149268 (Автоматизированное управление в технических системах)

Министерство образования Украины

Одесский государственный политехнический университет

Кафедра автоматики и управления в технических системах

Контрольная работа по дисциплине

«Автоматизированное управление в технических системах»

Студент: Лозанов В. В.

Преподаватель: Кузнецов А. А.

Курс: 5

Группа: ЗАТ-962

Шифр: 960277

2000

1. Что дает внедрение АСУ в экономическом аспекте и в социальном?

Современный этап развития промышленного произ­водства характеризуется переходом к использованию пе­редовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действу­ющего, так проектируемого оборудования, необходи­мостью свести к минимуму любые производственные по­тери. Все это возможно только при условии существен­ного повышения качества управления промышленными объектами, в том числе путем широкого применения АСУ ТП.

Технико-экономическими предпосылками создания АСУ ТП являются прежде всего рост масштабов произ­водства, увеличение единичной мощности оборудования, усложнение производственных процессов, использование форсированных режимов (повышенные давления, темпе­ратуры, скорости реакций), появление установок и це­лых производств, функционирующих в критических ре­жимах, усиление и усложнение связей между отдельны­ми звеньями технологического процесса. В последнее время в развитии многих отраслей промышленности по­явились новые факторы, связанные не только с повыше­нием требований к количеству и качеству выпускаемой продукции, но и с напряженностью в области трудовых ресурсов. Рост производительности труда, в том числе пу­тем его автоматизации, становится практически единст­венным источником расширения производства. Указан­ные обстоятельства предъявляют новые требования к масштабам использования и к техническому уровню АСУ ТП, к обеспечению их надежности, точности, быстро­действия, экономичности, т. е. к эффективности их функционирования.

Еще одной важной предпосылкой применения АСУ ТП в промышленности является необходимость ре­ализации значительных потенциальных производствен­ных резервов. Заметим, что техническая база производства в большинстве отраслей промышленности достигла к настоящему времени такого уровня развития, при ко­тором эффективность производственного процесса са­мым непосредственным и существенным образом зави­сит от качества управления технологией и организации производства. Поэтому на первый план выдвигается за­дача оптимального управления технологическими процессами, решить которую без развитой АСУ ТП в большинстве случаев невозможно.

Однако следует иметь в виду, что создание АСУ ТП является сложной научно-технической и организацион­но-экономической проблемой, решение которой требует значительных и все возрастающих трудовых, матери­альных и финансовых ресурсов. Вследствие этого в ка­честве первоочередных выступают задачи наиболее эффективного использования капитальных вложений, правильного выбора направлений, установления очеред­ности и рациональных объемов работ по созданию и применению АСУ ТП. При их решении немаловажную роль играют обоснование, определение и анализ техни­ческой рациональности и экономической эффективности автоматизированных систем управления на основе еди­ных и научно обоснованных методических принципов.

Закономерность появления и отличительные призна­ки АСУ ТП станут более понятными, если рассмотреть хотя бы вкратце в историческом аспекте возникновение и развитие систем автоматизации промышленных объек­тов. Она прошла через несколько качественно различ­ных этапов. Как правило, переход к каждому из них был связан с появлением новых технических средств. В свою очередь эти средства разрабатывались в ответ на непре­рывно растущие требования практики управления, обус­ловленные усложнением процессов производства и ограниченностью возможностей человека как их непо­средственного участника.

Задача управления технологическими процессами возникла одновременно с появлением материального производства, т. е. процессов целенаправленного преоб­разования материи или энергии. Первоначально всю эту задачу решал человек, который, подавая определенные количества материала и энергии, одновременно «на глаз» оценивал ход процесса, при необходимости корректировал его и устанавливал момент завершения преобразования.

По мере усложнения производства требовалось более развитое и точное управление. В таких условиях ограниченность способностей человека, невозможность «на глаз» и «на ощупь» проконтролировать процесс производства были серьезным препятствием для даль­нейшего развития. Поэтому первыми помощниками человека стали различные контрольно-измерительные устройства.

На заре автоматизации человек вел технологический процесс, находясь возле местных контрольно-измери­тельных приборов, установленных непосредственно на оборудовании и работающих в прямом контакте с ма­териальными потоками. Эти средства давали ему воз­можность более точно и, главное, объективно оценивать работу технологического объекта и, следовательно, улучшать его использование.

Дальнейший рост мощностей и размеров оборудова­ния заставил задуматься о том, как освободить рабоче­го от утомительной задачи: все время находясь у работающих машин и аппаратов, следить за показа­ниями приборов и вручную осуществлять необходимые подстройки и переключения. В этой связи важным тех­ническим достижением явилось создание измерительных, регулирующих и исполнительных устройств с внешним источником энергии, в том числе исполнительных ме­ханизмов с пневматическим и электрическим приводом. Это позволило организовать посты контроля и дистанци­онного управления и широко применить автоматические регуляторы. В результате значительно улучшились усло­вия работы обслуживающего персонала: уменьшилась физическая нагрузка, более удобным стало рабочее место, благоприятнее стала и внешняя среда.

С освоением контрольно-измерительных и управляю­щих устройств с унифицированным выходным сигналом появилась возможность объединять местные посты в центральные щиты управления. Были разработаны и стали широко применяться так называемые мнемосхе­мы, на которых в изображение технологической схемы объекта встраивались приборы сигнализации и индика­ции. Применение мнемосхем значительно улучшило условия работы оператора. В связи с унификацией сиг­налов открылись новые пути для развития техники автоматизации, что привело к появлению агрегатных комплексов технических средств, а также центральных пунктов управления.

С введением унифицированных измерительных и управляющих сигналов, передаваемых на расстояние, пе­реработка информации была территориально отделена от технологического процесса. Она сконцентрировалась в центральном пункте управления, где были установле­ны соответствующие приборы: регуляторы, датчики, ключи управления, самописцы и т. д. Этих средств дли­тельное время было вполне достаточно для выполнения алгоритмов контроля и управления, предлагаемых тео­рией и удовлетворяющих запросам практики.

Таким образом, к концу рассматриваемого периода были достаточно полно автоматизированы действия по получению, сбору и представлению информации о со­стоянии отдельных технологических переменных объекта и по дистанционному осуществлению на него управляю­щих воздействий, т. е. два основных функциональных элемента системы управления. Оставался неавтоматизи­рованным третий элемент—принятие решений, без ко­торого эффективное управление любым объектом невозможно: располагая информацией об управляемом объекте, нужно ее использовать для проведения требу­емых вычислений, на основании которых необходимо

принять решение и осуществить управление технологи­ческим процессом.

Значительным подспорьем в решении этой задачи для человека-оператора служили автоматические регулято­ры; они освобождали его от необходимости ежеминутно принимать решения по управлению большим количест­вом стабилизируемых технологических переменных. Од­нако управление процессом в целом оставалось за оператором: практически трудно осуществить правиль­ное автоматическое взаимодействие большого числа ре­гуляторов, обеспечивающих раздельное регулирование параметрами в каждом контуре (участке) процесса, т.е. создать взаимосвязанную систему автоматического управления процессом как единым целым. По-прежнему оператор должен был принимать решения по управле­нию. относящиеся к взаимодействию многих контуров. Для этого он по показаниям измерительных приборов интуитивно производил необходимые оценки и вычисле­ния, принимал решения и осуществлял управляющие воздействия. Однако по мере усложнения процессов даже самые квалифицированные операторы перестали удовлетворительно справляться с этими задачами.

Чтобы яснее представить себе всю трудность стоя­щих перед каждым оператором задач, следует учесть, что при управлении современным промышленным объек­том к нему надо подходить как к единому целому, а не как к набору различных независимых элементов. Необходимо весь производственный процесс вести в некотором оптимальном режиме, при котором может быть получен надлежащий эффект управления. Важно также отметить, что системы управления, используемые в настоящее время в промышленности, часто принадле­жат к так называемым большим системам, т. е. харак­теризуются участием значительного числа людей, разно­образных машин и аппаратов, наличием связанных между собой достаточно сложных подсистем, обладаю­щих своими частными целями и критериями и, наконец, наличием развитой иерархии уровней управления: агре­гат—производство—предприятие.

Анализ подобных промышленных объектов и систем управления показывает, что для них характерны сле­дующие тенденции:

• практически во всех отраслях промышленности наблюдается неуклонное возрастание единичной произ­водительности агрегатов; так, за последнее десятилетие мощность создаваемых энергоблоков тепловых электро­станций последовательно повышалась до 300, 500 и 800 МВт, а в последнее время превзошла 1 млн. кВт;

• аналогичная картина укрупнения объектов наблюдается на предприятиях нефтеперерабатывающей, металлурги­ческой и других отраслей промышленности; как след­ствие увеличиваются важность и технико-экономическая результативность управления технологическими объек­тами;

• соответственно интенсивно возрастает необходимая «мощность» применяемых систем контроля и управле­ния; иллюстрацией этой тенденции может служить рис. B.I, на котором показаны кривые изменения числа точек измерения и числа управляющих воздействий на объектах тепловых электростанций за последние 20 лет (по данным 12 зарубежных электростанций); если 6 1965 г. число измеряемых сигналов не превышало в среднем 500, то в 1975 г. оно уже приближалось к 3000; число управляющих сигналов за этот же период времени возросло с 500 до 2000; эти цифры наглядно показывают изменение масштабов управления крупными технологическим объектами;

• в последнее время коренным образом изменяются взгляды на значение энергетических ресурсов, экономию топлива, роль человека в производстве и на защиту окружающей среды; в ре­зультате происходит су­щественное повышение требований к качеству ведения технологических процессов;

• по мере повышения степени автоматизации производства происходит естественный процесс во­влечения все новых и 'но­вых агрегатов и участков в сферу действия центра­лизованного управления.

Этот процесс диктуется экономическими соображениями: оптимизация работы отдельного агрегата или отдельной установки не гаран­тирует максимального экономического эффекта для производства в целом; оптимум для него чаще всего достигается при некотором компромиссе между частны­ми критериями оптимизации. В результате этого растет, однако, степень взаимосвязанности отдельных агрегатов и усложняются алгоритмы управления объектом в це­лом; возникают задачи создания интегрированных систем управления. Все это приводит к резкому услож­нению задач управления.

В таких условиях и возникла проблема автоматиза­ции собственно управления, т. е. процесса принятия решений, которая потребовала привлечения современ­ных математических методов и новых технических средств. В результате появились автоматизирован­ные системы управления, т. е. развитые челове­ко-машинные системы, реализующие такой автоматизи­рованный процесс сбора и переработки информации, ко­торый необходим для принятия решений по управлению объектом (процессом, производством) в целом. При этом роль человека в любой АСУ весьма существенна: так как ряд ответственных задач принятия решений в силу их сложности, многогранности и не изученности не под­дается формализации, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком.

По мере развития отмеченных выше тенденций стало очевидно, что функциональные возможности традици­онных средств автоматизации в сфере переработки информации уже недостаточны. И тогда на первый план вышла электронная вычислительная машина (ЭВМ). Она сразу взяла на себя практически все функции слож­ной первичной обработки данных и централизованного контроля, а также рутинную задачу ведения отчетности (составления протоколов) о работе технологического объекта, ставшую в усложнившемся производстве обя­зательной. Но это было только начало. Поскольку ЭВМ стоила слишком дорого, разработчики систем управле­ния старались возложить на нее как можно больше функций. В этой ситуации стремление автоматизировать процессы принятия решений помогло быстро осознать значение новых функциональных возможностей ЭВМ во многих направлениях.

В результате средства вычислительной техники стали не только разгружать человека от выполнения рутинной нетворческой работы, связанной с большим числом про­стых операций по обработке крупных массивов инфор­мации, но и оказывать ему помощь в выполнении твор­ческих задач (принятие решений по распределению ограниченных ресурсов, оптимизации технологического процесса и т. п.).