СКАЧАТЬ:  asu-tp.zip [64,05 Kb] (cкачиваний: 64)

АСУТП  состоит из следующих обеспечивающих систем:

• • техническое обеспечение, которое включает вычислительные и управляющие устройства, средства получения информации (датчики), средства преобразования, хранения, отображения и регистрации информации, устройства передачи сигналов и исполнительные устройства;
• • программное обеспечение, состоящее из совокупности программ, необходимых для реализации функций АСУТП и обеспечения заданного функционирования комплекса  технических  средств;
• • информационное обеспечение включает информацию, характеризующую состояние системы управления, системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, массивы данных и документов, необходимых для выполнения функций  АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию;
• организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функциональных, технических и организационных структур, а также инструкций для оперативного персонала; данная совокупность должна обеспечить надлежащее функционирование перечисленных структур;
• оперативный персонал  - это технологи-операторы, осуществляющие контроль за управлением системы;
• эксплуатационный персонал – это персонал, обеспечивающий эксплуатацию системы.
• • поскольку на протекание технологических процессов наибольшее влияние оказывают наблюдаемые (но неуправляемые) возмущения, то необходимо осуществление управления по возмущению;
• • поскольку для описания технологических процессов используются различные уравнения, заранее неизвестные или известные приближенно, то в АСУТП должно осуществляться построение математической модели, которая должна непрерывно автоматически уточняться;
• • алгоритм управления не должен существенно изменяться при изменении   количества учитываемых факторов, что позволит обеспечить ввод в действие АСУТП путем постепенного дополнения новыми переменными;
  • • система должна обладать высокой надежностью.

Технологические  процессы 

 делятся  на  непрерывные,  периодические  и  дискретные.

•Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается  до  тех  пор,  пока  подводится  сырье,  энергия,  катализаторы, управляющие воздействия. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти.

•Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла в  доменной печи.

Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс  можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий  и  т.п.

База данных(БД) - организованная, в соответствии с определенными правилами, поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для информационной потребности пользователя. Наиболее используемые в компании  в компании Татнефть системы обработки БД это -СУБД: ORACLE, MS-SQL.

3 Первостепенное значение имеют требования ПБ 09-540-03 по созданию на взрывоопасных производствах системы управления промышленной безопасностью.

Согласно Пункту 1.4 ПБ: "В целях организации работы по предупреждению аварий и производственного травматизма организации, имеющие в своем составе взрывопожароопасные объекты, разрабатывают систему стандартов предприятия по управлению промышленной безопасностью, и обеспечивают их эффективное функционирование и актуализацию"

Более того, согласно Пункту 1.5 ПБ: "Организации, осуществляющие проектную деятельность, а также деятельность по монтажу, ремонту оборудования и сооружений, обучению персонала, разрабатывают и обеспечивают эффективное функционирование и актуализацию Системы стандартов предприятия по обеспечению качества. Системы качества организаций должны предусматривать наличие стандар­тов по обеспечению безопасного ведения работ"

Таким образом, промышленное предприятие не только само должно обеспечить требования Правил, но и вправе потребовать от организаций, участвующих в создании, проектировании, обучении, реконструкции, модернизации взрыво­опасных технологических объектов соответствия Стандартам предприятия по обеспечению промышленной безопасности, и по созданию безопасных систем управления и защиты

Прежде всего, промышленное предприятие должно иметь собственную концепцию создания и развития безопасных средств автоматизации. Эта концепция должна быть оформлена в виде комплекса стандартов предприятия (СТП) в приложении к системам управления и защиты взрывоопасных технологических процессов.

Ядро этого комплекса стандартов составляют четыре документа, представленные в четырех главах этой работы:

• Ø «Состав и содержание работ по созданию АСУТП»
• Ø «Состав и содержание документации проекта АСУТП»
• Ø «Техническое задание на создание АСУТП»
• Ø «Программа и методика испытаний».

Объединяющая роль этого комплекса должна быть отведена Стандарту предприятия "На проектирование, разработку, внедрение, эксплуатацию и сопровождение АСУТП", определяющему общие организационно-технические мероприятия по созданию и эксплуатации автоматизированных систем управления и защиты технологических процессов

Согласно ГОСТ 34.601-90

"Автоматизированные Системы. Стадии создания", процесс создания АСУТП представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных, объединенных в стадии и этапы работ, выполнение которых необходимо и достаточно для создания Системы, соответствующей заданным требованиям.

Стадии и этапы создания АСУТП выделяются как части процесса создания по соображениям рационального планирования и организации работ, заканчивающихся заданным результатом. ГОСТ 34.601-90 рекомендует нижеследующую последовательность стадий и этапов работ по созданию АСУТП.

4 Теория Автоматического Управления (ТАУ)

-Это дисциплина, изучающая процессы автоматического управления  объектами разной физической природы. При этом с помощью математических средств выявляются свойства систем автоматического управления (САР) и разрабатываются рекомендации по их проектированию. Современные системы управления объектами нефтедобычи характеризуются большим количеством технологических параметров, число которых может достигать нескольких тысяч. Для поддержания требуемого режима работы, все эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону.

Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса.

 Введем некоторые определения:

Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной или регулируемым параметром.

Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением.

Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.

Объект управления (объект регулирования - ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

Регулирование – частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Входное воздействие (Х) – воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.

Выходное воздействие (Y) – воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.

Внешнее воздействие – воздействие внешней среды на систему.

Задающее воздействие (то же, что входное воздействие Х) - воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины).

Управляющее воздействие (u) - воздействие управляющего устройства на объект управления.

Управляющее устройство (УУ) - устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.

Возмущающее воздействие (f) - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

Ошибка управления (е = х - у) - разность между предписанным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.

Регулятор (Р) - комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.

Автоматическая система регулирования (АСР или САР) - автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление (u) вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.

5 Важным показателем АСР является устойчивость, поскольку основное  ее назначение заключается в поддержании заданного постоянного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону.

При отклонении регулируемого параметра от заданной величины (например, под действием возмущения или изменения задания) регулятор воздействует на систему таким образом, чтобы ликвидировать это отклонение.

Если система в результате этого воздействия возвращается в исходное состояние или переходит в другое равновесное состояние, то такая система называется устойчивой.

Если же возникают колебания со все возрастающей амплитудой или происходит монотонное увеличение ошибки е, то система называется неустойчивой.

Устойчивость

Для того, чтобы определить, устойчива система или нет, используются критерии устойчивости

Корневой критерий Критерий Стодолы

являются необходимыми критериями устойчивости отдельных звеньев и разомкнутых систем

Критерий Гурвица

является алгебраическим и разработан для определения устойчивости замкнутых систем без запаздывания

Критерий Найквиста Критерий Михайлова и др.

относятся к группе частотных критериев, поскольку определяют устойчивость замкнутых систем по их частотным характеристикам. Их особенностью является возможность применения к замкнутым системам с запаздыванием, которыми является подавляющее большинство систем управления.

6 Основные понятия, назначение SCADA - системы

• • Преимущества, требования и возможности SCADA – систем
• • Открытость, поддержка протокола
• • Последовательность действий при программировании           SCADA – систем, языки программирования
• • Функциональные карты и функциональные блоки

SCADA - это уровень промышленного сервера и сети автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, диспетчеров, установленных в различных помещениях и зданиях. АРМ реализованы на базе комплексов диспетчерского управления и сбора данных  (SCADA системы). SCADA-системы представляют собой специализированное программное обеспечение, ориентированное на визуализацию технологических процессов и коммуникацию с внешним миром. Данные системы построены по модульному принципу и предусматривает возможность поддержки распределенных или централизованных систем контроля и управления. Основу большинства SCADA -пакетов составляют несколько программных компонентов и администраторов (доступа, управления, сообщений).

Уровень управления по показателям качества продуктов и эффективности производства может быть реализован с использованием SCADA-систем отечественных и зарубежных производителей, например:

InTouch (Wanderware, США),Trace Mode (AdAstra, Россия), GENIE (Advantech, Тайвань), Genesys (Iconics, США),Real Flex (BJ, США),FIX (Intellution, США),Factory Suite, Citect (CiTechnologies, США) и др.

Перечисленные выше программные продукты предназначены для использования на действующих  технологических установках в реальном времени и, следовательно, требуют использования компьютерной техники в промышленном исполнении, отвечающей наиболее жестким требованиям в смысле надежности, стоимости и безопасности.

Преимущества SCADA-систем:

автоматизированная разработка систем управления, дающая возможность создания ПО СУ без непосредственного программирования;

-  открытость;

-  работа в реальном времени;

-  эксплуатационные характеристики (стандартный оконный интерфейс, качество технической поддержки, русификация и т.д.).

К SCADA-системам предъявляются особые требования:

-  соответствие нормативам "реального времени" (в т.ч. и "жесткого реального времени");

-  способность адаптироваться как к изменениям параметров среды в темпе с этими изменениями, так и к условиям работы информационно-управляющего комплекса;

-  способность работать в течение всего гарантийного срока без обслуживания (бесперебойная работа годами);

- установка в отдаленных и труднодоступных местах (как географически - малообжитые районы, так и технологически - колодцы, эстакады).

Основные возможности SCАDA-систем:

сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

-  архивирование и хранение информации для последующей обработки (создание архивов событий, аварийной сигнализации, изменения технологических параметров во времени, полное или частичное сохранение параметров через определенные промежутки времени);

-  визуализация процессов;

- реализация алгоритмов управления, математических и логических вычислений (имеются встроенные языки программирования типа VBasic, Pascal, C и др.), передача управляющих воздействий на объект;

- документирование как технологического процесса, так и процесса управления (создание отчетов), выдача на печать графиков, таблиц, результатов вычислений и др.;

-  сетевые функции (LAN, SQL);

-  защита от несанкционированного доступа в систему;

- обмен информацией с другими программами (например, Outlook, Word и др. через DDE, OLE и т.д.).

7 SCADA-системы реализуют две основные задачи:

• сбор данных о контролируемом тexнологическом процессе,
•  управление технологическим процессом, реализуемое ответственными лицами на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает наибольшую эффективность и безопасность технологического процесса.

Основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:

• автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;
•  средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;
•  средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;
•  средства хранения информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
•  средства обработки первичной информации;
•  средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;
•  возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

SCADA -системы обеспечивают выполнение следующих основных функций:

1. Прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков
2. Сохранение принятой информации в архивах.
3. Вторичная обработка принятой информации.
4. Графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме.
5. Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов.
6. Регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы
7. Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях.
8. Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации.
9. Обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием (или, как ее принято называть сейчас, комплексной информационной системой).

10.Непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Графические возможности.

Функционально графические интерфейсы SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно - ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий круг операций над выбранным объектом. Объекты могут быть простыми (линии, прямоугольники, текстовые объекты и т. д.) и сложные. Возможности агрегирования сложных объектов в разных SCADA - системах различны. Все SCADA - системы включают библиотеки стандартных графических символов, библиотеки сложных графических объектов, обладают целым рядом других стандартных возможностей.

Ниже дано краткое описание архитектуры и функциональных возможностей типовой современной SCADA системы.

В состав типовой SCADA входят следующие подсистемы:

•  Графической среды разработки и запуска приложений (GraphWorX32)
•  Архивов (TrendWorX32); 
•  Аварий; 
•  Доступа ; 
•  Встроенных языков программирования

8 Создание и развертывание гибких приложений. Возможности расширения.

Мощное программное обеспечение InTouch, предлагающее широкий спектр функциональных возможностей, является идеальным решением при создании отдельных, автономных приложений, с возможностью расширения до сотни узлов в среде распределённой системы - тестирование и поддержка от 1 до 1 млн. вв.-выв.

Наличие мощных встроенных возможностей распределенных систем упрощает процессы развертывания, управления и организации крупных систем, что позволяет уменьшить затраты на разработку и использование продукта. InTouch 9.5 HMI также обеспечивает возможности визуализации информации, получаемой с Industrial Application Server. Industrial Application Server значительно облегчает работу инженерного персонала и сокращает время развертывания и обслуживания больших систем на одном или нескольких объектах. В этой конфигурации Industrial Application Server осуществляет централизованное управление в следующих сферах: безопасность, сценарии (scripting), историю и возможности соединения для всех приложений.

      Кроме того, поскольку политика компании Wonderware поддерживает миграцию существующих приложений, то при переходе на более крупные системы или новые версии программного обеспечения не требуется дополнительных затрат и усилий со стороны инженерно-технического персонала.

Приложения InTouch можно просматривать с помощью множества устройств без каких-либо дополнительных изменений конфигурации, например, используя:

• отдельный монитор;
• множество экранов;
• маломощные сетевые клиенты;
• интернет;
• портативные устройства - "карманные" и планшетные компьютеры.

     Программное обеспечение InTouch позволяет также снизить затраты на реализацию проекта, предоставляя возможности визуализации одного и того же приложения через множество различных устройств. Т.о. InTouch HMI удовлетворяет все информационные потребности пользователей на используемых ими устройствах.

9 Требования к системам верхнего уровня:

• Они должны работать только с технологической информацией, отражающей основной технологический процесс. Поэтому АРМы должны быть сориентированы на работу в терминах и понятиях технологического процесса      
• обеспечение открытости, как с точки зрения подключения различного контроллерного оборудования, так и коммуникации с другими программами;
•  мощной, иметь гибкие средства, обеспечивающие пользователю эффективное создание экранных форм с минимальными затратами труда и времени(максимальная автоматизация рутинных процессов);
•  обеспечение простоты разработки приложений  и доступной не только для разработчика, но и для конечного пользователя создаваемой АСУТП, поскольку облик системы определяется и может подвергаться изменениям как разработчиком, так и пользователем (возможность самообучения специалистов);
• максимально открытой, во-первых, иметь возможность сопряжения с различными продуктами других фирм (ПО технологических контроллеров, СУБД, другими SCADA), во-вторых, иметь в наличии мощный и универсальный скриптовый язык и, в-третьих, иметь возможность встраивания в SCADA готовых компонентов (в первую очередь – ActiveX);
•  масштабируемой и полнофункциональной, позволяющей создавать проекты разного масштаба от сотен сигналов до десятков тысяч и для различных задач промышленной автоматизации;
•  надежной (технологическая и функциональная)–быть устойчивой к ошибкам во внешних компонентах и к некорректным действиям обслуживающего персонала;
• иметь умеренную цену на основное ПО и на лицензии исполнительных модулей пакета.
•  Иметь средства компьютерной защиты информации, разграничение ответственности пользователей
•  должна предоставлять обслуживающему персоналу гибкий инструментарий для анализа поступающей информации .В стандартный набор типовой SCADA, как правило, не входят средства для решения и гибкого анализа, а возможности, предоставляемые стандартными SCADA-пакетами,  являются явно недостаточными для выполнения полноценного, детального анализа поступающей информации.

Задачи, решаемые на верхнем уровне АСУТП:

• прием и сохранение в архивах принятой информации о контролируемых технологических параметрах от оборудования нижестоящего уровня (контроллеров и датчиков);
•  обработка принятой информации в реальном масштабе времени: математическая обработка информации от «нижнего» уровня с целью получения реальной картины состояния всего технологического процесса;
•  сравнение измеренных значений технологических параметров с заданными значениями и формирование сигналов управления, а также предупредительной и аварийной сигнализации;
•  сохранение принятой информации в единой базе данных;
•  отображение хода технологического процесса в виде мнемосхем, трендов (графиков изменения параметров во времени), индикаторов;

Методы повышения надежности систем SCADA

В тщательно спроектированных системах эти возможности способствуют улучшению эффективности работы предприятия и ,следовательно, увеличению прибыли. Однако, при разработке таких систем, инженеры часто упускают из вида один существенный аспект - что произойдет, если какой либо элемент аппаратуры выйдет из строя?

Локальная система АСУТП и распределенная система  имеют одну общую особенность. Обе системы полностью выйдут из строя, если всего в ОДНОМ компоненте системы (компьютере, соединенном с контроллерами или сетью контроллеров) возникнет неисправность.

Программное обеспечение для управления производственными процессами SCADA система поддерживает реализацию резервирования большинства компонентов как вследствие особенности архитектуры, так и наличию встроенных механизмов.

10  Государственная система приборов (ГСП)

ГСП объединяет в себе все средства контроля и регулирования технологических процессов. Характерной особенностью ГСП является:

1. Блочно-модульный принцип, лежащий в основе конструкций устройств

Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости.

ГСП объединяет в себе все средства контроля и регулирования технологических процессов. Характерной особенностью ГСП является:

2. Унификация входных-выходных сигналов и сигналов питания

Унифицированные сигналы

пневматическую

• § сигналы давления сжатого воздуха
• § диапазон изменения сигнала:0,2 - 1
• § сигнал питания    1.4  
• § расстояние передачи сигнала: до 300 м

электрическую сигналы имеют много диапазонов, которые можно разделить на две группы:

• § токовые (сигналы постоянного тока), например:

   0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА и др.;

• § сигналы напряжения постоянного тока, например:

0 - 1 В, 0 - 10 В и др.

Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий преобразователь.

Классификация КИП

• • На нефтеперерабатывающих и химических производствах наиболее часто измеряемыми величинами являются температура, давление, расход и уровень. На них приходится около 80 % всех измерений. Остальную часть занимают электрические, оптические и др. измерения.
• • При измерениях используются различные измерительные приборы, которые классифицируются по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения: механических, электрических, магнитных, тепловых и других физических величин.
• § Классификация по роду измеряемой величины указывает, какую физическую величину измеряет прибор (давление Р, температуру Т, расход F, уровень L, количество вещества Q и т.д.).

Измерительные приборы разделяют на приборы

• Непосредственной оценки;
• Сравнения.            

По характеру измерения

• Стационарные
• переносные

По способу отсчета измеряемой величины

• Показывающие,
• Регистрирующие,
• суммирующие.

Первичные приборы или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования.

Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрокинетические, гальванические и др. датчики).

Параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Им для работы необходим источник энергии.

Выходным сигналом механических первичных преобразователей  (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины.

11 Температура вещества - величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел.

Для сравнения нагретости этих тел используют изменения каких-либо физических свойств, зависящих от температуры и легко поддающихся измерению.

По свойству термодинамического тела, используемого для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров 

• термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких тел;
• термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения твердых тел;
• термометры газовые манометрические;
• термометры жидкостные манометрические;
• конденсационные;
• электрические;
• термометры сопротивления;
• оптические монохроматические пирометры;
• оптические цветовые пирометры;
• радиационные пирометры.

В основу принципа действия манометрического термометра положена зависимость между температурой и давлением  термометрического (рабочего) вещества, лишенного возможности свободно расширяться при нагревании.

Манометрические термометры обычно включают в себя термобаллон, капиллярную трубку и трубчатую пружину с поводком, зубчатым сектором и стрелкой. Вся система заполняется рабочим веществом. При нагревании термобаллона, установленного в зоне измеряемой температуры, давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует через передаточный механизм на стрелку или перо прибора.

Газовые манометрические термометры основаны на зависимости температуры и давления газа, заключенного в герметически замкнутой термосистеме.

Достоинства: шкала прибора практически равномерна.

Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона.

Классификация приборов для измерения давления: 

I. По принципу действия:

1) жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);

2)поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);

3)пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);

4)электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

II. По роду измеряемой величины:

1) манометры (измерение избыточного давления);

2) вакуумметры (измерение давления разряжения);

3) мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);

4) напорометры (для измерения малых избыточных давлений);

5) тягомеры (для измерения малых давлений разряжения);

6) тягонапорометры;

7) дифманометры (для измерения разности давлений);

8) барометры (для измерения барометрического давления).

Жидкостные манометры.

Широко применяются в качестве образцовых приборов для лабораторных и технических измерений. В качестве рабочей жидкости используется спирт, вода, ртуть, масла.

Двухтрубный манометр представляет из себя U-образную трубку, заполненную затворной жидкостью.

12 Количество вещества выражается в единицах объема или массы (т.е. в м3 или килограммах). Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным, и массовым методами, количество газа - только объемным. Для твердых и сыпучих материалов используется понятие насыпной или объемной массы, которая зависит от гранулометрического состава сыпучего материала. Для более точных измерений количество сыпучего материала определяется взвешиванием.

Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Массовый расход измеряется в кг/с, объемный - в м3/с.

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Метод переменного перепада давления.

Является самым распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа.

В измерительной технике сужающими устройствами являются диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Наиболее часто из них применяются диафрагмы, которые представляют собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы. Затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции, поток сужается до минимального значения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением.

Поплавковый уровнемер построен по принципу использования выталкивающей силы жидкости.

 Чувствительный элемент представляет собой тело произвольной формы (поплавок), плавающий на поверхности жидкости и имеющий постоянную осадку.

Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости и текущее значение уровня определяется фиксацией положения поплавка.

Действие буйкового уровнемера основано на законе Архимеда.

Чувствительный элемент буйкового уровнемера - буй - массивное тело, подвешенное вертикально внутри сосуда, уровень жидкости в котором контролируется.

По мере изменения уровня жидкости изменяется погружение буя,вследствии компенсации выталкивающей силы жидкости изменением усилия в подвеске.

Таким образом, по величине погружения буя судят об уровне жидкости в сосуде.

Характеристика буйкового уровнемера линейная, а чувствительность тем больше, чем больше площадь поперечного сечения буя.

13 Исполнительным устройством  (ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО) объекта.

Большинство управляющих воздействий в нефтепереработке, нефтедобыче и нефтехимии реализуется путем изменения расходов веществ (например, сырья, топлива, кубового остатка колонны и т.д.).

 Уравнение статики ИУ для расхода F жидкости или газа может быть описано как

F = F(ΔP, ν, ρ, C1, C2, …),

где ΔP – перепад давления на РО, ν - вязкость, ρ – плотность, Сi – некоторые параметры, зависящие от конструкции РО, режима истечения потока и т.д.

Отсюда видно, что расход F может быть изменен путем:

- изменения ΔP (насосные ИУ),

- ν или ρ (реологические ИУ),

- коэффициентами Ci (дроссельные ИУ).

Для данных ИУ, как правило, давление на выходе Рвых больше, чем давление на входе Рвх, а перепад давления на РО определяется как ΔР = Рвых – Рвх.

       Стандартные исполнительные механизмы (ИМ) работают в комплекте с РО, образуя вместе ИУ, и классифицируются по:

- виду энергии, создающей перестановочное усилие (электрические, пневматические, гидравлические и др.);

-     виду движения (прямоходовые, однооборотные и многооборотные);

-  принципу создания перестановочного усилия (мембранные, поршневые, сильфонные, лопастные, электромагнитные, электродвигательные и др.).

Пневматические ИМ нашли широкое распространение благодаря простоте конструкции, низкой стоимости, надежности, способности работать в пожаро- и взрывоопасных условиях. Недостатки: ограниченность расстояния от регулятора до места установки ИУ (обычно до 200 м), низкое быстродействие, низкий класс точности.

Входным сигналом этих ИМ является давление сжатого воздуха, которое, воздействуя на мембрану, создает усилие

F = Sэф (Рu – Ро),

где Pu – управляющее давление,

Ро – начальное давление, при котором создается движение плунжера,

Sэф – эффективная площадь мембраны.

Электрические ИМ имеют преимущества: высокое быстродействие, точность позиционирования, компактность, доступность источника энергии, большие перестановочные усилия. Недостатки: дороговизна, необходимость мер защиты во взрыво- и пожароопасных условиях. 

       Подразделяются на электродвигательные (привод от двигателя) и электромагнитные.

       Промышленность выпускает практически только электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В:

- многооборотные (МЭМ),

- однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360º,

- прямоходовые (МЭП).

        Пример маркировки: МЭО-0,63/10-0,25 (однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н.м, время хода 10 сек, номинальный ход 0,25 оборота).

Rosemount 8800D versus Prowirl

14 Локальные сети ПК

Сеть - группа из неопределённого заранее количества компьютеров, соединенных между собой при помощи специальной аппаратуры и находящаяся под единым программным управлением, обеспечивающими обмен данными между компьютерами этой группы.

В сети ПК делятся на рабочие станции и сервера.

• § Сервер обеспечивает хранение данных и управление процессами приёма и передачи данных.
• § Рабочая станция служит для обеспечения доступа конечного пользователя к хранимой информации.

Сети разделяют на локальные и глобальные.

В локальных сетях компьютеры расположены относительно недалеко друг от друга и соединены при помощи высокоскоростных линий связи (порядка 100 Мбит/с). Глобальные сети объединяют ПК расположенные на значительном расстоянии. Скорость передачи информации в таких сетях значительно ниже, чем в локальных сетях.

Для целей автоматизированного управления, как правило, используются локальные сети компьютеров.

Компьютерные сети строятся в соответствии с техническими концепциями следующих топологий:

• § Топология «звезда»;
• § Топология «кольцо»;
• § Топология «шина».

В сети с топологией типа «звезда» все компьютеры соединены с центральным ком­пьютером или хабом «hub». Прямые соединения между двумя компьютерами такой сети отсутствуют. На рисунке показана сеть с топологией «звезда».

Основное достоинство такой топологии состоит в том, что если повреждается одно от­дельное соединение между компьютером и хабом, то все оставшиеся соединения сети функ­ционируют исправно. Недостаток топологии «звезда» - прямое следствие ее достоинств: если поврежденным окажется сам центральный хаб, то это выведет из строя полностью всю сеть.

Для топологии «кольцо» характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Начав движение из одной точки такого кольца, данные в конце концов попадают на его начало.

Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении. В отличие от «звезды», «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми ком­пьютерами, поскольку повреждение линии в одном месте приводит к остановке сети. Другой недостаток "кольца" состоит в том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, тем самым затрудняя реализацию принципа ограничения доступа к информации и давая воз­можность перехвата информации, не адресованной иным пользователям.

Эта топология использует один передающий канал, обычно коаксиальный , реже, воло­конно-оптический кабель, называемый «шина». Все сетевые компьютеры подсоединяются напрямую к шине.

В сети с топологией «шина» данные следуют в обоих направлениях одновременно. На обоих концах кабеля- шины устанавливаются специальные заглушки (терминаторы). Как и в случае кольца, нарушение соединения в одном месте сети сразу прекратит ее работу. Безопас­ность данных в сети «шина» - такое же слабое место, как и в сети «кольцо», поскольку данные всей сети проходят через каждый сетевой компьютер.

До тех пор, пока хаб не выйдет из строя, топология «звезда» обладает значительными преимуществами перед всеми остальными. Когда хаб выходит из строя, стоимость его ремонта (с учётом временных и финансовых затрат) оказывается неприемлемо высокой. Ремонт кабеля требует значительно меньших затрат времени и финансов, чем ремонт хаба.

Полное сравнение основных характеристик сетей с разной топологией, заказчики и проектировщики локальных сетей производят с учётом множества факторов, и часто случается так, что, по величине эксплуатационных и ремонтных затрат для "звезды", "кольца" и "шины", отдаётся предпочтение топологии «кольцо» (или «шина»), несмотря на преимущества топологии "звезда".

Для описания совокупности схемотехнических и программных средств, обеспечивающих локальное и дистанционное взаимодействие компонентов сетей используются близкие по значению понятия "интерфейс", "протокол", "стык".

Стандартный интерфейс - совокупность унифицированных технических, программных и конструктивных средств необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в структуре АСУ, при условиях, предписанных стандартами и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости используемых средств.

Стык - место соединения устройств передачи данных, входящих в сети передачи дан­ных.

Протоколы - строго заданная процедура или совокупности правил, определяющие способ выполнения функций определенного класса соответствия средств вычислительной техники.

По конструкции интерфейсы можно разделить на следующие виды:

• § линии;
• § шины - совокупность линий сгруппированных по функциональному назначению;
• § магистраль - совокупность всех линий интерфейса.

Существуют два типа магистралей:

• § информационные;
• § управляющие.

По информационной магистрали передаются коды адресов, команд данных и состояний.

В составе информационных магистралей выделяются следующие шины :

• § шина адреса;
• § шина команд;
• § шина состояний.

Шина команд используется для задания типа операций на магистрали (чтение, запись, запуск).

Шина данных используется для передачи двоичные коды данных, обычно имеющих размер, кратный байту (4, 8, 24, 32 разряда).

Шина состояния используется для передачи сообщений, описывающих результат вы­полнения операций на интерфейс или состояние устройств сопряжения (канал занят, канал свободен, готовность к передаче, ошибка передачи).

Для повышения быстродействия используется параллельная передача данных.

В шине управления выделяются следующие группы линий:

• § управление обменом;
• § передача управления;
• § прерывания;
• § управление режимом работы;
• § специальных сигналов.

Шина управления обменом включает в себя линии синхронизации передачи информации. При синхронизации передачи сигнал синхронизации используется либо по фронту, либо по спаду импульсов.

Шина прерывания используется в интерфейсах, ориентированных на применение в ЭВМ и в сетях контроллеров, работающих в реальном времени.

Шины управления режимом работы и специальными сигналами обеспечивают работу самого интерфейса, как например, приведение всех устройств интерфейса в исходное состояние, контроль источников питания, контроль времени и т.д.

Для интерфейсов выделяются функции, обеспечивающие информационную совместимость:

• § селекция информационного канала;
• § синхронизация обмена информацией;
• § координация взаимодействия;
• § обмен и преобразование формы представления информации.

Современные АСУТП строятся как распределенные системы управления, в которых выделяются 3 уровня организации:

• § нижний уровень - уровень контроллеров, охватывающих отдельные участки производства. Скорости передачи данных на этом уровне до 5Мб/с.
• § уровень охвата технологического процесса. Скорость передачи данных на этом уровне до 5-20М6/С.
• § верхний уровень, скорость передачи данных на этом уровне до 50Мб/с.

15 ERP-система (англ. Enterprise Resource Planning System — Система планирования ресурсов предприятия) — корпоративная информационная система (КИС), предназначенная для автоматизации учёта и управления. Как правило, ERP-системы строятся по модульному принципу и в той или иной степени охватывают все ключевые процессы деятельности компании.

Функции ERP-систем

В основе ERP-систем лежит принцип создания единого хранилища данных, содержащего всю корпоративную бизнес-информацию и обеспечивающего одновременный доступ к ней любого необходимого количества сотрудников предприятия, наделённых соответствующими полномочиями.

Основные функции ERP систем:

• • ведение конструкторских и технологических спецификаций, определяющих состав производимых изделий, а также материальные ресурсы и операции, необходимые для их изготовления;
• • формирование планов продаж и производства;
• • планирование потребностей в материалах и комплектующих, сроков и объёмов поставок для выполнения плана производства продукции;
• • управление запасами и закупками: ведение договоров, реализация централизованных закупок, обеспечение учёта и оптимизации складских и цеховых запасов;
• • планирование производственных мощностей от укрупнённого планирования до использования отдельных станков и оборудования;
• • оперативное управление финансами, включая составление финансового плана и осуществление контроля его исполнения, финансовый и управленческий учёт;
• • управления проектами, включая планирование этапов и ресурсов