Основные функции и структура АСУТП

Основным назначением АСУТП является оптимизация технологических процессов в соответствии с заданным критерием эффективности. При этом предполагается, что автоматизация с помощью АСУТП приведет к повышению эффективности производства в заданном отношении. В противном случае АСУТП просто не применяется. Строго сформулированную зависимость между параметрами технологического процесса (техпроцесса) и критерием его оптимальности называют целевой функцией. Обычно полагают, что оптимальный режим достигнут, если выбранному сочетанию параметров управляемого техпроцесса соответствует минимум (а иногда максимум) целевой функции. Если из-за технологических ограничений заданный экстремум целевой функции не может быть достигнут, то оптимальный режим имеет место при некоторых граничных значениях контролируемых параметров. Во всяком случае, оптимизация техпроцесса с помощью АСУТП сводится к поддержанию оптимального соотношения его параметров. Если это соотношение стабильно и может быть рассчитано или подобрано заранее, то достаточно, чтобы АСУТП стабилизировала значение контролируемых параметров на заданном оптимальном уровне. Обычно к тому же необходимо изменять значения заданных параметров по заранее составленной программе ведения техпроцесса. В наиболее сложных случаях оптимальный ход техпроцесса не может быть определен и задан заранее и тогда поиск оптимального режима работы производится автоматически, самой АСУТП, в течении всего времени техпроцесса. Методика поиска зависит от вида заданной целевой функции и ограничений, накладываемых на значения контролируемых параметров.

В зависимости от имеющихся возможностей достижения оптимального режима, в АСУТП применяются следующие приемы управления технологическими процессами:

· Стабилизация заданных значений параметров техпроцесса при различных возмущениях. Примером такой стабилизации может служить стабилизация линейной скорости шлифования при уменьшении диаметра шлифовального круга.

· Изменение параметров техпроцесса по заранее подготовленной на специальном программоносителе программе, включая управление технологическим циклом. Такие АСУТП относятся к классу систем программного управления (СПУ). Реализация программного управления, наряду со стабилизацией контролируемых параметров, присуща всем АСУТП, особенно в станках с ЧПУ, лифтовых подъемниках, роботах-манипуляторах и др.

· Автоматическая оптимизация техпроцесса во время выполнения заданной производственной программы и в соответствии с заданным критерием эффективности (целевой функцией). Типичными процессами, нуждающимися в автоматической оптимизации, являются раскрой материалов из заготовок со значительным разбросом габаритов и составление оптимальных смесей из исходных веществ со значительным разбросом по составу.

Управляющие устройства АСУТП строятся на базе средств микропроцессорной вычислительной техники и являются по существу управляющими вычислительными машинами (УВМ).

Технологические объекты, управляемые АСУТП, - это совокупность сложных электромеханических систем, таких как станки с ЧПУ, робототехнические комплексы, прокатные станы, трубопроводные системы и прочее. Отдельные единицы оборудования, входящие в состав технологического объекта, управляемого АСУТП, имеют автономные системы управления, позволяющие как встраивать данное оборудование в технологический комплекс, так и использовать его автономно. По указанной причине управление в АСУТП организуется по иерархическому принципу. Иерархическое управление является одной из разновидностей централизованного управления. При управлении по иерархическому принципу система управления делится на отдельные уровни, или ранги. Общее управление осуществляется центральной УВМ (ЦУВМ), которая считается УВМ высшего (первого) ранга. Однако ЦУВМ при иерархическом управлении управляет технологическим объектом не непосредственно, а только через промежуточные, локальные УВМ (ЛУВМ). Все ЛУВМ, управляемые непосредственно от ЦУВМ, называются УВМ второго ранга (второго уровня управления). Если имеются ЛУВМ, управляемые не от ЦУВМ, а от УВМ второго ранга, то такие ЛУВМ называются ЛУВМ третьего ранга. По отношению к ним соответствующая УВМ второго ранга оказывается центральной. В результате, при управлении по иерархическому принципу каждая УВМ управляет лишь управляющими устройствами ближайшего низшего ранга, а подчиняется лишь одной из УВМ ближайшего высшего ранга. Исключение составляет самый нижний уровень управления, на котором осуществляется непосредственное управление технологическим объектом, т.е. не управляющими, а исполнительными устройствами.

Для АСУТП типична трехуровневая иерархическая структура, показанная на рис. 1.1. Здесь ЦУВМ, которая является достаточно мощным промышленным компьютером, снабжает управляющими программами N ЛУВМ, а последние управляют исполнительными электроприводами (например, M электроприводов) через их системы управления (СУЭП) или другими исполнительными устройствами.

Локальные УВМ могут строиться на базе компьютеров, программируемых контроллеров и микроконтроллеров в зависимости от сложности решаемых задач управления. В качестве исполнительных устройств могут быть использованы не только электроприводы, но и нагревательные, электрофизические, электрохимические и др. установки. Системы управления исполнительных устройств могут быть построены как на базе микропроцессорных комплектов, так и без них, могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. На рис.1.1 показано прохождение лишь прямых управляющих сигналов, а описание каналов обратной связи от технологического объекта к АСУТП здесь опущено и будет дано ниже. Заметим только, что прохождение сигналов обратной связи строится также иерархическому принципу: от исполнительных устройств и агрегатов информация поступает сначала в ЛУВМ по результатам опросов датчиков, установленных на технологическом оборудовании, а ЦУВМ получает необходимую информацию о состоянии технологического объекта в порядке обмена информацией с ЛУВМ (см. §2.6).