Файл: Втюрин_Основы_АСУТП.pdf

3 

Министерство образования и науки Российской Федерации  

Федеральное агентство по образованию 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  

ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С. М. Кирова 

В.А. ВТЮРИН, кандидат технических наук, доцент 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

ОСНОВЫ АСУТП

Учебное пособие 

для студентов специальности 220301 

«Автоматизация технологических процессов 

и производств» (по отраслям) 

Санкт-Петербург 2006 

4 

Введение 

Для  технологических  объектов  отрасли,  как  объектов 

автоматизации,  характерными  являются  следующие  особенности: 
наличие  разнородных  функциональных  задач,  возникающих  при 
автоматизации;  сравнительно  высокий  уровень  автоматизации 
существующих ТОУ; повышение актуальности задач оптимизации и 
др.  Управлять  подобными  объектами  невозможно  без  современных 
средств 

автоматизации 

и 

вычислительной 

техники, 

без 

высокоэффективных  автоматизированных  систем  управления 
технологическими процессами (АСУТП). 

АСУТП относятся к классу сложных систем, которым присущи 

следующие  черты:  наличие  у  всех  элементов  общей  цели; 
системный  характер  реализуемых  алгоритмов  обмена  и  обработки 
информации;  большое  число  входящих  в  систему  функциональных 
подсистем.  

Современный 

этап 

развития 

АСУТП 

характеризуется 

применением  индустриальных  технологий  создания  и  внедрения 
АСУТП 

на 

базе 

серийно 

выпускаемых 

промышленных 

контроллеров,  совместимых  с  персональными  компьютерами  и 
мощных  программно-техничесих  комплексов  (ПТК)  поддержки 
программирования  АСУТП  –  SCADA  систем,  а  также  развития  и 
стандартизации сетевых технологий. 

Построение  АСУТП  на  основе  концепции  открытых  систем 

позволяет 

аппаратно-программные 

средства 

различных 

производителей  совмещать  снизу доверху  и обеспечивать проверку 
всей  системы.  При  таком  подходе  значительно  уменьшается  общая 
стоимость  системы  в  результате  применения  более  дешевого 
оборудования (при аналогичных функциональных характеристиках), 
частичной  и  поэтапной  замене  имеющихся  на  предприятии 
аппаратно-программных  средств  или  даже  сохранении  некоторого 
старого оборудования. 

Важнейшими 

свойствами 

открытых 

систем 

являются: 

мобильность прикладных программ; мобильность персонала; четкие 
условия  взаимодействия  частей  системы  с  использованием 
открытых спецификаций. 

В  первой  главе  даются  основные  понятия  и  определения 

АСУТП,  ТОУ,  АТК,  функций  АСУТП,  критерия  управления, 
состава АСУТП и классификационных признаков АСУТП. 

Вторая  глава  знакомит  с  основными  понятиями  сетевой 

терминологии.  Дается  определение  сети  и  ее  виды:  локальные, 
распределенные, коммуникационные, информационные. Знакомит с 
архитектурой сети. 

5 

В  главах  3….7  рассматриваются  АСУТП  и  построение  их  на 

базе  концепции  открытых  систем,  в  основе  которых  лежит 
семиуровневая 

модель. 

Дается 

описание 

этих 

уровней. 

Рассматриваются  различные  топологии  сетей  и  их  выбор, 
приводятся  основные  аппаратные  и  программные  компоненты, 
рассказывается о работе протоколов и сетевой архитектуре Ethernet.  

Современные  локальные  сети  должны  отвечать  определенным 

требованиям, описание которых предлагается в главе 8. 

Глава  9  знакомит  с  функциональными  задачами  АСУТП. 

Излагается алгоритмическое обеспечение основных задач АСУТП. 

В  10  главе  рассматриваются  различные  архитектуры  АСУТП: 

централизованная, 

распределенная, 

клиент-сервер, 

Citect, 

масштабируемая, многоуровневая, с отдельными серверами. 

Программируемые  логические  контроллеры  (ПЛК)  являются 

одними из современных основных средств автоматизации. Их место 
в  АСУ,  структура,  операционная  система,  классификация  и  выбор 
рассматриваются в главах 11 и 12. 

Важное  значение  для  АСУТП  имеет  противоаварийная  защита 

(ПАЗ). В главе 13 обосновывается необходимость применения ПАЗ 
в  АСУТП.  Рассматриваются  системы  безопасности  в  гибких 
производствах  и  ПАЗ  в  АСУТП.  Показаны  пути  повышения 
надежности системы ПАЗ. 

I.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

1.1 Основные понятия и определения 
1.2 Функции АСУТП 
1.3 Состав АСУТП 
1.4 Общие технические требования 
1.5 Классификация АСУТП 

Ключевые слова: 

Технологический  объект  управления,  автоматизированный 

технологический комплекс, автоматизированная система управления 
технологическим  процессом,  критерий  управления,  режимы 
управления, состав АСУТП, классификация. 

1.1Основные понятия и определения

. 

Автоматизированная  система  управления  технологическим 

процессом  (АСУТП)  предназначена  для  выработки  и  реализации 
управляющих воздействий на технологический объект управления. 

Технологический объект управления (ТОУ)

 — это совокупность 

технологического  оборудования  и  реализованного  на  нем  по 
соответствующим  инструкциям  или  регламентам  технологического 
процесса производства. 

6 

К технологическим объектам управления относятся: 

•

технологические  агрегаты  и  установки  (группы  станков), 
реализующие самостоятельный технологический процесс; 

•

отдельные 

производства 

(цехи, 

участки) 

или 

производственный 

процесс 

всего 

промышленного 

предприятия, если управление этим производством носит в ос-
новном  технологический  характер,  т.  е.  заключается  в 
реализации  рациональных  режимов  работы  взаимосвязанных 
агрегатов (участков, производств). 

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУТП 

образуют   

автоматизированный технологический комплекс (A T К)

. 

Автоматизированная  система  управления  технологическим 

процессом

- 

человеко-машинная 

система 

управления, 

обеспечивающая 

автоматизированный 

сбор 

и 

обработку 

информации, 

необходимой 

для 

оптимизации 

управления  

технологическим  объектом в соответствии с принятым критерием. 

Такое определение АСУТП подчеркивает наличие в ее составе 

современных  автоматических  средств  сбора  и  обработки 
информации,  в  первую  очередь  средств  вычислительной  техники; 
роль  человека  в  системе  как  субъекта  труда,  принимающего 
содержательное  участие  в  выработке  решений  по  управлению; 
реализацию  в  системе  процесса  обработки  технологической  и 
технико-экономической  информации;  цель  функционирования 
АСУТП,  заключающуюся  в  оптимизации  работы  технологического 
объекта  управления  по  принятому  критерию  (критериям) 
управления  путем  соответствующего  выбора  управляющих 
воздействий. 

Критерий 

управления 

АСУТП

— 

это 

соотношение, 

характеризующее  качество  функционирования  технологического 
объекта  управления  в  целом  и принимающее конкретные  числовые 
значения 

в 

зависимости 

от 

используемых 

управляющих 

воздействий.  Таким  образом,  критерием  управления  обычно 
является 

технико-экономический 

показатель 

(например, 

себестоимость  выходного  продукта  при  заданном  его  качестве, 
производительность  ТОУ  при  заданном  качестве  выходного 
продукта и т. п.) или технический показатель (например, параметры 
процесса, характеристики выходного продукта). 

Система  управления ТОУ  является  АСУТП  в  том  случае, если 

она  осуществляет  управление  ТОУ  в  целом  в  темпе  протекания 
технологического  процесса  и  если  в  выработке  и  реализации 
решений  по  управлению,  участвуют  средства  вычислительной 
техники и другие технические средства и человек-оператор. 

АСУТП  в системе   управления промышленным предприятием. 

7 

АСУТП  как  компоненты  общей  системы  управления 

промышленным 

предприятием 

предназначены 

для 

целенаправленного 

ведения 

технологических 

процессов 

и 

обеспечения  смежных  и  вышестоящих  систем  управления 
оперативной и достоверной технико-экономической информацией. 

АСУТП, 

созданные 

для 

объектов 

основного 

и 

вспомогательного  производства,  представляют  собой  низовой 
уровень автоматизированных систем управления на предприятии. 

АСУТП  могут  использоваться  для  управления  отдельными 

производствами,  включающими  в  свой  состав  взаимосвязанные 
ТОУ. 

АСУТП 

производства 

обеспечивает 

оптимальное 

(рациональное)  управление  как  всеми  АТК  и  ТОУ,  так  и 
вспомогательными  процессами  (приемкой,  транспортировкой, 
складированием  входных  материалов,  заготовок  и  готовой 
продукции и т. д.), входящими в состав данного производства. 

Организация взаимодействия АСУТП с  системами управления 

высших  уровней  определяется  наличием  на  промышленном 
предприятии 

автоматизированной 

системы 

управления 

предприятием 

(АСУП) 

и 

автоматизированных 

систем 

организационно-технологического управления (АСОУТ). 

АСУТП  получает  от  соответствующих  подсистем  АСУП  или 

служб  управления  предприятием  непосредственно  или  через 
АСУОТ задания и ограничения (номенклатуру подлежащих выпуску 
продуктов 

или 

изделий, 

объемы 

производства, 

технико-

экономические 

показатели, 

характеризующие 

качество 

функционирования  АТК,  сведения  о  наличии  ресурсов)  и 
обеспечивает  подготовку  и  передачу  этим  системам  необходимой 
для  их  работы  технико-экономической  информации,  в  частности  о 
выполнении  заданий,  продукции,  оперативной  потребности  в 
ресурсах,  состоянии  АТК  (состоянии  оборудования,  ходе

технологического процесса, его технико-экономических показателях 
и т. п.). 

При  наличии  на  предприятии  систем  технической  и  (или) 

технологической 

подготовки 

производства 

обеспечивается 

взаимодействие  АСУТП  с  этими  системами.  АСУТП  получают  от 
них  техническую,  технологическую  и  другую  информацию, 
необходимую для проведения заданных технологических процессов, 
и  направляют  в  эти  системы  фактическую  оперативную 
информацию, необходимую для их функционирования, в том числе 
для  корректировок  регламентов  проведения  технологических 
процессов.