Иерархическая структура систем управления

Разработка территориально-распределенных автоматизированных систем сбора, обработки данных и управления технологическим процессом требует применения специальных решений построения сетей передачи данных. АСУ ТП строится по иерархическому принципу и имеет многоуровневую структуру.

В АСУ ТП выделяется четыре уровня иерархии:

нижний уровень – уровень датчиков и исполнительных механизмов;
средний уровень – уровень промышленных контроллеров (ПЛК);
верхний уровень – уровень промышленного сервера и сетевого оборудования;
оперативный уровень – уровень операторских и диспетчерских станций.

Нижний уровень состоит из датчиков и исполнительных механизмов, устанавливаемых на технологических объектах. Их конструкция и исполнение позволяют им устойчиво и безопасно функционировать при самых неблагоприятных погодных условиях, а также во взрывоопасных зонах. Связь датчиков и исполнительных механизмов со средним уровнем осуществляется с помощью соответствующих кабелей.

Средний уровень состоит из промышленных контроллеров, силовой, сигнализационной автоматики и необходимых вторичных приборов. Должны быть расположены на территории таким образом, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей и снизить влияние помех. Ядром программно-технических средств контроля и управления системы являются промышленные контроллеры.

Промышленные контроллеры осуществляют:

· cбор и обработку данных, поступающих с датчиков;

· Управление технологическими объектами по заданным алгоритмам работы.

Отличительными особенностями в выбранных моделях контроллеров являются:

· широкая номенклатура модулей, позволяющая разрабатывать многофункциональные системы контроля и управления;

· наличие интеллектуальных модулей ввода/вывода, в том числе модулей, регуляторов автономного функционирования;

· дублирование модулей центрального процессора и блока питания;

· возможность «горячей» замены модулей;

· наличие выходных цепей, имеющих вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь».

Передача информации от контроллеров на следующий уровень и прием команд управления осуществляется с использованием стандартных интерфейсов RS485. Связь любого промышленного контроллера с сервером осуществляется одновременно по двум независимым каналам связи.

Дублирование каналов связи «сервер-промышленный контроллер» необходимо для повышения надежности системы в целом.

Верхний уровень системы — это уровень промышленного сервера и сетевого оборудования.

Сетевое оборудование состоит из концентраторов, коммутаторов и преобразователей.

Промышленный сервер представляет собой высоконадежную отказоустойчивую вычислительную систему и обеспечивает накопление в реальном масштабе времени и надежное длительное хранение больших объемов технологической информации, а также доступ к ней с большого числа автоматизированных рабочих мест оперативного уровня. Сетевое и телекоммуникационное оборудование, сетевые каналы, телефонные и оптоволоконные линии связи образуют высокоскоростную территориально-распределенную вычислительную сеть промышленного назначения. Отказоустойчивость сети обеспечивается резервированием сетевых каналов, линий связи и коммуникационного оборудования.

Оперативный уровень состоит из автоматизированных рабочих мест операторов и диспетчеров, а также сетевого принтера, установленных в различных помещениях и зданиях. Объединенные в локальную сеть АРМы образуют единый информационно-вычислительный комплекс (ИВК). ИВК реализует отображение в графическом виде технологической информации, обеспечивает выдачу аварийных сигналов и взаимодействие операторов с АСУ ТП, организует связь с другими системами управления. На этом уровне создаются как полностью дублирующие (равноправные по получаемым данным и по функциям управления) друг друга рабочие места, так и технологически ориентированные рабочие места, адекватно учитывающие специфику работы персонала и технологии участка производства.

Измерение технологических параметров. Термины и понятия

Очень важным фактором правильного понимания дисциплины и науки метрология служат использующиеся в ней термины и понятия. Надо сказать, что, их правильная формулировка и толкование имеют первостепенное значение, так как восприятие каждого человека индивидуально и многие, даже общепринятые термины, понятия и определения он трактует по-своему, используя свой жизненный опыт и следуя своим инстинктам, своему жизненному кредо. А для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех, поскольку такой подход дает возможность оптимально и целиком понимать какое-либо жизненное явление. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне. Поскольку Итак, в метро логии используются следующие величины и их определения:

физическая величина - общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;

единица физической величины - физическая величина, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;

измерение физических величин - количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;

средство измерения - техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;

измерительный прибор - средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем;

мера - средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера. Например, если прибор аттестован как средство измерений, его шкала с оцифрованными отметками является мерой;

измерительная система - система, воспринимаемая как совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций;

измерительный преобразователь - средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия;

принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых базируются измерения;

метод измерений - совокупность приемов и принципов использования технических средств измерений;

методика измерений - совокупность методов и правил, разработанных метрологическими научно-исследовательскими организациями, утвержденных в законодательном порядке;

погрешность измерений - незначительное (допустимое) различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерения;

основная единица измерения - единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден;

производная единица - единица измерения, связанная с основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения, не имеющая эталона;

эталон - средство измерений, физический объект, который имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины, для трансляции ее габаритных параметров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения;

первичный эталон - средство измерений, обладающее наивысшей в стране точностью. Есть понятие <эталон сравнений>, трактуемое как средство для связи эталонов межгосударственных служб;

эталон-копия - средство измерений для передачи размеров единиц образцовым средствам;

образцовое средство - средство измерений, предназначенное только для трансляции габаритов единиц рабочим средствам измерений;

рабочее средство - средство измерений для оценки физического явления;

точность измерений - числовое значение физической величины, обратное погрешности, определяет классификацию образцовых средств измерений. По показателю точности измерений средства измерения можно разделить на: наивысшие, высокие, средние, низкие.

Глоссарий метрологии

Физическая величина - одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.

Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Поверка - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерения метрологическим требованиям.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность средства измерения - разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.

Точность средства измерений - характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

Датчик – функциональное устройство, кот. преобразует физическую величину одного рода в физическую величину другого рода, удобную для передачи другим элементам и на усиление. Основные характеристики: 1). Статическая характеристика y=f(x) 1-линейная характеристика, поэто- му чувствительность S = y / x =constбу- дет постоянной для всего диапазона х. 2-нелинейная характеристика – чув- ствительность различна в различных точках крутизны данной характери- стики. 1 1 1 2 2 2 1 2 S = y / x,S = y / x,S ¹S Датчики, в кот. статич. хар-ка не- прерывна назыв. датчиками непрер-го действия или функциональными. Если стат-кая хар-ка описывается след. ф- цией y = k × x, где k=const, то такой дат- чик наз-ся линейным. Если стат-кая хар- ка датчика имеет разрывный характер вида y=0 при 0<xa, то датчик наз-ся релейным. 2) Динамическая характеристика – зависимость y от времени при скачкообразном изменении входной величины x. y=f(t) при x=const 1 – экспонинциальный 2 - колебательный затухающий процесс. По виду выходной величины сигнала Y датчики делятся на: омиче- ские (резисторные), емкостные, индуктивные, термоэлектрические, трансформаторные, По виду входной