Автор:
Ніщета В.В., НДІ СНИКО, м. Донецьк, Україна

Класифікація систем автоматизованого керування

Источник: Журнал "Нафтова та газова промисловість". - 2008. - №6. - С. 47-50

Анотація

Нове бачення сукупності прийнятих засобів аналізу дозволили одержати оригінальну класифікацію САК ГПА, яка повинна сприяти більш розумовому впровадженню та створенню новітніх розробок у цьому направленні. Ціль розробки класифікації допомогти керівникам установ вирішити проблеми придбання, експлуатації та розробки нових зразків електротехнічних виробів, та систем автоматизованого керування.

Різноманіття електротехнічних систем автоматизованого керування (САК) газоперекачувального обладнання (ГПА), які мають різні технічні параметри, привело до того, що перед експлуатаційним персоналом, особливо керівникам, стала проблема вибору [1]. Як визначити достоїнства й недоліки систем керування? Яку систему керування вибрати? На якій комплектації? Якій фірмі виробникові й розробнику віддати перевагу? [2]. И так далі...

Основна ідея класифікації полягає в тім, що для систем автоматизованого керування САК обрана підстава розподілу по головним виконавчим функціям (А_i), причому наступне покоління функціонально повністю поглинає попереднє, але з одержанням нової суттєвої якості [3].

Таким чином, всі системи САК умовно розділені на п'ять поколінь.

А₁ Перше покоління.

Основна функція: керування включенням устаткування – тобто органолептичне керування: використовує найпростіші алгоритми роботи, захист (відключення) і сигналізацію.

Виконана на релейно-контактних елементах: пускачі, автомати, реле проміжні й захисту, сигналізація - звукова й світлова.

Достоїнства.

Б₁ - Вимоги до кваліфікації персоналу, що обслуговує, мінімальні. При цьому людський фактор зведений до функції спостереження, тобто включив, відключив, замінив.

В₁ - Вимоги до кваліфікації розроблювачів даного виду устаткування викладені в обсязі однієї спеціальності або, наприклад, наявності міцних знань електротехніки, спеціальність: слюсар - електрик - інженер - конструктор.

Г₁ - При правильній експлуатації термін служби не обмежений. Використовується дотепер. Чим простіше, тим надійніше.

Д₁ - Вартість обслуговування, розробка систем і самої системи мінімальні.

Недоліки.

Е₁ - Зі збільшенням обсягу розв'язуваних завдань росте металоємність;

Ж₁ - Інформативність про роботу встаткування й технологічного процесу - мінімальна;

З₁ - Контроль і фіксація параметрів устаткування й технологічного процесу - відсутній

І₁ - Економії енергоресурсів - немає.

А₂ - Друге покоління.

Основна функція: керування реєструванням: (метод безпосереднього керування порівнянням) контролем і фіксацією параметрів устаткування й технологічного процесу, тобто порівнянням впливу вимірюваної величини із впливом міри.

На додаток до функцій першого покоління здійснюють контроль і запис параметрів устаткування й технологічного процесу контрольно-вимірювальними приладами й самописами. Система керування вже має окремі функціонально закінчені прилади або пристрої: вольтметри, амперметри, манометри, термометри, логометри, самописи, мнемосхеми й т.д. Крім того, ці системи мають повний набір захистів: ступеня стиску, витрати, перевищення тиску, помпажа, вібрації, напруги, струму, швидкості обертання й т.д.

Основні алгоритми керування САК розроблялися одночасно з розробкою встаткування й технології. Ці алгоритми використаються до сьогоднішнього дня.

Окремі елементи САК виконані на мікропроцесорах.

У цей час деякі системи другого покоління виконані повністю на мікропроцесорах.

Достоїнства.

Ж₂ - Підвищилася інформативність параметрів устаткування й технологічного процесу.

З₂ - Контроль і фіксація параметрів устаткування й технологічного процесу вибірковий.

Недоліки.

Б₂ - Підвищилися вимоги до кваліфікації персоналу, що обслуговує, тому що потрібні були інші фахівці, які мали б додаткові, більше широкі знання контрольно-вимірювальної техніки;

Б_2.1 - З'явилися спеціалізовані налагоджувальні організації;

В₂ - У конструкторів і проектантів, крім електрика інженера-конструктора з'явилися інженери - прибористы (служба КВПіА) автоматичних пристроїв;

Г₂ - Термін служби систем керування обмежений строком експлуатації деяких комплектуючих, наприклад, електролітичних конденсаторів.

Д₂ - Вартість систем автоматизованого керування, обслуговування й розробки зросла;

Е₂ - Металоємність збільшилася;

З₂ - Відсутність регулювання параметрів устаткування й технології в заданих межах;

І₂ - Економії енергоресурсів - практично немає. Економія залежить тільки від кваліфікації персоналу, що обслуговує, і організаційних заходів.

Примітка:

У сучасному виконанні система другого покоління вимагає знань мікропроцесорної техніки. Достоїнства ті ж, а недоліки збільшуються: росте вартість розробки, виготовлення САК і його обслуговування.

А₃ - Третє покоління.

Основна функція: керування регулюванням параметрів устаткування й технології в часі в заданих межах (тобто оцінкою різниці між вимірюваною величиною й зразкової).

Керування регулюванням виробляється за допомогою регуляторів: П, ПІ, ПД, ПІД, використанням релейних законів та інш.

У реальних умовах керування регулюванням являє собою сполучення керуванням перехідного й сталого режимів, при заздалегідь невідомих законах виміру зовнішніх впливів. Це утрудняє аналізувати статику керування регулюванням. Для рішення цих проблем використають типові, керуючі й впливи, що обурюють, які являють собою найбільш імовірні й несприятливі закони зміни керуючих і впливів, що обурюють. Ці впливи можуть бути за часом, ступеню стиску, продуктивності, помпажу, вібрації, швидкості обертання, температурі, тиску, витраті, напрузі, струму й т.д.. Виконання кожне: механічне, гідравлічне, пневматичне, електронне: транзисторно-диодное, на інтегральних мікросхемах середнього ступеня інтеграції або на мікропроцесорних комплектах. У цей час усе більше зустрічаються системи керування регулюванням параметрів повністю виконані на мікропроцесорних комплектах.

Достоїнства.

Е₃ - Металоємність зменшилася.

Ж₃ - Інформативність про роботу встаткування й технологічного процесу збільшилася;

З₃ - З'явилася регульованість параметрів устаткування й технологічного процесу в заданих межах;

І₃ - Економія енергоресурсів з'являється на окремих операціях по регулюванню параметрів;

Недоліки.

Б₃ - Вимоги до кваліфікації персоналу, що обслуговує, підвищилися, кількість персоналу, що обслуговує, зросло, тому що потрібні були додаткові фахівці контрольно вимірювальної техніки та автоматики для роботи із системами керування й розумінням технології: радіоінженери й програмісти автоматичних пристроїв. В експлуатації стали потрібні фахівці високої кваліфікації, тобто збільшилися витрати на обслуговування систем керування;

В₃ - У розроблювачів систем керування з'явилися додаткові фахівці: автоматизованих систем керування, радіоінженери й програмісти.

Г₂ - Термін служби обмежений строком експлуатації комплектуючих і строком їхнього виготовлення виробниками.

Д₃ - Вартість систем автоматики, її розробки й обслуговування ще підвищилася.

З₃ - Відсутня функції діагностування параметрів процесів устаткування й технології.

А₄ - Четверте покоління.

Основна функція: керування технічним станом устаткування й параметрами технології в часі. А саме: керування виробляється при завданні початкових умов, допущень і обмежень роботи встаткування й технологічного процесу з урахуванням відхилень постійного й випадкового характеру по кожній групі діагностичних параметрів [4]. Цими параметрами можуть бути: кінематичні, геометричні, статистичні і динамічні, механічні і молекулярні, теплові, акустичні, електричні і магнітні, випромінювання, атомної фізики й універсальні фізичні постійні.

Достоїнства.

Е₄ - Металоємність зменшилася.

Б₄ - Вимоги до кваліфікації обслуговуючого персоналу систем автоматики знизяться й зведуться, властиво, тільки до спостереження за роботою встаткування, тому що розроблювачі, як правило, самі будуть обслуговувать свою техніку. Кількість персоналу, що обслуговує, знизиться.

Ж₃ - Інформативність про роботу встаткування й технологічного процесу збільшиться;

І₄ - Економія енергоресурсів за рахунок оптимізації діагностичних параметрів роботи встаткування й технологічного процесу істотно зросте.

В₄ - Вимоги до конструкторів і наукових співробітників різко зростуть за рахунок необхідності створення діагностичних математичних моделей процесів які є в устаткуванні й технології. У розроблювачів систем керування з'являться додаткові фахівці: наукові співробітники й математики;

Г₄ - Термін служби систем зросте.

Недоліки.

Д₄ - Вартість систем автоматики, її розробки підвищиться.

З₄ - Таких систем у цей час немає.

ПРИМІТКА:

Виникне конфлікт між розроблювачами й експлуатацією.

А₅ - П'яте покоління.

Основна функція: автоматичне керування оптимізацією всіх параметрів процесів роботи встаткування й технології. Наприклад, здійснення автоматичного оптимізованного керування: пуску, останову, розвантаженню й завантаженню встаткування, у стійкій зоні; при паралельному, послідовному або груповому з'єднанні встаткування в єдиному технологічному комплексі [5].

Достоїнства.

Б₅ - Вимоги до експлуатаційного персоналу зведуться до мінімуму.

Г₅ - Термін служби систем керування зросте.

Д₅ - Вартість розробки систем керування досягне свого максимуму, а вартість виробу й експлуатаційних витрат свого мінімуму. Тобто, у цілому, вартість такої технічної системи буде трохи нижче, ніж існуючі.

Е₅ - Металоємність досягне свого мінімуму.

Ж₅ - Інформативність про роботу встаткування й технологічного процесу досягне свого максимуму;

І₅ - Економія енергоресурсів досягне свого максимуму за рахунок здійснення автоматичного керування оптимізацією параметрів процесів роботи встаткування єдиного технологічного комплексу;

Недоліки.

В₅ - Потрібні найбільш повні наукові знання про об'єкт керування. Потрібно підтримувати спеціалізовані наукові організації, які зможуть виростити фахівців вищої наукової й інженерно - конструкторської кваліфікації до моменту рішення таких проблем.

З₅ - Автоматична (безлюдна) технологія керування. Таких систем у цей час немає.

Таким чином:

1. Перші три покоління систем автоматизованого керування використовують дані статичних параметрів устаткування й технології. Наступні покоління САК будуть використати динамічні складові процесів, які відбуваються в устаткуванні й технології. Тому вимоги до розроблювачів САК різко зростуть.

2. Для розробки систем, починаючи з 4-го покоління, будуть потрібні висококваліфіковані науковці й конструктори. Поява САК 4-го покоління, буде викликано необхідністю в різкому збільшенні енергозберігаючих технологій керування, реального продовження моторесурса устаткування, необхідністю проведення ремонтів по технічному стану, а не за графіком і т.д.

3. При замовленні сучасних САК ГПА, застосовуючи дану класифікацію, можна буде порівнювати головну функцію пропонованих систем, тобто, що вона робить, чи всіма і якими процесами управляє і як. Чим вона цю функцію керування забезпечує. За допомогою аналогової або мікропроцесорної техніки - не суттєво важливо. Важливо інше. Чи забезпечують ці комплектуючі виконання необхідної головної функцій даного покоління САК.

На жаль, у цей час, замість вибору основних функцій САК виробники наголошують на аналіз комплектуючих. Тобто, який застосований мікропроцесор, яка його швидкодія, який обсяг пам'яті, яка фірма виробник і т.д. Таким чином, обговорення цих проблем повністю затьмарило те, що система керування повинна робити, і яку наукову й енергозберігаючу складову конкретна САК має.

4. Якщо в САК немає тій або іншій складової, що властива конкретному поколінню автоматики, то така система не може претендувати на високе місце в наведеній класифікації. Наприклад, якщо САК не має одного з регуляторів: продуктивності, помпажа, вібрації, обертів і т.д., то вона не може мати високий номер в тілі покоління. Тіло, наприклад, 3-го покоління визначається версіями 3.01 до 3.99. тіла других поколінь аналогічно. Таким чином, після розробки, уточнення і присвоєння номерів версій кожному з регуляторів, можливо рахувати більш точніше версію того чи іншого покоління САК, але вона буде нижча, чим, остання – 3.99. Використовуючи дану класифікацію, фахівці легко оцінять рівень будь-якої системи керування об'єктом.

5. У зв’язку з повсюдним використанням мікропроцесорної техніки в САК 3-го покоління з'явилася можливість одержання більшого обсягу інформації про об'єкт керування. З огляду на наростаючу конфліктну ситуацію описану вище, а також велику потребу настав час створення САК 4-го покоління. НДІ СНИКО почало розробку САК 4-го покоління.

ВИСНОВОК

1. Результати виконаної роботи розкривають напрямок розвитку технологій керування в сьогоденні й майбутньому. Крім того показують які сучасні вимоги будуть пред'являтися до експлуатаційного персоналу й розроблювачів систем.

2. Експлуатаційному персоналу ця класифікація допоможе швидко й легко визначати рівень: достоїнства й недоліки , цикл життя й «смерті» тієї або іншої САК. Це дозволить вирішити питання що, коли, навіщо й на що необхідно міняти (модернізувати, реконструювати, розробляти й т.д.) існуючу САК при збільшенні вимог до її головних функцій.

3. Крім того, дана класифікація показує, що деякі розроблювачі, які створювали третє покоління САК, уже не зможуть створювати кваліфіковано САК 4 - го покоління, тому що при її створенні необхідний особистий досвід досліджень параметрів процесів які відбуваються в ГПА й великий досвід у науковій праці в багатьох суміжних галузях науки й техніки.

Література.

1. Науман Э. Принять решение – но как?: Пер. с нем._М.: Мир, 1987._198 с., ил

2. Абчук В.А., Бункин В.А. Интенсификация: принятие решений: Научно-практическое пособие для руководителей. – Л.: Лениздат, 1987. – 174 с., ил.

3. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. Пособие для стулентов вузов, - М.: Машиностроение, 1988 – 368с.: ил.

4. Технические средства диагностирования: Справочник/В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. Ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1989. – 672с., ил.

5. Р.А. Сапожников, П.Н. Матвеев, Б.П. Родин, Н.А. Филадельфина. Основы технической кибернетики. Учеб. Пособие для студентов вузов. М., «Высшая школа», 1970, 464 с, с ил.