Этапы развития средств автоматизации

Классификация технических средств автоматизации

Исполнения технических средств автоматизации по степени защите от внешних воздействий

Требования к техническому обеспечению АСУ

Типовые технические средства автоматизации АСУ ТП

Повышение эффективности функционирования промышленных и непромышленных предприятий неразрывно связано с внедрением во все сферы хозяйствования достижений научно-технического прогресса, одним из важнейших элементов которого является автоматизация технологических процессов и производств. Создание высокоэффективных систем автоматизации отдельных установок и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) крупных предприятий стало возможным в результате успехов достигнутых в области создания технических и программных средств автоматизации. Программно-технические средства автоматизации служат основой построения АСУ ТП любой сложности.

Назначение АСУ ТП – обеспечение эффективного функционирования технологического объекта путем автоматизированного выполнения функций управления.

Степень автоматизации функций управления определяется производственной необходимостью, возможностями формализации процесса управления и должна быть экономически обоснована.

Экономическую эффективность от внедрения средств автоматизации на предприятии часто трудно или невозможно рассчитать аналитически, поэтому расчет эффективности внедрения производится довольно редко, обычно опираются на опыт использования подобных систем другими не обязательно родственными предприятиями.

Поэтому на практике в качестве основного способа установления эффективности работы АСУ закрепился метод, основанный на изучении опыта эксплуатации технических средств автоматизации на ведущих предприятиях различных отраслей промышленности.

Необходимый состав элементов АСУ ТП выбирается в зависимости от требований конкретного производства.

Автоматизированная система управления должна обеспечивать:

1. улучшение характеристик объекта управления;

2. совершенствование процессов обработки технологических данных;

3. совершенствование организации выполнения функций управления.

АСУ ТП в необходимых объемах должна, автоматизировано выполнять следующие действия

1. сбор, обработку и анализ информации о состоянии объекта управления;

2. выработку управляющих воздействий;

3. передачу управляющих воздействий на исполнение;

4. реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;

5. обмен информацией с взаимосвязанными автоматизированными системами.

В состав АСУ ТП входят следующие виды обеспечений:

- информационное;

- программное;

- техническое;

- организационное;

- метрологическое;

- правовое;

- лингвистическое.

Дополнительно в АСУ должны быть предусмотрены меры защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию, от случайного изменения и разрушения информации и программ, а также от несанкционированного вмешательства.

Комплекс технических средств АСУ должен быть достаточным для выполнения всех автоматизированных функций АСУ.

В комплексе технических средств АСУ должны в основном использоваться технические средства серийного производства.

В АСУ должны быть использованы средства вычислительной техники, удовлетворяющие общим техническим требованиям по ГОСТ 21552-84.

В АСУ должны быть использованы технические средства соответствующие

1) по устойчивости к внешним воздействующим факторам:

a) ГОСТ 12997-84 – для промышленных приборов и средств автоматизации ГСП;

b) ГОСТ 14254-96 – для оболочек изделий электротехники;

c) ГОСТ 17516-90 – для изделий электротехники в части воздействия механических факторов внешней среды;

d) ГОСТ 21552-84 – для средств вычислительной техники.

2) по параметрам питания:

a) ГОСТ 12997-84 – для промышленных приборов и средств автоматизации ГСП;

b) ГОСТ 21552-84 для средств вычислительной техники.

3) по категории исполнения:

a) ГОСТ 12997-84 – для промышленных приборов и средств автоматизации ГСП;

b) ГОСТ 21552-84 – для средств вычислительной техники.

Защита технических средств АСУ от воздействия внешних электрических и магнитных полей, а также помех по цепям питания должна быть достаточной для эффективного выполнения техническими средствами своего назначения.

В АСУ в соответствии с требованиями, предусмотренными «Общесоюзными нормами допускаемых индустриальных помех» 1-72 – 9-72 и ГОСТ 23450-79, должны быть предусмотрены меры по защите внешней среды от индустриальных радиопомех, излучаемых техническими средствами АСУ при работе.

Размещение технических средств, используемых персоналом АСУ при выполнении автоматизированных функций, должно соответствовать требованиям эргономики:

- ГОСТ 12.049-80 для производственного оборудования;

- ГОСТ 21829-76 для средств отображения визуальной информации;

- ГОСТ 21837-76 для табло коллективного пользования из цифровых знакосинтезирующих электролюминесцентных индикаторов.

Технические средства, используемые при взаимодействии АСУ с другими системами, должны быть совместимы по интерфейсам с соответствующими техническими средствами этих систем и используемых систем связи.

Любое из технических средств АСУ должно допускать замену его средством аналогичного функционального назначения без каких-либо конструктивных изменений или регулировки в остальных технических средствах АСУ.

Технические средства АСУ допускается использовать только в условиях, определенных в эксплуатационной документации на них. В случаях, когда необходимо их использование в среде, параметры которой превышают допустимые значения, установленные для этих технических средств, должны быть предусмотрены меры защиты отдельных технических средств АСУ от влияния внешних воздействующих факторов.

Срок службы технических средств АСУ должен составлять не менее десяти лет. Применение технических средств с меньшим сроком службы допускается только в обоснованных случаях.

Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями и исключения попадания в средства автоматизации инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки. Согласно ГОСТ 14254-96 защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Обозначение степени защиты приведено в таблице 1.1. Первая цифра обозначает степень защиты от твердых тел и пыли, вторая характеризует защиту от попадания внутрь изделия жидкостей (защита от влаги).

Таблица 1.1. Обозначение степени защиты от окружающей среды

Ниже приводятся защитные свойства некоторых исполнений по ГОСТ 14254-96.

IP00. Открытое исполнение. Защита персонала от соприкосновения с токоведущими или подвижными частями отсутствует. Инородные тела могут попадать внутрь аппарата.

IP20. Защищенное исполнение. Оболочка таких аппаратов предохраняет от случайного прикосновения к токоведущим или подвижным частям или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов. Оболочка должна препятствовать соприкосновению с деталями аппарата металлического щупа (диаметр 12, длина 80 мм), шарик диаметром 12 мм не должен проникать внутрь аппарата.

IP22. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от вредного воздействия капель жидкости, падающих на стенку оболочки, наклоненную к вертикали под углом в пределах 15°.

IP23. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от дождя, падающего под углом 60° к вертикали.

IP40. Оболочка защищает аппарат от попадания внутрь него мелких предметов диаметром более 1 мм.

IP42. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия капель жидкости (так же как IP22).

IP44. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия брызг жидкости, падающих под любым углом.

IP50. Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь небольшого количества пыли, которое не нарушает нормальной работы аппарата).

IР60. Пылезащищенное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли.

IP65. Пылеводозащищенное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка защищает от воздействия струи воды, направленной под любым углом к ее поверхности.

IP66. Пылеводонепроницаемое исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную защиту от попадания воды внутрь аппарата при воздействии струи под любым углом к поверхности (морское исполнение).

IP67. Герметичное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата.

По функциональному признаку типовые средства автоматизации подразделяются на следующие виды:

- технические (аппаратные) средства автоматизации;

- программно-технические средства автоматизации;

- общесистемные средства автоматизации.

Технические средства автоматизации (ТСА)

1. первичные измерительные преобразователи (датчики);

2. вторичные приборы (показывающие и регистрирующие);

3. исполнительные механизмы;

4. линии связи;

5. устройства одноконтурного аналогового и цифрового регулирования;

6. программно-задающие блоки;

7. устройства логико-командного управления;

8. модули сбора и первичной обработки данных и контроля состояния ТОУ;

9. модули гальванической развязки и нормализации сигналов;

10. преобразователи сигналов из одной формы в другую;

11. модули представления данных, индикации, регистрации, выработки и выдачи управляющих воздействий;

12. буферные запоминающие устройства;

13. программируемые таймеры;

14. специализированные вычислительные устройства, например для извлечения квадратного корня, логарифмирования.

Программно-технические средства автоматизации

1. аналого-цифровые преобразователи, управляемые ЭВМ;

2. блоки многоконтурного аналогового и аналого-цифрового регулирования;

3. устройства многосвязного программно-логического управления;

4. блоки многоканального сбора, обработки данных и контроля состояния ТОУ;

5. программируемые микроконтроллеры;

6. локальные вычислительные сети.

Общесистемные средства автоматизации

1. устройства сопряжения или адаптеры связи, контроллеры связи, блоки общей памяти;

2. магистрали (шины);

3. устройства общесистемной диагностики;

4. процессоры прямого доступа для накопления информации, пульты оператора.

Выделяют три этапа развития средств автоматизации.

1. Первый этап – частичная комплексная автоматизация и механизация управления технологическим процессом. Первый этап характеризуется развитием мелких промышленных предприятий и избытком дешевой рабочей силы. Человек осуществляет наблюдение за ходом технологического процесса и реализует управляющие воздействия, что постепенно привело к появлению дистанционного управления. Кроме того, на первом этапе создавались простейшие автоматические регуляторы, в опасных для человека установках, например, регуляторы в паровых машинах. Особенностью автоматических регуляторов, создаваемых на первом этапе, является совмещение всех устройств автоматизации в единую конструкцию.

2. Второй этап – полная комплексная автоматизация и механизация технологического процесса. Второй этап характеризуется бурным развитием электротехники и электроники, производством электрических машин и применением электрических приводов. Это, в свою очередь, способствовало развитию электрических технических средств автоматизации, на базе которых создавались и создаются наиболее совершенные системы. Появляется отдельная отрасль промышленности, выпускающая технические средства автоматизации. Технические средства автоматизации изготавливаются в виде автономных устройств. Из автономных устройств путем монтажа и создания каналов связи, получают систему автоматизации с требуемыми свойствами и техническими характеристиками. Использование в виде устройств ТСА автономных изделий потребовало осуществить унификацию выпускаемых технических средств автоматизации. Это позволило минимизировать количество типов каждого устройства, но, в то же время, обеспечить многообразие систем, создаваемых на основе этих устройств. Появилась возможность стандартизации выпускаемых устройств (по техническим характеристикам, габаритным размерам), что способствовало повышению эффективности их применения, повысило удобство обслуживания и надежность работы.

3. Третий этап – внедрение АСУ ТП, построенных на базе электронно-вычислительных машин (ЭВМ). На этом этапе сложные задачи управления производством решаются с помощью электронно-вычислительных машин и устройств сопряжения ЭВМ с объектом управления (УСО). На третьем этапе развития ТСА стало возможным использование многоуровневого управления производством. Каждому уровню управления соответствуют свои ТСА. На первом (нижнем) уровне управления используются средства, реализующие простейшие одноконтурные системы автоматического регулирования, каждая из них обеспечивает автоматическую стабилизацию одного технологического параметра. Каждый модуль первого уровня автоматической системы регулирования реализует жесткий алгоритм управления, определяемый структурой регулятора. Второй уровень управления реализован на ЭВМ, подключаемой к объекту управления через соответствующие устройства сопряжения. На основе информации, поступающей от датчиков технологических параметров, ЭВМ определяет оптимальные настройки для регуляторов, применяемых на первом уровне.