Автоматизация производства бетонных изделий из мелкозернистого бетона

* Интерфейсные модули (IM) для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера, что позволяет использовать в системе локального ввода-вывода до 32 модулей различного на значения. Модули IM 365 позволяют создавать 2-, модули IM 360 и IM 361 - 2-, 3- и 4-рядные конфигурации. Ниже в таблице 6.1 описано техническая характеристика контролера

Таблица 6.1 Характеристика контроллера SIMATIC S7-300

7. Системы диспетчерского управления сбора данных (SCADA-системы)

Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition) является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах. За последние 10 15 лет за рубежом резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства аварий и происшествий в авиации, наземном и водном транспорте, промышленности и энергетике, часть из которых привела к катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20% инцидентов (80%, соответственно, за технологическими неисправностями и отказами), то в 90-х годах доля человеческого фактора возросла до 80%, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, доля эта может еще возрасти (рисунок 7.1.1).

Рисунок 7.1.1 Тенденции причин аварий в сложных автоматизированных системах

Основной причиной таких тенденций является старый традиционный подход к построению сложных автоматизированных систем управления, который применяется часто и в настоящее время: ориентация в первую очередь на применение новейших технических (технологических) достижений, стремление повысить степень автоматизации и функциональные возможности системы и, в то же время, недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI Human-MachineInterface), т.е. интерфейса, ориентированного на пользователя (оператора). Не случайно именно на последние 15 лет, т.е. период появления мощных, компактных и недорогих вычислительных средств, пришелся пик исследований в США по проблемам человеческого фактора в системах управления, в том числе по оптимизации архитектуры и HMI-интерфейса систем диспетчерского управления и сбора данных.

Изучение материалов по проблемам построения эффективных и надежных систем диспетчерского управления показало необходимость применения нового подхода при разработке таких систем: human-centereddesign (или top-down, сверху-вниз), т.е. ориентация в первую очередь на человека-оператора (диспетчера) и его задачи, вместо традиционного и повсеместно применявшегося hardware-centered (или bottom-up, снизу-вверх), в котором при построении системы основное внимание уделялось выбору и разработке технических средств (оборудования и программного обеспечения). Применение нового подхода в реальных космических и авиационных разработках и сравнительные испытания систем в Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), США, подтвердили его эффективность, позволив увеличить производительность операторов, на порядок уменьшить процедурные ошибки и свести к нулю критические (некорректируемые) ошибки операторов [4],[5].

Определение и общая структура SCADA.

SCADA процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время понятие реального времени отличается для различных SCADA-систем.

Прообразом современных систем SCADA на ранних стадиях развития автоматизированных систем управления являлись системы телеметрии и сигнализации.

Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (см. рис. 2):

RemoteTerminalUnit (RTU) удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр его воплощений широк от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.

Рисунок 7.1.2 Основные структурные компоненты SCADA-системы

MasterTerminalUnit (MTU), MasterStation (MS) диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого (квази-) реального времени; одна из основных функций обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HMI, MMI). В зависимости от конкретной системы MTU может быть реализован в самом разнообразном виде от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, и при построении MTU используются различные методы повышения надежности и безопасности работы системы.

CommunicationSystem (CS) коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU (или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы).

Функциональная структура SCADA.

Существует два типа управления удаленными объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое оператором системы.

Шеридан (Sheridan) (рис.3) выделил четыре основных функциональных компонента систем диспетчерского управления и сбора данных человек-оператор, компьютер взаимодействия с человеком, компьютер взаимодействия с задачей (объектом), задача (объект управления), а также определил пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления и охарактеризовал их как набор вложенных циклов, в которых оператор.

Рисунок 7.1.3 Основные структурные компоненты SCADA-систем

· планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;

· обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия;

· отслеживает результаты (полу)автоматической работы системы;

· вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не может справиться, либо при необходимости подстройки (регулировки) параметров процесса;

· обучается в процессе работы (получает опыт).

· Данное представление SCADA явилось основой для разработки современных методологий построения эффективных диспетчерских систем (см. раздел 4).

Особенности SCADA как процесса управления

Особенности процесса управления в современных диспетчерских системах:

· процесс SCADA применяется системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

· процесс SCADA был разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

· оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;

· активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

· действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Основные требования к диспетчерским системам управления

К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования:

· надежность системы (технологическая и функциональная);

· безопасность управления;

· точность обработки и представления данных;

· простота расширения системы.

Требования безопасности и надежности управления в SCADA включают следующие:

· никакой единичный отказ оборудования не должен вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;

· никакая единичная ошибка оператора не должна вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;

· все операции по управлению должны быть интуитивно-понятными и удобными для оператора (диспетчера).

Области применения SCADA-систем

Основными областями применения систем диспетчерского управления (по данным зарубежных источников), являются:

· управление передачей и распределением электроэнергии;

· промышленное производство;

· производство электроэнергии;

· водозабор, водоочистка и водораспределение;

· добыча, транспортировка и распределение нефти и газа;

· управление космическими объектами;

· управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро, железнодорожный, автомобильный, водный);

· телекоммуникации;

· военная область.

В настоящее время в развитых зарубежных странах наблюдается настоящий подъем по внедрению новых и модернизации существующих автоматизированных систем управления в различных отраслях экономики; в подавляющем большинстве случаев эти системы строятся по принципу диспетчерского управления и сбора данных. Характерно, что в индустриальной сфере (в обрабатывающей и добывающей промышленности, энергетике и др.) наиболее часто упоминаются именно модернизация существующих производств SCADA-системами нового поколения. Эффект от внедрения новой системы управления исчисляется, в зависимости от типа предприятия, от сотен тысяч до миллионов долларов в год; например, для одной средней тепловой станции он составляет, по подсчетам специалистов, от 200000 до 400000 долларов. Большое внимание уделяется модернизации производств, представляющих собой экологическую опасность для окружающей среды (химические и ядерные предприятия), а также играющих ключевую роль в жизнеобеспечении населенных пунктов (водопровод, канализация и пр.). С начала 90-х годов в США начались интенсивные исследования и разработки в области создания автоматизированных систем управления наземным (автомобильным) транспортом ATMS (AdvancedTrafficManagementSystem).

Заключение

В данной курсовой работе были проведены исследования по автоматизации процесса производства бетонных изделий из мелкозернистого бетона. Произведен выбор оптимально подходящих датчиков и автоматических средств по каталогу передовых предприятий-изготовителей технических средств автоматизации разных стран, что способствует лучшему функционированию технологических линий производственного процесса, так как исключает аварии, поломки и загрязнения атмосферы. В ходе изучения технологического процесса и средств автоматизации, были выбраны датчики и автоматические средства фирм Siemens и Honeywell.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что внедрение специальных автоматических устройств приводит к увеличению количества продукции и улучшению его качества, росту производительности труда, снижению себестоимости продукции, улучшению условий работы, удлинению сроков эксплуатации оборудования и т. д.

Список использованной литературы

1. А.Р. Ахметов. К.А. Бисенов Основы производства ячеистого бетона и силикатного кирпича. - А. Гылым, 1999 г,

2. М.Я. Сапожников. Н.Е. Дроздов Справочник по оборудованию заводов строительных материалов -М. Издательство литературы по строительству - 1970 г.

3. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов химической промышленности. - М.: Химия, 1985 г.

4. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / Под ред. В.В. Черенкова - Л.: Машиностроение, 1987 г.

Размещено на Allbest.ur