, построенная по функциональному признаку. Система осуществляет управление всем комплексом электроснабжения железнодорожного транспорта. Управление в пределах дистанции электроснабжения включает три уровня: первый уровень пределах дистанции электроснабжения включает три уровня, во-первых, уровень управления реализует ручное и автоматическое децентрализованное управление оборудованием и режимами, во-вторых, уровень управления предусматривает местное оперативное (дистанционное) и автоматическое централизованное управление оборудованием тяговых подстанций, постов секционирования и т.д., в-третьих, уровень управления реализуется автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ) и на нем осуществляется оперативно-диспетчерское централизованное управление тяговыми подстанциями, постами секционирования и другими пунктами, элементами и режимами.

От вышестоящих энергодиспетчерских  пунктов четвертого и пятого уровней  управления, соответственно службы электроснабжения дороги и Департамента электрификации и электроснабжения МПС (ЦЭ МПС), на энергодиспетчерский пункт дистанции электроснабжения поступает нормативная и оперативно-управляющая информация, координирующая режимы работы дистанций электроснабжения в пределах железной дороги. Энергодиспетчерский пункт службы электроснабжения дороги учитывает основные показатели работы дистанций электроснабжения, который выполняет все виды планирования в масштабах дороги, обменивается информацией с энергодиспетчерскими пунктами ЦЭ МПС и районных энергосистем.

Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимую диспетчерскому персоналу для непрерывного централизованного контроля и управления.

Задачи оперативного управления, решаемые АСДУ, определяются режимом работы системы электроснабжения.

В нормальном режиме происходит регулирование  режима электроснабжения, во-первых, его корректировка при отклонениях для выполнения требований по качеству электроэнергии и надежности ее подачи, во-вторых, отключение оборудования для ремонта и резервирования и ввод его в работу из ремонта и резерва, в-третьих, сбор, обработка и документирование информации о работе дистанции электроснабжения.

В аварийном режиме срабатывают  автоматические устройства первого  уровня (релейная защита). В этом случае оперативно-диспетчерский персонал производит необходимые отключения устройств электроснабжения в случае их отказа. Однако из-за низкого быстродействия качество управления ухудшается.

В послеаварийном режиме решаются задачи восстановления нормальной схемы электроснабжения потребителей, заданного качества электроэнергии, ввод в работу отключившегося неповрежденного оборудования, принятия мер по устранению причин аварии и ремонту поврежденного оборудования.

Таким образом, решение задач оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) предусматривает максимальное использование опыта и знаний энергодиспетчера. В зависимости от сложившейся ситуации он может располагать различным временем для принятия решений, которые вырабатывает практически единолично. В аварийных ситуациях объем информации резко возрастает, между тем, время для принятия решения снижается до нескольких минут или секунд. Для обработки всей этой информации используются электронно-вычислительные машины (ЭВМ), ускоряющие принятие энергодиспетчером правильных решений по управлению.

Поэтому, ЭВМ являются технической основой АСУЭ наряду с местными системами автоматики и устройствами телемеханики, состоящими из аппаратуры телеуправления, телесигнализации и телеизмерения. Они выполняют расчетные и информационные функции, собирают и обрабатывают информацию, выдают соответствующие рекомендации, осуществляют технико-экономические и планово-производственные расчеты.

Наконец, подсистема третьего уровня осуществляет оперативно-диспетчерское централизованное управление пунктами, объектами и режимами электроснабжения, обменом информацией с энергодиспетчерскими пунктами энергосистем и службой управления дороги, работой поездного диспетчера отделения дороги. Подсистемы учета, планирования и прогнозирования оптимального управления могут размещаться на энергодиспетчерском пункте дистанции электроснабжения или же являться общими для дистанций в пределах железной дороги и размещаться на центральном энергодиспетчерском пункте службы электроснабжения (ЦДПЭ).