Распределенные системы управления (РСУ)

Распределенные системы управления (РСУ) Расшифровка

Особенности асу тп

Теперь хотелось бы отметить важные особенности современных АСУ ТП:

  • При выходе из строя всех станций оператора управления технологическим процессом продолжается, если необходимо можно добавить условия при которых, отказ всех станций вызывает безопасный останов производства.
  • Станции оператора подключены к сети производства, но как правило, не имеют доступа к сети Интернет, не имеют возможности подключать USB-носители, и не имеют дисковода. Так же, часто, станции оператора не имеет стандартной компьютерной клавиатуры, а снабжены специализированными клавиатурами, оснащенными только необходимыми функциональными клавишами.
  • Станции инженера, как правило, вообще выключены, либо находятся в спящем режиме.

Распределенные системы управления (рсу)

Введение

Стремительное развитие микропроцессорных устройств, нашедших применение в первую очередь в технических системах, изменило содержание принципов управления процессами производства. АСУТП носят характер распределенных территориально и функционально систем управления (РСУ). В качестве узловых станций в них используются промышленные ПЭВМ, программируемые контроллеры, операторские терминалы. Датчики и исполнительные устройства все чаще являются интеллектуальными, то есть осуществляют обработку и преобразование информации в цифровой сигнал в месте их установки.

Распределенные системы управления (РСУ)

Информация в РСУ, как правило, передается по цифровым сетям.

РСУ – система, состоящая из множества устройств, разнесенных в пространстве, каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи.

РСУ имеет ряд преимуществ перед сосредоточенной: больше быстродействие благодаря распределению задач между параллельно работающими устройствами, повышенную надежность, улучшенную помехоустойчивость благодаря уменьшению длины линий передачи аналоговых сигналов, меньший объем кабельной продукции.

Анализ сложных РСУ позволяет выделить в них несколько уровней иерархии (рис. ). Нижний (полевой) уровень включает датчики и исполнительные устройства, как правило, имеющие цифровой интерфейс, позволяющий передавать информацию по цифровым сетям нижнего уровня (AS – интерфейс, HART – протокол и др.). Второй (контроллерный) уровень состоит из программируемых логических контроллеров с модулями ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети (Fieldbus). На этом уровне могут использоваться ПЭВМ. Оператор процесса наблюдает за его ходом и осуществляет управление с помощью мнемосхемы на мониторе ПЭВМ (на базе SCADA-системы).

Программно–технический комплекс – основа построения РСУ

Развитие современных МП-средств автоматизации и передачи данных дает возможность подходить к построению РСУ комплексно, то есть во многих случаях создавать системы на базе современных схемотехнических решений, технологий системного программирования и дружественных интерфейсов, как для эксплуатационного персонала, так и для участников разработки и проектирования АСУТП.

Таким требованиям отвечают программно-технические комплексы (ПТК), создаваемые рядом фирм (см. главу ).

В состав ПТК входит:

1.Семейство современных микропроцессорных контроллеров (ПЛК) различной информационной мощности – от малоканальных регуляторов до ПЛК, обрабатывающих более 1000 входных и выходных сигналов.

2.Персональные компьютеры, используемые как для создания интерфейса «человек-система» для управляющего персонала, так и для обеспечения информационных задач системы.

3.Цифровые сети передачи данных на всех уровнях РСУ, включая сетевое оборудование.

4.Системное программное обеспечение, в том числе операционные системы компьютеров, программное обеспечение ПЛК.

Структура распределенной системы управления

Современное промышленное предприятие невозможно представить без систем автоматизации. Совершенствование этих систем ведет к улучшению качества продукции, уменьшению энергопотребления, минимизации материальных затрат, повышению уровня безопасности и сокращению загрязнения окружающей среды.

В настоящее время широко используется такое понятие как «автоматизированная система управления» (АСУ), работа которой предполагает участие человека. Его роль заключается, прежде всего, в наблюдении за ходом технологического процесса или, более широко — производственного процесса на предприятии. При необходимости человек принимает решения по изменению задач управления, реализация этих решений может быть выполнена как человеком, так и управляющей системой. Отметим, что участие человека в управлении возможно как непосредственно на отдельном участке технологического процесса, так и при организации управления в целом цехом или предприятием.

С увеличением территории, на которой расположен управляемый объект (а, следовательно, и АСУ), с ростом числа датчиков получения информации об объекте и усложнением алгоритмов управления становится более эффективным применение распределенных систем.

Современные системы управления построены на представлении информации о процессе, передаче и обработке этой информации в цифровом виде. Таким образом, основными элементами АСУ являются:

· компьютеры, на базе которых организованы автоматизированные рабочие места персонала; программируемые логические контроллеры (ПЛК), осуществляющие процесс управления.

АРМ руководителей предприятия. Распределенные системы управления (РСУ)

На рис. 1 представлена структура многоуровневой распределенной системы управления. Она является иерархической, то есть нижние уровни подчиняются вышестоящим. Она является распределенной, так как состоит из многих компьютеров и ПЛК, между которыми распределены функции сбора, обработки данных и управления.

Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор на входе имеет информацию о текущем и заданном значениях регулируемой величины. Он выполняет следующие функции: вычисление отклонения, т.е. разности между текущим и заданным значениями регулируемой величины; вычисление в зависимости от отклонения управляющего воздействия в соответствии с законом регулирования.

Автоматические регуляторы классифицируются в зависимости от регулируемого параметра, используемой энергии, характера изменения регулирующего воздействия.

Современные регуляторы, как правило, являются универсальными. На их входы подается информация о любой измеряемой величине, преобразованной в унифицированный сигнал. Таким образом, выходной сигнал регулятора не зависит от того, какова регулируемая величина-температура, давление и т.д., однако в некоторых случаях выпускаются промышленные регуляторы для конкретной технологической величины, например, температуры.

В зависимости от источника используемой энергии автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.

В регуляторах прямого действия одновременно с изменением регулируемой величины от объекта отбирается часть энергии, которая используется для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм и регулирующий орган объекта. Таким образом, к регулятору энергия извне не подводится.

К регуляторам непрямого действия извне подводится энергия для работы самого регулятора и воздействия на исполнительный механизм.

По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на линейные и нелинейные.

Линейные регуляторы формируют свой выходной сигнал (регулирующее воздействие) в соответствии с одним из линейных законов регулирования: П- пропорциональный, ПИ — пропорционально-интегральный, ПИД – пропорционально-, интегрально — дифференциальный.

ПИД — регулирование

В общем случае автоматическое поддержание заданного значения (уставки) регулируемой величины происходит в соответствии со схемой показанной на рис. Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Схема замкнутой системы регулирования.

В настоящее время подавляющее большинство автоматических регуляторов является цифровыми. Выходной сигнал в них рассчитывается по формуле:

Yi  1/ Xp [ Ei 1/ tn* ΣE i *Δ tизм tg*Δ E i /Δ tизм ]*100%, где

Где: Xp — полоса пропорциональности в пределах которой справедлив П — закон;

Ei — рассогласование;

T g — постоянная времени дифференцирования;

Δ E i — разность между двумя соседними измерениями E i и E i-1;

Δ t изм — время между двумя соседними измерениями Тi и Тi-1;

t n — постоянная времени интегрирования;

ΣE i — накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма);

Выходные устройства ПИД регулятора могут быть:

· ключевого типа (см. описание работы двухпозиционного регулятора);

· аналогового типа — цифроаналоговый преобразователь, который формирует аналоговый сигнал, так называемую токовую петлю 4-20 мА (пропорциональный выходному сигнальному ре Yi) .

Если выходное устройство ключевого типа — выходной сигнал преобразуется в последовательность управляющих импульсов длительностью D (см. рис. )

D= Y*Tсл /100%

Где: D — длительность импульса, с;

Tсл — период следования импульсов, с;

Y- выходной сигнал регулятора;

Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Перемещение по (в) регулятором с импульсным выходом совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости при различных движений импульса (а, б)

Как видно из рис , при одном переходе Тсл длительность импульса определяется значением выходного сигнала У. Эти импульсы Д передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется шикарно-импульсной модуляции(ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время Д, с. Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показанной на рис .

Регулирующий клапан имеет электропривод (электродвигатель ИМа) и две пары контактов для управления направлением его вращения. Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Регулятор с выключенными реле (а) и графики регулируемой величины с состояние реле (б).

На рис. а показана связь выходных реле регулятора с электродвигателем ИМа. На рис. б приведен график изменения регулируемой величины относительно Tуст и соответствующие импульсы D управления клапаном. При Т< Tуст подаются импульсы на открытие клапана, при Т> Tуст – на закрытие. Из рис. ясно, что чем больше Т-Tуст , тем больше длительность импульса (ШИМ).

Как видно из рис., при одном периоде Tсл длительность импульса определяется значением выходного сигнала Y. Эти импульсы D передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется, широко-импульсной модуляцией (ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время D, с.

Другие сокращения:  паз — Викисловарь

Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показано на рис.

Введение

Стремительное развитие микропроцессорных устройств, нашедших применение в первую очередь в технических системах, изменило содержание принципов управления процессами производства. АСУТП носят характер распределенных территориально и функционально систем управления (РСУ). В качестве узловых станций в них используются промышленные ПЭВМ, программируемые контроллеры, операторские терминалы. Датчики и исполнительные устройства все чаще являются интеллектуальными, то есть осуществляют обработку и преобразование информации в цифровой сигнал в месте их установки.

Распределенные системы управления (РСУ)

Информация в РСУ, как правило, передается по цифровым сетям.

РСУ – система, состоящая из множества устройств, разнесенных в пространстве, каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи.

РСУ имеет ряд преимуществ перед сосредоточенной: больше быстродействие благодаря распределению задач между параллельно работающими устройствами, повышенную надежность, улучшенную помехоустойчивость благодаря уменьшению длины линий передачи аналоговых сигналов, меньший объем кабельной продукции.

Анализ сложных РСУ позволяет выделить в них несколько уровней иерархии (рис. ). Нижний (полевой) уровень включает датчики и исполнительные устройства, как правило, имеющие цифровой интерфейс, позволяющий передавать информацию по цифровым сетям нижнего уровня (AS – интерфейс, HART – протокол и др.). Второй (контроллерный) уровень состоит из программируемых логических контроллеров с модулями ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети (Fieldbus). На этом уровне могут использоваться ПЭВМ. Оператор процесса наблюдает за его ходом и осуществляет управление с помощью мнемосхемы на мониторе ПЭВМ (на базе SCADA-системы).

§

На нижнем уровне иерархической системы должны обеспечиваться: дистанционное измерение основных режимных параметров технологического объекта управления (ТОУ), сигнализация предельных значений этих параметров, согласованное управление оборудованием и сигнализация его состояния.

Одной из важнейших задач системы управления является поддержание заданных значений режимных параметров процесса, от которых зависит его производительность и качество выпускаемой продукции. Эта задача выполняется без участия человека автоматической системой управления (САУ), структура которой приведена на рис. 3.

Распределенные системы управления (РСУ)

Рис.3. Структурная схема САУ.

Для получения информации о технологическом процессе используются датчики (Д), для ее преобразования и передачи — нормирующие и кодирующие преобразователи (НП, КП) и линии связи ЛС. МП преобразуют сигналы датчиков в унифицированные, которые поступают на КП для представления их и передачи в цифровом виде по ЛС.

В качестве КП могут быть использованы аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП, ЦАП). Определение необходимых управлений реализует регулирующее устройство (РУ), функции которого выполняют автоматические регуляторы или микропроцессорные контроллеры.

Для отображения информации используют измерительные приборы (П), устройства сигнализации (С), мнемосхемы (МС), размещенные на щитах и пультах в операторских пунктах управления (ОПУ). Команды управления поступают на усилитель мощности (УС) и реализуются на объекте исполнительными механизмами (ИМ) и регулирующими органами (РО).

Оператор в такой системе не принимает непосредственного участия в оперативном управлении ТОУ. Его функции заключаются лишь в технической диагностике состояния технических средств. Оператор может при необходимости изменять задания регуляторам, переводить управление с автоматического на ручное.

Классификация преобразователей.

Важнейшая функция системы сбора информации заключается в восприятии сведений о состоянии объекта или внешней среды и их обработке для ввода в ЭВМ. Технические средства и человек могут воспринимать только ту информацию, которая «материализована», т.е. превращена в доступное для измерений изменение параметров, какой — либо физической среды или объекта.

Сигнал есть физическая величина, отображающая информацию.

В настоящее время существует примерно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности: температура — более 50 %, расход вещества и механические величины (перемещение, сила, давление и др.) — по 15%, количество, время и состав вещества — по 5%, электрические и магнитные величины — менее 5%.

в 1960 г. было принято решение о создании Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), которой были унифицированы основные конструкции датчиков. В ГСП все контролируемые величины разбиты на пять следующих групп: теплоэнергетические, электроэнергетические, механические величины, химический состав и физические свойства.

Теплоэнергетические величины: температура, давление, перепад давлений, уровень и расход.

Электроэнергетические величины: постоянные и переменные ток и напряжение, мощность (активная и реактивная), коэффициент мощности, частота и сопротивление изоляции.

Механические величины: линейные и угловые перемещения, уголовная скорость, деформация, усилие, вращающие моменты, число изделий, твердость материалов, вибрация, шум и масса.

Химический состав: концентрация, состав, химические свойства.

Физические свойства: влажность электропроводимость, плотность, вязкость, освещенность и др.

Устройства, в которых первично преобразуется измеряемая физическая величина, называют первичными измерительными преобразователями (ПИП). Измерительные преобразователи (ИП) бывают с естественным и унифицированным выходными сигналами.

Естественный выходной сигнал формируется первичными ИП естественным путем и может представлять собой угол поворота, перемещение, усилие, сопротивление, емкость и т.д.

Унифицированный сигнал — это сигнал определенной физической природы, изменяющийся в определенных фиксированных пределах независимо от вида измеряемой величины, метода и диапазона ее измерения. Для получения унифицированных аналоговых сигналов применяют ИП, называемые нормирующими.

Измерительные преобразователи можно классифицировать:

· по виду измеряемой физической величины — различают ИП линейных и угловых перемещений, давления, температуры, концентрации вещества и т.д.;

· по виду используемой энергии — электрические, механические, пневматические и гидравлические;

· по соотношению между входной и выходной величинами:

· преобразование неэлектрической величины в неэлектрическую (рычаги, редукторы, мембраны, пружины и т. д.);

преобразование неэлектрической величины в электрическую (потенциометры, термопары, емкостные и индуктивные ИП и др.);

преобразование одной электрической величины в другую (датчики тока, напряжения, фазочувствительные схемы и усилители);

· по виду выходного сигнала — аналоговые (потенциальные, токовые, частотные, фазовые), дискретные (амплитудно-, время- и числоимпульсные и др.), релейные, с естественным или унифицированным выходным сигналом;

· по характеру преобразования входной величины в выходную — параметрические, генераторные, компенсационные, частотные и фазовые.

Параметрические преобразователи — это преобразователи, в которых изменение входной неэлектрической величины преобразуется в изменение какого — либо электрического параметра выходной цепи (активного сопротивления, индуктивности, емкости). В них для получения сигнала требуется внешний источник энергии.

Генераторные преобразователи — это преобразователи, в которых входная величина преобразуется в ЭДС на выходе (датчики термоЭДС, пьезоэлектрические, фотоэлектрические, тахометрические и др.). В них формирование сигнала осуществляется за счет энергии самого сигнала.

Компенсационные преобразователи — это преобразователи, в которых входная величина (часто после предварительного преобразования) компенсируется другой величиной, имеющей ту же физическую природу. Для непрерывной компенсации осуществляется отрицательная обратная связь.

Частотные и фазовые преобразователи — это преобразователи, в которых различные физические величины на входе (перемещение, скорость, расход) изменяют частоту переменного тока, частоту следования импульсов или фазу.

ИП можно также классифицировать по конструктивному исполнению, по величине погрешности и по другим признакам.

Наибольшее распространение в системах автоматизации получили параметрические преобразователи неэлектрических величин в электрические. В общем случае такой преобразователь состоит из первичного измерительного преобразователя ПП (чувствительного элемента), преобразующего контролируемую величину х в величину х1, удобную для измерения, и измерительного преобразователя П, в котором величина х1 преобразуется в электрический сигнал у за счет подводимой извне энергии.

Устройство, которое, подвергаясь воздействию измеряемой физической величины, выдает эквивалентный сигнал, являющийся функцией измеряемой величины, называют датчиком. Другими словами, датчик преобразует один вид сигнала-носителя информации в другой, обычно — в электрическую величину (напряжение, ЭДС или ток) или в параметр электрической цепи (частота, фаза).

Нормирующие преобразователи.

В промышленности применяется огромное разнообразие первичных преобразователей физико-химических величин, каждый из которых имеет свой выходной электрический сигнал. Чтобы избежать такого же разнообразия вторичных измерительных и регулирующих приборов, датчики оснащаются нормирующими преобразователями, которые преобразуют различные сигналы первичных преобразователей (термопар, термопреобразователей сопротивления, влажности, давления, веса, рН и проч.) в унифицированные сигналы постоянного тока или напряжения. Происходит нормирование и стандартизация сигналов.

На функциональной схеме (рис. ) мы видим, как многоканальный вторичный измерительный прибор, рассчитанный на один тип унифицированного сигнала, работает с датчиками различных физико-химических параметров.

Рис. Схема подключения различных датчиков к многоканальному измерительному прибору.

Если говорить более широко, унифицированные сигналы применяются для связи не только датчиков, но и других устройств промышленной автоматики: регистраторов, регуляторов, контроллеров, исполнительных механизмов и проч. Применение унифицированных сигналов регламентировано ГОСТ 26.011 — 80. Стандарт устанавливает допустимые диапазоны унифицированных сигналов, а также вводит ограничения на величину сопротивления источников и приемников этих сигналов.

В заключение отметим, при работе с токовым сигналом 4 — 20 мА легко обнаружить обрыв или связи — ток будет равен нулю, т.е. выходит за возможные пределы. Обрыв в цепи с сигналом 0 — 5 мА обнаружить нельзя, так как ток, равный нулю, считается допустимым.

Другие сокращения:  КНА - Вики

§

Одна из важнейших задач системы автоматизации — предоставление оператору информации о ходе технологического процесса и прежде всего о значениях основных режимных параметров процесса.

Для оценки средств обнаружения технологической информации используют следующие основные характеристики: доступность, удобство, качество, оперативность, гибкость, надежность и стоимость.

Доступность – возможность системы отображения обслуживать широкий класс пользователей.

Удобство работы пользователей – степень удовлетворения их потребностей в обеспечении необходимых технических, языковых других средств общения достаточной мощности.

Гибкость – способность системы отображения к перестройке и изменению параметров в процессе функционирования для достижения наилучшего эффекта. Изменению могут подлежать: количество и состав пользователей, структура и содержание информационного потока и т.д.

Устройство отображения информации сравнивают также по способности представлять графическую и алфавитно-цифровую информацию, по числу используемых цветов и оттенков, эргономическим и санитарногигиеническим требованиям.

В зависимости от сложности объекта автоматизации, объема и важности предоставляемой информации, а также от организации рабочего места персонала используются различные средства отображения информации:

— приборы показывающие;

— приборы самопишущие (регистрирующие);

— видеопанели оператора;

Показывающие приборы в свою очередь делятся на два класса: стрелочные и цифровые;

Стрелочные приборы имеют шкалу, как правило в единицах измеряемой величины. Такие приборы в основном располагают по месту, т.е. на самих технологических аппаратах или вблизи их. Назначение этих приборов-измерение основных технологических параметров процесса. Например: температура, давление, расход.

В цифровых приборах отсчет показаний ведут по цифровому дисплею. Эти приборы построены на микропроцессорной базе. Обычно в них предусматриваются универсальные входы для подключения широкого спектра датчиков: температура, давления, влажности и т.д.

Такие приборы, кроме измерения, имеют целый ряд дополнительных возможностей:

— цифровая фильтрация и коррекция входного сигнала;

— масштабирование шкалы для аналогового входа;

— вычисление разности двух измеряемых величин (например, при измерении влажности исихрометрическим методом);

— позиционное или ПИД — регулирование измеряемой величины(в зависимости от модификации прибора);

-передачу данных по цифровому каналу и другие

Большую номенклатуру приборов этого класса выпускает российская фирма “ОВЕН”. Измерители-регуляторы серии “ТРМ” выпускаются как для щитового, так и для местного монтажа.

Регистрирующие приборы выпускаются большим количеством отечественных и зарубежных производителей. Разнообразие принципов действия, способов регистрации также весьма велики.

Прежде всего, рассмотрим приборы, осуществляющие регистрацию измеряемых величин на бумажные (дисковые и ленточные) диаграммы. В приборах ДИСК-250М используется дисковая диаграмма, на которую регистрируется измеряемый параметр в течение заданного интервала от 1 до 192 часов. Такие приборы применимы в ответственных производствах, где необходимо хранить диаграммы для подтверждения точного поддержания режимных параметров процесса. Одновременно такие приборы являются показывающими со стрелкой.

С бумажными и ленточными диаграммами работают как одноканальные, так и многоканальные регистраторы. Так, НПП “ЭЛЕМЕР” выпускает приборы для измерения (в частности с цифровым отсчетом показаний), регистрации и сигнализации температуры и других величин, значения которых преобразованы в унифицированный сигнал 4-20 мА и др. Скорость протяжки диаграммной ленты можно при необходимости изменять. Запись ведется, например, пишущими узлами фломастерного типа. Допустимая погрешность по измерению 0,25% ,по регистрации 1%.

ОАО “ТЕПЛОПРИБОР” выпускает 6 и 12- канальные приборы Технограф для измерения, показания (цифровое табло) и регистрации на бумажной ленте сигналов от аналоговых датчиков технологических процессов (сочетание входных сигналов любое). Возможна аналоговая регистрация (справа от линии наносится номер канала). При цифровой регистрации печатается время, номера каналов и измеренные значения входных сигналов. Цикл регистрации от 10 до 600 с. Данные передаются в компьютер для дальнейшей обработки.

Самописцы с бумажной лентой выпускаются и другими отечественными и зарубежными фирмами. Например, СИМЕНС выпускает высокоскоростные самописцы до 12 каналов, с циклом измерения от 120 до 1500 мс.

Безбумажные видеографические регистраторы (НПФ ” СЕНСОРИКА”, г. Екатеринбург) реализуют практически все широко используемые в системах автоматизации функции:

— преобразование в цифровой вид информации от различных датчиков (до 48 аналоговых входов);

— регистрация (архивирование) информации;

— отображение текущей и архивной информации в различных формах— графики, цифровая;

— функции учета, например часовые, суточные, месячные данные по расходу.

Кроме того, приборы могут осуществлять сигнализацию отклонений от уставок и позиционное и ПИД — регулирование.

Конструктивно прибор выполнен в виде корпуса, в котором устанавливается нужное количество блоков ввода-вывода. Прибор может работать с операторскими панелями и компьютерами в распределенных системах управления.

Видеопанели оператора представляют собой экран, на котором в различных формах отображается информация о процессе. Такие панели различного размера и функциональных возможностей выпускаю многие фирмы ( от ОВЕН до СИМЕНС).

Ознакомление с принципами построения и функциональными возможностями устройств отображения информации позволяет сделать вывод, что их подавляющее большинство построено на цифровых технологиях и, по сути они сближаются с видеопанелями и монитором компьютера, который используется как автоматизированное рабочее место оператора системы управления.

Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор на входе имеет информацию о текущем и заданном значениях регулируемой величины. Он выполняет следующие функции: вычисление отклонения, т.е. разности между текущим и заданным значениями регулируемой величины; вычисление в зависимости от отклонения управляющего воздействия в соответствии с законом регулирования.

Автоматические регуляторы классифицируются в зависимости от регулируемого параметра, используемой энергии, характера изменения регулирующего воздействия.

Современные регуляторы, как правило, являются универсальными. На их входы подается информация о любой измеряемой величине, преобразованной в унифицированный сигнал. Таким образом, выходной сигнал регулятора не зависит от того, какова регулируемая величина-температура, давление и т.д., однако в некоторых случаях выпускаются промышленные регуляторы для конкретной технологической величины, например, температуры.

В зависимости от источника используемой энергии автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.

В регуляторах прямого действия одновременно с изменением регулируемой величины от объекта отбирается часть энергии, которая используется для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм и регулирующий орган объекта. Таким образом, к регулятору энергия извне не подводится.

К регуляторам непрямого действия извне подводится энергия для работы самого регулятора и воздействия на исполнительный механизм.

По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на линейные и нелинейные.

Линейные регуляторы формируют свой выходной сигнал (регулирующее воздействие) в соответствии с одним из линейных законов регулирования: П- пропорциональный, ПИ — пропорционально-интегральный, ПИД – пропорционально-, интегрально — дифференциальный.

§

Они получили широкое распространение в системах стабилизации давления, температуры, уровня и т.д. Регуляторы прямого действия, как правило, реализуют П-закон регулирования.

Рассмотрим систему регулирования давления с регулятором прямого действия (рис. ) На мембрану 1 действует регулируемая величина (давление р измеряемой среды) и противодействующее усилие, создаваемое пружиной 2 задатчика. При появлении разности между измеряемым и заданным давлениями эта разность воздействует на мембрану в сторону уменьшения этого отклонения, перемещая штоком 4 клапан 5.Заданное значение меняют, изменяя натяжение пружины гайкой 3. Коэффициент усиления (настройка) регулятора зависит от расходной характеристики клапана.

В регуляторах температуры прямого действия (терморегулирующий вентиль) датчиком служит, как правило, термобаллон. При изменении температуры среды изменяется давление в термобаллоне, в результате чего сильфон термометрической системы сжимается или разжимается, перемещая аналогично мембране регулирующий клапан.

Двухпозиционное регулирование.

Для поддержания регулируемой величины в несложной системе, когда не требуется высокой точности, возможно использование нелинейного двухпозиционного регулятора типа «включено-выключено».

Рассмотрим работу двухпозиционного регулятора фирмы ОВЕН. Обобщенная блок-схема регуляторов ОВЕН представлена на рис. Входы служат для подключения различных типов датчиков.

Распределенные системы управления (РСУ)

Рис. Обобщенная блок схема регуляторов фирмы «ОВЕН»

Блок обработки сигналов выполняет коррекцию показаний датчиков, цифровую фильтрацию: устраняет сигнальные единичные помехи, сглаживает показания прибора за счет их усреднения (при заданном числе измерений). Логическое устройство сравнивает измеренное значение с заданным и вырабатывает управляющее воздействие.

При двухпозиционном регулировании сигнал выходного устройства меняется на противоположный, если измеренная величина пересекает заданное значение. Для такой работы требуется выходное устройство ключевого типа: электронное реле, транзисторная оптопара, симисторная оптопара, выход для управления внешним твердотельным (полупроводниковым) реле. Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Схема (а) и графики (б)

На рис. Представлена схема (а) двухпозиционного регулирования температуры в объекте таким регулятором и графики (б) изменения температуры и состояния реле ( Δ – зона возврата регулятора). График процесса регулирования представляет собой незатухающие колебания.

На лицевой панели регулятора имеются:

· цифровой дисплей для показания значений регулируемой температуры;

· кнопка для входа в режим программирования;

· кнопки для увеличения или уменьшения заданного значения (уставки);

· светодиоды для сигнализации состояния прибора.

Другие сокращения:  ЗАО "Самарская кабельная компания" - производитель силовых кабелей

ПИД — регулирование

В общем случае автоматическое поддержание заданного значения (уставки) регулируемой величины происходит в соответствии со схемой показанной на рис. Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Схема замкнутой системы регулирования.

В настоящее время подавляющее большинство автоматических регуляторов является цифровыми. Выходной сигнал в них рассчитывается по формуле:

Yi  1/ Xp [ Ei 1/ tn* ΣE i *Δ tизм tg*Δ E i /Δ tизм ]*100%, где

Где: Xp — полоса пропорциональности в пределах которой справедлив П — закон;

Ei — рассогласование;

T g — постоянная времени дифференцирования;

Δ E i — разность между двумя соседними измерениями E i и E i-1;

Δ t изм — время между двумя соседними измерениями Тi и Тi-1;

t n — постоянная времени интегрирования;

ΣE i — накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма);

Выходные устройства ПИД регулятора могут быть:

· ключевого типа (см. описание работы двухпозиционного регулятора);

· аналогового типа — цифроаналоговый преобразователь, который формирует аналоговый сигнал, так называемую токовую петлю 4-20 мА (пропорциональный выходному сигнальному ре Yi) .

Если выходное устройство ключевого типа — выходной сигнал преобразуется в последовательность управляющих импульсов длительностью D (см. рис. )

D= Y*Tсл /100%

Где: D — длительность импульса, с;

Tсл — период следования импульсов, с;

Y- выходной сигнал регулятора;

Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Перемещение по (в) регулятором с импульсным выходом совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости при различных движений импульса (а, б)

Как видно из рис , при одном переходе Тсл длительность импульса определяется значением выходного сигнала У. Эти импульсы Д передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется шикарно-импульсной модуляции(ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время Д, с. Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показанной на рис .

Регулирующий клапан имеет электропривод (электродвигатель ИМа) и две пары контактов для управления направлением его вращения. Распределенные системы управления (РСУ)

Рис Регулятор с выключенными реле (а) и графики регулируемой величины с состояние реле (б).

На рис. а показана связь выходных реле регулятора с электродвигателем ИМа. На рис. б приведен график изменения регулируемой величины относительно Tуст и соответствующие импульсы D управления клапаном. При Т< Tуст подаются импульсы на открытие клапана, при Т> Tуст – на закрытие. Из рис. ясно, что чем больше Т-Tуст , тем больше длительность импульса (ШИМ).

Как видно из рис., при одном периоде Tсл длительность импульса определяется значением выходного сигнала Y. Эти импульсы D передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется, широко-импульсной модуляцией (ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время D, с.

Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показано на рис.

§

Исполнительное устройство предназначено для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО). ИМ является приводной частью регулирующего органа. Применяются ИМы следующих видов:

— электрические (электромагнитные и электродвигательные);

— пневматические (мембранные, поршневые, лопастные);

— гидравлические.

Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, предназначенное для изменения расхода вещества или энергии в объект регулирования. Различают дозирующие и дроссельные РО. Дозирующие изменяют расход вещества за счёт изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы и др.) Дроссельный регулирующий орган изменяет расход вещества за счёт изменения своего проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. Основные характеристики регулирующих органов:

— пропускная способность Кv, м3/час – расход жидкости плотностью 1000 кг/м3, пропускаемой РО при перепаде давления 105 Па;

— условное давление Py – наибольшее допустимое давление среды на РО при нормальной температуре;

— перепад давления на РО определяет усилие, на которое рассчитывают ИМ;

— условный проход Dy – номинальный диаметр прохода в присоединительных патрубках;

— негерметичность затвора, то есть пропуск среды при полностью закрытом проходе; она должна быть минимальной;

— пропускная характеристика – зависимость пропускной способности от перемещения затвора S при постоянном перепаде давления Kv=f(S).

Дроссельные устройства серийно выпускаемых регулирующих клапанов профилируются обычно с линейной характеристикой, то есть приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора.

Общие требования к РО зависят от физико–химических свойств регулируемой среды. РО должен надёжно работать в среде с высокой или низкой температурой.

Из перечисленных выше видов дроссельных РО наиболее распространены регулирующие клапаны. Их применяют для регулирования расходов жидкостей, пара и газов при любых параметрах среды.

Чаще всего используются двухседельные регулирующие клапаны (схема на рис. 1) Корпус 1 имеет два седла 2 и 3, а затвор 4, проходящий через эти седла, имеет два утолщения с дросселирующими и запирающими поверхностями. Перемещение затвора штоком 5 изменяет площадь прохода, а значит и пропускную способность клапана.

Распределенные системы управления (РСУ)Распределенные системы управления (РСУ)

Рис. Схема двухседельного регулирующего клапана.

Преимуществом двухседельного клапана является в значительной мере разгруженность затвора от одностороннего действия силы, создаваемой статическим давлением среды. Неполная уравновешенность усилий объясняется тем, что по условиям сборки диаметр верхнего седла больше диаметра нижнего.

Односедельные РО применяются при малых диаметрах прохода (до 15 мм), а а также для сред большой вязкости и содержащих твёрдые частицы.

Для регулирования агрессивных сред разработаны клапаны, в которых в качестве уплотнения и подвижного дросселирующего элемента используется гибкая мембрана (диафрагма), а внутренняя поверхность клапана покрыта специальными кислотостойкими материалами. Для регулирования сред с твёрдыми и абразивными частицами применяют шланговые РО. Изменение проходного сечения производится пережимом вставленного в корпус эластичного шланга.

Выбор и расчёт дроссельных РО является достаточно сложной задачей и требует учёта большого количества данных.

Электромагнитные исполнительные механизмы используются в АСР позиционного действия. Такие приводы, представляющие собой прямоходовой электромагнит с вытягивающимся якорем, называют также соленоидами.

Чаще всего используются приводы, рассчитанные на кратковременный режим работы. Они состоят из двух электромагнитов: главного – для открытия РО и электромагнита защелки, удерживающей РО в открытом положении. Электромагниты находятся под током только в момент переключения РО. Для закрытия РО подаётся питание на электромагнит защёлки, который, сработав, уберёт защёлку. РО под действием пружины закроется, конечные выключатели отключат электромагнит защёлки.

Однооборотные электродвигательные ИМы типа МЭО (угол поворота выходного вала менее 3600) применяются для перемещения РО в системах дистанционного и автоматического управления. Эти ИМы работают с контактными и бесконтактными пусковыми устройствами.

ИМы типа МЭО рассчитаны на бесконтактное управление с помощью тиристорных реверсивных пускателей типа ПБР. Допускается контактное управление с помощью магнитных пускателей. В МЭО применён однофазный асинхронный конденсаторный электродвигатель.

В исполнительных механизмах МЭОК и МЭОБ установлены трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они используются для перемещения РО большого диаметра Ду в случае значительного давления среды, когда требуются приложить большие усилия для управления РО.

Выводы

Таким образом, заражение станции оператора вирусом маловероятно, но даже если это произошло, то никакой явной угрозы безопасности это не представляет. Конечно, бывают случаи, когда операторы, обходят запреты и ухитряются установить на свои станции игры и выйти в интернет, но это быстро пресекается лишением премий и другими административными методами.

Если же предположить, что существует специализированный вирус, который знает особенности функционирования систем, и сможет гипотетически управлять технологическим процессом, вызывая тем самым негативные последствия, то в любом случае, при возникновении аварийной ситуации отработает система ПАЗ (которая не управляется со станций операторов) и переведет производство в безопасное состояние.

Да, это будут миллионные убытки предприятию (останов производства), но в любом случае не техногенная катастрофа. Если говорить о вероятности заражения вирусом инженерной станции ПАЗ, то это, во-первых, должен быть супер интеллектуальный вирус, который сам перепрограммирует ПЛК, причем именно так, чтобы тот отказал в необходимый момент, во-вторых, инженеры ПАЗ, должны быть совершенно безголовые и рыть яму сами себе.

Конечно, это не все факторы, которые делают заражением станции инженера ПАЗ маловероятным событием, могу привести еще несколько: постоянные сверки версии программ загруженных в ПЛК, постоянный контроль помещения с инженерными станциями, ну и конечно же, пароль, установленный на сам проект системы ПАЗ.

В итоге хочется сказать, что безопасности современных АСУ ТП, конечно, угрожают вирусы и прочие высокотехнологичные проблемы, такие как уход станций оператора в банальный BSOD, но они не так критичны как многие хотят это представить. Надо помнить, что за безопасностью следят системы ПАЗ, к конфигурированию которых подходят со всей осторожностью и ответственностью.

С удовольствием отвечу на вопросы, если они возникнут.

UPD. Возможный сценарий атаки на SCADA систему аргументировано описал makran, которому, кстати, спасибо за инвайт.

Удачи!

Оцените статью
Расшифруй.Ру