45466

Основные этапы построения АСУТП

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

БПАК – блок преобразования аналогового сигнала в код АЦП и фильтрации. На выходе факторная величина код ФВ. БПП – блок подтверждения представительности – анализ полученного кода в рабочий код Z. Общая схема систем На выходе ИК могут находиться сырой код либо обработанное значение.

Русский

2013-11-17

144 KB

0 чел.

Основные этапы построения АСУТП.

  1.  Стадия анализа предметной области.

Выявляется основное назначение и функции, которые будут решать АСУТП.

  1.  Выбор архитектуры системы с учетом промышленных протоколов коммутации и устройств связи с объектом.
  2.  Выбор измерительной и исполнительной аппаратуры (датчики и исполнительные элементы).
  3.  Выбор проектирования основных регуляторов, обеспечивающих функции стабилизации и слежения.
  4.  Проектирование ПО устройств вычисления и разработка алгоритмов для функционирования устройств вычисления.
  5.  Выбор оборудования для АСУ, а также выбор протокола связи с узлом мониторинга и управления.

Ориентировка ан анализ подобных решений и выявления основных особенностей, связанных с передачей данных на узле. Это связано с тем, что на узле вычислений может возникнуть задержка по передаче данных, т.к. функцией узла вычисления является не только передача данных, но и взаимодействие с конечным оборудованием. В связи с этим протокол коммутации и узел мониторинга не должны ухудшать общие характеристики системы по функционированию в режиме РВ.

  1.  Разработка ПО верхнего уровня.

ПО верхнего уровня должно иметь возможность отображения всех измеряемых параметров, а также обеспечения регулирования тех параметров, которые связаны с исполнительными устройствами.

ПО верхнего уровня должно иметь возможность формирования уставов (требуемое желаемое значение параметра, формируемое оператором). Это некое модельное значение, рассчитанное не по функциям, а регулятором.

  1.  Построение комплексной системы АСУТП с учетом всех выявленных характеристик и особенностей.

После построения и реализации систем производиться ее испытание в течение заданного времени с целью выявления рассогласования с моделью и неточностью измерений.

Современные АСУТП могут быть построены с использованием только двух элементов:

 

В этом случае все функции устройства связи с объектом и узла вычисления переносятся на узел управления и мониторинга, реализацией является специального ПО.

При таком подходе в системе можно выделить следующие недостатки:

  1.  Высокая стоимость специального ПО.
  2.  Невозможность параллельного выполнения задач мониторинга и управления.
  3.  Сложность алгоритмов.
  4.  Обеспечение в системе функционирования в режиме реального времени.
  5.  Сложность обработки сигналов.

Программное ПО LabView:

Включает возможность приема аналоговых и цифровых сигналов от объекта с использованием специальных систем измерения, работающих по шине PCI. Позволяет строить модели.

Промышленные объекты управления

Классификация промышленных объектов управления

Промышленные ОУ можно классифицировать по нескольким категориям.

  1.  По характеру протекания технологических процессов
    1.  циклические
    2.  непрерывно-циклические
    3.  непрерывные

Локальные системы наиболее широко применяются для управления объектами второго и третьего типов. 

  1.  По характеру установившегося значения выходной величины объекта при действии на его вход ступенчатого сигнала
    1.   объекты с самовыравниванием
    2.   без самовыравнивания.

Фактически это обеспечение самоконтроля.

  1.  По количеству входных и выходных величин и их взаимосвязи
    1.  одномерные (один вход и один выход)
    2.  многомерные
      1.  многосвязными - когда наблюдается взаимное влияние каналов регулирования друг на друга
      2.  несвязные - взаимосвязь между каналами мала.
  2.  По виду статических характеристик

Статические характеристики объекта управления устанавливают связь между установившимися значениями входа и выхода объекта.

  1.  линейные
    1.  нелинейные.

В нелинейных статическая характеристика может быть гладкой, линеаризуемой в окрестности заданной точки, либо носить существенно нелинейный характер.

При наличии в объекте нескольких нелинейностей, графическим методом определяется его суммарная нелинейная характеристика.

Большинство систем регулирования относиться к классу систем автоматической стабилизации режима работы объекта относительно его рабочей точки (относительно номинального режима работы). В этом случае в процессе работы отклонения переменных, относительно рабочей точки будут малы, что позволяет использовать линейные модели объекта управления. При построении этой линейной модели для обеспечения динамики функционирования объекта вводиться элемент, который называется коэффициент усиления. Он необходим для возможности смены рабочей точки.

Для системы автоматической стабилизации не обязательно определение полной статической характеристики объекта. Достаточно вычислить:

  •  динамический коэффициент усиления в окрестности рабочей точки
  •  постоянное время.

Процесс регуляции.

Выделяются участки (I, II,III), для которых производиться построение характеристик, близких к линейной. Постоянная времени покажет смещение в процессе функционирования.

Переход между графиками в случае заданного значения.

Тип используемой характеристики определяется следующим образом: если параметр P1 возрастает, то переход производиться.

Коэффициенты усиления и постоянной времени определяются регуляторами. Переходные области тоже управляются регуляторами и организуются селекторами.

Селектор в зависимости от параметра производиться выбор траектории изменения параметра.

Сложные АСУТП могут иметь управление параметрами по разложенным первичным данным, т.е. первая область управления по параметру P1, вторая по P`1, третья по P``1.

В этом случае селекция нужна не только по выходным, но и по входным параметрам.

Данный вид управления используется в том случае, если объект функционирует в режимах с сохранением выдачи основных параметров ОУ.

Измерительный канал АСУТП.

АСУТП является информационной системой, содержащей в качестве измерительной подсистемы измерительные каналы.

Измерительные каналы – это распределенное средство измерения, рассматриваемое как единая неразрывная структура для получения, обработки и представления информации о значении физической величины на основании входного сигнала модели объекта, несущего измерительную информацию.

Фактически ИК – это совокупность датчика и ИК. При этом одни датчик может иметь несколько ИК и один ИК может иметь несколько датчиков.

Особенностью ИК является то, что в состав измерительной цепи включается программируемая вычислительная мощность.

Любой ИК должен соответствовать методам измерений, а методы измерений регламентируются ГОСТ Р8.563-96.

Кроме этого информационный канал должен пройти сертификационные испытания для его применения. Испытания проводятся для выявления погрешности и точности вычисления.

Решение вопросов по анализу измерительных каналов выполняется в рамках метрологического обеспечения АСУТП.

Сертификация измерительных каналов.

После построения ИК для проведения сертификации производится их установка в единую действующую систему. Далее разрабатывается методика проверки правильности измерений и наличия погрешности.

Этапы измерения делятся на следующие группы:

  1.  На вход канала подается последовательно эталонный сигнал, 20%б 60%б 90% эталонного сигнала.

Эталонный сигнал – сигнал без помех.

По результатам подачи сигнала оцениваются следующие свойства:

  1.  Вариация или разброс показаний – значение на выходе за заданный промежуток времени.
    1.  Основная погрешность электрического тракта ИК, т.е. на сколько сам элементарный канал вносит изменения на процесс измерения.
    2.  Приведенная погрешность элементарного тракта.
    3.  Среднеквадратичное отклонение погрешности элементарного тракта.
    4.  Среднеквадратичное отклонение погрешности датчика.
    5.  Среднеквадратичное отклонение погрешности измерительного канала.
    6.  Приведенная инструментальная погрешность ИК.
    7.  Предельно допустимая инструментальная погрешность ИК.
  2.  После подачи эталонного сигнала ИК оценивается в рабочих условиях.

В рабочих условиях производится проверка погрешности измерений в соответствии с программой сбора и обработки информации. На основании этих измерений производится оценка качества измерений.

  1.  Совместное испытание нескольких ИК в рабочих условиях.

После проведения этих испытаний производится оценка результатов испытаний и отбраковка каналов, несоответствующих заданным требованиям.

Обобщенная схема измерительного канала на примере датчика температуры.

R3 – резистор.

Эт – эталонное сопротивление (необходимо для оценки сопротивления).

Тх – измеряемая температура.

Rt – термопреобразователь сопротивления.

БП – блок питания.

МП – мультиплексор -  сравнивает с эталонным значением полученное значение.

хвхода – аналоговый сигнал (полученный).

БПАК – блок преобразования аналогового сигнала в код АЦП и фильтрации.

БПК – блок подтверждения канала. На выходе факторная величина код ФВ. Эта величина, которая содержится в цифровом виде.

БПП – блок подтверждения представительности – анализ полученного кода в рабочий код Z.

ПТК АСУТП – информационная база программно-технического комплекса АСУТП – устройство отображения.

АРММ – автоматизированное рабочее место метролога – отображает физические величины.

СК – система контроля.

мет – методическая погрешность, возникающая на объекте.

л – погрешность линии связи.

инстр – инструментальная погрешность.

алг – алгоритмическая погрешность.

измерения – суммарная погрешность.

измерения = мет + л + инстр + алг + вв

вв – погрешность внешних воздействий.

Для уменьшения погрешности измерительного канала необходимо уменьшить погрешности ее составляющие.

От качества ИК зависит качество регулирования в АС, качество полученных результатов.

Виды измерительных каналов.

Могут классифицироваться

По измеряемому параметру:

  1.  измерение давления
    1.  измерение частоты
    2.  измерение температуры
    3.  измерение сдвига
    4.  Измерение потока
  2.  По виду подключения:
    1.  с одного датчика
    2.  с нескольких датчиков
    3.  с параллельно включенным измерением – дублирующие связи

Для повышения надежности АСУТП на ОУ может быть установлено дополнительно от 1 до 3 ИК.

Достоверность ИК определяется путем различного контроля:

допускового

перекрестного

теплового

функционального

В конечном виде ИК объединяются в общий модуль ПТК.

К любому ИК имеется собственный алгоритм обработки входного значения.

Общая схема систем

На выходе ИК могут находиться «сырой код» либо обработанное значение.

«Сырой код» - это значение, представляющее физическую величину в условных единицах, т.е. это оцифрованное аналоговое значение без учета плавающей части и масштаба параметров.

Обработанное значение – это значение, полученное по результатам расчета и представленное в еденицах напряжения.

Расчет обработанных значений ИК.

Алгоритм расчета измерений.

Замеряются эталонные значения. Для выдачи эталонного значения формируется отдельный ИК.

Получение «сырого кода» при заданной нагрузки. После получения эталонного и фактического значений производится расчет фактического параметра. Эталонное значение необходимо для корректировки фактического.

Значение ИК – фактическое значение с учетом эталонного.

Выдаваемые значения – это измеренное эталонное значение.

NRT=NRTIi –(+) (NRTE – NRTE0)/2

(NRTENRTE0)/2 – погрешность измерения, связанная с внешними измерительными факторами.

NRTE полученное значение с эталонного канала.

NRTE0 – расчетное значение эталона, полученное при испытаниях.

NRTIi – измеренное значение ИК.

Данная формула применяется для любых каналов за исключением частотных.

Основной задачей частотного ИК является подсчет количества импульсов, выдаваемых шаговым двигателем. В основу этого канала включены зубья. Точность частотного ИК зависит от количества зубьев, включенных в информационный ИК. Для каждого ЧИК определяется собственные формулы расчеты, где учитывается количество зубьев.

ИК является основным элементом, который формирует информацию об окружающем мире для АСУТП. От точности и надежности ИК зависит точность и надежность АСУТП.

Структурные схемы устройства связи с объектом для приема аналоговых сигналов

Операционные модули УСО можно разделить на шесть групп:

  1.  Преобразователь аналог-код и код-аналог.
  2.  Устройство обмена цифровой информации.
  3.  Дешифраторы адресов и коммутаторы линии связи.
  4.  Буферные запоминающие устройства с функциями счета и без.
  5.  Устройство локального управления и обмена информацией.
  6.  Устройство коммутации и преобразования аналоговых сигналов.

К устройствам первой группы относятся следующие типы преобразователей:

  1.  –напряжение-код

– ток-код

  1.  –код-напряжение

–код-ток

  1.  –перемещение-код

– код-перемещение

  1.  –пневматический сигнал-код

– код-пневматический сигнал

  1.  –частота-код

– код-частота

Устройство сопряжения с объектом (УСО), не является принадлежностью микроконтроллера (МК), но его конкретная техническая реализация определяет, какими видами сигналов МК может обмениваться с ОУ. Конструкция ОУ и цель управления им накладывают определенные требования на конструкцию УСО. Поэтому конструкции УСО не поддаются унификации и в каждом конкретном случае возможно то или иное техническое решение.

На рис. изображена структура УСО применительно к гипотетическому объекту управления, который характеризуется различными сигналами на выходе и входе.

УСО обеспечивает связь объекта управления с шиной данных МК с использованием интерфейсных схем интерфейс ввода (Ин.вв). Технологические параметры объекта (температура, давление, перемещение, влажность и пр.) в первичных преобразователях (ПП) - термопарах, термометрах сопротивления, индуктивных датчиках - преобразуются в электрические сигналы (постоянное напряжение или частоту). Пройдя через блок нормирующих преобразователей БНП, обеспечивающий стандартный уровень сигнала (обычно 0-И О В), контролируемые параметры поступают на мультиплексор (МС), который коммутирует один из входных сигналов на единственный выход. Коммутация обеспечивается подачей цифрового кода через интерфейс вывода (Ин.Выв.) посредством программы. Скоммутированный канал подается на схему выборки и хранения (УВХ) и далее на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), на выходе которого формируется цифровой код, пропорциональный величине контролируемого параметра. Затем цифровой код может быть считан в МП через интерфейс ввода (Ин.Вв.) и шину данных системы. Считанный цифровой код подвергается дальнейшей цифровой обработке в МП по определенному алгоритму. Если необходима индикация результата измерений, то через Ин.Выв результирующая информация может быть подана на цифровой индикатор. Если по результатам измерения необходимо воздействовать на объект, то Ин.Выв может быть использован для передачи через схему управления (Сх.У) и исполнительное устройство (ИУ)управляющего воздействия на объект. Конструкция схемы управления существенно зависит от типа исполнительного устройства. Если исполнительное устройство представляет собой, например, бесконтактное релейное устройство, обеспечивающее полное включение или выключение управляющего воздействия, то для управления на его вход достаточно подать сигнал, принимающий только два состояния: низкого или высокого уровня. Схема управления в этом случае должна выполнять функции усилителя мощности, работающего в ключевом режиме. Если же управляющее воздействие должно изменяться непрерывно, то схема управления должна преобразовать цифровой код, подступающий на ее вход из шины данных МК через интерфейс вывода, в непрерывный аналоговый сигнал необходимой мощности. Такие схемы управления обычно строятся на базе цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

В случае, когда контролируемый параметр преобразуется в частоту, процедура его ввода в МП значительно упрощается и после формирования в блоке формирования сигнала (БФС) и коммутирования в МС сводится к подаче на вход таймера. Все остальные преобразования, связанные с расчетом величины контролируемого параметра, обеспечиваются за счет управляющей программы. В этом случае таймер может быть использован и для формирования в «Сх.У» управляющего воздействия, например, за счет управления углом открывания тиристора.

Следует заметить, что такие звенья УСО, как мультиплексор, схема выборки и хранения, АЦП и Сх.У, нуждаются в управляющих воздействиях всякий раз, когда требуется обращение к ним. Управление этими устройствами осуществляется программно-цифровым кодом, поступающим из ШД системы через интерфейс вывода. Более подробно с техническими устройствами, входящими в состав УСО, можно познакомиться в следующей главе.


I

II

III

P2

P1

III

II

I

P2

1

III

II

I

P2

P1

III

II

I

P2

P1

P1

P`1

P``1

Y

Z

Z

Z

Z

АРММ

Y

БПАК

БПК

Код АЦП

x входа

МП

Код СРВ

СК

БП

R3

эт

Устройство отображения интерфейса (мониторинг)

Rt

Δ мет

ПТК АСУТП

Δ л

ИК

объект

АРММ

ПТК АСУТП

БПП

Δ инстр

Δ алг

Объект

Узел управления и мониторинга

Y


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63116. Материки Землі 31.01 KB
  Обладнання: тести; прапорці; реферати про материки; фізична карта півкуль; мікрофон; презентація Материки Землі. Як ви гадаєте що таке материки Скільки їх на планеті Як вони називаються Чому їм дали таку назву...
63117. Екологічна гра «Дивосвіт природи» 7.33 MB
  В умовах сьогодення потрібно формувати в учнів цілісність свідомості, структури мислення, що обумовлюють здатність до сприйняття сучасних наукових ідей та підходів до пояснення дійсності, формування системи знань про природу, вмінь і навичок природодослідника.
63118. ПОЕТИЧНІ РЯДКИ НА УРОКАХ ГЕОГРАФІЇ 27.4 KB
  Важливе місце в системі навчально-виховного процесу відіграють засоби художнього слова. Вони сприяють формуванню уяви, баченню географічних обєктів та процесів у специфічних художніх фарбах...