Тоу в автоматизации что это
Описание технологического объекта управления (ТОУ)
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ И
Основные требования к автоматизации
1. Рациональный уровень автоматизации конкретного производства должен быть обоснован экономически. Этот уровень определяется не только технологическими и техническими показателями, но и социально–экономическими последствиями автоматизации.
2. Сложность алгоритмов управления должна соответствовать поставленной задаче автоматизации.
3. Внедрение АСУ целесообразно вести поэтапно, создавая иерархические системы. Например, I уровень – САК, II уровень – САР, III уровень – АСУ ТП, IV уровень – АСУП.
При этом повышается надежность и эффективность управления благодаря автономному функционированию нижних уровней.
4. Максимальный экономический эффект достигается в ходе разработки новых технологических процессов и агрегатов с полной их автоматизацией при использовании достижений теории автоматического управления (ТАУ), современной элементной базы ТСА и управляющих вычислительных комплексов (УВК).
Совокупность технических устройств (машин, орудий труда, средств механизации), реализующих технологический процесс, называется объектом управления. В сочетании со средствами управления он образует систему управления (СУ).
Система управления, в которой рабочие и управляющие операции выполняются без участия человека, называется автоматической.
Система, в которой автоматизирована только часть операций управления, а другая часть (обычно наиболее ответственная) выполняется людьми, называется автоматизированной.
Круг объектов и операций управления весьма широк. Он охватывает технологические процессы и агрегаты, группы агрегатов, цехи, целые предприятия, человеческие коллективы, организации, государства и т.д.
Из этого множества специалисты по автоматизации занимаются только такими видами управления, которые свойственны главным образом техническим объектам и технологическими процессам.
Всякий объект управления характеризуется совокупностью технических величин, называемых параметрами. На рисунке 2.1 приведена классификация параметров ТОУ.
Внутренние параметры не изменяются в процессе функционирования объекта. Например, внутренними параметрами методической нагревательной печи как объекта управления можно считать габариты печи, количество форсунок, их проходное сечение и т.п.
Внешние параметры объекта управления можно разделить на входные и выходные.
Выходные параметры (зависимые переменные, регулируемые величины) характеризуют качество управляемого процесса – цель управления.
Например, для нагревательной печи в качестве таких величин можно рассматривать температуру внутрипечного пространства, температуру заготовок на выходе печи, перепад температуры по их длине и сечению и т.п.
 |
Рис. 2.1. Классификация параметров объекта управления
Входные параметры делятся на неуправляемые возмущения и управляемые воздействия.
Возмущения бывают двух видов: нагрузки и помехи.
Нагрузка – это полезное возмущение, которое не только допускается при нормальной работе объекта, но и неразрывно связано с его назначением.
Например, для штамповочного пресса нагрузкой является переменное сопротивление заготовки, из которой получают необходимое изделие.
Помеха – это вредное возмущение, мешающее нормальному функционированию объекта. Например, для электропечи – это колебания питающего напряжения.
Воздействия вырабатываются человеком или автоматическим устройством и тоже делятся на два вида: задающие, которые определяют требуемое значение выходной величины в штатном режиме работы объекта, и управляющие, которые призваны компенсировать действие возмущений случайного характера.
Описать любую техническую систему как объект управления – значит определить для нее все входные и выходные параметры.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Описание технологического объекта управления (ТОУ)
Всякий объект управления характеризуется совокупностью технических величин, называемых параметрами. На рисунке 2.1 приведена классификация параметров ТОУ.
Внутренние параметрыне изменяются в процессе функционирования объекта. Например, внутренними параметрами методической нагревательной печи как объекта управления можно считать габариты печи, количество форсунок, их проходное сечение и т.п..
Внешние параметрыобъекта управления можно разделить на входные и выходные.
Выходныепараметры (зависимые переменные, регулируемые величины) характеризуют качество управляемого процесса – цель управления.
Например, для нагревательной печи в качестве таких величин можно рассматривать температуру внутрипечного пространства, температуру заготовок на выходе печи, перепад температуры по их длине и сечению и т.п.
 |
Рис. 2.1. Классификация параметров объекта управления
Входные параметрыделятся на неуправляемые возмущения и управляемые воздействия.
Возмущения бывают двух видов: нагрузки и помехи.
Нагрузка – это полезное возмущение, которое не только допускается при нормальной работе объекта, но и неразрывно связано с его назначением.
Например, для штамповочного пресса нагрузкой является переменное сопротивление заготовки, из которой получают необходимое изделие.
Помеха – это вредное возмущение, мешающее нормальному функционированию объекта. Например, для электропечи – это колебания питающего напряжения.
Воздействия вырабатываются человеком или автоматическим устройством и тоже делятся на два вида: задающие, которые определяют требуемое значение выходной величины в штатном режиме работы объекта, и управляющие, которые призваны компенсировать действие возмущений случайного характера.
Описать систему как объект управления – значит определить для него все входные и выходные параметры.
Тоу в автоматизации что это
технологический объект управления
твёрдые органические удобрения
тубус с обтуратором уретральный
Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. — С.-Пб.: Политехника, 1997. — 527 с.
теория оптимального управления
образование и наука, фин.
Смотреть что такое «ТОУ» в других словарях:
ТОУ- — транспортабельная отопительная установка в маркировке, транспорт Пример использования ТОУ 150 ТОУ транслятор одночастотный универсальный ТОУ 1 в маркировке … Словарь сокращений и аббревиатур
ТОУ — (стар.) канат; всякая толстая веревка. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
тоу — [кит.] – китайская мера жидких тел, равна 10,3 литра Большой словарь иностранных слов. Издательство «ИДДК», 2007 … Словарь иностранных слов русского языка
тоу — сущ., кол во синонимов: 1 • мера (250) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ТОУ — термоохлаждающее устройство … Словарь сокращений русского языка
Тоу-Пугол — Характеристика Длина 33 км Бассейн Карское море Водоток Устье 22 км по левому берегу протока Тоу Пугол Посл Расположение … Википедия
Тоу-Соим — Характеристика Длина 11 км Бассейн Карское море Водоток Устье Ненс Юган · Местоположение 53 км по левому берегу Расположение … Википедия
Тоу, Джон — Джон Тоу John Thaw Джон Тоу в роли Инспектора Морса (слева) … Википедия
Тоу (фамилия) — Содержание 1 Китайская фамилия 1.1 Известные Тоу 钭 2 Английская фамилия … Википедия
Косвенное измерение (вычисление) отдельных комплексных показателей функционирования ТОУ — Косвенное автоматическое измерение (вычисление) выполняется путем преобразования совокупности частных измеряемых величин в результирующую (комплексную) измеряемую величину с помощью функциональных преобразований и последующего прямого измерения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Структурная схема АСУ ТП
В АСУТП необходимо различать следующие виды структурных схем по ГОСТ 24.302-80:
Каждый вид структурных схем отражает графически и текстом соответствующий вид обеспечения АСУТП:
Эти виды обеспечения АСУТП неразрывно связаны между собой, дополняют своими средствами друг друга и тем самым образуют базовую основу АСУТП. Эти виды обеспечения и соответствующие им структурные схемы должны проектироваться взаимосвязанно и согласованно.
Технологический объект может функционировать под управлением одного или нескольких структурных звеньев управления, которые могут находиться на одном, двух и более организационных уровнях управления технологического объекта.
Разрабатываемая АСУТП:
Структурная схема организационной структуры АСУ ТП
Схема организационной структуры технологического объекта управления (ТОУ) разрабатывается на основании согласованных исходных материалов на проектирование АСУТП (в том числе «Задания на проектирования АСУТП»), анализа функционирования АСУТП на аналогичных ТОУ, расчетов штатов обслуживания АСУТП и ТОУ, анализа возможностей предполагаемых к использованию в АСУТП программных, алгоритмических и технических средств, анализа существующего и предполагаемого документооборота и форм предоставления результатов как системы управления в целом, так и результатов деятельности отдельных структурных звеньев (должностных лиц, подразделений и служб).
Начинать выполнение схемы следует с расчленения ТОУ на подобъекты, участки, узлы, которые подконтрольны и управляются отдельным структурным звеном.
При этом технологический узел или участок — это конструктивно и технологически обоснованная часть технологического объекта управления, как правило, выделяющая стадию подготовки сырья, этапы переработки сырья и полупродуктов, хранения полупродуктов и конечного продукта и т. п.
В нижней части схемы помещается прямоугольник с наименованием группы объектов по титульному списку строительства технологического объекта управления.
Выше помещается ряд прямоугольников с наименованием подгрупп объектов, еще выше — ряд прямоугольников с наименованием отдельных технологических устройств, сооружений, аппаратов, которые составляют технологический узел или участок.
Выделение в отдельный прямоугольник групп или технологических узлов, участков производится при наличии структурного звена, которое организует работу перечисленных выделяемых объектов или узлов, участков с использованием оборудования АСУТП ТОУ.
Над каждым выделенным прямоугольником, в котором указан технологический узел, оборудование, участок или объект, располагается прямоугольник с указанием структурного звена (должностного лица, подразделения или службы предприятия), в организационные или функциональные обязанности которого входит управление или контроль за работой соответствующего технологического узла, участка или объекта.
В прямоугольнике, относящемуся к структурному звену в выделяемых строках (сверху вниз), указывается:
Последние, нижние две строки соответствуют данным, которые указываются обычно в схеме функциональной структуры АСУТП. Возможно совмещение схем организационной и функциональной структур в единую схему. Единой схеме, как правило, присваивают наименование «схема организационной структуры».
Прямоугольник структурного звена нижнего уровня, в некоторых обоснованных случаях более высокого уровня, имеет линию связи с соответствующим прямоугольником технологического узла, участка или подобъекта.
Выше на схеме располагаются прямоугольники структурных звеньев более высокого уровня. Линии связи между прямоугольниками указывают отношения подчиненности (иногда при горизонтальных связях соподчиненности) звеньев организационной структуры, которые функционируют в условиях действия АСУТП данного ТОУ.
В качестве примера в пособии на схеме 1 приведена схема организационной структуры (совмещенной со схемой функциональной структуры) перевалочной комбинированной нефтебазы.
Схема 1. Организационная структура в АСУ ТП на примере комбинированной нефтебазы
Краткая характеристика технологического процесса комбинированной нефтебазы (далее н/б) приводится в качестве пояснения оргструктуры н/б. Нефтепродукты поступают на н/б для временного хранения, накопления и отгрузки на речной транспорт двумя путями:
Технологический объект разделяется на ряд подобъектов, которые указаны в нижних прямоугольниках:
Следует отметить, что перечисленные выше объекты относятся к различным предприятиям, осуществляющим транспортировку нефтепродуктов. Однако АСУТП тем или иным образом объединяет операции по приему, хранению и отгрузке нефтепродуктов, операции по учету перегружаемых нефтепродуктов.
В следующих за нижними прямоугольниками указываются технологические участки и узлы.
МТ входит в АСУТП узлом учета (УУ); железная дорога — станцией отстоя груженых и порожних вагоцистерн; пирс — причалом, используемым представленной нефтебазой; танкер, фрахтуемый грузопоставщиком для перевозки нефтепродуктов в порт назначения, — танками (резервуарами судна для транспортировки жидких грузов).
Собственно товарный цех н/б подразделяются на:
(На схеме 1 показана условно одна насосная станция).
Выше на поле чертежа расположены по организационным уровням прямоугольники со структурными звеньями.
На нижнем организационном уровне размещены прямоугольники, с указанием должностных лиц, непосредственно оперативно-функционирующих на технологических участках и узлах, на которых в нашем примере присутствуют технологические действия, не имеющие автоматизированного контроля и управления, т. е. ручные действия.
К этим должностным лицам относится следующий состав работников:
Более высокий уровень — это уровень старшего оператора-технолога товарного цеха н/б.
На ответственных участках организационной схемы указаны руководители смен на соответствующих участках разных предприятий: сменный старший мастер товарного цеха, диспетчер смены пирса, старший помощник капитана танкера по погрузке.
Далее приведены два организационных уровня, каждый из которых замыкается на ответственного руководителя участка (цеха, станции отстоя, узла учета, пирса, капитана танкера) и на ответственного сменного должностного лица каждого предприятия по круглосуточной работе транспортной линии (диспетчеры).
Одновременно на всех уровнях функционируют должностные лица, ответственные за товарный и коммерческий учет нефтепродуктов (товарный оператор, инспектор, лаборант, старшие товарные операторы).
Оперативная работа, связывающая целый ряд должностных лиц, отражена на схеме сплошными линиями, пунктирными линиями указаны направления передачи данных (информационные сигналы) по товарному учету, в том числе данных лабораторного анализа технологических проб, взятых из вагоноцистерн, резервуаров хранения и танков танкера.
Остальные строки в прямоугольниках, относящихся к структурным звеньям схемы 1, заполнены конкретными условными обозначениями технических средств, функциональных групп и функций АСУТП.
Промышленное программирование, или Пара слов об АСУ ТП
Есть такая профессия — производство автоматизировать. Аббревиатура АСУ ТП означает «автоматизированная система управления технологическим процессом» — это система, состоящая из персонала и совокупности оборудования с программным обеспечением, использующихся для автоматизации функций этого самого персонала по управлению промышленными объектами: электростанциями, котельными, насосными, водоочистными сооружениями, пищевыми, химическими, металлургическими заводами, нефтегазовыми объектами и т.д. и т.п.
Фактически, каждый человек, живущий не в лесу и пользующийся благами цивилизации, использует результаты труда предприятий, на которых функционируют АСУ ТП.
Иногда на эту тему проскакивают статьи и на хабре. Обычно они не пользуются особой популярностью, но всё же я хочу написать несколько обзорных статей об АСУ ТП в надежде рассказать хабравчанам что-то интересное (а возможно, кому-то даже полезное) и привлечь на хабр больше своих коллег.
Сначала пара слов о себе. Я только начинаю свой жизненный путь в автоматизации, опыт работы без малого два года. За это время побывал на нескольких газовых месторождениях, сейчас работаю на нефтяном.
Поскольку область обширная, несмотря ни на что развивающаяся, местами противоречивая и спорная, буду стараться обобщать не в ущерб достоверности, но не могу избежать перекоса в свою область — то оборудование, софт и сферу, с которыми лично я сталкивался.
Итак, программно-технический комплекс АСУ ТП делится на три уровня: верхний (компьютеры), средний (контроллеры), нижний (полевое оборудование, датчики, исполнительные механизмы). Про нижний уровень рассказывать не буду — слишком уж это далеко от от тематики хабра, да и статья получится слишком большая.
Верхний уровень
Верхний уровень — это серверы и пользовательские ПК (у нас они называются АРМ — автоматизированное рабочее место). Сюда выводится состояние технологического процесса, и отсюда при необходимости оператором подаются команды на изменение его параметров. Для упрощения разработки создано большое количество SCADA-систем (от англ. supervisory control and data acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). Это в некотором роде расширенный аналог IDE, в котором скомпилированная «программа» и выполняется.
Системы SCADA
Вообще, если отбросить академизм, то на предприятии для всех кроме асушников скада выглядит вот так: 
А если совсем не повезёт, то вот так: 
Подразумеваются два режима функционирования: режим разработки и режим выполнения (runtime). Не обязательно эти режимы взаимоисключающи: можно редактировать проект на одном АРМе, инженерном, заливать его, он обновится на пользовательских. Это очень важно — изменять проект без простоев и отключений, потому что технологический процесс прерывать нельзя, и операторы всегда должны иметь возможность его контролировать. В скаде создаются графические интерфейсы, настраиваются источники данных с полевых устройств, она отвечает за взаимодействие пользователя (оператора, диспетчера, технолога) с происходящим на производстве, а также за архивирование всех нужных данных в БД.
Архивирование — одна из обязательных функций, очень важно иметь возможность «вернуться назад во времени» для разбора полётов в случае чего-то непредвиденного либо для глобального анализа при медленных, длительных процессах. Например, недавно геологи попросили меня выгрузить табличкой данные по давлению нефти на скважинах за последний год.
Периодически скада складывает все собранные данные в БД. Их потом можно посмотреть в виде графиков (называем их трендами), а при необходимости, если оговорено в ТЗ на АСУТП, реализуется выгрузка в виде отчётов в эксель или ещё как-нибудь. Архивация сделана по-разному: в MS SQL; MS Access; в ту же MS SQL, но по своему хитрому алгоритму с дополнительной архивацией; а у кого-то вообще в свою собственную бинарную БД.
Особым пунктом в скадах идёт информирование оператора: текущие сообщения и аварийные. Они тоже обязательно архивируются. В общем виде сообщения делятся на текущие и важные (аварийные). Текущие прячут подальше, но журнал аварийных всегда выводится на экране оператора. К текстовым аварийным сообщениям привязываются звуковые, чтобы кто-нибудь не проспал ЧП 🙂
Рынок SCADA
Самыми распространёнными, по-моему, считаются скады производства Invensys Wonderware, Iconics, Siemens, Indusoft, AdAstra, Emerson, Rockwell Automation.
Я лично работал с виндовыми: Invensys Wonderware InTouch и более мощной System Platform, с Iconics Genesis32 — и с (пока ещё?) малоизвестной B&R APROL под SLES (формально, это не совсем скада, а покруче — из-под апрола программируются и сами контроллеры).
По поисковым запросам, например, SCADA, HMI можно посмотреть примеры интерфейсов и мнемосхем.
Внешний вид и юзабилити по приоритету, увы, находятся на последнем месте. Причём, это касается не только рантайма, но и разработки. Для разработки в каждой скаде существуют как минимум дефолтные библиотеки символов — от кнопок и прочих контролов до графических изображений насосов, труб, задвижек, ёмкостей. Здесь-то и могли бы умные разработчики SCADA-пакетов (не путать с нами, асушниками — разработчиками проектов в этих пакетах) добиться принципиального преимущества над конкурентами, сделав продуманные библиотеки, из которых бы даже самый далёкий от дизайна и юзабилити инженер при всём нежелании делал бы гуманные интерфейсы и мнемосхемы. К сожалению, сейчас эта сфера идёт по пути экстенсивного развития, по которому развивалась IT до недавнего времени — наращивание функционала, добавление плюшек, больше, выше, сильнее, harder, better, stronger, и о пользователях пока думают мало.
Средний уровень
Средний уровень — ПЛК, программируемые логические контроллеры. Здесь всё достаточно просто, чаще всего физически ПЛК состоят из отдельных модулей. Для программирования у каждого ПЛК есть своя среда разработки, иногда она объединена со средой для создания SCADA.
Состав ПЛК
Контроллер B&R серии X20
Зачем нужен блок питания — понятно. БП сделан отдельным именно модулем, а не устройством, чтобы гарантировать совместимость с данной линейкой ПЛК. Чаще всего входное напряжение у БП 220 В переменного тока, выходное — 24 В постоянного тока.
Процессорный модуль — это голова ПЛК. Внутри у него, само собой, ЦПУ, ОЗУ и ПЗУ, сервисный порт для прошивки и, возможно, коммуникационный порт (ethernet, RS232/422/485, Profibus, etc). Иногда коммуникационный порт используется и как сервисный. Иногда на модуле есть переключатель (у Allen Bradley ещё круче — там натуральный ключ с замочной скважиной) для перевода ПЛК в различные режимы работы. Отдельной кнопки включения/выключения нет, в лучшем случае — тот переключатель, иначе, если есть питание — ПЛК запускается, а выключается и перезагружается «по-варварски» отключением питания.
Контроллер Allen Bradley серии CompactLogix
Дискретные и аналоговые модули обрабатывают соответствующие сигналы. Входные модули принимают эти сигналы с поля, выходные — формируют их.
Дискретный сигнал — это обычно напряжение цепи 24 вольта. Есть 24 — это «1», нет — «0». Бывают модули на 220В, есть модули с проверкой целостности цепи. Дискретные сигналы, приходящие с поля, могут информировать, например, о состоянии насоса включен/выключен. Управляющие дискретные сигналы могут запускать либо останавливать этот насос. Оптимизация здесь не оправдана, поэтому на запуск будет отдельная цепь, на останов — отдельная.
Модули I/O одного типа могут быть объединены: например, один модуль с 16 дискретными входами и 16 дискретными выходами.
Аналоговые входные сигналы — это приходят показания с датчиков. Здесь чаще всего используется токовая петля 4-20 мА, в соотетствие которой ставятся пределы измерения датчика. Начинается от 4 мА для диагностирования обрыва цепи (если меньше 4 мА, значит где-то что-то не в порядке с проводкой).
Рассмотрим на примере уровня жидкости в резервуаре. Стоит уровнемер, он измеряет уровень от 0 до 2 метров. Тогда: уровень 0 метров — это 4 мА, уровень 2 метра — это 20 мА. Промежуточные значения калибруются по ситуации, не всегда 1 метр соответствует 4+(20-4)/2=12 мА, может быть небольшая погрешность, уровень в 1 метр может быть какие-нибудь 12,7553 мА.
Аналоговые выходные — то же, только на управление. Не встречал чтобы использовалось, т.к. всегда существуют наводки. В измерении это допустимая погрешность, в управлении — нет. Да и неудобно это. Вместо них используется цифровая передача данных по различным протоколам через коммуникационные модули.
Температурные модули замеряют сопротивление в цепи либо термо-ЭДС. Если на них подключаются термометры сопротивления — при нагревании металла его сопротивление, по законам физики, повышается, соответственно определяется температура. Если подключается термопара (два спаянных проводника из разных металлов, при нагревании стыка возникает разность потенциалов между другими концами), замеряется напряжение.
Интерфейсные (или коммуникационные) модули предоставляют нам порты под RJ45, DB9, DB15, просто клеммники или что ещё бог производителю на душу положит. Помимо реализации непосредственно интерфейса (физического разъёма под коннектор, физического уровня модели OSI) они также реализуют протокол обмена через этот разъём.
Протоколы и интерфейсы
Протоколов напридумывали и используют кучу: ModBus (RTU, TCP, ASCII), Profibus, Profinet, CAN, HART, DF1, DH485 и т.д. Некоторые особо хитрые производители реализуют свои протоколы поверх общепринятых.
Я достаточно тесно знаком с интерфейсами RS232/485 и протоколами Modbus. RS232 это всем знакомый COM-порт, с тремя основными линиями: Tx (transmit, передача), Rx (recieve, получение) и GND (ground, земля). RS485 это асинхронный полудуплексный последовательный интерфейс по 2 проводам (совмещённые Tx/Rx+ и Tx/Rx-) или 4 проводам (отдельно Tx+, Tx-, Rx+, Rx-) с разностью потенциалов на каждой паре от 2 до 10 вольт.
А модбас это в общем-то нехитрая штука, с проверкой целостности пакета по чексумме, подтверждением доставки и корректности запроса — или ответом, почему запрос неверен. В сети модбас есть два вида устройств: master — инициирует обмен; slave — выполняет запросы мастера. Пакет от мастера расходится ко всем слейвам, которые сравнивают адрес назначения со своим, если сходится, то смотрят следующие два байта — это команда работы с регистрами памяти — чтение/запись (за исключением нескольких редко используемых служебных команд), потом байты адреса и непосредственно данных, в конце чексумма. Достаточно подробно и понятно расписано на википедии.
Программная начинка
Первое, что нужно сказать, программа в ПЛК выполняется циклически с определённой частотой. Возможности зависят от контроллера, обычно это где-то 20, 50, 250 мс, 1, 2, 3, 4, 5 с. Естественно, это не гарантирует выполнение кода именно за такой промежуток времени, нельзя большие программы пихать в цикл 20 мс, к началу следующего цикла предыдущий должен быть завершён.
Второе, это языки программирования. По идее программируются ПЛК на языках, определённых стандартом МЭК61131:
Это «по идее». Но, например, Siemens придерживается своего наименования языков, а у B&R есть возможность писать на ANSI C.
Самые используемые контроллеры, безоговорочно, у Siemens и Allen Bradley (последним, к слову, принадлежит Rockwell Automation со своей линейкой SCADA-пакетов RSView). За ними по пятам идут Schneider Electric; ОВЕН; General Electric; AutomationDirect; ICP DAS; Advantech; Mitsubishi Electric; B&R.