Конспект лекций для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в теплоэнергетике)» 8 семестр
| Вид материала | Конспект |
- Методические указания по выполнению дипломных проектов для студентов специальности, 294.98kb.
- Рабочая программа Наименование дисциплины «Прикладная механика» По специальности 220301., 152.82kb.
- Рабочая программа дисциплины «Теория автоматического управления» для студентов специальности, 126.16kb.
- Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 220301, 189.64kb.
- Автоматизация технологических процессов и производств (в теплоэнергетике), 15.79kb.
- Рабочий учебный план специальности 220301 Автоматизация технологических процессов, 263.36kb.
- Рабочая программа По дисциплине «Оборудование и технология печатных процессов» По специальности, 546.72kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Основы проектирования машин» для студентов специальности, 283.06kb.
- Задание должно содержать следующие данные, 280.23kb.
- Методические указания для студентов специальности 210200 «Автоматизация технологических, 273.81kb.
- Процесс проектирования систем управления должен быть комплексным.
Сущность этого принципа состоит в максимально полном анализе связей, существующих как в объекте управления, так и в управляющей системе. Если возможность анализа существующей системы управления не подлежит сомнению, то каким же образом можно провести анализ проектируемой системы управления?
Задача проектирования новой системы управления возникает не на пустом месте, а развивается из оценки результатов функционирования, например, более простой, может быть, элементарной системы управления. Анализ такой системы, всесторонняя оценка исходных предпосылок и исследование взаимодействия отдельных элементов управляющей системы – первое условие комплексного подхода.
Второе условие – максимально более полный учет всех факторов, влияющих на качество системы управления при анализе эффективности. Стремление повысить эффективность по каждому фактору в отдельности приводит к противоречивым требованиям, которым должна удовлетворять система управления. Очевидно, что один и тот же процесс управления не может быть реализован с помощью системы, которая одновременно была бы самой точной, самой надежной и самой дешевой из всех возможных систем. Чаще всего оказывается невозможным улучшить показатель по одному критерию эффективности, не ухудшив при этом показателей по другому критерию эффективности. Это обстоятельство заставляет оценивать каждый вариант системы управления или по комплексному критерию эффективности, в который входят в той или иной функциональной зависимости все важнейшие критерии, либо решать задачу оптимизации для отдельного критерия, учитывая другие в качестве ограничивающих факторов.
- Процесс проектирования систем управления должен иметь иерархическую структуру.
Этот принцип определяет последовательность анализа объекта управления и системы управления при проектировании. В соответствии с этим анализ должен начинаться с выхода системы управления, рассматриваемой как единое целое. Затем система управления разбивается на небольшое количество достаточно крупных подсистем, исследуется вклад каждой из них в результирующий выход системы управления. Такой подход позволяет точнее и быстрее устанавливать требования к характеристикам элементов системы управления по заданным требованиям к качеству функционирования системы в целом.
- Методом проектирования сложной системы управления должен являться
метод декомпозиции.
Как известно, декомпозицией называется разбиение целого на составные части с целью исследования этих частей независимо друг от друга. Иерархическая структура процесса проектирования систем управления и широкое использование метода декомпозиции объясняется особенностями процесса принятия решений в ходе создания системы управления и в ходе ее эксплуатации. Качество принятого решения в общем случае зависит от информированности об объекте управления и временного ресурса, т. е. многообразия просмотренных способов воздействия на технологические процессы и от того, насколько тщательно и полно проведен анализ хода технологических процессов до некоторого момента времени. С другой стороны, закономерности управляемого процесса обычно таковы, что высокое качество управления может быть достигнуто лишь при достаточно малой задержке во времени управляющего воздействия. Таким образом, основное противоречие в требованиях к организации процесса принятия решения – противоречие между объемом работы по получению и переработке информации и отводимым на эту работу временем. Одним из путей решения этой задачи (разрешение этого противоречия) является использование иерархической структуры процесса принятия решения при управлении технологическими процессами.
Задача, подлежащая решению, разбивается на ряд задач (проводится декомпозиция задачи), каждая из которых по объему и сложности такова, что может быть решена за приемлемое время и содержит координирующие условия, обеспечивающие объединение решений частных задач. Управляемый процесс при этом, как правило, может быть разбит на ряд соответствующих взаимосвязанных подпроцессов. Координирующие условия вырабатываются в результате декомпозиции исходной задачи, которая может осуществляться за меньшее время и при более ограниченном объеме информации, чем полное решение исходной задачи. Постановка частных задач и объединение их решений в решение полной задачи осуществляется на более высоком уровне соподчиненных решающих систем, чем решение частных задач, и представляет собой также процесс принятия решений.
Разбиение управляемых технологических процесса на подпроцессы, общей задачи – на частные задачи, как правило, соответствует представлению цели АСУ ТП в виде совокупности частных целей. Подсистема, состоящая из взаимодействующего со средой объекта, операторов, обеспечивающих достижение частной цели, а также всех средств и связей, предназначенных для достижения этой частной цели, называется автоматизированной подсистемой управления. Способы достижения частных целей системы управления могут быть определенным образом взаимосвязаны и взаимообусловлены. Кроме того, одни и те же средства могут использоваться для достижения различных целей, так что в общем случае при анализе и оценке системы управления необходимо рассматривать всю систему как единое целое, а не суммировать показатели отдельных подсистем, что является еще одним из условий рассматриваемого принципа проектирования систем управления.
- Процесс проектирование системы управления должен быть итерационным.
На первых этапах проектирования систем управления применяют приближенные методы и оценки, пренебрегают второстепенными факторами для того, чтобы изучить и понять главные явления и определить основные характеристики проектируемой системы. Только после этого можно перейти к включению в рассмотрение второстепенных, ранее не учтенных факторов. Затем необходимо вернуться к анализу основных явлений, процессов и характеристик, теперь уже с учетом второстепенных факторов. Далее процесс повторяется. Следует новый переход к рассмотрению второстепенных факторов и их уточнение и т. д. Такая методика придает проектированию систем управления циклический характер, приводит к многократному анализу процесса функционирования проектируемой системы.
Необходимость применения этого принципа объясняется, в первую очередь, недостаточным объемом исходных данных в начале проектирования систем управления, их низкой точностью и достоверностью. Эти обстоятельства не являются результатом плохой подготовки к созданию системы управления или ошибками в чьей-то работе. Они – объективное следствие новизны разработки: чем больше изменений закладывается в разрабатываемую систему по сравнению с существующей системой, тем глубже и длительней идет итерационный процесс. Существует тесная связь этого принципа с принципом комплексности, их взаимная обусловленность и необходимость комплексного подхода на каждой новой итерации.
- При проектировании следует предусматривать свойство открытости системы управления.
Использование этого принципа означает, что не стоит стремиться проектировать систему управления абсолютно совершенной. Ее необходимо делать достаточно хорошей для решения поставленных задач, а также обеспечить возможность развития системы управления, ее совершенствования и модернизации. Это положение обусловлено высоким современным темпом научно-технического прогресса и направлено на продление срока эффективной эксплуатации системы управления. Создание систем управления теплоэнергетическими объектами рассчитано на долгие годы эксплуатации и связано со значительными затратами средств и времени.
К системе управления, долгие годы находящейся в эксплуатации, меняются требования, поскольку в процессе эксплуатации претерпевает изменения управляемый объект, происходят изменения в окружающей среде, модифицируются цели системы управления, появляется необходимость совершенствования и наращивания уровня автоматизации. Необходимо, чтобы в эксплуатацию могли вводиться системы управления с различными уровнями автоматизации. При разработке современных автоматизированных систем управления необходимо предусматривать возможность изменения и расширения системы без существенных переделок.
Принципы выбора проектных решений
Системный подход в системотехнике, как науке, изучающей вопросы проектирования сложных систем управления, проявляется в следующих принципах выбора проектных решений.
- Принцип максимума эффективности.
Критерием эффективности является отношение (или разность) показателей ценности результатов, полученных в процессе функционирования системы управления, к показателю затрат на ее создание.
С помощью принципа максимума эффективности можно сформулировать основной метод проектирования автоматизированных систем управления - единая система разделяется на части по функциональному признаку, устанавливаются возможные варианты реализации этих частей, связей между ними и из множества вариантов выбирается структура системы управления, отвечающая требованием максимума эффективности.
2. Принцип согласования частных критериев эффективности между собой и общим
(глобальным, комплексным) критерием эффективности.
Принцип согласования частных критериев эффективности между собой и общим (глобальным, комплексным) критерием эффективности предполагает, что для оптимального функционирования системы управления в целом не требуется оптимизации функционирования каждой из ее подсистем. Для достижения общей цели должны быть согласованы между собой критерии эффективности каждой подсистемы.
- Принцип оптимума автоматизации.
Из принципа оптимума автоматизации следует, что не все задачи проектирования автоматизированных систем управления должны решаться только на основе известных аналогов проектируемой системы управления. Уровень автоматизации необходимо обосновать, исходя из критериев эффективности.
- Принцип централизации информации.
Сущность принципа централизации информации заключается в том, что система управления эффективна только в том случае, в котором информация, используемая для управления, собирается, хранится и обрабатывается на основе единых массивов (банков) информации.
- Принцип явлений с малой вероятностью.
Принцип явлений с малой вероятностью утверждает, что основную задачу автоматизированной системы пересматривать нельзя, а основные характеристики системы не должны значительно изменяться для того, чтобы система оказалась работоспособной в ситуациях, для которых вероятность возникновения очень мала.
Основная терминология, используемая при описании систем
Система – комплекс элементов, находящихся во взаимодействии.
Открытая система – система, к которой подводится или от которой отводится энергия
или вещество.
Замкнутая система – система, к которой не подводится или от которой не отводится
энергия или вещество.
Иерархическая система (АС) – автоматизированная система, имеющая многоуровневую
структуру в функциональном, техническом или организационном плане.
Подсистема – часть системы, обладающая всеми свойствами системы.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСУ ТП
Общие сведения об организации работ по созданию АСУ ТП ТЭС
Разработка общеотраслевых нормативных и руководящих материалов (ГОСТ, ОСТ, РМ, РД, МУ и др.) производится отделами АСУ ТП отраслевого министерства. Экспертизу технологических разделов проектов на строительство (реконструкцию) предприятий в части АСУ ТП сложными технологическими процессами, крупными агрегатами и вспомогательными производствами ТЭС обычно в теплоэнергетике возлагают на специальные подразделения фирм, концернов и холдингов. Ответственность за общий научно-технический уровень АСУ ТП ТЭС несут владельцы объектов теплоэнергетики.
Контроль за планированием работ, фактическим выполнением планов, а также общее научное и организационно-методическое руководство осуществляется соответствующими головными организациями на каждом уровне управления отрасли или теплогенерирующих компаний (научно-исследовательские или проектно-конструкторские организации, располагающие специализированными подразделениями).
Предприятия-поставщики несут ответственность за комплектность поставок технологического оборудования автоматизированного комплекса объекта теплоэнергетики, включая средства контроля, автоматизации и управления.
На головную организацию по АСУ ТП отрасли возлагаются следующие
основные функции:
- методическое руководство проектными организациями по созданию АСУ ТП отрасли;
- определение и обоснование основных направлений работ по созданию АСУ ТП
и формирование научно-технических прогнозов развития АСУ ТП на длительный период;
- подготовка с предприятиями отрасли перспективных планов развития АСУ ТП;
- организация разработки отраслевых стандартов и руководящих методических
материалов по вопросам создания АСУ ТП;
- организация работ по унификации решений, применяемых при создании АСУ ТП;
- участие в работе комиссий, проводящих испытания АСУ ТП при передаче систем
в промышленную эксплуатацию;
- организация и участие в проведении работ по анализу функционирования
действующих АСУ ТП ТЭС;
- координация и контроль за проведением работ по созданию АСУ ТП на объектах
теплоэнергетики;
- создание и ведение фонда типовых алгоритмов и программ, используемых в АСУ ТП.
Планирование работ по созданию АСУ ТП ТЭС
Планирование работ по созданию АСУ ТП ТЭС базируется на прогнозах развития:
- технологических процессов и основного технологического оборудования объектов
теплоэнергетики;
- АСУ ТП ТЭС различных классов и назначения;
- технических средств автоматизации и программных средств, используемых при создании
и функционировании АСУ ТП ТЭС.
При планировании работ по созданию АСУ ТП ТЭС учитывают результаты предварительного обследования действующих и проектируемых технологических объектов управления, включая анализ функционирования созданных систем.
В процессе разработки и утверждения планов создания АСУ ТП ТЭС устанавливаются полный объем и источники финансовых ресурсов на все виды работ по созданию АСУ ТП ТЭС, а также производятся технико-экономические расчеты, обеспечивающие обоснование и выбор оптимальных вариантов АСУ ТП в соответствии с возможными объемами финансирования.
В каждом плане создания АСУ ТП ТЭС должны быть определены:
- технологические объекты управления, для которых предполагается создание АСУ ТП;
- наименование систем автоматизации с указанием особенностей создания (оригинальные или
повторного применения);
- объемы и источники финансирования по каждой системе управления;
- технико-экономические цели создания.
Основанием для проведения работ по созданию АСУ ТП ТЭС на конкретном объекте являются решения руководящих органов организации, в которую входит предприятие, например, решение совета директоров теплогенерирующей компании.
С целью обеспечения одновременного ввода АСУ ТП и строящегося (реконструируемого) технологического объекта управления, необходимые проектные, научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию АСУ ТП проводятся по комплексным программам, увязанным с планами разработки технологического объекта управления.
Планы создания АСУ ТП должны согласовываться между предприятием-заказчиком, организацией-разработчиком и организацией-проектировщиком АСУ ТП по объемам, номенклатуре и срокам выполнения работ.
Финансирование работ по созданию АСУ ТП ТЭС возможно из различных источников, в частности, из бюджетных средств, средств кредитных организаций, средств частных владельцев объектов теплоэнергетики.
Обязанности и права заказчиков и исполнителей работ по созданию АСУ ТП ТЭС
Права, обязанности и ответственность заказчиков и исполнителей работ по созданию АСУ ТП ТЭС определяются условиями договоров между ними, составленных в соответствии с действующими положениями и инструкциями о заключении хоздоговоров, а также действующим законодательством.
Основные права предприятий или организаций-заказчиков создания АСУ ТП ТЭС
В договорах на создание АСУ ТП ТЭС обычно указывают следующие права предприятий или организаций-заказчиков создания АСУ ТП ТЭС.
1. Заключать договоры с исполнителями отдельных видов работ по созданию АСУ ТП и
поставщиками технических средств АСУ ТП.
2. Проверять ход и качество работ по созданию АСУ ТП, предусмотренных договором,
не вмешиваясь в оперативную деятельность исполнителя-проектировщика.
3. В случае расторжения договора требовать от исполнителя представления отчета
о выполненной работе.
4. Принимать участие в работе комиссии при сдаче системы автоматизации в опытную или
постоянную эксплуатацию.
Основные обязанности предприятия – заказчика
В договорах на создание АСУ ТП ТЭС обычно указывают следующие обязанности предприятий или организаций-заказчиков создание АСУ ТП ТЭС.
1. Обеспечение разработки технико-экономического обоснования создания АСУ ТП
и исходных технических требований к системе управления.
2. Участие в рассмотрении и обеспечении подготовки и утверждения технического задания
на создание АСУ ТП.
3. Обеспечение финансирования работ по созданию АСУ ТП, обеспечение комплектации
системы, организация работ по ее монтажу и наладке.
4. Обеспечение представления исполнителю работ необходимых исходных данных
на всех стадиях проектирования АСУ ТП.
5. Создание на технологическом объекте условий, требуемых для выполнения работ по
созданию АСУ ТП.
6. Обеспечение выполнения согласованных требований исполнителя к технологическому
оборудованию, включая модернизацию последнего.
7. Обеспечение поставки оборудования индивидуального изготовления к началу
монтажных работ.
8. Контроль выполнения, приемка и оплата выполненных работ, предусмотренных в
договоре.
9. Привлечение сотрудников своих подразделений, участвующих в эксплуатации
системы управления, к работам по созданию новой АСУ ТП или модернизации
действующей системы управления.
10. Обеспечение комплектации штатов АСУ ТП в установленные договором сроки.
11. Обучение оперативного и обслуживающего персонала предприятия - заказчика приемам
работы с внедряемой в производство АСУ ТП.
12. Организация комиссии по приемке АСУ ТП в постоянную промышленную эксплуатацию.
Основные права исполнителей работ по созданию АСУ ТП ТЭС
В договорах на создание АСУ ТП ТЭС обычно указывают следующие права предприятий или организаций-исполнителей работ по созданию АСУ ТП.
1. Привлекать к работе специальные организации и предприятия в качестве соисполнителей.
2. Выбирать средства и методы выполнения работ по созданию АСУ ТП.
3. Участвовать на всех стадиях работы в производственных совещаниях, посвященных
вопросам создания АСУ ТП.
4. Представлять интересы организаций - соисполнителей при обсуждениях и переговорах
с предприятием-заказчиком по вопросам разработки и внедрения АСУ ТП.
5. Контролировать выполнение функций и обязательств предприятием-заказчиком.
Основные обязанности исполнителя работ по созданию АСУ ТП ТЭС
В договорах на создание АСУ ТП ТЭС обычно указывают следующие обязанности предприятий или организаций-исполнителей работ по созданию АСУ ТП.
1. Организационное и техническое руководство созданием АСУ ТП.
2. Обеспечение высокого научно-технического уровня АСУ ТП, ее соответствия техническому
заданию, соблюдение сроков выполнения проектных и других видов работ.
3. Обоснование и выбор конкретного рационального варианта системы управления.
4. Привлечение к работам по созданию АСУ ТП организаций и предприятий- соисполнителей
и обеспечение координации их работы и взаимодействия.
5. Текущее планирование работ по созданию АСУ ТП, разработка целевых программ
по созданию различных видов обеспечения АСУ ТП.
6. Научное и организационно-техническое руководство комплексом
научно-исследовательских, опытно-конструкторских, проектных работ;
7. Разработка программ испытаний и предъявление системы управления к испытаниям,
сдача системы в постоянную эксплуатацию.
8. Обеспечение выполнения комплекса научно-исследовательских работ по выбору
и обоснованию целесообразности создания конкретного варианта системы управления,
принципов ее построения и функционирования.
9. Обеспечение составления заданий на разработки в смежных частях проекта системы
управления.
10. Обеспечение составления технических требований к отдельным частям системы
управления и работе соисполнителей создания АСУ ТП.
11. Обеспечение согласования технических заданий на разработку отдельных частей
системы управления.
12. Обеспечение составления заданий на разработку новых технических средств АСУ ТП.
13. Обеспечение разработки инструкций по эксплуатации и технического описания
системы управления.
14. Участие в автономной (по частям) и комплексной отладке системы управления.
15. Организация испытаний системы управления и руководство проведением
ее опытной эксплуатации;
16. Участие в выполнении работ по анализу функционирования системы в период
постоянной эксплуатации.
СТАДИИ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСУ ТП ТЭС